Развитие аэрокосмогеологических исследований

Первые воздушные съемки с летательных аппаратов – воздушных шаров относятся к середине ХIХ в. Французским энтузиастом авиации Надаром в 1855 г. были сделаны фотографии Парижа и по ним составлен точный план города. В те же годы французский геолог Эме Цивиаль осуществлял фотографирование Альп с высоких вершин с целью выделения на фотоснимках геологических контуров. В России воздушные съемки были начаты в 1886 г., когда А. М. Кованько сфотографировал с воздушного шара Санкт-Петербург. В начале ХХ в. русским инженером В. М. Потте создан первый в мире пленочный аэрофотоаппарат. Первая аэрофотосъемка в России была произведена в 1918 г., в районе г. Тверь. С 1925 г. начинаются систематические съемки с целью составления топографических карт неизученных территорий.

С начала 30-х гг. ХХ в. в геологических исследованиях территории бывшего СССР проводились аэрофотосъемки по инициативе академика А. Е. Ферсмана. Аэроснимки используются при изучении нефтеносных районов Ферганы и Азербайджана. Широкий размах получили аэровизуальные геологические наблюдения в Восточной Сибири. К этому же периоду относятся первые сведения об использовании аэрофотоснимков в Беларуси, где они нашли применение для изучения болот Полесской низменности. В 1927 г. А. Е. Ферсманом выполнены аэровизуальные наблюдения особенностей ледниково-аккумулятивного рельефа между городами Ковно и Витебском.

В 30-е гг. значительный вклад в разработку и развитие аэрометодов внесен Ленинградским научно-исследовательским институтом аэрофотосъемки, созданном в 1929 г. Становилась очевидной большая научная и практическая эффективность аэрометодов в геологии. Накопленный опыт по применению материалов аэрофотосъемки в геологических исследованиях довоенного периода был обобщен в работах А. В. Гавемана, В. А. Фааса и В. П. Мирошниченко.

С середины 40-х гг. большой объем методических исследований выполнен Всесоюзным аэрогеологическим трестом (ВАГТ, организован в 1949) и Лабораторией аэрометодов АН СССР (ЛАЭМ, 1944). Отмечается широкое внедрение аэрометодов в 50-х гг. при геологических исследованиях и картографировании на территории Поволжья, Урала, Прикаспия, Казахстана, Средней Азии, Центральной и Восточной Сибири. Большую помощь аэрогеологам в дешифрировании элементов геологического строения оказали книги М. Н. Петрусевича «Геолого-съемочные и поисковые работы на основе аэрометодов» (1954) и «Аэрометоды при геологических исследованиях» (1962).

В 1959 г. началось планомерное использование материалов аэрофотосъемки в практике геологических исследований на территории Беларуси. Результаты дешифрирования аэроснимков показали высокую эффективность при геологической съемке масштаба 1׃200 000, геоморфологическом картографировании, поисках месторождений минерального строительного сырья. Существенную роль в этом сыграли геолого-съемочные работы с применением аэрометодов, выполненные Белорусской гидрогеологической экспедицией (БГЭ, организована в 1955 г.).

В 60–70-е гг. были достигнуты значительные успехи в использовании материалов дистанционного зондирования при геологических исследованиях. Аэрометоды в геологии получили широкое признание как средства получения информации о геологическом строении складчатых и платформенных областей. В основу анализа аэрофотоснимков были положены контрастно-аналоговый и ландшафтно-индикационный подходы, которые позволили по снимкам выявлять геологические структуры, вещественные комплексы горных пород в различных ландшафтных условиях при решении задач геологического картографирования среднего и крупного масштабов, прогнозирования и поисков месторождений полезных ископаемых.

С середины 60-х гг. Лабораторией аэрометодов (ныне Всероссийский научно-исследовательский институт космоаэрогеологических методов, ВНИИКАМ) успешно разрабатываются ландшафтные методы дешифрирования покровных (четвертичных) отложений, морфологии рельефа, элементов тектонического строения применительно к территории Украины, Беларуси, Кольско-Карельской области и центральным районам России. Обобщение данного опыта использования аэрометодов отражено в методическом пособии «Дешифрирование четвертичных отложений Русской равнины» (1966). В 1971 г. Лабораторией аэрометодов под редакцией В. К. Еремина опубликована крупная работа по применению аэрометодов в геологических исследованиях, иллюстрированная многочисленными примерами дешифрирования аэрофотоснимков в различных геолого-ландшафтных условиях. Среди учебных пособий следует отметить книгу А. Е. Михайлова и Н. С. Рамм «Аэрометоды при геологических исследованиях» (1975).

В 1966 г. при Институте геологических наук (г. Минск) была организована Лаборатория аэрогеологического и морфометрического методов (ныне Научно-производственное государственное предприятие «Космо-аэрогеология»). В. И. Гридиным, Л. С. Вольской и другими сотрудниками этой лаборатории на основе аэрометодов проводятся структурно-геоморфологические и неотектонические исследования в связи с нефтегазопоисковыми работами в Припятском прогибе, составляются тектонические схемы нефтеперспективных площадей среднего масштаба, разрабатываются технические условия летно-съемочных работ на территории Беларуси.

Важный этап в развитии дистанционных методов в геологии связан с освоением космического пространства, начало которому положил запуск в СССР первого в мире искусственного спутника Земли 4 октября 1957 г. С помощью телевизионной аппаратуры, установленной на ИСЗ «Молния», «Метеор» и других, были получены изображения земной поверхности с больших высот. Первый в мире космонавт Ю. А. Гагарин осуществил визуальные наблюдения Земли 12 апреля 1961 г. с орбиты космического корабля «Восток». Фотографирование поверхности Земли впервые было выполнено космонавтом Г. С. Титовым 6 августа 1961 г. В последующие годы с пилотируемых космических кораблей «Восток», «Восход», «Союз», «Союз-Т» (СССР), «Меркурий», «Джемини», «Аполлон» (США) и долговременных орбитальных станций «Салют» были получены многочисленные космофотоизображения Земли, осуществлены визуальные наблюдения. Автоматические и пилотируемые космические аппараты становятся важным средством научного исследования, дающими уникальную геологическую информацию.

Вторая половина 70-х гг. ознаменовалась активизацией аэрокосмических методов в геологии. В это время для геологических целей начинают широко применяться новые виды аэросъемок (тепловая, радиолокационная, высотная) и съемок из космоса в различных диапазонах электромагнитного спектра. Большое внимание уделяется структурной интерпретации континентальных и региональных космоизображений складчатых и платформенных областей. Новым и весьма интересным достижением явилось фиксирование на космических снимках кольцевых структурных форм различной геологической природы. В 1976 г. под редакцией В. Е. Хаина выходит в свет учебное пособие «Космические методы в геологии».

Качественно новый этап развития дистанционных методов геологических исследований наступил в 1980–1990 гг. с появлением цифровых средств получения аэрокосмической информации, разработкой компьютерных технологий обработки изображений земной поверхности и геолого-геофизических материалов. При дешифрировании аэро- и космических снимков используется геоиндикационный метод, предусматривающий изучение взаимосвязей элементов ландшафта с геологическими объектами. Геоиндикационное моделирование находит широкое применение в тектонических исследованиях платформенных бассейнов, при выявлении структур осадочного чехла, перспективных на поиски нефти и газа, прогнозировании месторождений твердых полезных ископаемых и подземных вод. Немаловажную роль в методологии дистанционных геологических исследований сыграли теоретические обобщения по проблемам линеаментной тектоники и кольцевых структур Земли, опубликованные в работах Я. Г. Каца, В. В. Козлова, В. И. Макарова, Д. М. Тро-фимова и др.

В рассматриваемый период дистанционное зондирование Земли осуществлялось по американской программе пилотируемых полетов космических кораблей многоразового пользования «Спейс Шаттл» (корабли «Колумбия», «Челленджер», «Дискавери»).

Новым аспектом дистанционных методов в геологии явилось применение материалов аэро- и космических съемок при изучении состояния и изменений верхней части литосферы под воздействием хозяйственной деятельности человека, проведении мониторинга геологической среды и составлении карт эколого-геологического содержания. С помощью космической геодезии исследуется динамика литосферных плит и внутриплитных деформаций, что имеет важное значение для определения геодинамических обстановок формирования геологических тел, разработки моделей образования и локализации месторождений полезных ископаемых. Основные направления применения аэрокосмических методов в геологии рассматриваются в коллективной монографии «Космическая информация в геологии» (1983) и книге немецкого ученого П. Кронберга «Дистанционное изучение Земли» (1988).

В 90-х гг. в практике зарубежных работ по региональному геологическому изучению территорий, прогнозированию и поиску месторождений полезных ископаемых широко используются цифровые данные многоспектральных космических съемок системами «Landsat MSS, TM» (США), «Spot X S, P» (Франция), «JERS-1» (Япония). В России начали функционировать космические многоспектральные и радиолокационные системы получения дистанционной информации в цифровом виде МСУ-М, МСУ-СК, МСУ-Э, Алмаз, а также фотографические системы высокого пространственного разрешения КФА-1000, МК-4 и др. В последние годы выполняются национальные программы исследования природных ресурсов, в т. ч. геологического строения, в Канаде, Китае, Бразилии, Аргентине, предусматривающие использование данных с собственных космических съемочных систем.

Сейчас на высоте 370 км от земной поверхности функционируют несколько модулей Международной космической станции (МКС). Первый элемент станции был выведен на орбиту в 1998 г. После окончания сборки ее масса составит почти 400 тонн. В реализации данного технического проекта принимают участие 16 государств – Россия, США, Япония, Канада, Италия, Бельгия, Нидерланды, Дания, Норвегия, Франция, Испания, Германия, Швеция, Швейцария, Великобритания и Бразилия. В третьем тысячелетии МКС будет играть радикально новую роль в дистанционном изучении Земли и освоении космического пространства.

На современном этапе методы дистанционного зондирования широко применяются в изучении геологического строения территории Беларуси. На основе дешифрирования материалов многоспектральных и фотографических космосъемок («Метеор», «Ресурс», «Лэндсат», «Космос», «Салют») и аэросъемок (высотной, многозональной, радиолокационной и др.) составлены космотектонические и аэрофотогеологические карты соответственно в масштабах 1׃1 000 000 (1׃500 000) и 1׃200 000 (1:100 000). Разработаны методические подходы к использованию аэрокосмической информации при выполнении геодинамических реконструкций новейшего и более древних этапов развития западного региона Восточно-Европейской платформы. Результаты комплексного анализа данных дистанционного зондирования и материалов геолого-геофизических съемок реализуются при выяснении закономерностей размещения полезных ископаемых (нефть, бурые угли, калийные соли, минеральное строительное сырье и др.), минерагеническом районировании, выявлении и локализации потенциально рудоносных объектов.

Большое внимание в Республике Беларусь уделяется внедрению методов дистанционного зондирования при решении проблем региональной геологии, геоэкологии и рационального природопользования. Подобные работы выполняет Республиканский научно-технический центр дистанционной диагностики природной среды «Экомир» (А. А. Ковалев, В. Н. Кузьмин и др.) и Научно-производственное предприятие «Космо-аэрогеология» (О. И. Карасев, И. А. Тяшкевич и др.) в сотрудничестве с Белорусским государственным университетом (Б. И. Беляев, В. Н. Губин, Ю. М. Обуховский, Ф. Е. Шалькевич), с рядом академических и отраслевых организаций (В. Д. Коркин, А. Р. Понтус и др.).

На основе компьютерной обработки материалов прицельной космической съемки с ИСЗ «Ресурс-01», дешифрирования многозональных аэрокосмофотоизображений, применения географических информационных систем и спутниковой геодезии осуществляется оценка состояния и изменений геологической среды Солигорского горнопромышленного района и других территорий со сложной геоэкологической ситуацией. Особое значение приобретает использование материалов дистанционного зондирования при составлении мелко- и среднемасштабных эколого-геологических карт, организации аэрокосмического мониторинга геологической среды.

Результаты применения дистанционных методов в геологических исследованиях Белорусского региона освещены в коллективных монографиях – «Аэрокосмические исследования ландшафтов Беларуси» (1994), «Дистанционное картографирование природной среды» (1995), «Мониторинг природной среды дистанционными и геодезическими методами» (1996) и «Аэрокосмическое изучение экзогенных процессов в условиях техногенеза» (2003).

В настоящее время в Республике Беларусь имеются технические средства для приема необходимой информации дистанционного зондирования Земли с двух американских спутников NOAA и TERRA, а также с российского космического аппарата «Метеор-3М». Белорусскими учеными и специалистами Российского авиационно-космического агенства разработана Концепция создания Белорусской космической системы дистанционного зондирования. Запуск первого отечественного искусственного спутника Земли внесет реальный вклад в совершенствование природопользования, познание земных недр, обеспечение экологической безопасности и мониторинга окружающей среды, а также в развитие других сфер науки, техники и экономики.

Аэрокосмические методы в геологии в своем развитии прошли путь от визуального дешифрирования аэрофотоснимков до компьютерного анализа цифровых данных, получаемых в нескольких диапазонах электромагнитного спектра как с авиационных, так и с космических носителей. Круг задач, решаемых с использованием данных дистанционного зондирования, расширился от составления схем геологического строения хорошо обнаженных районов, до выявления глубинных структур платформенных областей с мощной толщей древнеледниковых отложений. Значительную роль стали играть материалы дистанционных съемок при геологическом картографировании, гидрогеологических, инженерно-геологических и эколого-геологических исследованиях. Методы космического зондирования открыли широкие перспективы в изучении строения других планет Солнечной системы.