Введение к работе
Актуальность проблемы. Особенности суточного вращения емлн непосредственно выявляются лз анализа современных и про-[лых астрономических наблюдений, что позволяет отнести враще-ire Земли к одной из проблем астрономии. Однако по своей сути ращение Земли - это очень сложное геофизическое явление, описане которого возможно только в рамках комплекса различных наук Земле.
Сложность этого явления заключается в том, что вариации про-элжнтелыюстн земных суток ЬР (SP — Р—86400 с) содержат почти .прерывный набор компонент с характерными временами от суток э сотен миллионов лет. Возможные причины происхождения раз-нчных особенностей во вращении Земли - это почти весь спектр гдогенных и экзогенных геофизических процессов, гравитационное занмоденствне Земли с Луной и Солнцем, а также взаимодействие волновым и корпускулярным излучением Солнца. Все это, есте-гвешю, не может не вызывать повышенного интереса к изменениям э вращении Земли как к интегральному отклику на те физические роцессы, которые протекают внутри и вне нашей планеты. С дру-ш стороны, изучение особенностей во вращении Земли важны для остроення фундаментальных систем координат, требования к ко-орым со стороны практической геодезии и спутниковой навигации последние годы неизмеримо возросли. Это дает полное основание редположпть, что изучение вращения Земли как эксперименталь-ымп, так и теоретическими методами всегда будет актуальной за-ачей астрономии и геофизики.
Имеется три вида данных о суточном вращении Земли. Во-ервых, это инструментальные (или телескопические) наблюдения, оторые позволяют с разной степенью подробности проследить 113-енення продолжительности земных суток 6Р от года к году прн-ерно с середины XVII в., а для последних 30-40 лет удается даже ычислнть вариации 6Р ото дня ко дню. Во-вторых, это данные ревних астрономических наблюдений солнечных н'лунных затме-пп за последние две с половиной тысячи лет, а также -покрытий везд Луной, на основании которых вычислены вековые изменения
продолжительности земных суток. Наконец, в-третьих, это данны о продолжительности года и синодического месяца в геологнчесі^ прошлом, полученные из анализа ритмов роста датированных скеле тов древних кораллов, моллюсков и строматолитов. Весь этот эмпи рический материал о суточном вращении, а также временные ряді различных характеристик солнечной активности, современные гее динамические данные и некоторые модельные представления был использованы в настоящей работе для того, чтобы дать геофнзиче скую интерпретацию основным особенностям суточного вращения истории Земли.
Наблюдаемые изменения скорости суточного вращения Земли удобно разделить на корохкоііериоднио (с характерными времеш мп короче одного года), вариации 6Р от года к году с характернь ми временами до 102 лет, вековые вариации и, наконец, изменени суточного вращения в геологическом масштабе времени. Имени в такой классификации и последовательности они и рассмотрены диссертации, и в каждом диапазоне спектра изменений 6Р авторо выполнены определенные исследования. Однако основное вннманг в работе уделено анализу и интерпретации нерегулярных флукту; цнй продолжительности земных суток от года к году и изменения скорости суточного вращения в геологическом прошлом, ПОСКОЛЫ' именно в этих особенностях наиболее успешно удается разделит вклад эндогенных и экзогенных факторов, обусловливающих из'м нения в режиме суточного вращения Земли.
Основными задачами исследований, выполненных в рамкг настоящей диссертационной работы, явились:
-
Систематизация теоретических и экспериментальных даннь об изменениях суточного вращения Земли в диапазоне характернь времен от суток до 109 лет.
-
Изучение связи вариаций суточного вращения Земли с разлн нымн характеристиками солнечной активности (числами Вольф скоростью солнечного ветра и секторной структурой межпланетн го магнитного поля).
-
Выяснение возможной природы происхождения вековых II II регулярных флуктуации продолжительности земных суток от го.
году.
4. Изучение особенностей суточного вращения Земли и орбп-
ального движения Луны в фанерозое и связи этих особенностей с
юдпнамическими процессами.
5. Расчет приливной эволюции системы Земля-Луна до 4 млрд.
зт в прошлое с учетом изменявшихся геодинамнческпх условий.
Значительная часть исследовании, выполненных в настоящей ра-іте, имеет интерпретационную направленность, когда временные яды астрономических, солнечных, геофизических и других данных пользовались для того, чтобы получить статистически обоснован-ые доказательства связи суточного вращения Земли с темп пли :іьшп процессами внутриземного или внеземного происхождения, еоретпческпе расчеты выполнены при изучении резонансного подання электромагнитно связанной системы ядро-мантия и при ана-ізе эволюции системы Земля-Луна в фанерозое и до 4 млрд. лет в эошлое.
При статистических исследованиях использовалась модель ста-юнарного случайного процесса и соответствующие известные ме-шы обработки данных. Для изучения спектрального состава вре-энных рядов был выбран метод максимальной энтропии, поскольку шходилось иметь дело с короткими реализациями случайных про-:ссов. Отличительная особенность настоящей работы состоит в ш, что для установления статистической связи между суточным >ащением Земли и другими явлениями результаты спектрального іалпза использовались в качестве вспомогательных, а не основных, їх это делают многие исследователи. Во всех случаях считалось, го такая связь имеет место только в том случае, если временные [ды коррелируют в достаточно широкой полосе частот. Узкополос-ія фильтрация исходных данных в настоящей работе не пспользо-їлась.
На защиту выносят.ся следующие положения:
-
Статистически обоснованные доказательства солнечной обу-:овленностп определенной части нерегулярных вариаций скорости точного вращения Земли.
-
Резонансная модель колебаний электромагнптно связанной си-
стемы ядро-маптпя.
3. Доказательства связи особенностей суточного вращения 3ew
ли в фанерозое с основными геодинампческнми событиями этого ш
риода.
4. Результаты исследований суточного вращения Земли и ор
битального движения Луны в фанерозое в рамках модели запазды
вающего статического прилива с учетом наклона лунной орбиты
земному экватору и солнечных приливов.
5. Расчеты характеристик системы Земля-Луна до 4 млрд. ле
в прошлое в рамках модели Макдональда-Голдрайха. с учетом во:
можных изменений днееппатнвных свойств Земли и ее полярног
момента инерции.
Научная новизна работы:
-
Получены статистически обоснованные доказательства связ вариаций скорости суточного вращения Земли с низкочастотным изменениями относительных чисел солнечных пятен, с изменениям скорости солнечного ветра и с изменениями секторной структур] межпланетного магнитного поля.
-
Показано, что вековой ход солнечной активности вносит зе метный вклад в вековые изменения продолжительности земных CJ ток.
-
Получено, что современное отношение лунного и солпечног приливных моментов равно 8, что заметно больше того значеши которое следует из теории статических приливов.
-
Предложены способы вычислений приливного днеенпативне го фактора Земли и изменений ее полярного момента инерции п палеонтологическим данным о продолжительности года н еннодпче ского месяца.
-
Показано, что среднефанерозойская скорость уменьшения пс лярного момента инерции, вычисленная по вращениям Земли и Л з ны, хорошо согласуется с предложенной О.Г.Сорохтнным и С.А.Уш ковым геодинамнческой моделью роста земного ядра.
-
В результате численного интегрирования приливных уравш нин получено, что время эволюции системы Земля-Луна становите больше 4 млрд.лет, если приливной дпеенпатнвный фактор Земли
і
оздием архее-протерозое был в среднем порядка 102, в раннем архее ыл больше 13,4.
Достоверность результатов статистических сопоставлений азлнчных процессов базируется на использовании достаточно пред-та.шпсчп.пых выборок длимых и на. высоких значениях кооффипиитов корреляции. Во всех представленных случаях коэффициенты орреляцнн таковы, что с надежностью вывода, большей 0,999, мож-:о отвергнуть гипотезу о некоррелируемостп рассмотренных провесов. Достоверность результатов спектрального анализа пе ме-оду максимальной энтропии подтверждена модельными расчетами : вычислениями спектров хорошо известных рядов геофизических II олнечных данных. Наличие высокой корреляции между определений частью нерегулярных флуктуации скорости суточного вращения (емли н характеристиками солнечной активности подтверждается ^следованиями других авторов, а также физическими предпосылками для реализации такой корреляции. Из-за сложности солнечно-емных связей пока не приходится говорить о физических моделях.
Достоверность результатов исследования эмпирических дан-и.і.х о вращениях Земли п Луны и геологическом прошлом и расче-юв приливной эволюции системы Земля-Луна подтверждается, во-[ервых, количественными оценками возможных вкладов различных еодпнампчеекпх процессов в изменения суточного вращения Земли, ю-вторых, согласованностью теоретических расчетов с эмпириче-кпмн данными п, наконец, с выводами, которые следуют из модели лобальной эволюции нашей планеты.
Научная ценность состоит в том, что впервые в отечествен-юн научной литературе выполнен подробный анализ особенностей уточного вращения Земли в диапазоне характерных времен от су-:ок до миллиардов лет.
Практическая ценность работы заключается в том, что вы-юлненные 'исследования являются важным вкладом в решение проблемы неравномерности суточного вращения Земли и приливной эво-ІЮП.ИМ с метем 1.1 Земля-Лупа.. Обоснованная н диссертации солнечная збусловленность части вариаций суточного вращения Земли служит ,'беднтельным доказательством того, что один из вариантов реалн-
/
зацнп солнечно-земных связей имеет схему: солнечная активность магнитосферныс процессы - атмосферные процессы - вращение Зем ли. Эта схема и полученные в настоящей работе численные оценк: солнечнообусловленных вариаций продолжительности земных суто должны бы гь положены и основу разработки физических моделей. Результаты исследований вращений Земли и Луны в геологнчс ском прошлом важны, в первую очередь, для создания адекватно данным наук о Земле и космогонии модели эволюции системы Зеиш Луна, а также как некоторый набор априорной информации для пс строения геодинамических моделей. В диссертации показано, чт основательно забытый метод П.Голдрайха численного ннтегрнровг ння приливных уравнений вместе с моделью приливного взанмодеї ствпя, разработанной Г. Мак Дональдом, имеет хорошие перспективі для решения проблемы эволюции системы Земля-Луна.
Представленные в диссертации результаты, в первую очередь к; сающнеся солнечной обусловленности нерегулярностей земного вр; щения, принимались во внимание в исследованиях других авторо Наиболее часто цитируется монография автора "Неравномерное! суточного вращения Земли".
Материалы диссертационной работы используются в учебнь; курсах, читаемых в Красноярском государственном университете. Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Дн сертация изложена на 222 страницах, иллюстрирована 58 рпсунк; мп. Список литературы содержит 230 наименований. Апробация работы
Результаты, изложенные в диссертации, докладывались на Cm позиуме КАПГ по солнечно-земной физике (Тбилиси, 1976), на Ме> дународном Симпозиуме по физике геомагнитосферы (Иркутск, 197 на Симпозиуме КАПГ по солнечно-земной физике (Ашхабад, 197 на Всесоюзном семинаре "Прогнозирование состояния магнитосф ры" (Иркутск, 1980), на 1-ой Орловской международной конфере ции "Изучение Земли как планеты методами астрономии, геофнии и геодезии" (Киев, 1980), на Всесоюзном семинаре "Долгосрочна прогнозирование гидрометеорологических условий" (Новосибнрс
ПЯ.5), на 2-ой Орловской конференции "Изучение Земли как пла-еты методами геофизики, геодезии и астрономии" (Полтава, 1986), а Региональном семинаре "Российский Фонд Фундаментальных Ис-ледований в Сибирском регионе" (Иркутск, 1995).
