Земля как космический объект прецессии земной оси предварение равноденствий
Вследствие сжатия Земли и наклона оси вращения по отношению к эклиптике при движении Земли по орбите на нее, кроме центральной силы, действует и некоторый вращающий момент. Моменты, возникающие из-за действия Луны и Солнца на экваториальное вздутие, вызывают прецессию земной оси.
Ось вращения Земли наклонена к направлению на полюс эклиптики (нормаль к плоскости орбиты Земли) под углом примерно 23,5 град. и медленно прецессирует вокруг этого направления. Поэтому направление от центра Земли к северному полюсу описывает конус с раствором 2 = 47о. Период прецессии равен 25 800 лет. Если бы прецессия не была такой медленной, то навигация по звездам была бы очень сложной. Но все-таки прецессия происходит настолько быстро, что ее скорость можно определить с хорошей точностью астрономическими наблюдениями. Она, в среднем, равна 50",2 в год.
Чандлеровское колебание полюса
Независимо от гравитационного взаимодействия с другими телами Земля испытывает СВОБОДНУЮ, так называемую «Эйлеровскую» прецессию. В геофизической литературе ее обычно называют СВОБОДНОЙ НУТАЦИЕЙ или ЧАНДЛЕРОВСКИМ КОЛЕБАНИЕМ. Колебания возникают из-за того, что ось вращения Земли СЛЕГКА наклонена к оси наибольшего момента инерции. Полный момент количества движения остается постоянным по величине и направлению, а Земля движется так, что полюс описывает на ее поверхности круг с центром в точке пересечения оси наибольшего момента инерции с поверхностью Земли. Ось вращения практически (как бы) фиксирована в пространстве, и чандлеровское колебание полюса выражается в периодических вариациях широты (в основном?) с периодом 430-435 суток и с переменной амплитудой, составляющей в среднем 0",14. Оно накладывается на еще один процесс - 12-месячные вариации широты с амплитудой того же порядка величины.
Теперь – несколько предварительных слов о
Внутреннем строении земли
Земля образовалась и развивалась до нынешнего состояния в поле гравитационных сил и, ПОДЧИНЯЯСЬ закону ВСЕМИРНОГО ТЯГОТЕНИЯ, обрела свою современную форму - СФЕРОИДАЛЬНОСТЬ (как следствие центрального характера этих сил). Гравитация определила диссоциацию вещества в Земле, концентрацию тяжелых элементов в ядре; она же определила и состав атмосферы и обеспечивает ее сохранность возле Земли.
Хотя поле силы тяжести относят к слабым полям, влияние его на все стороны жизни не только на Земле, но и во Вселенной является ОПРЕДЕЛЯЮЩИМ. Именно поэтому гравитационное поле Земли само по себе несет информацию о форме и внутреннем строении нашей планеты.
О внутреннем строении Земли конкретно известно немного. Скважины пока что достигают глубин лишь около 10 – 15 км (и таких скважин немного) – это всего
на 0,0017 земного радиуса. Основной поставщик информации здесь – ГЕОФИЗИКА. Наиболее «глубокая» информация, т.е. хоть какая-то информация о самых близких к центру Земли «оболочках», получена при анализе закономерностей распространения упругих волн в Земле. [Кое-какие сведения о строении Земли до глубин 700 – 1000 км дает магнито-теллурическое зондирование Земли].
Упругие колебания в Земле возникают при Землетрясениях или при мощных «технических» взрывах: поверхностные и объемные сейсмические волны. Объемные волны «прощупывают» всю Землю. По результатам анализа большого количества наблюдений вычислены границы плотностно-фазовых переходов в теле Земли, разделяющие всю Землю на систему «оболочек»: определены глубины залегания этих границ и построена собственно модель внутреннего строения Земли, т.е. схема разбиения так называемой «твердой» Земли на ОБОЛОЧКИ. Одна из наиболее вероятных «схем» приведена на рисунке (см.рис.).
1 – Верхний слой – ЗЕМНАЯ КОРА. Пребывает в кристаллическом состоянии; толщина (МОЩНОСТЬ): на континентах от 30 до 70 км, на океанах - 3-17 км.
Земная кора «через границу Мохоровичича» (зафиксированную как слой резкого возрастания скорости сейсмических волн с глубиной от 6,0 – 6,7 до 7,5 – 9,0 км/с) переходит в МАНТИЮ Земли [ее нередко называют собственно «ОБОЛОЧКОЙ ЗЕМЛИ»].
2,а; 2,б; 3 – Мантия Земли. Ее три главные слоя называются, соответственно:
2,а – зона силикатов;
2,б – зона фазовых (и химических) переходов;
3 – нижняя мантия.
Вещество мантии находится (видимо) в пластическом состоянии. Возможны горизонтальные перетекания в ней, что может проявляться в аномалиях силы тяжести (и в конечном итоге - в форме геоида, т.е. в его ундуляциях (превышениях) относительно нормальной Земли).
4 – ПЕРЕХОДНАЯ ЗОНА.
5 – ВНЕШНЕЕ ЯДРО – представляет собой, похоже, нечто жидкометаллическое.
6 – ПЕРЕХОДНАЯ ЗОНА.
7 – ЯДРО (ЯДРЫШКО) – по составу, видимо, твердый металл.
На глубине около 2900 км начинается ядро. Через ядро совсем не проходят поперечные упругие волны, а скорость продольных волн падает с 13 км/с до 8 – 10 км/с. Это заставляет предполагать, что внешняя часть ядра Земли находится в жидком состоянии. Внутренняя часть ядра, по-видимому, твердая.
Как мы увидим далее, важную роль в наших рассмотрениях будет играть земная кора. Ее строение: мощность коры составляет 3 – 70 км; кора неоднородна, особенно по вертикали. В коре различают три главных слоя: осадочный, «гранитный» и «базальтовый». Эти названия условны, хотя, конечно, в принципе, отражают основное «содержание» слоев.
ОСАДОЧНЫЙ слой – все в земной коре, что представляет в ней собственно непереработанный (а также метаморфизированный in situ) осадочный материал.
ГРАНИТНЫЙ слой – это граниты, гнейсы и другие «кислые» породы.
{Кислые породы это – магматические породы, пересыщенные (свыше 65–70%) КРЕМНЕЗЕМОМ, т.е. кремнистым ангидридом SiO2, который «выпадает» в них в виде минерала кварца (как в граните, диорите, гнейсах и др.) или остается в виде аморфной субстанции – «вулканическое стекло» (обсидиан, смоляной камень и др.)}.
БАЗАЛЬТОВЫЙ слой– состоит из «основных» и «ультраосновных» пород.
{Основные породы это – магматические породы, относительно бедные кремнеземом (45-55%) и богатые магнием и кальцием}.
Большинство СОВРЕМЕННЫХвулканов извергает именно ОСНОВНЫЕлавы; такие же лавы – и в прочих современных излияниях: трещинных.
Граница между гранитным и базальтовым слоями не очень четкая, однако сейсмически (или гравитационно) ее удается установить. Называется она ГРАНИЦЕЙ КОНРАДА. Существует она, правда, не везде. Соотношение мощностей слоев земной коры различно в разных местах (и для разных типов коры) – вплоть до случаев отсутствия того или иного из них.