Научные основы картографирования рельефа дна Арктического бассейна для определения границы Национальной юрисдикции России в Арктике

В 1982 году на третьей Конференции ООН по морскому праву в Женеве принята Конвенция, положения которой регулируют все международные аспекты морского пространства, в том числе и делимитацию акваторий прибрежными государствами [Конвенция ООН., 1984].

Для государств, прилегающая акватория которых простирается более 200″ морских миль от линий наибольшего берегового > отлива, называемых исходными линиями, положение границы регламентируется требованиями УГчасти Конвенции — «Континентальный шельф''. По определению Конвенции, юридический континентальный шельф включает акваторию прибрежного государства на всём протяжении I естественного1 продолжения его сухопутной территории^ довнешней границы подводной окраины материка и граница национальной юрисдикции определяется на континентальной окраине1 в её геоморфологическом' понимании, которая состоит из шельфа, склона и подножия [Конвенция., 1984]. Для определения границы прибрежных государств Конвенцией установлен базовый параметр (исходная линия границы) — подножие континентального склона, относительно и мористее которого определяется внешняя граница юридического континентального шельфа.

Арктический бассейн относится к наиболее сложным районам Мирового океана для реализации требований Конвенции. Его рельеф характеризуется широким континентальным шельфом, за пределами которого установлено торцевое сопряжение хребтов и поднятий с противолежащими континентами, что приводит к неоднозначному определению положения континентальной окраины специалистами различных тектонических направлений.

Анализ требований конвенции показал, что для обоснования границ национальной юрисдикции прибрежных государствв Арктике необходимы разработки научных основ целевого^ (в контексте требований Конвенции) картографирования и методических построений, базирующихся на результатах гидрографических исследований. Разномасштабные картографические основы необходимы для научного обоснования положения континентальной окраины бассейна, а база батиметрических данных для научно-методических разработок по определению базовых параметров юридической границы. 5.

В 1997 году Россия ратифицировала Конвенцию ООН по морскому праву и для-определения границы, континентального шельфа результаты отечественных гидрографических исследований Арктического бассейна использованы в полномобъёме:

Актуальность, диссертацииопределяется необходимостью решения проблемы внешней границы континентального шельфа России в Арктике на основе систематизации результатовотечественных гидрографических исследований: и формирования*базы батиметрических данных, составлениябатиметрической! картыАрктического1 бассейна масштаба 1:2:500 ООО, важностью теоретического обоснования, метода определенияположения внешней: границы пассивной континентальной окраины, .основных батиметрических-^{геоморфологических} параметров границы в соответствии с требованиями Конвенции? ООН по морскому праву. Результаты исследованиям рельефаи" картографирования, основанные на достоверной базе батиметрических данных необходимы также и для развития комплексных исследований в областях гидрографии, океанологии, геологии, геофизике и экологии.

Тема диссертационной работы находится в полном соответствии с утверждённой Президентом Российской Федерации целевой программой «Мировой океан», Законом о? континентальном шельфе Российской Федерации от 30 ноября 1995 года и Постановлениями Правительства России от 16 июня: 1997 года № 717 в связи с необходимостью обоснования Внешней границы континентального шельфа в Арктике, международным проектом 1997 года по созданию базы батиметрических данных и международной батиметрическойкарты Арктического бассейна.

Цель диссертационной: работьг — разработка научных основ целевого (в контексте требований Конвенции) картографированиябазирующихся на результатах гидрографических исследований России, научно-методических разработок по определению базовых параметровюридической границы и теоретическое обоснование положения внешней границы континентальных окраин Арктического бассейна с учётом специфики рельефа днаграниц морфологических провинций континентальных окраин и практическое решение проблемы определения положения базовых параметров внешней границы юридического континентального шельфа России в Арктике на основе систематизации результатов разномасштабных отечественных гидрографических исследований, а также формирования базы батиметрических данных и локализация этой базы на районы континентальной окраины в, пределах традиционного российского сектораАрктики, в батиметрическом диапазоне основных параметров внешней границы юридического континентального шельфа в соответствии с требованиями Конвенции ООН: по морскому праву.

Реализация поставленной цели предусматривает решение следующих основных научных задач:

1. Систематизация результатов промера России в Арктике и анализ параметров гидрографической изученности для определения положения морфологических границ элементов континентальной окраины и базовых параметров границы национальной юрисдикции Россиив соответствии с требованиями Конвенции ООН по морскому праву. Создание базы батиметрических данных Арктического бассейна и её локализация на районы континентальной окраины в диапазоне глубин значимой батиметрической зоны, необходимой для математического моделирования глубин цифровых батиметрических профилей по определению положения подножия континентального склона и изобаты 2500 м.

2. Составление, редактирование и подготовка к изданию батиметрической карты «Центральный. Арктический бассейн», масштаба 1:2 500 ОООс сечением, изобат через 200 м. Разработка электронной версии карты для документального обоснования внешней границы юридического континентального шельфа. России в Арктике в Комиссии ООН по морскому праву. Сравнительный анализ батиметрических карт Арктического бассейна России и международной батиметрической карты 1ВСА0, устранение противоречий в рельефе по результатам отечественных и зарубежных гидрографических исследований.

3. Морфологический и морфометрический анализ батиметрических карт России с использованием планшетов систематического промера для обоснования положения и границ континентальной окраины Арктического бассейна.

4. Математическое моделирование глубин значимой батиметрической зоны и математический анализ цифровых батиметрических профилей для однозначного определения положения точки подножия континентального склона и изобаты 2500 м с оценкой их точности, географических координат, глубины точки ПКС и углов наклона дна склона и подножия.

В качестве фактологической основы исследования использован полный объём материалов систематического точечного промера со льда и с подводных лодок, а также маршрутного промера, выполненного отечественной гидрографией в период с 1961 по 1999 гг., на более 80% площади Арктического глубоководного бассейна. Исследования бассейна сейсмическими методами выполнены на площади более 4 млн. км. По результатам гидрографических исследований России достоверным систематическим промером охвачены практически все геоморфологические провинции Арктического глубоководного бассейна.

В пределах Российского сектора Арктики зарубежные гидрографические исследования представлены редкими галсами маршрутного промера, а результаты систематического промера американских подводных лодок на хребте Ломоносова не доступны. По этой причине результаты зарубежных гидрографических исследований, реализованные в международной батиметрической карте 1ВСАО использованы лишь для сравнительного анализа рельефа этой карты с отечественными батиметрическими картами Северного Ледовитого океана.

Достоверность и точность результатов исследования определяется следующими факторами:

1. Объём измеренных глубин бассейна составил около 40 тысяч со льда и более 92 тысяч линейных км промера с подводных лодок.

2. Средняя квадратическая погрешность (СКП) положения глубин за счет погрешностей координирования (ам), по данным материалов полевых исследований в Арктическом бассейне составила ам = 0,91 км. Погрешность получения географических координат глубин по результатам оцифровки планшетов промера не превышает 1 мм, что в масштабе планшета соответствует ас = 0,5 км.

Общая оценка погрешности местоположения глубин в районе базовых параметров внешней границы континентального шельфа России выполняется по формуле: а = г2, + а] = д/0,912 + 0,52 = 1,04 км.

3. Подробность промера в районах определения положения подножия континентального склона и изобаты 2500 м изменяется от 4,8 до 27 км. Математическое ожидание ш5 расстояния э между соседними отметками глубин составило ш5 = 11 км со средним квадратическим отклонением сг3 = 4,34 км. Размеры аккумулятивных форм в зоне сопряжения склона с подножием, сопоставимы с подробностью промера и в соответствии с методикой исследования не оказывают существенного влияния на определение положения базовых параметров внешней границы континентального шельфа.

4. Подробность промера зон сопряжения хребтов и поднятий с противолежащими континентами составила 2—5 км, что достаточно для детального анализа рельефа при определении естественного продолжения континентальных окраин на хребты и поднятия.

5. Общая погрешность точек подножия континентального склона определена с учётом средней квадратической погрешности ст3 положения подножия континентального склона, найденного по сети точек зондирования со средним расстоянием 8=11 км (Ст1 = 3,18 км) — общей погрешности местоположения глубин в районе определения параметров границы (сг2 = 1,04км) — погрешности определения равноотстоящих точек цифровых батиметрических профилей через 2,5 км (сг3 = 0,12км) и средней квадратической! погрешности определения подножия континентального склона за счет метода обработки профилей <74 = 2,5 км. Таким образом, общая погрешность подножия континентального склона в, значимой батиметрической зоне составила: ттс = л/а— + а] + а23+а24 = т]з, 182 +1,042 + 0,722 + 2,52 = 4,24 км.

С учётом изменения угла наклона дна в точке сопряжения континентального склона с континентальным подножием от 40' до 2° и более, погрешность точек ПКС может достигать 5 км.

Погрешность положения изобаты 2500 м на континентальной окраине определяется величиной 1,23 км.

6. Все измерения глубин со льда (при эхолотировании и сейсмических исследованиях) сопровождались многосуточными гидрологическими станциями для введения поправок за скорость звука в 1 воде, в результате чего, оценка погрешности измерения глубин для всего массива данных не превысила 0,5% глубины.

7. Априорная оценка точности измерения глубин со льда сопоставима с апостериорной оценкой измерений глубин непрерывного эхолотирования и не превышает 24 м.

8. Определение базовых параметров внешней границы юридического континентального шельфа России выполнено с применением однозначного математического аппарата, в комплексе с геоморфологическим анализом глубин континентальной окраины.

Личный вклад автора.

Автор лично участвовал в следующих работах: составлении и редактировании батиметрических карт «Центральный Арктический бассейн» масштаба 1:2 500 ООО, батиметрических карт масштаба 1:1 ООО ООО на зоны сопряжения хребта Ломоносова и поднятия Менделеева с континентальной окраиной Евразии, а также разработке электронной версии этих картсравнительном анализе рельефа отечественных батиметрических карт с международной батиметрической картой 1ВСАОсоздании базы батиметрических данных Арктического бассейна и значимой батиметрической зоны континентальной окраиныразработке всех методик картографического анализа и математического моделирования глубин для определения параметров внешней границы континентального шельфаопределении положения подножия континентального склона и морфометрических характеристик континентальной окраины на 79 цифровых батиметрических профилях в пределах Российского сектора Арктики.

Основные защищаемые положения.

1. Гидрографические исследования и батиметрическое картографирование рельефа дна Арктического бассейна составляют важную научно-практическую и международно-правовую основу для решения проблемы определения внешней границы юридического континентального шельфа (ВГКШ) приарктических государств в соответствии с требованиями Конвенции ООН 1982 года по морскому праву. Анализ результатов гидрографических исследований России по параметрам изученности (объёму, подробности и точности измерения глубин) позволяет утверждать, что они полностью соответствуют практической реализации проблемы достоверного определения ВГКШ России в Арктике.

2. Систематизация результатов гидрографических исследований России и создание базы батиметрических данных Арктического бассейна позволяют использовать методы математического анализа для определения границы национальной юрисдикции в Арктике.

3. Для однозначного определения положения одного из основных параметров внешней границы континентального шельфа — подножия континентального склона наиболее целесообразно сочетание методов картографического и геоморфологического анализа континентальной окраины в комплексе с математической обработкой цифровых батиметрических профилей, построенных по базе батиметрических данных Арктического бассейна.

4. Результаты математического моделирования базы батиметрических данных, в соответствии с геоморфологическими представлениями о батиметрическом положении границы пассивных континентальных окраин, позволяют утверждать, что в пределах Российского сектора Арктики положение континентальной окраины установлено лишь в Евразийском суббассейне. Провинция хребтов и поднятий Амеразийского суббассейна по батиметрическому уровню, морфометрическим характеристикам и геоморфологическим представлениям является естественным продолжением континентов в океананалогично противолежащему Канадско-Датскому сопряжению провинции.

Научная новизна диссертационной работы состоит в том, что в ней впервые выполнен картографо-геоморфологический анализ рельефа по базе батиметрических данных, основанной на систематизации результатов промера России, позволяющей использовать математический анализ глубин для* обоснования положения континентальной окраины Арктического бассейна и определения параметров внешней границы континентального шельфа — подножия континентального склона и изобаты 2500 м. Анализ базы батиметрических. данных позволил обоснованно рассматривать положение континентальной окраины на акватории всего бассейна, а трёхмерные модели провинции хребтов и поднятий наглядно подтвердили результаты, морфологических исследований прошлых лет о естественном продолженииэтой провинции, в океан, аналогично противолежащей континентальной окраине о. Элсмир.

Установлено, что зонасопряжения склона с подножием представляет аккумулятивный осадочный шлейф, поверхность которого снивелирована аккумулятивными формами различной пространственной ориентировки и размеров и по этой причине определение границ континентальной окраины — основания континентального склона и подножия континентального склона неоднозначно. С использованием базы батиметрических данных впервые разработана методика, позволяющая математически достоверно локализовать основание континентального склона и определить границы этой зоны шириной не более 25 км.

Локализации основания континентального склона предшествует математический процесс сглаживания рельефа и определение фоновых поверхностей склона и подножия. В зоне сопряжения этих фоновых поверхностей на цифровых батиметрических профилях по результатам математического анализа однозначно определено положение подножия континентального склона. В' Евразийском суббассейне положение континентального подножия установлено в достаточно широкой полосе (до 400 км) в котловинах Нансена и Амундсена. Угол наклона дна подножия от 10 до 25 минут и в зоне его сопряжения с континентальным склоном угол наклона дна последнего может принимать значения от 45 минут до 2°. На значительном протяжении хребта Ломоносова в котловине Амундсена подножие в рельефе не установлено и склон при углах более 1° сопряжён с абиссальной равниной на глубинах порядка 4000—4300 м.

Анализ батиметрических профилей позволил впервые установить, что по морфометрическим характеристикам склоны положительных и нейтральных форм рельефа провинции хребтов и поднятий Амеразийского суббассейна не являются континентальными, что подтверждает результаты морфологического анализа прошлых лет о естественном продолжении этой провинции в океан.

Показано, что создание международной базы батиметрических данных Арктического бассейна, основу которой составляют батиметрические карты России, позволяет надеяться на то, что многоцелевые исследования бассейна будут проводиться на согласованной батиметрической основе, что даёт возможность избежать разной интерпретации рельефа специалистами.

Практическое значение диссертационной работы определяется тем, что Россия получает возможность обоснованно определить положение внешней границы юридического континентального шельфа в Арктике.

Создание базы батиметрических данных Арктического бассейна по результатам высокоточных систематических гидрографических исследований России позволяет использовать методы математического моделирования для решения многоцелевых фундаментальных научных и практических исследований и реализации требований Конвенции ООН по морскому праву по определению внешней границы юридического континентального шельфа России в Арктике.

Реализация результатов диссертационной работы осуществлена, прежде всего, в изданной батиметрической карте «Центральный.

Арктический бассейн", в масштабе 1:2 500 ООО, на 4-х листах, и согласовании рельефа с международной батиметрической картой 1ВСАО, в результате чего получена точная батиметрическая основа Арктического бассейна, необходимая для обеспечения отечественных и зарубежных научных программ.

Результаты исследования базы батиметрических данных России являются основой для документального обоснования внешней границы юридического континентального шельфа России в Комиссии ООН по морскому праву.

Апробация результатов исследования. Результаты исследования докладывались автором и обсуждались на различных отечественных и международных совещаниях:

Морской Коллегии России (Москва, 2000—2007) — междуведомственных совещаниях по проблеме внешней границы континентального шельфа России в Арктике (Санкт-Петербург, 1994—2001 гг.) — международных совещаниях по проблеме внешней границы континентального шельфа в Арктике (Санкт-Петербург, 1996, 2000 гг.) — международной выставке ЭКСПО—98 (Лиссабон, 1998);

Ш-ей международной конференции по континентальным арктическим окраинам (Ганновер, 1998) — международной конференции по техническим аспектам определения морских границ и разграничению (Монако, 1999);

3-ей международной научно-практической конференции «Геопространственные технологии и сферы их применения» (Москва, 2007) — конференции, Государственного Научно-Исследовательского Института Навигации и Гидрографии (Санкт-Петербург, 2007).

Публикации. Основные результаты и положения диссертации опубликованы в 26 работах, в том числе, трёх монографиях, шести картах, атласе и семи статьях, в рекомендованных журналах ВАК.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав и выводов общим объёмом 234 стр., включая 71 иллюстрацию, 8 таблиц и библ. 87 наименований.

8. Результаты исследования базы батиметрических данных позволяют утверждать, что в соответствии с геоморфологическими представлениями о батиметрическом положении границ пассивных континентальных окраин, в пределах Российского сектора Арктики положение континентальной окраины установлено лишь в Евразийском суббассейне. Провинция хребтов и поднятий Амеразийского суббассейна по батиметрическому уровню, морфометрическим характеристикам и геоморфологическим представлениям является естественным продолжением континентов в океан, аналогично противолежащему Канадско-Датскому сопряжению провинции.