Приливные волны и направленный перенос масс земли - Ревуженко А.Ф.
ISBN 978-5-02-019126-6
Скачать (прямая ссылка):
Рассмотрим указанные вопросы подробнее. Начнем с вопроса
о форме Земли или в более широком смысле — вопроса о форме небесного тела, которую оно принимает под действием известных сил. Данная проблема представляет теоретический интерес, а для Земли
она имеет и большое практическое значение. Достаточно сказать, что проблема описания формы Земли является предметом изучения специальной научной дисциплины — геодезии.
История исследования вопроса о форме Земли и ее размерах уходит в глубь веков. Ее краткий обзор дан в книге Н.П. Грушинско-го [75]. Теоретические исследования формы Земли связаны с именами Гюйгенса, Ньютона, Маклорена, Эйлера, Клеро, Даламбера, Лагранжа, Лапласа, Лежандра, Гаусса, Пуассона, Эри, Якоби, Дирихле, Стокса, Кельвина, Пуанкаре, Пицетти и др. [52, 76, 77]. Теоретическое исследование предполагает использование законов механики в рамках той или иной модели Земли. Остановимся на модели Ньютона — одной из первых в этой области [52]. (Именно эта модель будет использована ниже для оценки влияния приливных сил на форму небесного тела.) В [52] рассматривались два столба жидкости, которые простираются от поверхности Земли до ее центра. Один столб расположен вдоль оси Земли к ее полюсу. На него центробежные силы не действуют. Второй столб направлен к экватору, и действие на него центробежной силы является максимальным. Из условия равенства давления в указанных столбах в центре Земли, где они соединяются, было показано, что «диаметр Земли по экватору относится к ее диаметру, проходящему через полюсы как 230 к 229» [52].
В математическом плане проблема описания формы небесного тела приводит к постановке целого ряда новых и весьма сложных задач. Исторически так сложилось, что самые значимые классические работы в этой области были выполнены в предположении о том, что к небесному телу можно применить законы гидростатики и гидродинамики. Проще говоря, предполагалось, что небесное тело можно представить как изолированный объем вращающейся и самограви-тирующей жидкости. Особый интерес представляет вопрос об устойчивости формы небесного тела. Здесь сложилось целое научное направление, связанное с именами Клеро, Дирихле, Дедекинда, Ри-мана, Дарвина, Пуанкаре, Ляпунова, Роша, Аппеля, Пицетти, Лихтенштейна, Чандрасекхара и др. [76-79]. Какова здесь роль приливных сил? Задача о равновесии и устойчивости однородного тела, находящегося в гравитационном поле другого тела, создающего приливные силы, рассматривалась Рошем, Джинсом и др. (задача Роша) [78]. В большинстве же работ этого направления приливные силы не рассматриваются. Иными словами, учитываются только силы собственной гравитации, центробежные и кориолисовы, а для вязких жидкостей и силы вязкого трения. В такой постановке приливные эффекты можно учесть как возмущения основной формы небесного тела. В некоторых случаях приливное искажение формы удобно учи-
тывать сразу в конфигурации его основной (т. е. невозмущенной) фигуры (например, когда возмущение неподвижно относительно тела или когда возмущение по телу движется, но внешняя форма тела остается неизменной). Именно такой вариант с использованием модели Ньютона [52] рассматривается ниже.
Ясно, что во всех случаях скорость движения приливных волн определяется скоростью вращения тела вокруг своей оси. Энергия вращения служит источником для многих диссипативных процессов, происходящих в теле планеты. Один из возможных механизмов таких процессов рассмотрен ниже. Здесь отметим только некоторые работы, посвященные различным проблемам, связанным с вращением Земли. Это прежде всего исследования Ержанова, Киселева, Куликова, Манка и др., касающиеся построения общей теории вращения Земли, теории движения полюсов, анализа процесса замедления вращения Земли вследствие приливного трения и др. [80-86].
Хорошо известно, какое большое значение имеет магнитное поле Земли. В науке о земном магнетизме можно выделить два фундаментальных направления. Первое посвящено изучению магнитного поля как такового. Речь идет о получении, систематизации и описании данных о магнитном поле как в далеком прошлом (палеомагнетизм по Монину [87]), так и о действующем магнитном поле и динамике его изменения (по Калинину, Долгинову и др. [88-90]). Основополагающими в этой области являются труды Гаусса [91]. Второе направление связано с построением и проверкой теорий возникновения и эволюции магнитного поля. В настоящее время общепринятой является теория магнитного геодинамо. История ее возникновения и развития изложена в [92, 93] и связана с трудами Лармору, Эльзассера, Булларда, Геллмана [94-99], Бэкусаи Чандрасекхара [100], Герценбергера [101] и др. В дальнейшем значительные работы в этой области были выполнены С.И. Брагинским [102-105], С.И. Брагинским и П.Н. Робертсом [106, 107] и др. Согласно теории магнитного геодинамо, происхождение и эволюция магнитного поля Земли связаны с течением масс в ее жидком ядре. Возникает вопрос
о силах, приводящих в движение геодинамо. Считается, что основным источником этих сил являются конвективные течения в жидком ядре Земли, которые приводят к появлению сил Кориолиса вследствие вращения Земли. Источником энергии течений являются химические и физические процессы, которые происходят в жидком ядре, а также на его границах с внутренним ядром и мантией.
