Введение к работе
Актуальность работы.
Теоретическое развитие геофизики в XIX веке значительно опережало ее экспериментальные возможности. По механическим -.-разделам геофизики основополагающие теоретические работы были сделаны на рубеже XIX - XX века. Бояьщая заслуга в стимулировании и исполнении этих работ принадлежала В.Томсону (Кельвину). Эксперимент в геофизике в то время делал первые шаги.
Соответствие разработки теоретических схем с возможностями натурных измерения существенно изменилось в настоящей время. Стандартизация аппаратурных комплексов, высокая точность регистрации временных интервалов, машинная обработка данных позволяют оперативно проверять возможные причинно-следственные связи целого ряда явления, которые рэньшо обсуждались на качественном дискуссионном уровне. Настояния работа, по сути дела, более рас-вшренко разбирает связанные с наличием у Земли внутреннего ядра, некоторые вопросы геофизики, которые оставались открытыми з классических работах из-за недостаточности экспериментального материала .
Так, например, в "Геодинамике1" (глава ІУ раздел 55) Ляв писал: "Относительно применимости теории равновесия к приливам внутри твердого тела могли бы остаться сомнения, если бы как было предположено -Земля состояла бы из твердого ядра, заключенного в твердой оболочке, от которой она отделена слоем жидкого материала. Но как мы увидим при обсуждении наблюдений Хекера, такое строение маловероятно".
Эти строки были написаны в І9ІІ году, а в 1930 году, как известно, Джеффрис и Гутенберг подтвердили открытие Леман , что внутри жидкого ядра находится твердое внутреннее ядро. Ряд свойств внутреннего ядра изучен. На некоторые его свойства, как например, на нежесткость связи внутреннего ядра со всей Землей обращено внимание исследователей в последнее время.
Экспериментальные исследования приливного воздействия Луны и Солнца на Землю в настоящее время проводятся достаточно широкой сетью гравиметрических, наклономерггых и уровнемерных станций, Выявлен целый ряд особенностей во временных вариациях силового воздействия и отклика гидросферы, земной коры и глубинных частей Земли (в частности, ядра) на это воздействие. Некоторые дискус-
сионные вопроси, имевшие место 2 прсилом». снова стали актуальными. Известно, что существует различие описания приливного воэдейст-' сия, объясненного Ньютоном, н той аналитической формулой, которой описана приливная сила у Лапласа. Согласно Лапласу (книга ХШ), "Ньютон предположил, что при вычислении прилива действие Солнца должно быть умножено на косинус двойного синодического движения Луны аа этот интервал времени. Но эта поправка ошибочна". Далее Лаплас, но имеющимся в то время уровнемериым наблюдениям (главным образом в Бресте), делает заключение, что экспериментальные данные не выявляют предполагаемых Ньютоном членов.
Современный наблюдательный материал и наши знания о внутреннем строении Земли позволяют вернуться к обсуждению замечания Лапласа и рассмотреть его более детально в сопоставлении с экспериментом.
Цель и задача работа.
Информацию о движениях внутреннего ядра можно вцделигь из материалов регистрации приливных вариаций силы тяжести, наклонов, уровней водоемов. При этом необходимо убедиться в полноте описания приливной силы формулой Лапласа.
Регистрация приливных эффектов - это выявление косвенным образом особенностей орбитального ускоренного движения Земли.
Действительно, можно, не производя астрономических наблюдений, образно говоря, "не глядя на небо", по записи гравиметра или по регистрации уровня водоема получить представление и воссоздать картину движения Земли и Луны вокруг барицентра (центра масс Земля-Луна), изменения ориентировки Земли и Луни относительно Солнца. Следовательно, теория, описывающая приливные эффекты, долина отражать все особенности орбитального движения Земли. Проделанный нами анализ показал, что аналитическое описание приливного воздействия Луны и Солнца на Земли, предложенное Лапласом, содержит только члены, соответствующие.невозмущенно-му, кеплеровскому движению Земли. Такой характер (вид) орбитального движения - некоторая идеализация, и она отличается от действительности. Лаплас использовал характеристику силы, данную Ньютоном (у Ньютона описание приливов дано в виде геометрического построения), но членами, соответствующими возмущениям, пренебрег. Мы решили поступить следующим образом: ввести в Лапласо-
во описание приливкой силы дополнительннз плены, соответствующие возмущениям и провести с этим расширении:! описанием и первоначальной (исходной) формулой Лапласа сопоставление материалов экспериментальной регистрации приливнгпс эффектов. Таким образом, появилась возможность убедиться, каксо списание более полно реконструирует природные процесом, связанные с приливным воздействием Луны и Солнца. Такой эвристический подход делается пани впервые (указание о наличии вознуцентхх членов в описании приливов принадлежит Ньютону), ого правомочность подтверждается анализом экспериментального материала. Установление правомочности и плодотворности такого шаг:, явдсттся составной частья настоящего исследования, так как при обсуэдонин двилений в ядре г опрос о действующих силах имэ^т r-srrroe значен:^. Научная ногчрнд.
1. По фактическому -материалу регистрации приливних эффек
тов сделано заключение о необходимости исследования полноты опи
сания приливной силі; форічулой Лапласа.
Несоответствие теории эксперименту проявляется в значения" факторов д и ^ , которые представляют собой частное ст деления амплитуды намеренной на амплитуду вычисленную по формуло Лапласа, т.е. 8 - а^м/а-ічеР. ~ для волн вертикальной компоненты приливной сили; у - а«і«./а-ггср. - для волн горизонтальній компонент: восток-запад, север-гаг. Так, значения у характеризуются величинами от 0,52 до 0,8; значение Ё"' определяется в диапазоне 1,081-1,250.
2. По материалам лунного эксперимента " Аполлон" продемон
стрирован частный характер описания приливной сили Формулой
Лапласа и общий характер формулы Лапласа, к которой добзвленп
пертурбационные члєіп-і.
С привлечением формулы, содержащей пертурбационные члени, проведена интерпретация имепщихся сейсмических данных. Показано хорошее соответствие вариаций силового воздействия и сейсмического отклика, имеющего место на Луне, что не удается сделать с привлечением только формулы Лапласа.
3. Привлечение к интерпретации геофизических процессов
описания приливной силы, содержащей возмущения, позволяет рас
смотреть некоторые явления, считавшиеся ранее независимыми от
приливного воздействия. В первую очередь, это относится к явлению изменяемости широт (Чавдлеровеков колебание полюса). Так как Чандлеровская цикличность - вто синодическая цикличность орбитального движения Земли, то процесс изменяемости широт есть отражение вынужденных движений внутреннего ядра Земли. Предлагаемое описание процесса хорошо согласуется с накопленными экспериментальными данными. В рамках данного объяснения намечается связь сейсмичности с процессом иэменяемости широт. И то и другое явление опосредовано связаны с изменением силового приливного воздействия, с перемещениями внутреннего ядра Земли.
4. На основании анализа показаний наклономеров, абсолютных
и приливных гравиметров сделано заключение, что в регистрируе
мых вариациях присутствует месячная гармоника, зависящая от пе
ремещений внутреннего ядра, ее амплитуда достигает значений
20 - 30 10-бсм/с2.
5. Впервые в схему приливной эволюции системы Земля-Луна
введены дополнительные детали: I, приливное вовдействие описа
но с учетом возмущений} 2. учтено наличие внутреннего ядра Зем
ли. В рассматриваемом варианте эволюция может носить колебатель
ный характер. Следствия варианта схемы сопоставлены с летописью
геологических процессов фанероаоя.
Практическая значимость.
-
Все основные приенаки процесса ивменяемости широт.могут быть с большой вероятностью проинтерпретированы как проявление на поверхности вынужденных движений внутреннего ядра Земли, Это дает возмокноеть постановки планомерных гравиметрических, астрономических, магнитометрических наблюдений за движениями в ядре.
-
Расширенное описание приливной силы, в котором учитываются дополнительные члены, соответствующие возмущениям, мояет привлекаться к интерпретации процессов, происходящих на планетах и спутниках Солнечной системы. Целесообразность такого подхода наглядно продемонстрирована при интерпретации лунной сейсмичности, солнечной активности.
-
Оценки вффектов изменения силы притяжения из-sa смещения ядра дают основания надеяться, что поставлениые планомерные наблюдения геофизических явлений позволят не только регистрировать перемещения ядра, но также уточнять параметры ядра и окру-
., '--;..> і.;1 і,;. .'-':.,:;:.;; л Ч ;!.,,,:ч.;л,. .Vji;;!! С,ЛЬ'; і-'-vttjtii.: 0~l';-f-.. -,4 v. ' '"T -.'!;." : f ".: E "* :';', .:'';.'.'!;V:iy'.'r П'.-р", 1!;:.!'Ш лр:;.л;ГЧ) И ЛііСГіЛіНОГО ІіріШІРШІК: С і'.;-ЛКЇОй :ч: л.- Слгь поло.кнчм л вопроса:: прогноз С>Л<ІСНІІЇШССТИ.
"сіїо'Ляіо результати рлгіоти могут й;ть нсітль::оі:';ніі Астроео-"-'.vc;i АН СССР it другими обтерї.аторикмії, аанимжг.глтся пссяодом-::::-:м процесса иоменкмосгн инрот, Институтом океанологии Ail СССР, ,'г!;?!н:а?;.'иг.чся иссяодог'.ппюм при.чиг.'оп, Гг-одсгиялскки институте;-: .-'S! СССР, Геохимическим институтом АН СССР1, У'шлмлк.ліхся плуче-п;ил! опол;,-цни процессоп, происходящих на Зэмле.,
Осшшіпо полегания диссертации докладамтаеь апторем ;;л л*>-глнлрзх з Институте фионки Зійди, a 'inv.sa на есмінатх: -л Инстн-тл/л'о теоретической астрономии /<Н СССР (20. ХП. 7Р;\ ); л ГсеудгфС'.?.-ї:с:г;:ггі ястроно^ичйсксм Институте і!м.!'Іі'&рі;б'зрг.'і (!'..V'T.7'?r.); л 'егриеогзтл АН СССР (2i].X.<';'Jr.); -і i';i;:tv;'>'K "-.ссиумрыж иеелсло-j::,.ці ЛИ СССР ( [VJI.filr.h к'і кллчцгл Т; (Ц -уіллсскс!: чох.'штап '-Т"' (5.І1ДЙГ.); я Иіїїї'гптуїт! сотанпіш при СГ" (ІЛ'ІДИг.): л Іїлститугл с:;:-'інологіі:і Гндрл:.>л?го слулґ.''.! {Іі.СЙПдКг'.); -.і Голоолв;;с:і«П леї'-рс':е;->н»эстсЛ обсзрллторли ДН УССР ('лІ.ХЇ.БТг,); з Института проблем мс?;лншпі Дії СССР (СО.У.С":^.) и др.
Отделы"?--? рлуделії дисссптпцнл *нл:і дслолкни на международных кон|эрлнц;шх н всоссзглпгк совещаниях и ил ілісоллх-семшлра::. На совещании " Core J>ynq.nics » (Будаплпт, 2о.УЇ-Ї.УП.7Сг.); Интерчосмос, 6 секция (г.Супдплг>, I3-I0,IX.62r,.)j Всесоюзное со-зсгдаше по проблемам нйстоктсшпгн (г.Таллин, 26-29.ІУ.82r.); пкола-есминзр ''Пространственно-временная рнтшпса голногєсфиои-чесішх процессоз" (г.Львов, 1979г.); на симпозиума Астрономического Союза (фигура и динамика Земли, Луї їй, плзнет. г.Прага, 1966г.) и др. Понимаїгае ряда вопросов формировалось у автора в ходе дискуссий, имевших место с коллегами, интересующимися
смежными и родственными явлениями.
Автор считает своим долгом поблагодарить своих коллег за оказанную ему помощь и внимание.
Публикации.
Настоящая работа является составной частью работы по проблеме 3.1.14.1.3. "Изучение современных, вековых и длинной ери одних движений их природы и связи с геофизическими полями и явлениями", номер госрегистрации 01.86.0, 042564 и по проблеме 3.1.14.5.1. "Исследование стабильности гравитационного поля"... номер госрегистрации 0І.Є6.0, 087384, которыми автор занимался в Институте физики Земли АН СССР. По теме диссертации опубликовано 16 работ.
Структура и объем работы.
Диссертация изложена на 290 страницах машинописного текста с 25 рисунками, приложения и 171 библиографий литературы.