Приливные волны и направленный перенос масс земли - Ревуженко А.Ф.
ISBN 978-5-02-019126-6
Скачать (прямая ссылка):
сказать и о ближайших к Земле планетах и их спутниках. При моделировании сложных процессов всегда удобнее идти от самых простых ситуаций к более сложным, поэтому вначале вообще пренебрежем любыми неоднородностями внутреннего строения небесного тела. Никаких дополнительных условий на его реологическое поведение ставить не будем. Пусть снаружи тело ограничено упругой оболочкой (слоем). Эту оболочку можно рассматривать с двух точек зрения. Первая связана с исходной кинематической постановкой задачи. При такой постановке внешняя оболочка может рассматриваться как часть, устройства нагружения. В этой роли она служит только для создания определенных смещений на поверхности образца. И поэтому ее толщина имеет значение только для оптимизации характеристик самого устройства нагружения. От толщины зависят момент вращения ротора и все усилия, развиваемые в стенде. Последнее обстоятельство определяет контактные напряжения между оболочкой и статором, а также ресурс стенда в целом.
Внешнюю оболочку можно рассматривать и как составную часть самого образца. Для Земли и других небесных тел, имеющих твердую внешнюю поверхность, такая интерпретация вполне оправданна. В этой роли толщина оболочки должна определяться мощностью внешних упругих слоев небесного тела.
Моделирование деформаций внешнего упругого слоя никаких трудностей не представляет. Можно подобрать ряд упругих материалов, вполне удобных для постановки таких экспериментов, т. е. обладающих достаточной податливостью, чтобы не потребовались большие усилия на границе, а также достаточным пределом упругости, чтобы можно было не ограничивать высоту приливных волн. Правда, никаких особенных эффектов здесь ожидать не приходится. Упругое тело «не помнит» истории своего нагружения, поэтому циклические приливные деформации никакого эволюционного процесса в упругом теле вызвать не могут. Траектории всех точек тела всегда будут строго замкнутыми.
В настоящее время нет проблем и с математическим моделированием упругого процесса. Если заданы характеристики материала (в том числе и неоднородные), а также условия на контакте между слоями, то задача может быть исследована известными методами исчерпывающим образом. Ниже ограничимся только ссылками на классические работы по теории упругих приливов и постановкой экспериментов на плоской однородной модели.
Таким образом, в дальнейшем внешнюю упругую оболочку будем брать достаточно тонкой и относить ее к устройству нагружения. Вначале ограничимся однородными образцами. Затем рассмотрим
роль жесткого внутреннего ядра и некоторые эффекты, связанные с изменением свойств среды по глубине, а также слоистостью внутреннего строения тела.
Перейдем теперь к проблеме выбора материалов для экспериментальных моделей. Тело Земли обладает чрезвычайно широким диапазоном реологических свойств. Реакция геосреды на различные силы зависит не только от свойств самой среды, но и от характера силового воздействия. Хорошо известно, что один и тот же материал при больших временах воздействия может выступать как вязкая жидкость, а при малых — как упругая среда. Кроме того, есть существенная зависимость свойств среды от температуры, всестороннего давления и т. д. Приливное воздействие носит циклический характер. Одному циклу отвечает безусловно малое время. Но число циклов таково, что общее время приливных деформаций — это все время жизни небесного тела. Следовательно, это предельно большие времена.
Какие материалы можно использовать для моделей небесных тел? Вопрос о чисто упругих моделях затрагивался выше. Рассмотрим теперь, какие открываются возможности перед неупругими моделями. Здесь сразу возникает вопрос, насколько вообще оправданно применение неупругих моделей для исследования приливных деформаций Земли. К настоящему времени накоплено достаточно много наблюдений, которые позволяют ответить на этот вопрос однозначно и положительно — у приливной реакции Земли есть неупругая составляющая. Если бы реакция Земли была целиком упругой, то наблюдалось бы полное совпадение фаз между приливной силой и приливной волной. Вместе с тем в наблюдениях регистрируется устойчивое отставание максимума приливного горба от максимума приливной силы. Разные источники дают разные значения отставания, но сам по себе этот факт сомнению не подвергается.
Для приближенного моделирования конкретные значения разности фаз не так важны: достаточно только принять, что у реакции Земли есть неупругая составляющая и на этом основании считать оправданным исследование приливов на тех или иных неупругих моделях.
Таких оснований станет гораздо больше, если обратиться к истории образования Земли. В настоящее время наибольшее признание получила теория Шмидта — Сафронова об эволюции допланет-ного газово-пылевого облака в рой твердых тел и последующую аккумуляцию планет из твердых тел и частиц [62, 63]. Можно предположить, что на ранних стадиях эволюции планеты ее реология прошла путь от сыпучей среды со взвешенными и периодически
контактирующими частицами через сыпучую среду с частицами, испытывающими постоянные контакты, к твердому телу, в котором постепенно выделилось внутреннее ядро.
