Каплин П.А., Клиге Р.К., Чепалыга А.Л. (ред.) Колебания уровня морей и океанов за 15 000 лет - файл n1.doc

приобрести
Каплин П.А., Клиге Р.К., Чепалыга А.Л. (ред.) Колебания уровня морей и океанов за 15 000 лет
скачать (1533 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc1533kb.01.06.2012 12:18скачать

n1.doc

1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   16

растя* e.>L---

10

Z (sjryffuHa)

Рис. 4. Схема блокировки земной коры за счет поступательного перемещения полю­сов ("+" - относительно приподнятый край блока, "-" - опущенный край блока) (а); фрагмент траектории полюсов (б) и соответствующий ему график колебаний участка дна морского бассейна (цифрами показаны условные годы) (в)

нии серии разломов меридионального направления. Другими словами, в результате разрядки напряжений, обусловленных перемещением оси вра­щения Земли возникает система блоков, образованная разломами взаим-ноперпендикулярных направлений (рис. 4,а).

На рис. 4,э условными знаками показано направление относительного перемещения блоков по разломам, а векторами - перекос блоков отно­сительно уровенной поверхности. Для наших целей важно подчеркнуть, что описанные деформации земной коры происходили, начиная с раннего докембрия, систематически накладываясь одна на другую (с некоторым смещением и разворотом сеток разломов), каждый галактический год (180-106 лет). В результате этого к настоящему времени земная кора приобрела чрезвычайно раздробленную структуру, что способствует достижению ею в любой момент времени состояния изостазии. При этом законы ее деформации за счет перемещения оси вращения остались прак­тически неизменными.

Влияние циклических компонент траектории движения полюса отли­чается от поступательных тем, что в течение каждого цикла (начиная с годового) направления относительных вертикальных смещений блоков меняются на противоположные. Они накладываются на смещения, обус­ловленные поступательной компонентой движения полюса. На рис. 4,6 показана схема колебания уровня одного из блоков (дна морского бас­сейна) как функция траектории движения полюса. Следует специально подчеркнуть, что годичный размах колебаний соизмерим или превышает тенденцию перемещения блоков с периодами в несколько десятков лет.

Все известные нам попытки теоретических оценок амплитуд деформа-6. Зак. 1315 81

ций геоида выполнялись на упругих моделях в предположении отсутствия разрыва их сплошности. Расчетных данных о величинах относительных перемещений блоков земной коры нет. Некоторое представление о них можно получить по экспериментальным данным. Так, например, из ре­зультатов повторных нивелировок следует, что скорость этих перемеще­ний с годичным периодом достигает значений, иногда превышающих 10 мм/год. А судя по результатам анализа накопления осадков в геосин­клинальных системах, периоды формирования которых измеряются миллионами лет, максимальная скорость опускания донных частей бас­сейна характеризуется долями миллиметра в год. Движения блоков с промежуточными периодами характеризуются скоростями, значения которых находятся в интервале между приведенными числами. Касаясь вопроса влияния изменения угловой скорости вращения Земли на дефор­мацию земной поверхности, отметим следующее (см. рис. 3,а).

Во-первых, под действием только этого фактора деформация земной поверхности должна иметь широтную зональность, а перекос этих зон происходит в строго меридиональном направлении. Широтных компонент планетарных деформаций не должно быть.

Во-вторых, напряжения в земной коре, возникающие за счет изменения со, распределяются симметрично относительно оси вращения. Следователь­но, суммарные значения напряжений, обусловленных изменением обоих параметров ротационного режима, по одну сторону от оси вращения должны складываться, по другую — вычитаться, что будет сказываться на амплитудах относительных вертикальных смещений блоков вдоль широтных разломов. В конечном итоге это должно проявляться в виде различного меридианного перекоса зеркал замкнутых водных бассейнов по разные стороны от оси вращения Земли.

Приведем практические примеры. Цель приводимых примеров — ил­люстрация на фактическом материале правомерности изложенных поло­жений, свидетельствующих о влиянии изменения ротационного режима Земли на дискретную деформацию земной поверхности, приводящую к относительному перемещению блоков земной коры, фиксируемому в виде закономерного колебания отметок уровней морей и океанов и, в частности, "перекоса" их поверхностей.

Достаточно наглядным примером закономерных относительных коле­баний блоков земной коры (отражающихся на колебании уровней морей) могут служить результаты уровнемерных наблюдений в районе побережья полярных морей, приведенные А.А. Никоновым [1978] (рис. 5,э). Обра­щает на себя внимание четко выраженная дискретность колебаний и пе­риодичность в изменении скорости колебаний, свидетельствующая об определенных (планетарных) закономерностях.

Вопрос о так называемом "меридиональном перекосе" участков земной поверхности в литературе отнюдь не нов. Он неоднократно отме­чался и обсуждался с несколько иных позиций [Стовас, 1975]. Ограничим­ся приведением лишь одного примера из района Великих Озер на Канад­ском щите (см. рис. 5,6). Анализ результатов повторных нивелировок по четырем парам реперов, расположенных на озерах Верхнее, Гурон, Мичиган, Эри и Онтарио, привел Джильберта [Gilbert, 1896] к выводу о закономерном "перекосе" противоположных берегов озер в северо­восточном направлении со скоростью порядка 10 см на 100 км в сто­летие. Обращает на себя внимание достаточно закономерное направление "перекоса" и наличие в нем широтной компоненты, объясняемой нами влиянием перемещения оси вращения Земли. 82

мм/год



8

.



В

Сх

1 Л-

щ

V

^ vҐ / \ .

- ^ ^ ' \

.5^ ^ г \:

.||

Z

п

-у is л /• >

• У Г •** /

\

и

•\ . ,"*^v. / \ /





? / л / \t

•\

2

••\ / . ^ ^

(Мкм

\

Ч

^



•/ -------z

90



80

75

Рис. 5. Усредненный продольный профиль вертикальных движений вдоль арктическо­го побережья СССР

а — по данным А,А. Никонова [1978] 1 — скорость современных вертикальных движений; 2 — осредненнан кривая современных вертикальных движений и направ­ления "перекосов" уровней Великих озер (б), по материалам Г. Джильберта [1896-1897]

В качестве еще одного примера приведем результаты анализа уровне­мерных наблюдений на берегах Балтийского моря, заимствованных из монографии Н.Б. Буторина [1960]. Методика анализа была принята сле­дующая, выбраны два 10-летних интервала времени, в пределах которых траектория движения географического полюса, построенная по результа­там осреднения за 6-летние периоды, была близка к прямолинейной. Первый интервал с 1908,5 по 1918,5 г., а второй с 1923,5 по 1933,5 г. (см. рис. 2,6). Скорость вращения Земли за эти интервалы времени уменьшалась почти линейно.

Для изучения закона колебания морских берегов относительно уро-венной поверхности использовались среднегодовые отметки уровня

83

Рис. 6. Разность отклонений отметок от средних уровней на уровнемерных пунктах Балтийского моря за десятилетние интервалы

э - с 1908,5 по 1918,5 г.; б - с 1923,5 по 1933,5 г. (составили А.Г. Бондарчук и Г.М. Стовас) . Значения разностей даны в см. 1 — линия и направление перекоса; 2 — аномалии уровня

моря в различных точках на побережье, осредненные, как и координаты полюса, по 6-летним периодам. По осредненным значениям отметок на уровнемерных пунктах вычислялся средний уровень моря в начале интер­вала исследований и отклонения от него в каждом пункте наблюдений. Затем эта операция повторялась для конца интервала. В итоге получа­лась разность между отклонениями от средних уровней в конце и нача­ле исследуемого интервала времени для каждого уровнемерного пункта (А). Результаты таких вычислений приведены на рис. 6.

Поле полученных числовых значений А не должно зависеть от коле­бания средних уровней моря и характеризует дифференциальные пе­ремещения отдельных блоков земной коры, участвующих в формирова­нии морского бассейна. Обращает на себя внимание следующее.

1. Для обоих интервалов времени наблюдается систематическое распре­деление участков с положительными и отрицательными значениями А, свидетельствующее о "перекосах" Балтийского моря во времени. Средний угол перекоса можетбытьопределен по числовым значениям по отноше­нию к условной нулевой линии (см. рис. 6). Наличие нерегулярных зна­чений А свидетельствует о том, что наряду с общим перекосом бассейна происходят дифференциальные движения отдельных блоков, возможно, другой природы.

2. Из сравнения направлений "перекосов" в различные интервалы времени (см. рис. 6,а, б) следует, что они в значительной мере отличаются один от другого. Причем постоянно присутствует меридиональная компо­нента, объясняемая совокупным влиянием замедления вращения Земли и перемещения ее оси. Отклонения направления перекоса от меридиональ­ного вполне объясняются влиянием перемещения оси вращения Земли.

В заключение следует подчеркнуть, что приведенные примеры не могут претендовать на доказательство развиваемых в статье положений. Они только свидетельствуют о принципиальной их возможности. Для изучения влияния изменения ротационного режима Земли на колебание 84

уровней морей и океанов и выяснения конкретных закономерностей этого влияния необходимы специальные целенаправленные исследова­ния этой проблемы. По-видимому, удобнее начать их с наиболее просто­го случая - внутренних морей.

ЛИТЕРАТУРА

Бурлацкая С. П., Начасова И.В. Археомагнитные определения элементов геомагнит­ного поля, (мировые данные) /Под ред. Г.Н. Петровой. М.: 1977.

Буторин Н.В. Вековые изменения среднего уровня Атлантического океана и их связь с циркуляцией атмосферы. М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1960.

Движение полюса Земли с 1890,0 по 1969,0 (авт.: Е.П. Федоров, А.А. Корсунь, С.П. Майор, Н.Н. Панченко, В.К. Тарадий, Я.С. Яцкив) . Киев: Наук, думка, 1972.

Корсунь А.А., Сидоренко И.С. К анализу неравномерности вращения Земли в 1956— 1973 гг. — В кн.: Астрономия и астрофизика, Киев: Наук, думка, 1974, вып. 24.

Муди Дж., Хилп М. Сдвиговая тектоника. — В кн.: Вопросы современной зарубеж­ной тектоники. М.: ИЛ, 1960.

Никонов А.А. Вертикальные движения побережий полярных морей. - Природа, 1978, №6.

Палеомагнитные направления и палеомагнитные полюса. Л.: ВНИГРИ, 1971.

Стовас М.В. Избранные труды. М.: Недра, 1975. Ч. 1.

Тяпкин К.Ф. Новая ротационная гипотеза формирования тектонических структур в земной коре. - Геол. журн. АН УССР, 1974, № 4, с. 3-16.

Хизаношвили Г.Д. Динамика земной оси вращения и уровней океанов. Тбилиси: Цодна, 1960.

Цареградский В.А. К вопросу о деформациях земной коры. — В кн.: Проблемы планетарной геологии. М.: Госгеолтехиздат, 1963.

Brouwer D.A. How long is a second? — Yale sci. Mag., 1954, 28, 4.

Gilbert O.K. Recent earth movement, in the Great La Kes region. — US Geol. Surv. 18th, Ann. Rept., 1896, pt. 2.

Stoyko A. Le Mouvement du Pole Instante: La variation des Latitudes et des Longitudes. Vistas in Astronomy. N.Y., 1972.

УДК 525.35.551.417

Я. С. СИДОРЕНКОВ

НЕПРАВИЛЬНОСТИ ВРАЩЕНИЯ ЗЕМЛИ КАК ВОЗМОЖНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ГЛОБАЛЬНОГО ВОДООБМЕНА

Вектор мгновенной угловой скорости вращения Земли можно разложить на три компоненты: одну вдоль средней оси вращения и две другие — в экваториальной плоскости. Первая составляющая характеризует продол­жительность суток, а ее изменения — неравномерность вращения Земли. Две другие определяют координаты мгновенного полюса. Цель настоящей статьи — обратить внимание на то, что межгодовые изменения скорости вращения Земли и движения полюсов, по-видимому, отражают явление перераспределения влаги между Мировым океаном и ледниковыми пок­ровами Антарктиды и Гренландии и могут испльзоваться в качестве показателей изменения уровня Мирового океана и состояния этих ледни­ковых покровов.

Нерегулярные флуктуации скорости вращения Земли были замечены в конце прошлого столетия при обработке наблюдений движений Луны и других тел Солнечной системы. В XX столетии их существование было доказано окончательно [Манк, Макдональд, 1964]. С 1955 г. они регистри­руются принципиально новым методом, который обеспечивает очень

85

Рис. 1. Изменения скорости вращения Земли за последние 300 лет

7 — данные неточные, 2 — данные по большому числу наблюдений

высокую точность (до tS-.KT11) [Сидоренков, 1975]. Изменения ско­рости вращения Земли за последние 300 лет иллюстрирует рис. 1. По оси ординат отложены относительные уклонения .угловой скорости ^3 в еди­ницах девятого знака (слева) и соответствующие им уклонения длитель­ности суток 5 Пмс (см. рис. 1). Отчетливо видны сложные нерегуляр­ные изменения скорости вращения Земли с характерными временами порядка нескольких лет. Быстро Земля вращалась около 1870 г., а мед­ленно - около 1903 г. С 1903 до 1935 г. происходило ускорение вра­щения Земли. С 1935 г. по настоящее время отмечается замедление враще­ния, иногда сменяемое периодами небольшого ускорения. Последние происходили в 1948-1953, 1958-1960 и 1973-1975 гг.

Одним из первых явлений, которым пытались объяснить нерегулярные изменения скорости вращения Земли, были колебания уровня Мирового океана и таяние полярных льдов [Манк, Макдональд, 1964]. Однако ко­личественные оценки, сделанные еще в прошлом столетии знаменитым английским физиком В. Томсоном [Thomson, 1882], показали, что для объяснения нерегулярных изменений скорости вращения Земли требуют­ся неправдоподобно большие приращения уровня Мирового океана. Поэтому с тех пор укоренилось мнение, что перераспределение влаги не может вызвать наблюдаемые флуктуации скорости вращения Земли.

Недавно нами выполнена большая работа по исследованию роли атмо­сферы в возбуждении межгодовых изменений скорости вращения Земли, где показано, что межгодовъ:е изменения скорости обусловлены потоком небольших порций иногда положительного, а иногда отрицательного мо­мента импульса, текущим от атмосферы к Земле через приземный слой [Сидоренков, 1979]. Наиболее вероятным поставщиком этих порций момента импульса в атмосферу служит водяной пар, т.е. получается, что межгодовые изменения скорости вращения Земли в итоге обусловлены перераспределением влаги между Мировым океаном и ледниковыми покровами прежде всего Антарктиды и Гренландии (роль остальных ледников сравнительно мала из-за их небольшой площади).

При перераспределении влаги меняются компоненты тензора инерции Земли, что вызывает неправильности вращения Земли. Безразмерные 86

составляющие v угловой скорости описываются в этом случае следую щим образом: 1 dv2

+ v, = - ---------------J J

dt 2iC-A) у

sin20cosXdS;
dt

=- d -*) -

2(C-A) S

(1) (2) (3)

Здесь о0— круговая частота движения полюса с периодом Чандлера (1,18 г.); t - время, С и А - полярный и экваториальный моменты инерции Земли; /?0 - радиус Земли; S - площадь всей Земли; dS = = RO s'mddedX; в - дополнение широты до 90°; X - долгота; k = = - 0,3 - коэффициент, учитывающий деформации Земли от нагрузки; f = f (0,Х, г) - приращение удельной (т.е. приходящейся на единицу площади) массы влаги (воды или льда).

Выражения (1)-(3) позволяют вычислить координаты полюса^ и v2 и уклонения скорости вращения Земли УЗ по полю приращений удель­ной массы влаги Ј (0,Х) в фиксированный момент времени t. К сожале­нию, глобальных наблюдений за изменением поля f (0, X) нет. Поэтому нет возможности прямо вычислить эффект перераспределения влаги на вращение Земли, и мы ограничимся рассмотрением упрощенной модели перераспределения влаги между Мировым океаном и ледниковыми пок­ровами Антарктиды и Гренландии. Влиянием других горных ледников и грунтовых вод будем пренебрегать.

Поскольку нас интересуют изменения вращения Земли и поля $ (в) с характерными временами порядка десятилетий, то в уравнениях (1) и (2) членами, содержащими производные, можно пренебречь.

Пусть в результате таяния ледниковых покровов удельные массы льда уменьшаются в среднем по всей Антарктиде на f A; а по Гренландии на f г. Тогда освободившаяся влага перейдет в Мировой океан и его уровень повысится на величину fo- которая приблизительно совпадает с прира­щением удельной массы влаги fo (и^о fo = Ро^о'гдеплотность Ро ~ = 1г/см3):

{•„ = ^A+Sr^ (4)

Здесь SQ, S^ и Sr - соответственно площади Мирового океана и леднико­вых покровов Антарктиды и Гренландии. Заметим, что 5А примерно в 7 раз больше 5Г.

При такой модели глобального перераспределения влаги интегралы в правых частях уравнений (1)-(3) представляются в виде линейных много­членов

гдеО^, оГи О/*— постоянные, a fA, f r и f o — переменные во времени величины; индекс / принимает значения 1, 2 и 3. С учетом выражения (4) уравнения (5) можно упростить, определяя компоненты у, либо через

87

состояние ледниковых покровов

(6)

либо через уровень Мирового океана (в случае

(7)

Величины констант А.-, Г,- и О,- вычислены нами и приводятся в единицах

ю-10.

о/

135,8

-294,1

-8,0

А/ 1,27 7,72 0,32

Г,

-7,42 5,60 0,04

(A + D,--6,15 13,3 0,36

Выражения (6) и (7) показывают, что при фиксированном месте суши, с которой происходит обмен влагой, координаты полюса i>l и v2 связаны линейной зависимостью с величиной приращения удельной массы льда в в этом месте воды f ов Мировом океане.

Иначе говоря, каждой территории соответствует свой меридиан, вдоль которого должен смещаться средний полюс вращения Земли при пере­распределении влаги между Мировым океаном и этой территорией. Распо­ложение меридианов, вдоль которых должен смещаться средний северный полюс вращения Земли, иллюстрирует рис. 2. На нем стрелками указаны направления смещений полюса при накоплении влаги в рассматриваемом месте суши. Например, при накоплении льда в Антарктиде полюс должен смещаться к экватору вдоль меридиана 81° в. д., а на всей суше в целом — вдоль 237 в. д. При таянии льда полюс должен смещаться в противопо­ложном направлении, и меридианами окажутся для Антарктиды 261°в.д., а для суши в целом 57 в.д.

По данным астрономических наблюдений [Федоров и др., 1972], средний полюс вращения Земли двигался с 1903 по 1975 г. так, как по­казано ломаной кривой на рис. 2. В среднем полюс смещался со ско­ростью около 10 см/год вдоль меридиана 285° в.д., что близко к траекто­рии, которая должна наблюдаться при одновременном таянии льда в Антарктиде и Гренландии. Этот факт подтверждает мнения гляциологов о том, что в последние десятилетия отмечается сокращение запасов льда в Гренландии и Антарктиде [Котляков, 1968; Lliboutry, 1965]. Наблю­даемой скорости смещения полюса в 10 см/год должно соответствовать таяние ледниковых покровов Антарктиды и Гренландии со скоростью ^А + Г ~ 10 г/см2 -год. Анализ извилистого характера движения полюса могбы многое рассказать об изменчивости глобального перераспределе­ния влаги в XX столетии. Однако точность определения векового движе­ния полюса столь низка, что многие астрономы вообще отрицают его реальность [Яцкив и др., 1976] .

Как следует из выражения (6), изменение состояния ледникового покрова Антарктиды должно быть тесно связано с межгодовыми вариа­циями скорости вращения Земли, ибо вклад льда Антрактиды в 8 раз превышает вклад льда Гренландии. Пренебрегая последним, имеем

(8)

Кривая изменения удельного количества льда в Антарктиде за последние 300 лет, вычисленная по формуле (8) , представлена на рис. 3. Предпола­гается, что плотность льда равна не 0,92 г/см3, а 1 г/см3, так что 1 м эк­вивалентен 100 г/см3.

88

180 Е

A+f

Z70°E

Рис. 2. Направления смещений среднего северного полюса вращения Земли при на­коплении влаги: в Антарктиде (А), Гренландии (Л , Антарктиде и Гренландии одновременно (А + Г), на континенте (К). Ломаной кривой дано наблюдаемое веко­вое движение полюса

По рис. 3 видно, что толщина ледникового покрова в Антарктиде должна была уменьшиться с 1870 по 1903 г. более чем на 25 м, а затем увеличиться к 1935 г. на 15 м. С 1935 г. по настоящее время толщина ледникового покрова должна была уменьшиться.

К настоящему времени антарктическими экспедициями ряда стран собран некоторый фактический материал о приходной части бюджета лед­никового покрова — накопление снега в Антарктиде, который обобщен в монографии В.Н. Петрова [1975]. Он обработал ежегодные величины накопления снега по девяти станциям. Три из них (Амундсен-Скотт, Литл-Америка и Уилкс) имеют ряды с 1880 г. Остальные станции вклю­чались в работу в XX столетии.

Скорость накопления снега в Антарктиде оказалась весьма различной. На внутриконтинентальных станциях средние по десятилетиям величины накопления снега, выраженные через одный эквивалент, колеблются от 6 до 10 г/см2 -год, а на прибрежных станциях — от 20 до 40 г/см2 -год. В.Н. Петров вычислил для каждой из этих станций величины аномалий скорости накопления снега по скользящим десятилетиям. На основании осреднения данных этих девяти станций им получен график хода сколь­зящих десятилетних аномалий скорости накопления снега в Антарктиде с 1885 до 1953 г., который мы воспроизводим на рис. 4. По оси ординат отложены величины аномалий (относительных отклонений скорости на­копления снега от нормы, за которую принимается средняя за весь период наблюдений величина) в процентах. Кривая 1 получена путем осреднения величин скорости по всем станциям без введения весов, а кривая 2 с при­менением весовых коэффициентов, пропорциональных площади, пред­ставляемой той или другой станцией. График показывает, что в конце

89

60

40

20

О

-го

-40

м

-1В

-12,

- 8

Ч 8 12

1700

1900

2000

Рис. 3. Изменения некоторых характеристик глобального перераспределения влаги

7 — теоретическая кривая удельных масс льда в Антарктиде или воды в Мировом океане; 2 — наблюдаемое колебание уровня Мирового океана; 3 — наблюдаемое накопление снега в Антарктиде

Рис. 4. Ход скользящих десятилетних аномалий скорости накопления снега в Антарк­тиде, по данным Петрова [1975]

7 — по данным простого осреднения; 2 — по данным вычислений с применением вековых коэффициентов

-

XIX в. скорость накопления снега была ниже нормы, с начала XX в. и до конца 30-х годов — выше нормы, а в 40—50-е годы скорость накопления снега вновь понизилась. Этот ход хорошо согласуется с колебаниями ускорения вращения Земли. Для сравнения с кривой 7 на рис. 3 тербует-ся интегральная кривая накопления снега в Антарктиде. Поэтому мы произвели дополнительные вычисления. По кривой 2 на рис. 4 были оп­ределены величины аномалий для каждого года. Из каждой полученной величины вычиталось 3% (т.е. считалось, что расход льда на 3% превышает его накопление). Затем проценты переводились в абсолютные величины (за 100% принималась средняя скорость накопления снега в Антарктиде, которая, по тем же данным, равна 15 г/см2 -год) и вычислялись интег­ральные величины накопления снега, принимая, что в начальный момент (1884г.) оно равно нулю.

Полученная кривая накопления льда в Антарктиде с 1885 по 1950 г. приведена на рис. 3 (кривая 3). Ось ординат для нее находится в центре рисунка в сантиметрах (1 см эквивалентен 1 г/см2). Сравнение кривой 3 с кривой 7 обнаруживает удивительное качественное согласие. Лишь в конце 40-х годов толщина льда уменьшается быстрее, чем это видно по кривой 7. Но, как показывает анализ исходных материалов, приведенных в цитируемой монографии, это вызвано подключением в последние деся­тилетия станций Лазарев и Модхейм, которые дают очень большое по сравнению с другими станциями уменьшение скорости накопления снега в 40-е годы. Нельзя забывать и об искажениях, которые могли внести неучтенные здесь Гренландия и воды суши.

Количественное сравнение величин, представленных кривыми 3 и 7, показывает, что наблюденные характеристики накопления льда в Антарк­тиде в несколько десятков раз меньше теоретических.

Изменения удельной массы воды в Мировом океане также должны быть тесно связаны с межгодовыми вариациями скорости вращения Земли, ибо из уравнения (7) имеем

$о="з/0з. О)

Ход вычисленных по формуле (9) величин удельного количества воды в Мировом океане приведен на рис. 3 (кривая 7).

Видно, что удельная масса воды в Мировом океане должна была уве­личиться с 1870 по 1903 г. примерно на 100 г/см2, а затем уменьшиться к 1935 г. на 60 г/см2. С 1935 г. и до настоящего времени она должна была возрастать. Лишь в периоды с 1950 по 1954 г., с 1958 по 1961 г. и с 1972 по 1975 гг. должны были наблюдаться кратковременные уменьшения величины Јо-

К сожалению, удельная масса воды в Мировом океане не измеряется. Косвенным показателем колебания водной массы Мирового океана может служить его уровень. Изменение количества воды в 1 г/см2 экви­валентно приращению уровня на 1 см. В последние годы опубликовано несколько работ, в которых приводятся кривые колебаний уровня Миро­вого океана в XX столетии [Уровень, берега и дно океана, 1978]. Одну из них мы воспроизвели на рис. 3 (кривая 2). Заметим, что эта кривая получена путем простого осреднения измерений 72 уровнемерных постов, расположенных вдоль различных берегов Мирового океана.

По рис. 3 видно, что с 1900 по 1930 г. уровень Мирового океана колеб­лется в пределах от 8 до 12 см. За этот промежуток времени уровень если и понижался, то не более чем на 3 см, вместо необходимого для объяснения ускорения вращения Земли 60 см (предполагается, что плот-

91

ность воды и емкость океана неизменны). После 1930 г. уровень Мирово­го океана повышался. В 1958 г. он составил 19 см, т.е. стал на 8 см выше, чем в 1930 г. Неравномерность вращения указывает на повышение уровня лишь с 1935 г. на величину около 20 см. Интересно отметить, что после 1949 и 1958 гг. наблюдения показывают, как и требуется по расчетам, понижение уровня.

Таким образом, ко'Лебания уровня Мирового океана в последние деся­тилетия качественно согласуются с изменениями уровня, требуемыми для объяснения неравномерности вращения Земли. Правда, отмеченное согласие значительно хуже, чем то, которое было пр рассмотрении накопле­ния льда в Антарктиде. Это и понятно, ибо уровень моря неоднозначно связан с величиной удельной массы воды в столбе. Он в значительной сте­пени зависит от температуры и солености воды. Например, при неизменной величине удельной массы воды увеличение средней температуры столба во­ды толщиной 4 км на 1° может повысить уровень за счет объемного расши­рения на 0,5 м.

Количественная оценка эффекта перераспределения влаги на вращение Земли как в случае накопления льда, так и в случае колебаний уровня Мирового океана указывает на то, что наблюдаемое перераспределение влаги в несколько десятков раз меньше теоретического. Возможно, что это разногласие возникает из-за несоответствия фактических и принятых в теории свойств Земли. При построении теории считалось, что Земля вращается как единое целое, и поэтому использовались ее планетарные моменты инерции С и А. При короткопериодических воздействиях (1 год) подкоровое вещество Земли вполне удовлетворяет этому предположению. В случае перераспределения влаги воздействия сил одного знака могут длиться в течение десятилетий. Не исключено, что при столь длительных воздействиях сил подкоровое вещество Земли ведет себя не как твердое тело, а течет подобно вязкой жидкости. Тогда влияние перераспределения влаги распространяется не на всю Землю, а лишь на ее самый верхний слой, лежащий, по-видимому, на астеносфере, и в теории необходимо использовать моменты инерции лишь этого верхнего слоя Земли. Они в несколько десятков раз меньше величин С и А, используемых в уравне­ниях (1) —(3). Следовательно, все приведенные по формулам (8) и (9) оценки удельных масс льда в Антарктиде и воды в Мировом океане долж­ны быть уменьшены в несколько десятков раз. Тогда между наблюдения­ми и теорией будет не только качественное, но, вероятно, и количествен­ное согласие.

Резюмируя, можно заключить, что в любом случае межгодовые из­менения скорости вращения Земли и точно определенное вековое движе­ние полюса могут служить в качестве интегральной характеристики гло­бального перераспределения влаги между Мировым океаном и континен­тами (прежде всего ледниковыми покровами Антарктиды и Гренлан­дии) . При этом средний полюс указывает место таяния или накопления льда, а изменение скорости вращения Земли характеризует с количествен­ной стороны вариации толщины ледниковых покровов или колебаний массы воды в Мировой океане.

ЛИТЕРАТУРА

Котляков В.М. Смежный покров Земли и ледники. Л.: Гидрометеоиздат, 1968. Манк У., Макдональд Г. Вращение Земли. М., Мир: 1964.

Петров В.Н. Атмосферное питание ледникового покрова Антарктиды. Л.: Гидро­метеоиздат, 1975. 92

Сидоренков Н.С. Неравномерность вращения Земли по данным астрономических наблюдений. — Астрон. журн., 1975, т. 52, вып. 5.

Сидоренков Н.С. Исследования роли атмосферы в возбуждении многолетних изме­нений скорости вращения Земли. — Астрон. журн., 1979, т. 56, вып. 1.

Уровень, берега и дно океана. М.: Наука, 1978.

Федоров Е.П., Корсунь А.А., Майор С.П., и др. Движения полюса Земли с 1890.0 по 1960.0 Киев: Наук, думка, 1972.

Яцкив И.С., Миронов Н.Т., Корсунь А.А., Тарадий В.К. Движение полюсов и нерав­номерность вращения Земли: (Итоги науки и техники). — Астрономия, 1976, т. 12,ч. II.

Lliboutry L. Traite de glaciologie. Vol. 11, masson. P., 1965.

Thomson sir W. Collected works. Cambridge, 1882, vol. III.

УДК 551.461.24

C.B. ПОБЕДОНОСЦЕВ

ВЕРТИКАЛЬНЫЕ ДВИЖЕНИЯ ПОБЕРЕЖИЙ МОРЕЙ ЕВРОПЕЙСКОЙ ЧАСТИ СССР

Положение уровня моря измеряется относительно нуля поста, который "привязан" к реперу и не меняется в течение всего времени существова­ния уровенного поста.

Вертикальные движения земли (побережья) изменяют высоту репера. Движение репера и вместе с ним нуля поста (привязанного к нему) изменяет высотное положение измеряемого уровня. Происходят кажу­щиеся длиннопериодные изменения уровня в направлении, обратном из­менению уровня.

Используя синхронные изменения среднего годового уровня, которые наблюдаются на большой части моря, можно вычислить его расчетные величины, содержащие "истинные" колебания его среднего годового значения, т.е. уровень, не связанный с вертикальными движениями по­бережья в месте расположения уровенного поста (пункта).

Разность между наблюденными значениями уровня в исследуемом пункте и его расчетными значениями за каждый год представляет годо­вые величины вертикальных смещений репера (побережья) в этом пункте.

Последовательный (хронологический) ход годовых величин верти­кальных смещений позволяет определить скорость, направление и харак­тер изменения вертикальных движений репера, к которому привязаны наблюдения за уровнем моря [Победоносцев, 1972,1973].
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   16


Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации