2.4. Визуально-инструментальные наблюдения

Прошло почти восемь десятилетий с тех пор, когда началось изучение земной поверхности с воздуха. Еще французский географ Э. Мартонн в своей книге «Аэрогеография» (1950) отмечал, что «Никогда не летавшему географу можно прямо сказать, что он неполноценный географ... Основное преимущество наблюдения с воздуха заключается в том, что взгляд охватывает и каждую подробность и всю местность в целом, анализирует и синтезирует одновременно». Подобное высказывание вполне справедливо к геологу, изучающему горные породы и структурные элементы недр, выраженные на земной поверхности. Большое значение геологическим исследованиям с самолетов придавал академик А. Е. Ферсман, принимавший участие во многих аэровизуальных экспедициях. К настоящему времени накоплен большой опыт проведения визуально-инструментальных наблюдений геологических объектов с авиационных носителей.

Визуальные геологические наблюдения относятся к методам дистанционного изучения литосферы. Выделяют аэровизуальные исследования, осуществляемые геологами с воздушных аппаратов (самолетов, вертолетов), и визуальные наблюдения с околоземной орбиты, которые выполняются космонавтами в ходе экспериментов на пилотируемых космических кораблях и орбитальных станциях. Основное достоинство этих методов заключается в том, что наблюдатель-исследователь видит геологические объекты под привычным ракурсом и в естественной гамме цветов и оттенков, особенно с авиационных носителей. Это позволяет использовать визуально-инструментальные методы для выявления закономерностей строения и пространственной дифференциации проявлений структурных форм литосферы, изучения литолого-стратиграфических комплексов горных пород, обнаружения негативных изменений геологической среды в условиях техногенного воздействия.

Аэровизуальные наблюдения с борта самолетов или вертолетов особенно эффективны при геологической съемке и картографировании в масштабах 1:200 000–1:50 000. Подобные исследования позволяют определить положение обнажений горных пород в эрозионных врезах (например, по долинам рек), оценить проходимость местности, получить информацию о дешифровочных признаках геологических объектов, провести корректировку геологических маршрутов и точек наблюдений, что имеет важное значение при проведении полевых работ. Чаще всего аэровизуальные методы применяются на стадии полевых рекогносцировочных исследований.

Трассы аэровизуальных маршрутов намечаются с учетом данных предварительного геологического дешифрирования МДС. Составляется журнал наблюдений, в котором приводят режимы полета (курс, скорость, время и высота полета), а также перечень вопросов, подлежащих выяснению с борта летательного аппарата.

Основным является этап аэровизуальных наблюдений. При геологических исследованиях в условиях Беларуси экономично использовать вертолет Ка-26. Оптимальное время воздушного изучения геолого-геоморфологических объектов – ранневесенний и позднеосенний периоды. Лучшее время суток полетов – утренние безветренные часы. Режимы полетов при наблюдениях с борта вертолета Ка-26 различны. Проведение рекогносцировочных наблюдений эффективно с высоты около 300 м при скорости полета 120 км/ч. В этом случае достигается возможность изучать общие закономерности геологического строения территории благодаря обзору земной поверхности в несколько квадратных километров. С высоты 150–300 м и обзоре 1–1,5 км различаются формы мезорельефа и стратиграфо-генетические комплексы покровных отложений. Изучение особенностей микрорельефа и литологического состава горных пород возможно с высоты полета 50–150 м и обзоре земной поверхности 0,4–1 км.

Аэровизуальное дешифрирование предусматривает геологическую интерпретацию МДС с борта вертолета (самолета) путем геоиндикационного анализа рельефа, гидросети, растительности и элементов хозяйственной деятельности. Распознавание этих компонентов геологической среды осуществляется по естественным геометрическим (размеры, конфигурация, ориентировка) и цветовым признакам. Характер мезо- и микрорельефа изучают по морфометрическим признакам, а также по структуре растительного покрова. Морфологический анализ рельефа основан на сравнении исследуемой формы с объектами на местности, размеры которых известны.

В геоиндикационных целях аэровизуальным методом изучается структура растительного покрова: доминирующие виды растений и их группы, характеризующиеся определенной цветовой гаммой. Установив для разных растительных групп цветовые признаки, можно отличить их друг от друга и нанести на МДС. Цветовые признаки зависят от фенологического состояния растительности и изменяются по сезонам.

Литологический состав горных пород диагностируется путем индикационного анализа растительного покрова. Сосняк багульниковый, например, указывает на наличие торфяной залежи, подстилаемой песками, реже супесью, сосняк лишайниковый индицирует песчаные отложения и т. д. На обнаженных, лишенных растительности участках горные породы различаются по цветовым признакам. Так, моренные пески и супеси обнаруживаются по пятнистому рисунку: на желто-сером фоне оранжево-бурые пятна овальной формы. О литологическом составе можно судить, наблюдая карьеры, очертания грунтовых дорог, особенности сельскохозяйственных угодий и др. Грунты, перекрытые торфяным покровом, могут быть опознаны по вспашкам вдоль мелиоративных каналов. Иногда в условиях распаханных маломощных (<0,4 м) торфяников наблюдается «просвечивание» подстилающих отложений.

При аэровизуальных исследованиях обращается внимание на конфигурацию и ориентировку геологических контуров. В ряде случаев их закономерное расположение может индицировать проявления структурных элементов литосферы. Линейная конфигурация геологических границ нередко приурочена к разрывным нарушениям, кольцевая  – к пликативным тектоническим дислокациям.

Полученные в ходе наблюдений с борта вертолета (самолета) геологические сведения фиксируются на МДС и в журнале аэровизуальных исследований (или на магнитной ленте). Осуществляется малоформатная аэрофотосъемка интересных в геологическом отношении объектов.

Воздушное обследование сочетается с наземными наблюдениями в местах внеаэродромных посадок (аэродесантная съемка). Последние проводят на ключевых участках и служат для проверки, уточнения и дополнения результатов аэровизуального дешифрирования и наблюдений с борта вертолета. Если достаточно надежная посадка невозможна, то наблюдения осуществляют в режиме зависания вертолета над исследуемым участком. После завершения очередного маршрута проводят корректировку материалов предварительного и аэровизуального геологического дешифрирования. Результаты воздушного обследования территории совместно с традиционными материалами геолого-съемочных работ используются при составлении окончательного варианта геологической карты.

Космовизуальные наблюдения. Начало визуальному изучению земной поверхности из космоса положил Ю. А. Гагарин. В дальнейшем многие космонавты отмечали большие возможности орбитальных наблюдений в геолого-геоморфологических целях. Космонавтом В. И. Се­вастьяновым, выполнявшим наблюдения морского дна на банках и в прибрежных шельфах у восточного берега Южной Америки, сделан вывод, что визуальные исследования оказываются весьма геоинформативными благодаря высокой и избирательной разрешающей способности человеческого глаза. При этом наблюдаются и такие объекты, которые на КС вообще не фиксируются, в частности рельеф морского дна на значительных глубинах.

Установлено, что разрешающая способность глаза составляет около одной угловой минуты. Это позволяет наблюдать из космоса предметы, размеры которых не менее 200 м. Однако у некоторых космонавтов острота зрения в условиях невесомости увеличивается. Например, американский космонавт Э. Уайт видел из космоса моторные лодки на морской поверхности. Он заявил, что Земля из космоса видна лучше, чем с высоты 13 км из самолета.

Этот эффект отмечали и другие космонавты, видевшие объекты земной поверхности шириной всего в десятки метров. Так, белорусский космонавт В. В. Коваленок во второй экспедиции на ПОС «Салют-6» отчетливо различал на ледниках Памира моренные гряды шириной 10–20 м.

В отличие от фотографической съемки земной поверхности визуальные наблюдения из космоса имеют свои особенности, поскольку человеческий глаз способен зафиксировать такие тонкие черты в окраске и рисунке отдельных аномальных участков, которые пока недоступны имеющимся техническим средствам дистанционного зондирования. В течение длительного полета космонавт-исследователь проводит наблюдения многократно, в самых различных условиях освещенности, в разные сезоны года, под разными углами при перспективном обзоре.

Технология космовизуальных наблюдений, выполняемых на пилотируемых космических кораблях и орбитальных станциях, состоит из следующих операций исследований: изучение по бортовой документации полетного задания; подготовка средств наблюдений и регистрации; выявление особенностей геологического объекта в соответствии с заданием бортового журнала визуальных наблюдений; фотографирование района наблюдений с помощью стационарных и ручных фотокамер; нанесение объекта на карту, схему или космический снимок, помещенные в бортовом журнале; запись результатов наблюдений и фотосъемки преимущественно путем заполнения соответствующих таблиц; сообщение Центру управления полетом о выполненной работе, консультации со специалистами – постановщиками экспериментов.

При космовизуальных исследованиях сведения о геологических объектах фиксируются в дневниках с перечнем вопросов, подготовленных совместно со специалистами-геологами. Заслуживающие внимание объекты зарисовываются, осуществляется их спектрометрирование или фотосъемка. Комментарии космонавтов о наблюдаемых объектах передаются по теле- и радиоканалам. При получении новых рекомендаций специалистов осуществляется дополнительное изучение или фотографирование геологических объектов.

В результате визуальных геологических экспериментов с околоземной орбиты достигается возможность изучать структурные формы литосферы, слабо проявленные на КС. Решение подобной задачи имеет важное значение для равнинных платформенных территорий с мощным покровом рыхлых поверхностных отложений, часто измененных деятельностью человека. Так, одно из заданий экипажа «Салют-6», в составе В. В. Коваленка и А. С. Иванченкова, заключалось в наблюдении кольцевых структур на юге Украины, где они играют рудоконтролирующую роль. Этот район особенно труден для выполнения геологических наблюдений и изучения с помощью КС из-за маскирующей роли сельскохозяйственного освоения территории. Космонавтами эти кольцевые структуры были зафиксированы на бортовой карте при наблюдениях в осенний период (после уборки урожая с полей).

С космической орбиты в ряде случаев выявляются малоамплитудные тектонические поднятия в платформенных областях, обычно недостаточно отчетливо дешифрирующиеся на космических снимках. Определенный практический интерес представляет слежение за районами проявления современных геодинамических процессов (вулканизм, сейсмичность, развитие крупных оползней, селевые потоки и др.). В последние годы становится все более актуальной проблемой применения космовизуальных методов при ведении мониторинга геологической среды в районах развития горнодобывающей промышленности и иного интенсивного хозяйственного освоения территорий.