Годовой цикл геодинамической активности

НАУКИ О ЗЕМЛЕ

УДК 622.831.32:523.98

Б. Г. Тарасов ГОДОВОЙ ЦИКЛ ГЕОДИНАМИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ

Ранее нами [1] показана связь частоты геодинамических событий в шахтах и рудниках с декадными (11-летними) циклами солнечной активности. Было показано, что причинами этой связи являются энерготрансформации, происходящие в Земле под влиянием солнечных вспышек, вызывающих флуктуации напряженности геомагнитного поля. Характер этих флуктуаций представлен на рис. 1 кривой 1 и анализировался нами на международных конференциях по гео-

динамике и напряженному состоянию недр Земли в ИГД РАН в 1999 и 2001 гг. [1, 2]. В данной работе мы вновь обращаемся к этой характеристике, так как она, как выяснилось, является фундаментальной закономерностью.

На рис. 1 кривой 1 показан ход суммарного вектора напряженности геомагнитного поля [3] в ходе 11-летнего цикла. Её анализ говорит о том, что в начале цикла, в год минимума солнечной активности, напряженность потенциального маг-

Рис.1. Характеристики энергетических преобразований

нитного поля максимальна, а в год максимума солнечной активности, к середине цикла, она становится минимальной, под влиянием солнечных вспышек, число которых в фазе роста солнечной активности увеличивается по закону кривой 2. Эта кривая соответствует временному ходу солнечной активности или кинетической энергии электрических и других полей на Солнце и в геосферах.

Кривыми 3 и 3 показаны скорости изменения кинетической энергии в фазе роста солнечной активности и потенциальной энергии в фазе затухания солнечной активности.

Предположим, что ход гео-динамической активности определяется как уровнем потенциальной энергии, так и скоростью её изменения в цикле пульсации Земли. Сложим кривые 1 и 3, представленные на рис. 1, и получим кривую 4.

Далее обратимся к рис. 2, где представлен годовой (сезонный) ход числа горных ударов (кривая 1) на шахтах и рудниках СССР и СНГ за период с 1947 по 1998 гг. [4] и годовой ход цикла сильных землетрясений (М > 7) кривая 2.

Прежде всего, обращает на себя внимание аналогичный характер кривой 4 рис. 1 и кривых, представленных на рис. 2. Наиболее опасными в течение года оказались март и сентябрь месяцы, которые соответствуют положению планеты Земля в квадратурах её околосолнечной орбиты: 23 марта и 23 сентября

- дни весеннего и осеннего равноденствия, а также периоды максимального сжатия Земли в

ОПП КВ-РА СОЕД КВ-РА ОПП

І II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

Месяцы года

Рис. 2. Характеристики геодинамической активности: сезонные колебания количества горных ударов и внезапных выбросов на шахтах и рудниках

день зимнего солнцестояния (23 декабря). Минимальный уровень геодинамической активности - в день летнего солнцестояния (23 июня).

Важным обстоятельством, позволяющим объяснить характер годового цикла геодинами-ческой активности, являются сезонные вариации вспышечной активности Солнца. Имеются ввиду, протонные, наиболее мощные вспышки. Наличие сезонных вариаций вспышечной активности было установлено по солнечным данным [5] за период с 1937 по 1965 гг.

Сезонный ход вспышечной активности Солнца представлен на рис. 3, из которого следует, что максимальное число протонных вспышек происходит в марте и в сентября каждого года, т. е. тогда, когда увеличивается геодинамическая активность. Протонные вспышки -аналоги землетрясений.

Сам факт совпадения событий на Солнце и на Земле говорит в пользу концепции воздействия планет на вспышечную активность Солнца. Дни весеннего и осеннего равноденствий совпадают с положением Земли в квадратурах своей орбиты относительно Солнца и центрального тела Галактики. День летнего солнцестояния 23 июня соответствует соединению Земли с центральным телом Галактики, а день зимнего солнцестояния - противостоянию Земли ЦТГ (оппозиции). Вопрос о влиянии Галактики неоднократно поднимался, начиная в 1972 г. [6].

Из рис. 3 следует, что количество протонных вспышек в декабре (оппозиция Земли с ЦТГ) соответствует 4 событиям и ниже, чем в июне (соединение Земли с ЦТГ), когда их число равно 6. Всего в течение года происходит до 89 протонных вспышек при общей численности вспышек до 1200-3000 за год, соответственно в четном и нечетном циклах в год максимума активности.

Иными словами, общее чис-

ло вспышек в 20-30 раз больше числа протонных. Поэтому при разнице числа протонных вспышек, равной двум, общее их число отличается на 40-60 солнечных вспышек. Значит соединение Земли с централь-

ным телом Галактики (23.06) характеризуется более высоким возмущением Солнца Землей и более высокой вспышечной активностью, которая как было показано нами [1], является фактором энергетической раз-

Календарные годы и месяцы

Рис. 4, а. Сезонные изменения периода суточного вращения Земли (по У. Марковицу. Морская обсерватория США). 1 - кривая сезонных вариаций продолжительности суток; 2 - кривая скорости сезонных

вариаций.

грузки и сопровождается снижением числа геодинамических событий в шахтах и рудниках и землетрясений, что и наблюдается на рис. 2, где второй максимум (в августе-сентябре), как по горным ударам, так и по землетрясениям ниже первого, что объясняется энергетическим истощением Земли после летнего максимума общей вспышеч-ной солнечной активности. Итак, центральное тело Галактики является главным энергетическим центром, излучающим потоки энергии по радиусу. О последнем свидетельствует симметричная зависимость интенсивности Б-гамма излучения галактического диска относительно центра Галактики [7].

Несмотря на спиральные рукава Галактики, где сосредоточены звездные скопления, наиболее энергичная составляющая излучения Галактического диска имеет симметричный характер относительно начала координат, что подтверждает идею радиального распространения в Галактическом пространстве энерго-информа-ционных потоков.

На этом основании мы считаем, что оппозиции, соединения

и квадратуры планет являются важными положениями планет, определяющими их вклады в уровни и виды энергетического состояния солнечной системы, и в интенсивности энергопреобразований, протекающих в Солнце и планетах.

Положение каждой планеты в секторе оппозиции центру Галактики (в хвосте гелиомагнитосферы X = 0-180°) не препятствует энергопоступлению из Галактики к Солнцу и этим

увеличивает энергию потенциальных гравитационного и магнитного полей Солнца и планет. Это положение соответствует вкладу планеты в сжатие Солнца. Сама планета, благодаря спокойному и сильному магнитному полю Солнца, сжимается, её внутренняя энергия блокирована магнитным полем и накапливается. В точке оппозиции X = 90° она максимальна. В этот период происходят резкие, но мощные события под

X XII II IV VI VIII X XII II IV VI VIII X Месяцы 1986 1987 1988 Годы

1-9 - смещения реперов, установленных на глубине 1-9 м

Рис. 4, б. Сезонные вариации смещения реперов

Поле корреляции и теоретическая кривая зависимости суммарного смещения грунтовых реперов от изменения продолжительности суток

Г), мм

* V . ... ' ,0029х2 + 0,213х + 13,91^

Р!2 = 0,9556

X ♦ — е-

-60 -40 -20 0 20 40

Рис. 4, в. Корреляционная зависимость между смещениями реперов и продолжительностью суток

влиянием Луны и других планет, занимающих другие позиции.

С движением планеты из оппозиции к первой (весенней квадратуре) от 90° до 180° она испытывает возмущения магнитного поля, его напряженность снижается, начинается расширение планеты и Солнца под влиянием депрессии магнитного и гравитационного полей планеты, информационно связанных с Солнцем через его гелиомагнитосферу.

Благодаря этому, напряженность магнитного поля Солнца снижается, образуются активные области, усиливается вспышечная активность. Максимальной интенсивности эти процессы достигают в первой квадратуре орбиты (для Земли -это дни весеннего равноденствия), для орбиты - это У дуги от оппозиции. Количество геоди-намических событий максимально, но их энергия меньше, чем в оппозиции.

При движении в секторе соединения планеты с центром Галактики (X = 180-360°) от которого распространяются потоки энергии (90 % протонов, 10 % электронов), планета возмущает эти потоки перекрывает их своим телом и физическими полями, возможно разрывает магнитные силовые линии, порождая ударные волны, вследствие чего напряженность магнитного поля Солнца снижается, появляются активные токовые поля, вспышечная активность увеличивается и достигает максимума в точке соединения с центром Галактики (X = 270°). По принципу обратной связи все эти процессы ретранслируются посредством вспы-шечной активности на планеты. Планеты в соединении с ЦТГ максимально расширены, их потенциальная энергия понижена, кинетическая энергия достигает максимума, а её градиенты равны нулю. Поэтому геодина-мическая активность планет в соединении с ЦТГ - минимальна, как по числу, так и по энер-

гии ГДЯ) и обусловлена пониженным уровнем потенциальной энергии Земли (планеты).

Для объяснения причин описанного годового геодинамиче-ского цикла, нами привлечена также пульсационная геотектоническая гипотеза В. А. Обручева, поддерживаемая и развиваемая Н. П. Кропоткиным [8]. Согласно современным представлениям, Земля пульсирует в потоках космической энергии солнечного электромагнитного и корпускулярного излучения, под действием флуктуаций напряженности межпланетного и геомагнитного полей и гравитационных взаимодействий планет. При уменьшении напряженности геомагнитного поля, Земля расширяется (предположительно под действием магни-тострикционного эффекта [9]), при восстановлении напряженности ГМП Земля сжимается. Как следствие пульсаций Земли, под действием флуктуаций напряженности геомагнитного поля, скорость её суточного вращения изменяется. На рис. 4,а кривой 1 представлен временной ход сезонных изменений периода суточного вращения Земли, из которого видно, что максимальное сжатие Земли (и её максимальная потенциальная энергия) с сокращением продолжительности суток почти на 30-40 мсек имеет место в начале ноября, т. е. на два меся-

ца раньше дня зимнего солнцестояния (о причинах будет сказано позже). Затем Земля расширяется, о чем говорит увеличение продолжительности суток, и достигает максимального расширения и приращения продолжительности суток также на 30-40 мсек в начале июня, т. е. на месяц раньше дня летнего солнцестояния.

С ходом изменений периода суточного вращения Земли согласуются суммарные перемещения грунтовых реперов, установленных на глубине 1-9 м в зоне разрывного нарушения, представленные на рис. 4,б.

На рис. 4,в представлено поле корреляции и теоретическая кривая зависимости суммарного смещения грунтовых реперов от изменения продолжительности суток. Представленные материалы свидетельствуют о почти функциональной зависимости между этими параметрами. Обращает внимание, и совпадение по времени экстремальных смещений реперов и отклонение продолжительности суток от нормы (86 400 е).

Таким образом, обращение каждой планеты вокруг Солнца сопровождается сжатием и расширением Земли. Сжатие происходит при нахождении планеты в оппозиции и соответствует сокращению суток и увеличению скорости вращения, приросту потенциальной энергии

Рис. 5. Взаимные смещения и вращения Солнца и Земли, обуславливающие смещение временных экстремумов на кривой флуктуаций продолжительности суток:

1 - траектория движения Солнца; 2 - траектория движения Земли; 3 - направление вращения Солнца и Земли; 4 - геометрическое место оппозиций; 5 - то же - соединений Земли с центром Галактики; 6 и 7 - секторы противоположной полярности гелиомагнитного поля; 8 - поток Галактических лучей от центрального тела на фронте ударной волны с гелиомагнитосферой; 9 - хвост гелиомагнитосферы, ось смещена назад под влиянием движения Солнца по Галактической орбите

Земли. Расширение происходит при нахождении планеты в соединении с центром Галактики и соответствует увеличению продолжительности суток, снижению скорости вращения, переходу части потенциальной энергии в кинетическую, т. е. снижению энергетического состояния Земли.

Как видно из рис. 4,а (кривая 2), наибольшие градиенты изменения продолжительности суток совпадают с серединой марта и началом августа месяца (см. точки пересечения оси Х кривой сезонного изменения продолжительности суток).

Таким образом, получается, что геодинамический год начинается в ноябре предыдущего года и заканчивается в ноябре текущего года.

Отмеченное смещение начала геодинамического года на

1 ноября, вероятнее всего связано с закрученностью силовых линий магнитного поля Солнца в спираль Архимеда, как показано на рис. 5. Здесь представлена траектория движения Солнца (1), траектория облета движущегося Солнца Землей (2). Стрелками показано направление вращения Солнца и Земли при облете Солнца из положения соединения с центральным телом Галактики в положение противостояния центру Галактики. Находясь в секторе соединения с ЦТГ (X = 180^360°), Земля возмущает потоки энергии, поступающие из Галактики в Солнечную систему, вызывает возмущение гелиомагнитного поля и по принципу обратной связи от вспышечной активности Солнца испытывает возмущения геомагнитного поля, расширя-

ется и замедляет скорость вращения. Это состояние подобно разгрузке от геомеханических напряжений, которое вблизи квадратур (X = 0 и 180°) сопровождается активизацией сдвигающих напряжений.

При нахождении в секторе противостояния Земля «восстанавливает» геомагнитное поле, сжимается, ускоряется и испытывает рост геомеханических напряжений.

Вследствие закрученности магнитного поля Солнца по спирали, момент «магнитного зимнего и летнего солнцестояния» наступает раньше астрономического на 1,5-2,0 месяца, что и находит подтверждение в кривых хода продолжительности суток, представленных на рис. 4,а. Кроме того, можно предположить, что это связано с положением оси хвоста гелио-

4

магнитосферы и его структурой, отклоняющегося назад под влиянием движения Солнца по галактической орбите.

Аналогичной закономерности подчиняется ход геодина-мической активности в лунномесячном суточном, планетарных и галактическом циклах геодинамической активности,

что отражено на рис. 1 в подри-суночной подписи. В целях унификации шкалы времени для всех циклов геодинамической активности все периоды планет разделены на двенадцать месяцев, по аналогии с земным годом, чтобы флуктуации энергии, соответствующие циклам ГДА представить одной кривой, изображенной на рис. 1. Анализ рядов числа землетрясений подтвердил наличие планетарных вариаций сейсмичности.

Анализ рис. 1 показывает, что аналоги экстремальных значений геодинамической активности приурочены к квадратурам, оппозициям и соединениям планетных орбит.

Анализ кривых хода сейсмической активности, представленных на рис. 2 показывает, что максимум, связанный с первой квадратурой (23.03) годового цикла, как положено, совпадает с третьим месяцем года. Что же касается максимума, связанного со второй квадратурой (23.09), то он наступает раньше на месяц или полтора и менее выражен. Это обстоятельство так же может быть связано с закрученностью геомагнитного поля (Солнца) и искаженным положением магнитного экватора Земли на её осенне-зимней стороне. Такое явление наблюдается на Солнце [10].

Это обстоятельство под-

тверждает важную роль магнитных полей Космоса и Земли в формировании особенностей и закономерностей временного хода геодинамической активно -сти.

Изменение положения магнитного экватора солнечной системы на «подветренной» (весенне-летней) и «наветренной» (осенне-зимней) сторонах Земли естественным образом объясняет положение экстремальных точек на кривой гео-динамической активности.

Как показано в [2], ход потенциальной энергии в течение цикла подчинен зависимости:

E пот _ Eпот Et _ Emax

7nom T?nom 2 iti

_ /рпигп _ Fnom max min

2

а производная этой функции:

77-г пот

dEt Ю(Т7 г \ - (

—-— = —(E - E .

7 Л \ max m.n / г г

dt 2

Тогда ход геодинамической активности качественно подчинен сумме функций (1) и (2):

ГДА =

_ f

E '

_ e"w" _ E X^max min

jsi

nom4n2-

2 (,Emax Emin ^іпю^і

T^nom

где Emax - максимальная потенциальная энергия Земли в противостоянии центру Галак-

Trnom

тики; Emin - минимальная потенциальная энергия Земли в год соединения с центром Галактики; 0< ti < Ti - время от

начала цикла ti _ 0 до конца

цикла ti = T, где T - продолжительность цикла или периода

обращения планеты вокруг Солнца; ю, - угловая скорость реализации цикла; ю, =2п / Т , где 2п - длина орбиты в градусах.

Вид функции (3) качественно согласуется с кривой 4 фактического хода геодинамиче-ских событий в течение циклов активности.

Выводы

1. Геодинамические явления в шахтах и рудниках, как и землетрясения, обусловлены гео-динамическим сейсмическим режимом Земли.

2. Вариации сейсмического режима Земли обусловлены смещением и положением Земли и планет Солнечной системы на своих орбитах относительно Солнца и центра Галактики, при которых происходят пульсации геоида и превращения видов энергетического состояния Земли. Гравитация и электромагнетизм являются главными факторами пульсаций геоида.

3. Уровень сейсмической опасности определяется как запасом энергии, который изменяется при переходе Земли от оппозиции к соединению с центром Галактики, так и скоростью этих изменений в квадратурах орбит.

4. Солнечная вспышечная активность подвержена сезонным (земным) изменениям. Это является ярким свидетельством в пользу планетарного и галактического воздействия на энергетику Солнца и всей Солнечной системы и подтверждает ведущую роль электромагнетизма в управлении этими энерготрансформациями.

+

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Яковлев Д. В., Тарасов Б. Г. Гравитационные и электромагнитные взаимодействия в геодинамиче-ских процессах. Геодинамика и напряженное состояние недр Земли. Изд-во Сибирского отделения РАН. Новосибирск, 1999, с. 21-30.

2. Яковлев Д. В., Тарасов Б. Г. Энерготрансформации горных массивов и частота геодинамических событий в шахтах и рудниках в циклах Земли и Солнца. Динамика и напряженное состояние недр Земли. Сибирское отделение РАН, Новосибирск, 2002, с. 56-65.

3. Ривин Ю. Р. Циклы Земли и Солнца. М., Наука, 1989, 183 с.

4. Яковлев Д. В., Тарасов Б. Г. Динамика геологической среды в циклах Земли и Солнца и аварийность инженерных объектов, включая магистральные трубопроводы. Геодинамическая безопасность при освоении месторождений газа, его транспортировке и хранении. СПб, ВНИМИ, 2001, с. 48-65.

5. Коврижных О. М., Савченко И. А., Чухрай Г. И. Сезонный ход вспышечной активности за 19371965 гг. Бюллетень «Солнечные данные» № 5, 1972.

6. Васильева Г. Я., Кузнецов Д. А., Шпитальная А. А. К вопросу о влиянии галактических факторов на солнечную активность. Бюллетень «Солнечные данные» № 2, 1972.

7. Физика Космоса. Маленькая энциклопедия. М., изд-во «Советская энциклопедия», 1986, 785 с.

8. Кропоткин Н. П. Пульсационная геотектоническая гипотеза В.А. Обручева и мобилизм. Проблемы расширения и пульсаций Земли. М., Наука, 1984.

9. Баласанян С. Ю. Динамическая геоэлектрика. Новосибирск, Наука, Сибирское отделение, 1990, 228 с.

10. Бочкарев Н. Г. Магнитные поля в Космосе. М., Наука, 1985, 206 с.

Авторы статьи:

Тарасов Борис Гаврилович

- докт.техн.наук, проф.

УДК 622.831.32:523.98

Годовой цикл геодинамической активности / Тарасов Б. Г. // Вестн. КузГТУ. 2005. № 4(2). - С. 3-9.

Рассмотрен годовой цикл геодинамической активности по рядам горных ударов, внезапных выбросов и сильных землетрясений. Доказано, что техногенная геодинамическая активность является проявлением сейсмического режима Земли в процессе энергомассообмена с Галактикой и Солнечной системой. Показана связь ритмов геодинамической активности с пульсациями геоида и продолжительностью суток.

Илл.5. Библ.10. назв.