Скачать

Исследование природных ресурсов планеты с помощью космических методов

Стремительное развитие космонавтики, успехи в изучение околоземного и межпланетного космического пространства в огромной степени расширило наши представления о Солнце и Луне, о Марсе, Венере и других планетах. Вместе с тем выявилось весьма высокая эффективность использования околоземного космоса и космических технологий в интересах многих наук о Земле и для различных отраслей хозяйства. География, гидрология, геохимия, геология, океанология, геодезия, гидрология, землеведение – вот некоторые из наук, ныне широко использующих космические методы и средства исследования. Сельское и лесное хозяйство, рыболовство, мелиорация, разведка сырьевых ресурсов, контроль и оценка загрязнения морей, рек, водоемов, воздуха, почвы, охрана окружающей среды, связь, навигация – таков далеко не полный перечень направлений, использующих космическую технику. Использование искусственных спутников Земли для связи и телевидения, оперативного и долгосрочного прогнозирования погоды и гидрометеорологической обстановки, для навигации на морских путях и авиационных трассах, для высокоточной геодезии, изучения природных ресурсов Земли и контроля среды обитания становится все более привычным. В ближайшей и в более отдаленной перспективе разностороннее использование космоса и космической техники в различных областях хозяйства значительно возрастет.

Землеведение.

С позиции географии большой интерес представляет космическое землеведение. Так называют совокупность исследований Земли из космоса с помощью аэрокосмических методов и визуальных наблюдений. Главные цели космического землеведения – познание закономерностей космической оболочки, изучение природных ресурсов для их оптимального использования, охрана окружающей среды, обеспечение прогнозов погоды и других природных явлений. Космическое землеведение стало развиваться с начала 60-х годов, после запуска первых советских и американских искусственных спутников Земли, а затем и космических кораблей.

Например, первые космические снимки с такого корабля были сделаны в 1961 году Германом Титовым. Так возникли дистанционные методы изучения различных объектов Земли с летательных аппаратов, которые явились как бы продолжением и новым качественным развитием традиционной аэрофотосъемки. Одновременно начались и визуальные наблюдения экипажей космических кораблей, также сопровождавшиеся космической съемкой. При этом вслед за фотографией и телевизионной съемкой стали применяться более сложные ее виды – радиолокационные, инфракрасная, радиотепловая и другое особое значение для космического землеведения имеют некоторые отличительные свойства космической съемки.

Первое из них - огромная обзорность. Съемка со спутника и космических кораблей обычно осуществляется с высоты от 250 до 500 км.

Другие важные отличительные свойства космической съемки - большая скорость получения и передачи информации, возможность многократного повторения съемки одних и тех же территорий, что позволяет наблюдать природные процессы в их динамике, лучше анализировать взаимосвязи между компонентами природной среды и тем самым увеличивает возможности создания общегеографических и тематических карт.

В последствии развития космического землеведения в нем было выделено несколько подотраслей или направлений.

Во-первых, это геолого-геоморфологические исследования, которые служат основой изучения строения земной коры. В СССР их так же использовали приинженерно-геологических исследованиях (например, при проведении трасс нефтепроводов, Байкало-Амурской железнодорожной магистрали), при геологоразведочных и геолого-съемочных работах (например, для выявления разломов земной коры, тектонических структур, перспективных на нефть и газ).

Способы изучения Земли.

Проблема изучения природных ресурсов, оценка их запасов, объема и темпа расходования, возможности их сохранения и восстановления приобретают в наше время все большую актуальность. На первый план выдвинулись также задачи охраны окружающей среды, борьба с загрязнением почвы, воздуха, водоемов. Возросла необходимость постоянного контроля состояния и рационального использования лесных массивов, источников пресной воды, животного мира.

Развитие растениеводства, животноводства, лесного хозяйства, рыболовства, других областей хозяйственной деятельности человека потребовало применения новых более современных принципов контроля окружающей среды и значительно более оперативного получения его результатов.

Исчерпывание сырьевых ресурсов, находящихся в сравнительно близких и освоенных человеком местах, привело к необходимости изыскания их в отдаленных, труднодоступных, глубинных районах. Возникла задача охвата разносторонней разведкой больших площадей.

Главными достоинствами космических средств, при использовании их для изучения природных ресурсов и контроля окружающей среды являются: оперативность, быстрота получения информации, возможно доставки её потребителю непосредственно в ходе приёма с КА, разнообразие форм наглядность результатов, экономичность.

Отметим, что внедрение космической техники отнюдь не исключает применения в ИПР и КОС самолетных и наземных средств. Наоборот, космические средства могут быть более, эффективно используют именно в сочетании с ними.

Помимо перечисления целей, выявилась эффективность использования космической техники для решения некоторых задач градостроительства, строительства и эксплуатации транспортных магистралей и другое.

Под дистанционным зондированием понимают обнаружение, наблюдение и исследование земных образований или явлений, определение физических, химических, биологических и других характеристик (изменения параметров) объектов на расстоянии, с помощью чувствительных элементов и устройств, не находящихся в прямом контакте (непосредственно близость) с предметом измерений (исследований).

В основе этого метода лежит то важное обстоятельство, что все естественные и искусственные земные образования испускают электромагнитные волны, содержащие как собственное излучение элементов суши, океана, атмосферы, так и отраженное от них солнечное излучение. Установлено, что величина и характер идущих от них электромагнитных колебаний существенно зависят от вида, строения и состояния (от геометрических, физических и иных характеристик) излучаемого объекта.

Эти-то различия в электромагнитном излучении земных различных образований и позволяют применять метод дистанционного зондирования для изучения Земли из космоса.

Чтобы достигнуть чувствительных элементов приемных устройств, установленных на космическом аппарате электромагнитные колебания, идущие с Земли, должны пронизывать всю толщу земной атмосферы. Однако атмосфера пропускает далеко не всю электромагнитную энергию, излучаемую с Земли. Немалая часть её, отражаясь, возвращается на Землю, а некоторое количество рассеивается и поглощается. При этом атмосфера не безразлична к электромагнитным излучениям различной длины волны. Одни колебания она пропускает сравнительно свободно, образуя для них «окна прозрачности», другие – почти полностью задерживает, отражая, рассеивая и поглощая их.

Поглощение и рассеяние электромагнитных волн атмосферой обусловлены ее газовым составом и аэрозольными частицами, и в зависимости от состояния атмосферы она действует на изучение с Земли неодинаково. Поэтому на приемное устройство космического аппарата может только та часть электромагнитного излучения от исследуемых объектов, которая способна пройти сквозь атмосферу. Если влияние ее велико, то возникают существенные изменения в спектральном, угловом и пространственном, распределении излучения.

Почти всегда на излучение, идущее от земных образований, накладывается атмосферный фон, который искажает структуру электромагнитных волн, нанося определенную информацию о самой атмосфере, может служить ее оценке в зависимости от различных факторов.

Значение степени и характера влияния атмосферы, на происхождение сквозь нее электромагнитного излучения с Земли для излучения природных ресурсов из космоса весьма существенно. Особенно важно знать влияние атмосферы на прохождение электромагнитных волн при изучении слабо излучающих и плохо отражающих земных образований, когда атмосфера может почти полностью подавить или исказить сигналы, характеризующие исследуемые объекты.

Установлено, что сквозь атмосферу хорошо проходят, свободно достигая приемных устройств космических аппаратов, электромагнитные излучения в таких диапазонах волн (смотри таблицу):

Для изучения природных ресурсов из космоса подбирают такое время и условия, когда поглощающее и искажающие влияние атмосферы минимально. При работе в видимом диапазоне выбирается светлое время суток, при возвышении угла Солнца над горизонтом 15 - 35°, при невысокой влажности, небольшой облачности, возможности большой прозрачности и малой аэрозольности атмосферы.

Спектральный состав и интенсивность электромагнитных излучений земных различных образований определяются их абсолютной температурой, характером поверхности и физико-химическими свойствами.

Области изучения.

В области геологии: выявление месторождений полезных ископаемых, определение перспективных районов добычи нефти, газа, руды, угля и другие; картографическая и геологическая подготовка крупного строительства; оценка сейсмической и вулканической деятельности, получение данных для их прогнозирования; обследование районов шахт и открытых разработок, оценка ущерба растительности в этих районах.

В области гидрологии: выявление местонахождение водных источников, поиск грунтовых вод в районе пустынь и степей; оценка запасов воды в различных районах; контроль и прогнозирование паводков и наводнений, прогнозирование стока вод после весенних паводков, определение угрожаемых районов и эффективности мер, принимаемых для уменьшения ущерба от наводнений; контроль за изменением водного режима рек в частности в целях оптимального использования мощности гидроэлектростанций.

В области океанологии, океанографии, рыболовства; прогнозирование явлений, влияющих на эффективность судоходства и представляющих опасность для прибрежных районов; оценка морских путей; изменение величены и характера волнений водной поверхности больших акваторий; наблюдение за ледовой обстановкой в высокоширотных районах, контроль за образованием и движением айсбергов; определение районов богатых планктоном, обещающих эффективные уловы, выявление косяков рыбы и скопление промысловых животных.

В области биосферы и охраны окружающей среды; оценка загрязнённости воды в конкретных водоёмах и воздуха в различных районах; контроль сброса сточных вод и насосов в районах плотной заселённости (крупных городов); контроль за местонахождением и миграцией диких животных.

В области сельского и лесного хозяйства, землеведение и мелиорации: оперативная оценка стадий развития, степени зрелости и урожайности культур; выявление поражения отдельных участков полей и лесов, установление эффективности мер, направленных на сохранение растений, оценка состояния участков леса и запасов древесины, таксация лесов; планирование вырубки и посадок; обнаружение лесных пожаров, контроль их развития и эффективности, противопожарных мер; выявление заболоченности определённых районных ирригационные оценки, планирование дренажных и мелиорационных работ; землепользование в конкретных регионах, контроль орошаемых земель, оценка пастбищ.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.

1 «Мировое освоение космических пространств». Издательство-Наука. Москва 1982 г. Автор: С.Д. Сильвестров.

2 «Космос-Земля». Издательство-Наука. Москва 1981 г. Авторы: А.А.Большой, И.В. Мещеряков, С.Д. Сильвестров.