Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Реконструкция климата позднего плейстоцена-голоцена Урала по геотермическим данным

ВАК РФ 25.00.10, Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Содержание диссертации, доктора геолого-минералогических наук, Демежко, Дмитрий Юрьевич

Введение.J).

Глава 1. Факторы, определяющие температурное поле верхней части земной коры.

1.1 .Источники тепла Земли.

1.2 .Изменения температуры земной поверхности.

1.3. Локальные аномалии поверхностнойтемпературы.

1.4. Рельеф земной поверхности.

1.5. Гидрогеологический режим.

1.6. Нарушение температурного режима при бурении.

1.7. Тектонические процессы.

Глава 2. Экспериментальные данные.

2.1. Геотермограммы.

2.2. Теплофизические свойства.

2.3. Метеоданные.

Глава 3. Возможности и ограничения метода.

Глава 4. Предварительный анализ данных.

4.1. Оценка соотношения факторов изменчивости геотермических градиентов.

4.2. Анализ вторых производных.

Глава 5. Методы реконструкции палеотемператур.

5.1. Одноактная температурная история.

5.2. Ступенчатая температурная история с заданными временами скачков температуры.

5.2.1. Положение опорного интервала (стр.113); 5.2.2. Влияние теплофизических неоднородностей и выбор модели среды (118); 5.2.3. Выбор нормы функционала М (128); 5.2.4. Фрактальный анализ остатков (129);

5.2.5. Влияние погрешностей измерений на результаты реконструкции GSTH (132); 5.2.6. Влияние шага измерений температуры (133)

5.3. Совместная интерпретация геотермических и метеоданных.

5.4. Интерпретация повторных измерений температуры.

Глава 6. Оценка палеоклимата Урала по геотермическим данным.

6.1. Распределение палеотемператур земной поверхности. 144 6.1.1. Голоценовое потепление (144); 6.1.2. Малый ледниковый период (148); 6.1.3 .XX век (159)

6.2. Связь температуры земной поверхности и климата . 163 6.2.1. Влияние снежного покрова (статистическая модель) (164); 6.2.2. Влияние снежного покрова (физическая модель) (167); 6.2.3. Циркуляция атмосферы и осадки (183)

Глава 7. Геотермический метод в палеоклиматических исследованиях.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Реконструкция климата позднего плейстоцена-голоцена Урала по геотермическим данным"

Актуальность проблемы. Оценка палеоклиматов является частью глобальной задачи изучения климатической системы Земли. Помимо сугубо научного интереса к этой проблеме, существуют и вполне прагматические причины. Мировая экономика не становится со временем менее уязвимой перед экстремальными проявлениями климата. Скорее наоборот. По мере усложнения инфраструктуры современного общества растут издержки, связанные с преодолением последствий стихийных бедствий. Количество человеческих жертв также увеличивается с ростом плотности населения Земли. Наконец, растет число так называемых многоступенчатых стихийных бедствий, вызывающих техногенные катастрофы (Шокин, Чубаров, 1994).

В последнее десятилетие повышенный интерес к палеоклиматам Земли стимулируется и реальной угрозой глобального потепления. Начавшееся во второй половине XX века, оно, как предполагают некоторые исследователи, с возрастающими темпами продолжится в XXI веке. Оценка соотношения естественных и антропогенных факторов в наблюдаемом потеплении - одна из наиболее важных научных задач. От ее решения напрямую зависят перспективы развития мировой энергетики. Если будет убедительно доказано, что увеличение концентрации двуокиси углерода в атмосфере, связаное с сжиганием углеводородного топлива, вызывает парниковый эффект и уже сейчас ощутимое потепление, отношение к экологической безопасности традиционных способов получения электроэнергии будет пересмотрено. Единственной реальной альтернативой тепловой энергетике является атомная, и ее роль, несомненно, возрастет.

Существует по меньшей мере два различных подхода к прогнозированию климатической системы. Первый основан на математическом моделировании планетарного климата и его реакции на изменение концентраций парниковых газов (Barron, 1995). Второй - на экстраполяции рядов метеоданных из прошлого, когда антропогенная нагрузка была минимальна, в настоящее и будущее (Hansen and Lebedeff, 1987). Оба подхода предполагают знание параметров и естественной изменчивости "нормального" климата. Однако временная ограниченность рядов метеоданных, редкая сеть и приуроченность метеостанций к крупным городам, образующим «острова тепла», изменение методик и аппаратуры измерений снижают достоверность оценки "нормального" климата. Эти обстоятельства и определяют научную важность изучения палеоклиматов, особенно ближайшего к нам четвертичного ледникового периода, включающего плейстоцен и современное межледниковье - голоцен.

Информацию о климатах прошлого несут палеоклиматические летописи, или так называемые косвенные (proxy) свидетельства. Палеоклимат записан в них изменениями состава вещества, формирование которого происходило в различных климатах (толщины и плотности древесных и коралловых колец, изотопного состава кислорода в ледяных и океанических кернах, типа ископаемых почв и содержания в них спор и пыльцы растений - более подробно возможности косвенных свидетельств палеоклимата рассмотрены в последней главе диссертации). Оценка палеоклимата по косвенным свидетельствам требует установления корреляционных соотношений между измеряемыми величинами и элементами климата. При этом подразумевается, что в прошлом эти соотношения были в точности такими же, как и в настоящем (Изменчивость климата., 1995, Briffa et al., 1998).

Принципиально иначе палеоклимат фиксируется в современном геотемпературном поле: вариации температуры поверхности, проникая в глубь земли, вызывают возмущение стационарного температурного поля. При этом глубина проникновения температурной аномалии зависит от периода и амплитуды колебаний температуры поверхности: сезонные колебания не проникают ниже 20 - 30 м, колебания векового масштаба фиксируются на интервале в первые сотни метров, а влияние потепления в начале голоценового периода (примерно 10 тыс. лет назад) отмечается на глубинах более километра. Прямые соответствия между давностью климатического события и глубиной проникновения аномалии, интенсивностью температурных колебаний и амплитудой аномалии, а также простота измерения температуры горных пород в буровых скважинах - все эти обстоятельства делают геотермический метод весьма перспективным для палеоклиматических исследований.

Краткая история возникновения геотермического метода реконструкции палеоклимата. Несмотря на столь оптимистичные предпосылки, геотермический метод пока не приобрел широкой известности в палеоклиматологии. Долгое время климатически обусловленные возмущения геотемпературного поля изучались лишь геофизиками как досадные помехи, с которыми необходимо было считаться при измерениях глубинного теплового потока Земли (см. Benefild, 1939; Bullard, 1939; Birch, 1948; Jessop, 1971; Beck, 1977). До середины 80-х всего несколько работ было посвящено оценке палеоклимата. А.Веск и A.Judge (1969), а затем А.Веск (1982) интерпретировали аномальное распределение температур в ряде скважин на юге провинции Онтарио (Канада) как результат недавнего потепления. V.Cermak (1971) пришел к таким же выводам, изучив термограммы, записанные на севере Онтарио. Впервые попытку детально восстановить температурную историю поверхности в провинции Лимузин (Центр. Франция) предприняли G.Vasseur и др.(1983). A.Lachenbruch и B.Marshall (1986), проанализировали ряд термограмм, записанных в зоне вечной мерзлоты на Аляске, и пришли к выводу, что потепление на 2-4 К в течение последних 10 - 100 лет, возможно, отражает влияние парникового эффекта, максимально проявляющегося в арктических регионах. Статья, опубликованная ими в "Science" имела большой научный резонанс. Считается, что именно эта работа положила начало разработке геотермического метода реконструкции температурной истории земной поверхности (GSTH -groundsurface temperature history).

В 90-х годах реконструкция GSTH по данным скважинных измерений температуры стала одной из главных задач геотермии (Lewis, 1992). Был получен целый ряд реконструкций в различных регионах мира, в том числе в полярных - Гренландии и Антарктиде (Alley, Clow, Waddington), в Северной Америке (Beck, Beltrami, Chapman, Harris, Huang, Jessop, Lewis, Mareschal, Pollack, Shen, Wang,), в Западной Европе (Bodri, Cermak, Clauser, Correa, Kukkonen, Mareschal, Rajver, Safanda, Vasseur, Veliciu), в Африке (Sebangezi, Vasseur, Louis, Cooper, Jones). Одновременно совершенствовались математические методы анализа геотемпературных полей (Shen and Beck, 1991; Mareshal and Beltrami, 1992; Wang, 1992, Kostjanev andDmitriev, 1994)

Российские ученые подключились к палеоклиматическому анализу данных геотермии в 90-х годах. К тому времени в России (точнее - в странах бывшего СССР) вполне сложились школы классической и прикладной геотермии, известные работами А.Н.Тихонова, Н.А.Огильви, Е.А.Любимовой, Н.М.Фролова, Ф.А.Макаренко, Г.А.Череменского, В.Н.Дахнова, Н.Н.Корытниковой, Ю.П.Булашевича, Р.И.Кутаса, Б.Г.Поляка, Я.Б.Смирнова, В.Е.Сальникова, В.В.Гордиенко, А.Д.Дучкова, В.Т.Балобаева, Л.С.Соколовой, Ю.В.Хачая,

М. Д.Хуторского, Ю.Г.Шварцмана и др. Выполнение научной программы по изучению плотности теплового потока в 60-80-х годах сопровождалось температурными измерениями в скважинах, исследованиями теплофизических и радиоактивных свойств горных пород. Было получено большое число термограмм и, что особенно важно, большая часть измерений выполнялась в выстоявшихся скважинах. Именно такие данные особенно ценны для палеоклиматического анализа. Таким образом, к 90-м годам сложились весьма благоприятные условия для палеоклиматических исследований геотермических данных.

Сейчас планомерные исследования в этой области проводятся в ОИГГМ СО РАН (К.В.Сухорукова, А.Д. и А.А.Дучковы, Л.С.Соколова), ИЗК СО РАН (Р.П.Дорофеева), Институте геофизики УрО РАН (Д.Ю.Демежко, Ю.В.Хачай, Д.Г.Рывкин, В.А.Щапов), Институте геологии Башкирского НЦ РАН (И.В.Голованова, Г.В.Селезнева), Московской горно-геологической академии (Ю.А.Попов, В.П.Пименов), Поморском университете (Ю.Г.Шварцман).

В то же время ни в России, ни за ее пределами, палеоклиматическое приложение геотермических данных пока не оформилось в самостоятельное научное направление, систему знаний. Учитывая, что прошло слишком мало времени, это вполне объяснимо. Но есть и другие причины. Интересы большинства иследователей (как правило, профессиональных геофизиков, реже - математиков) до сих пор были сосредоточены в пределах достаточно узкой области: создания универсальных алгоритмов преобразования (инверсии) геотермограмм в температурные истории поверхности и применения этих алгоритмов для конкретных термограмм. Палеоклиматическая информативность геотермии если и оценивалась, то лишь на основе тестирования существующих алгоритмов инверсии. Практически не уделялось внимания анализу исходных данных (оценке соотношения палеоклиматического сигнала и шума) и палеоклиматической интерпретации уже реконструированных температурных историй. Последнее необходимо пояснить. Понятия "температура поверхности" и "климат" далеко не равнозначны. Температура поверхности - лишь одна из многочисленных характеристик (элементов) климатической системы. Однако, различные элементы климата взаимосвязаны, и это позволяет, оценивая некоторые из них, в какой-то мере судить о климатической системе в целом. На Урале и в Западной Сибири среднегодовые температуры земной поверхности определяются температурами воздуха и высотой снежного покрова. В южных широтах большую роль играют летние осадки и изменения растительного покрова. Что касается попыток создания универсального алгоритма инверсии, то, по мнению автора, они не оправдались. Весьма различны геологические условия, в которых проводятся измерения температур; различны и мешающие факторы, которые необходимо учитывать.

Таким образом, геотермический метод реконструкции палеоклимата должен, с одной стороны, базироваться на фундаментальных теоретических исследованиях (физики теплопереноса, математических проблем инверсии данных), с другой -легко адаптироваться к конкретным (геологическим, географическим, климатическим) условиям изучаемого района. Неизбежно вторжение в иные области научных знаний (метеорологию, климатологию, палеоклиматологию) и освоение их терминологий. Степень этого вторжения необходимо если не определить, то хотя бы обозначить. В результате применения метода должны быть сделаны выводы об изменениях палеоклимата (или отдельных его элементов) в изучаемом районе. Другими словами, понятие "геотермический метод реконструкции палеоклимата" предполагает полный цикл интерпретации, позволяющий получить научный продукт с известными потребительскими свойствами (доказанной точностью или достоверностью оценок) и годный к употреблению не только (и не столько) специалистами-геотермиками.

Если представить применение метода как процедуру преобразования данных, можно примерно определить круг задач, возникающих при его разработке (рис.В1).

Цель и задачи исследования. Цель исследования -реконструкция палеоклиматов Урала в позднем плейстоцене и голоцене на основе анализа геотермических данных. Достижение этой цели стало возможным при условии создания геотермического метода реконструкции палеоклимата, что в свою очередь потребовало: исследования процессов, определяющих формирование температурного поля в заданном пространственном и временном интервалах (первые километры по глубине, несколько десятков тысяч лет от настоящего времени);

- разработки методики анализа исходных данных и оценки соотношения факторов изменчивости геотемпературных градиентов;

- теоретической оценки предельных возможностей геотермии при реконструкции температурных историй поверхности (разрешения климатических эпизодов, длительности реконструкции, точности датировок);

- разработки алгоритмов и программных средств инверсии геотермограмм в температурные истории;

- исследования связи между температурами поверхности и другими элементами климатической системы (температурами воздуха, снежным покровом, характером атмосферной циркуляции);

- сравнительного анализа методов реконструкции палеоклиматов и оценки роли геотермического метода.

Рис.В1. Геотермический метод как процесс преобразования данных.

Научная новизна определяется главным образом тем, что впервые на единой методической основе проведена палеоклиматическая интерпретация уникально обширного геотермического материала и оценены климатические изменения, происходившие на Урале, начиная с последнего (вюрмского) оледенения.

Новым является разработанный метод палеоклиматической интерпретации геотермических данных и полученные с его помощью результаты, в том числе:

- методика и результаты оценки соотношения факторов изменчивости геотемпературных градиентов;

- методика разбраковки термограмм, основанная на анализе второй производной температуры по глубине;

- методика и результаты оценки предельных характеристик палеоклиматической информативности геотермии (разрешения климатических эпизодов, длительности реконструкции, точности датировок), введенный параметр "относительная продолжительность климатического эпизода", позволяющий оценивать минимальную длительность эпизода, оставившего инструментально регистрируемый след в современном геотемпературном поле;

- алгоритм инверсии геотермограмм в температурные истории поверхности, использующий способ регуляризации решения, основанный на неравномерной дискретизации временных интервалов; результаты исследований влияний теплофизических неоднородностей среды, шума, шага измерений на реконструкцию температурных историй, методика учета гетерогенности с помощью обобщенного параметра;

- результаты исследования эволюции аномального температурного поля, связанного с локальными аномалиями температуры поверхности, и методика идентификации локальных аномалий путем интерпретации данных повторных измерений температуры;

- методика получения интервальных оценок палеотемпературных изменений по совокупности реконструированных температурных историй;

- математическая модель теплопереноса в снежном покрове, позволяющая оценивать долговременные соотношения температур земной поверхности и воздуха;

Впервые оценены пространственные закономерности распределения амплитуд температурных изменений, происходивших на Урале в конце вюрма - начале голоцена, в начале и конце малого ледникового периода, в первые 70 лет XX века. Выдвинута идея реконструкции характера атмосферной циркуляции путем анализа закономерностей распределения палеотемператур земной поверхности.

Исходные данные и личный вклад автора. Большая часть исходных данных - геотермограмм - была получена ст. науч. сотрудником Института геофизики УрО РАН, кандидатом геол.-мин. наук В.А.Щаповым в ходе выполнения Программы исследования плотности тепловых потоков основных уральских тектонических структур. Термограммы скважины GC-1 были любезно предоставлены автору доктором Р. Н. Харрисом из университета штата Юта. Сведения о теплофизических свойствах пород были почерпнуты из литературных источников. Формулировка всех задач, связанных с созданием геотермического метода реконструкции палеоклимата принадлежит лично автору. Большая часть конкретных решений также получена лично автором. Решения нестационарной задачи о влиянии локальных поверхностных аномалий на геотемпературное поле (глава 1) и задачи о теплопереносе в снежном покрове (глава 6) были получены совместно с

Д.Г.Рывкиным. Реконструкции температурных историй поверхности и их палеоклиматическая интерпретация проведены автором.

Апробация работы и публикации. Основные результаты диссертационной работы докладывались автором на научно-практической конференции "Инженерная геофизика в Уральском регионе" (Екатеринбург, 1995), Международной геофизической конференции-выставке SEG-EAGO (Санкт-Петербург, 1995), III Межреспубликанском совещании по математическому моделированию природных и антропогенных катастрофических явлений (Новосибирск, 1995), XXI и XXII Генеральных Ассамблеях IUGG (Боулдер, США, 1995, Бирмингем, Великобритания, 1999), Всероссийских конференциях "Проблемы экологического мониторинга" (Уфа, 1995), "Фундаментальные иследования криосферы Земли В Арктике и Субарктике" (Пущино,1996), "Проблемы охраны окружающей среды Уральского региона" (Екатеринбург, 1997), "Тепловое поле Земли и методы его изучения" (Москва, 1997, 1998, 2000), "Геофизические методы изучения земной коры" (Новосибирск, 1998), "Проблемы геодинамики, сейсмичности и минерагении подвижных поясов и платформенных областей литосферы" (Екатеринбург, 1998), Международном симпозиуме по проекту IGCP Project No.428 "Past Climate Change Inferred from the Analyses of the Underground Temperature Field" (Синая, Румыния, 1999), Конференции по интеграционной программе СО РАН "Изменения климата и природной среды Сибири в плейстоцене и голоцене" (Красноярск, 1999), Международной конференции "Ритмы природных процессов в криосфере Земли" (Пущино 2000), годичной научной сессии Института геофизики УрО РАН (Екатеринбург, 2000). В качестве апробации работы можно рассматривать участие в конкурсах и получение автором грантов РФФИ

98-05-64824, 99-05-74507), и финансовую поддержку исследований от международного проекта IGCP Project No.428 "Past Climate Change Inferred from the Analyses of the Underground Temperature Field" (1998). В 2000 году результаты палеоклиматических исследований были признаны научным достижением Института геофизики УрО РАН. По результатам исследований была подготовлена и прочитана лекция для студентов-экологов биологического факультета Уральского госуниверситета (1999).

По теме диссертации опубликовано 35 печатных работ, в том числе монография.

Защищаемые научные положения. На защиту выносятся следующие научные положения:

1. Метод палеоклиматической интерпретации данных скважинной геотермии, включающий: методику статистического анализа исходных данных и оценки соотношения факторов изменчивости характеристик геотемпературного поля; оценку предельных возможностей геотермии как источника палеоклиматического сигнала (длительности реконструируемых температурных историй, разрешения палеоклиматических эпизодов, точности датировки климатических событии); методику реконструкции температурных истории земной поверхности; методику идентификации локальных аномалий температуры поверхности; методику интервального оценивания амплитуд изменения температур по совокупности температурных историй.

2. Результаты палеоклиматической интерпретации данных скважинной геотермии, в том числе: оценки широтных (по меридиану 60° в.д.) распределений амплитуд изменений температуры земной поверхности, происходивших на Урале в конце вюрма - начале голоцена, в начале и конце малого ледникового периода, в первые 70 лет XX века; палеоклиматический анализ пространственных закономерностей; количественные оценки утепляющего влияния снежного покрова, оценки влияния изменений атмосферной циркуляции на распределение зимних осадков и температур земной поверхности.

Автор искренне благодарен своим коллегам, без которых это исследование не могло состояться: В.А.Щапову, предоставившему данные многолетних измерений температуры в скважинах; Ю.В.Хачаю, заинтересовавшему автора в новой для него теме исследований и на протяжении всех лет работы оказывавшему постоянное внимание и поддержку; Д.Г.Рывкину, в соавторстве с которым был получен ряд научных результатов, вошедших в диссертацию. Глубокую признательность автор выражает всем, кто принимал участие в обсуждении исследований, оказывал им поддержку и высказывал критические замечания, в том числе, А.Д.Дучкову, И.В.Головановой, И.В.Ладовскому, Г. Поллаку, В.И.Уткину, С.Г.Шиятову, А.К.Юркову.

Заключение Диссертация по теме "Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых", Демежко, Дмитрий Юрьевич

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы.

1. В аномальном распределении температур и температурных градиентов на Урале до глубины 2 - 2,5 км существенную роль играет палеоклимат. Среди известных климатических событий прошлого наибольшее влияние на современное распределение температур оказали: вюрмское оледенение, закончившееся 10 тыс. лет назад, малый ледниковый период (150-500 лет назад) и температурные изменения, происходившие в XX веке (глава 3.). Соотношение климатический сигнал/шум на Северном, Среднем и части Южного Урала составляет 1/1 - 1/1,5 и лишь на крайнем юге падает до 1/7 (разд.4.1). В отличие от влияния неклиматических факторов, связанных с фильтрацией подземных вод, геологическими неоднородностями, рельефом, локальными аномалиями температуры поверхности, палеоклиматический сигнал проявляется как пространственно коррелированный. Это является основанием применения процедуры осреднения температурных историй по ряду скважин для подавления шумов и выявления региональных палеоклиматических характеристик. При этом необходимо учитывать вариации эффективной температуропроводности пород (разд.6.1.).

2. Выбор методики реконструкции палеотемператур определяется свойствами экспериментальных данных (количеством термограмм, глубиной записей, геологическим строением изучаемого района). Для уральских термограмм, полученных в условиях низкопористых пород кристаллического фундамента, оптимальной моделью является модель теплопереноса в однородной по теплофизическим свойствам среде. Амплитуды вюрмского потепления предпочтительно оценивать методом, основанным на анализе зависимости средних по группе скважин геотермических градиентов от глубины (разд.4.1. и 6.1), а при оценке температур последнего тысячелетия - применять подбор ступенчатой температурной истории с заданными временами скачков по отдельным термограммам с последующей статистической обработкой результатов (разд. 5.2 и 6.1).

3. Палеоклиматическая интерпретация геотермических данных подтвердила проявление известных (глобальных) климатических событий на Урале. Эти события, однако, имели свои особенности (глава.6.). Потепление в конце вюрма - начале голоцена наиболее сильно проявилось в северной части (+12К, 58°-62°с.ш.), в средней части (53°-57°с.ш.) оно составило +7К и лишь +2К - в южной части (49°-52°с.ш.). Начало малого ледникового периода ознаменовалось похолоданием, амплитуда которого в среднем для Урала составила -1,4К. Но более всего это похолодание проявилось в средней части (до -2,2К, 53°-59°с.ш.). Потепление в конце периода (150 лет назад) имело примерно те же амплитуды и также было более выражено в средней части Урала. Необычная широтная закономерность, вероятно, связана с усилением меридиональных процессов циркуляции атмосферы во время малого ледникового периода. Анализ современных метеоданных показал, что усиление меридиональной компоненты приводит к росту осадков в северной части региона. Таким образом, похолодание малого ледникового периода на севере было частично скомпенсировано увеличением осадков в первую очередь зимних. За первые 70 лет XX века происходило незначительное повышение температуры поверхности - в среднем со скоростью 0,0035 К/год, несколько более заметное в южной части региона.

4. При климатической интерпретации геотермических реконструкций температурной истории поверхности необходимо учитывать, что температуры поверхности лишь отчасти отражают изменения температур приземного воздуха. Посредником между ними в умеренных и высоких широтах выступает снежный покров. Моделирование показало, что утепляющий эффект снежного покрова зависит не только от толщины снега и его плотности (теплофизических свойств), но и от среднегодового значения и годовой амплитуды температуры воздуха (разд.6.2.). Увеличение среднегодовой температуры воздуха, равно как и уменьшение годовой амплитуды, приводят к уменьшению среднегодовой разности температур поверхности и воздуха. Потепление в начале голоцена (ок. 10 тыс. лет назад), хотя и сопровождалось значительным увеличением количества осадков, не привело к существенному изменению среднегодовой разности температур поверхности и воздуха. Поэтому можно считать, что температура воздуха возросла примерно на ту же величину, что и реконструированная температура поверхности (+7 - +12 К на Среднем и Северном Урале).

Дальнейшее развитие геотермического метода, на наш взгляд, связано с интеграцией его в существующую систему палеоклиматических исследований для более полной и объективной оценки региональных палеоклиматов. Большое значение в развитии метода будут иметь исследования, выполняемые на геотермических полигонах - в регионах, подобно Уралу, хорошо обеспеченных геологоразведочными скважинами. Выявление пространственных закономерностей распределения палеотемператур на полигонах расширяет интерпретационное поле геотермии, дает возможность оценивать циркуляционный режим палеоклиматов. Большой интерес представляет также создание полевых геотермических лабораторий, состоящих из специально оборудованных скважин, в которых производится непрерывный мониторинг температуры на различных глубинах, а также измерения ряда метеопараметров на поверхности, вблизи скважины. Измерения, проводимые в геотермических лабораториях, позволят лучше понять механизм теплообмена на земной поверхности и в недрах. Первая такая лаборатория, состоящая из 6 скважин, пробуренных в гранитном массиве, уже функционирует в штате Юта (Chapman et al., 1998). Намечено создание геотермической лаборатории на Урале, на базе Института геофизики УрО РАН.

Библиография Диссертация по наукам о земле, доктора геолого-минералогических наук, Демежко, Дмитрий Юрьевич, Екатеринбург

1. Балков В.А. Влияние карста на сток рек европейской территории СССР. JL: Гидрометеоиздат, 1970, 176 с.

2. Булашевич Ю.П., Карташов Н.П. Применение гелиевого метода для изучения строения рудных полей./ ДАН, 1976, т.229, N 6. Булашевич Ю.П., Шапов В.А. Геотермические особенности Уральской геосинклинали / ДАН.- 1978.- т.243, №3, с.715-718.

3. Булашевич Ю.П., Щапов ВА. Новые данные об аномально низком тепловом потоке Тагильского синклинория./ ДАН, 1986, т.290, N1, с. 173176.

4. Булашевич Ю.П., Щапов ВА. Об аномально низком тепловом потоке в Тагильском синклинории./ Ядерно-геофизические и геотермические исследования. Сб. научн. трудов. Свердловск: УНЦ АН СССР, 1987, с.4-12.

5. Вангенгейм Г.Я. Опыт применения синоптических методов к изучению и характеристике климата. Д.: Гидрометеоиздат, 1935. Васильев Л.Н. Мультифрактальность почвенной влаги./ ДАН, 1999, № 6, с. 821-823.

6. Геология СССР, том XII Пермская, Свердловская, Челябинская и Курганская области. Часть I Геологическое описание, /под ред. А.В.Сидоренко. М.: Недра, 1969, 304 с

7. Голованова И.В. Тепловой поток Южного Урала и Предуралья./ Препринт УНЦ РАН. Уфа, 1993. 29 с.

8. Дахнов В.Н. Интерпретация результатов геофизических исследований скважин. М.: Недра, 1982. 448 с.

9. Демежко Д.Ю. Влияние эффекта сортировки на результаты подсчета запасов./ Практическая геостатистика. Тр. II Всесоюзного семинара по геостатистике. Петрозаводск, 1991, с.64-68.

10. Демежко Д.Ю. Модель сортировки и ее применение для решения задач управления качеством руд. Автореферат диссертации канд. тех. наук. Екатеринбург, 1993.

11. Демежко Д.Ю., Рыбкин Д.Г. Потепление в голоцене и изменчивость геотермических градиентов на Урале / ИГ УрО РАН, Екатеринбург, 2000а, Деп. ВИНИТИ 25.02.00, № 499-В00, 12с.

12. Демежко Д.Ю., Рыбкин Д.Г. Модель сезонного теплообмена в снежном покрове. /"Ритмы природных процессов в криосфере Земли", Пущино 20006, с. 177-178.

13. Дзердзеевский Б.Л. Циркуляционные механизмы в атмосфере Северного полушария в XX столетии. / Междувед. геофиз. ком., М.:1970, 193 с.

14. Дружиин B.C., Кашубин С.Н., Рыбалка В.М., Шараманова Л.Н.

15. Дьячкова Т.В., Серова Н.В. Теплофизические свойства снега. /Тр. ГГО, вып.94, 1960, с.76-79

16. Зимы нашей планеты./ Под ред. Б.Джона, пер. с англ. М.:Мир, 1982, 333 с.

17. Изменчивость климата Европы в историческом прошлом./ А.Н.Кренке, М.М.Чернавская, Р.Браздил и др. М.:Наука, 1995, -224с. Карслоу, Г., Егер, Д. Теплопроводность твердых тел. М.гНаука, 1964, 488 с.

18. Климат Казахстана. Л.: Гидрометеоиздат, 1959, 367 с. Климатический Атлас СССР, т.1-111 /Отв. ред. Ф.Ф.Давитая. М., Гидрометеоиздат, 1961.

19. Клименко В.В., Климанов В.А., Федоров М.В. История средней температуры северного полушария за последние 11000 лет./ ДАН, 1996, т. 348, N 1, с. 111-114.

20. Куликова С.Х. Влияние циркуляции атмосферы на снежный покров на Среднем и Южном Урале./ Уч. зап. Пермского у-та, N 330, Гидрология и метеорология, вып.7, 1974, с.139-151.

21. Монин А.С., Шишков Ю.А. История климата. JL: Гидрометеоиздат, 1979, 407 с.

22. Огильви Н.А. Вопросы теории геотемпературных полей в приложении к геотермическим методам разведки подземных вод./ Проблемы геотермии и практического использования тепла Земли. М.: Изд-во АН СССР, 1959, т.1, с.53-85.

23. Поляк Б.Г., Смирнов Я.Б. Связь глубинного теплового потока с тектоническим строением континентов./ Геотектоника. 1968. № 4. с.3-19. Попов В.Г. Формирование подземных вод Северо-Западной Башкирии. -М.: Наука, 1976, 158 с.

24. Попов Ю.А., Березин В.В. Теплофизический и геотермический разрезы Уральской сверхглубокой скважины./ Геотермия сейсмичных и асейсмичных зон. М.: Наука, 1993, с.70-77.

25. Сальников В.Е. Геотермические градиенты и тепловой поток в Магнитогорском мегасинклинории. / Геотермия. Геотермические исследования в СССР. М.: 1976.-ч.1.-с.36-44.

26. Сергин В.Я., Сергин С.Я. Связи геофизических систем, формирующих климат в различных временных масштабах./ Физическая и динамическая климатология. Мат-лы симпозиума по физической и динамической климатологии. Л.: Гидрометеоиздат, 1974, с. 350-358.

27. Смирнов Н.Г. Разнообразие мелких млекопитающих Северного Урала в позднем плейстоцене и голоцене./ Мат.-лы и исследования по истории современной фауны Урала: Сб. научных трудов. Екатеринбург: Изд-во «Екатеринбург», 1996, с.39-83.

28. Тектоническая карта Урала масштаба 1:1000000 / И.Д.Соболев, С.В.Автонеев, Р.П.Белковская и др. Свердловск, Уралгеология, 1986, 169 е.

29. Температура, криолитозона и радиогенная теплогенерация в земной коре Северной Азии./ Дучков А.Д., Балобаев В.Т., Володько Б.В. и др.: ОИГГМ СО РАН, Новосибирск, 1994, 141 с.

30. Титаева Н.А. Ядерная геохимия: учебник. М.: Изд-во МГУ, 1992, 272 с. Тихонов А.Н., Гончарский А.В., Степанов В.В., Ягола А.Г.

31. Хачай Ю.В., Демежко Д.Ю., Рывкин Д.Г., Щапов В.А.

32. Хуторской М.Д. Геотермия Центрально-Азиатского складчатого пояса: Монография. М.: Изд-во РУДН, 1996. - 289с. Череменский Г.А. Геотермия. - Л.:Недра, 1972, 267 с Череменский Г.А. Прикладная геотермия. - Л.:Недра, 1977, 224 с.

33. Beck,A.E. Inferring past climate change from subsurface temperature profiles: some problems and methods. / Glob, and Planet. Change. 1992.-6.N2.-4. c.73-80

34. Beltrami, H. and Mareshal, J.-C. Recent warming in eastern Canada inferred from geothermal measurements / Geophys.Res.Lett., 1991, vol.18, N4:605-608.

35. Beltrami, H. and Mareshal, J.-C. Resolution of ground temperature histories inverted from borehole temperature data. / Global and Planetary Change, 1995, 11, p.57-70.

36. Beltrami, H., Cheng, L. and Mareschal, J.-C. Simultaneous inversion of borehole temperature data for determination of ground surface temperature history. / Geophys. J. Int., 1997, 129, p.311-318.

37. Benfield, A.E. Terrestrial heat-flow in Great Britain. / Proc. R. Soc. London, 1939, A.,173, 428-450.

38. Birch,F. The effect of Pleistocene climatic variations upon geothermal gradient. / Am.J.Sci., 1948, 246:729-760.

39. Birch, F. Flow of heat in the Front Range, Colorado./ Bull. Geol. Soc. Am., 1950, v.61, No 6.

40. Bodri, L. Influence of moisture content on the ground-air temperature difference./ Rep.Int. Workshop "Borehole Temperatures and Climate Change", Praha, 1994, p.23-28.

41. Bodri, L. Scaling behaviour of the borehole temperature logs./ Fractal and beyond. Complexities in the science. World Scientific. Singapore-New Jersey-London-Hong-Kong., 1998, p. 289-296.

42. Bredehoeft, J.D. and Papadopulos, I.S. Rates of vertical groundwater movements estimated from the Earth's thermal profile./ Water resources Res., 1965, 1, p.325-328.

43. Briffa, K.R., Schweingruber, F.H., Jones, et al. Reduced sensitivity of recent tree-growth to temperature at high northern latitudes./ Nature, 1998, V.391,p.678-682.

44. Bullard, E.C. Heat flow in South Africa. Proc. R. Soc. London, 1939, A., 173, 474-502.

45. Harris, R.N. and Chapman D.S. Borehole Temperature and a Baseline for 20th Centure Global Warming Esimates./ Science (Reprint Series), 1997, V.275: 1618-1621.

46. Harris, R.N. and Chapman D.S. Geothermics and climate change. 1. Analysis of borehole temperatures with emphasis on resolving power. 2. Joint analysis of borehole temperature and meteorological data./ J. Geophys. Res., 1998, V.103, No B4, p.7363-7383.

47. Huang S, Pollack H.N.and Shen P.Yu. Late Quaternary temperature changes seen world-wide continental heat flow measurements./ Jeoph. Res. Lett., 1997 V.24. N 15, 1947-1950.

48. CP Project 428: Organization and plans for Inaugural Meeting. Episodes, 1998, v.21(2): 111.

49. Jessop, A.M. The distribution of glacial perturbation of heat flow in Canada. / Can.J.Earth Sci., 1971, 8:162-166.

50. Jouzel, J., Lorius, C., Petit, J.R. et al. Vostok ice core: a continuous isotope temperature record over the last climatic cycle (160 000 years)./ Nature, 1987, N329, 403-408.

51. Kijko, A. Seismological outliers: LI or adaptive Lp norm application./ Bull. Seis. Soc.Am., 1994, 84, p.473-477.

52. Popov, Yu.A., Pribnow, D.F.C., Sass, J.H., et al. Comparative analysis of divided bar, line source, and optical scanning methods./ Proceedings of the Int. Conf. "The Earth's thermal field and related research methods". Moscow, 1998, p. 218-220.

53. Shackleton N.J., Opdyke N.D. Oxygen isotope and paleomagnetic stratigraphy of equatorial Pacific core V28-238: oxygen isotope temperatures and ice volumes on a 10 and 10 year scale./ Quat. Res., 1973, v.3., p.39-55.

54. Stulc, P., Golovanova, I.V. and Selezniova, G.V. Climate Change in the Urals, Russia, inferred from borehole temperature data./ Studia geoph. and geod., 1997,41:225-246.

55. Understanding climatic change: A program for action. The report of the Panel on climatic variation.- Washington, D.C., National Acad. Sci., 1974,317 pp. Vasseur,G, Bernard,P.H., Van de Meulebrouck, J., Kast, Y., Jolivet,J.