Энергоструктура Земли и геодинамика

Размещено на http://www.allbest.ru/

Энергоструктура Земли и геодинамика

Г.Ф. Бобров

Введение

При изучении прохождения волн через среды самодействующих массивных полей необходимо применять теорию вакуума - методы квантовой теории поля и геометрические уравнения калибровочного вакуума. Теория вакуума, обобщающая теории нелинейных сред, должна быть положена в основу описания Земли как целого. Задание значений констант интегрирования в решениях вакуумных уравнений (А), (В) будет корректироваться реологическими свойствами среды.

1. Неравномерность движения планет и поля инерции

Установленные многочисленные факторы неравномерности движения планет Солнечной системы свидетельствуют о том, что она находится в развитии, и на основе анализа движения планет можно прогнозировать проявление различных полей инерции. Для каждой совокупности тел, обладающей единым полем ускорений, можно выделить свое поле инерции. Для Земли можно выделить внешние и внутренние поля инерции. Естественно, что внешние поля инерции имеют глобальную природу, например приливное запаздывание из-за разности моментов количества движения Земли и Луны. Движение планет позволяет построить пространственную развертку внешнего для Земли поля инерции, сильно взаимодействующего с ее внутренним полем.

При постоянных условиях взаимодействие планет Солнечной системы на протяжении длительного периода упорядочивается, оно приобретает квазирезонансный характер. Согласно гипотезе Д.И. Молчанова, квазирезонансное взаимодействие планет имеет вид:

Где:

щ1 - моменты инерции планет.

Сделанные в связи с этим оценки дали n = 7 резонансных частот, соответствующих параметрам движения Солнечной системы. Например, резонансная связь между частотами Юпитера и Сатурна имеет вид:

Для спутников Юпитера (Ио, Еврам и Ганимед):

Солнечная система не находится в строго резонансном состоянии: резонансные долготы совершают медленное периодическое смещение с периодом 90, 178 лет и т. д., и в этом проявляется поле инерции галактических сил.

Резонансные бифуркационные состояния возникают при особых положениях планет, их осей вращения, ориентации движений и т. п., например, при затмениях Солнца и Луны. Так, в июльских полных солнечных затмениях положения осей вращения Солнца и Земли совпадают, будучи ориентированы в направлении север - юг, что отражается на их гравитационном взаимодействии. Вектор орбитальной скорости вращения Земли до этого был направлен против движения Солнца, лежащего в плоскости Земной орбиты. В поле наблюдается максимум вулканической и сейсмической, активности Земли. Резонансное состояние взаимодействия планет усиливается изменением знака ускорения Луны после перекрытия линии взаимодействия Земли с Солнцем. Полные солнечные затмения совпадают с периодом эксцентриситета эвекции (206 сут.) по долготе, когда апогей и перигей находятся на прямой, соединяющей Солнце и Землю (дополнительные условия резонансных взаимодействий). Когда Лунa перекрывает указанную прямую, скорость вращения Земли вокруг своей оса максимальна, а момент инерции минимален. Существуют другие неравномерности движения планет, Рассмотрим их на конкретных примерах. Неравномерность движения Луны видна по изменениям длительности месяцев, представленных на рис. Периоды изменения длительности аномалистического и драконического месяцев близки к полупериодам смены длительности синодического (от новолуния до новолуния примерно 29,5 сут.) и сидерического (относительно неподвижных звезд около 27,3 сут.) месяцев. Влияние Солнца на Землю и Луну в сизигиях рассматривается в, где говорится о том, что в новолуние Солнце притягивает к себе Луну сильнее, чем Землю, стремясь как бы отдалить Луну от Земли. То же происходит и в полнолуние, когда Солнце как бы оттягивает Землю, отдаляя ее от Луны. Напротив, в квадратурах Солнце стремится сблизить их между собой. Благодаря эвекции орбита Луны вытягивается по направлению к Солнцу. Поэтому эксцентриситет лунной орбиты периодически изменяется, и период его изменения, как мы уже знаем, равен 206 сут. Так, эксцентриситет лунной орбиты в перигелии Земли максимален, и все солнечные возмущения максимальны. Драконический год отличается от земного, с его относительным смещением во времени связано изменение длительности. Период оборота линии апсид составляет 3232,6 сут. Полная повторяемость длительности всех месяцев наступает через 35 лет (468 звездных, 433 синодических 464 аномалистических и 470 драконических). Существует много других периодов. Птолемей обнаружил, что 223 синодических месяца почти равны 242 драконическим и 239 аномалистическим (6585 сут., или 28,6 юлианских лет), и назвал этот период "сарос". Однако неполное совпадение даты в этих периодах дает смещения в значительных промежутках времени.

Такое смещение обнаружил, например, Кеплер 7 марта 1598 г. Солнечное затмение наступило на час с лишним позже, чем было указано в календаре (можно сказать о лунном 20 февраля 1598 г.), а лунное затмение 16 августа 1598 г. - на столько же раньше. За это время при скорости движения Луны по орбите 1 км/с ее положение сместится на величину ее диаметра и некоторое "пятно" на поверхности Земли окажется рядом с предыдущим. Нетрудно вообразить, что при таков периодичности земная поверхность будет покрыта "пятнами", смыкающимися друг с другом как по долготе, так и по широте. Предположим, что экранировка Земли Луной при полном солнечном затмении дает резонансную разгрузку Земли от солнечного притяжения. Поскольку встречное движение Луны к Солнцу сопровождается изменением ее ускорения, то в фазе новолуния разность ускорений q, сообщаемых Солнцем Луне и Земле, равна 1/90 ускорения, сообщаемого Луне Землей, и составляет примерно 0,00303 см/с. кв. Тогда сила воздействия Солнца на Луну.

Величина перемещения Луны к Солнцу во время замедления ее на орбите приливными силами составляет 3 м. в столетие, за 8,85 лет (период оборота линии апсид) эта величина уменьшается до 0,265 м., за сутки изменение составит:

Работа перемещения Луны к Солнцу в этот момент составляет:

Объем горных пород под пятном затмения разгружается из-за уменьшения давления со скоростью 1/60 км/с. За время затмения зона разгрузки имеет в поперечнике:

Удельная работа разгрузки этого объема равна:

Солнце оказывает приливообразующее воздействие на Землю в 2 раза меньше, чем ее естественный спутник - Луна: потенциал приливообразующей силы действия планет на Солнце соизмерим с полугодовой и 18,6-летней компонентами потенций лунной приливообразующей силы, воздействующей на Землю, а полусуточный потенциал приливообразующей силы Луны равен 23756,4 см. кв.

Поэтому имеет смысл изучать приливообразующие силы Луны формирующие поле инерции в земной коре и накапливающие значительную упругую энергию. Ее развязка осуществляется в моменты бифуркаций в результате неравномерного движения планет.

Энергия гравитационной связи с Луной составляет 1,2 * 10⁵⁶ эрг, а энергия лунотрясений в год 10¹⁸ эрг. Энергия приливной деформации в отдельном очаге на Луне около 10¹³ эрг/см. куб. и в случае тектонического разрыва в очаге достигает 10¹⁴ эрг/см. куб.

Поскольку температуры и давления в лунной мантии не достигают величины фазовых превращений кристаллов горных пород, то и механизм преобразования энергии различный для Луны и Земли. Вулканическая форма энерговыделения для Луны довольно редка. В ноябре 1958 г. астроном Н.А. Козырев наблюдал в кратере Альфонс линию углерода С. КВ., означающую истечение газов (то же повторилось в октябре 1959 г.). Быстротечные явлены на Луне объясняются тем, что периодичность концентрации истекания из недр радиоактивного газа аргона измеряется сутками (точки событий приурочены к кратерам видимой стороны Луны).

Приведем теперь данные фактических измерений и наблюдений. Изменение приливного потенциала во времени представлено в, где период в 206 сут. четко определяется по результатам космических наблюдений Неравномерность движения Луны наблюдается и по оптической вибрации во времени. Период эвекции по широте составляет 32,36 сут. и его несовпадение с синодическим месяцем (29,53 сут.) и другими периодами, близкими к 27 сут., свидетельствует о несовпадении периодов видимых явлений с периодами физических процессов. Однако статистические наблюдавши показывают связь приливных лунотрясений с широтной либрацией. Положения очагов лунотрясений отмечены траекторией движения ближайшей к Земле точки лунного диска. Обнаружена зависимость момента сейсмического толчка в очаговой зоне Луны от положения на ее поверхности точки, лежащей на линии соединяющей центры масс планет. Можно предположить возникновение здесь резонансного состояния в очаге, не приводящего к катастрофическим разрушениям (если считать, что разрыв происходит в 10-километровом блоке и в сейсмические волны уходит 1% приливной энергии, то для продвижения разрыва без взрывного разрушения монолита энергия близка 10¹⁸ эрг/км. куб.). Положения очагов лунотрясений (они находятся на траектории движения ближайшей к Земле точки лунного диска) когда в очаговых зонах отмечается максимальная активность приливных лунотрясений. Для эпицентров лунотрясений глубже 1000 км. фигура приближается к идеальной окружности. Для учета изменения скорости движения Луны по орбите, которая благодаря вариации все время деформируется, известно точное значение ускорения:

Здесь:

а' - большая полуось земной орбиты;

n, n' - средние суточные движения Луны и Солнца.

Где:

Р и Т - длительности сидерического месяца и года);

n' - соотношение Гиппарха равное 0,0748;

а - большая полуось лунной орбиты;

а' - разность истинных долгот;

S - расстояние Луны от Солнца;

r0 - Луны от Земли;

r' - Земли от Солнца.

Разность ускорения можно оценить гораздо проще, когда Луна находится в фазе новолуния между Землей и Солнцем:

Как упоминалось:

Т. е., возмущающее ускорение от Солнца в 90 раз меньше ускорения, сообщаемого Луне Земле. Дополнительно к ньютоновской силе взаимодействия Луны с Землей должна быть добавка:

Где:

n = 3,4 (по Ньютону, более 2).

При этом утверждалось, что Луна притягивается к Земле еще другой, небольшой по величине силой, действующей не по закону обратной пропорциональности квадратам расстояний. Таким образом, давно было замечено, что движущиеся тела находятся в более сложных инерциальных движениях, чем это следует из закона Ньютона. В качестве постулата примем, что носителями гравитации являются материальные частицы - гравитоны, имеющие определенную скорость сравнимую со скоростью света, обладают спином и связаны с проницаемым, пространством определенным гиромагнитным соотношением.

В качестве постулата примем, что носителями гравитации являются материальные частицы - гравитоны, имеющие определенную скорость сравнимую со скоростью света, обладают спином и связаны с проницаемым, пространством определенным гиромагнитным соотношением. Движение гравитонов в вакууме должно отличаться от движения их в плотном веществе (в последнем случае они "увязают" в вырожденном вакууме внутри Земли). Чем больше масса и плотность материи пересекаемого гравитоном пространства, тем больше вероятность его поглощения, т. е., трансформации гравитона в поперечное движение фитона - элементарной частицы поля кручения, порожденной при спиновом характере взаимодействия гравитона с вакуумом или с виртуальными элементарными частицами.

Таким образом, нами объяснен механизм экранирующего влияния третьей массы, попадающей между двумя другими гравитирующими массами. Если массивные тела вращаются, то сила их притяжения при прочих, равных условиях отличается от таковой для двух аналогичных по массе, не вращающихся тел. Если количество гравитонов пропорционально массе излучающего их вещества и эффекты притяжения масс обусловлены количеством гравитонов, ввинчивающихся в тело с каждой стороны, то притяжение меньшей массы будет связано с меньшим количеством гравитонов, а их скорость в зависимости от плотности массы также повлияет на интенсивность притяжения. Должен существовать закон сохранения, по которому в однородной среде в любом направлении имеется одинаковое количество гравитонов, фитонов, движущихся навстречу друг другу…

Рассмотрим теперь размер пятна гравитационного взаимодействия Луны на Землю. Для характеристики особенности гравитационного взаимодействия, трех тел, расположенных вдоль одной линии, используем понятие гравитационной линзы.

Поскольку Луна имеет в своем объеме переменную плотность, то гравитоны, двигающиеся сквозь нее от Солнца и Земли, по разному взаимодействуют в ее центре и на периферии с веществом на периферии планет рассеиваются, порождая и фокусируются ядрами планет. На поверхности Земли пятно (p), фокусируемое от Луны как линзы в 60 раз меньше диаметра Луны (она удалена от Земли примерно на 60 диаметров):

Солнечный ветер огибает Луну и протоны пробивают магнитосферу Земли более интенсивно на контуре радиуса р. Здесь происходят их локальные взаимодействия с полем Земли - лимбовые ударные волны. Проекция последних на поверхности представляет собой магнитные аномалии - своеобразные концентрации механических напряжений.

В работе приводится большой фактический материал по размещению на земной поверхности кольцевых структур, появление которых может быть хорошо интерпретировано как результат действия описанного механизма. В частности, М.М. Шемякин показал, что некоторые кольцевые горы на Луне расположены по дуге окружности, а самый крупный кратер располагается в центре дуги. По обе стороны от нею кратеры последовательно уменьшаются с удалением от центра, причем каждый следующий кратер по площади больше предыдущего примерно в 2 раза, расстояния между центрами кратеров сокращаются по закону геометрической прогрессии со знаменателем около 1,2-1,45. На Земле кратеры, расположенные по дуге окружности, имеются в Альпах, Карпатах, Гималаях, Иранских горах, на Верхоянском хребте, на островных дугах (Алеутской, Курильской, Филиппинской, Индонезийской и др.) и находятся на расстоянии 30-120 км. друг от друга. Практически все 522 известных на Земле действующих вулкана приурочены к островным дугам. Активность вулканов связана с глубинными расколами, которые пересекают поверхность геоида по дуге. Черты сходства морфологии цепочек лунных кратеров и земных островных дуг, однотипный характер изменения расстояний между кратерами на Луне и вулканами на Земле свидетельствуют об их генетическом родстве и не противоречат рассмотренным выше рассуждениям.

2. Модель гравидинамики Земли

Рассмотрим уравнения полей инерции (А), (В), уравнения Эйнштейна общей теории относительности и уравнения квантовой теории для условий вырожденного состояния материи. В таких состояниях возникает самодействие (рассеяние гравитационных волн на создаваемых мни флуктуациях), которое приводит к появлению показателя преломления и гравитационных волн и изменяющего скорость гравитационного взаимодействия в среде.

В случае квадрупольной поляризации среды возникает пренебрежительно малый показатель преломления при прохождении гравитационных волн. При наличии плотной среды можно определить отрицательные массы как устойчивые зоны разряжения в плотной самодействующей материи, что позволяет рассматривать существенно более сильную дипольную поляризацию среды, а значит, и достаточно большой показатель преломления. Для этого можно рассмотреть уравнения Эйнштейна с тензором энергии-импульса для макрокосмических тел в области, заполненной самодействующей материей (тензором энержи-импульса для "пыли"), принимая в качестве фундаментальной скорость гравитационного взаимодействия:

Где:

р - плотность материи;

i = 1, 2, 3 - компоненты скорости элемента среды.

Итак, функцией, описывающей самодействие в уравнениях (16), выступает показатель преломления n.

Предположим, что внутри самодействующей материи показатель преломления, а значит, и фундаментальная скорость гравитационного взаимодействия постоянны. Для обоснования возможности такой модификации уравнений ОТО сформулируем специальный принцип относительности в среде:

1) любую движущуюся точку среды с сопутствующей системой отсчета можно сопоставить с малым объемом среды, в котором действует показатель преломления гравитационных волн;

2) показатель преломления не зависит от скорости элемента среды.

Из этих двух естественных предположений следует инвариантность пространственно-временного интервала с новой фундаментальной скоростью. Расширение специального принципа относительности позволяет нам использовать уравнения (16), в которых он выполняется лишь локально. В приближении векторного потенциала для слабого поля уравнение (16) приводится к линейному виду уравнений Максвелла:

Где:

a0i - будет играть роль векторного потенциала для гравитационных волн.

Самодействующий сгусток материи, задаваемой векторным потенциалом в электродинамике, описывается уравнениями Прока, которые применительно к Земле будут иметь вид:

Где:

м - масса Земли;

Н - константа размерности момента.

Применение уравнений к Земле основано на следующем: Самодействующее поле Земли описывается уравнением с постоянными коэффициентами, т. е., вместо распределенной в пространстве - времени плотности материи в коэффициентах уравнений полагаем, что вся масса Земли сосредоточена в ее центре. энергия гравитационный квантовый

Это означает важный момент с точки зрения системного подхода: мы вводим интегральную массовую или зарядовую величину как условие целостности системы и далее изучаем проявление целостности в различных процессах, происходящих в системе (в данном случае на Земле).

Заключение

Геодинамика как наука о динамике Земли особенно тесно связана с физикой, поэтому развитие физических парадигм должно оказывать сильное влияние на развитие геодинамических представлений. Указанная. параллель позволяет эффективно проследить их эволюцию, которую можно разбить на этапы с характерными для них системами формальных моделей.

Первый этап можно назвать классической геодинамикой. Он связан с моделированием процессов в недрах Земли, которое максимально использует классические представления механики сплошной среды применительно к реологии различных геологических сред, прием в основном на основе лннеаризованных моделей.

Акцент при этом подходе делается, на вещественный состав геологических сред и динамику энергомассопереноса с взаимодействием, осуществляемым потенциальными физическими полями различного пространственно-временного масштаба.

Динамические уравнения выводятся из вариационных принципов - математической формализации представлений об устойчивом равновесии динамических систем. Сочетание линейности моделей и устойчивости процессов дозволяет делать только аснмптотические выводы о динамических свойствах геологических систем, которые соответствуют пределам непрерывных процессов, а сами процессы предполагаются "свободными", без учета взаимодействия.

На втором этапе, называемом волновой геодинамикой, изучают колебания систем вокруг положения устойчивого равновесия. Самостоятельный статус приобретают волновые физические поля, излучаемые геодинамическими элементами различных масштабов.

Они обладают собственной динамикой и взаимодействуют с "классическими" процессами. В эту же систему представлений входит анализ колебательных процессов массопереноса и кинематического влияния вращения Земли на ход геологических процессов. К этому этапу можно отнести многочисленные работы по изучению волновых тектонических движений, цикличности геологических процессов, собственных колебаний Земли в классических моделях, инерциальные эффекты, связанные с вращением Земли и т. д.

Размещено на Allbest.ru