Асимметрия Земли

Замедление вращения планеты меняет ее момент инерции во времени. Результаты расчетов, подтвержденные измерениями суточных, месячных и годовых колец ископаемых кораллов, показывают направленное уменьшение длины от 400 до 365 за период фанерозоя (Runcon, 1964; Шейдеггер, 1987). По данным многих авторов такое замедление должно сопровождаться небольшим увеличением радиуса Земли. (Чебаненко, Федорин, 1984). Однако, на фоне общего замедления устанавливаются циклы локальных ускорений и замедлений.

Продолжительность циклов составляет 20-25 млн. лет (Милановский, 1975; Чебаненко, Федорин, 1984), В эпохи ускорения растет "эллипсоидность" планеты; в эпохи замедления – ее "шаровидность", и так как эти изменения сопровождаются изменениями площади поверхности Земли, то в преобразованиях должны участвовать все внутренние геосферы планеты, но в связи с различием физико-химических и реологических параметров этих геосфер их реакция не может быть равномерной. Не исключено, что наблюдаемые аномалии геоида и гравитационного поля являются следствием таких отличий.

Незначительные изменения радиуса серьезно сказываются на текущих параметрах "смазочных" слоев (астеносферы и слоя Д), т.е. на геодинамике и могут приводить к тектоническим перестройкам. Верхнее ограничение астеносферы в виде литосферы наиболее неустойчиво с точки зрения реологии и может оказаться подверженным влиянию ротационных процессов во время "разбухания" или "усыхания".

Периоды фиксируемых осцилляций в геологических системах охватывают диапазон до 100Му. Медленные тектонические движения характеризуются длительностью периодов в 1, 0.5-0.6, 0.18-0.2 млрд. лет, а также 61-66, 51-57, 39-45, 29-35, 17-22, 8-13, 5-10, 3.5-4, 1-2 млн. лет (Милановский, 1995; Хаин, 1962 и др.).

Короткопериодные (суточные и полусуточные) составляющие приливов могут реализовываться в геологических процессах через достаточные по длительности временные интервалы. Долгопериодные компоненты лунно-солнечных приливов вызывают изменения момента инерции Земли относительно оси вращения и приводят к вариациям скорости вращения планеты и также к внутрипланетным перестройкам. Смещение ядра под действием Луны-Солнца вызывают колебательные изменения его момента инерции. Момент инерции ядра составляет 10-12% момента инерции Земли, поэтому основное влияние на перемещение мгновенной оси будет оказывать деформации внешней оболочки.

Постоянство момента количества движения, которое вытекает из закона сохранения углового момента, приводит к передаче момента количества движения от ядра к оболочке. Таким образом, при ускорении вращения ядра происходит торможение оболочки и наоборот. Энергия колебания внутреннего ядра равна около 3x1023гсм2xсек2. Через жидкое ядро эта энергия передается (Авсюк, 1973) в виде изменения давления внешней оболочке. Оценки изменения кинетической энергии вращательного и орбитального движения в системе Земля-Луна, дают величину 3,9x1023 эрг, что соответствует диапазону вариаций расстояния Земля-Луна порядка 8 радиусов Земли и ожидаемые наклоны экватора к эклиптике 17-30о.

Известно, что в результате уменьшения скорости вращения Земли теряется около 7x1026 эрг кинетической энергии в год (Яцкив и др., 1976), что значительно превосходит энергию перемещения внутреннего ядра. Следовательно, основной вклад в замедление вращения Земли вносит система "литосфера-мезосфера", а система "нижняя мантия-ядро", скорее всего, является "пусковым устройством" процессов на границе ядро-мантия, обеспечивая реализацию их в соответствии с траекторией перемещения ядра под действием Лунно-Солнечного притяжения. Различие моментов, действующих на различные геосферы, приводят к их дифференциальному движению.

Асимметрия Земли


Если Землю представить в виде трехосного эллипсоида, то большая экваториальная ось проходит через область экватора вблизи мест с аномальными высотами геоида.

Однако, наблюдается асимметрия: в западной части максимум высот геоида смещен в северные широты, восточный – лежит в экваториальной области.

Кроме того, западный конец наибольшего экваториального радиуса падает на долготы 0-10° к западу от Гринвича, а восточный – на долготы порядка 30-40о к западу от меридиана 180°, т.е. противоположные концы наибольшего экваториального диаметра асимметричны примерно на 30°.

Асимметричны северное и южное полушария. Это выражается в том, что геоид в северном полушарии проходит на 20 м выше полюса, тогда как в южном – на столько же ниже эллипсоида и расстояние от южного полюса до центра тяжести Земли на 20 м больше такового от северного (Шейдеггер, 1987).

Отрицательные высоты выявлены у западного побережья Америки и в Карибском море, где амплитуда достигает 50 м; на юге Индии отрицательная аномалия высот геоида достигает 100 м. В целом, Земля имеет "грушевидную" форму.

Две трети всей суши находится в северном полушарии, и лишь треть ее расположена в южном. Большая часть островных дуг, океанических хребтов и глубоководных желобов расположена к северу от экватора. Однако на южном полюсе Земли располагается самый высокий континент планеты – Антарктида, в тоже время на ее северном полюсе расположен Северный ледовитый океан, площадь которого практически равна площади Антарктиды (Баранов и др., 1986). Тихий океан, покрывая 35% поверхности Земли в северном и южном полушариях, образует меридианальную асимметрию планеты. Несомненно, что это все находит отражение в динамическом состоянии Земли. Ее современная фигура соответствует современной скорости вращения, однако, современное вздутие планеты несколько больше того, каким оно должно быть при полном равновесии. Это связано, скорее всего, с большей 1024 –1026 пуаз вязкостью нижней мантии и приливное трение не может привести к равновесию. При этом форма вздутия отстает от равновесной на 10 млн. лет (Дедеев, Куликов, 1988). По геомагнитным данным, главный диполь отстает от центра тяжести Земли на 436 км и наклонен относительно оси вращения примерно на 11,5о.

Совместное рассмотрение гравиметрических и геомагнитных длинноволновых компонент полей показало (Hilde, Malin, 1971), что существует высокая корреляция между этими самыми низкими гармониками полей при повороте одного из них по долготе на 160о; что обусловлено неровностями границы ядро-мантия и вызываемыми ими изменениями структуры гидродинамических течений во внешнем ядре.

Таким образом, весь комплекс геофизических, геологических и астрометрических данных свидетельствует, что фигура Земли соответствует не абсолютно твердому телу, вращающемуся вокруг стабильной оси вращения, которая проходит через ее центр тяжести, а вокруг мгновенной оси вращения, которая является следствием перемещения внутри планеты масс вещества. Последнее, в свою очередь должно приводить (Вуллард, 1963; Баранов и др., 1986; Молоденский, Крамер, 1961) к изменению тензора инерции и, следовательно, к изменению главных центральных моментов инерции Земли и ориентации ее главных центральных осей инерции относительно осей координат ее фигуры. Оси земной системы координат не совпадают с главными центральными осями инерции, а средний полюс не совпадает с полюсом инерции. Отмечается эксцентриситет границ оболочки относительно ядра. По анализу спутниковых наблюдений удалось установить существование в мантии конвективных течений со скоростью около 1 см/год (Баранов и др., 1986), а также нутацию вектора кинетического момента одной оболочки (Молодецкий, Крамер, 1961). Мгновенный полюс вращения Земли будет всегда следует за полюсом инерции в движениях, обусловленных медленной конвекцией в мантии и может занимать в течение геологических эпох практически любые положения на поверхности Земли (Яцкив и др.,1976).