Земля и гравитация

gordon0030@yandex.ru

Архив выпусков | Участники

↓№ 203↑

23.01.2003 Хронометраж

50:00

Историческая геология и биология неоднократно ставили перед физикой вопрос: почему многие природные процессы на Земле происходят циклически? Оказывается, их можно решить, исходя из принципов теории тяготения Ньютона и законов классической механики. О приливной эволюции в рамках ньютоновой гравитации системы Земля-Луна — член-корреспондент РАН Юрий Авсюк и доктор геолого-минералогических наук Виктор Шолпо.

Участники:

Юрий Николаевич Авсюк — член-корреспондент РАН, доктор физико-математических наук, зам. директора института Физики Земли

Виктор Николаевич Шолпо — доктор геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник института Физики Земли

Краткий обзор темы:

Систематизировав факты и обнаружив некоторые закономерности, историческая геология поставила перед физикой следующие вопросы: почему природные процессы на Земле происходят циклически и каков механизм этой цикличности? В 60-е годы ХХ века интерес к этой проблеме среди геофизиков значительно вырос и объединил целую группу исследователей, за которыми полуофициально утвердилось название — астрогеологи. Наиболее яркий представитель этой группы — Б. Л. Личков. Главная идея, отстаиваемая астрогеологами, заключалась в том, что вся структура рельефа земной поверхности и геологического строения земной коры сформирована и обусловлена неравномерностями многообразных движений планеты, происходящих в поле силы тяжести. Главные из этих движений — вращение вокруг оси, движение по орбите вокруг Солнца, а также периодичность приливных волн, охватывающих не только гидросферу, но и твердую Землю, — создают в теле планеты сложное неравномерное поле напряжений, которое и вызывает, по мнению сторонников этой концепции, все многообразие тектонических движений и деформаций, т. е. эволюция Земли подчиняется воздействию внешних по отношению к Земле сил и эти силы воздействуют на неё как на космическое тело, движущееся по определенным законам. Эти идеи не получили признания и спустя короткое время отошли в тень. Недостатком этого взгляда, из-за которого не произошло принятие данных идей научной общественностью, можно назвать некоторую однобокость — связь всей эволюции Земли лишь с внешними силами. Без внутренней энергии Земли, без эндогенных процессов, порождаемых в глубоких недрах планеты, понять её развитие оказалось все же невозможным. Тем не менее астрогеологи по-новому взглянули на установленные ранее закономерности рельефа и геологической структуры Земли, пытались осмыслить географические и геологические гомологии. Был внесен ценный вклад в развитие геофизического знания о Земле. Концепция приливной эволюции системы Земля-Луна-Солнце, разработанная Юрием Николаевичем Авсюком, в новом духе продолжает традицию астрогеологов.

Гравитационной теорией, используемой в нижеследующих рассуждениях, является классическая ньютоновская теория тяготения. Несмотря на то, что исходные посылки данной теории (m=const, пространство-время абсолютны и т. д.), как показывает опыт, неверны, тем не менее уравнения её актуальны в рамках макромира. Связь с эйнштейновской теорией наблюдается в том случае, если в уравнения теории относительности подставить значения величин из макромира, то разница с ньютоновой теорией не будет принципиальной. Все это в корне меняется при рассмотрении космологических величин (звездных скоплений, галактик, скоплений галактик и т. д.), масса и скорость которых достаточно велики и рассчитать интересующие нас характеристики точно, без применения теории относительности нельзя. Систему Солнце-Земля-Луна можно считать объектом макромира. Поэтому при анализе этой системы мы имеем полное право использовать ньютонову гравитационную теорию.

Луна — единственный естественный спутник Земли. Масса Луны составляет 0,0123 массы Земли или приблизительно 1/81 или 7,6 · 10²² кг. Диаметр Луны чуть больше четверти земного (0,273) или 3 476 км. Луна — это большой спутник. Землю и Луну иногда называют двойной планетой, так как размеры и массы этих тел близки.

Луна вращается вокруг Земли. Для нас это проявляется не только в видимой смене фаз. Луна быстро перемещается на фоне звезд, в день примерно на 12,5°. Период обращения Луны вокруг Земли в точности равен периоду обращения спутника вокруг собственной оси, из-за чего Луна повернута к Земле всегда одной стороной. Физическими причинами такого положения вещей являются приливные силы.

Гравитационные воздействие Земли на Луну и наоборот довольно велики. Разные части, скажем, Земли по разному подвергаются притяжению Луны: сторона, повернутая к Луне, — в большей степени, обратная сторона — в меньшей, так как дальше находится от нашего спутника. В результате, разные части Земли стремятся прийти в движение в направлении Луны с разными скоростями. Поверхность, обращенная к Луне, вздувается, центр Земли смещается меньше, а противоположная поверхность вовсе отстает, и с этой стороны тоже образуется вздутие — из-за «отставания». Земная кора деформируется неохотно, на суше приливных сил мы не замечаем. А вот про изменение уровня моря, про приливы и отливы, слышали все. Вода поддается воздействию Луны, образуя приливные горбы на двух противоположных сторонах планеты. Вращаясь, Земля «подставляет» Луне разные свои стороны, и приливной горб перемещается по поверхности. Такие деформации земной коры вызывают внутреннее трение, которое тормозит вращение нашей планеты. Раньше она вращалась гораздо быстрее. Луна еще больше подвергнута влиянию приливных сил, ведь Земля гораздо массивнее. Скорость вращения Луны настолько замедлилась, что она покорно повернулась к нашей планете одной стороной, и приливной горб не бежит более по лунной поверхности. Воздействие этих двух тел друг на друга приведет в отдаленном будущем к тому, что и Земля, в конце концов, повернется к Луне какой-то одной стороной. Кроме того, приливные силы, вызванные близостью Земли, а также влиянием Солнца, тормозят и движение Луны по орбите вокруг Земли. Замедление сопровождается удалением Луны от центра Земли. В итоге, это может привести к потере Луны...

Материалы к программе:

Из энциклопедии «Астрономия и астрофизика»:

Замена небесных сфер Аристотеля кеплеровым движением планет по эллиптическим орбитам выдвинула на передний план вопрос о силах, удерживающих планеты на орбитах. Французский философ и математик Р. Декарт (1596–1650) предположил, что все пространство между телами заполнено тончайшей материей. Вихри этого вещества удерживают планеты на их орбитах, а все взаимодействия передаются путем прямого контакта. Ньютон изложил свой взгляд на эту проблему в «Математических началах натуральной философии» («Philosophiae naturalis principia mathematica», 1687). Все наблюдаемые в Солнечной системе явления выводились в книге Ньютона с математической точностью из нескольких основных принципов и закона всемирного тяготения.

Книга I — математическое описание движения свободного тела под влиянием действующих на него сил — утверждает новые принципы механики. Она начинается с определения того, что теперь называют инерцией, массой и импульсом, а затем формулирует три знаменитых ньютоновых закона движения.

Книга II — о движении тел в среде с сопротивлением — в основном опровергает теорию вихрей Декарта.

В Книге III Ньютон применяет свою теорию гравитации фактически ко всем телам Солнечной системы — к планетам, Луне и другим спутникам, к кометам, — для которых имелись точные наблюдения. Ньютон продемонстрировал путем вычислений, что заметное отклонение Сатурна от эллиптической орбиты при его сближении с Юпитером происходит под действием притяжения к массивному Юпитеру. Он показал также, что многие неправильности в движении Луны вокруг Земли вызваны их различным притяжением к Солнцу, изменяющимся в ходе орбитального движения Луны.

Движение Луны. Ньютон нашел движение Луны особенно запутанным. В частности, его геометрический анализ положения апсид лунной орбиты, основанный на теории тяготения и приведенный в «Началах», выявил только половину их наблюдаемого перемещения. Однако в 1749 Клеро продвинул анализ до более высоких степеней приближения, и результат в точности совпал с наблюдениями. Этим было доказано, что закон обратных квадратов способен объяснить не только общее движение планет и спутников по эллиптическим орбитам, но и отклонения от него, особенно сильные в случае Луны.

Движение комет. Ньютон разработал довольно громоздкий — частично арифметический, частично графический — метод вычисления орбиты кометы по нескольким наблюдениям. Применив его к кометам 1680 и 1681 годов, он предположил в «Началах», что это, по-видимому, была одна и та же комета (наблюдавшаяся до и после прохождения перигелия, когда она временно скрывалась за Солнцем) и, более того, что она повинуется тем же законам динамики, что и прочие тела Солнечной системы.

Галлей в 1690-х годах, изучив старые записи о появлении комет и уточнив метод расчета, определил орбитальные элементы 24 комет, наблюдавшихся между 1337 и 1698. Заметив схожесть орбит у комет 1531, 1607 и 1682, а также приблизительно одинаковые промежутки времени (75–76 лет) между их появлением вблизи Солнца, он заключил, что это тоже была одна и та же комета и что вариации периода вызваны гравитационными возмущениями со стороны Юпитера и Сатурна. Он предсказал ее следующее появление в 1758. В конце 1750-х годов Клеро предпринял детальный анализ возмущений и показал, что комета должна достичь перигелия в середине апреля 1759 с ошибкой не более месяца. Когда комета с соответствующими орбитальными элементами (впоследствии названная кометой Галлея) была обнаружена 25 декабря 1758 и прошла через перигелий 13 марта 1759, астрономы расценили это событие как еще один триумф ньютоновой теории тяготения.

Устойчивость Солнечной системы. Ньютон полагал, что неправильности в движении Юпитера и Сатурна в период их соединения можно учесть с помощью теории возмущений. Однако вычисление поправок к планетным таблицам для их соответствия наблюдениям показало, что орбита Юпитера понемногу увеличивается, а Сатурна — уменьшается. Это вызвало большой интерес к долговременной устойчивости планетной системы. Только в 1784 П.де Лаплас окончательно доказал, что эти изменения носят циклический характер с периодом около 900 лет. В расчетных формулах они связаны с малыми членами высокого порядка, которые лишь изредка возрастают до значимых величин. Эти неправильности, заставившие сначала сомневаться в применимости теории Ньютона, стали теперь доказательством ее справедливости. Теория движения Юпитера и Сатурна оказалась в согласии со всеми наблюдениями вплоть до античных, и никаких специальных поправок к таблицам больше не требовалось.

Из книги Б. Л. Личкова «К основам современной теории Земли»:

Происходящая в теле Земли тектоника, изменяющая систематически её структуры в пространстве путем повторяющихся через перерывы «расплываний» (приспособление тела планеты к равновесию в условиях вращения), может быть понята в гравитационном поле Земли как борьба гравитационных сил с силами кристаллического пространства вещества. Последние являются силами консервативными, силы же гравитации — это силы движущие, активные. Суммируя предыдущее, мы можем сказать, что земная тектоника, изменяющая положение материков и создающая затем на материках новые горные структуры, возникла в теле планеты вследствие борьбы в условиях вращения планеты её гравитационных сил и сил сцепления горных пород. На основе этой же борьбы продолжается дальнейшее развитие тектоники, а равно и её перестройка.

Ясно, что тепло земного шара, будет ли оно радиоактивное или какое-нибудь иное, объяснить механизм тектонических движений не может, ибо часть его является производной (от приливных движений), а другая прямого отношения к ней не имеет вовсе.

Выводы нашей тектонической теории о создании гор вследствие взаимодействия оболочек Земли можно понять так, что поднятие гор есть резонанс приливного воздействия на литосферу гидросферы и атмосферы. Возможно, что этот резонанс можно понять как своего рода поднимающуюся приливную волну литосферы, возникающую вследствие воздействия на неё остальных оболочек.

Причины тектонических явлений в основном динамические, а не термальные. Термальный фактор может играть и играет только дополнительную роль. Динамические причины рождаются в ходе взаимодействия основных оболочек Земли — гидросферы, атмосферы, литосферы и части мантии. Воздействие это носит гравитационный характер, поскольку в основе его лежит гравитационное движение масс этих оболочек.

Из книги В. Н. Шолпо «Структура Земли: упорядоченность или беспорядок?»:

Симметрии и антисимметрии земного шара, сформулированные в географических гомологиях Дж. Грегори, антиподальность северного и южного полушарий, континентов и океанов и другие закономерности, установленные ранее, находят свое место в более общем законе симметрии, найденном А. А. Шульгой. Оказывается, рельеф Земли может быть аппроксимирован, приближенно сопоставлен с симметрией куба. Куб — и шар, каким мы привыкли представлять себе Землю. Казалось бы, довольно далекие друг от друга фигуры. Поверхность более сложных правильных многогранников несомненно гораздо ближе к поверхности шара. Но речь идет не о совпадении поверхностей, ребер, граней многогранника с поверхностью и какими-то линиями нашего шара — Земли, а о сопоставлении осей симметрии, которых в математическом шаре бесконечное множество, а в кубе определенное число — семь. А. А. Шульга утверждает, что и на нашем шаре — Земле — можно найти три из имеющихся в кубе оси симметрии. Не всегда они будут осями симметрии, в иных случаях эти оси отражают антисимметрию. Но антисимметрия — это не отсутствие симметрии (ассиметрия), а противоположная, как бы вывернутая наизнанку симметрия. Когда впадина антисимметрична поднятию, долина или ров соответствуют горному хребту. «Формы рельефа на Земле повторяются почти с такой же монотонностью и однообразием, как рисунок на обоях, только надо уметь выявить этот рисунок, уметь увидеть», — говорит А. А. Шульга.

Попробуем посмотреть, в чем конкретно это выражается. Если взять за центр граней куба, описывающего шар, центр континентальных массивов на экваторе и отложить по 45° в стороны от этих центров, то от Африки и от Южной Америки мы попадем на Срединно-Атлантический хребет, к востоку от Африки — на срединный хребет Индийского океана, а к востоку от Индонезии — на глубоководный желоб, который отделяет ложе собственно океана от его окраины, занятой системой основных дуг и морей. Поверхность сферы оказалась разделенной между четырьмя гранями описывающего её куба. Грань с Южной Америкой в центре подобна и симметрична грани с центром в Индонезии, а африканская грань антиподальна и антисимметрична тихоокеанской. Заметим, что Африка наиболее высокий континент, а Тихий океан наиболее глубокий и обширный океан.

Верхняя, северная грань с ложем Северного Ледовитого океана антиподальна и антисимметрична южной грани с поднятием Антарктиды.

Идеи и соображения А. А. Шульги о причинах, сформировавших такую упорядоченность структур, кое в чем близки к представлениям астрогеологов о том, что главными движущими силами, формирующими лик Земли, следует считать неравномерности её движения по орбите, вращение вокруг своей оси и другие движения Земли как космического тела. Он считает, что упорядоченность рельефа возникает как результат самоорганизации системы под влиянием как космических, так и внутриземных факторов.

Из установленного явления упорядоченной организации поверхности Земли вытекают и важные следствия. Одно из них направлено против крупных горизонтальных перемещений литосферных плит. В самом деле, если плиты находятся в непрерывном перемещении по поверхности Земли относительно друг друга, то такой упорядоченности в их расположении не было вчера и не будет завтра. Тогда иначе как чудом нельзя объяснить, что сегодня нам дано увидеть организованную и упорядоченную картину. Либо надо двигать плиты в рамках заданного закона симметрии и антисимметрии, что вряд ли удастся сделать.

Из статьи В. Н. Шолпо «Геотектоника: современные проблемы»:

Как будто не вызывает сомнений, что процессы эволюции Земли и структурообразования на её поверхности обеспечиваются внутренней (эндогенной) энергией, запасы которой в нижних горизонтах мантии и во внешнем жидком ядре практически неисчерпаемы. Её потоки пронизывают всю мантию в виде струй (плюмов) высокоэнергетических флюидов. Они взаимодействуют с веществом, через которое они проникают, и высвобождают внутренние запасы его энергии. Такие сложные энергообмены ответственны за все физико-химические преобразования в глубоких геосферах. А вот неравномерным распределением эндогенной энергии в теле Земли управляют по-видимому, космические факторы, прежде всего неравномерность вращения Земли и движения её по орбите. Важное значение имеет установленная членом-корреспондентом РАН. Ю. Н. Авсюком периодичность эволюции системы Земля-Луна, которая неизбежно должна сказываться на периодичность ряда глобальных геологических и геофизических процессов, таких как этапы тектономагматической активизации, трансгрессии и регрессии моря, оледенения и потепления климата. В конечном счете все это сказывается на периодичности экологических катастроф.

Из статьи Ю. Н. Авсюка «Внезапно ли вымерли динозавры?»:

Главный аргумент в пользу столкновения с космическим пришельцем и последующего исчезновения на нашей планете живших повсеместно динозавров и аммонитов (родственников современных ракушек-наутилосов) — иридиевая аномалия, обнаруженная в отложениях возраста 65 млн лет: огромное количество этого металла, попавшего на Землю при столкновении её с астероидом, якобы и убило их. Однако этот аргумент оспаривали другие специалисты: подобные явления отмечены в осадках других возрастов и связаны с активизацией вулканизма на разных этапах геологической истории. Кроме того, большинство палеонтологов считает, что в конце мелового периода (65 млн лет назад) не все биологические виды вымерли внезапно. По крайней мере в Северной Америке этот процесс занял не менее 12 млн лет, в течение которых число таксонов динозавров постепенно сокращалось. Есть также стратиграфические материалы, связывающие исчезновение аммонитов с долго длившейся в позднем мелу регрессией (понижением) уровня океана. Так что сценарий «мгновенного» исчезновения огромного числа биологических видов едва ли правдоподобно отражает происходившие события.

Это можно объяснить только с точки зрения исторической геологии. Причем нужно воссоздать природные условия, когда было зафиксировано появление того или иного вида в биологическом сообществе. Этот временной рубеж не менее важен, чем граница деградации и вымирания, а потому необходимо проследить эволюцию процессов, изменявших условия обитания, и на этом основании выделить этапы расцвета, увядания и последующего вымирания тех или иных видов животных (в истории Земли известно несколько периодов таких потрясений, один из самых крупных произошел около 250 млн лет назад, когда она лишилась большого числа живых организмов). Конечно, подобная реконструкция отклика биосферы на изменение хода природных процессов будет спорной и неоднозначной, если останутся неясными первопричины произошедшего. Если же они убедительно объяснены на основании законов физики и подтверждены материалами регистрации временного хода современных природных процессов, то естественным образом воссоздается и соподчиненность флоры и фауны климатическим и геологическим изменениям.

ПРИЛИВНАЯ ЭВОЛЮЦИЯ СИСТЕМЫ ЗЕМЛЯ-ЛУНА-СОЛНЦЕ. Обращая внимание на общепланетарные закономерности орбитально-вращательного движения планет Солнечной системы следует отметить различие между ними, предопределяющее несхожесть течения природных процессов у этих небесных тел. Например, история развития Земли, имеющей массивный спутник Луну, масса которой составляет 1/81 земной, должна быть иной, чем у Марса с его малыми спутниками, или у Венеры, вообще их не имеющей.

Если описывать без упрощений все характеристики исследуемого объекта, то следует подчеркнуть, что Земля принадлежит системе «планета плюс массивный спутник — Луна» и отметить, что годичная цикличность — это период обращения вокруг Солнца центра масс Земля — Луна.

Согласно законам механики, орбитальное и вращательное движение небесного тела взаимосвязаны. Следовательно, исследовать особенности вращения Земли во времени необходимо с учетом эволюции её орбитального движения. Связь этих двух видов движения осуществляют приливные силы, вызванные гравитационным взаимодействием небесных тел.

Установлено: изменение режима вращения Земли происходит из-за колебания величины и ориентации вектора её осевого вращения. Понятно, что увеличение скорости последнего влечет за собой глобальный сгон воды, содержащейся в гидросфере, из высокоширотных областей в приэкваториальные, а поднявшейся в результате уровень океана в тропиках будет способствовать разливу рек и возникновению обширных зон мелководья. Не случайно палеонтологи отмечают: величайшие из когда-либо найденных скоплений окаменевших остатков динозавров сохранились в осадках огромного низменного региона в западной части США, главным образом на территории современных штатов ЮТА, Вайоминг и Колорадо.

Но вернемся к приливным силам. Луна, постоянно обращенная к нам одной стороной, служит наглядным примером их регулирующего действия. Ныне она находится в режиме, когда периоды осевого вращения и орбитального движения у неё одинаковы. В данном варианте мощность приливного воздействия Земли и Солнца на лунные недра минимизирована, вулканическая активность в них практически прекратилась, а существовавшее 2,5 млрд лет назад магнитное поле Луны утрачено. Аналогичная синхронизация орбитально-вращательного движения зарегистрирована и у спутников Юпитера, Сатурна. Таким образом, приливное воздействие является механизмом, связывающим два главных вида движения планет и спутников Солнечной системы.

Переходя к сопоставлению материалов биологической стратиграфии и приливной эволюции системы Земля-Луна-Солнце, обсудим её конкурентоспособность с моделью «тепловой машины», которую обычно привлекают для объяснения процессов в глубинах Земли.

ПЕРИОДИЧНОСТЬ В ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ ИСТОРИИ. В конце XIX в. французский ученый, иностранный член Петербургской АН М. А. Бертран эмпирически впервые выделил ряд геологических циклов: каледонский, герцинский и альпийский. Они охватывают три основные эпохи горообразования за последние 550 млн лет, приведшие к созданию на Земле трех самостоятельных систем складчатых структур. Продолжительность каждого цикла Бертрана — около 170 млн лет; впоследствии немецкий геолог Х. Штилле выделил внутри каждого из этих циклов фазы тектономагматической активности.

Не остаются постоянными также напряженность и полярность геомагнитного поля: существуют интервалы длительного сохранения его знака (суперхроны — около 30–40 млн лет) и быстро изменяющиеся полярности (примерно 1–2 млн лет — экскурсы). Несмотря на то, что во времени магнитное поле Земли меняется неравномерно, периоды его крупных изменений совпадают с циклами эвстатических (вызванных процессами в самом морском бассейне) колебаний уровня океана, а также глобальных вариаций тектономагматической активности земных недр.

Вместе с тем в истории планеты специалисты установили смену холодных климатических периодов более теплыми и отметили корреляцию климатических циклов с геологическими — вулканизмом, горообразованиеми др.

Периодичность природных процессов — объективный факт. Что же ею управляет, является первопричиной? Существует несколько концепций, среди которых — модель «тепловой машины». Из неё следует, что тепло, выделяемое при распаде радиоактивных элементов внутри Земли, разогревая недра, создает там тепловую и гравитационную конвекцию перераспределения масс. Последняя проявляется в геологических процессах на поверхности, а они, в свою очередь, влияют на климат и условия обитания органического мира.

Обратим внимание на то, что с точки зрения модели «тепловой машины» нет никакой необходимости обсуждать орбитальное движение планеты; она как бы неподвижна — аналогия с геоцентрической системой мира, которой пользовались астрономы, пока на смену не пришла гелиоцентрическая. То же самое можно сказать о применении этой модели к широко распространенной ныне концепции тектоники литосферных плит. Она ориентирована, главным образом, на обоснование «плаванья континентов», их столкновений, надвигов друг на друга, т. е. поверхностной тектоники. Проблему же глобального изменения климата модель «тепловой машины» не объясняет. Открытым остается вопрос и о механизме генерации геомагнитного поля, и причинах цикличности различных его параметров. А происходит это потому, что совершенно игнорируются влияния на них системы Земля-Луна.

ПРИЛИВНАЯ ЭВОЛЮЦИЯ И ПРИРОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ. Модель приливной эволюции Земля-Луна-Солнце не только соответствует общим закономерностям движений тел Солнечной системы, но и объясняет цикличность поверхностных и глубинных земных процессов. Следовательно, размер орбиты Земля-Луна изменяется циклически, значит, в определенные интервалы времени спутник находился от нашей планеты дальше или ближе. Если ближе — угол наклона экватора к эклиптике меньше современного — наступает похолодание; если дальше — угол наклона больше — потепление.

Древние оледенения относятся к наиболее ярким событиям в истории Земли — они фиксируют узловые точки колебаний климата. Следовательно, изменение наклона экватора под действием притяжения Луны можно рассматривать как правдоподобное объяснение похолоданий.

Периоды, разделяющие последовательные оледенения, составляют 200–250 млн лет. Приняв эту величину за продолжительность цикла и зная скорость вращения Земли и орбитальную скорость Луны, а также величину изменения кинетической энергии вращения, можно оценить диапазоны следующих изменений: расстояние Земля-Луна; угол наклона экватора к эклиптике, продолжительность суток.

С помощью этих оценок можно проследить ход изменения каждого из параметров, начиная от поздней перми и кончая настоящим временем. Этот интервал очень подробно изучен геологами и в нем укладывается полный период приливной эволюции.

Внутренняя структура земных недр также связана с циклическими изменениями скорости вращения Земли и угла наклона к экватору. Последние должны вызывать неоднородные течения на границах мантия-ядро, внешнее-внутреннее ядро, создающие геомагнитное поле, а также влиять на состояние земной коры, вызывать вулканизм.

Из статьи Ю. Н. Авсюка «Эволюция системы Земля-Луна и её место среди проблем нелинейной геодинамики»:

Согласно определениям, данным в физической энциклопедии, одна из наиболее существенных особенностей нелинейных систем — это нарушение в них принципа суперпозиции. Принцип суперпозиции — отсутствие взаимного влияния. Например, мы можем рассматривать приливное влияние Луны и приливное влияние Солнца как независимые явления. В этом случае используется суперпозиция. Но если мы учтем перераспределение углового момента в системе, то необходимо будет нарушить суперпозицию и ввести дополнительные члены, зависящие от взаимной ориентировки Земли, Луны и Солнца, т. е. нелинейные эффекты. Пока это только иллюстрации ключевых понятий нелинейности на конкретных известных геологам и геофизикам образах. По всей видимости, в самом процессе познания скрыты (как и в деятельности всего живого) элементы нелинейности.

Теория движения Луны одновременно является теорией движения Земли вокруг центра масс Земля — Луна, который называют барицентром. Плоскость эклиптики является плоскостью годичного движения барицентра, а не одной Земли. Это наблюдательный факт. Размер орбиты Земли вокруг барицентра измеряется, и её значение входит в фундаментальные постоянные астрономии.

В последнее время была измерена доплеровским методом и скорость движения Земли вокруг барицентра. Поэтому месячное движение Земли так же, как месячное движение Луны вокруг барицентра, — объективная реальность, а не вычислительный прием. Теория движения Луны обычно излагается как теория её движения вокруг Земли. Это делается из удобства сравнения материалов наблюдений с Земли за Луной с теорией, которая приведена к тому же пункту, откуда проводятся наблюдения. Теория движения Луны, частный вопрос классической динамики (за которой укоренилось название «небесная механика»), рассматривает небесные тела как материальные точки, обладающие кинетической энергией орбитального движения Т и потенциальной энергией гравитационного взаимодействия U. При таком взаимодействии осуществляется только переход одного вида энергии в другой (U → T) без каких-либо потерь. Понятно, что эта ситуация подобна движению математического маятника без трения, у которого прошлое похоже на будущее и нет направленности во времени. Чтобы появилась стрела времени, в описательной схеме должен появиться диссипативный фактор, который способствовал бы небольшой потере энергии в каждом цикле, так, чтобы прошлое несколько отличалось от будущего.

Фактором, обуславливающим диссипативные потери, в небесной механике является приливная сила.

Библиография

Авсюк Ю. Н. Внезапно ли вымерли динозавры//Наука в России. 2002. № 3.

Авсюк Ю. Н. Эволюция системы Земля-Луна и её место среди проблем нелинейной геодинамики//Геотектоника. 1993. № 1.

Авсюк Ю. Н. Возможное объяснение процесса изменяемости широт//Докл. АН СССР. 1980. № 4.

Баландин Р. К. Каменная летопись Земли. М., 1983.

Белоусов В. В. Основы геотектоники. М., 1975

Кузнецов О. Л. Нелинейная геофизика. М., 1981.

Личков Б. Л. К основам современной теории Земли. Л., 1965.

Макаренко Г. Ф. Вулканические моря Земли и Луны. М., 1983.

Никонов А. А. Современные движения земной коры. М., 1979.

Пущаровский Ю. М. Проблемы тектоники Земли в свете сравнительной планетологии//Докл. АН СССР. 1978. № 4

Сорохтин О. Г., Ушаков С. А. Глобальная эволюция Земли. М., 1991.

Стейси Ф. Физика Земли. М., 1972.

Уильямс Дж. Е. Приливные ритмы: ключ к истории вращения Земли и эволюции лунной орбиты//J. Phys. Earth. 1990.

Шолпо В. Н. Структура Земли: упорядоченность или беспорядок? М., 1986.

Шолпо В. Н. Геотектоника: современные проблемы//Науки о Земле. 2002.

Тема № 203

Эфир 23.01.2003

Хронометраж 50:00

www.ntv.ru

Сайт управляется системой uCoz