Бесплатный фрагмент - Катастрофы в природе: Земля меняет кожу

Предисловие

При изучении наук примеры полезнее правил.

Сэр Исаак Ньютон, 1643—1727 годы

Более чем за миллиард лет до нашего времени гравитационный всплеск от столкновения двух черных дыр общей массой превышающей почти в шестьдесят раз Солнце 14 сентября 2015 года достиг Земли. Его зарегистрировали сверхчувствительные детекторы организации LIGO, и опубликованная почти за сто лет до этого события теория относительности Альберта Эйнштейна получила новое подтверждение.

Феноменальное достижение экспериментальной физики начала XXI века само по себе не открыло гравитацию, с которой связано существование живой и мертвой материи во Вселенной. Более того всем известна сила земного притяжения. Её можно обнаружить просто подпрыгнув или взяв в руки любой предмет. Тем не менее, при всей очевидности гравитации не всегда осознаётся факт грандиозного и непрерывного её воздействия на смену дня и ночи или движение континентов на Земле.

Окружающий мир наполнен грандиозными перемещениями вещества на поверхности и внутри планеты. В соотношении с жизнью отдельного человека этот процесс почти незаметен лишь изредка напоминая о себе в моменты катаклизмов, таких как землетрясения, обвалы, снежные или каменные лавины. Они с начала времён сопровождают эволюцию Земли, происходят сейчас, и будут возникать в будущем, пока несколько миллиардов лет спустя она не застынет в форме холодного каменного шара.

Вопрос истолкования природной стихии всегда сочетался с мистикой и религией потому, что так проще оправдать человеческую беспомощность перед ней. Так было в прошлом, зачастую происходит и сейчас, когда научные истины остаются для многих тайной за семью печатями, а возможность получения готовых ответов из Интернет снизила болевой порог непонимания их сути. Тем не менее, законы мирозданья полны смысла и не зависят от способности людей их понимать.

Проникновение в суть вещей увлекательное и необходимое занятие человека начиналось с землеописания, именуемого сегодня географией. Географические исследования позволили получить представление об устройстве земной поверхности, поставили вопросы о внутреннем строении планеты и многие другие. Открытие фундаментальных физических законов также стало результатом попыток объяснения наблюдаемых человеком природных явлений.

Желание отобразить земную поверхность понятным образом привело к созданию карт и глобусов. Они же превратились в необходимый атрибут для визуализации гравитационного и магнитного полей, изменений воздушной и водной среды в огромном диапазоне пространственно-временных масштабов. От суточных синоптических карт до перемещения литосферных плит за сотни миллионов лет на земной поверхности.

Отображенные на картах всевозможные данные позволили осознать, что природная среда сопротивляется любому вмешательству со стороны человека. А оно велико, значительно изменяя естественные ландшафты и формируя новый — антропогенный.

Современное время хорошо тем, что сведения о глобальных и локальных природных явлениях стали предельно доступны, но это не означает, что их причины полностью понятны. Непосредственные измерения параметров среды в земной мантии и ниже — в земном ядре технически невозможны ни сегодня, ни в ближайшем будущем. Самая глубокая в мире скважина на Кольском полуострове достигла глубины чуть больше двенадцати километров, а это не даёт даже приблизительного представления о свойствах материала на глубинах в десятках и сотнях километрах от земной поверхности.

Узнать о составе и свойствах вещества мантии и земного ядра может дать изучение других космических тел. Многие рождённые на Земле понятия и методы используются при исследовании планет Солнечной системы. Более того известные физические законы действуют и на них, а ответы на то что сегодня объяснить не получается, могут быть найдены в бесконечно удалённых звёздных системах и галактиках.

На смену примитивным научным приборам прошлого пришли высокоточные инструменты, компьютерные системы, орбитальные спутники и космические зонды. Данные, которые ранее были доступны только ученым, содержатся в Интернет, а результаты исследований ежедневно используется почти каждым человеком на планете. Этот почти неощущаемый элемент повседневной жизни основан на раскрытии тайн природы — единственно возможном способе существования современной цивилизации.

С начала прошлого века представления о земных недрах претерпели глубокие изменения. Стали понятны причины преобразований не только земной поверхности, но и других космических тел. Здесь можно проводить аналогии, но зачатую они просто невозможны настолько отличаются другие миры от Земли.

Как и в прошлом живущие в начале XXI века люди зачатую оказываются беспомощными перед стихией, которая не поменяла своей сути и стала в некотором смысле более опасной, чем раньше. Землетрясения, наводнения, извержения вулканов, обвалы, оползни, лавины ураганы, цунами продолжают уносить человеческие жизни и приносить огромные экономические потери. Эта книга о происходящих на земной поверхности гравитационных перемещениях вещества, их причинах и последствиях.

Батыр Каррыев

Профессор, доктор физико-математических наук

2016 год

E-mail: mweb2001@mail.ru

https://sites.google.com/site/seismkantiana

Древнейшая из наук

Земля помогает нам понять самих себя, как не помогут никакие книги. Ибо она нам сопротивляется…

Антуан де Сент-Экзюпери

«Планета людей», 1939 год

Досье на мироздание собиралось многие века и сегодня оно доступно всем благодаря инструментам сохранения знаний. Это не только письменность, но и картография, сделавшая возможным расселение людей на планете и появление современной цивилизации.

Выживание людей в прошлом целиком зависело от их наблюдательности и способности ориентироваться на местности. Без этих качеств невозможно было добывать пищу или находить укрытие от непогоды и опасных хищников. В какой-то момент к ним добавилась ещё одно — способность отображать навыки и опыт в виде символов понятных не только автору, но и его соплеменникам. Самые первые свидетельства этого относятся к времени появления наскальных рисунков более двадцати тысяч лет назад.

Пещерная живопись стала первым способом визуализации и сохранения важной информации. Она развила абстрактное мышление и память первобытного человека. Помогая распознавать особенности ландшафта, наскальные рисунки одновременно предупреждали о таящихся в нём угрозах.

В 1994 году на юге Франции обнаружен древнейший петроглиф извержения вулкана. Другое изображение природного катаклизма найдено на территории Турции в неолитическом поселении Чатал-Хююк. Здесь на фреске изображена извергающаяся двуглавая вершина вулкана Хасандаг. Это первый известный пример картографии, относящийся к 7400—5600 годам до нашей эры. В Италии в долине Камоника обнаружены изображения местности в виде наскальных рисунков бронзового века.

Самые ранние сведения об истолковании окружающего мира найдены в Месопотамии где люди вышли из стадии первобытности и вступили в эпоху древности. Это не могло произойти без письменности, с изобретением которой стала возможной передача из поколения в поколение важной информации.

В 1930 году в древнем городе Нузи (Нузу, Га-Сур) в Ираке, расположенном к востоку от реки Тигр, нашли глиняную табличку с рисунком и шумерской клинописью относящуюся к VIII—VII векам до нашей эры. На ней изображена речная долина между двумя холмами, а клинопись разъясняла смысл использованных символов. Перекрывающимися полукругами отмечены холмы, линиями реки, а кружками города.

С возникновением государственности в междуречье появляются первые управленческие институты. Они не могли существовать без способов сохранения и передачи знаний, включая и географические, поскольку смысл управления теряется, если нет представления о местности, её ресурсах, дорогах и особенностей рельефа.

Возникшая за четыре тысячи лет до нашей эры в Месопотамии цивилизация шумеров оставила миру множество новаций. Шумеры создали городскую культуру, изобрели колесо, плуг-сеялку, парусную лодку и клинописную письменность. Именно она веками служила способом передачи из поколения в поколение религиозных учений и научных знаний.

Изобретение способов передвижения по суше, рекам и морям многократно расширили жизненное пространство человека. Появились навыки ориентирования по звёздному небу и описания местности в форме карт, ставших востребованной временем формой визуализации географических знаний. Древние карты — схемы, как и современные, изображали местность с позиции наблюдателя сверху. Этим обеспечивается больший обзор площади и человеку мысленно проще улавливать взаимосвязь между элементами ландшафтов.

Путешествия за пределы привычного ареала обитания привели к необходимости систематизации знаний об окружающем мире и возникновению древнейших из наук — географии. Этот термин впервые использовал греческий ученый Эратосфен Киренский. Он же в 240 году до нашей эры определил длину экватора в 252 тысячи стадий или около 39690 километров с небольшим расхождением от современной оценки в 40120 километра. Эратосфен составил первую карту мира с учетом шарообразности Земли и с использованием меридиан и параллелей, назвав их «линиями, идущими рядом» и «полуденными линиями».

Уже в древнеиндийских книгах можно обнаружить относящиеся к описательной географии сведения. В сборнике священных писаний индуизма XVI век до н.э. «Веды» космологии посвящена целая глава. В относящимся ко второй половине первого тысячелетия до нашей эры древнеиндийском эпосе «Махабхарата» приводится перечень известных на то время гор, морей и рек.

Согласно преданиям при династии Ся (2205—1766 годы до н.э.) отлиты девять бронзовых сосудов с рельефными картами гор, рек, растений и животных Китая. В III веке до нашей эры китайцами изобретаются компас и измеряющее расстояние устройство. С его помощью составлен «Региональный атлас» на 18 листах и Большая книга Китая на шёлке. Здесь географии посвящаются целые сочинения, создаются рельефные карты, на которых ландшафт передаётся объемными моделями.

Уже в IX — VIII веках до нашей эры выбор подходящей для постройки крепостей местности китайскими инженерами производился по картам. Тем не менее, многие достижения науки и техники древнего Китая долгое время оставались неизвестными европейцам. К IV веку до н.э. относится самая древняя китайская карта в мире с цифровыми обозначениями. Она выполнена на медной пластине в виде гравюры в масштабе 1:500..

В V веке до нашей эры античные учёные Европы строили чертежи и схемы известного им мира. Греческий учёный Аристотель в III веке до нашей эры развивает представление о шарообразности Земли определив её центром Вселенной. Его сочинение «Метеорология» стало одной из первых работ по физической географии. Примерно к этому времени относится введение в обиход параллелей и меридианов, карт и объёмных картографических проекций.

В II веке до нашей эры караванная дорога, названная немецким географом Фердинандом Рихтгофеном «Великий шелковый путь» уже связывала Восточную Азию со Средиземноморьем. Завоевательные походы Александра Македонского 334—323 годов до нашей эры опирались на собранные к началу I века до нашей эры сведения об азиатских странах. Двести лет спустя грек Кратет Малльский изобретает первую объёмную модель земного шара — глобус.

К началу новой эры древнегреческий историк и географ Страбон в семнадцати книгах своей «Географии» даёт описание Европы, Азии и Африки. Он приводит разнообразные сведения о странах и народах, о Скифии, Кавказе и закаспийских землях.

В I веке древнегреческий ученый энциклопедист и математик Клавдий Птолемей в восьми книгах «Руководство по географии» обобщает античные представления о мире, излагает математические основы географии и картографии. Он опубликовал координаты восьми тысяч пунктов от Скандинавии до Египта и от Атлантики до Индокитая, а также 27 карт земной поверхности.

Важные географические открытия сделали такие учёные и путешественники Востока и Центральной Азии как Ибн Сина (Авиценна), Бируни, Идриси, Ибн Баттута и др. В Исландии, Гренландии и Северной Америке их совершили норманны и новгородцы сумевшие достичь Шпицбергена и устья Оби в Сибири. Сведения об этом сохранились благодаря летописям, древним манускриптам и рукописным схемам.

В XV веке с началом бурного развития информационных коммуникаций появились условия для широкого распространения географических знаний. Изобретение немцем Иоганном Гуттенбергом способа книгопечатания подвижными литерами ознаменовало наступление эпохи великих географических открытий. Производство карт становится массовым. Их создатели помимо самих карт составляли пояснения к ним почерпнутые из рассказов путешественников. Пунктами обмена географическими знаниями становятся торговые города и культурные центры.

В XVI веке на венецианском мосту Риальто, рядом с лавочкой менялы и золотых дел мастера, можно было найти особое торговое осведомительское бюро. Оно занимались сбором и продажей новостей — сведений об ушедших и пришедших кораблях, о ценах на товары, о безопасности дорог, а также о политических и географических событиях.

Вплоть до XVII века европейцами открывались новые земли, прокладывались морские маршруты в Африку, Америку, Азию и Океанию. В 1492 году испанский мореплаватель Христофор Колумб отплыл морским путем в Индию, но открыл неизвестную европейцам часть света — Америку. В 1497 году португальский мореплаватель Васко да Гама на своих кораблях обогнул Африку, и уточнил её очертания.

В 1519 году экспедиции португальского и испанского мореплавателя Фернанда Магеллана впервые удалось обогнуть весь земной шар. Помимо практического доказательства шарообразности формы Земли путешествие Магеллана показало, что большую часть её поверхности занимает вода, а не суша.

К XV — XVII векам география становится практически важной наукой. Особый вклад в её развитие внёс фламандский картограф и географ Герхард Меркатор. В 1541 году он изготовил глобус Земли, а спустя десять лет глобус Луны. Меркатор создал полный Атлас Европы с 51-й картой Франции, Германии и Бельгии, с 23-мя картами Италии и Греции, 36-ю картами Британских островов. Карты и атласы Меркатора содержали подробные географические сведения, а очертания материков на них были близки к реальным.

В 1768—1779 годах англичанин Джеймс Кук совершает три кругосветных экспедиции. Он открывает Гавайи и Большой Барьерный риф, а его поиски Южного материка привели к открытию Австралии и Океании. Примерно в это же время русские первопроходцы разведали почти всю Сибирь и достигли Дальнего Востока. В России Михаил Ломоносов высказывает идеи о непрерывном изменении лика Земли под влиянием внутренних и внешних сил, о слоях земных и др. В 1739 году он выступает инициатором создания Географического департамента, и составляет первый в Российской империи кадастр землепользования.

В XVIII веке большое значение приобретает фиксация, картографирование и обобщение накопленных географических знаний. Это потребовало новых способов изложения разнообразной информации. Отображение только контуров новых земель оказалось недостаточным для их промышленной и торговой эксплуатации. Строительство наземных коммуникаций — дорог и железнодорожных путей, прокладка безопасных торговых маршрутов потребовали детального изучения рельефа и геологического строения земной поверхности.

В свою очередь, приносимый природными катаклизмами ущерб обусловил необходимость исследования их причин. Вулканические извержения, землетрясения, обвалы и оползни наносили большой ущерб заморским колониям. В отличие от Старого света, где крупные природные катастрофы случались, но носили умеренный характер, проникновение в Тихоокеанский огненный пояс, Северную и Южную Америки оживили библейские сказания о Содоме и Гоморре, грандиозных потопах и смертоносных ураганах.

В 1692 году вулканическое землетрясение на острове Ямайка, расположенного в северной части Карибского моря, до основания разрушили его столицу Порт-Ройял. Её пришлось перенести в соседний Кингстон, который спустя пятнадцать лет также был разрушен землетрясением.

В 1755 году Лиссабонское землетрясение перечеркнуло в миропонимании роль высших сил обустройства мира, и потребовало естественнонаучного объяснения причины случившегося катаклизма. Мир начал восприниматься как арена действия скрытых, но пока еще не понятных сил природы, действующих повсеместно — от Старого до Нового света.

В 1883 году сильное землетрясение сопутствовало извержению вулкана Кракатау в Индонезии. Взрывом была уничтожена половина острова, погибло все его население и разрушены города на островах Суматра, Ява и Борнео. Последовавшее за землетрясением цунами смыло все живое с низменных островов Зондского пролива. В том же году 18 июля курортный город на острове Иски около Неаполя был превращен в груду развалин вулканическим землетрясением.

Интенсивность и частота природных бедствий на новых землях пугала, настораживала и требовала осмысления. Это была уже не задача картографов и описателей, а учёных вооруженных знаниями и точными инструментами. Особый вклад в становление физической географии как точной науки внёс немецкий учёный Александр Гумбольдт. Он считал необходимым комплексное постижение природы как единого целого.

Гумбольдт заложил основы таких научных дисциплин как физическая география, ландшафтоведение и география растений. В своих экспедициях он использовал по тем временам передовые научные инструменты. В свою экспедицию в Новую Испанию (1799—1804) на борту корвета «Pizarro» он взял с собой десятки приборов для проведения научных измерений и наблюдений.

В Германии Карл Риттер в 1817 году начинает публикацию своего фундаментального труда «Die Erdkunde im Verhältniss zur Natur und zur Geschichte des Menschen» (Землеведение в отношении к природе и истории человечества). Риттер стал одним из основоположников современной географической науки, определив её предмет, как выявление связей и установление причин явлений и процессов природы, изучая ее как единое целое.

«География — это своеобразная физиология и сравнительная анатомия Земли: реки, горы, ледники и т. п. являются отдельными органами, каждый из которых имеет свои собственные функции, а так физико-географическое основание является основой для развития общества, оно в качестве физической основы определяет ход жизни общества и человека». Карл Риттер, 1817 год.

В XIX веке изобретение новых приборов и инструментов для измерений и наблюдений позволили создать подробные гипсометрические карты, исследовать параметры земной атмосферы и гидросферы в различных районах планеты. С этого времени естествоиспытатели уже не ограничиваются только описанием природных явлений, а стараются находить им научные объяснения.

Благодаря систематизации сведений собранных по всему земному шару стало понятно, что рельеф земной поверхности связан с глубинным строением планеты и определяется протекающими в её недрах геологическими процессами. В свою очередь моря и океаны формируют климат на планете и многие другие атмосферные явления. Важным было и то, пусть схематичная, но подтверждающая данные астрономических наблюдений создавалась целостная картина мирозданья.

В XVIII — XIX веках промышленная революция в Европе ставит новые вопросы из-за необходимости освоения залежных земель. Как образуется тот или иной тип рельефа? Из-за чего происходят лавины, обвалы и оползни? Что представляет собой вулканическая деятельность? Почему, как и где возникают землетрясения? Как формируется тот или иной ландшафт и как он связан с геологическим строением местности? Под давлением задач практики статичное представление Земли ушло в прошлое.

К концу XIX века простые географические проекции превратились в привязанные к земному рельефу тематические атласы с разнообразными данными. Карты становятся основой для отображения геологической, климатической, метеорологической, социальной, политической и другой информации. Они стали визуализировать пространственно-временные особенности протекания различных физических процессов на земной поверхности.

К XX веку астрономия, математика, физика и химия достигли такого уровня развития, что их понятийный аппарат и инструментарий стал достаточным для изучения динамики земной поверхности. Физическая география разделилась на самостоятельные научные направления — геоморфологию, гидрологию, гляциологию, климатологию, океанологию и другие. Все они проистекали из необходимости решения практических задач в области геологоразведки, землеведения, климата, мореходства и многих других.

Было выяснено, что земной рельеф является одновременно продуктом геологического развития Земли и происходящих в её атмосфере и гидросфере физико-химических процессов. Он неодинаков в различных частях света, и сложен разнообразной комбинацией пород. Что покрывающий верхнюю часть континентальной земной коры слой состоит из осадочных и вулканических горных пород, а в некоторых местах он отсутствует. Что земная поверхность в основном представлена равнинами континентов и дном Мирового океана, о строении которого вплоть до середины прошлого века можно было только догадываться.

С началом океанографических научных экспедиций открылась возможность приблизится к пониманию происходящих на морском дне процессов. Самая первая из них была совершена в 1872—1876 годах на английском корвете «Challenger». Оказалось что континенты окружены шельфом — мелководной полосой глубиной до двухсот метров и средней шириной около восьмидесяти километров, которая после резкого обрывистого изгиба дна переходят в континентальные склоны. С удалением от берега они постепенно выравниваются, а на глубине в несколько километров переходят в абиссальные равнины.

Глобализация промышленного производства и торговли привела к необходимости прокладки морских трансконтинентальных телеграфных линий. Время о времени кабели обрывались, и это потребовало научного объяснения. На то время знаний о морском дне хватало на несколько сотен метров глубины, а кабели прокладывались гораздо глубже. Разгадку принесло установление связи между разрывами подводных кабелей и землетрясениями.

Оказалось, что глубоко под водой гравитация и давление создают идеальные условия для срыва с горных склонов громадных объёмов водонасыщенных пород. При этом обвалы, оползни и турбидитные потоки не только рвут подводные кабеля, но и значительно изменяют ландшафт морского дна.

В 1929 году при землетрясении Гранд-Банк было разорвано двенадцать подводных кабелей на удалении до 800 километров от эпицентра. Объём перемещённых рыхлых пород достигал ста миллиардов кубометров. В 1954 году при Алжирском землетрясении разорвано пять линий подводных кабелей. Это свидетельствовало, что морское дно как суша находится в непрерывной трансформации.

В начале XX века общее представление о внутреннем строении Земли только формировалось. Сейсмические наблюдения позволили исследовать внутреннюю структуру планеты. Стало ясно, что часть литосферы, самая верхняя из твердых оболочек Земли, земная кора составляет только один процент от общей массы планеты. Под ней расположилась мантия, а ещё ниже — земное ядро. К пятидесятым годам прошлого века эта модель объяснила происходящие на земной поверхности многие явления — вулканизм, её рельеф, горообразование и т. д.

Геологические исследования обнаружили схожие образования и процессы в различных частях света. Рельеф и ландшафт земной поверхности стали предметом изучения специальной науки — геоморфологии. Её зачинателем считается китайский учёный и государственный деятель XI века Шэнь Ко. Он исследовал особенности расположения морских раковин в породе на суше расположенной за сотни миль от океана, и первым высказал предположение об изменчивости земной поверхности из-за почвенной эрозии и отложении наносов.

Научные основы геоморфологии заложил немецкий геолог Фердинанд фон Рихтгофен в конце XIX века установивший основные черты орографии Азии. Ему принадлежит гипотеза эолового происхождения лёсса — осадочной горной породы.

К началу XX века появилась первая геоморфологическая модель формирования рельефа земной поверхности. Она была разработана американским геологом Уильямом Морисом Дейвисом. Его учение о географических циклах основывалось на представлении о стадийном развитии рельефа земной поверхности. Дейвис создал новый тип его зарисовки — модели и блок-диаграммы. Здесь важно то, что все открытия в какой-то момент совершаются впервые и то, что сегодня стало рутиной, было провидением конкретного человека.

Геоморфология ведёт исследования на стыке многих наук и, прежде всего геологии, физической географии, физики и химии. При изучении процессов протекающих на Земле и других объектов Солнечной системы геоморфология использует данные таких наук, как астрономия, космогония, астрофизика и других.

Объектом геоморфологии является рельеф земной поверхности и иных твёрдых космических тел. Её исследования основываются на данных наблюдений и оценки влияния на рельеф различных разномасштабных пространственно-временных процессов и явлений. Таких как гравитация, тектоника, вулканизм, атмосфера, гидросфера и солнечная радиация.

Геоморфология важное практическое направление науки. Её методы позволяют производить инженерную оценку рельефа необходимую при освоении залежных территорий, строительстве и берегозащите. Изучать связь рельефа с климатом, погодой, гидрорежимом и биоты различных участков земной поверхности. Прогнозировать возникновения опасных явлений — лавин, обвалов, оползней, провалов и др.

По сравнению с прошлым арсенал современной геоморфологии значительно расширился благодаря аэрофотосъемке и спутниковым наблюдениям, использованию в обработке данных мощных вычислительных средств. Находящиеся на земной орбите приборы позволяют осуществлять глобальный мониторинг состояния атмосферы, биосферы, гидросферы и всей поверхности Земли.

Наземные, воздушные, подводные автоматические системы дают возможность исследовать ранее недоступные для непосредственного наблюдения объекты, а видеотехника получить представление об их форме и расположении почти в реальном масштабе времени.

Беспилотные аппараты — дроны сегодня решают всевозможные задачи, от исследования атмосферы и земной поверхности, до изучения ледяных пустынь и морских глубин. Они позволяют осуществлять аэрофотосъёмку с разрешением в несколько сантиметров с высоким качеством цветных изображений и др.

24 октября 1946 года первая фотография Земли из космоса была получена запущенной США ракетой «V-2» с суборбитальной траектории 35 миллиметровой кинокамерой на чёрно-белую киноплёнку. 14 августа 1959 года сделана первая спутниковая фотография Земли американским спутником «Explorer 6». 6 августа 1961 года с корабля «Восток-2» советский космонавт Герман Титов впервые выполнил ручную фото- и киносъемку Земли из космоса.

Благодаря выходу человека в космос Земля стала ближе для понимания. Помимо огромного потока разнообразных телеметрических данных наблюдения с земной орбиты позволяют отслеживать состояние атмосферы и гидросферы, процессы антропогенного загрязнения морских акваторий и суши, состояние биоты и многое другое.

В 2016 году Национальное управление океанических и атмосферных исследований США в течение почти трёх месяцев осуществляло онлайн-трансляцию со дна Марианской впадины. Она велась с трёх видеокамер подводного аппарата «Okeanos Explorer» и выкладывалась в Интернет.

Спутниковый мониторинг позволяет оценивать экологическую ситуацию на обширных территорий, отслеживать последствия землетрясений, извержений вулканов, обвалов, оползней, селей, снежных лавин, абразии, эрозии, состояние ледяного покрова планеты и многое другое. Его эффективность доказана многолетними работами на пилотируемой орбитальной станции «Мир» (1986—2001), Международной космической станции (действует с 1998 года) и автоматическими космическими станциями ЕС, Китая, России, США и Японии.

Спутниковые изображения выполняются в различных частях электромагнитного спектра. Так, оптико-электронные спутниковые системы дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) позволяют получать пространственную информацию о земной поверхности и способны распознавать пассивное отраженное излучение земной поверхности в видимом и инфракрасном диапазонах.

С помощью радарной съёмки (SAR) строятся различные карты рельефа не только земной поверхности, но и других планет Солнечной системы. Этот метод даёт возможность следить за состоянием поверхности сквозь облачность и в тёмное время суток. Это особенно важно для мониторинга ледовой обстановки во время полярной ночи и др.

Спутниковые системы навигации типа GPS (Global Positioning System), пройдя сложный путь от военных разработок, сегодня позволяют определять местоположение объектов на земной поверхности и в околоземном космическом пространстве. Проводить исследование современных движений земной коры и многое другое.

Благодаря росту вычислительной мощи и цифровым способам получения и обработки данных появилась возможность создания компьютерных 3D-моделей местности, сменивших прежние макеты из папье-маше. Исходными данными для них становятся детальные планы городов и топографические карты, материалы аэрофотосъемки, лазерного сканирования и спутниковые снимки сверхвысокого пространственного разрешения.

Прежние пояснительные записки и надписи на картах сменили разветвлённые электронные системы сбора, обработки, хранения, анализа и графической визуализации пространственных данных. Они позволяют осуществлять поиск различных сведений на цифровых картах локального и глобального масштабов в геологии, землеустройстве, картографии, метеорологии, муниципальном управлении, транспорте, экологии, экономике и многих других областях.

Вместе с тем ожидать, что спутниковые системы решат все проблемы исследования Земли пока ожидать не приходится. Их создание трудоёмко и очень затратно. Всегда остаются вопросы детальности и непрерывности съёмки. А оборудование для записи видео уступает по разрешению фотосъёмке, и охватывает сравнительно небольшую площадь поверхности планеты.

С другой стороны, изучение процессов протекающих на земной поверхности ограничено периодом семидесятых годов прошлого столетия — времени начала получения спутниковых изображений. Иными словами на 2016 год период фотолетописи не всей, а только отдельных участков составляет менее пятидесяти лет. И если для быстротекущих процессов в атмосфере можно получить сведения о её динамике, то для изучения рельефообразующих факторов на поверхности, с учётом низкой степени разрешения ранее использовавшейся техники, он недостаточен.

Современные цифровые технологии привнесли в изучение планеты детальность, масштабность и оперативность. Стало возможным заглянуть в самые отдалённые уголки планеты, наблюдать процессы на морском дне, изучать полярные льды и ледники на неприступных вершинах. Благодаря сетевым технологиям и совершенству техники визуализации возможности учёных по сравнению с прошлым столетиям многократно возросли.

Цифровые технологии многократно повысили детализацию исследований позволив наблюдать приводящие к природным и техногенным катастрофам процессы на больших пространственно-временных масштабах. Вкупе с наземными наблюдениями и измерениями они открыли возможность обнаруживать признаки развития опасных геологических и геофизических процессов. Это особенно актуально на современном этапе, когда рост мирового населения и сосредоточение его большей части в городах, расширение и усложнение критической инфраструктуры увеличивает риск больших потерь от природных и техногенных катастроф.

Происходящие в горах оползни, обвалы скальных пород, сели, снежные лавины, прорывы подпрудных озер, пульсации ледников, резкие повышения уровня горных рек угрожают жизни и хозяйственной деятельности человека. Уменьшение ущерба от этих явлений невозможно без всестороннего изучения их причин.

В прежние времена, когда не было чёткого подразделения науки по предмету исследования, изучение Земли дополнялось астрономическими наблюдениями. Благодаря новым инструментам современные астрономы стали неогеографами, описывающими и разгадывающими тайны других планет не только в Солнечной системе, но и в других звёздных систем.

Пустыни Марса и метановые моря на Титане, раскалённая поверхность Венеры и замороженный Плутон стали объектами изучения и открытий. Новая картина мироздания пишется в наши дни, а развитые поколениями натуралистов — естествоиспытателей методы и инструменты применяются для познания космических объектов в бесконечном океане вакуума.

Изменчивый лик Земли

Природа не может создать деревья очень больших размеров, так как ветки под действием собственного веса будут обламываться и подать на землю; так же, как не могут существовать люди, лошади и другие животные с очень большими костями; для осуществления своих функций материал, из которого сделаны кости, должны быть значительно прочнее, или сечение костей необходимо увеличить во много раз, т.е. изменяя при этом их форму.

Галилео Галилей, 1637 год

Земная поверхность представляет собой совокупность разновысотных объектов различающихся по занимаемой площади, форме, физическому составу, химическим свойствам, расположенных на суше, на дне морей и океанов. Они имеют различную выраженность в рельефе лучше всего воспринимаемую через такие антонимы как: горы — низины, пустыни — поймы рек, суша — водная гладь и т. д. Вкупе они образуют сложившийся к настоящему времени рельеф земной поверхности с разнообразными ландшафтами.

Лик Земли никогда не остаётся постоянным. Он меняется с течением времени, и был иным миллион, миллиард и в момент образования планеты более четырёх миллиардов лет назад. Причин тому много, но главная определена полем тяготения Земли и её вращением.

Гравитационное поле является главной рельефообразующей силой на планете. Ему она обязана своей формой, она определяет характер происходящих в её недрах, на поверхности, в морских глубинах и в атмосфере гравитационных процессов и физико-химических превращений земного вещества. Некоторые из них протекают чрезвычайно медленно, другие, такие как обвалы, оползни и лавины очень быстро, ежегодно принося страдания десяткам тысяч человек на планете.

Только с появлением точных наук удалось разгадать тайну образования Солнечной системы. Их краеугольным камнем стало учение Исаака Ньютона о всемирном тяготении, согласно которому сила тяготения универсальна и проявляется между любыми материальными телами независимо от их конкретных свойств. Сформулированные Ньютоном законы классической механики позволили объяснить происходящие в недрах Земли, её атмосфере и гидросфере динамические процессы. Такие как приливы и отливы в океанах, прецессию земной оси, особенности движения Луны, сжатие Юпитера и многие другие.

Современная наука исходит из положения о том, что в начальной стадии своего существования земное вещество находилось в расплавленном состоянии. По мере остывания произошло расслоение веществ. Самые лёгкие компоненты образовали атмосферу, а более тяжелые стали материалом для железоникелевого ядра планеты.

Самый верхний слой — земная кора состоит из осадочных пород сформированных переработкой горных и вулканических пород внешними, т.н. экзогенными процессами (температура, осадки, выветривание и т.п.). Он и верхняя часть мантии образуют литосферу — твёрдую оболочку Земли, простирающуюся на глубину до ста километров. Она разбита на крупные блоки — литосферные плиты способные перемещаться по поверхности мантии и на них расположены материки.

Земная кора это один процент от радиуса планеты составляющего 6370 километров. Она состоит из блоков называемыми платформами, если образующие слоистые толщи горные породы залегают почти горизонтально. Другие места, где это не так, получили наименование складчатых поясов. Различают континентальный и океанический типы земной коры. Толщина континентальной коры в среднем 30—40 километров, но доходит под горными массивами до 75—80 километров, а толщина океанической коры около десяти километров.

В свою очередь, на дне Мирового океана расположены срединно-океанические хребты общей протяженностью до шестидесяти тысяч километров и занимающих примерно 10% от всей поверхности планеты. В своей центральной части они имеют понижения — здесь происходит генерация магматических пород, которые выплавляются в верхних частях литосферы, и через разломы в земной коре поступают на морское дно.

У берегов океанов, в первую очередь Тихого, возникли нисходящие струи конвективных течений и здесь океаническая кора пододвигается под континентальную. Подобные явления происходят не только под океанами, конвективные течения имеются и под континентами. Это приводит к тому, что земная кора постоянно находятся в напряженном состоянии.

Под земной корой расположены твердые слои верхней мантии. С земной поверхности до них простираются зоны тектонических разломов, подвижки в которых приводят к землетрясениям. Вещество внешней части верхней мантии находится в расплавленном и полурасплавленном состоянии. Из-за огромного давления и высокой температуры на геологических масштабах времени вещество мантии пластично и подвержено конвекции. Циркуляция мантийного расплава перемещает литосферные плиты и формирует облик земной поверхности.

Мощность мантии доходит до трёх тысяч километров. Это недоступная глубина для инструментальных исследований и её изучение стало возможным только с начала прошлого века благодаря наблюдениям за землетрясениями. Сейсмические волны «просвечивают» вещество мантии и по их характеристикам можно оценить её строение и физико-химическое состояние.

Циркуляция мантийного расплава является причиной образования гор, вулканизма и различных сейсмических процессов вдали от краёв тектонических плит как это происходит в районе Гавайских островов. В состоящей из силикатных расплавов мантии происходит перенос тепла из центра Земли к поверхности, и время от времени возникают т.н. мантийные плюмы. Это пробивающие литосферу к дневной поверхности раскалённые струи мантийного вещества.

Ниже мантии находится сложенное из тяжелых металлов, преимущественно железа, земное ядро. Здесь плотность вещества и температура значительно увеличиваются. Так, температура пограничного слоя между земным ядром и мантией на глубине 2700 километров составляет 2200 градусов по Цельсию, а мощность теплового потока из ядра Земли в нижние слои мантии оценена примерно в тринадцать тераватт.

В центре Земли температура выше, чем на поверхности Солнца, поскольку при распаде радиоактивных элементов излучается тепло. Оно и сохранившийся с момента формирования планеты жар служат основными источниками энергии для перемещения вещества внутри и на поверхности планеты.

Одним из крупных достижений современной науки является создание теории тектоники плит создавшей основу для понимания целого ряда геофизических и геологических явлений. Ещё в XVII веке совпадение очертаний береговых линий западного побережья Африки и восточного побережья Южной Америки наводило на мысль о том, что континенты перемещаются.

В 1620 году английский философ Франсис Бэкон в трактате «Novum Organum scientiarum» (Новый Органон) первым обратил внимание на поразительное сходство береговой линии континентов по разные стороны Атлантики.

В 1858 году итальянский географ Антонио Снидер-Пеллегрини соединил в один пять континентов. Он предположил, что Америка есть не что иное, как отколовшаяся от Африки и Европы легендарная Атлантида о которой сообщал Платон.

В 1912 году немецкий учёный приват-доцент Марбургского университета Альфред Лотар Вегенер выдвинул гипотезу континентального дрейфа, по которой относительное положение континентов менялось на протяжении истории Земли. В опубликованной в журнале «Geologische Rundschau» статье «Die Entstehung der Kontinente» (Происхождение континентов, 1912) и книге «Die Entstehung der Kontinente und Ozeane» (Возникновение материков и океанов, 1915) Вегенер привел аргументы в пользу того, что в далеком прошлом континенты были одной структурой. Тем не менее, научное сообщество отвергло его теорию и только в шестидесятых годах прошлого века идея Вегенера о движениях в твердой оболочке Земли (мобилизм) снова возродилась.

К 1960 году составлена карта рельефа дна Мирового океана. Она показала, что в центре океанов расположены срединно-океанические хребты, возвышающиеся в среднем до двух километров над покрытыми осадками абиссальными равнинами.

В 1962—1963 годах американские геологи Роберт Дитц (Robert Sinclair Dietz) и Гарри Хесс (Harry Hammond Hess) выдвинули гипотезу спрединга — геодинамического процесса раздвигания литосферных плит под воздействием нагнетаемого снизу магматического расплава в области рифтов срединно-океанических хребтов.

Последующими исследованиями рельефа и палеомагнетизма океанического дна было доказано существование процессов расширения (явление спрединга) океанической коры и пододвигания одних частей коры под другие (явление субдукции). Оказалось, что остывание вынесенных на поверхность горных пород и движение вещества привели к тому, что со временем твёрдая оболочка Земли оказалась раздробленной на большие и малые фрагменты — литосферные плиты. Эти мегаобазования и вместе с ними материки как бы «плавают» на поверхности раскаленной и вязкой астеносферы — верхней части мантии.

В современную геологическую эпоху литосферу планеты образуют восемь мегаплит, десятки меньшего размера и множество мелких. Свыше 90% земной поверхности занимают мегаплиты, и на их границах сосредоточена основная магматическая, сейсмическая и тектоническая активность на планете.

Тепловая конвекция в астеносфере является основной причиной движения литосферных плит. За миллионы лет под воздействием гравитационных и ротационных сил они совершают сложные движения. Плиты разворачиваются, и отрываются друг от друга. Одна плита может погружаться под другую, и перемещаться на значительные расстояния. Например, в Красном море со скоростью двух-пяти сантиметров в год расходятся Аравийская и Африканская литосферные плиты.

Континент Австралия смещается в год примерно на семь сантиметров в северо-западном направлении. За шесть лет он сдвигается на метр, а за шестьдесят лет на десять метров. Из-за этого время от времени производится корректировка долготы и широты на местных картах. Это достаточно важно, поскольку данные глобальных навигационных спутниковых систем вступают в противоречие с локальными координатами, которые не передвигаются вместе с континентами. С 1994 года Австралия «переехала» примерно на полтора метра к северу.

Инструментально доказано, что скорость перемещения литосферных плит может достигать более десяти сантиметров в год. Казалось бы, это немного, но если принять горизонтальный размер одной плиты примерно около одной тысячи километров, то время её существования составит примерно десять миллионов лет. Иными словами, вся история вида Homo sapiens несопоставима с временным масштабом тектонических процессов на Земле.

Как происходит циркуляция вещества в земной мантии, хорошо иллюстрирует открытие сейсмологов из университета Калифорнии в Санта-Крузе. По преломлению сейсмических волн от землетрясений на глубине 2900 километров под Центральной Америкой они обнаружили тонущую в земной мантии тектоническую плиту. Некогда она была частью поверхности планеты, но примерно пятьдесят миллионов лет назад начала погружаться в мантию увлекая за собой соприкасающееся с ней вещество мантии со скоростью несколько сантиметров в год. Этот кусок земной поверхности на 700 градусов остаётся холоднее окружающего ее расплава, нагретого до 2,5 тысяч градусов Цельсия.

Под воздействием глубинных процессов т.н. эндогенных и внешних — экзогенных воздействий происходит кругооборот вещества планеты. Осадочные породы опускаются в земные недра, где преобразуются в магму, а затем вновь поднимаются тектоническими процессами на поверхность. Они непрерывно изменяют лик земной поверхности. Появляются и исчезают горы, на месте морей образуются равнины, а реки со временем исчезают, уступая место пустыням и каньонам.

Эндогенными называются протекающие в земных недрах процессы. Это магматизм, метаморфизм, тектоника и сейсмичность. Эндогенные процессы черпают свою энергию из земных недр, извлекая ее из атомных, молекулярных и ионных реакций, внутреннего давления и др. Они обуславливают тектонические движения земной коры, под влиянием которых формируются крупные формы её рельефа, т.н. морфоструктуры — равнины, горные системы с хребтами, нагорьями и плоскогорьями.

Экзогенными называются внешние факторы обусловленные денудацией. Это выветривание, дефляция, оползни, обвалы, карсты, эрозия, экзарация, морская и озёрная абразии и др. Они связанны с древними оледенениями, работой текучих вод и ветра, перепадами температур и новым фактором — антропогенной (человеческой) деятельностью.

Геологическая работа экзогенных процессов в основном сводится к разрушению горных пород, переносу обломков и отложению их в виде осадков. Итогом является формирование на месте горного рельефа пенеплена — «предельной равнины» или слабохолмистой местности с плоскими столовыми водораздельными частями.

Формирование рельефа происходит в сложном взаимодействии земной коры с биологической, водной и воздушной оболочками Земли. Они иные, чем для остальных планет Солнечной системы, соответственно различающихся по своим формам рельефа и характеру протекания физико-химических и гравитационных процессов.

Рельеф занимает в строении Земли особое место, являясь поверхностью раздела и одновременно поверхностью взаимодействия оболочек земного шара — атмосферы, биосферы, гидросферы и литосферы. Одной из его важных характеристик является уклон. С ним связано возникновение обвалов, оползней и лавин в горной местности. Чем больше крутизна склона, тем он опаснее с точки зрения возможности их возникновения.

В силу различных причин ослабление сцепления каменно-земляных масс породы нарушает их равновесие, и приводит к движению вниз. Именно этим обстоятельством обусловлена форма гор и возвышенностей. В поле силы тяжести Земли они приобретают наиболее устойчивую, условно конусообразную форму, позволяющей эффективно распределять давление их огромного веса на основание. Наиболее древние сооружения человека — египетские пирамиды сконструированы схожим образом просуществовав уже более четырёх тысяч лет.

В простой схеме для появлении гор их формирование должно происходить со скоростью превышающей скорость распада связей в образующем их материале — т.н. явление денудации. Это совокупность процессов сноса и переноса водой, ветром, водой и льдом в поле земного тяготения, продуктов разрушения горных пород в пониженные участки земной поверхности.

Особенно быстро всё это происходит в горах, где большие уклоны земной поверхности способствуют гравитационному сносу горных пород, а снижающие их прочность физико-химические факторы действуют наиболее интенсивно. Под действием ветровой и водной эрозии, перепадов температуры и усталостных процессов непрерывно происходит нивелирование рельефа земной поверхности, снижение абсолютных и относительных высот.

Гравитация и время превращают горы в холмистую местность, а долины и равнины в пустыни. Тектоническими силами они вновь трансформируется в горную местность и, так будет до тех пор, пока не иссякнет внутренняя энергия планеты, и она не остынет. Этот процесс идёт с самого начала её образования, а расчётное время существования тектонически активной Земли составляет около трёх миллиардов лет.

Прообразом будущего Земли является Марс. Сегодня на этой планете не обнаружена активная тектоническая деятельность, а вулканы потухли. Она окружена разряженной атмосферой и без подобного земному магнитному полю планета не в состоянии противостоять солнечной радиации.

Скорость выравнивания земного рельефа определяется прочностью образующих его пород, т.е. их способностью выдерживать гравитационную нагрузку и сопротивляться разрушению под воздействием различных факторов. Таких, как влажность, температура, химические процессы и др.

Горные породы не монолитны, они перемножаются разносоставными слоями, разбиты на крупные и мелкие блоки. На склонах силы сцепления между ними должны быть достаточны для удержания их веса. Если этого не происходит, возникают обвалы и оползни. Часто их возникновение провоцируется землетрясениями, срывающими с крутых склонов неустойчивые фрагменты породы. Подобные и более грандиозные процессы происходят на дне морей и океанов.

Под водой скрываются горные хребты, превосходящие по высоте расположенные на суше горы. Так, системы Анд, Гималаев, Гиндукуша, Памира и Тянь-Шаня с их вершинами в 6000–8000 метров уступают по протяженности и высоте горным образованием на морском дне. Самая высокая гора на суше — Эверест (Джомолунгма) в Гималаях может с лихвой поместится в глубочайшей впадине планеты Бездне Челленджера. Здесь перепад высот между самой низкой и самой высокой точкой составляет почти двадцать километров. Он сопоставим с размерами марсианского вулкана Олимп возвышающимся на 27 километров от основания. Более слабая гравитация, чем на Земле, отсутствие жидкой воды и разряженная атмосфера четвёртой планеты обеспечат сохранность этой горы ещё длительное время.

Дно Мирового океана находится в непрерывной геологической трансформации. В зонах спрединга через разломы на дно океана поступает базальтовый расплав, и формируется новая океаническая кора. Тектонический конвейер пододвигает её под окраины континентов — в области субдукции, где она, охлаждаясь, погружается в мантию, рождая вулканы и вызывая мощные землетрясения.

Единая система срединно-океанических хребтов проходит через весь Атлантический океан, продолжается в Индийском, а затем Тихом океане. Хребты протянулись более чем на шестьдесят тысяч километров, и рассечены в центральной части продольными впадинами — рифтами. Это самые молодые участки земной коры — они непрерывно обновляются мантийным расплавом.

Начиная от островов Новой Гвинеи и заканчивая Новой Зеландией на морском дне, под архипелагом Бисмарка, Соломоновыми островами, Новыми Гебридами, Новой Каледонией, Самоа, Тонга и Кермадек, почти параллельно друг другу расположены морские горные гряды. Острова Гилберта, Маршалловы и Каролинские острова Микронезии в Тихом океане это всего лишь выступающие над поверхностью воды вершины подводных горных цепей.

На огромном пространстве от залива Аляски и до архипелага Самоа морское дно разбито громадными тектоническими трещинами и трансформными разломами. Здесь часто возникают сильнейшие землетрясения, а вокруг разломов формируются многочисленные оперяющие структуры — надвиги, складки и грабены.

На больших глубинах очень холодно и действует огромное давление. Погружение в море на каждые десять метров дает увеличение гидростатического давления в одну атмосферу. На глубине в сто метров погруженное тело испытывает давление примерно в десять атмосфер. В самом глубоком месте планеты — на дне Марианского желоба батискаф «Trieste» ВМС США на глубине 10918 метров испытал давление в 1100 атмосфер. На дне желоба Пуэрто-Рико на глубине 8390 метров батискаф «Archimede» ВМС Франции выдержал давление около 840 атмосфер.

Под большим давлением вода проникает в трещины на морском дне что облегчает потерю равновесия пластами породы. Поэтому на континентальных склонах часто возникают грандиозные подводные оползни и турбидитные (мутьевые) потоки. Со скоростью доходящей 70—90 километров в час они способны перемещать донные осадки на расстояние в сотни километров.

В 6200—6000 годах до нашей эры у берегов современной Норвегии возник гигантский подводный оползень Storegga. Он охватил площадь около четырёх тысяч квадратных километров, а оползневые массы перемещались на расстояния до пятиста километров. Вызванное оползнем цунами охватило береговую зону протяженностью почти в триста километров в северной части Атлантического океана. Морские волны проникали до восьмидесяти километров вглубь побережья. Этот оползень по объёму перемещенных масс более чем в триста раз превышал современную ежегодную поставку в Мировой океан осадочного материала всеми реками на планете.

Подобные катастрофы неоднократно возникали в прошлом, но могут возникнуть в будущем. Несмотря на все достижения современной цивилизации они не станут менее опасными, чем были в прошлом, когда погребали под собой стоянки древнего человека. Причин тому много, но главные предопределены быстрым увеличением населения планеты и ростом городских поселений. Он сопровождается нарушением естественного состояния среды из-за вырубки лесов, изменения естественных ландшафтов, прокладки инженерных коммуникаций, разработки месторождений полезных ископаемых и др.

Растёт скорость перемещения по наземным трассам, их сеть усложняется и расширяется. Зачастую они проходят по изрезанному рельефу, подчиняя себе горные склоны и пойменные низменности. В свою очередь это приводит к увеличению риска возникновения техногенных аварий там, где не соблюдены необходимые меры безопасности, а природные условия не приняты во внимание.

К XXI веку в горной местности, занимающей примерно 24% земной поверхности, проживало около 10% мирового населения. Более 50% населения находится в пределах двухсот километровой зоны от побережья морей и океанов. В долинах и устьях рек наблюдается наивысшая плотность населения, а большинство мегаполисов планеты, таких как Нью-Йорк, Токио, Шанхай и другие расположены на сейсмоопасных территориях и вблизи от морских побережий.

Природным катаклизмом присуща каскадность действия, т.н. принцип домино. Подземный удар может спровоцировать обвалы и оползни в горах на крутых склонах, тем более вероятные, если землетрясению предшествовали проливные дожди. А внезапное перемещение больших массивов породы в ущелья или речные долины в свою очередь приводит к наводнениям и селям.

В конце прошлого века Юджин Стормер (Eugene F. Stoermer) обозначил современный этап развития Земли термином «Антропоцен». В 2000 году Нобелевский лауреат Пауль Крутцен (Paul Jozef Crutzen) использовал его в качестве формальной единицы геохронологической шкалы. Термин стал необходим из-за всё более усиливающегося вмешательства человека в рельефообразующие процессы на планете.

Все части природной среды взаимосвязаны между собой и стремятся к равновесию — гомеостазису. Как следствие, меняя какой либо фрагмент сложившейся системы человек вносит в неё дисбаланс. В свою очередь с её стороны следует ответная реакция, и она стремится вернуться в своё естественное состояние. Но это возможно только до тех пор, пока не будет преодолён некий критический предел, за которым возникает уже другая реальность. Возможно, она уже не будет столь же благосклонна к существованию человека как предыдущая. История знает такие примеры.

Начиная с момента использования огня и формирования сельского хозяйства влияние антропогенного фактора на вид и форму рельефа земной поверхности шло по нарастающей. Яркий пример тому Австралия, где аборигены более пятидесяти тысяч лет назад научились выжигать растительность для облегчения охоты. Этих людей уже давно уже нет, но следствием подобного образа жизни стало исчезновение внутреннего озера Kati Thanda-Lake Eyre (Эйр). Тысячи рукотворных пожаров за тысячи лет изменили покров континента и его климат.

Другой пример находится в Центральной Азии. Здесь с середины прошлого века начался забор воды из основных питающих Аральское море рек Амударьи и Сырдарьи. Искусственное орошение сельскохозяйственных земель поставило этот некогда значительный водоём пресной воды на грань исчезновения.

В 1979 году английский эколог Джеймс Лавлок (James Ephraim Lovelock) в своей книге «The Revenge of Gaia» (Месть Геи) выдвинул гипотезу о Земле как суперорганизме способного благодаря механизму саморегуляции поддерживать основные параметры среды в стабильном состоянии на определённые периоды времени. Она способствовала развитию системного подхода к изучению Земли, при котором планета рассматривается как единое целое, а не как набор отдельных частей. В 2001 году в итоговой декларации международной конференции по изменению климата в Амстердаме эта идея сформулирована следующим образом: «Земля ведет себя как единая, саморегулирующаяся система, состоящая из физического, химического, биологического и человеческого компонентов».

Благодаря собранным более чем за тридцать лет американскими спутниками с приборами «Modis» и «AVHRR» обнаружено, что увеличение количества парниковых газов в земной атмосфере привело к росту площади зелёных массивов планеты. Дополнительное озеленение составило от 25% до 50% к 2016 году. Это несколько сдерживает климатические изменения, так как растительность забирает из атмосферы углекислый газ. Иными словами реакция природной среды на парниковый газ оказалась благоприятной для растительности и животного мира.

Вместе с тем, природная среда, как самоорганизующаяся система, существует только в определённых ею самой пределах, при достижении которых она переходит в новое состояние с иными условиями равновесия. В этом смысле выживание человека ценно только для него самого, а способность или неспособность соблюдать заданные природной средой условия определяет длительность периода его существования.

Развитие наук о Земле к концу ХХ века привело к пониманию того, что геосферы планеты (атмосфера, биосфера, гидросфера, литосфера и т.д.) нельзя изучать в отрыве друг от друга. Особенно явно это проявилось благодаря взгляду со стороны — мониторингу планеты с её орбиты, когда протекающие на огромных пространственно-временных масштабах процессы стали визуально доступны.

Происходившие на Земле природные катаклизмы это напоминание о возможности их повторения в будущем. Тем самым, помимо познания окружающего мира, определена научная ценность и практическая значимость их изучения.

Почему происходят быстрые трансформации земной поверхности?

Обитатели по берегам больших рек тому свидетели, коль великие перемены в берегах и стрежах их течение воды, наипаче вешнее, причиняет. Не упоминаю песков, кои весна и осень перемывает, ни лугов, которые быстрина, отнимая от переднего конца, наращивает к заднему, но крутые, которые великие звена иногда с огородами и строениями отседают и в реки опровергаются, будучи подмыты… Все во всем свете рудокопы не перероют столько земли, не провергнут камней во сто лет, сколько одной весной разрушат о них льды и быстрина беспримерных вод российских.

М. В. Ломоносов

«О слоях земных», 1763 год

Наука, как строгая система правил объяснения чего-либо, оперирует физическими моделями. До ёё появления истолкование причин возникновения природных катаклизмов связывалось с высшими существами, по тем или иным причинам, производивших смертоносные землетрясения, потопы, обвалы и т. д. Подобные представления имелись у всех народов, когда-либо населявших планету, но в современном языке наибольшее отражение нашли персонажи из древнегреческой мифологии.

Из Древней Греции пришли слова Вулкан, Титан, Гигант, Тайфун и множество других. В том или ином контексте ими пользуются и сегодня. Имя Тайфун дало название ураганному ветру — тайфуну, а Вулкан вполне естественен в сочетании со словом «извержение». Когда подчеркивается масштабность того или иного события или вещи произносится «гигантский». Сложность или большой объем выполненной работы связывается со словом «титанический».

Эти слова появились тогда, когда человек не понимая природной стихии, олицетворял её в образах мистических существ. Так было удобно не только объяснять мир, но и информировать потомков об опасности предполагаемых мест их обитания. Таковых как всегда было много в небесах, на непреступных вершинах, морской пучине, болотах или лесах. Там, где жизни человека угрожали бури и цунами, вулканические извержения и землетрясения, обвалы и оползни.

Можно посмеяться над наивностью древних или догматами современных религий. Но столь уж важно, каким способом передаётся предупреждение — в виде мифа или в форме строительных норм остающихся для большинства современников тайной за семью печатями.

Бессмертные боги Олимпа обладали сверхъестественными способностями, и в этом были схожи со всеми другими божественными существами всех времён и народов. Они могли управлять стихией, а из мест их проживания — вулканов, гор, земных недр или морских глубин приходили всевозможные беды. Собственно это была первая приятая большинством модель объяснения природных катаклизмов, предшествовавшая современным представлениям о них. Страх перед природной стихией, сохраняя старые, создаёт новые суеверия. В истории это происходило не раз, если не сказать всегда.

Мифических существ, как позднее официально признанных богов, было великое множество. В Египте и Древней Греции их насчитывалось более сотни, а Ближний Восток был настоящим колумбарием многобожия.

В древнем государстве Угарит поклонялись более чем тридцати богам. У шумеров каждый город был государством с собственным божественным покровителем. У них же богиня-прародительница Намму образовала Землю и Небо. Она помогла богине Нинмах создать из глины людей, и она также вызывала губительные для них природные катаклизмы. Греческая мифология оставила память о многочисленных божественных существах царящих над Мирозданием.

В Северной Азии древние орочи воспринимали Землю в виде гигантской безрогой и восьминогой лосихи. Они считали, что леса это её шерсть, а птицы вьющиеся над ней это комары. Земные катаклизмы возникают тогда, когда уставшая лосиха переступает с ноги на ногу.

В религии нганасанов Земля олицетворялась с наиболее знакомым им животным — оленем, на спине которого живут люди. Схожие представления имеются и у других народов Сибири и Дальнего Востока. Лось или олень отождествлялись ими со звёздами, солнцем и вообще со всей земной стихией.

Об острове Сахалин сложено много легенд и преданий. Его необычная форма, напоминающая человека или человека-дельфина, нашла отражение в мифологии нивхов. По их верованиям Сахалин это лежащий на правом боку дух-хозяин всей Земли по имени Миф Ыз, ноги которого — мысы Анива и Крильон, голова — мыс Марии. Миф Ыз лежал, в прежние времена, к материку Азия другим боком но, когда повернулся в свое нынешнее положение, то на всей Земле погибли животные и люди.

Описанные в эпосах майя природные катаклизмы это непрерывные ливни, ураганы, обвалы, извержения вулканов и землетрясения. Собственно для этого были и остаются причины. Издавна здесь люди проживают в горной местности чреватой различными неприятностями — от снежных и каменных лавин до грандиозных извержений вулканов и обвалов.

Большинство сохранившихся суеверий это наследие древнейших времен и особенностей мышления незнакомого с научными знаниями человека, рассчитывающего на помощь сверхъестественных сил в борьбе за своё выживание. Отчасти это помогало и превращалось в легенду, как это было с римским императором Константином и упрочнением христианской религии. Кометы, затмения, землетрясения и потопы зачастую служили предтечей грандиозных событий в жизни людей.

Первым упоминанием о землетрясении в Библии является рассказ о том, что случилось с Моисеем на Синайской горе. А повествование о разрушении древнего Иерихона в долине Сидим, скорей всего, представляет собой описание подземного удара. Стены города пали после того, как евреи обнесли несколько раз вокруг города ковчег, в котором хранились тексты Завета, данные богом Яхве Моисею и протрубили в трубы.

Времена средневековья ознаменовались страшными церковными гонениями и массовыми казнями женщин и мужчин обвинённых в самых различных «преступлениях», в том числе и в природных катаклизмах. В 1652 году в посёлке Аверсе, расположенном в долине Заднего Рейна, суд над колдуньями постановил, что снежные лавины вызываются местными ведьмами и лучший способ избавления от напастей это сжечь живьём колдунью.

«Когда возникает опасность лавины, например, с горы Алс-Ларешс, старые люди на пасху закапывают на ее пути в снег освященные яйца, чтобы остановить лавину». Рассказ Марморера из Граубюндена (начало XX века).

Со врёмен Авесты и Ветхого завета природные катаклизмы использовались религиями в качестве яркого примера наказания за неправедную жизнь. Это продолжалось вплоть до 1755 года, когда землетрясение в Лиссабоне стало причиной гибели десятков тысяч его жителей. Оно произошло в католический День всех святых, и многие погибли в развалившихся храмах или были погублены смертоносным цунами. Грандиозность катаклизма привела к пониманию, что объяснение его причин необходимо искать в том, как устроена планета Земля.

Развитие точных наук привнесло в естествознание способы качественной и количественной оценки наблюдаемых явлений в природе, возможность не только объяснять причины, но и прогнозировать их возникновение. Происходящие на Земле гравитационные перемещения вещества относятся именно к этому случаю.

Гравитация — главный фактор формирующий рельеф земной поверхности. Он общий для всех космических тел и определяется величиной массы, особенностями перемещения в пространстве и характером взаимодействия друг с другом. Основные отличия заключаются в энергетике протекающих в их недрах физико-химических процессов, составе атмосферы, наличии или отсутствии гидросферы и др.

Преобразование твердой оболочки и, следовательно, её рельефа происходит на всех планетах земной группы — на Венере, Земле, Марсе и Меркурии. На Земле оно идёт при значительном участии атмосферы и гидросферы поэтому в геологическом понимании очень быстро. Здесь их состояние, в первую очередь, связано с поступлением энергии от Солнца и определяет условно «деструктивные» темпы выполаживания рельефа. В то время как протекающие в ядре и мантии условно «созидательные» процессы формируют или сглаживает его «неровности».

Развитие Земли протекает в непрерывной борьбе этих сил между собой. Эндогенные процессы создают горные породы и минералы, образуют горы, поднятия, впадины и котловины. Экзогенные процессы разрушители всего того, что производят эндогенные процессы. Конвекционные процессы в земных недрах приводят к тектонической деформации земной коры и перемещению по мантии литосферных плит. Они же вызывают магматические явления в зонах спрединга, возникновение на окраинах континентов областей субдукции и горообразование на суше и морском дне.

Одновременно с горообразованием идёт процесс разрушения возвышенностей. Он предопределён усталостными процессами в горных породах, постепенным накоплением повреждений под воздействием переменных напряжений и физико-химических преобразований слагающего их вещества. Они изменяют его прочностные свойства, приводят к образованию трещин, их развитию и, в конце концов, к разрушению материала.

Это одна сторона вопроса. Другая связана со сложным взаимодействием земных пород с атмосферой и гидросферой планеты. При этом во всех случаях существенен фактор времени протекания рельефообразующих процессов. Несущественные по сравнению с жизнью отдельного человека они за сотни и тысячи лет приводят к значительным изменениям облика Земли.

Слагающие земную поверхность породы имеют сложную биографию происхождения — генезис. Их подразделяют на три основные группы. Первая это образовавшиеся при застывании магмы на земной поверхности (эффузивные) или в земных недрах (интрузивные) изверженные массивно-кристаллические породы. Изначально это была расплавленная масса температурой до двенадцати тысяч градусов по Цельсию. После остывания из неё сформировались такие породы, как гранит, базальт и диорит.

Затем, вынесенные на земную поверхность массивно-кристаллические породы подверглись эрозии, перепадам температуры и сложным физико-химическим воздействиям. Потеряв прочность, они сформировали осадочные породы. В образовании последних велика роль биоты — растений и животных. Ей обязаны своим происхождением известняки — ракушечники, мел, торф и другие.

Со временем осадочные породы снова претерпевают значительные изменения. Они уплотняются, а из природных растворов возникают новые минералы. Там, где происходит значительное отложение таких пород — на дне морей и океанов возникают многокилометровые осадочные слои. Своим весом они прогибают морское дно, где из-за высокого давления и температуры происходит их перекристаллизация с образованием метаморфических пород. Из-за горообразования они вновь выходят на земную поверхность где снова подвергаются выветриванию — физическому, химическому и биологическому преобразованию и разрушению.

Этот естественный и достаточно длительный процесс идёт с начала образования Земли как планеты. Как живой организм планета обновляет свою «кожу» — дневную поверхность до тех пор, пока не угаснут её жизненные силы. Другая его сторона обусловлена быстрыми гравитационными перемещениями уже сформированного земного вещества.

В горных областях на суше и морском дне там, где имеются значительные перепады высот и, соответственно, велика крутизна слонов, гравитационная составляющая в сочетании с атмосферными процессами, температурой и водной эрозией приводит к относительно быстрым и масштабным перемещением вещества — денудации. Под ней понимается совокупность процессов сноса и переноса водой, ветром и льдом продуктов разрушения горных пород в пониженные участки земной поверхности, где происходит их накопление.

Земная поверхность это дно огромного воздушного океана — атмосферы, оказывающей своим давлением влияние на её формирование. Атмосферное давление равно весу вышележащего столба воздуха и изменяется в зависимости от места и времени. Тем не менее, несмотря на всю очевидность существования атмосферы только в 1643 году итальянский учёный Эванджелиста Торричелли доказал, что воздух имеет вес. С этого времени атмосферное давление — сила, с которой воздух давит на земную поверхность, рассматривается как один из рельефообразующих факторов.

Хотя суммарная масса атмосферы примерно в миллион раз меньше массы Земли она оказывает значительное влияние на все объекты, находящиеся на её поверхности. Один кубометр воздуха весит около одного килограмма, а вес всего воздушного столба над одним квадратным метром составляет более десяти тонн. Поэтому флуктуации давления во время циклонов и антициклонов способны провоцировать гравитационные перемещения вещества на ослабленных горных склонах. Преобладание тех или иных процессов в формировании рельефа, от эоловых (ветровой) до антропогенных, отражается в наименовании типов рельефа.