Количественная связь наблюдаемого изменения длины земных параллелей с северным дрейфом ядра Земли и северной компонентой дрейфа континентов

Мезо-, нано-, биомеханика и механика природных процессов Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского, 2011, № 4 (2), с. 418-420

УДК 551.24

КОЛИЧЕСТВЕННАЯ СВЯЗЬ НАБЛЮДАЕМОГО ИЗМЕНЕНИЯ ДЛИНЫ ЗЕМНЫХ ПАРАЛЛЕЛЕЙ С СЕВЕРНЫМ ДРЕЙФОМ ЯДРА ЗЕМЛИ И СЕВЕРНОЙ КОМПОНЕНТОЙ ДРЕЙФА КОНТИНЕНТОВ

© 2011 г. М.А. Гончаров

Московский госуниверситет им. М.В. Ломоносова

m.a.gonch@mail.ru

Поступила в редакцию 16.06.2011

По данным GPS, в настоящее время длина параллелей в Южном полушарии увеличивается, а в Северном уменьшается. Приведена формула, связывающая скорость изменения длины параллели со скоростью северного дрейфа ядра, и оценена скорость этого дрейфа (2.6 см/год). Последние 600 млн. лет для дрейфа континентов была характерна северная компонента. Она характерна и для течения подконтинен-тальной мантии. Простейшая кинематическая модель такого течения основана на принципе компенсационной организации тектонического течения: в тылу тектонического потока (под Южным полюсом) неизбежен компенсирующий восходящий поток, поддерживающий высокое стояние Антарктиды, а на фронте (под Северным полюсом) - компенсирующий нисходящий поток, обеспечивший длительное и весьма интенсивное прогибание дна Арктического океана - антипода Антарктиды по своим очертаниям. Следствием такой меридиональной конвекции является расширение поверхности Южного полушария и сокращение поверхности Северного полушария. Оценена характерная скорость поверхностного потока (0.25 см/год). Как и скорость дрейфа ядра, эта величина также оценена по характерной скорости удлинения параллелей. Возможная причина конвекции - смещение ядра Земли к Северному полюсу.

Ключевые слова: дрейф ядра Земли, дрейф континентов, GPS, изменение длины земных параллелей, компенсационная организация тектонического течения, меридиональная конвекция.

Современное расширение Южного и сокращение Северного полушарий Земли

По данным GPS, в настоящее время длина параллелей в Южном полушарии увеличивается, а в Северном полушарии уменьшается. На рис. 1 (по [1], с упрощением) видно, что максимальное удлинение и укорочение параллелей происходит в умеренных широтах как Южного, так и Северного полушария, в то время как в экваториальной и полярной областях эти деформации стремятся к нулю.

С

80 60 40 20 О -20 -40 -60 -80

-8 -4 0 4 8 12

Количественная связь наблюдаемого изменения длины земных параллелей с северным дрейфом ядра Земли

В [2] выведена формула (видоизменение наше — М.Г), связывающая скорость изменения длины параллели (/\) на поверхности идеально сферической Земли со скоростью северного дрейфа земного ядра (v,):

~ —0-2vc sin 2ф,

где ф — географическая широта на поверхности Земли, принятая для расчетов отрицательной в Южном полушарии и положительной в Северном полушарии. Поскольку изменение длины параллелей фиксируется с помощью GPS, то в [1] на основе приведенной формулы была оценена скорость дрейфа земного ядра в настоящее время « 2.6 см/год.

Количественная связь наблюдаемого изменения длины земных параллелей с северной компонентой дрефа континентов

Рис. 1

В течение последних примерно 600 млн. лет для дрейфа континентов была характерна север-

Количественная связь наблюдаемого изменения длины земных параллелей с северным дрейфом ядра 419

ная компонента [3]. Такая компонента должна быть характерна и для течения подконтинентальной мантии. Простейшая кинематическая модель такого течения представлена в [4]. В основу модели положен принцип компенсационной организации тектонического течения [5].

В рассматриваемом случае этот принцип заключается в следующем (рис. 2). В тылу меридионального тектонического потока (под Южным полюсом) неизбежен компенсирующий восходящий поток, а на фронте (под Северным полюсом) -компенсирующий нисходящий поток. Другими словами, в мантии и во внешнем ядре Земли происходит меридиональная конвекция. Перемещение цепочки элементарных объемов вдоль меридиана в северном направлении происходит от Южного до Северного полюса. В то же время только северная часть этого потока испытывает субмери-диональное сжатие. Южная же часть потока неизбежно подвергается тоже субмеридиональному, но растяжению. Вследствие сферичности Земли элементарные объемы в южной части расходятся вдоль меридианов и тем самым подвергаются также и субширотному растяжению. В северной же части меридианы сходятся, обеспечивая также и субширотное сжатие. Таким образом, поверхность Южного полушария расширяется, а поверхность Северного полушария сокращается.

ныи замыкающии поток происходит в подошве мантии под соответствующими поверхностными меридианами, т.е. вдоль «меридианов» внешнего ядра. Этот поток в мантии над поверхностью «жидкого» ядра «сцеплен» с аналогичным потоком вещества ядра под этой поверхностью. По аналогии с потоком на поверхности Земли, можно сделать вывод, что в тылу расходящегося поверхностного потока ядра под Северным полюсом существует компенсирующий восходящий поток во внешнем ядре, а на фронте этого поверхностного потока под Южным полюсом — компенсирующий нисходящий поток во внешнем ядре.

Простейшая модель поля скоростей горизонтального потока под земной поверхностью такова [4]:

= A cos ф,

где A ~ 0.25 см/год — величина, численно равная максимуму скорости потока на экваторе, где ф = 0. Подобно вышеупомянутой скорости дрейфа ядра эта величина также оценена с использованием характерной скорости удлинения параллелей (см. рис. 1).

Возможная причина меридиональной конвекции

Возможная причина меридиональной конвекции — смещение центра масс ядра Земли [3]. В частности, скорость деформации изменения длины параллели (е\):

'АЛ

V /

sin ф

Восточное полушарие

Рис. 1

Расхождение масс от Южного полюса компенсируется восходящим потоком в мантии, который поддерживает высокое стояние Антарктического материка. Схождение масс к Северному полюсу компенсируется длительным и весьма интенсивным прогибанием аномально широкого шельфа Арктического океана - антипода Антарктиды по своим очертаниям. Не исключено, что именно благодаря этому обстоятельству под арктическим шельфом сосредоточено около 25% углеводородных запасов Земли.

Эти два вертикальных потока должны замыкаться на глубине горизонтальным потоком противоположного направления. Нижний горизонталь-

можно вывести как из формулы (1), где исходным моментом является северный дрейф земного ядра, так и из формулы (2), исходный пункт которой — северная компонента дрейфа континентов [3].

Список литературы

1. Barkin Yu.V., Shuanggen J. On variations ofthe mean radius of the Northern and Southern Hemispheres of the Earth // EGU General Assembly. Vienna, Austria, 15-20 April 2007. Geoph. Res. Abs. 2007. Vol. 9. Abstract # EGU07-A-08183.

2. Barkin Yu.V, Shatina A.V Deformations of the Earth's mantle due to core displacements // Astronomical & Astrophysical Transactions. 2005. Vol. 24. Is. 3. P. 195—213.

3. Гончаров М.А., Разницин Ю.Н., Баркин Ю.В. Особенности деформации континентальной и океанской литосферы как свидетельство северного дрейфа ядра Земли // Современное состояние наук о Земле. М.: Изд-во Геол. ф-та МГУ, 2011 (CD-ROM). С. 461—466.

4. Гончаров М.А. Кинематическая модель северной компоненты дрейфа континентов как причины расширения Южного и сокращения Северного по-лушариев Земли // Ротационные процессы в геоло-

420

М.А. Гончаров

гии и физике. М.: КомКнига, 2007. С. 279-286. ция тектонического течения и структурные параге-

5. Гончаров М.А. Компенсационная организа- незы // Геотектоника. 1993. №4. С. 19-29.

QUANTITATIVE CONNECTION OF THE OBSERVED CHANGE IN THE LENGTH OF THE EARTH'S PARALLELS WITH THE NORTHERN DRIFT OF THE EARTH1 S CORE AND THE NORTHERN COMPONENT OF THE CONTINENTAL DRIFT

M.A. Goncharov

According to the GPS data, at present, the length of parallels in the Southern hemisphere is increasing and in North hemisphere it is decreasing. The formula which relates the rate of change in the length of a parallel with the velocity of the northern drift of the core is given and the velocity of this drift is evaluated (2.6 cm/yr). During the last 600 Ma, the northern component has been characteristic for the continental drift and flow of underlying mantle. The simplest kinematic model of this flow is based on the principle of its balanced arrangement: in the rear of this horizontal tectonic flow (beneath the South Pole), the balancing ascending flow which supports the high standing of Antarctica is inevitable, and at its front (beneath the North Pole), the balancing descending flow which caused the prolonged and completely intensive subsidence of the bottom of Arctic ocean ( the antipode of Antarctica according to its outlines) is inevitable as well. The expansion of the surface of the Southern hemisphere and the reduction of the surface of the Northern hemisphere is the consequence of this meridional convection. The characteristic velocity of the superficial horizontal flow is evaluated (0.25 cm/yr). Like the velocity of the core drift, this value is also evaluated according to the characteristic rate of lengthening of Earth's parallels. A possible reason for convection is the displacement of Earth's core to the North Pole.

Keywords: drift of Earth's core, drift of continents, GPS, change in length of Earth's parallels, balanced arrangement of tectonic flow, meridional convection.