Палеогеографические и палеогеологические методы исследований

Для получения информации о прошлом необходимо изучать былые физико-географические обстановки с различных сторон, используя оптимальное количество частных, или аналитических, методов. Отсюда основная методическая направленность сбора фактического материала - комплексность. Большое значение имеет использование в палеогеографических исследованиях таких общенаучных подходов и методов, как системный анализ, моделирование, математизация и др. Стратегию сбора и обработки фактического материала и палеогеографических реконструкций обеспечивают такие общие методы, как метод актуализма, диахронический и др. Палеогеографический анализ должен опираться на применение основных (общих) методов географии и геологии: сравнительно-географический, актуализма, фациально-генетический.

В числе общих методов палеогеографии Н. Г. Судакова называет сравнительно-географический, фациально-генетический, геологический, естественноисторический, актуалистический (или сравнительно-исторический) как обязательные для любых палеогеографических построений. Однако здесь надо заметить, что актуалистический метод входит в состав естественноисторического. В. И. Славин и Н. А. Ясаманов к общим методам палеогеографических исследований относят фациальный, формационный и палеогеологический. Одной из наиболее удачных попыток системного анализа структуры методов палеогеографии является схема, предложенная А. А. Свиточем. Он подразделяет их не на общие и частные, как это делается в большинстве работ, а на методы анализа и синтеза. К последним он относит исторический метод и метод актуализма, принципы причинности и дополнительности и концепции дуализма и комплексности.

Аналитические (частные), поставляющие фактический материал. К ним относятся и эмпирические методы - методы наблюдения, стационарные, экспериментальные, экспедиционные и т. д. Синтетические (общие) методы, с помощью которых осмысливается совокупный аналитический результат. Все большее значение приобретают математические и экспериментальные методы, ГИС-технологии, компьютерное моделирование и др. Сбор материала для палеогеографического анализа осуществляется во время полевых работ. Изучаются рельеф и осадочные отложения, отбираются образцы для камеральной аналитической обработки.

Фациально-генетический метод. Термин фация (фр. facies - облик, вид пород) впервые ввел в геологическую литературу швейцарский исследователь А. Грессли в 1838 г. В России этот термин впервые применил Н. А. Головкинский в 1869 г. им же был сделан анализ динамики фаций в прибрежной зоне при изменении положения береговой линии. Результатом стал принцип возрастной миграции пограничных поверхностей литологически однородных слоев или принцип Н. А. Головкинского-Й. Вальтера. Он звучит так, что "в каждом слое можно считать одновозрастными осадки (фации), которые распределились в направлении, параллельном береговой линии древнего бассейна". Поэтому при трансгрессии или регрессии моря смена осадков (фаций) по вертикали соответствует и горизонтальной зональности. В настоящее время "под фацией следует понимать совокупность первичных генетических признаков осадка и физико-географических условий их образования" (Вылцан, 2002).

Рис. 1 Схема соотношения фаций в разрезе (а) и в плане (б). Иллюстрация закона Головкинского-Вальтера. У. м. - положение уровня моря (Гордиенко, 2008)

Фациально-генетический метод применим не только при изучении отдельных фаций и генетических типов отложений, но и при анализе закономерных изменений признаков осадочных отложений по простиранию. Он позволяет устанавливать области различающиеся по проявлениям тектоники и характеру рельефа, а также, коррелировать отложения в ряду "водораздел - склон - приемный бассейн или суша - береговая зона - глубокое море". В целом же данный метод, как и другие, служит для восстановления физико-географической обстановки среды осадконакопления.

В основе фациально-генетического анализа лежит детальное изучение геологических разрезов, как в естественных обнажениях, так и в искусственных выработках и по керну скважин. Он осуществляется путем исследования отдельных разрезов осадочных пород определенного стратиграфического интервала и прослеживания установленных изменений и закономерностей по площади. Таким образом, выявление и исследование взаимных переходов одновозрастных отложений на площади составляет суть фациального анализа осадочных пород и толщ, а фации являются его основными звеньями.

Обычно фациальному анализу предшествует более общий анализ геологических данных, который заключается в: анализе общей геологической и тектонической позиции изучаемого района; качественной стратиграфической привязке наблюдений; определении площади распространения отложений, их мощности, границ взаимоотношений с подстилающими и перекрывающими породами, а также с одновозрастными породами, с которыми они контактируют или переходят по простиранию. Затем переходят к литофациальному (по физическим и химическим свойствам пород) и биофациальному (по составу остатков организмов) анализу.

Геоинформационный анализ географических и палеогеографических объектов включает совокупность последовательных аналитических процедур по формированию специализированных банков и баз данных и их количественной оценке, картографическому отображению объектов (в традиционном и компьютерном виде), а также по анализу и обобщению результатов с целью получения системы доказательств при поиске закономерностей развития геосистем. В своей сопряженности эти данные представляют некое геоинформационное поле.

Извлечение новых знаний ведется средствами, включающими пространственно-временной анализ данных, а также визуализированное представление конечного продукта реконструкций.

Геоинформатика как научно-техническое междисциплинарное направление, привлекаемое для решения палеогеографических проблем, объединяет теорию цифрового моделирования геоструктур, методы и технологии создания и использования геоинформационных систем (ГИС) в целях мониторинга и прогноза природно-хозяйственных систем. Ее техническая ветвь ответственна за средства получения, передачи, хранения информации, а естественнонаучная - за обоснованность новых знаний. Предметом исследований геоинформатики являются состав и структура географических данных в их пространственно-временной координации. Геоинформатика может участвовать в решении трех основных задач: 1) описание реально существующего объекта посредством выявления его сходства или различия с другими объектами, 2) моделирование их причинно-следственных зависимостей, 3) создание научно обоснованных реконструкций и прогнозов развития природы.

Общая задача сопряженного палеогеографического исследования и геоинформационного анализа - установление и расшифровка пространственно-временных закономерностей развития геосистем. В связи с этим геоинформационный анализ можно охарактеризовать как систему аналитических приемов, направленных на создание палеогеографического синтеза. При решении задач палеогеографических реконструкций на разных этапах исследования он позволяет (Симонов и др., 2007):

1. Структурировать сам объект (по пространству и времени), а также отображать структуру взаимосвязей между компонентами. 2. Систематизировать фактический материал и определять его репрезентативность статистическими методами. 3. Привлекать вероятностно-статистический аппарат к оценке надежности и достоверности результатов комплексного сопряженного анализа. 4. Выявлять на основе количественных корреляционных оценок межкомпонентные взаимосвязи и причинно-следственные зависимости. 5. Уточнять (путем использования средств логического, математического и геоинформационного моделирования) представления о природном объекте и обстановке формирования геосистем.

Палеонтологические методы. Палеонтологические остатки в палеогеографических реконструкциях можно рассматривать с двух точек зрения - во-первых, как часть древней географической среды (с изучением состава и закономерностей пространственного распространения отдельных таксонов или целых флористических и фаунистических комплексов и их изменения во времени и пространстве); во-вторых, как показатель (индикатор и инструмент для выявления) условий среды в геологическом прошлом. Во втором подходе тесно переплетаются вопросы палеоэкологии и палеобиогеографии. Так как организм тесно связан с условиями обитания, а условия обитания, как правило, являются и условиями осадконакопления (в первую очередь для водных организмов), то собственно ископаемые остатки организмов и тафономические наблюдения для реконструкции географических условий являются одними из самых информативных. При этом, в процессе эволюции органического мира наблюдается история все более усложняющихся экологических отношений между организмами и окружающей средой. Это определяет необходимость с крайней осторожностью пользоваться методом актуализма при выявлении экологии вымерших организмов. Еще одним важным аспектом является прогрессивная эволюция органического мира со все большей дифференциацией и специализацией систематических групп и биоценозов, с постоянным усложнением экологических взаимоотношений и с нарастающей полнотой использования физико-географических условий на Земле.

Картографическое изучение и исследование действительности состоит во включении в этот процесс промежуточного звена - географической карты как пространственной модели изучаемых явлений. При этом карта выступает в двоякой роли: в качестве средства исследования и как его предмет в виде модели, заменяющей собой реальные явления, непосредственное изучение которых невозможно или затруднительно. Примером могут быть явления глобального масштаба. Полученные таким образом (по картам) выводы и значения относятся к соответствующим объектам действительности. Применение карт для описания, анализа и познания явлений, для получения о них новых знаний и характеристик, изучения их пространственных взаимосвязей и прогноза мы называем картографическим методом исследования.

Картографический метод исследования основан на анализе карт как пространственно-временных моделей действительности. Для изучения явлений по их изображениям на картах используются различные приемы анализа, среди которых выделяют визуальные, картометрические, графические и математические способы.

Визуальный анализ - наиболее употребительный прием исследования по картам, основан на существе карт как образно-знаковых моделей, воспроизводящих в наглядной форме пространственные формы, отношения и структуру. Уже беглый взгляд на карту порождает при наличии опыта зрительный образ пространства изображенных явлений, например общее представление о местности по топографической карте. Внимательный просмотр карты позволяет далее увидеть особенности форм и своеобразие пространственного рисунка явлений и дать содержательную интерпретацию этих форм; сопоставить величины показанных объектов (например, соотношение промышленных пунктов по стоимости валовой продукции); установить закономерности размещения (например, зональность растительного покрова), сходный характер явлений (например, использования земель) и места их резкой смены (например, на природных рубежах); обнаружить пространственные взаимосвязи (например, между рельефом, почвами и растительностью или между природными условиями и сельским расселением); уяснить характер пространственных структур (например, больших городов); оценить особенности динамических ситуаций (например, синоптической обстановки) и т. д.

Такой анализ одинаково возможен для изучения планетарных закономерностей в размещении суши и океана, рельефа, климата, почв, растительности, животного мира, населения, хозяйства и т. д. или их региональных и даже местных особенностей. Визуальный анализ имеет в виду преимущественно качественную характеристику явлений, но часто сопровождается глазомерной оценкой длин, площадей, высот и т. п., а также их соотношений (при которой нельзя забывать об искажениях, вносимых картографическими проекциями при передаче больших пространств). Он всегда используется на первоначальной стадии исследования для общего ознакомления с изучаемыми явлениями и для выбора последующей методики работы.

Внешне простой и доступный каждому, визуальный анализ требует вместе с тем умения читать карту, понимания сути анализируемых явлений и, конечно, привлечения подходящих к делу карт. Это умственный труд, успех которого зависит от интенсивности и подготовки исполнителя.

Результатом визуального анализа может быть описание изучаемых явлений, для которого необходимы логичность и последовательность изложения, отбор и систематизация фактов, их анализ, обобщение и заключительные выводы. Заранее продуманная схема описания как бы образует алгоритм визуального анализа.

При общем развитии картографического метода исследования визуальный анализ расширяет область своего применения. Он распространяется на новые виды карт (например, металлогенические, служащие для прогноза полезных ископаемых) и особенно продуктивен в комплексном картографировании при совместном анализе сопряженных карт, а также при сравнительном анализе вариантов карты в процессе ее автоматизированного изготовления. Весьма эффективно его использование для анализа статистических карт, переводящих таблицы статистических данных в наглядный, запоминающийся образ, облегчающий анализ явлений и их районирование.

Картометрические исследования заключаются в измерении и исчислении по картам количественных характеристик явлений с оценкой точности получаемых результатов. Определения координат, расстояний, длин, высот, площадей, объемов, углов и азимутов, уклонов и других топографических характеристик, теория и практические приемы этих определений издавна рассматриваются в особом разделе картографии - картометрии. Диапазон картометрических работ необычайно широк. Они могут сводиться к измерениям отдельных объектов (например, длины какой-либо реки) или быть массовыми (включать все реки), иметь локальный характер (например, ограничиваться небольшим районом) или распространяться на значительные пространства (например, ставить целью определение площадей земельных ресурсов по их видам для всей страны) или даже иметь глобальное значение.

Картометрия в традиционной разработке ограничивала свои интересы топографическими характеристиками, получаемыми по общегеографическим (топографическим) и морским навигационным картам. Между тем многие отрасли знания - науки о Земле и ее биосфере, экономическая и социальная география и другие - теперь нуждаются в получении по картам разнообразных абсолютных и относительных пространственных показателей, характеризующих формы явлений, их мощность, плотность и интенсивность, количественную структуру и градиенты, отношения соседства и доступности. Выбор показателей относится к задачам названных наук, но в основе определения показателей лежат картометрические измерения по соответствующим тематическим картам. Естественно, что разработка принципиальных положений, рациональных приемов и техники таких измерений, оценка их точности, обоснование выбора карт и т. д. входят в задачи картометрии в ее широком современном применении.

Большое распространение получили морфометрические расчеты формы и структуры объектов - общего характера их очертаний, вытянутости, извилистости, кривизны, расчленения и т. д., а также статистический анализ плотности, распределения и взаимосвязей явлений. Как особое направление при использовании картографического метода другими науками формируется "тематическая морфометрия, в задачи которой входит количественное исследование по тематическим картам форм и структур изображенных на них объектов". В частности, такова геоморфологическая морфометрия, изучающая формы и структуры рельефа - размеры, особенности и группировку форм, горизонтальное и вертикальное расчленение и др.

Интенсивное внедрение автоматизированных приемов измерений по картам и привлечение ЭВМ для обработки их результатов необыкновенно повышают эффективность и точность картометрических исследований.

Графический анализ заключается в исследовании явлений при помощи графических построений, выполняемых по географическим картам. Такими построениями могут быть профили, разрезы, блок-диаграммы и другие образно-знаковые модели, производные от карт, а также различные графики-диаграммы, розы направлений или звездные диаграммы и т. п. Их часто применяют для наглядного представления о размещении явлений в иных плоскостях, чем горизонтальная, например в вертикальной плоскости посредством профилей и разрезов, в плоском изображении трехмерного пространства посредством блок-диаграмм, нередко сочетающих горизонтальные и вертикальные сечения, и т. п. Профили широко используют для изучения рельефа земной поверхности, геологического строения земной коры и т. д. Разрезы, показывающие вертикальную структуру компонентов географической оболочки, удобны для исследования их соотношений с рельефом земной поверхности, в частности с высотной поясностью. Совмещение профилей позволяет переходить к пространственному анализу, например для выявления поверхностей выравнивания. палеогеографический карта геосистема

Список литературы

1. Мазутка А. Н. Основы палеогеографии. - Минск, 2003 2. Евсеева Н. С., Шпанский А. В. Методы палеогеографических исследований. - Томск, 2011 3. http://ru. wikipedia. org/wiki/Палеогеография 4. Вронский В. А., Войткевич Г. Ф. Основы палеогеографии. - Ростов н/Д, 1997 5. Немков Г. И. Историческая геология с элементами палеонтологии. - М., 2001

Палеогеографические и палеогеологические методы исследований

Похожие статьи