Гипотезы, дискуссии, предложения
Механизм эндогенной активности планетарных процессов
Ю.В. БАРКИН,
доктор физико-математических наук ГАИШ МГУ
Ключевая проблема в науках о Земле заключается в установлении источника энергии, обеспечивающего наблюдаемую высокую активность планет и спутников. Автор предлагает решать эту труднейшую проблему, используя механизм энергетического возбуждения их внутренних оболочек (ядра, мантии и др.) под гра-
витационным воздействием окружающих небесных тел. Геодинамическая концепция состоит в том, что внутреннее строение планет, их спутников и Солнца представляет собой системы оболочек, таких, в частности, как ядро и мантия. Оболочки совершают друг относительно друга поступательно-вращательное движение
и испытывают деформационные изменения. Автор разработал новую геодинамическую модель и описал типы движений оболочек. На основе предложенного механизма можно заложить основы теории природных процессов и объяснить их пространственно-временные свойства.
ОТ НЬЮТОНА К СОВРЕМЕННОЙ ГЕОМОДЕЛИ
Великий Исаак Ньютон и его последователи - основоположники небесной механики - не обладали достаточными данными и знаниями о внутреннем строении небесных тел,чтобы объяснить механизмы природных процессов, их активность и цикличность. Ньютон
сформулировал основные законы механики, открыл закон всемирного тяготения, объяснил движение планет вокруг Солнца и Луны вокруг Земли, а также приливы в океанах. Утверждается, что он был фактическим создателем единой физической программы описания всех физических явлений на базе механики. Однако прак-
тически все вопросы о механизмах природных изменений на планетах и спутниках, их энергетики, цикличности долгие годы и после Ньютона оставались без ответа и не решены до сих пор. Тем не менее с годами были получены, особенно в последние десятилетия, обширные научные данные об изменчивом мире планет и спутников. Не© Баркин Ю.В. 67
смотря на прогресс, перечень нерешенных проблем постоянно расширяется. Ньютоновские модели планет и спутников в виде сплошных тел оказались весьма ограниченными.
Автор считает, что небесные тела представляют собой систему оболочек, каждую из которых следует рассматривать как отдельное тело, наделенное теми или иными индивидуальными физическими свойствами. Фундаментальная особенность структуры небесных тел - их оболо-чечная структура. Это универсальное свойство относится ко всем телам Вселенной, включая Солнечную систему и Солнце.
Каждая оболочка может рассматриваться как сферический шаровой слой с концентрическим распределением плотно-
сти вещества. В действительности они не концентрические, более того, центры масс оболочек (включая ядро) не совпадают с центром масс планеты и взаимодействуют друг с другом, совершая сложные движения под действием гравитационных сил окружающих небесных тел Солнечной системы и Галактики.
Можно утверждать, что и главные центральные оси инерции эксцентричных, неоднородных, изменяемых оболочек не совпадают с осями инерции планеты, а совершают повороты и смещаются. Оболочки деформируются, изменяется геометрия их масс, идут тектонические процессы, возникают другие трансформации (например, формирование трещин и разломов, подъем плюмов и дегазация). Вследствие этого небес-
Внутреннее строение планет земной группы и крупных спутников Юпитера и Сатурна.
ные тела "оживают", становятся исключительно активными, а колебания ядра и мантии напоминают по своей сути биение сердца.
Основные исследования автор выполнил в 1996-2002 гг., и в последние годы они получили развитие. В работах автора показано, что механизм вынужденных колебаний ядра и мантии планеты способен обеспечить энергией все наблюдаемые планетарные явления. Они позволили создать единую теорию природных процессов небесных тел.
Ряд свидетельств о поворотах жидкого и твер-
Несферичные эксцентричные оболочки Земли
Ядр
Несферичность и смещение ядра относительно внешней оболочки (мантии). Эксцентричность центра масс ОС - расстояние от геометрического центра Земли (О) до ее центра масс (С).
дого ядер относительно мантии были получены еще в XX в. на основе результатов исследований магнитного поля Земли и точных сейсмографических данных.
Фундаментальное положение о смещениях ядра и оболочек небесного тела было сформулировано и исследовано значительно познее. Небесная механика взаимодействующих оболочек небесных тел получила эффективное развитие в работах автора и его коллег. Важный вклад в указанные исследования внесли доктора физико-математических наук
В.Г. Вильке, А.В. Шати-на, профессор Ш. Джин (Китай). Отметим, что впервые вынужденные колебания твердого ядра Земли под действием притяжения Луны и Солнца исследовали член-корреспондент РАН Ю.Н. Авсюк (1996) и доктор физико-математических наук Ю.В. Баркин (1996). Смещения твердого ядра в жидком ядре практически не оказывают заметного гравитационного влияния на верхние слои мантии. На первый план здесь выступают взаимодействие и относительные поступательные смещения ядра и мантии Земли (их центров масс).
В настоящее время получили признание устоявшиеся взгляды о том, что лунно-солнечные приливы в теле Земли обладают чрезвычайно слабой энергетикой и не вносят существенного вклада в эндогенную активность планеты
ОС = 3 -10 см
и в планетарные природные процессы (около 1%). Дефицит приливной энергии обнаружен и на других телах Солнечной системы.
Оказалось, что механизм лунно-солнечных приливных деформаций мантии, который хоть в какой-то мере объяснял цикличность процессов, не способен выступить в роли основного. Каким же другим более мощным источником энергии и механизмом эндогенной активности обладают небесные тела? Без ответа на этот важнейший вопрос многие современные исследования в геологии, геофизике и в планетологии теряют свое научное значение. В работах 1996 г. и 2002 г. автор предложил решить эту проблему, используя механизм гравитационного возбуждения оболочек небесного тела внешними небесными телами.
КОЛЕБАНИЯ ЦЕНТРА МАСС И ЯДРА ЗЕМЛИ
Наиболее важно знать источник энергии, обеспечивающий небывалую активность Земли и других небесных тел (Ио, Титан, Энцелад, Европа, Тритон). Известные энергетические механизмы, такие как радиогенное тепло, приливное трение, солнечная радиация и некоторые другие, не в силах объяснить ни общую энергетику, ни цикличность процессов, не говоря уже о распространенных планетарных явлениях - инверсии природных процессов по отношению к противоположным полушариям (например, Северному и Южному), резких скачков активности полярных областей.
Приливное трение вносит исключительно малый вклад (около 0,4 х 1012 Вт) в общий тепловой поток Земли, который, по современным оценкам, составляет 46 ± 3 х 1012 Вт, то есть около 1%. Диссипация приливной энергии на Эн-целаде может объяснить только 1/27 часть наблюдаемого теплового потока, а на Ио - лишь его незначительную часть. Высокая активность природных процессов на Титане, предсказанная автором в 2002 г., делает этот спутник чрезвычайно похожим на Землю. Об этом впервые было написано в моей статье 2002 г., за два года до прибытия аМс "Кассини" к Сатурну. Тем не менее
часто возникает недоуменный вопрос: почему Титан так активен, откуда берется тепло?
Указанные проблемы решаются с помощью геодинамического механизма вынужденной раскачки ядра и мантии Земли. Смещения центра масс Земли по отношению к мантии в настоящее время (примерно с 1993 г.) доступны для изучения методами космической геодезии.
Выявлен спектр колебаний и вековое смещение центра масс Земли в северном направлении (район полуострова Таймыр). Эти геодезические явления - следствие действия рассматриваемого механизма. Некоторые из них были предсказаны и позднее получили подтверждение в статьях автора 1995 г. и 2001 г.
По смещениям центра масс Земли на основе предлагаемой геомодели удается восстановить некоторые относительные смещения ядра и мантии планеты, изучить их следствия - деформацию мантии, вариации ее упругой энергии, мощности диссипации и изменения теплового потока и других полей, перераспределение флюидных масс.
ЭНЕРГЕТИКА И МОЩНОСТЬ ПРОЦЕССОВ ЗЕМЛИ
Автор проанализировал составляющие упругой энергии и мощности диссипации для всех относительных колебаний и смещений ядра и ман-
тии Земли, которые соответствуют наблюдаемым колебаниям и смещениям центра масс Земли с амплитудами в несколько сантиметров или долей сантиметра. Для каждой гармоники были определены приливные деформации мантии, вызванные гравитационным воздействием смещающегося ядра, и рассчитана упругая энергия и диссипация энергии в вязко-упругой мантии планеты. Суммарная мощность диссипации оценена в 0,427 х 1013 Вт. В приведенной оценке не учтены короткопериодические колебания ядра (суточные, недельные). Колебания с недельными и суточными периодами дают весьма большой вклад в диссипацию энергии. Так, колебание центра масс Земли с периодом 13,7 суток, весьма значительное по амплитуде -3-3,5 см, приводит к колоссальной диссипации энергии - 3,38 х 1014 Вт. В будущем предстоит получить более полные и точные оценки мощностей диссипации вследствие колебаний центра масс Земли с короткими периодами, включая суточные и часовые. По оценке автора, полная мощность диссипации энергии - 1014-1015 Вт -весьма внушительна. По-видимому, она дополняется механизмами разогрева материала мантии и ядра на их границе при формировании плю-мов (также вследствие смещений и колебаний
График спектра полярных колебаний центра масс Земли, полученного в результате допплеровских измерений спутников. Выделяются годовое и двухнедельное колебания. По данным Го-биндасса и др. 2009 г.
оболочек Земли), относительными поворотами и скручиванием слоев мантии и ядра.
Выполненная оценка мощности диссипации энергии Земли не полная. Например, в расчетах были учтены лишь полярные колебания ядра вдоль оси вращения Земли. Экваториальные составляющие приведут примерно к удвоению полученной оценки мощности диссипации. Есть и другие важные составляющие, связанные, например, с взаимными поворотами оболочек. Особо следует изучить поступление т
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.