Гравиметрия в Антарктике

С первых дней планомерного исследования Антарктики в период МГГ начались гравиметрические работы. Изучение гравитационного поля представляет большой интерес, поскольку оно может рассказать об особенностях строения коренных пород, скрытых под толстым слоем льда, и крупных тектонических нарушениях в них типа разломов и сбросов, о мощности ледового покрова и рельефе коренных пород, на которых залегает лед, толщине земной коры под Антарктидой, рельефе так называемой границы Мохорови-чича, особенностях строения земной коры в областях перехода от континента к океану, влиянии ледовой нагрузки на положение поверхности Мохоровичича и уравновешенности этой нагрузки, т. е. об изостати-ческом состоянии Антарктиды.

Как известно, аномалии гравитационного поля, т. е. отклонения его от некоторого правильного закономерного изменения, зависят от распределения плотностей в Земле. Поэтому по аномалиям можно судить об этом распределении. Там, где резко изменяется плотность, где плотные породы подходят ближе к поверхности или, наоборот, удаляются от нее, возникают соответственно положительные или отрицательные аномалии силы тяжести. Быстро изменяющиеся по поверхности аномалии говорят о неглубоко расположенных изменениях плотностей, а протяженные, даже небольшие по величине аномалии свидетельствуют о наличии протяженных, глубоко залегающих масс.

Рис. 7. Усредненная гравиметрическая карта Антарктики

Поскольку плотность льда (0,9 г/см³) сильно отличается от плотности коренных пород (2,6 - 2,8 г/см³), на которых он залегает, в местах, где эти коренные породы подходят близко к поверхности, а слой льда тонкий, возникают положительные аномалии силы тяжести и, наоборот, где коренные породы лежат глубоко и слой льда толстый, аномалии будут отрицательные. Такая же закономерность характерна и для границы Мохо, где плотность изменяется от 2,7 - 2,9 до 3,2 - 3,3 г/см3. Но эти изменения происходят на больших глубинах, массы, вызывающие аномалии, имеют большое протяжение, и аномалии тоже протяженные, региональные. Метод гравиметрического определения глубин залегания является относительным, и с его помощью мы можем определить, например, толщину льда в каком-то месте относительно другого, где она известна. Геофизическим методом, дающим абсолютные глубины залегания, является метод сейсмической разведки. Получив такие данные в нескольких местах сейсмическим методом и зная для этих мест величину аномалий силы тяжести, выводят формулы, по которым можно рассчитать толщину льда и земной коры только по гравиметрическим данным. Поэтому гравиметрическая съемка в Антарктиде играет очень важную роль. Она помогает изучать общее строение материка, крупные геологические структуры и искать полезные ископаемые.

Рис. 8. Карта геоида Антарктики

Изучение гравитационных аномалий позволяет решить, например, такую задачу: находится ли шельфовый ледник на плаву или лежит на грунте. Именно гравиметрия показала, что открытая в 1960 г. на шельфовом леднике советская антарктическая станция Лазарев расположена в опасном месте. Ледник здесь находится на плаву, и не исключена возможность катастрофы. Станция была перенесена на новое, безопасное, место и получила название Новолазаревская.

Поле аномалий силы тяжести представляется обычно в виде гравиметрических карт, на которых аномалии силы тяжести показаны или непрерывными линиями, так называемыми изоаномалами, или подписями в точках наблюдений, или усредненными значениями в некоторых, стандартных по величине площадках. Генеральная гравиметрическая карта масштаба 1 : 5 000 000 была составлена д-ром техн. наук Н. Б. Сажиной. Трудные условия работ в Антарктиде не позволяют выполнить там сплошную, хотя бы по редкой сети, гравиметрическую съемку. Поэтому на карте остается много пустых мест - "белых пятен".

Чтобы получить приблизительное представление об аномальном гравитационном поле всего континента, составлена карта средних аномалий силы тяжести (рис. 7). Большой интерес представляет также карта высот геоида в Антарктиде, характеризующая фигуру Земли для этой области. Фигура Земли представляется поверхностью, совпадающей с поверхностью воды в океанах и продолженной под континенты так, чтобы силовые линии гравитационного поля были всюду перпендикулярны к ней. Это неправильная, не математическая поверхность, и чтобы ее получить, используют эллипсоид, равновеликий по объему Земле, и от него отсчитывают высоты геоида. На рис. 8 показана карта геоида для Антарктики, построенная в 1985 г. по аномалиям силы тяжести и данным наблюдений искусственных спутников Земли (по А. Сегава).