1. 2(23) 2017
  2. Фігура Землі і геодинаміка

Фігура Землі і геодинаміка

JGD.
2017;
Випуск 2(23) 2017, Номер 2(23) 2017
: 141-163
https://doi.org/10.23939/jgd2017.02.141
Надіслано: Серпень 05, 2017
Автори:
  1. Анатолій Церклевич
  2. Євгеній Шило
  3. Oльга Шило
1
Кафедра інженерної геодезії, Національний університет “Львівська політехніка”
2
Кафедра інженерної геодезії, Національний університет “Львівська політехніка”
3
Національний університет “Львівська політехніка”

Мета. Мета даної роботи на якісному і наближено кількісному рівні показати як в процесі еволюційного саморозвитку планети в результаті дії гравітаційно-ротаційних  та ендогенних сил відбувається перерозподіл мас, що приводить до трансформації фігури літосфери від двовісного еліпсоїда до тривісного і навпаки, зміни сплющеності і осьової швидкості обертання та переміщення полюса в геологічному часі. визначити діючі масові сили, які зумовлюють динаміку напруженого стану у верхній оболонці Землі, на основі  обчислених параметрів еволюційних змін фігури поверхні літосфери. Методика. Фігура поверхні літосфери геометрично повернута  відносно  фігури геоїда і в геологічному часі орієнтація цих фігур і параметри еліпсоїдів, які їх апроксимують, змінювались. Таке розміщення фігури літосфери і фігури геоїда може створювати напруження, яке направлене на приведення розподілу мас літосфери у відповідність з фігурою геоїда. За параметрами еволюційних змін фігури поверхні літосфери, можна визначати діючі масові сили, які зумовлюють динаміку напруженого стану Землі. Обчислення параметрів двовісного і тривісного еліпсоїдів виконувалося на основі даних цифрової моделі поверхні Землі ETOPO1. Для зазначеної моделі висоти були усереднені в межах трапецій 5ºх5º. Для моделювання трансформації фігури Землі і оцінки впливу її переорієнтації на напружено-деформований стан літосфери в далекі геологічні епохи використані два варіанта наборів растрових карт палеореконструкцій розміщення материків і водної поверхні, які незалежно були створені Р. Блекі і К. Скотезою. Оскільки всі растрові зображення створені послідовно в певних кольорах, то з деякими припущеннями, знайшовши зв'язок між зображенням висот моделі ЕТОРО 1 і растровими картами палеореконструкцій, можна з певним наближенням перейти до цифрової моделі рельєфу поверхні (ЦМРП) літосфери Землі для геологічних епох, які прив'язані до відповідних карт із зображенням материків і водної поверхні.  Результати. Запропонований алгоритм визначення ЦМРП літосфери Землі за даним растрових карт палеореконструкцій і обчислені параметри двовісного і тривісного еліпсоїдів на фіксовані моменти геологічного часу. Наведені формули для обчислення тангенціальних  масових сил, які виникають  в результаті переміщення полюса фігури літосфери та зміни швидкості обертання планети навколо своєї осі і дана  інтерпретація дослідження планетарної динаміки фігури літосфери Землі та глобального напруженого стану. Наукова новизна. Введено поняття «геоеволюційного» відхилення виска, з врахуванням якого розраховані тангенціальні масові сили, що діють у верхній оболонці планети. Дана інтерпретація ролі гравітаційно-ротаційних сил у формуванні глобального поля напружень та трансформації фігури поверхні літосфери Землі.  Практична значущість. Подані результати можуть використовуватись у подальших дослідженнях, які спрямовані на вивчення планетарних характеристик нашої планети, динаміки їх змін в часі та глобального напруженого стану.

двовісний і тривісний еліпсоїд
цифрова модель рельєфу поверхні літосфери Землі
тангенціальні масові сили
напружений стан літосфери
  1. Авсюк Ю. Н. Энергетика экзогенных геологических процессов / Ю.Н.Авсюк, В.П.Зверев,  В.И. Макаров и др.//Опасные экзогенные процессы.–М.: ГЕОС.– 1999.– С. 49–86.
  2. Блинов В. Ф. Растущая Земля: из планет в звезды /. В.Ф.Блинов //Электронная монография.– Киев, 2011.– 305 с.
  3. Божко Н. А., Баркин Ю. В. Дисимметрия тектонических процессов в ходе суперконтинентальной цикличности как динамические следствия относительных полярных смещений ядра и мантии Земли //Материалы 42-го тект. совещания.–М.: ГЕОС.– 2009.– Т. 1.– С. 66—70.
  4. Гончаров М. А. Подъем с всесторонним горизонтальным растяжением Антарктики и опускание с всесторонним горизонтальным сжатием Арктики как следствие северной компоненты дрейфа континентов //Материалы 42-го тект. совещания.– М.: ГЕОС.– 2009.– С. 151-155.
  5. Красовский Ф. Н. Избранные сочинения. – М.: Геодезиздат. – Т. 1, 1953.– 372 с.; Т. 2, 1956. – 220 с; Т. 3, 1955. – 816 с.; Т. 4, 1955. – 574 с.
  6. Красовский Ф. Н. О некоторых научных задачах астрономо-геодезии в связи с изучением твердой оболочки Земли //Тр. Инст. теоретич. Геофизики АН СССР. – 1947. – М 2. – С. 3-21.
  7.   Кропоткин П.H., Трапезников Ю.А. Вариации угловой скорости вращения Земли, колебаний полюса и скорости дрейфа геомагнитного поля и их возможная связь с геотектоническими процессами // Изв. АН СССР. Сер. геол.– 1963.– № 11.– С. 32-50.
  8. Кузнецов В. В. принцип минимизации гравитационной энергии Земли и механизмы его реализации //Вестника Отделения наук о Земле РАН. электронный научно-информационный журнал. – 2005. №1(23). – С.1-27.
  9. Левин Б. В. Роль движений внутреннего ядра Земли в тектонических процессах // Фундаментальные проблемы общей тектоники. –М.: Научный мир, 2002. – С. 444—461.
  10. Личков Б. Л. Природные воды Земли и литосферы. – М.–Л.: Изд.- во АН СССР,1960. –164 с.
  11. Манк У., Макдональд Г. Вращение Земли. – М.: Мир, 1964. – 384 с.
  12. Машимов М. М. Физическая геодезия: метаморфозы в начале пути; возрождение учения Красовского в новейшее время // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъемка. – 1999. – № 6. – С. 63-76.
  13. Мельников О. А. Ротационный режим Земли – отправной пункт и основа численного и физического моделирования любых геологических процессов //Тектоника и геодинамика континентальной литосферы. Материалы ХХХV1 Тектонического совещания. М.: ГЕОС. – 2003. –Т. 2. – С. 40–44.
  14. Менард Г. У.  Геология дна Тихого океана / Г.У Менард. – М.: Мир, 1966. – 275 с.
  15. Мещеряков Г. Об одном единственном решении обратной задачи теории потенциала / Г. Мещеряков. // Доповіді національної академії наук. – 1977. – №6. – С. 492–495.
  16. Мирлин Е. Г. Проблема вихревых движений в «твёрдых» оболочках Земли и их роли в геотектонике // Геотектоника. – 2006.– №4.– С. 43–60.
  17.   Молоденский М. С. Роль геофизики и геологии в исследовании фигуры Земли // Сб. научно-техн. и произ. статей по геодезии, картографии, топографии, аэросъемке и гравиметрии. – 1945. –. N'98.– С. 24-30.
  18. Молоденський М. С. Современные задачи изучения       фигуры Земли // Геодезия и картография. – 1958. – №7. – С 3-5.
  19. Мушкетов Д. И. Региональная геотектоника. – Л.-М.: ОНТИ, 1935. –527 с.
  20. Одесский И. А. Ротационно-пульсационный режим Земли и его геологические исследования.– СПб.: Пангея.– 2004. –27 с.
  21. Павленкова Н. И. Нерешенные проблемы глобальной тектоники и возможные пути их решения. [Електронний ресурс]– Режим доступу: https://www. youtube.com/watch?v=deVM7FB29FE
  22. Слудский Ф. А. Общая теория фигуры Земли.– М.: МГУ, 1888.– 98c.
  23. Стовас М. В. Избранные труды.– М.: Недра, 1975. – 153 с.
  24. Тяпкин К. Ф. Новая ротационная гипотеза структурообразования и ее геолого-математическое обоснование / К.Ф. Тяпкин, М.М. Довбнич.– Донецк: «Ноулидж», 2009. – 342 с.
  25. Расцветаев Л. М. Глобальные сдвиги и зоны скалывания планетных тел. // Сдвиговые тектонические нарушения и их роль в образовании месторождений полезных ископаемых.– М.: Наука, 1991.– С. 137-148.
  26. Хаин В. Е. Об основных принципах построения подлинно глобальной модели динамики Земли //Геология и геофизика.– 2010.– т. 51, № 6.– С. 753–760.
  27. Церклевич А. Л. Геодинамічна еволюція фігури Землі та Марса / А.Л. Церклевич, О.С. Заяць // Геодинаміка. – 2012. – № 2(13). – С. 38-42.
  28. Церклевич А. Л. Апроксимація висот фізичної поверхні Землі двовісним і тривісним еліпсоїдами / А.Л.Церклевич, О.С. Заяць, Є.О. Шило // Геодинаміка. – 2016, №1(20).–  с.40-49.
  29. Церклевич А. Л.  Динаміка трансформації фігури Землі / А.Л.Церклевич, О.С. Заяць, Є.О. Шило //Кинематика и физика небесных тел . – 2017. – Т33. –№3. –  с.54-69.
  30. Шейдегер А. Основы геодинамики. – М.: Недра, 1987. – 384 с.
  31. Шен Э. Л. Гравитационная энергия и внутренняя структура планет //автореф. дис. … к.ф.-м. наук: спец. 01.04.12 «Геофизика». – Киев, 1980. – 14с.
  32. Blakey R. Global Paleogeography [Електронний ресурс]Режим доступу:https://www2.nau.edu/ rcb7/globaltext2.html
  33. Chandrasekhar S. Ellipsoidal figures of equilibrium / Chandrasekhar. – New Haven and London: Yale University Press, 1969.
  34. Gauss K. F. Allgemeine Lehrsätze in Beziehung auf die im verkehrten Verhaltnisse des Quadrats der Entfernung wirkenden Anziehungs und Abstossungskrafte / Gauss. // Werke, 5, Göttingen. – 1867. – P. 197–244.
  35. Maloof A. C. Combined paleomagnetic, isotopic, and stratigraphic evidence for true polar wander from the Neoproterozoic Akademikerbreen Group, Svalbard, Norway / A.C.Maloof, G.P.Halverson, J.L. Kirschvink at al. // Geological Society of America Bulletin. –2006. – v. 118, no. 9/10. – P. 1099-1124.
  36. Marchenko A. N. The Earth’s global density distribution and gravitational potential energy. In M.G.Sideris (ed.) / Marchenko. // Observing our Changing Earth, Int. Assoc. of Geodesy Symp. 133. – 2009. – P. 483–491.
  37. Maxwell J. K. A Treatise on Electricity and Magnetism. 2nd Edition, Vol.1 / Maxwell. – Oxford, 1881. – 464 p.
  38. Moritz H. The Figure of the Earth. Theoretical Geodesy and Earth’s Interior / Moritz. – Karlsruhe: Wichmann, 1990. – 279 p.
  39. National Centers for Environmental Information, ETOPO1 Global Relief Model [Електронний ресурс] Режим доступу: https://www.ngdc.noaa.gov/mgg/global/ global.html.
  40. Rogister Y.  Influence of liquid core dynamics on rotational modes / Y. Rogister, B.Valette // Geophysical Journal International.–2009.– 176 (2). – P. 368-388.
  41. Rubincam D. P. Gravitational potential energy of the Earth: A spherical harmonic approach / Rubincam. // Journal of Geoph. Res. – 1979. – Vol.84, № B11. – P. 6219–6225.
  42. Scoppola B The westward drift of the lithosphere: a rotational drag? / B.Scoppola, D.Boccaletti, M. Bevis, E. Carminati, C.Doglioni // Geol. Soc. Amer. Bull. – 2006.– №2,v.118. – Р.199-209.
  43. Shuanggen Jin, Quantitative analysis of the slowing expansion of the South hemisphere / Jin Shuanggen, Zhu Wenyao // Proceedings of colloquium “APSG-Irkutsk” M.: GEOS. – 2002. – P. 154-162.
  44. Thomson W. Treatise on Natural Philosophy / W. Thomson, P. Tait. // Cambridge University Press. – 1883. – Vol.2, №36. – P. 497–502.
  45. serklevych A. Dynamics of the Earth Shape Transformation / A.Tserklevych, O. Zayats, Y. Shylo // Kinematics and Physics of Celestial Bodies. – 2017. – Vol. 33, No. 3. – P. 130–141.
  46. Wen-Bin Shen W. Estimation of the asymmetric vertical variation of the southern and northern hemispheres of the earth. / Wen-Bin Shen W., Rong Sun R., Barkin Y., Ziyu Shen Z. //Geodynamics & Tectonophysics.– 2015.– 6(1).– P.45-61.