Нестабильность обертання Землі

Нестабильность обертання Землі

Н.С. Сидоренков.

Вращение Землі навколо своєї осі споконвіку використовується людиною для виміру часу. У астрономії і геодезії воно у основі запровадження різних систем координат. Проте за обертанні Землі змінюється її швидкість, рухаються географічні полюси, коливається вісь у просторі. Ця нестабільність спотворює координати небесних і земних об'єктів. Нерівномірність обертання і рух полюсів викликаються процесами, що перебігають планети, і залежить від особливостей будівлі та фізичних властивостей земних надр.

Астрономические дані. Сумніви в сталості швидкості добового обертання Землі виникли після відкриття Еге. Галлеем в 1695 р. вікового прискорення руху Місяця. Думка про віковому уповільнення обертання Землі під впливом приливної тертя була вперше висловлена І. Кантом в 1755 р. У другій половині минулого століття були одержані свідчення про нерегулярних флуктуацій швидкості обертання планети і рух географічних полюсів. З того часу за нерівномірністю обертання і рухом полюсів ведуться регулярні спостереження.

Скорость обертання Землі можна охарактеризувати відхиленням тривалості земних діб від еталонних, рівних 86 400 з. Чим коротше земні добу, то швидше обертається Земля. До створення дуже точних атомних годин швидкість обертання контролювалася завдяки порівнянню наблюденных і вирахуваних (згідно з небесно-механическими теоріями) координат планет. Так удалося одержати уявлення про зміну швидкості обертання Землі впродовж останніх трьох століть (рис. 1). З початку XVIII незалежності до середини ХІХ ст. швидкість обертання Землі змінювалася мало. З другого половини ХІХ ст. по час спостерігаються значні нерегулярні флуктуації кутовий швидкості обертання із наступними характерними часом порядку 60−70 років. Найшвидше Земля спілкувалась в 1870 р., коли тривалість діб панувала 0.003 з коротше еталонних, а повільніше всього — в 1903 р. (земні добу були довші еталонних на 0.004 з). З 1903 по 1934 р. відбувалося прискорення обертання Землі, з кінця 1930;х до 1972 р. спостерігалося уповільнення, і з 1973 р. по час Земля прискорює своє обертання. Коливання кутовий швидкості обертання Землі, що спостерігалося в XX в. (з 1903 по 1972 р.) часто називають 60−70-летним. У ХІХ в. коливання приблизно тієї самої періоду було зафіксоване з 1845 по 1903 р. У ранню епоху 60−70-летние коливання не простежуються. На жаль, дані XVII-XVIII ст. мають низьку розрізнювальну здатність, бо тоді інтервали часу між спостереженнями іноді досягали 29 років.

.

Точность визначення нерівномірності обертання Землі поліпшилася в 1955 р. — по тому як залучатися атомні годинник. Відтоді з’явилася можливість реєструвати коливання швидкості обертання Землі з періодами більше місяці. Хід середньомісячних величин швидкості обертання у період 1955;2000 рр. показаний малюнку 2. Швидкість обертання Землі буває найменшої у квітні й листопаді, а найбільшої - у січні та липні. Січневий максимум значно менше липневого. Різниця між мінімальної величиною відхилення тривалості земних діб від еталонних у липні і максимальною у квітні чи листопаді становить 0.001 з.

.

Сезонные коливання зазвичай описують сумою річний і піврічної гармонік. Їх амплітуди і фази у рік до року змінюються, виявляючи цікаві закономірності. Амплітуда річний гармоніки змінюється з дуже характерною часом зо шість, а піврічної - близько два роки. Середній розмір амплітуд річний і піврічної гармонік дорівнює відповідно 0.35 і 0.32 з.

В 80-ті роки астрооптические спостереження були на нові методами вимірів: лазерна локація супутників (ЛЛС) і Місяця (ЛЛЛ), системи глобального позиціонування (СДП) тощо. Точність визначення Світового часу збільшилася на два порядку. У результаті з’явилася можливість вивчати коливання швидкості обертання Землі з періодами до діб, а окремі моменти спеціальних серій спостережень — за кілька годин.

На малюнку 3 відтворено добовий хід значень відхилень тривалості діб в 2000 р. Тут, крім сезонних змін, обумовлених гидроме-теорологическими процесами, добре відомі приливні коливання швидкості обертання Землі. За величиною розмаху трохи поступаються сезонним коливань, та їх періоди вдесятеро коротше сезонних (близькі на 14-ту діб).

.

Эффективным інструментом дослідження цикличностей є спектральний аналіз. Він полягає, по-перше, у виставі досліджуваних коливань як суми елементарних гармонік, і, по-друге, у викритті залежності середніх квадратів амплітуд цих гармонік від своїх частоти чи періоду, тобто у перебування спектральною функції.

В припливних коливаннях швидкості обертання Землі виділяються складові з періодами на рік, півроку, 13.7; 27.3; 9.1 діб. Спектральний аналіз 350-летнего низки середньорічних значень дає максимум спектральною щільності на періоді близько 70 років. Коливання з цим періодом особливо помітно проявлялися у останні 150 років. На початку XX в. амплітуда 70-річного коливання досягала 2 місяців.

Изменяется як кутова швидкість Землі. Наша планета робить невеликі коливання щодо осі обертання. Тому рухаються точки, у яких вісь перетинає земну поверхню (миттєві полюси Землі). Вони переміщаються по земної поверхні навколо середнього полюси у бік обертання Землі, тобто із заходу Схід. Траєкторія руху полюси має вигляд спіралі, яка періодично то закручується, то розкручується. Наприклад малюнку 4 показано траєкторія руху миттєвого Північного полюси за 1996;2000 рр. Його максимальне видалення від середнього у травні-липні 1996 р. Потім полюс став закручуватися, і тривало до 2000 р., що він підійшов на мінімальне відстань до центра спіралі. Зараз полюс розкручується і видаляється від своєї середнього становища.

.

Самое велике видалення миттєвого полюси від середнього вбирається у 15 м. Закручування і розкручування траєкторії полюси пояснюється лише тим, що він робить два періодичних руху: вільне чи чандлеровское (названо на вшанування відкрив їх у 1891 р. З. Чандлера) з періодом близько 14 місяців, і вимушене — з річним періодом. Чандлеровское рух полюсів виникає, якщо вісь Землі відхилена від осі її найбільшого моменту інерції. Рух полюсів, викликане дією на Землю періодичних сил атмосфери і гідросфери, називається вимушеним. Період руху залежить немає від періоду збуджуючої сили, як і притаманно вимушеного руху, як від динамічного стискування і пружних властивостей планети. Складання цих рухів і дає спостережувану картину. Аналіз координат полюси протягом останніх 110 років показує, що вимушене рух іде за рахунок еліпсу із Заходу Схід. Величини великих полуосей еліпса коливалися не більше від 3.4 до 2.7 м, малих полуосей — від 2.5 до 1.8 м, эксцентриситетов — від 0.15 до 0.46, а східні довготи великий полуоси мали значення від 2050 до 1450 ВД.

Чандлеровское рух полюси має майже кругову траєкторію. Воно характеризується ще більшої мінливістю параметрів. Радіус руху має амплітудної модуляцією з періодом близько сорока років. Максимальні значення радіуса (9 м) спостерігалися 1915 і 1955 рр., а мінімум (2 м) — в 1930 р.

Центр спіралі знаходиться збоку від міжнародного умовного початку координат. Причина тому — одвічну рух полюси. Якщо з координат полюси виділити річну і чандлеровскую складові, то залишаться координати середнього полюси. Він також зміщується. Траєкторія руху середнього полюси за 1890−2000 рр. зображено малюнку 4. Протягом періоду спостережень середній полюс зміщувався по складної зиґзаґоподібної кривою з переважним напрямом у бік Північної Америки (меридіан 290° в.д.) зі швидкістю близько 20 див на рік.

Природа періодичних коливань. Постать Землі близька до эллипсоиду обертання. Коли Місяць і Сонце не лежать у площині земного екватора, їх сили тяжіння прагнуть розгорнути планету те щоб екваторіальні здуття постаті розташовувалися по лінії, що з'єднує центри мас Землі, відвідин Місяця й Сонця. Але Земля не повертається у цьому напрямі, а прецессирует під впливом моменту пари сил.

Ось обертання Землі повільно описує конус навколо перпендикуляра до площині екліптики (рис. 5). Вершина конуса збігаються з центром планети. Крапки рівнодень і сонцестоянь рухаються по екліптиці назустріч Сонцю, роблячи оборот за 26 тис. років (швидкість руху -1° за 72 року).

.

Моменты сил тяжіння, які діють екваторіальні здуття, змінюються залежно від становища відвідин Місяця й Сонця стосовно Землі. Коли ці планети перебувають у площині земного екватора, моменти сил зникають, а коли схиляння відвідин Місяця й Сонця максимальні, то величина моменту найбільша. У результаті таких коливань моментів сил тяжіння спостерігаються нутації (від латів. nutatio — коливання) осі обертання Землі, складаються з низки невеликих періодичних коливань. Найголовніше їх має період 18.6 року — час звернення вузлів орбіти Місяця. Рух з цим періодом іде за рахунок еліпсу. Велика вісь еліпса перпендикулярна напрямку прецессионного руху, і дорівнює 18 " .4; мала паралельна йому дорівнює 13 " .7. Отже, вісь Землі описує на небесної сфері волнообразную траєкторію, точки якої у кутовому відстані середньому близько 23°27 «від полюси екліптики (рис. 5).

Приливные виступи переміщаються по земної поверхні за Місяцем і Сонцем зі Сходу захід, тобто у напрямі, зворотному добовому обертанню Землі. Природно, що заодно в океанах й у Землі виникають сили тертя, які гальмують обертання планети, завдяки чого і відбувається одвічну уповільнення обертання Землі. Оцінки показують, що добу повинні подовжуватись на 0.003 з за 100 років. Отже, нерівномірності обертання Землі, надані малюнках, майже пов’язані із впливом приливної тертя і викликані іншими причинами.

Земные припливи грають помітну роль коливаннях швидкості обертання з періодами менш місяці. Приливообразующая сила розтягує планету вздовж прямий, що з'єднує її центр з центром возмущающего тіла — Місяця чи Сонця. У цьому стиснення Землі збільшується, коли вісь розтяги збігаються з площиною екватора, і зменшується, коли вісь відхиляється до тропікам. Момент інерції * вузьке Землі більше, ніж недеформированной кулеподібної планети. Позаяк момент імпульсу Землі (твір її моменту інерції на кутову швидкість) повинен залишатися постійним, то швидкість обертання вузьке планети менше, ніж недеформированной. При русі відвідин Місяця й системи Земля-Луна, схиляння відвідин Місяця й Сонця, і навіть відстані від Землі до відвідин Місяця й Сонця змінюються. Тому приливообразующая сила коливається у часі. Відповідним чином змінюється стиснення Землі, що у остаточному підсумку і припливну нерівномірність її обертання. Найбільш значними з цих змін швидкості обертання планети є коливання з півмісячним і місячним періодами.

* Момент інерції частки щодо осі обертання Землі дорівнює твору її маси на квадрат відстані до осі. Момент інерції Землі - сума моментів інерції з яких складається частинок.

Чем ж обумовлена неприливная нерівномірність обертання Землі та рух полюсів? Є багато процесів, що потенційно можуть проводити Земля обертається. Це зміни у розподілі повітряних мас у атмосфері, снігової і крижаного покровів, осадів та рослинності на земної поверхні, зміни рівня Світового океану, взаємодія ядра і мантії Землі, виверження вулканів, землетрусу, впливу зовнішніх зусиль і т.д. Ретельні оцінки вкладу перелічених процесів дозволили виявити найважливіші їх.

В протягом року маси повітря і вологи перерозподіляються між материками і океанами, і навіть між Північним і Південним півкулями. Так було в січні маса повітря над Євразією на 6×1015 кг більше, ніж у липні. Від січня до липня з Північного півкулі на Південне переноситься 4×1015 кг повітря. У протягом зими відбувається накопичення снігу в північних районах Євразії й Північної Америки. Навесні волога повертається у Світовий океан. Усе це зміщує момент інерції Землі та б'є по її обертанні. Оцінки показують, що сезонне перерозподіл повітряних і використання водних мас мало впливає сезонну нерівномірність обертання планети, але повністю обумовлює вимушене рух полюсів.

Чандлеровское рух має загасати згодом, оскільки енергія руху полюсів перетворюється на Землі в тепло. Відсутність загасання руху полюси зазначає, що є процеси, безупинно його підтримують. До них відносять землетрусу, електромагнітне взаємодія ядра і мантії Землі, лунно-солнечную прецесію тощо.

Исследования останніх років, головна причина сезонної нерівномірності обертання Землі - атмосферна циркуляція. У середньому атмосфера рухається щодо земної поверхні в низьких широтах зі Сходу захід, а поміркованих і високих — із Заходу Схід. Момент імпульсу переважаючих східних вітрів негативний, а західних — позитивний. Можна було б, що це моменти компенсують одне одного й момент імпульсу вітрів всієї атмосфери завжди дорівнює нулю. Проте розрахунки доводять, що момент імпульсу східних вітрів в кілька разів меншою моменту імпульсів західних вітрів. Момент імпульсу вітрів атмосфери становить середньому протягом року +14×1015 кг/м2 с-1. Його розмір змінюється у протягом року від +16.1×1025 кг/м2 с-1 у квітні й листопаді до +10.9×1025 кг/м2 с-1 у серпні.

Момент імпульсу — це фізична величина, вона може виникати чи знищуватись. Вона спроможна тільки перерозподілятися. У означеному разі перерозподіл відбувається між атмосферою і Землею. Коли момент імпульсу атмосфери збільшується, тобто посилюються західні вітри чи слабшають східні вітри, момент імпульсу Землі зменшується, тобто сповільнюється її обертання. Коли ж момент імпульсу атмосфери зменшується (слабшають західні чи посилюються східні вітри), Земля обертається пришвидшується. Ступінь згоди змін моменту імпульсу атмосфери і моменту імпульсу Землі в 1958;2001 рр. показаний малюнку 6. Величини відхилень моменту імпульсу Землі взято з зворотним знаком. Очевидно, що такий перебіг обох кривих збігається не більше помилок спостережень. Отож сумарний момент імпульсу планети і атмосфери залишається незмінним.

.

Рис. 6. Хід відносного моменту імпульсу атмосфери (7) і вирахуваних зі зворотним знаком збільшень моменту імпульсу Землі (2) в 1026 кг/м2 с-1.

Факт, що момент імпульсу вітрів завжди позитивний, свідчить, що атмосфера обертається навколо осі швидше Землі. Уподібнюючи рух атмосфери загалом обертанню твердого тіла, можна сказати, що період обертання навколо осі становить квітні і листопаді 23 год 36 хв, а серпні - 23 445 хв. У середньому за рік добу для атмосфери тривають 23 438 хв, а чи не 23 год 56 хв, як Землі.

Существует думка, що коли атмосфера обганяє Землю в добовому обертанні, вона повинна прискорювати обертання планети. Проте за нерівномірність обертання Землі впливають лише зміни моменту імпульсу вітрів. Постійна ж величина моменту імпульсу вітрів була запозичена атмосферою у Землі в останній момент формування атмосферної циркуляції. Тоді швидкість обертання Землі трохи сповільнилася (тривалість діб зросла на 0.0024 з) і залишається він у час. Якщо джерело, підтримуючий вітри у атмосфері, вичерпається, то атмосферна циркуляція припиниться і тривалість діб повернеться до початкового значенням.

Атмосферу, нерівномірно розігріту за горизонталлю сонячним промінням, так можна трактувати як теплову машину. Вона перетворює теплову енергію Сонця кінетичну енергію вітрів. Найбільш теплі частини атмосфери у разі виконують функції нагрівача, а холодні - холодильника. Робітникам тілом служить сам повітря. У сучасної фізиці атмосфери відомі кілька теплових машин. Найважливішими їх є теплові машини, породжувані контрастом температур між екватором і полюсами. Один із них працює у Північній півкулі, іншу — під Одесою. Завдяки цим машинам підтримуються спостережувані східні вітри в низьких широтах й західні - в поміркованих і високих. Чим більший контраст температур экватор-полюс, є тим інтенсивнішим атмосферна циркуляція у цьому півкулі і тих більше величина моменту імпульсу вітрів.

Контраст температурах кожному півкулі буває найбільшим взимку, а найменшим — влітку. Тому момент імпульсу вітрів Північного півкулі робить гармонійні коливання з періодом на рік від максимального значення січні до мінімального в липні. У Південній півкулі річне коливання має протилежну фазу: момент імпульсу максимальний у липні, а мінімальний — у грудні. Тому річні коливання вітрів Північного та Південного півкуль компенсують одне одного, і момент імпульсу вітрів атмосфери повинен залишатися майже постійним. Отже, теплові машини першого роду зумовлюють появу у атмосфері позитивної величини моменту імпульсу вітрів, але не впливають з його сезонні коливання.

Долгое час залишалося незрозумілим, чому момент імпульсу вітрів атмосфери відчуває сезонні коливання. У 1975 р. було знайдено, що у верхніх шарах атмосфери самої теплою областю не екватор і паралель, де Сонце опівдні буває зеніті, а полярна «шапка «літнього півкулі (у липні - північна, а січні - південна). Виявилося, що сьогодні середня температура повітря убуває від полюси літнього півкулі до полюси зимового (у липні - від Північного полюси до Південного, а січні - від Південного полюси до Північного). Стало ясно, що у атмосфері є межполушарная теплова машина, нагревателем якої є атмосфера літнього півкулі, а холодильником — атмосфера зимового півкулі. Межполушарная теплова машина зменшує величину моменту імпульсу вітрів. Чим більший контраст температур між півкулями, то більша цей ефект. У і липні момент імпульсу вітрів зменшується до мінімальних значень, і швидкість обертання Землі сягає максимальних величин. У квітні та листопаді температурні різницю між атмосферою Північного Причорномор’я та Південного півкуль вирівнюється; межполушарная теплова машина припиняє своєї роботи, у атмосфері утримується гранично велика величина моменту імпульсу вітрів і швидкість обертання Землі стає мінімальної.

Различие величин липневого і січневого максимумів швидкості обертання Землі пов’язані з тим, що атмосфера Північного півкулі загалом протягом року тепліше атмосфери Південного півкулі. Тому контраст температур між полюсами у липні значно більше, ніж у січні. Якби підстильні поверхні не в Північному і Південному півкулях були однакові, то величини січневого і липневого максимумів швидкості обертання Землі не розрізнялися б.

Природа десятирічних змін швидкості обертання Землі. Ці зміни дуже великі, щоб їх можна було пояснити як і, як і сезонні коливання, перерозподілом моменту імпульсу між атмосферою і Землею. Так, уповільнення швидкості обертання з 1870 по 1903 р. була такою, що момент імпульсу Землі зменшився на 48×1025 кг/м2 с-1 Якби це уповільнення сталося через перерозподіл моменту імпульсу між Землею і атмосферою, то момент імпульсу вітрів в 1870 р. було б на 48×1025 кг/м2 с-1 більше, ніж у 1903 р. Інакше кажучи, швидкість вітрів у атмосфері мусила збільшитися більш ніж тричі (за 33 року швидкості західних вітрів мали поступово посилитися, а східних ослабшати скрізь приблизно за 20 м/с). Проте такий великих довгоперіодичних коливань атмосферної циркуляції немає. Вважається, що долгопериодическая нерівномірність обертання Землі неспроможна викликатися геофізичними процесами, що перебігають на земної поверхні. Її зазвичай пов’язують із такими внутриземными процесами, як взаємодія ядра і мантії планети. На користь цієї гіпотези свідчить тісний кореляція між змінами швидкості обертання Землі та флуктуаціями швидкості дрейфу її ексцентричного магнітного диполя з дуже характерною часом порядку 60 років.

В останні роки отримано низку емпіричних фактів, що змушують по-новому подивитись цієї проблеми. Вплив атмосфери на Земля обертається можна оцінити не тільки внаслідок підрахунку зміни моменту інерції і моменту імпульсу атмосфери, а й шляхом обчислення моментів сил, діючих на Землю із боку атмосфери. До них належать моменти сил тертя вітру про подстилающую поверхню і моменти сил тиску гірські хребти, які стоять по дорозі вітрів. Щоб визначити це все сил, дані про полях вітру чи атмосферного тиску в приземному прошарку над всієї планетою. Знаючи сумарний момент сил, легко обчислити прискорення і нерівномірність обертання Землі.

Расчеты показали, що, можливо, як сезонна, а й долгопериодическая нерівномірність обертання Землі викликалася в 1956;1977 рр. механічним впливом атмосфери на Землю. Цей результат свідчить про існування перенесення «порцією «іноді позитивного, інколи ж негативного моменту імпульсу через приземный шар атмосфери, що зумовлює багаторічної нерівномірності обертання Землі. Відповідні ж зміни моменту імпульсу вітрів, необхідних виконання балансу, не спостерігаються. Тому має бути якийсь джерело моменту імпульсу у повітря. Природно було б припустити, що атмосфера отримує момент імпульсу або з навколоземного космічного простору, або від Землі - у процесі багаторічного перерозподілу води між океаном і суходолом. Оцінки показали, що потік моменту імпульсу з космосу з допомогою сонячного вітру і впливу міжпланетного магнітного поля дуже малий, і подальші зусилля спрямовані на дослідження ролі перерозподілу води.

Как відомо, близько двох% всієї води Землі перебуває у змерзлому стані. Загальна маса льоду до сучасного епоху приблизно дорівнює 28.4×1018 кг; з цього числа 90% посідає льодовиковий щит Антарктиди, 9% - на льодовик Гренландії і менше 1% - решту гірські льодовики. Площі льодовикових щитів становлять: в Антарктиді 13.9×1012м2, в Гренландії 1.8×1012 м2 а гірських льодовиків 0.5×1012 м2.

Масса льодовиків змінюється у часі. Наприклад, 12 тис. років як розв’язано розтанув величезний льодовиковий щит, покривав майже всю Російську рівнину і великі простору Західної Європи й Америки. Під час малого кліматичного оптимуму, який тривав близько тисячі років як розв’язано, у льодовикового щита Гренландії була істотно менша маса, що нині. Таке перерозподіл води між Світовим океаном і льодовиковими щитами супроводжувалося зміною моменту інерції Землі та мало спричинить нерівномірності її обертання і руху полюсів.

Исходя з цього можна скласти систему алгебраїчних рівнянь, що пов’язують величину швидкості обертання Землі та координати полюси з масами льоду в Антарктиді, Гренландії та води у світовому океані. Ці рівняння дозволяють обраховувати характеристики обертання Землі - координати полюси і швидкість обертання Землі. Якщо ж маси льоду невідомі, але є даних про нестабильностях обертання Землі, можна вирішити зворотний завдання: по координатам полюси і швидкості обертання обчислити щорічні значення мас льоду в Антарктиді, Гренландії та води в Світовому океані. На жаль, ми змогли зіставити ряди вирахуваних мас льоду в Гренландії та води у світовому океані з цими спостережень через брак останніх. Лише для Антарктиди вдалося зіставити вирахувану криву змін маси льоду з наблюденной (рис. 7). Якісна згоду кривих виявилося таким, що зв’язок багаторічної нерівномірності обертання Землі з флуктуаціями глобального во-дообмена здається можливої. Проте обчислені коливання глобального водообміну майже 29 разів більше можна побачити.

.

Этот суперечливий результати свідчить у тому, що спостережувані десятирічні особливості обертання не нерівномірність обертання і рух полюсів всієї Землі, а лише зміни швидкості дрейфу літосфери по астеносфері. У насправді, моменти сил одного знака, що у процесі флуктуацій глобального водообміну, діють у протягом десятиліть. Можливо, що лежаче під літосферою речовина астеносферы за настільки тривалих впливах поводиться не як тверде тіло, а тече подібно в’язкому рідини. Тоді десятирічний глобальний водообмін може викликати ковзання літосфери по астеносфері, не надаючи помітного впливу глибші шари Землі. Під час проведення астрономічних спостережень зміни швидкості дрейфу літосфери реєструються як «нерівномірність обертання Землі «і «рух полюсів ». На створення таких що здаються чомусь «неравномерностей «і «рухів «потрібні перерозподілу мас води, в 29 раз менші. На користь цієї гіпотези свідчить неодноразово відмічувана кореляція сейсмічної активності з нерівномірністю обертання Землі.

Состояние льодовикових щитів Антарктиди й Гренландії залежить змін клімату. Тому флуктуації обертання Землі спроможні корелювати зі змінами кліматичних характеристик і індексів. Встановлено тісний зв’язок десятирічних флуктуацій обертання Землі зі змінами епох атмосферної циркуляції, коливаннями глобальної температури повітря, регіональних осадів та хмарності і і з змінами уловів промислових риб в Тихому океані. Помічено, кожному режиму обертання Землі відповідає своя форма атмосферної циркуляції і, отже, свій режим погоди у різних районах земної кулі. На малюнку 8 наведено хід змін швидкості обертання Землі, температури повітря на Північному півкулі і накопиченої суми аномалій повторюваності типу З атмосферної циркуляції за 1891−1998 рр. Зіставлення кривих показує їх тісну кореляцію.

Итак, десятирічні флуктуації швидкості обертання Землі спроможні виникати через обміну моментом імпульсу між мантією і рідким ядром планети. Зміни швидкості обертання рідкого ядра зумовлюють коливання швидкості обертання мантії. При цьому сумарний момент імпульсу Землі постійний. З іншого боку, існує тісний зв’язок між десятилітніми флуктуаціями обертання Землі та змінами кліматичних і гляциологических характеристик. Але процеси в ядрі Землі що неспроможні проводити зміну епох атмосферної циркуляції, флуктуації температури повітря, атмосферні опади, стан льодовиків та інші кліматичні процеси та характеристики.

Эти протиріччя усуваються, якщо припустити, що існує третя причина, одночасно впливає і процеси у земному ядрі, і процеси в кліматичної системі, — гравітаційна взаємодія Землі з Місяцем, Сонцем і планетами. Зокрема, тяжіння Місяцем, Сонцем і планетами несферичных, неоднорідних оболонок Землі, котрі посідають ексцентричні становища, призводить до відносним смещениям і коливань їх центрів мас, до вимушеним їх переміщенням. Комплекс які виникають за цьому явищ в земних оболонках можна назвати узагальненими припливами.

С одного боку, узагальнені припливи викликають зміни у ядрі, із нею пов’язані багаторічні варіації геомагнітного поля. З іншого боку, вони зумовлюють зміни у кліматичної системі, що призводять до флуктуаціям обертання Землі. У разі, природно, десятирічні варіації обертання Землі будуть корелювати із усіма вищезгаданими геофізичними і гідрометеорологічними процесами.

Использование даних про обертанні Землі в гідрометеорології. Вивчення нерівномірності обертання Землі перспективне на вирішення зворотних завдань. Річ у тім, що визначатиме коливання глобальних характеристик атмосфери чи гідросфери значно складніше, ніж що відбивають їх коливань швидкості обертання Землі. Так, у тому щоб вирахувати момент імпульсу вітрів, необхідно зібрати даних про розподілі вітру з висотою наскільки можна від усіх аерологічних станцій світу, зробити їх об'єктивний аналіз (інтерполяцію і екстраполяцію) і обчислити інтеграл за обсягом, зайнятому атмосферою. Дані ж ідеться про сезонних коливаннях кутовий швидкості обертання Землі дозволяють легко визначати коливання моменту імпульсу вітрів майже з тією ж точністю. І тому досить врахувати лише ті відомі поправки (рис. 6).

Сезонная нерівномірність обертання Землі відбиває роботу межполушарной теплової машини та можна використовувати як показників різниці температур, інтенсивності циркуляції повітря та обміну вологою між Північним і Південним півкулями.

Десятилетние флуктуації швидкості обертання Землі та одвічну рух полюси застосовуються для розрахунку змін мас льоду в Антарктиді, Гренландії та води у світовому океані (рис. 7).

По десятирічним флуктуаціям швидкості обертання Землі можна стежити й у якийсь ступеня прогнозувати коливання клімату. Річ у тім, що періоди прискорень обертання Землі (зменшення тривалості діб) збігаються з епохами негативних аномалій частоти появи атмосферної циркуляції і позитивних аномалій комбінованого типу атмосферної циркуляції. У ті періоди збільшується маса льоду в Антарктиді, слабшає інтенсивність зональної циркуляції, підвищується темпи зростання температури Північного півкулі, переважають позитивні аномалії глобальної хмарності, виростають вилови промислових риб в Тихому океані (рис. 8). У періоди уповільнень швидкості обертання Землі маса льоду в Антарктиді зменшується, знижується темпи зростання глобальної температури, відзначаються негативні аномалії глобальної хмарності, знижуються вилови промислових риб в Тихому океані.

.

Как уже відзначалося вище, останні 20 років надійно вимірюються приливні коливання швидкості обертання Землі. Упродовж багатьох років автор вів синхронний моніторинг припливних коливань швидкості обертання Землі, еволюції синоптичних процесів в атмосфері, режимів атмосферної циркуляції і варіацій гідрометеорологічних характеристик у часі. У результаті зазначалося, що більшість типів синоптичних процесів у атмосфері змінюється одночасно з приливними змінами кутовий швидкості обертання Землі. На ретроспективних даних автор показав, що приливними коливаннями швидкості обертання Землі та змінами синоптичних процесів у атмосфері є статистично значиме відповідність. Природні синоптичні періоди збігаються з режимами обертання Землі. Припливні коливання швидкості її обертання обумовлені лунно-солнечными зональними припливами. Отже, і цілком природні синоптичні періоди викликані зональними припливами. Для перевірки виведення були враховано спектри варіацій моменту імпульсу атмосфери, довели переважання гармонік зональних припливів. Еволюція синоптичних процесів в атмосфері відбувається з допомогою внутрішньої динаміки кліматичної системи, а й під керівництвом лунно-солнечных зональних припливів. Природні синоптичні періоди обумовлені коливаннями припливних сил, які зміни відбуваються у моменти зміни знака припливних сил. Завдяки цьому стало можливо прогнозувати кордону природних синоптичних періодів по вичисленим приливним коливань швидкості обертання Землі з кожного завчасністю. М. С. Сидоренковым і П. Н. Сидоренковым створено «Спосіб прогнозу гідрометеорологічних характеристик », патент якою був зареєстровано Державний реєстр винаходів Російської Федерації 10 травня 2002 р. Наша методика прогнозування принципово відрізняється від, якими повсюдно користуються синоптики, і дозволяє складати метеорологічні прогнози з добовим дозволом і термін до один рік. Справдження таких прогнозів становить близько 75%.

Мы вважаємо, що цей методику можна використовувати й для прогнозування природних і соціальних явищ — сейсмічності, вивержень вулканів, економічних криз, спалахів епідемій, демографічних вибухів, політичних переворотів і навіть війн. І тому необхідний комплексний просторово-часової аналіз різних подій за умови, що з нього будуть одночасно працювати вчені різних напрямів — медики, психологи, історики, астрономи і геофізики. Тоді можна лише ретроспективно виявити збіги і закономірності природно-социальных катаклізмів, а й здійснити їх імовірнісний прогноз.

Список литературы

Для підготовки даної роботи було використані матеріали із сайту internet.