Модель эволюции системы "Земля-Луна" на 4,6 млрд. лет в прошлое

• Автор: Романова, Наталья Юрьевна
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 100 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА I. ВЕКОВЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ВРАЩАТЕЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК В СИСТЕМЕ «ЗЕМЛЯ-ЛУНА»
1.1. Приливное взаимодействие Земли и Луны : постановка проблемы. . 13 1.2 Теория приливного взаимодействия. Моменты приливных сил Макдональда
1.3. Метод Голдрайха расчета приливной эволюции СЗЛ. Прецессионные моменты
1.4. Приливная эволюция и баланс вращательных импульсов в СОВРЕМЕННУЮ ЭПОХУ
1.5. Изменение полярного момента инерции Земли как причина изменения СКОРОСТИ ЕЕ СУТОЧНОГО ВРАЩЕНИЯ
ВЫВОДЫ. (К ГЛАВЕ 1)
ГЛАВА II. ВРАЩЕНИЕ ЗЕМЛИ И ЛУНЫ ПО
ПАЛЕОНТОЛОГИЧЕСКИМ ДАННЫМ
2.1. Палеонтологические данные о вращении Земли и обращении Луны. Представительность эмпирических данных
2.2. Анализ эмпирических данных
2.2.1. Расчет параметров приливной эволюции СЗЛ для отдельных тектонических циклов в приближении линейных трендов
2.2.2. Обработка эмпирических данных кубическими сплайнами
2.2.3. Обсуждение результатов обработки эмпирических данных..
ВЫВОДЫ (К ГЛАВЕ 2)
ГЛАВА III. МОДЕЛЬНЫЕ РАСЧЕТЫ ПРИЛИВНОЙ ЭВОЛЮЦИИ СИСТЕМЫ «ЗЕМЛЯ-ЛУНА»
3.1. Образование Солнца, Земли планет: гипотезы и модели
3.2. Схема модельных расчетов приливной эволюции СЗЛ
3.3. Модель изменения интенсивности диссипации в геологическом прошлом
3.4. Результаты расчетов приливной эволюции СЗЛ до 4,6 млрд. лет в прошлое
ВЫВОДЫ (К ГЛАВЕ 3)
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Диссипация в геосферах энергии лунных и солнечных приливов является определяющим фактором эволюции системы «Земля-Луна» (СЗЛ) не только в настоящее время, но и на протяжении всей её истории, начиная с момента ее образования. Задача о приливной эволюции теоретически была сформулирована в конце XIX в. Дж.Дарвиным и постоянно привлекала к себе внимание геофизиков и астрономов. Наиболее известные исследования прошлых лет принадлежат Г.Герстенкорну, Г. Джеффрису, У.Кауле, Г. Макдональду и П. Голдрайху. Результаты, полученные в 50-60-х годах нашего столетия, обсуждены в монографии Е.Л.Рускол [31]. Во всех этих работах в основу модели приливного взаимодействия в системе планета-спутник положена аналогия океанических приливов земным, морфология которых определяется зональной сферической гармоникой второго порядка. Для описания же приливной диссипации используется понятие эффективного угла запаздывания приливов 5 или диссипативного фактора 0 = ^2 5 [26], которые в теорию должны вводится исходя из эмпирических данных.
Одной из главных проблем, с которой сталкивались все эти авторы, являлось то, что при моделировании изменений параметров приливной эволюции в прошлое и при использовании современных скоростей их изменения, возникала проблема несоответствия времени теоретически рассчитанной эволюции системы «Земля-Луна» и известного из данных наук о Земле и космогонии времени существования Луны. К примеру, по расчетам Герстенкорна и Макдональда получалось, что около 1,8 млрд. лет назад Луна находилась в пределах сферы Роша, то есть на таком расстоянии от Земли, когда гравитационное поле планеты способно было разрушить спутник. В те годы, когда были выполнены работы [6], [31], [26], [46], не было возможности разрешить парадокс временной шкалы иначе, как подбором гипотетических зависимостей от времени эффективного угла запаздывания приливов [31], а

также не представлялось возможным проверить соответствие теории приливной эволюции эмпирическим данным из-за практического отсутствия таковых.
Современные представления о глобальной эволюции нашей планеты дают основания для получения оценок изменения ее диссипативных свойств и приведения в соответствие приливной и космогонической шкал времени [34]. Расчеты палеоприливов в мелководных морях по котидальным картам, построенным на основе палинспастических схем, свидетельствуют о том, что скорость диссипации приливной энергии в геологическом прошлом изменялась в несколько раз [17]. Это обусловлено в первую очередь тем, что претерпевали изменения площади шельфовых зон и мелководных морей, в которых, как известно, диссипирует основная часть энергии приливов [56]. Эти факторы, а также распад-объединение материков в суперконтиненты и их дрейф значительно влияли на резонансные свойства Мирового океана, что влекло за собой усиление или ослабление различных гармоник приливного потенциала, а, следовательно, изменение скорости эволюции СЗЛ. Например, объединение материков в суперконтиненты типа позднепалеозойской Пангеи приводило к ослаблению амплитуды приливной волны М2, а распад суперконтинентов - к усилению полусуточной гармоники в спектре собственных колебаний Мирового океана [8]. Об изменении интенсивности приливной диссипации в геологическом прошлом говорят также и полученные в последние десятилетия палеонтологические данные о продолжительности года и синодического месяца в различные эпохи вплоть до 2,5 миллиардов лет в прошлое.
В 80-ые годы был предложен спектральный подход к решению задачи о приливной диссипации в гидросфере [7], [28], [60] который оказался весьма перспективным не только для понимания физической сущности явления, но и для расчета усредненных в геологическом масштабе времени характеристик приливной эволюции СЗЛ [15],[47],[68]. Идея спектрального подхода заключается в том, что Мировой океан, обладая набором собственных частот

Изменения С могут быть обусловлены: деформацией Земли вследствие вращения, глобальным водообменом в системе атмосфера-гидросфера и, наконец, перераспределением масс в недрах и на поверхности Земли. Прямым доказательством того, что полярный момент инерции Земли изменяется с течением времени служат данные, полученные из анализа орбитального движения ИСЗ "Лагеос", согласно которым коэффициент при второй зональной гармонике геопотенциала уменьшается со скоростью (-2,8 ±0,3)- 10'9 век'1 [42], что соответствует с1С/сЙ = -1,44- Ю20 кг - м2/с.
В геологических масштабах времени основной вклад в изменение полярного момента инерции С вносил процесс формирования земного ядра. В подтверждение этого приведем некоторые оценки.
Из-за деформации Земли вследствие её вращения полярный момент изменяется со скоростью [27]:
6С 4кД5£2 <Ю
ей 90 сИ
(1.42)
где к5 = 0,94 - вековое число Лява. Для сЮ/сЙ = -6 • 10'22с'2 это дает всего около -3- 1018кг-м2/с.
Перераспределение влаги между ледниками планеты и Мировым океаном в процессе глобальных потеплений и похолоданий способно было, в принципе, приводить к весьма заметным вариациям С. Действительно, если предположить, к примеру, что с конца малого климатического оптимума, имевшего место около 1000 лет назад, масса ледников Гренландии увеличилась хотя бы на 10 %, (т.е. примерно на 0,25 • 10,8кг), что должно было вызвать опускание уровня Мирового океана на 0,7 м, то, как показано ниже (раздел 2.2.3), полярный момент инерции вследствие этого должен был изменяться со средней скоростью около -3 • 102°кг • м2/с. Однако оценить реальный вклад процесса глобального водообмена в изменения С и, как