Особенности суточного вращения земли тема автореферата и диссертации по астрономии, 01.03.03 ВАК РФ

РГ6 од

1 О АР Г 1С?? тт

\ /. Ь! На правах рукопнсп

УДК 521.93

Киселёв Валерий Михайлович

ОСОБЕННОСТИ СУТОЧНОГО ВРАЩЕНИЯ ЗЕМЛИ

.03.03 - гелиофизика и физика солнечной системы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

ИРКУТСК - 1996

Работа зыиолпсиа и Научно-исследовательском фпзико-техническо; институте Красноярского государственного университета

Официальные оппоненты:

Доктор физико-математических наук В.В. БЕЛЕЦКИЙ Доктор физико-математических наук Г.В. КУКЛИН Доктор геолого-минералогических наук К.Г. ЛЕВИ

Ведущая организация:

Главная астрономическая обсерватория РАН (Пулково)

Защита диссертации состоится " " 1996 г. в ч;

сов на заседании Специализированного Совета Д.003.'24.01 по защ! те диссертаций на соискание ученой степени доктора фнзико-мат< матпческнх наук в Институте солнечно-земной физики СО РАН г адресу: 664033 Иркутск, ул.Лермонтова, 126

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИСЗФ СО РАЬ

Автореферат разослан " " и 1996 г.

Ученый секретарь Специализированного Совета, кандидат физико-математических наук

А.И.Галкг

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Особенности суточного вращения емлн непосредственно выявляются из анализа современных и про-[лых астрономических наблюдений, что позволяет отнести враще-ие Земли к одной из проблем астрономии. Однако по своей сути ращение Земли - это очень сложное геофизическое явление, описа-ие которого возможно только в рамках комплекса различных наук Земле.

Сложность этого явления заключается в том, что вариации про-элжнтельпости земных суток 5Р (6Р — Р—86400 с) содержат почти Лфсриьиый набор компонент с характерными временами от суток э сотен миллионов лет. Возможные причины происхождения раз-ичных особенностей во вращении Земли - это почти весь спектр щогенных и экзогенных геофизических процессов, гравитационное заимоденствне Земли с Луной и Солнцем, а также взаимодействие волновым и корпускулярным излучением Солнца. Все это, есте-гвенно, не может не вызывать повышенного интереса к изменениям э вращении Земли как к интегральному отклику на те физические роцессы, которые протекают внутри и вне нашей планеты. С дру-ш стороны, изучение особенностей во вращении Земли важны для □строения фундаментальных систем координат, требования к ко-орым со стороны практической геодезии и спутниковой навигации последние годы неизмеримо возросли. Это дает полное основание редположнть, что изучение вращения Земли как эксперименталь-ымп, так и теоретическими методами всегда будет актуальной за-ачей астрономии и геофизики.

Имеется три вида данных о суточном вращении Земли. Во-ервых, это инструментальные (или телескопические) наблюдения, оторые позволяют с разной степенью подробности проследить пз-енения продолжительности земных суток 6Р от года к году прн-ерно с середины XVII в., а для последних 30-40 лет удается даже ычислпть вариации 6Р ото дня ко дню. Во-вторых, это данные ревних астрономических наблюдений солнечных н'лунных затме-ин за последние две с половиной тысячи лет, а также -покрытий везд Луной, на основании которых вычислены вековые изменения

продолжительности земных суток. Наконец, в-третьих, это данны о продолжительности года и синодического месяца в reonorii4eci<oi прошлом, полученные из анализа ритмов роста датированных скеле тов древних кораллов, моллюсков и строматолитов. Весь этот эмпп рический материал о суточном вращении, а также временные ряд! различных характеристик солнечной активности, современные гес динамические данные и некоторые модельные представления был использованы в настоящей работе для того, чтобы дать геофизнче скую интерпретацию основным особенностям суточного вращения истории Земли.

Наблюдаемые изменения скорости суточного вращения Земли удобно разделить на короткоиериодиые (с характерными времеш мн короче одного года), вариации SP от года к году с характернь ми временами до 102 лет, вековые вариации и, наконец, изменен« суточного вращения в геологическом масштабе времени. Имени в такой классификации и последовательности они и рассмотрены диссертации, и в каждом диапазоне спектра изменений SP авторо выполнены определенные исследования. Однако основное вниманг в работе уделено анализу и интерпретации нерегулярных флукту; цнй продолжительности земных суток от года к году и изменения скорости суточного вращения в геологическом прошлом, поскольТ' именно в этих особенностях наиболее успешно удается разделит вклад эндогенных и экзогенных факторов, обусловливающих нзм нения в режиме суточного вращения Земли.

Основными задачами исследований, выполненных в рамкг настоящей диссертационной работы, явились: •

1. Систематизация теоретических и экспериментальных даннь об изменениях суточного вращения Земли в диапазоне характернь времен от суток до 109 лет.

2. Изучение связи вариаций суточного вращения Земли с разлн нымн характеристиками солнечной активности (числами Вольф скоростью солнечного ветра и секторной структурой межпланетн го магнитного поля).

3. Выяснение возможной природы происхождения вековых и и регулярных флуктуаций продолжительности земных суток от го.

году.

4. Изучение особенностей суточного вращения Земли и орби-алыгого движения Луны в фанерозое л связи этих особенностей с юдннамическими процессами.

5. Расчет приливной эволюции системы Земля-Луна до 4 млрд. зт в прошлое с учетом изменявшихся геодинамическпх условий.

Значительная часть исследовании, выполненных в настоящей ра-^те, имеет интерпретационную направленность, когда временные яды астрономических, солнечных, геофизических и других данных пользовались для того, чтобы получить статистически обоснован-ые доказательства связи суточного вращения Земли с теми пли :1ыми процессами внутрнземного или внеземного происхождения, еоретнческне расчеты выполнены при изучении резонансного потения электромагнитно связанной системы ядро-мантия и при ана-1зе эволюции системы Земля-Луна в фанерозое и до 4 млрд. лет в эошлое.

При статистических исследованиях использовалась модель ста-юнарного случайного процесса и соответствующие известные ме-шы обработки данных. Для изучения спектрального состава вре-гнных рядов был выбран метод максимальной энтропии, поскольку шходплось иметь дело с короткими реализациями случайных пропсов. Отличительная особенность настоящей работы состоит в >м, что для установления статистической связи между суточным >ащеннем Земли и другими явлениями результаты спектрального галпза использовались в качестве вспомогательных, а не основных, 1К это делают многие исследователи. Во всех случаях считалось, го такая связь имеет место только в том случае, если временные [ды коррелируют в достаточно широкой полосе частот. Узкополос-ш фильтрация исходных данных в настоящей работе не использо-|,лась.

На защиту выносят.ся следующие положения:

1. Статистически обоснованные доказательства солнечной обу-:овленностп определенной части нерегулярных вариаций скорости точного вращения Земли.

2. Резонансная модель колебаний электромагнитно связанной си-

стемы ядро-мантия.

3. Доказательства связи особенностей суточного вращения Зе^ ли в фанерозое с основными геодинамическнмп событиями этого пс риода.

4. Результаты исследований суточного вращения Земли и ор битального движения Луны в фанерозое в рамках модели запазды вающего статического прилива с учетом наклона лунной орбиты земному экватору и солнечных приливов.

5. Расчеты характеристик системы Земля-Луна до 4 млрд. ле в прошлое в рамках модели Макдональда-Голдрайха. с учетом во: можных изменений диссппатнвных свойств Земли и ее полярног момента инерции.

Научная новизна работы:

1. Получены статистически обоснованные доказательства связ вариаций скорости суточного вращения Земли с низкочастотным изменениями относительных чисел солнечных пятен, с изменениям скорости солнечного ветра и с изменениями секторной структур] межпланетного магнитного поля.

2. Показано, что вековой ход солнечной активности вносит зе метный вклад в вековые изменения продолжительности земных с} ток.

3. Получено, что современное отношение лунного и солтгечног приливных моментов равно 8, что заметно больше того значешп которое следует из теории статических приливов.

4. Предложены способы вычислении приливного дисснпативнс го фактора Земли и изменений ее полярного момента инерции п палеонтологическим данным о продолжительности года н спноднче ского месяца.

5. Показано, что среднефанерозойская скорость уменьшения пс лярного момента инерции, вычисленная по вращениям Земли и Л} ны, хорошо согласуется с предложенной О.Г.Сорохтиным и С.А.Уш ковым геодинамнческой моделью роста земного ядра.

6. В результате численного интегрирования приливных уравш ний получено, что время эволюции системы Земля-Луна становнтс больше 4 млрд.лет, если приливной дпссипативный фактор Земли

6

1

оздие.м архее-протерозое был в среднем порядка 102, в раннем архее ыл больше 13,4.

Достоверность результатов статистических сопоставлений азлнчных процессов базируется на использовании достаточно пред-та.вмтсчп.иых выборок данных н на. высоких значениях кочффицн-нтов корреляции. Во всех представленных случаях коэффициенты орреляцнн таковы, что с надежностью вывода, большей 0,999, мож-:о отвергнуть гипотезу о некоррелируемости рассмотренных провесов. Достоверность результатов спектрального анализа ив ме-•оду максимальной энуропнп подтверждена модельными расчетами : вычислениями спектров хорошо известных рядов геофизических и олнечных данных. Наличие высокой корреляции между определений частью нерегулярных флуктуации скорости суточного вращения (емли и характеристиками солнечной активности подтверждается ^следованиями других авторов, а также физическими предпосылками для реализации такой корреляции. Из-за сложности солнечно-емных связей пока не приходится говорить о физических моделях.

Достоверность результатов исследования эмпирических данных о вращениях Земли п Луны в геологическом прошлом п расчетов приливной эволюции системы Земля-Луна подтверждается, во-[ервых, количественными оценками возможных вкладов различных еодпнамнчеекпх процессов в изменения суточного вращения Земли, ю-вторых, согласованностью теоретических расчетов с эмпириче-кпмн данными п, наконец, с выводами, которые следуют из модели лобальной эволюции нашей планеты.

Научная ценность состоит в том, что впервые в отечествен-юн научной литературе выполнен подробный анализ особенностей уточного вращения Земли в диапазоне характерных времен от суток до миллиардов лет.

Практическая ценность работы заключается в том, что вы-юлненные исследования являются важным вкладом в решение проблемы неравномерности суточного вращения Земли и приливной эво-I ЮПИ и систем i.i Земля-Лупа. Обоснованная в диссертации солнечная збусловленность части вариаций суточного вращения Земли служит убедительным доказательством того, что один из вариантов реалн-

зацни солнечно-земных связен имеет схему: солнечная активность магнитосфорныс процессы - атмосферные процессы - вращение 'Зем ли. Эта схема и полученные в настоящей работе численные оценк: солнечнообусловлелных вариаций продолжительности земных су то должны бы гь положены н основу разработки физических моделей.

Результаты исследований вращений Земли и Луны в геологнчс ском прошлом важны, в первую очередь, для создания адекватно данным наук о Земле и космогонии модели эволюции системы Зeмл^ Луна, а также как некоторый набор априорной информации для пс строения геодинамических моделей. В диссертации показано, чт основательно забытый метод П.Голдрайха численного ннтегрнровг нпя приливных уравнений вместе с моделью приливного взаимоде1 ствия, разработанной Г.Макдональдом, имеет хорошие перспектив] для решения проблемы эволюции системы Земля-Луна.

Представленные в диссертации результаты, в первую очередь к; сающнеся солнечной обусловленности нерегулярностей земного вр; щения, принимались во внимание в исследованиях других авторо Наиболее часто цитируется монография автора "Неравномерное! суточного вращения Земли".

Материалы диссертационной работы используются в учебнь; курсах, читаемых в Красноярском государственном университете.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Ди сертация изложена на 222 страницах, иллюстрирована 58 рпсунк; ми. Список литературы содержит 230 наименований.

Апробация работы

Результаты, изложенные в диссертации, докладывались на Сш позиуме КАПГ по солнечно-земной физике (Тбилиси, 1976), на Ме> дународном Симпозиуме по физике геомагнитосферы (Иркутск, 197 на Симпозиуме КАПГ по солнечно-земной физике (Ашхабад, 197£ на Всесоюзном семинаре "Прогнозирование состояния магнитосф ры" (Иркутск, 1980), на 1-ой Орловской международной конфере цип "Изучение Земли как планеты методами астрономии, геофпии и геодезии" (Киев, 1980), на Всесоюзном семинаре "Долгосрочш прогнозирование гидрометеорологических условии" (Новосибнрс

9R5), па 2-ой Орловской конференции "Изучении Земли как пла-еты методами геофизики, геодезии и астрономии" (Полтава, 1986), а Региональном семинаре "Российский Фонд Фундаментальных Ис-недованпй в Сибирском регионе" (Иркутск, 1995).

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследований, да-а общая характеристика особенностей вращения Земли. Эти осо-енности состоят в том, что, во-первых, ось вращения не сохраняет воего положения в пространстве, во-вторых, ось вращения не сохра-яет своего положения относительно тела Земли и, наконец, угловая корость вращения Земли относительно мгновенной осп переменна, [еравномерность суточного вращения Земли и явилась предметом сследований в настоящей работе. Принципиальное отличие разви-аемого в диссертационной работе подхода к анализу и ннтерпрета-нп данных о вращении Земли от методов, которые использовались используются другими авторами, состоит в следующем:

- не имеет особого смысла искать причинно-следственные связи [ежду суточным вращением Земли и другими явлениями (как вну-риземного, так и внеземного происхождения) в узких полосах спек-ра, поскольку соответствующей фильтрацией из сложной времен-ой зависимости 6P{t) всегда можно выделить гармонику нужной астоты;

- в нерегулярных флуктуацнях 8Р в последние три столетия прп-утствуют две компоненты одного порядка величины: одна из них вязана с магнптогидродинампческимп колебаниями крутильного ти-:а в земном ядре, другая имеет внеземное происхождение;

- имеется связь между изменениями солнечной активности,.выраженной теми или иными характеристиками, и той частью вариаций Р, что не связана с процессами в земном ядре, причем эта связь юсит сугубо статистический характер.

Во введении сформулированы задачи исследования, отмечена на-■чная новизна работы и представлены основные результаты, выно-нмые на защиту.

Первая глава (ВРАЩЕНИЕ ЗЕМЛИ И ДВИЖЕНИЕ ПОЛЮ-JOB) носит обзорный характер. В ней вначале кратко изложена

теория вращения Земли [3,2], затем довольно подробно проаналиги рованы результаты исследований движения полюсов. Рассматрива вращение Земли как проблему в целом, обойти вопрос о двпженн полюсов нельзя, поэтому в настоящей работе ему уделено определе! ное место, хотя эта особенность вращения Земли никогда не был предметом специальных исследований автора. Последовательно да обзор работ, посвященных изучению годового, чандлеровского и в< кового движения полюсов Земли. Сформулированы основные пон: тня, которые используются при описании суточного вращения Земл [1,3]. Это понятия всемирного времени /7Т1, атомного времени ТА динамического (эфемеридного) времени ТБ, невязки

АТ = ТАЦТЮ) - иТ1,

причем

¿Р = ё(АТ)/(П.

Во второй главе диссертации (КОРОТКОПЕРИОДНЫЕ В: РИАЦИИ СКОРОСТИ СУТОЧНОГО ВРАЩЕНИЯ ЗЕМЛИ) пр анализированы изменения продолжительности земных суток с х рактернымн временами до одного года. Пионерские исследован] внутрисуточной неравномерности вращения Земли и вариаций пр должительности суток ото дня ко дню выполнены в ГАИШ Г.П.Ши нпком [4,5]. Основной вклад в изменения 6Р ото дня ко дню внос: гармоники, обусловленные деформациями земного шара и соотве ствующими изменениями компонент тензора инерции .иод действ ем лунных и солнечных приливов. Однако в этих изменениях пр сутствуют и нерегулярные флуктуации продолжительности сутс которые ранее неоднократно ц безуспешно пытались связать с т ми пли иными проявлениями сшшечиой активности. Безуспешное этих попыток, по нашему мнению, была предрешена детермшшс ским подходом к проблеме связи вращения Земли и солнечной а тивности.

В главе 2 нерегулярные изменения продолжительности суток с поставлены с секторной структурой межпланетного магнитного г ля (ММП). Методом наложения эпох были вычислены средние

тернод 1968-1974 гг. изменения 5Р внутри секторов ММП с радиаль-юп компонентой, направленной от Солнца (А-секторы) н к Солнцу ^С-секторы). Были рассмотрены случаи разных по времени запаздываний изменений 6Р относительно начала секторов. Анализ самих кривых изменений продолжительности суток внутри секторов, :коростей с1(6Р)/ск и дисперсий отклонений 6Р показал, что скорость суточного вращения примерно через 6 суток после пересечения Землей границы секторов начинает увеличивается в А-секторах и, наоборот, уменьшаться в С-секторах. Продолжительность земных :уток при этом увеличивается со скоростью +0,52 • Ю-5 с/сутки в секторах типа С и уменьшается со скоростью —0, 74 • Ю-5 с/сутки в секторах типа А. То, что скорости изменений 6Р в А- и С-секторах по модулю разные, обусловлено, вероятнее всего, ошибками метода наложения эпох.

Сезонные вариации <5Р связаны с изменениями в течение года зональной циркуляции атмосферы, что подтверждено расчетами эмпирической атмосферной возбуждающей функции [6].

Третья глава диссертации (МЕЖГОДОВЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ЗЕМНЫХ СУТОК) посвящена анализу неприлнвных (или нерегулярных) вариаций суточного вращения в последние триста лет, а также доказательству солнечной обусловленности некоторой части этих вариаций и интерпретации кривой изменений 6Р в ХУШ-ХХ вв. Исходными данными для анализа межгодовых изменений 6Р послужили результаты обработки телескопических наблюдений покрытий Луной звезд и эфемерид Меркурия, выполненные в Королевской Гринвичской обсерватории Л.Моррп-соном [7]. На рнс.1 точками показаны вычисленные по исходным невязкам ДТ значения 6Р с середины XVIII в. Обращает на себя внимание, что разброс точек уменьшается по мере продвижения к настоящему времени. Это связано, главным образом, с повышением точности астрономических данных, на основе которых вычислялись и 1/Т1. и ТБ до середины XX в. С 1955 г., когда была введено в употребление атомное время, среднегодовые значения 6Р ложатся на плавную кривую.

Из рнс.1 видно, что изменения от года к году продолжительности

земных суток можно анализировать только с 1955 г. На всем же ни тервале телескопических, наблюдений можно рассматривать толью усредненные за несколько лет (сглаженные) вариации 8Р. В зару бежной литературе их называют "декадными". В настоящей работ эти вариации получены как результат сглаживания последователь» 3-х, 5-ти и 11-летними скользящими средними исходных 6Р. Сгла женные таким образом изменения 6Р (т.е. кривая ¿Рз,5,и) показан! на рис.1 сплошной линией.

6РУ мс 10 —1

5-

0 -

-5-

| I I I 1 I I I I I | I I I I I I I I I | I I I I I I I! I |

1700 1800 1900 2000

Рнс.1. Изменения продолжительности земных суток от года, к год с середины XVIII в. Сплошная кривая - это результат сглаживанн исходных данных последовательно 3-х, 5-ти и 11-летними скольз) щимн средними.

Из данных спектрального анализа следует, что основной особе! ностью низкочастотных изменений 8Р от года к году является т< что примерно с середины XIX в. в этих изменениях проявилась кок понента с периодом около 60-70 лет, которая в XVIII в. - начале XI! в. отсутствовала. Спектральный состав временных рядов анализ1 ровался по методу максимальной энтропии [8].

Из числа возможных причин, которые в состоянии изменять ре-ким вращения Земли на величину, соответствующую вариациям 6Р >т года к году, физически наиболее обоснованными представляются |лектромагнитное взаимодействие мантии с земным ядром и меха-шческое взаимодействие Земли с ее атмосферой. С другой стороны, сак показал Н.С.Сидоренков [9], межгодовые изменения продолжительности суток нельзя описать в рамках модели "замкнутая система Земля-атмосфера". Эта система должна иметь связь с межпла-кугпой средой, что немедленно наводит на мысль о связи суточного »ращения также и с солнечной активностью.

В 1970 г. С.И.Брагинский показал, что нарушение условия маг-штострофического баланса сил в приэкваториальной области земно-'о ядра может привести к появлению в этой области магнптоги-фодпнампческпх колебаний крутильного типа [10]. В третьей гла-¡е диссертации рассмотрена модель возбуждения таких колебаний ;а счет электромагнитного взаимодействия земного ядра с прово-1ягцей мантией, на которую действует внешний вращательный мо-лент. Модель представляет собой систему трех ротаторов: 1) мантия с проводимостью, сосредоточенной в относительно тонком ниж-1ем слое; 2) приэкваториальная область ядра средней толщины окою 500 км с изменяющейся вглубь азимутальной скоростью и 3) цен-гральноосевая часть ядра, которая в колебаниях не участвует. За-1ача решалась в пренебрежении омической и вязкой диссипацией » 1емном ядре.

Уравнения, описывающие вынужденные колебания мантии и прн-жваториальнон области ядра, получены в виде:

1с ■ ¿с = к ■ («7П - Ос) - ц ■ ас,

1т ■ «т = -к 1 • (ат - ас) - к2 ■ ат + Ме ■ соз(и ■ г).

те 1С ~ эффективная масса приэкваториальной области ядра, 1т - момент инерции мантии, ас - угол поворота приэкваториального лшиндрического слоя ядра, ат = П7П = 60. - угловая скорость вращения мантии относительно центральной части земного ядра, к,к\ I - коэффициенты электромагнитного сцепления приэкваториальной области ядра с мантлей, мантии с приэкваториальной областью

и мантни с центральной частью ядра, д - коэффициент, пропор циональный максвелловским напряжениям, возникающим при азп мутгшьных смещениях цилиндрических приэкваториальных слоев перпендикулярном оси слоев магнитном поле В3,Ме - амплитуд внешнего вращательного момента, изменяющегося гармонически частотой и>.

Период собственных колебаний системы равен Та — 2-7г-(/с/г/)_1/' Для В8 = 0,71 • Ю-4 Т этот период составляет 60 лет.

Решения им писан пых шише уравнений колебаний, как оказалоп определяются значениями электромеханических времен тс — 1с/к тт = ^/(^1+^2)5 причем тс > тт и тт имеет порядок(1 - 10) лет. Р< зультаты расчетов амплитуд скоростей колебаний приэкваторнал! ной области ядра и мантии в зависимости от периода внешнего врг щательного момента показывают, что система обладает отчетлив выраженными резонансными свойствами. Время вхождения сист< мы в резонанс, как следует из выполненных оценок, может быт порядка нескольких лет, а характерное время затухания свободны колебаний - большим (десятки - сотни лет).

Далее было предположено, что внешний вращательный момен мог быть связан с изменениями солнечной активности. В качесп характеристики солнечной активности для последних трех столети рассмотрены относительные числа солнечных пятен (числа Вольер И'"). 11-летияя цикличность ич изменений \У Пыла, исключена п; тем сглаживания 11-летними скользящими средними и получен, ря И'11Д1. Это было сделано по двум, причинам. Во-первых, ряд 6 сглажен 11-летними скользящими средщши, во-вторых, как пок; зано многочисленными статистическими исследованиями, геоэффе] тивность 11-летнего цикла не соответствует его мощности в изм нениях И'.

На рис.2 представлены спектры низкочастотных изменений IV 1749-1857 и 1858-1974 гг. Видно, что до середины XIX в. в измен ниях IV преобладала 60-летняя компонента, а после - компонента периодом больше 100 лет. Этот и другие результаты статисгнческ го анализа данных о вариациях <5Р н IV в Х\'Ш-ХХ вв. позволш предположить, что 60-летняя компонента в изменениях 6Р прпсу

гвовала на протяжении всего интервала телескопических наблюдши, но до середины XIX в. она была скомпенсирована внешним эагцательным моментом, связанным с солнечной активностью.

S

62.5

60

40-

20-

0

Т I I Т^ I I I I | II I I |

, -I

f, год

0.00

0.01

0.02

0.03

'не.'2. Спектры низкочастотных изменений в 1749-1857 гг. (кри-,ая 1).и 1858-1974 гг. (кривая 2).

Период и фаза гармонической компоненты в 6Р были определены [ернодограммным анализом с погрешностью в 2-3 года, а амплитуда принята из соображений наилучшего приближения к фактически данным. В результате получено, что в интервале 1756-1966 гг. 'армоническая часть в ¿Рз,5,ц описывается выражением

*де í - годы. Нулевая фаза колебаний приходится на 1830 г., а период га самом деле оказался равным 60-ти годам. Из изменений ЙРз,5,п 5ыл исключен также параболический тренд р, посредством которого эыли аппроксимированы приливные изменения продолжительности :уток. Параболический же тренд и' был исключен и из изменений

На рис.З показаны изменения И7* = М'п.ц — w (вверху) и = «5-Рз,5,11 — 1. 64 • sm[(2 -.тг/60) • (i - 1830)] - р (внизу) с 1760 г. Коэффициент корреляции между 6Р* « И7* оказался равным г =-0,86 прп

1,64 • sin[(2 • тг/60) • (t - 1830)] мс,

надежности вывода, большей 0,999. Как показали дополнительны' расчеты, значение коэффициента корреляции не очень сильно завн сит от деталей преобразования исходных рядов, т.е. полученньп результат статистически устойчив.

V/'

1750 1800 • 1850 1900 1950

Рис.3.' Низкочастотные нерегулярные вариации продолжнтельност] суток АР* (шпгзу) и чисел Вольфа W* (вверху). .

Расширение исходных рядов влево до 1700 г. приводит к некото рому ухудшению статистической связи между IF* и SP* (коэффндп ент корреляции становится равным -0,70), поскольку, во-первых, н очень надежно определены значения SP для первой половины XVII в., во-вторых, нельзя исключить того, что амплитуда, фаза и да же период гармонической компоненты в 6Р- это изменяющиеся в> времени величины.

То обстоятельство, что коэффициент корреляции между W* i 6Р* отрицателен, имеет вполне определенное физическое объясие ние. Внешний вращательный момент Ме должен быть пропорцн опален скорости солнечного ветра, а скорость солнечного ветра \ коррелирует не с W, а скорее с dW/dt [11]. Тогда

Мс ~ V ~ dW/dl ~ díl/dl.. Отсюда после интегрирования по времени получаем W ~ 60. ~ — 6Р

ito и показано выше. Другими словами, скорость суточного враще-п(я Земли возрастает с ростом солнечной активности.

С 1954 г. имеется возможность сравнить нерегулярные вариации ;уточного вращения с изменчивостью секторной структуры ММП. Цело в том, что характер вариаций геомагнитного ноля в прнноляр-гых областях тесно коррелирует с полярностью секторной структуры ММП, что позволило Л.Свалгарду восстановить полярность ММП, начиная с 1926 г. [12].

В качестве характеристики изменчивости секторной структуры ММП был введен индекс

Кi = (Na - Nc)/(Na + Nc),

vie Na u iVc -соответственно число дней в году, в течение которых Земля пребывала в секторах с радиальной компонентой ММП, натравленной от Солнца (А-секторы) и к Солнцу (С-секторы).. Сумма ' /V,, /V,.) , вообще говоря, не равна 365 или 366, поскольку некоторое тело дней в году характеризуется неопределенной полярностью.

К,

- 0.4

- 0.2 - 0.0

--0.2

- -0.4

|—I—I—I—I—I—|—I—I—I—I—I—|—I—I—I—I—I—| 1954 1960 1966 1972

l'nc.4. Изменения от года к году индекса К[ (вверху) н нерегулярные зариацпи продолжительности земных суток 6Р* (внизу).

Статистическая связь между среднегодовыми значениями К[ и 5Р" в интервале 195-I-1973 гг., изменения которых изображены на эис.4, характеризуется коэффициентом корреляции г = —0,84. ЬР* тля такого короткого интервала вычислены как исходные ЬР минус

линейный тренд, посредством которого аппроксимированы п гармс ничоскнг», и вековые изменения продолжительности суток.

Расширение рядов 6Р и Л'у вправо и влево но времени сраз приводит к проблеме выделения из изменений 6Р солнечнообуслс вленной части, что, учитывая короткий интервал определения К1 представляет собой трудноразрешимую задачу. Коэффициент кор реляции между изменениями Л'/ и ¿Р* в 1954-1980 гг. равен -0,72 Результат статистического сопоставления среднегодовых значс ний 1\1 и ёР* хорошо согласуется с вычисленными по среднесуточ ным значениям изменениями ¿Р внутри сектора одной полярности В качестве характеристики солнечной активности были недоль зованы также среднегодовые значения скорости солнечного ветра 1 по данным измерений с помощью космических аппаратов в 1962-197 гг. На рис.5 показаны изменения V и нерегулярные вариации ¿Р" которые получены как исходные ЬР минус линейный тренд в ив тервале 1П62-1974 гг. Коэффициент корреляции между V и ¿Р* и 13-ти парам значений составляет г = —0,88. Полученный резул1 тат предполагает, что с ростом средней скорости солнечного ветр увеличивается скорость суточного вращения 'Земли (продолжнтсль ность суток уменьшается).

1962 1966 1970 1974

Рис.5. Вариации от года к году скорости солнечного ветра (вверху и нерегулярной части продолжительности земных суток (внизу). Изменения скорости солнечного ветра, сглаженные последов;-

тельно 3-х, 5-ти и 11-летшшп скользящими средними, за пределами интервала спутниковых измерении были восстановлены по геомагнитному индексу Аа с использованием уравнения регрессии, полученного Л.Свалгардом [13]. На рис.6 показаны изменения скорости солнечного ветра (Уз,5,11) и нерегулярные вариации продолжительности земных суток (¿Р") в интервале 1868-1970 гг. Коэффициент корреляции в этом случае равен -0,75. Vз5 11

Рис.6. Нерегулярные вариации 6Р* продолжительности суток и восстановленные по индексу Аа изменения скорости солнечного ветра ^3,5,11-

Последний раздел главы 3 диссертации посвящен обсуждению предложенной в [1-1] модели влияния межпланетной среды на суточное вращение Земли. Согласно этой модели электродинамические процессы в магнитосфере, инициированные солнечным ветром и ММП, изменяют циркуляцию атмосферы, которая, в свою очередь, меняет режим вращения Земли.

В четвертой главе диссертации (ВЕКОВЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ СУТОЧНОГО ВРАЩЕНИЯ ЗЕМЛИ) изложены начала теории приливного взаимодействия в системе Земля-Луна (СЗЛ) н проанализированы данные об изменениях продолжительности земных суток, полученные из древних (дотелескопическпх) астрономических наблюдений солнечных н лунных затмений, а также покрытий Луной

звезд. Эти данные охватывают приблизится 1.110 2,5 тысячи последних лет.

Монотонное замедление суточного вращения Земли (увеличение продолжительности земных суток) связано с наличием прплпвны> деформаций под действием гравитационных полей Луны и С'олнцг и приливного трения в гидросфере и в твердом теле Земли. При лпвное взаимодействие в системе Земля-Л у на-Солнце в днссертаци онной работе рассмотрено в рамках модели упругого статической прилива, который из-за приливного трепня запаздывает на некото рый эффективный угол <5 относительно кульминаций приливообра зующего светила (модель Г.Макдональда [15]). Это приводит к по явлению момента, сил, который тормозит суточное вращение Земл! и орбитальное движение Лупы, при л ом радиус лунной орбиты воз растает.

Приливное трепне является главным, но не единственным факто ром, определяющим скорость эволюции системы Земля-Луна (СЗЛ) Суточное вращение Земли ускорялось или замедлялось в нсторнче ском интервале также вследствие изменений ее полярного момент инерции в результате таяния и роста ледщгков планеты, о чем евнде тельствуют результаты расчетов Н.С.Сидорепкова [16]. Кроме тоге полярный момент инерции уменьшается вследствие роста земног ядра [17], а также определенное влияние на режим вращения Земл: оказывает вековой рост солнечной активности. Поэтому выявлен ные из астрономических наблюдений изменения в угловой скорост вращения Земли с характерными временами порядка Ш2 — К)3 ле правильнее будет называть не приливными, а. вековыми ускорения ми.

В главе 4 сделан обзор эмпирических данных об особенностя вращений Земли и Луны в последние 2,5 тысячи лет. Важнейше характеристикой темпа эволюции СЗЛ является величина истинног орбитального замедления с1п/с11 в среднем движении Луны. Анализ] телескопических наблюдений движений Луны, Солнца и Меркурш вариаций элементов спутниковых орбит н результатов лазерной лс кации Луны позволяют принять в качестве современного значенн (1п/(П = -26 угл.с/век2 = -1,27- К)-23 с"2 [18].

Внутри исторического интервала, охваченного астрономическими наблюдениями, режим суточного вращения Земли изменился приблизительно на рубеже первого и второго тысячелетия нашей эры. В последнее тысячелетие, как показали Л.Моррнсон и Ф.Стефенсон [18], имело место непрнлпвное ускорение, соответствующее уменьшению продолжительности земных суток со скоростью dP/dt — — 1, 0 мс/век.

В последние три столетня имеет место вековой (в приближении линейного тренда) рост чисел Вольфа со скоростью 12 век-1. В соответствии с уравнением регрессии, описывающим статистическую связь между нарнациями И'"* и 6 Г' (см. рпс.З), такой вековой росч-солнечной активности мог обусловить дополнительное уменьшение продолжительности суток со скоростью —0,7 мс/век.

Свой вклад в непрпливные изменения SP вносит и вековое уменьшение полярного момента ннёрции Земли С, реальность которого подтверждена расчетами эволюции орбиты ИСЗ LACEOS. Согласно данным М.Бурши [19] dC/dt = —1,44 • 102Огсг.и2/с, что соответствует dP/dt = — Q.b мс/век. Однако эта скорость изменения полярного момента инерции - почти мгновенное значение dC/dt, которое в силу многих причин может значительно отличаться от среднего векового значения. В главе 5 диссертации показано, что из рассогласований вращений Земли и Луны в историческом интервале времени dC/dt = -0.64- Ю20 кгм2/с, что дает dP/dt = -0,2 мс/век. Тогда получается, что дополнительное ускорение в суточном вращении Земли в последние три столетия практически полностью можно объяснить двумя факторами: примерно на 2/3 вековым ростом солнечной активности и на 1/3 уменьшением полярного момента инерции Земли.

Глава 5 диссертации (ПРИЛИВНАЯ ЭВОЛЮЦИЯ СИСТЕМЫ ЗЕМЛЯ-ЛУНА) посвящена анализу и интерпретации эмпирических данных о вращениях Земли и Луны в фанерозое (последние 570 млн. лет в истории Земли), а также расчетам приливной эволюции С^Л до 4 млрд. лет в прошлое.

Модель запаздывающего статического прилива является, безусловно, более упрощенной в сравнении' с геофизическими моделями

[20]. Однако она имеет свои преимущества в том плане, что моменты приливных сил в этой модели имеют достаточно простое авали тическое представление, а все особенности приливной днсснпацш выражаются через такую интегральную характеристику как дисси пативный фактор С^. Это в какой-то мере избавляет от необходимости обращаться к деталям палеогеографии материков и океанов которые для докембрия известны плохо. На первый план выходи: знание того, были ли в рассматриваемую геологическую эпоху ма терпки объединены в один или два суперконтинента или нет, и при блнзнтельно в каких шпротах они существовали.

Анализ эмпирических данных п расчеты приливной эволюции си стемы Земля-Луна в диссертационной работе выполнены по методу предложенному П.Голдрайхом [21], в котором учитываются прецес сии земного экватора и лунной орбиты. Использованы выражепн: для моментов приливных сил, полученные Г.Макдональдом [15].

Пробные расчеты показали, что метод Эйлера обеспечивает до статочную точность интегрирования и прецессионных, и нрплнвпы; уравнений. Шаг интегрирования был' переменным и выбирался та кпм, чтобы относительные изменения всех вычисляемых велнчш были не более 2%, что обеспечивало относительную погрешност меньше 10_6. Контролировалась устойчивость решений по отношс нию к изменениям шага интегрирования по приливной шкале.

Результаты интегрирования прецессионных и приливных уран нений в функции расстояния Земля-Луна практически совпали с тс ми, что представил Голдрайх [21]. Расхождение получилось тольк для ранней стадии эволюции СЗЛ, когда расстояние между Землей Луной было меньше 20 земных радиусов. Согласно нашим расчета! на ранней стадии эволюции СЗЛ взаимные углы наклонов земнс го экватора, лунной орбиты и плоскости эклиптики были малы только потом, в результате действия прплпвообразующих сил, он стали возрастать. Согласно же Голдрайху наклон лунной орбиты земному экватору никогда не был меньше 10°, что, по его мненшс исключает возможность аккумуляции Лупы из экваториального ро частиц, обращавшихся вокруг Земли, или, тем более, отделение Л> ны от Земли.

Предварительные расчеты показали, что изменения углов наклонов земного экватора (7) плушгоп орбиты (г.) к плоскости эклиптики на протяжении последних нескольких сотен миллионов лет.малы. Поэтому не только для современной эпохи, но п для фанерозоя их можно принять постоянными, так же как и период лунной прецессии. Тогда приливные уравнения интегрируются в квадратурах и после осреднения по углу наклона, лунной орбиты к плоскости земного экватора (е) за период лунной прецессии дают выражения для приливных ускорений, обусловленных Луной (() и Солнцем (0), а также для ускорения в среднем движении Луны:

dÜ{/dt = -1,178 • к-2 ■ G ■ R5 ■ т2/{С ■ Q ■ а6),

cino/clt = -1,194 • к2 ■ G ■ R5 ■ М20/{С ■ Q ■ а60).

dn/dt = -4. 286 • к2 ■ G ■ Rb ■ m/(Q • а8).

Здесь ко - число Лява, G - гравитационная постоянная, R - средний радиус Земли, т - масса Луны, М0 - масса Солнца, С - полярный момент инерции Земли, Q - приливной днсснпатпвный фактор, а -средний радиус лунной орбиты, а0 - средний радиус земной орбиты.

Видно, что ускорение в суточном вращении Земли для наклонной орбиты Лупы в 1,274 раза меньше, чем для экваториальной орбиты. Это обстоятельство при оценках вращений в системе Земля-Луна во многих работах не учитывается.

Отношение dQ.(/dt к dQ0/dt(или, что то же самое, отношение лунного приливного момента к солнечному), как это следует из приведенных выше формул, равно 4,67. Однако в соответствии с результатами недавних расчетов приливов в современном океане, выполненных У.Сейлером [22], отношение приливных вращательных моментов, обусловленных Луной и Солнцем, равно 8,16, т.е. заметно отличается от отношения статических приливов с одинаковыми эффективными углами запаздывания. Дело здесь, очевидно, в том, что собственным колебаниям Мирового океана отвечают достаточно узкие спектральные пики. Поэтому небольшое различие в периодах приливных волн iV/2 и S2 достаточно для того, чтобы одна из них (например. М-,) находилась и резонансе, а другая - пес.

Этот вывод нашел полное подтверждение в результате анализа закона сохранения вращательного импульса в системе Земля-Луна с учетом солнечных приливов. Расчеты показали, что этот закон выполняется только в том случае, если отношение лунного приливного момента к солнечному равно 8. Поэтому полное приливное ускорение в суточном вращении Земли равно:

(М,/^ = (Н1{/с11 + 0,0 • йИ0/<11.

Если для современной эпохи в соответствии с результатами обработки данных астрономических наблюдении и лазерной локации Луны принять ¿п/йХ = -'26 угл.с/век2 = -1.27 • Ю-23 с-2, то <2 = 11,0, сгП(/(Й = -4, 71 • Ю-22 с"2, ст0/сИ = -0,60 • Ю-22 с-2 и полное приливное ускорение с= —5,31 • Ю-22 с-2.

Особенности суточного вращения Земли и орбитального движения Луны в фанерозое проанализированы на основе палеонтологических данных. Исследования суточной микрослоистости скелетов древних кораллов, моллюсков и строматолитов позволили определить для некоторых геологических эпох число солнечных суток в году с1у и в синодическом месяце йт [23]. Поскольку

(1у = П/1,0- 1, <1,п = (Я - »„)/(» - "о).

то по значениям с1у и йт можно вычислить угловые скорости суточного вращения Земли и орбитального движения Лупы. Среднее движение Солнца п0 на протяжении всего фанерозоя можно считать постоянным. Результат вычислений представлен на рис.7.

Можно заметить, что режим вращения в системе Земля-Луна изменялся приблизительно на рубежах, разделяющих каледонский, герцннскпй, киммерийский и альпийский циклы тектонической активности. Для этих циклов, а также для исторического интервала и для фанерозоя в целом в приближении линейного тренда были вычислены средние ускорения сШ/сИ и с1п/сИ, приливной днссипатнвпый фактор <5, а из уравнения

О-1 • ,10/(11 = /; • (1п/<и - С ■ ,1й,1(11 + (1 /™.«7) • г1А/(1/

•1 г\-6

п, 10 с

2.9 -|

2.8 -

2.7 -2.6 -

{ -М

О, 10~5с~' г— 8.5

-8.0

-7.5

-7.0

"М

млн. лет -400' -300 -200 -100

1

Рис.7. Угловые скорости суточного вращения Земли (вверху) п ор-оптального движения Луны (внизу) в фанерозое.

вычислены скорости изменения полярного момента инерции. Здесь к - константа, с1\/сИ - скорость утечкн вращательного импульса из системы Земля-Луна за счет солнечных приливов. Результаты вычислений сведены в таблице 1.

Таблица 1. Характеристики системы Земля-Луна для различных интервалов фанерозоя.

Возрастной Интервал сШ/(И, ап /(Н. ас /¿и.

рубеж 10-22 ю-23 ю20

(млн. лет) с-2 с"2 кгм2/с

1 2 3 4 5 6

0 Исторический -4.76 -1.27 11.0 -0.64

0-80 Альпийский -6.62 -1.81 7.8 -1,08

80-230 Киммерийский -0.43 -0.17 83.2 -0.30

230-380 Герцинский -14.39 -3.63 4.7 -0.33

380-530 Каледонский -12.22 -3.37 6,1 -1.08

0 570 Фанерозоп -6.08 -1.51 10.3 -О.] 8

Значения ускорений (колонки 3 и 4) представляют собой количественное отражение тех геодинамическнх процессов, которые были

характерны для разных интервалов фанерозоя. То же самое можно сказать и о дисснпативном факторе Q (колонка 5).

Самостоятельный интерес представляют данные о скорости изменения полярного момента инерции 'Земли. Изменения С, усредненные за несколько десятков миллионов лет, обусловлены двумя причинами. Одна из них связана с эвстатическимп колебаниями уровня Мирового океана, другая - с ростом земного ядра. Различие в скоростях dC/dt в альпийском и каледонском циклах, с одной стороны, и в герцннском и киммерийском циклах, с другой стороны, можно приписать тому, что первые два соответствуют эпохам глобальных трансгрессий, а вторые два - регрессивному этапу в эволюции Мирового океана. Среднефанерозойское значение dC/dt — —0,18 • Ю20 кгм2/с, вычисленное по рассогласованию вращений Земли и Луны, обусловлено только ростом земного ядра г хорошо согласуется с величиной —0,23 • Ю20 кгм2/с, которая вытекает из модели глобальной эволюции нашей планеты [17].

. Модель Макдональда-Голдрайха была использована для расчетов приливной эволюции C3JI до I млрд. лет в прошлое, т.е. i том интервале, который отмечен существованием Мирового океана Катархейская история СЗЛ в диссертационной работе не анализировалась, поскольку весьма неопределенной пока представляется ситуация с приливной диссипацией в раннем архее.

В соответствии с [17] вся шкала существования СЗЛ по значе нням Q-фактора можно была разделена па. четыре интервала: венд фанерозой (0-0,6 млрд. лет назад); поздний архей-протерозой (0,6 3,2 млрд. лет назад); ранний архей (3,2-4,0 млрд. лет назад) и наконец, катархей (4,0-4,6 млрд. лет назад). Значение Q = 10,3 дл> фанерозоя получено из анализа эмпирических данных (см. таблиц) 1) н в ходе расчетов не варьировалось. Было также учтено изменение полярного момента инерции вследствие роста земного ядра согласно геодннамической модели [17].

Кривые изменений продолжительности земных суток для раз личных значений Q-фактора в позднем архее-протерозое и раннел архее представлены на рис.8. Эмпирической точке раннего проте розоя (около 1,8 ■ 109лет назад) соответствует кривая с Q = 115

Предполагаемый процесс "обвального" формирования земного ядра и интервале (2,6 - 3,0) • 10° лет назад выразился в дополнительном уменьшении продолжительности суток.

Р, час

Рис.8. Продолжительность земных суток при различных значениях О-фактора в позднем архее - протерозое (1 - (^=115, 2 - 0=100, 3 -<3=75) п раннем архее (а - (^=15, Ь - 0=13,4, с - (^=10). Точки -эмпирические данные. ^

На рис.9 показан набор кривых, изменения расстояния Земля-Луна в прошлом для разных значений 0-фактора в раннем архее и для 0 = 115 в позднем архее-протерозое. В ходе расчетов выяснилось, что время эволюции СЗЛ становится короче 4 млрд. лет, если дисснпатнвный фактор в раннем архее принимать меньше 13,4. Зависимость темпа приливной эволюции от значения О-фактора в раннем архее очень сильная. В связи с этим проблема приливной эволюции системы Земля-Луна сводится к проблеме получения корректной оценки диссипативного фактора Земли в архее.

Проведены также расчеты среднего движения Луны, периода лунной прецессии, изменений взаимных углов наклона плоскостей земного экватора, лунной орбиты и эклиптики. На начальной стадии эволюции системы Земля-Луна эти углы были малыми, орбита Луны прецесспровала относительно оси вращения Земли, а не отноентель-

по оси мира, как в цастоятцоо время, а, Рз

Рис.9. Расстояние Земля-Луна в земных радиусах при различны: значениях (^-фактора в раннем архее (а - <3 = 15, Ъ - (^ = 13.4. с ■

С3=ю).

В Заключении отмечено, что в диссертационной работе впер вые в отечественной научной литературе рассмотрены и проаналн знрованы особенности суточного вращения Земли в диапазоне ха рактерных времен от нескольких суток до 4 • 109 лет, причем толь» сезонные вариации продолжительности земных суток не были пред метом исследований автора. Во внутрнгодовых (в том числе и от* дня ко дню), межгодовых и вековых изменениях продолжительно сти суток выделены солнечнообусловлепные части, что позволил! дать непротиворечивое объяснение наблюдаемым нерегулярное™ суточного вращения.

Большое внимание в работе уделено анализу эмпирических дан ных о вращениях Земли и Луны в геологическом прошлом и задач расчета приливной эволюции системы Земля-Луна. В основу теоре тическнх расчетов положена модель запаздывающего статпческог прилива в формулировке Г.Макдональда и алгоритм численного нн тегрирования приливных уравнений, предложенный П.Голдрайхок Принципиальное отличие представленных в настоящей работе рас

ictob от аналогичных, выполненных другими авторами, состоит в гом, что, во-первых, рассмотрена реальная наклоненная к плоскости ¡емного экватора орбита Луны, во-вторых, учтены прецессионные 1вижения в системе Земля-Луна, в-третьих, приливные уравнения штегрнрованы во временной шкале с учетом возможных изменений шсснпатпвных свойств Земли в прошлом.

К основным результатам диссертационной работы отно-:ятся следующие положения:

1. Нерегулярные флуктуации продолжительности земных суток эт года к году с характерными временами больше 11 лет предста-злятот собой сумму двух компонент, одна из которых имеет гармонический (или квазпгармонпческпй) характер н связана с магнито-гндродннамнческнмп процессами в земном ядре, другая обнаруживает тесную статистическую связь с низкочастотными вариациями юлнечной активности, выраженной относительными числами солнечных пятен (числами Вольфа). Коэффициент корреляции между :глаженнымп 11-летними скользящими средними числами Вольфа и вариациями продолжительности земных суток, из которых исключены вековой тренд и гармонический (с периодом в 60 лет) член, в интервале 1759-1970 гг. равен -0.86 при надежности вывода, большей 3.999. С ростом солнечной активности скорость суточного вращения Земли возрастает.

2. Рассчитана модель вынужденных колебаний трех электро-магпнтно связанных ротаторов, представляющая собой упрощенную схему крутильных колебании в системе земное ядро-мантия. Показано. что если электромагнитное взаимодействие колеблющейся по азимуту приэкваториальной области ядра с мантией достаточно велико. то не только приэкваториальная область ядра, но и мантия обладает резонансной частотой колебания.

3. Установлено, что нерегулярные вариации продолжительности суток в 1962-1974 гг. хорошо коррелируют со среднегодовыми значениями скорости солнечного ветра.

4. Из анализа изменений продолжительности земных суток ото дня ко дню в 1968-1974 гг. методом наложения эпох получено, что скорость суточного вращения Земли возрастает в секторах межпла-

летного магнитного поля с радиальной компонентой, направленной от Солнца, н убывает в секторах противоположной полярности. Абсолютное значение скорости изменения продолжительности суток при нахождении Земли в секторе той или иной полярности лежш в пределах (0,52 — 0, 74) • -Ю-5 с/суткн.

5. В качестве характеристики изменчивости секторной структуры межпланетного магнитного поля введен индекс

К, = {А-С)/(А+С1

где А и С - соответственно число дней пребывания Земли в секторах с радиальной компонентой ММII, направленной от Солнца и 1 Солнцу. Нерегулярные вариации продолжительности земных суто1 в 1950-1980 гг. обнаруживают тесную корреляционную связь с изменениями индекса К[, которая свидетельствует о том, что скорост] суточного вращения Земли возрастает в секторах с радиальной ком понентой ММП, направленной от Солнца, и уменьшается в сектора: противоположной полярности. Результаты анализа изменений ско ростн вращения Земли в зависимости от секторной структуры ММ1 по суточным и по среднегодовым данным согласуются количествен но.

6. Обоснована возможность восстановления низкочастотных (< характерными временами больше 11 лет) изменений скорости сол печного ветра с 1868 г. по данным о геомагнитной активности. : качестве характеристики которой использован индекс Аа. Показано что восстановленные таким образом изменения скорости солнечной ветра коррелируют с нерегулярными вариациями продолжительно стн земных суток, из которых исключен гармонический член с пе риодом 60 лет.

7. Показано, что одной из причин заметного дополнительной ускорения во вращении Земли в последние 300 лет может быть веке вой рост солнечной активности, характеризуемой относительным числами солнечных пятен. Вследствие этого роста продолжнтель ность земных суток могла уменьшаться со скоростью около — 0, мс/век.

8. Предложенный П.Голдрайхом алгоритм расчета прнливно

эволюции системы Земля-Лупа, учитывающий прецессионные движения в системе Земля-Луна-Солнце, реализован в программе для^ 1ВМ РС. В расчетах использованы выражения для моментов приливных сил, полученные Г.Макдональдом в рамках модели запаздывающего статического прилива, учтены солнечные приливы. Численное интегрирование приливных уравнений в функции расстояния Земля-Луна показало, что когда радиус лунной орбиты был меньше 20 • Я (Я - радиус Земли), взаимные углы наклонов земного экватора, лунной орбиты и плоскости эклиптики были близки к нулю, и только затем под действием моментов прнливных сил они увеличились до современных значений.

9. Показано, что баланс вращательных импульсов в СЗЛ в современную эпоху с учетом солнечных приливов имеет место только в том случае, если отношение моментов лунных приливных сил к солнечным равно около 8, что заметно больше известного отношения статических приливов Луны и Солнца. Это связано с тем, что современный Мировой океан находится в резонансном состоянии к полусуточным лунным приливам.

10. По палеонтологическим данным о продолжительности года и синодического месяца вычислены угловые скорости и ускорения во вращениях Земли и Луны, значения приливного диссипативного фактора и скорости изменения полярного момента инерции Земли как для фанерозоя в целом, так и отдельно для каледонского, гер-цинского, киммерийского и альпийского циклов тектонической активности. Определенная по рассогласованию вращении Земли и Луны среднефанерозойская скорость уменьшения полярного момента инерции, равная —0,18- 102Окгд12/с, хорошо согласуется с тем значением, которое вытекает из эволюционной модели роста земного ядра О.Г.Сорохтииа и С.Л.Ушакова. Отмечена связь изменении ускорений во вращениях Земли и Луны с наиболее яркими геодинамическими событиями фанерозоя, одним из которых является позднека-ледонская коллизия континентов, отчетливо проявившаяся в данных о вращениях Земли и Луны.

11. Произведены расчеты параметров системы Земля-Луна до 4 млрд. лет в прошлое с различными оценочными значениями прп-

лминого днссииатииного фактора С^ I» архее п протерозое и с учетом изменений полярного момента инерции Земли вследствие роста ее ядра. Показано, что если в интервале (0,6 - 3,2) • 109 лет назад (^-фактор был порядка 102, то основные события в истории системы Земля-Луна разворачивались в раннем архее. Получены оценки критических значений (^-фактора в раннем архее, ниже которых время существования СЗЛ становится короче 4 млрд. лет. Для = 115 в позднем архее-протерозое таким критическим значением является <3 = 13,4 в раннем архее.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах':

1. Калинин Ю.Д., Киселев В.М. Солнечная обусловленность изменений длины суток, сейсмичности Земли и геомагнитного момента. //Геомагнетизм и аэрономия. 1976. Т.16. С.858-861.

2. Калинин.Ю.Д., Киселев В.М. Межпланетное магнитное поле и неравномерность суточного вращения Земли. // Тезисы докладов Симпозиума КАПГ по солнечно-земной физике. 4.1. Москва, 1976 С.34.

3. Калинин Ю.Д., Киселев В.М. Солнечная активность как причина нерегулярностей земного вращения.// Описание, анализ и теория главного геомагнитного поля и вековых вариаций. Препринт ИФСО-43Ф. Красноярск: Ип-т физики, 1976. С.29-48.

4. Калинин Ю.Д.,Киселев В.М. Связь нерегулярных изменений суточного вращения Земли и солнечной активности. Препринт ИФ-СО-53Ф. Красноярск: Ин-т физики СО АН СССР, 1976. 62 с.

5. Калинин 10.Д.,Киселев В.М. Солнечная обусловленность маг-ннтогндродинамических колебаний крутильного типа в земном ядре // Геомагнетизм и аэрономия. 1977. Т.17. С. 166.

6. Калинин Ю.Д., Киселе» В.М. Связь харак теристик солнечного ветра и нерегулярностей суточного врагЦенпя Земли. // Тезнсь: докладов Симпозиума по физике геомагнитосферы. Иркутск: Си-6ИЗМИР, 1977. С.10.

7. Калинин Ю.Д., Киселев. В.М. О связи нерегулярных изменений суточного вращения Земли и скорос ти солнечного ветра. // Геомагнетизм и аэрономия. 1977. Т.17. С.964-965.

8. Калинин Ю.Д., Кпсслсп U.M. Изменения длины суток, атмо-ферная циркуляция и межпланетное магнитное поле. // Геомагне-пзм п аэрономия. 1978. Т.18. С.746-747.

9. Калинин Ю.Д.,Киселев В.М. Спектральный анализ вариаций лнтельности земных суток, характеристик солнечной активности и тмосферной циркуляции.// Геомагнетизм п аэрономия. 1978. Т.18.

818-826.

10. Калинин Ю.Д.,Киселёв В.М. Неравномерности суточного ращения Земли и солнечная активность. Препринт No 20 (219). 1.: ИЗМИРАН, 1978. 32 с.

11. Калинин Ю.Д., Киселев В.М. О связи геомагнитной актив-ости, скорости солнечного ветра и неравномерности суточного вра-денпя Земли. //Геомагнетизм и аэрономия. 1980. Т.20. С.997-1001.

12. Киселев В.М. Неравномерность суточного вращения Землп. [овоспбнрск: Наука, 1980. 160 с.

13. Киселев В.М. Солнечная активность, приливное трение и ращение Земли за последние 2000 лет.// Астроном, жури. 1981. \58. No 3. С.590-596.

14. Киселев В.М. Влияние секторной структуры ММП на режим уточного вращения Землп. // Геомагнетизм и аэрономия. 1981. \21. С.798-802.

15. Киселев В.М. Неравномерность суточного вращения Земли историческое время. // Изучение Земли как планеты методами

строномнн, геофизики н геодезии. Труды I Орловской конференции. Сиев: Наукова Думка, 1982. С.164-172.

16. Берсенев С.М., Жуковский E.JL, Киселев В.М. Обработка и нтропииная интерпретация данных. Препринт No 14. Красноярск: Щ КФ СО АН СССР, 1982. 32 с.

17. Апарин В.П., Киселев В.М., Гошко Е.Ю. Выделение мегаци-:лов с помощью спектрального анализа. // Математические методы .пализа цикличности в геологии. М.: Наука, 1984. С.57-63.

18. Киселев В.М. Солнечная активность н планетарные геофизические явления."// Долгосрочное прогнозирование гидрометео-юлогическнх условий. Новосибирск.: Из-во СО ВАСХНИЛ, 1985. :.85-90.

19. Киселев 13.М., Апарин 13.П. Эволюция системы Земля-Луп; и геодинамические процессы в фанерозое. Препринт ИФСО-439Ф Красноярск: Ин-т физики, 1987.

'20. Киселев В.М. Особенности суточного вращения Земли i фанерозое. // Изучение Земли как планеты методами геофизики геодезии и астрономии. Труды 11 Орловской конференции. Киев Наукова Думка, 1988. С.145-147.

21. Дроздова ILIO., Киселев В.М. Приливная эволюция системь Земля-Луна согласно теории Макдональда-Голдрайха. // Геологи; морей и океанов. Тезисы докладов XI международной школы по мор ской геологии. Т.2. М.: Ин-т океанологии РАН,1994. С.13.

22. Киселев В.М., Дроздова И.Ю., Апарин В.П. Приливное тре нне и эволюция системы Земля-Луна в фанерозое. // Геология Mopei и океанов. Тезисы докладов XI международной школы по морское геологин. Т.2. М.: Ин-т океанологии РАН, 1994. С.22-23.

23. Киселев В.М., Дроздова НЛО. Приливная эволюция снсте мы Земля-Луна и ее связь с геодннамнческимн процессами. // Деп ВИНИТИ. No 183-В95. 1995. 36 с.

24. Дроздова Н.ТО., Киселев В.М. Приливная эволюция спстемг Земля-Jlyua: расчеты согласно теории Макдональда-Голдрайха. / Астроном, журн. 1995. Т.72. No 3. С.410-415.

25. Дроздова НЛО., Киселев В.М. Эволюция системы Земля Луна согласно эмпирическим данным и теории Макдональда-Голд райха. // Астроном, журн. 1995. Т.72. No 5. С.767-772.

26. Дроздова НЛО., Киселев В.М. Расчет приливной эволюци: системы Земля-Луна до 4 млрд. лет в прошлое. // Российски] фонд фундаментальных исследований в Сибирском регионе (земна кора н мантия) / Тезисы докладов. Иркутск. 1995. T.I. C.S. 21 Киселев В.М., Дроздова Н.Ю., Апарин В.П. Геодинамические про цессы и вращение Земли и Луны в фанерозое. // Российский фон. фундаментальных исследований в Сибирском регионе (земная кор и мантия) / Тезисы докладов. Иркутск. 1995. Т.1. С.13-14.

28. Kiselyov V.M., Drozdova N.Yn. Tidal Friction and the Evolutio of the Earth-Moon System. // 1UGG XXI General Assembly. Bouldei Colorado. July 2-14 1995. / Abstracts Week A. P.B24.

Завершающие исследования по теме диссертации были выпол-ены при финансовой поддержке Комитета по высшей школе Рос-Ш1 в рамках межвузовской научно-исследовательской программы Геокосмос", Российского Фонда фундаментальных исследований- и Срасноярского краевого Фонда науки.

Автор выражает свою глубокую признательность Юрию Дмитриевичу Калинину, под научным руководством которого начинаюсь изучение особенностей суточного вращения Земли, и Вадиму Гетровпчу Апарину за постоянное внимание к работам по теме днс-ертацпп.

Цитированная литература

1. Манк У., Макдональд Г. Вращение Земли. М.: Мир, 1964. ;84 с.

2. Монин A.C. Вращение Земли и климат. Д.: Гидрометеоиздат, Ü72. 112 с. 4 .

3. Бакулин П.И.,Блинов Н.С. Служба точного времени. М.: 1аука, 1977. 342 с.

4. Пильннк Г.П. Об изменениях момента инерции Земли внутри уток.// Астрон.журн. 1989. Т.66. No 2. С.412-423.

5. Пильннк Г.П. Приливная неравномерность вращения Земли. / Астрон.журн. 1975. Т.52. No 1. С.178-188.

6. Сндоренков Н.С. Связь неравномерности-вращения Земли с движения полюсов с процессами в атмосфере и гидросфере. // Тзученне Земли как планеты методами астрономии, геофизики и еодезнн. Труды 1 Орловской конференции. Киев: Наукова Думка, .982. С.154-163.

7. Morrison L.V. Rotation of the Earth from AD 1663-1972 and the xmstancy of G.//Nature. 1973. V.241. No 5391. P.519-520.

8. Smylie D.E., Clarke G.K.C., Ulrich T.J. Analysis of irregularities n the Earth's rotation. // Methods of Computational Physics, Acad. ^.Y. 1973. V.13. P.391-430.

9. Сидоренков Н.С. Исследование роли атмосферы в возбужде-ши многолетних изменений скорости вращения Земли. //Астрой, кури. 1979. Т.56. No 1. С.187-199.

10. Брагинский С.И. Магнитогидродинамическпе крутильньк колебания в земном ядре IT вариации длины суток. // Геомагнетизм н'аэрономия. 1У70. T.J0. С.3-12.

11. Коваленко В.А. Солнечный ветер. М.: Наука, 1983. 272 с.

12. Svalgaard L. Interplanetary sector structurer1947-1975. SUIPE Report No 648. Stanford, California, 1976.

13. Svalgaard L. Geomagnetic activity: dependence on solar wine parameters. SUIPR Report No 699. Stanford, California, 1977.

14. Крымский П.Ф. Возможный механизм влияния межпланетной среды на скорость'суточного вращения Земли.//Геомагнетизм н аэрономия. 1993. Т.ЗЗ. No 3. С.7-13.

15. Макдональд Г. Приливное трение. //Приливы и резоиансы в солнечной системе. М.: Мир, 1975. С.9-96.

16. Сидоренков Н.С. Неравномерность вращения Земли и движение полюсов. //Природа. 1982. No 4. С.82-91.

17. Сорохтин О.Г., Ушаков С.А. Глобальная эволюция Земли. М.: Изд-во МГУ, 1991. 446 с.

18. Stephenson F.R., Morrison L.V. Long-term changes in the rotation of the Earth: 700 B.C. to AD 1980. //. Phil. Trans. Roy. Soc. London. 1984.^V.A313. No 1. P.47-70.

19. Bursa M. The variations in J420 and in the moments of inertia: satellite results and consequences for the angular momentum budget ol the Earth-Moon-Sun system.//Earth's Rotation from Eons to Days. / Eds. P.Brosche, J.Sundermann. Berlin: Springer-VerlagJ 1990. P.52-57.

20. Марчук Г.И., Каган Б.А. Динамика океанских приливов. Л.: Гидрометеонздат, 1991. 460 с.

21. Голдрайх П. История лунной орбиты. //Приливы и резонан-сы в солнечной системе. М.: Мир, 1975. С.97-129.

22. Seiler U. Variations of the angular momentum budget for tides of the present ocean. //Earth's Rotation from Eons to Days / Eds. P.Brosche, J.Sundermann. Berlin: Springer-Verlag, 1990. P.81-94.

23. Scrutton S. K. Periodic growth features in fossil organisms and the length of the day and month. // Tidal Friction and the Earth's Rotation /Eds. P. Brosche, J. Sundermann. Berlin: Springer-Verlag, 1978: P.154-196.