(Астрономический институт им. при МГУ им. , г. Москва, e-mail: *****@***ru)

Синхронные скачки активности природных планетарных процессов в гг. и их единый механизм

Barkin Yu. V.

(Sternberg Astronomical Institute at Moscow Lomonosov State University, Moscow)

synchronous steps in activity of natural planetary processes and their unity mechanism

Введение. В работе показано, что в гг. геодинамические и геофизические планетарные процессы испытали явно выраженные скачки в своей активности, которые происходили синхронно за сравнительно короткие периоды времени в 0.5-1.5 года. По разрабатываемой геодинамичеcкой модели [1] все эти скачки вызваны одним и тем же механизмом – механизмом вынужденных относительных смещений ядра и вязко-упругой мантии Земли и они характеризуются резкими спародическими смещениями центра масс ядра относительно центра масс мантии. Многие из обсуждаемых явлений были предсказаны на основе указанного механизма [1]. Ниже кратко обсуждаются скачкообразные изменения в 1997 – 1998 гг. основных геодинамических и геофизические процессов Земли. Полный перечень природных процессов исключительно широк, поэтому аналогичные иллюстрации скачков их активности будут рассматриваться в последующих работах. Согласно геодинамической модели [1] скачкообразные изменения должны в первую очередь наблюдаться в движении центра масс по отношению к мантийной системе координат . Положение начала (геоцентра) этой системы координат и ориентация ее осей задается координатами большого количества станций спутниковых наблюдений. Данные высокоточных спутниковых наблюдений (начиная с 1993 г.) позволяют определить координаты центра масс в указанной опорной системе координат, исследовать кинематические особенности движения центра масс Земли и на основе нашей геодинамической модели сделать определенные выводы об относительных смещениях центров масс мантии и ядра [1]. Скачкам в вариациях активности процессов в северном и южном полушариях Земли, очевидно, должны соответствовать более значительные скачки центра масс (и ядра) вдоль полярной оси. При этом скачки активности природных процессов в северном и южном полушариях характеризуются определенной асимметрией. В результате наблюдаемые вековые тренды вариаций процессов (до и после скачка) также получают скачкообразные изменения, т. е. меняются скорости вариаций активности процессов. Другими словами, активность геодинамических и геофизических процессов и скорости их вековых вариаций испытывают синхронные изменения – скачки. Рассматриваемые в работе явления служат косвенными подтверждениями павоправности и универсальности самой геодинамической модели вынужденных колебаний и смещений оболочек Земли под действием гравитационного притяжения внешних небесных тел. Естественно, что подобные скачки природных процессов, связанные с явлением “галлопирования ядра” [2], происходят постоянно в ходе геодинамической истории, в разных шкалах времени и с различной длительностью. По-видимому, в ходе геоэволюции подобные скачки иногда характеризовались исключительно большими спародическими смещениями центра масс ядра относительно мантии в десятки и сотни метров за сравнительно короткие интервалы времени. Естественно, они порождали крупные катастрофы, например, типа “всемирного потопа”, поскольку любые смещения центра масс Земли вызывают океанические приливы [3]. Их изучение представляет важный интерес.

1 Движение центра масс Земли. 1.1. Скачки в значениях координат. По данным системы спутниковых наблюдений ДОРИС в 1гг. в значениях координаты центра масс Земли по отношению к мантийной геоцентрической системы координат наблюдались значительные скачки. Так изменения трендовых составляющих испытали скачки, которые приблизительно можно оценить в -1 мм в координате , -4 мм в координате и в -22 мм в координате . Также по данным наблюдений ДОРИС выявлены скачкообразные изменения полярного вращения геоцентра в проекции на экваториальную координатную плоскость в гг. [4]. Скорость тренда центра масс Земли и его направление: 5.54 мм/год; широта 72º6 N; долгота 118º4. Предсказания: 10-20 мм/год; широта 70º0 N; долгота 104º3 [5]. На сглаженной траектории обнаружен также разворот следа центра масс Земли на ее поверхности Земли в гг. [4].

1.2 Траектория следа центра масс. Изгиб траектории долго-периодического тренда “следа” центра масс (его эпицентра по отношению к геоцентру ) на поверхности Земли в гг. Этот изгиб почти на 90º градусов приходится на зоны крупнейших катастроф в рассматриваемый период 1гг. Высокоточные данные о положении и смещениях центра масс поступают лишь с 1993 года. Если в период смещение происходило вблизи экватора в юго-восточном направлении, то после 1998 направление смещение стало близким к северо-восточному. Излом траектории пришелся точно на гг. Это служит прямым подтверждением развиваемой геодинамической модели взаимодействия и вынужденных смещений основных оболочек Земли, в первую очередь ядра и мантии, и их возбуждающей и направляющей роли в вариациях всех планетарных процессов [1].

2 Гравитационное поле Земли. 2.1. Вариации геопотенциала. По данным спутниковых наблюдений за последние примерно 30 лет наблюдается тенденция векового уменьшения коэффициента второй зональной гармонки геопотенциала со скоростью около [6] [7]. Эти же данные позволяют установить значительный положительный скачок в значениях коэффициента в период гг, составляющий около . Скорость векового изменения коэффициента, по-видимому, также претерпела малое скачкообразное изменение в указанный период. Более того, следует отметить, что при более тщательном анализе должны быть выявлены скачкообразные изменения во всех коэффициентах второй и более высоких гармоник геопотенциала. 2.2. Сила тяжести. Четкий скачок в значениях силы тяжести был отмечен, например, в данных измерений на сверхпроводящем гравиметре и на абсолютных гравиметрах на станции Медисина в Италии [7]. На Рис. 1 приведены ежедневные значения силы тяжести исправленные за атмосферное давление, движение полюса Земли, и приливы для периода наблюдений с октября 1996 г по июнь 2000 г. По нашей модели скачкообразное смещение ядра Земли получило отражение в скачкообразном возрастании силы тяжести при станции Медисина в 1997 г примерно на +5.5 µГал. Мы обсуждаем планетарный эффект в вариациях силы тяжести, поэтому аналогичные скачки в значениях силы тяжести должны были наблюдаться и на других станциях и в тот же период времени гг. (Рис. 1). По оси ординат отложены микрогаллы. Кружками отмечены измерения на абсолютных гравиметрах (Zerbini et al., 2002) [7].

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Рис. 1. Скачок силы тяжести на станции Медисина (Италия) в гг.

3 Вращение Земли. 3.1. Осевое вращение Земли. Скачок в длительность суток (LOD). В период 199когда произошло сравнительно быстрое скачкообразное изменение (увеличение) длительности суток примерно на 0.038 ms. Подобные скачкообразные изменения в природных процессах в геодинамической модели [1] объясняются скачкообразными смещениями центра масс ядра относительно мантии (явление “galloping of the core” [8]). 3.2. Свободная нутация ядра (FCN). Период свободной нутаци ядра Земли претерпел значительное скачкообразное уменьшение в гг примерно на 45 суток [9]. В предыдущие годы этот период убывал со скоростью примерно -1.67 сут/год. Авторы отметили корреляцию вариаций периода FCN с аналогичными вариациями индекса Nino 4 (k=0.46) и коэффициента геопотенциала (k=0.84).

4 Сейсмичность. 4.1. Вековой тренд сейсмической активности и ее скачок в гг. Смещения ядра сопровождаются упругими деформациями мантии и вариациями ее напряженного состояния контрастными в противоположных полусферах. Они в свою очередь находят отражение в вариациях сейсмических, вулканических и, вообще говоря, всех планетарных процессов. Скачкообразные относительные смещения центров масс ядра и мантии неизбежно должны к скачкообразным изменениям сейсмической активности. На графиках вариаций числа землетрясений в период после 1980 г. с магнитудой M>6 выделен скачок в тренде числа крупных землетрясений, произошедший в гг. [10]. Использованы данные геологической службы: http://www. geophys. washington. edu/seismosurfing. html [11].

5 Океан. 5.1. Глобальный уровень океана. Действие обсуждаемого механизма скачкообразного смещения ядра привело к заметному скачку глобального уровня океана в гг. Для интервалов времени: 1993.5-1997.0 и 199на основе альтиметрических измерений с помощью спутников Topex-Poseidon наблюдений были получены следующие оценки для средней скорости возрастания среднего уровня мирового океана: +2.75 мм/год и +4.28 мм/год, соответственно. В период гг наблюдалось также скачкообразное возрастание глобального уровня океана приблизительно на 7.2 мм [12].

Аналогичные скачки в активности природных процессов и в их трендовых составляющих (до и после скачка) наблюдаются во всех планетарных геодинамических, тектонических и геофизических процессах на Земле. Скачки гг. выявлены в вариациях полярной и экваториальных компонент векторов кинетических моментов атмосферы, океана и других флюидных масс Земли (в гидрологии), в вариациях площадей ледовых покрытий в Арктике и Антарктике, в изменении глобальных температур различных слоев атмосферы, в развитии облачности, в содержании водяного пара в стратосфере, в циклонической активности и др. Скачкообразные изменения вариаций магнитного поля Земли (его компонент) должны быть выделены в будущем по данным наблюдений [2]. Работа выполнена при финансовой поддержке по проектам РФФИ N -а и N -а.

Литература

[1] (2002) Объяснение эндогенной активности планет и спутников и ее цикличности. Известия секции наук о Земле Российской академии естественных наук. Вып. 9, М., ВИНИТИ, с. 45-97.

[2] Barkin, Yu. V. (2009) Step-by-step synchronous variations of geodynamical and geophysical processes and their uniform mechanism: events of years. EGU General Assembly (Vienna, Austria, 19-24 April 2009). Geophysical Research Abstracts, Volume 11, 2009, abstract # EGU.

[3] (2011) Объяснение вековых изменений среднего глобального уровня океана и средних уровней океана в северном и южном полушариях Земли // Вестник МГУ. Физ., астрон., N 4, P. 75-83.

[4] Zotov L. V., Barkin Yu. V., Lubushin A. A. (2009) Geocenter motion and its geodynamical contenst // “Space Geodynamics and Modeling of the Global Geodynamic Processes”, Novosibirsk, Russian Federation, 22-26 September, 2008; Russian Academy of Sciences, Trofimuk Inst. Of Petrol. Geol. And Geophys., SB RAS. – Novosibirsk: Academic Publishing House “Geo”. 2009. P. 98-101.

[5] Barkin, Yu. V. (2001) Explanation and prediction of the secular variations of the Earth rotation, geopotential, force of gravity and geocenter drift. Proceedings of International Conference «AstroKazan-2001». Astronomy and geodesy in new millennium (24-29 September 2001), Kazan State University: Publisher «DAS», pp. 73-79.

[6] Cheng M., Tapley B. D. (2004) Variations in the Earth oblateness during the past 28 years. Journal of geophysical Research, V. 109, B09402, pp. 1-9.

[7] Zerbini S., Richter B. et al. (2001) Height and gravity variations by continuous GPS, gravity and environmental parameter observations in the southern Po Plain, near Bologna, Italy. Earth and planetary Science Letters, 192, pp. 267-279.

[8] (2007) Механизм тектонической активности Земли: глубинная геодинамика, ее современные проявления. Фундаментальные проблемы геотектоники. Материалы XL Тектонического совещания. Том 1. –М.: ГЕОС. С. 59-62.

[9] Kalarus M., Luzum B. J., Lambert S., Kosek W. (2005) Modeling and prediction of FCN. Journees 2005,Systemes de reference spatio-temporels. Earth dynamics and reference systems: five years after the adoption of the IAU 2000 resolutions. Eds. Brzezinski A., Capitaine N., Kolaczek B. (Warsaw, 19-21 September). P. 181-184.

[10] (2009) Относительные смещения ядра и мантии Земли и их роль в сейсмическом процессе // Международная конференция, посвященная 250-летию Государственного геологического музея им. РАН «Геология: история, теория, практика» (14-16 октября 2009 года). М.: ГГМ РАН. С. 20-24.

[11] http://www. geophys. washington. edu/seismosurfing. html.

[12] Barkin Yu. V., J. M. Ferrandiz, Garcia D. (2008) Contrast secular variations of the mean atmospheric presure and mean sea level in northern and southern hemispheres of the Earth. Proceedings of International Symposium "Topical Problems of Nonlinear Wave Physics-2008" (NWP-2008). Session 3. p. 15-16.

(Астрономический институт им. при МГУ им. , г. Москва, e-mail: *****@***ru)

Синхронные скачки активности природных планетарных процессов в гг. и их единый механизм

Barkin Yu. V.

(Sternberg Astronomical Institute at Moscow Lomonosov State University, Moscow)

synchronous steps in activity of natural planetary processes and their unity mechanism

Resume. In work it is shown, that per geodynamic and geophysical planetary processes have tested obviously expressed jumps (steps) in the activity which occured synchronously for rather short periods of time in 0.5-1.5 years. On developed geodynamical model all these jumps are caused by the same mechanism - the mechanism of the forced relative displacements of the core and viscous-elastic mantle of the Earth and they are characterized by random displacements of the center of mass of the core relatively to the center of mass of the mantle.