1. 1(24) 2018
  2. Дослідження взаємозв’язку між змінами та перерозподілом моменту імпульсу Землі, Антарктичної тектонічної плити, атмосфери та океану

Дослідження взаємозв’язку між змінами та перерозподілом моменту імпульсу Землі, Антарктичної тектонічної плити, атмосфери та океану

JGD.
2018;
Випуск 1(24) 2018, Номер 1(24) 2018
: 5-26
https://doi.org/10.23939/jgd2018.01.005
Надіслано: Березень 05, 2018
Переглянуто: Червень 11, 2018
Прийнято: Червень 25, 2018
Автори:
  1. Корнилій Третяк
  2. Ф. К. Ф. Аль-Алусі
  3. Любов Бабій
1
Кафедра вищої геодезії та астрономії, Національний університет “Львівська політехніка”
2
Національний університет “Львівська політехніка”
3
Національний університет “Львівська політехніка”

Мета. Метою цієї роботи є опрацювання результатів довготривалих ГНСС-спостережень на перманентних станціях, розташованих на території Антарктичної тектонічної плити; визначення зміни її ротаційних параметрів та моменту імпульсу, обчислення зміни моменту імпульсу Землі , океанічних та атмосферних мас і встановлення взаємозв’язку між цими параметрами. Методика. У роботі представлено удосконалений алгоритм визначення параметрів полюсу Ейлера і кутової швидкості обертання тектонічної плити з урахуванням безперервності та нерівномірності часових серій щоденних розв’язків просторового розташування перманентних ГНСС-станцій. Результати. За результатами щоденних розв’язків 28 перманентних ГНСС-станцій Антарктиди за період (1996–2014 рр.) визначено положення середнього полюсу Ейлера, кутової швидкості обертання плити та їхні щорічні зміни. Визначено щорічні параметри тензора інерції та моменту імпульсу Антарктичної тектонічної плити. Обчислено за даними служби обертання Землі та геофізичних спостережень щорічні зміни моменту імпульсу Землі та тензори моменту інерції та величини моменту імпульсу океанічних та атмосферних мас за період (1996–2014 р.). Наукова новизна. Встановлено, що практично протягом усього періоду спостережень збільшенню моменту імпульсу Антарктичної тектонічної плити відповідає зменшення моменту імпульсу Землі та атмосфери, що свідчить про збереження моменту імпульсу. Збільшенню моменту імпульсу Антарктичної тектонічної плити відповідає збільшення моменту імпульсу океану. Пояснення цього взаємозв’язку вимагає додаткових досліджень.

Антарктична плита
момент імпульсу
тензор інерції
кутова швидкість
полюс Ейлера
GNSS-станції
  1. Викулин А.В., Махмудов Х.Ф., Иванчин А.Г., Герус А.И., Долгая А.А. О волновых и реидных свойствах земной коры //Физика твердого тела. 2016. Т. 58, Вып. 3. С. 547-557.
  2. Пандул И.С. Геодезическая астрономия применительно к решению инженерно-геодезических задач / СПб.: Политехника, 2010. 328. ISBN 978-5-7325-0924-3.
  3. Третяк К.Р., Аль-Алусі Ф.К.Ф. (2015), Про взаємозв’язок нерівномірності обертового руху землі та антарктичної тектонічної плити // УАЖ № 14, с. 43 – 57.
  4. Хаин В., Полетаев А. Ротационная тектоника // Наука в России. 2007. № 6. С. 14-21.
  5. Филатьев В.П. Влияние ротационных эффектов на тектонику планеты (на примере зоны перехода от азиатского континента к Тихому океану). Ротационные процессы в геологии и физике (под ред. E.E. Милановского). М.: КомКнига. 2007. С. 341–360
  6. Altamimi, Z., Métivier, L., & Collilieux, X. (2012). ITRF2008 plate motion model. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 117(B7). doi:10.1029/2011jb008930
  7. Argus, D. F., & Gordon, R. G. (1991). No‐net‐rotation model of current plate velocities incorporating plate motion model NUVEL‐1. Geophysical research letters, 18(11), 2039–2042.
  8. Argus, D. F., Gordon, R. G., & Demets, C. (2011). Geologically current motion of 56 plates relative to the no-net-rotation reference frame. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 12(11). doi:10.1029/2011gc003751
  9. Baranov, A., & Morelli, A. (2013, April). The Moho depth and the inner crustal structure of the Antarctica region. In EGU General Assembly Conference Abstracts (Vol. 15).
  10. Bowin, C. (2010). Plate tectonics conserves angular momentum. EEarth, 5(1), 1-20. doi:10.5194/ee-5-12010
  11. Brosche, P., & Sündermann, J. (1985). The Antarctic Circumpolar Current and its influence on the Earth's rotation. Deutsche Hydrografische Zeitschrift, 38(1), 1-6.
  12. Brosche, P., Wünsch, J., Frische, A., Sündermann, J., & Maier-Reimer, E. (1990). The seasonal variation of the angular momentum of the oceans. Naturwissenschaften, 77(4), 185–186.
  13. Brosche, P., Wünsch, J., Maier‐Reimer, E., Segschneider, J., & Sündermann, J. (1997). The axial angular momentum of the general circulation of the oceans. Astronomische Nachrichten, 318(3), 193-199.
  14. Bryan, F. O. (1997). The axial angular momentum balance of a global ocean general circulation model. Dynamics of atmospheres and oceans, 25(3), 191–216.
  15. Sottili, G., Palladino, D. M., Cuffaro, M., & Doglioni, C. (2015). Earth’s rotation variability triggers explosive eruptions in subduction zones. Earth, Planets and Space, 67(1), 208.
  16. Celaya, M. A., Wahr, J. M., & Bryan, F. O. (1999). Climate‐driven polar motion. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 104(B6), 12813-12829.
  17. Chen, J. L., Wilson, C. R., Chao, B. F., Shum, C. K., & Tapley, B. D. (2000). Hydrological and oceanic excitations to polar motion andlength-of-day variation. Geophysical Journal International, 141(1), 149–156.
  18. Dickey, J. O., Marcus, S. L., Johns, C. M., Hide, R., & Thompson, S. R. (1993). The oceanic contribution to the Earth's seasonal angular momentum budget. Geophysical research letters, 20(24), 2953-2956.
  19. Dickman, S. R. (1998). Determination of oceanic dynamic barometer corrections to atmospheric excitation of Earth rotation. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 103(B7), 15127-15143.
  20. Dietrich, R., & Rülke, A. (2008). A precise reference frame for Antarctica from SCAR GPS campaign data and some geophysical implications. In Geodetic and Geophysical Observations in Antarctica (pp. 1-10). Springer, Berlin, Heidelberg.
  21. Dietrich, R., Dach, R., Engelhardt, G., Ihde, J., Korth, W., Kutterer, H. J., ... & Müller, C. (2001). ITRF coordinates and plate velocities from repeated GPS campaigns in Antarctica–an analysis based on different individual solutions. Journal of Geodesy, 74(11-12), 756-766.
  22. Dietrich, R., Rülke, A., Ihde, J., Lindner, K., Miller, H., Niemeier, W., ... & Seeber, G. (2004). Plate kinematics and deformation status of the Antarctic Peninsula based on GPS. Global and Planetary Change, 42(1-4), 313-321.
  23. Drewes, H. (2009). The actual plate kinematic and crustal deformation model APKIM2005 as basis for a non-rotating ITRF. In Geodetic Reference Frames (pp. 95-99). Springer, Berlin, Heidelberg.DOI:10.1007/978-3-642-00860-3_15, 2009.
  24. Drewes, H., & Angermann, D. (2001). The actual plate kinematic and crustal deformation model 2000 (APKIM 2000) as a geodetic reference system. In IAG 2001 Scientific Assembly, Budapest, Hungary.
  25. Drewes, H. (1998). Combination of VLBI, SLR and GPS determined station velocities for actual plate kinematic and crustal deformation models. In Geodesy on the Move (pp. 377-382). Springer, Berlin, Heidelberg.
  26. National Geophysical Data Center. (2006, July 26). ETOPO5 Data and Documentation | ngdc.noaa.gov. Retrieved from https://www.ngdc.noaa.gov/mgg/global/etopo5.HTML
  27. Eubanks, T. M. (1993). Interactions between the atmosphere, oceans and crust: Possible oceanic signals in Earth rotation. Advances in Space Research, 13(11), 291-300.
  28. Frische, A., & Sündermann, J. (1990). The seasonal angular momentum of the thermohaline ocean circulation. In Earth’s Rotation From Eons to Days (pp. 108-126). Springer, Berlin, Heidelberg.
  29. Furuya, M., & Hamano, Y. (1998). Effect of the Pacific Ocean on the Earth's seasonal wobble inferred from National Center for Environmental Prediction ocean analysis data. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 103(B5), 10131-10140.
  30. Project Overview. (n.d.). Retrieved from http://ggosatm.hg.tuwien.ac.at/
  31. Sottili, G., Palladino, D. M., Cuffaro, M., & Doglioni, C. (2015). Earth’s rotation variability triggers explosive eruptions in subduction zones. Earth, Planets and Space, 67(1), 208. https://doi.org/ 10.1186/s40623-015-0375-z
  32. Seitz, F., & Schmidt, M. (2005). Atmospheric and oceanic contributions to Chandler wobble excitation determined by wavelet filtering. Journal of Geophysical Research: Solid Earth,110(B11). doi:10.1029/2005jb003826
  33. Navigation and service. (n.d.). Retrieved from https://www.iers.org/IERS/EN/Home/home_node.html
  34. Johnson, T. J., Wilson, C. R., & Chao, B. F. (1999). Oceanic angular momentum variability estimated from the Parallel Ocean Climate Model, 1988-1998. Journal of Geophysical Research: Solid Earth,104(B11), 25183-25195. doi:10.1029/1999jb900231
  35. Khain, V. E. (2010). Constructing a truly global model of Earth’s dynamics: basic principles. Russian Geology and Geophysics, 51(6), 587-591.
  36. Tretyak, K., Forat, A., & Holubinka, Y. (2017). Investigation of Changes of the Kinematic Parameters of Antarctic Tectonic Plate Using Data Observations of Permanent GNSS Stations. Reports on Geodesy and Geoinformatics, 103(1). doi:10.1515/rgg-2017-0010
  37. Kane, M. F. (1972). Rotational Inerfia of Continents: A Proposed Link between Polar Wandering and Plate Tectonics. Science, 175(4028), 1355-1357. doi:10.1126/science.175.4028.1355
  38. Nastula, J., & Ponte, R. M. (1999). Further evidence for oceanic excitation of polar motion. Geophysical Journal International, 139(1), 123-130. doi:10.1046/j.1365-246x.1999.00930.x
  39. Link to our Data Products Page:. (n.d.). Retrieved from http://geodesy.unr.edu/
  40. Ponte, R. M., & Gutzler, D. S. (1991). The Madden-Julian oscillation and the angular momentum balance in a barotropic ocean model. Journal of Geophysical Research: Oceans, 96(C1), 835-842. doi:10.1029/90jc02277
  41. Ponte, R. M., & Stammer, D. (2000). Global and regional axial ocean angular momentum signals and length-of-day variations (1985-1996). Journal of Geophysical Research: Oceans, 105(C7), 17161-17171. doi:10.1029/1999jc000157
  42. Ponte, R. M., & Stammer, D. (1999). Role of ocean currents and bottom pressure variability on seasonal polar motion. Journal of Geophysical Research: Oceans, 104(C10), 23393-23409. doi:10.1029/1999jc900222
  43. Ponte, R. M., & Rosen, R. D. (1994). Oceanic angular momentum and torques in a general circulation model. Journal of physical oceanography, 24(9), 1966-1977.
  44. Ponte, R. M. (1990). Barotropic motions and the exchange of angular momentum between the oceans and solid Earth. Journal of Geophysical Research, 95(C7), 11369. doi:10.1029/jc095ic07p11369
  45. Ponte, R. M., Stammer, D., & Marshall, J. (1998). Oceanic signals in observed motions of the Earths pole of rotation. Nature, 391(6666), 476-479. doi:10.1038/35126.
  46. Ponte, R. M. (1997). Oceanic excitation of daily to seasonal signals in Earth rotation: Results from a constant-density numerical model. Geophysical Journal International, 130(2), 469-474. doi:10.1111/j.1365-246x.1997.tb05662.x
  47. Schettino, A. (1999). Computational methods for calculating geometric parameters of tectonic plates. Computers & Geosciences, 25(8), 897-907. doi:10.1016/s0098-3004(99)00054-0
  48. Scripps Orbit and Permanent Array Center (SOPAC). (n.d.). Retrieved from http://sopac.ucsd.edu/
  49. Sella, G. F., Dixon, T. H., & Mao, A. (2002). REVEL: A model for Recent plate velocities from space geodesy. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 107(B4). doi:10.1029/2000jb000033
  50. Jin, S., & Zhu, W. (2004). A revision of the parameters of the NNR-NUVEL-1A plate velocity model. Journal of Geodynamics, 38(1), 85-92. doi:10.1016/j.jog.2004.03.004
  51. Tretyak, K. R., & Vovk, A. I. (2016). Differentation of the rotational movements of the european continents earth crust. Acta Geodynamica et Geomaterialia, 13(1), 181.
  52. Vikulin, А. (2015). Geodynamics as wave dynamics of the medium composed of rotating blocks. Geodynamics & Tectono-physics, 6(3), 345-364. doi:10.5800/gt-2015-6-3-0185
  53. Jiang, W., E, D., Zhan, B., & Liu, Y. (2009). New Model of Antarctic Plate Motion and Its Analysis. Chinese Journal of Geophysics, 52(1), 23-32. i:10.1002 /cjg2. 1323
  54. Wu, X., Ray, J., & Dam, T. V. (2012). Geocenter motion and its geodetic and geophysical implications. Journal of Geodynamics, 58, 44-61. doi:10.1016/j.jog.2012.01.007