 | Астрометрические данные и физика земли |
Source: http://geo.web.ru/Mirrors/ivs/publication/whirlwinds/anosov.htm
Астрометрическими (Ержанов, Колыбаев, 1984; Баранов и др., 1986; Смирнов, 1986 и др.) и геофизическими (Михайлов, 1970; Павлов, 1970; Сидоренков, 1971; Авсюк, 1973; Авсюк, Щеглов, 1986 и др.) исследованиями установлено несовпадение центра масс Земли и мгновенной оси вращения, следы движения которой на поверхности фиксируется перемещениями полюса, что связано со смещениями внутреннего ядра, "взвешенного" и вращающегося во вращающейся "жидкости" внешнего ядра (возможно затронут и слой D’’), а также асимметрией и несовпадением осей вращения мантии Земли и внутреннего ядра (Szeto, and Smyle, 1984). Имеются указания на несовпадение оси вращения и центра тяжести с общепланетарной системой координат, принадлежащих литосфере (Pan, 1983; Долицкий, 1985). Такие движения обуславливаются взаимодействием планет солнечной системы и, в первую очередь, Земли и Луны (Авсюк, 1997), которое выражается в регистрируемом астрометрическими методами замедлении вращения Земли, обусловленном действием сил трения. Последние вызывают нерегулярное перемещение верхней оболочки - литосферы в западном направлении (Шейдеггер, 1987).
В современных моделях стандартной Земли (Ботт, 1978; Буллен, 1978; Жарков, 1983) предполагается выделение радиально-концентрических зон, имеющих собственные скорости вращения (Ахияров и др., 1988). С этих позиций выделяют (Жарков, 1983; Озима, 1990) три области недр: 1) литосфера - астеносфера и нижняя мантия ; 2) мезосфера (нижняя мантия) - раздел нижняя мантия и внешнее ядро (слой D’’) и 3) раздел между внутренним ядром и внешним.
С глубиной происходит запаздывание запаздывания приливного трения и возникновение в пограничных зонах значительных сдвиговых напряжений. Эти напряжения по абсолютным значениям превышают, скорее всего, пределы текучести, обуславливая, тем самым скольжение оболочек относительно друг друга (Bostrom, 1988). Оценки параметров такого движения выполняются по величинам дифференциальных моментов инерции, которые улавливаются современными астрофизическими измерениями. Эти измерения позволяют регистрировать флюктуации во времени некоторых фундаментальных констант (включая микроизменения гравитационного поля (Гамбурцев, 1987) и формы Земли (Сидоренков, 1971), характеризующих динамическую активность Земли (Грушинский, 1963; Яцкив, 1976)). В первую очередь, это касается измеренной момента инерции, угловой скорости Земли, отставания по фазе земных приливов и, наконец, неприливных изменений поля силы тяжести (Беррот, Хофманн, 1963; Буланже, 1984; Авсюк, 1988).
Особенности вращения твердого ядра и его перемещения относительно центра масс фиксируются в геологическом времени по палеомагнитным данным (Кропоткин, 1970; Джекобс, 1979) и коррелируют с мегациклами в эволюции планеты (Милановский, Никитин, 1985; Ясаманов, 1993; Милановский, Хаин, 1999).
Изменение фундаментальных астрофизических постоянных во времени (включая и гравитационную постоянную (Дикке, 1965; Кропоткин, 1983)) имеют сильную корреляцию как с геофизическими параметрами, такими как сейсмичность, так и с геологическим (Хизанашвили, 1984; Стовас, 1962). При этом влияние космологических факторов на энергетику внутренних процессов Земли более предпочтительно (Трапезников, 1963; Кропоткин, 1983; Кропоткин, Ефремов, 1992).
Скольжение литосферы по астеносфере одним из первых в 1921 г. рассмотрел В. Швейдар (Кропоткин, 1970), изучая явление прецессии земной оси. По его расчетам силы вращения для континентов, расположенных между "-30" и "40" градусов широты и от 0 до 40 градусов западной долготы, будут в 220 раз больше, чем проявляются в прецессии оси всей Земли. В дальнейшем эти силы вычислялись многими исследователями (Bostrom, 1988; Knopoff et al, 1989).
Так, А.Надаи (1969) пришел к выводу, что притяжение Луны вызывает медленное проскальзование внешних геосфер относительно внутренних, в том числе мезосферы по земному ядру.
Особенно подчеркивалось такое движение применительно к западному дрейфу геомагнитного поля Земли, которое рассматривается или как движение литосферы - астеносферы по мезосфере, или земного ядра относительно нижней мантии.
Многие авторы указывают на высокую чувствительность момента инерции и скорости вращения Земли к перестройкам структуры в верхней части планеты (Бердотт, Хофманн, 1963; Bostrom,1971; Melhinmy, 1973; Press, and Briggs, 1975; Мельхиор, 1975; Шейдеггер, 1987) и, в первую очередь, в области астеносферы.
Существуют различные мнения на причины и следствия флуктуаций угловой скорости вращения Земли за исторический период.
Известно, что она постепенно уменьшается (Runcorn, 1964; Шейдеггер, 1987), однако, на фоне этого глобального замедления происходят резкие, скачкообразные возрастания угловой скорости с последующим плавным уменьшением. Кроме того, на фоне глобального замедления, прослеженного от 610 Ма до настоящего времени (Шейдеггер, 1987), устанавливается ускорение вращения Земли за счет изменения ее момента инерции (Парийский, 1945), а так же наблюдаются годовые и полугодовые вариации из-за сезонной динамики атмосферы и планетарного распределения атмосферных осадков (Баранов и др., 1986), изменения уровня океанов в связи с таянием льда в Антарктике и Гренландии (Стовас, 1975; Wieson, Haubrich, 1976; Хизанашвили,1983).
Исследованиями ряда авторов по выявлению корреляции между числом землетрясений (и их энергией) и изменениями угловой скорости вращения Земли, была установлена причинно-следственная связь, в которой, однако, у разных авторов причина и следствие меняются местами (Стовас, 1975). Перемещение масс в теле Земли, которое следует из выше названных геофизических процессов (Певнев, 1970), в любом случае должно приводить к изменению тензора инерции (Баранов и др., 1986), т.е.
к изменению значений главных центральных моментов и ориентации ее мгновенных центральных осей инерции в теле Земли. Эти изменения в настоящее время устанавливаются по астрометрическим и геофизическим измерениям (Kane,1972; Whitten,1972; Press, and Brigss, 1975; Грушинский, 1976; Абрикосов, 1985; Смирнов, 1986; Краснорылов, 1987). Весьма важным здесь является то, что около 93% всей энергии движения полюса связано с Чандлеровыми движениями (Еремеев, Юркина, 1971; Ержанов, Колыбаев, 1984), которые в значительной мере обусловлены движениями внутреннего твердого ядра Земли (Mateo, 1973; Стовас, 1975; Press, and Briggs, 1975; Авсюк, 1988). По геомагнитным данным имеется слабая рассогласованность вращения оболочки и внутреннего твердого ядра (Джекобс, 1979) на величину 10-5 рад. По расчетам (Шейдеггер, 1987; Szeto, and Smyle, 1989) дифференциальная скорость вращения может достигать 1 м/с, что соответствует периоду порядка 90 дней.
Более того, анализ приливов в теле Земли указывает на возможность системы мантия-ядро иметь собственные резонансные колебания с почти суточными и полусуточными периодами (Латынина и др., 1983; Knopoff et al., 1989).
Движение внутреннего ядра «разводит в пространстве» на некоторую величину центр масс и мгновенную ось вращения Земли. Проекция этой оси на земной поверхности практически совпадает с магнитным полюсом и описывает эпициклоиду его движения во времени. Эта кривая устойчиво прослеживается по палеомагнитным и геологическим данным (Авсюк, 1980; Долицкий, 1985).
Расчеты показывают (Авсюк, 1973), а измерения абсолютного гравитационного поля подтверждают (Буланже, 1981), что внутреннее ядро движется относительно центра масс Земли с периодом в половину синодического месяца и с амплитудой до 5-7 м, которая вызывает на земной поверхности изменения в значениях гравитационного поля до 30х10-6 см/с2. На это движение накладывается влияние всех (включая краткопериодные и длиннопериодные) возмущений орбитального движения Земли.
Существенным эффектом такого влияния оказывается изменение величины фундаментальной гравитационной постоянной (Canuto, 1981). Попандопуло, 1982, показал, что во время максимума прилива от притяжения Луны в толще земной коры происходит объемное расширение и раскрытие трещин, что приводит к уменьшению гравитационного потенциала Земли на ее поверхности.
Показано, что существует (Canuto, 1981; Кропоткин, 1983) устойчивая зависимость:
dR/R=f(dG/G)=-dg/g=-12dw/w=dI/I,
где R – радиус земли и его изменения, G – гравитационная константа и ее изменения, g- сила тяжести и ее флуктуации, w- угловая скорость вращения Земли и ее отклонения, I - момент количества движения и его изменения.
Астеносфера реагирует на изменение радиуса своей вязкостью. Особенности строения этого слоя выражаются в движении литосферы не как единого целого, а как совокупность контактирующих, не связанных между собой жестких глыб (Косыгин, Маслов, 1987; Дедеев, Куликов, 1988).
Движение внутреннего ядра Земли тесно коррелирует с расстоянием в системе Земля-Луна (Авсюк, 1986), изменение которого влияет на величину гравитационной константы G и существует автоколебательность описываемых процессов, а в системе Земля-Луна и Солнца, должен существовать набор дискретных значений резонансных частот.
Вышесказанное весьма надежно иллюстрируется корреляционными сопоставлениями многих геофизических и геологических явлений, изученных достаточно подробно (Morgan et al., 1961; Machado, 1967; Стовас, 1975; Авсюк, 1986).