Крутится, вертится шар голубой…

Крутится, вертится шар голубой…

Вращение Земли – одно из важнейших свойств нашей планеты. Вследствие ее вращения происходят, как известно, не только смена дня и ночи, что регулирует всю биологическую жизнь планеты, но и видимое суточное движение небесных тел, а также множество различных процессов, происходящих на Земле.

Представление о вращении Земли возникло еще в древности. Закономерности ее движения изучали И. Кеплер и И. Ньютон, П. Лаплас и Ж. Лагранж, Л. Эйлер и А. Ляпунов. В настоящее время в мире действует широко разветвленная сеть обсерваторий, в том числе крупнейшая в нашей стране – Пулковская, в которых непрерывно ведутся наблюдения за вращением Земли, изменяемостью широт, движением полюсов.

С тех прр как стало известно, что Земля вращается около своей оси, появилась гипотеза, поначалу не вызывавшая никаких сомнений: вращение Земли равномерное, и ее никем невидимая ось не изменяет своего положения по отношению к звездам. Само собой разумеется, что Земля принималась в этом случае за твердое тело.

Допущение твердости Земли и ее равномерного вращения означало, что координаты данного места на Земле (положение тела относительно других объектов) остаются неизменными. Дальнейшие астрономические наблюдения и, позднее, теория вращательного движения твердого тела вокруг неподвижной точки заставили отказаться от этих гипотез.

Сомнения в постоянстве скорости вращения Земли возникли после открытия Э. Галлеем в 1695 году векового движения Луны. Мысль о вековом замедлении вращения Земли под действием приливного трения впервые была высказана И. Кантом в 1755 году. Сомнения в неподвижности оси вращения Земли возникли у Л. Эйлера в 1758 году.

Прошло, однако, каких-нибудь сто лет, и было выяснено, что Земля вращается неравномерно, что наблюдаются периодические вековые и нерегулярные изменения скорости ее вращения и соответственно величины суток, а еще через пятьдесят лет некоторые параметры этих изменений удалось определить. С тех пор за неравномерностью вращения Земли астрономы стали наблюдать регулярно.

Эти исследования, в частности, показали, что скорость вращения Земли меняется то в одну, то в другую сторону. Например, в прошлом веке вращение Земли замедлялось, а в первые десятилетия XX века это замедление прекратилось и сменилось ускорением. Происходят и внезапные кратковременные изменения скорости вращения.

Отчего это происходит? Какие силы то затормаживают, а то раскручивают нашу планету?

На эти вопросы нет сегодня точного ответа. «Следствие по делу» ведется давно и тщательно, собрано немало «свидетельских показаний» и «вещественных доказательств». Имеются «подозреваемые» и явные «соучастники», но для подтверждения подозрений недостает фактов. Что же касается выявляемых «соучастников», то не до конца установлена еще доля участия каждого из них в этом непростом «деле»…

Так, например, заметную роль в колебаниях скорости вращения Земли с периодами менее одного месяца играют земные приливы. Приливообразующая сила растягивает Землю вдоль прямой, соединяющей ее центр с центром возмущающего тела – Луны или Солнца. Моменты инерции сплющенной Земли больше, чем моменты инерции недеформированной шарообразной планеты. А поскольку момент импульса Земли, то есть произведение ее момента инерции на угловую скорость, должен оставаться постоянным, скорость вращения сплюснутой Земли меньше, чем скорость недеформированной. При движении Луны вокруг Земли и системы «Земля-Луна» вокруг Солнца расстояние от Земли до Луны и Солнца меняется. Поэтому Приливообразующая сила колеблется во времени, что в конечном итоге и вызывает неравномерность вращения Земли.

Приливные выступы постоянно перемещаются по земной поверхности вслед за Луной и Солнцем с востока на запад, то есть в направлении, обратном суточному вращению Земли. Естественно, что при таком перемещении возникают силы трения, которые тормозят вращение Земли. Вторая причина заключается в том, что Земля вращается не как твердое тело, угловая скорость вращения всех точек которого от центра до периферии одна и та же. У Земли же угловые скорости точек тем меньше, чем ближе они к центру Земли. На границе перехода сравнительно твердой мантии к жидкому ядру скорость вращения должна измениться плавным «скачком», вследствие чего между мантией и жидким яд возникает сила трения, тормозящая вращение мантии. Расчеты показывают, что из-за этого сутки должны удлиняться на 0,003 секунды за столетие…

Разумеется, лучше всего следствие вести по горячим следам. И такой случай представился относительно недавно. В феврале 1960 года директор Парижской обсерватории А. Данжон установил, что сразу же после регистрации яркой вспышки на Солнце было зафиксировано замедление вращения Земли на 0,85 миллисекунды в сутки, но затем, словно бы спохватившись, Земля стала стремительно наращивать свои обороты, сокращая длительность каждых последующих суток сразу на 3,7 миллисекунды.

Подозрение, павшее на солнечную активность, было проверено. Оказалось, что по данным, полученным за многие десятилетия, колебания интенсивности солнечной активности так или иначе отслеживаются скоростью вращения Земли. Но имеются и другие космические и земные факторы, которые тоже могут «проходить» по рассматриваемому делу.

Как известно, около 2 процентов всей воды на Земле находится в замерзшем состоянии (в основном в виде льда). Общая масса льда в современную эпоху равна 28,4x1018 килограмм: из них 90 процентов приходится на ледниковый щит Антарктиды, 9 процентов на ледник Гренландии и менее 1 процента на все остальные горные ледники. Площади ледниковых щитов составляют: в Антарктиде 13,9х1012 квадратных метров, в Гренландии 1,8х1012 квадратных метров, горных ледников 0,5х1012 квадратных метров.

Масса ледников во времени значительно меняется. Например, 12 000 лет назад растаял громадный ледниковый щит, покрывавший в четвертичном периоде почти всю Русскую равнину и значительные пространства Западной Европы и Северной Америки. Во время малого «климатического оптимума», который был около тысячи лет назад, ледниковый щит Гренландии имел меньшую массу, чем ныне. Такое перераспределение влаги между Мировым океаном и ледниковыми щитами неизбежно сопровождается изменением момента инерции Земли и в конечном счете должно приводить к неравномерности ее вращения.

Несколько лет тому назад группа крупных ученых выступила с идеей, что флуктуации скорости вращения нашей планеты обусловлены проникновением энергии солнечного ветра (например во время магнитной бури), что и приводит к возрастанию скорости суточного вращения Земли.

Исследования последней четверти века показали, что одной из существенных причин сезонной неравномерности вращения Земли является атмосферная циркуляция. Известно, что в среднем атмосфера движется относительно земной поверхности в низких широтах с востока на запад (дуют восточные ветры), а в умеренных и высоких – с запада на восток (преобладают западные ветры). Момент импульса восточных ветров отрицателен, а западных – положителен. Если бы эти моменты были равны по величине, то они бы компенсировали друг друга. Однако подсчеты показывают, что момент импульса восточных ветров в несколько раз меньше, чем западных ветров. Это обстоятельство и приводит в определенные моменты к изменению скорости вращения планеты.

Больше того, влияние атмосферы на вращение Земли можно оценить не только в результате подсчетов момента импульса атмосферы, но и путем вычисления моментов сил, действующих на Землю со стороны атмосферы. К ним относятся, как известно, моменты сил трения ветра о подстилающую поверхность и момент сил давления на горные хребты, которые подобно «парусам» стоят на пути ветров. Зная суммарный момент сил, легко вычислить ускорения вращения планеты, по которым в свою очередь нетрудно рассчитать неравномерность вращения Земли.

Современные нерегулярные увеличения скорости вращения Земли связывают также с приближением и «присоединением» в далеком прошлом к нашей планете гипотетического второго спутника, который получил в честь древнеславянского божества имя Перуна. Рассматриваемая гипотеза объясняет их тем, что отдельные скопления плотных обломков Перуна после землетрясений приходят в движение и перемещаются к центру планеты со всеми вытекающими из этого последствиями.

Вполне понятно, что, когда наша планета затормаживает или ускоряет свое вращение, грозные силы инерции вызывают в земной коре упругие деформации (механические напряжения) или, другими словами, являются инициаторами возникновения перемещений. Эти перемещения, как считают геологи, определяют основные причины вздымания гор и создания низин, возникновения значительных землетрясений и активной вулканической деятельности. Кстати, не только землетрясения, но и уровень Мирового океана, приливы и отливы, система теплых и холодных течений, устремляющихся то к полюсам, то к экватору, а следовательно погода и климат тоже зависят от неравномерности вращения нашей планеты.

Давно известно, например, что в Норвежском и Гренландском морях течение Гольфстрим ведет себя как качающийся маятник. Сначала оно отходит к востоку, к берегам Норвегии, потом к западу, к берегам Гренландии. Это связано с неравномерным вращением нашей планеты. Так, если Земля вращается быстрее, льды подступают к берегам Исландии и Гренландии, а при снижении же скорости вращения планеты ледовитость этих районов существенно уменьшается.

Таким образом, период вращения Земли вокруг своей оси апериодически изменяется от различных причин. Уменьшение или увеличение скорости вращения нашей планеты, как оказывается, обусловлены и тесно взаимосвязаны с рядом некоторых глобальных явлений, к которым можно отнести, в частности, следующие: взаимодействие и эволюция системы небесных тел «Солнце-Земля-Луна»; смещение ядра Земли и явления конвенции в нем; конвективные перемещения вещества в земной мантии; сезонные перемещения водных и воздушных масс (например, явление Эль-Ниньо в Тихом океане, то есть периодическое мощное потепление и изменение направления воздушных и морских течений в районе Южной Америки) и связанные с ними изменения центра масс и моментов инерции Земли; и, наконец, интенсивный вулканизм и мощные разрушительные землетрясения.

Большое значение в данном случае, как было установлено, играют и изменения величины магнитного поля Земли. Ведь Земля – гигантский магнит. Причем вращающийся магнит! Английский ученый К. Ранкорн считает, что изменения земного магнитного поля индуцируют электрические токи в мантии. Хотя мантия – довольно слабый проводник, но сила таких токов достаточна, чтобы вызвать вращающийся момент, способный ускорить или замедлить движение мантии, а тем самым и планеты в целом. Ученые установили, что кривые изменения скорости вращения нашей планеты по времени и соответствующие кривые изменения ее магнитного поля совпадают.

Здесь, правда, нет ясности – где причина, а где следствие. Вполне возможно, что и величина «моментного» поля, и скорости вращения Земли суть следствие какой-то одной причины. А какой именно – это уже совсем другой вопрос. Здесь также нет однозначности, но имеются различные гипотезы.

Достаточно хорошо, например, известно такое направление современной науки о Земле, как палеомагнетизм. Оно основано на том, что ферромагнетики, то есть крошечные частицы магнитных минералов в горных породах, способны частично сохранять приобретенную намагниченность после прекращения действия магнитного поля. Намагниченность ферромагнетиков зависит от величины намагничивающего поля и от внешних условий, среди которых наиболее существенным фактором является температура. Так, породы, излившиеся на поверхность Земли при температуре более 800 "С и остывшие в геомагнитном поле до обычных (атмосферных) температур, приобретают термоостаточную намагниченность, которую не разрушают действующие в последующем магнитные поля.

Таким образом, по остаточной намагниченности природных ферромагнетиков можно судить об истории магнитного поля Земли в прошлом. И судить не только о его величине, но и о направленности магнитных силовых линий, то есть о месторасположении магнитных полюсов Земли.

Да, именно о местах нахождения магнитных полюсов! Дело здесь в том, что палеомагнитологи столкнулись с фактом, который сначала казался многим из них невероятным. Действительно, может ли быть, чтобы магнитная ось Земли периодически «переворачивалась», и там, где недавно находился Северный полюс, появлялся Южный, и наоборот? И так сотни, а может быть, и тысячи раз за время существования нашей планеты. Такие повороты земного магнитного момента на 180° (его переполюсовки или инверсии) происходили через различные, совершенно случайные промежутки времени. За последние 76 миллионов лет такие переполюсовки происходили более 170 раз. Последний подобный случай был 730 тысяч лет назад.

Согласно гипотезе американских ученых Штеенбека и Хэлмиса, объясняющей механизм инверсий, Земля должна состоять из твердого круглого ядра, вращающегося внутри сферической оболочки. Слои вещества между ядром и оболочкой создают трение, одинаковое во всех направлениях. Подобное вращение недостаточно устойчиво, и систематические возмущения, отклоняющие ось ядра, накапливаются. В результате ядро периодически теряет устойчивость и быстро (в геологическом масштабе времени) переворачивается на 180°. После очередной инверсии восстанавливается осевое дипольное поле с измененной полярностью.

Имеются, конечно, и другие версии, объясняющие природу инверсий. По мнению некоторых ученых, «спусковым курком», вызывающим инверсию земных полюсов, может являться… падение на поверхность Земли крупного метеорита. В 1989 году американские ученые Р. Мюллер и Д. Моррис «выработали» механизм взаимосвязи между этими природными явлениями.

Столкновения нашей планеты с небесными телами, а также сопровождающие их с небольшим сдвигом по времени мощные вулканические извержения способны выбрасывать в атмосферу столько пылевых частиц, что солнечные лучи почти не достигают земной поверхности. Наступает похолодание: в полярных районах возникает и увеличивается площадь ледяных шапок, и центр масс нашей планеты смещается…

Известно, что чем большая часть массы вращающегося тела располагается около его оси вращения, тем быстрее само вращение. Так, например, фигуристы, решив ускорить свое вращение, всегда прижимают руки к туловищу. Нечто подобное происходит и с Землей, когда скопления превратившейся в лед воды сосредоточиваются у ее полюсов, где ось вращения «выходит» на поверхность.

Дальше происходит следующее… Жидкие части земных недр не прикреплены к твердой оболочке, поэтому ускорение вращения не может охватить все ядро одновременно. Другими словами, когда литосфера и мантия уже «разогнались», трение и электромагнитные силы начинают «тянуть» за собой внешние слои жидкого ядра Земли, но более глубокие его слои отстают от этих процессов.

Авторы данной версии считают, что именно такой «механизм» вызывает изменения магнитного поля Земли: вариации скорости вращения порождают хаотические движения в жидких слоях и тем самым ослабляют геомагнитное поле. Когда же в ядре воссоздается равномерное вращение с большой скоростью, магнитное поле снова увеличивается. Но поначалу его направленность является крайне неустойчивой, и Северный магнитный полюс может поменяться местами с Южным.

Р. Мюллер и Д. Моррис убеждены, что большинство инверсий магнитного поля Земли объясняется перечисленными выше причинами. Заметим, что такие обращения магнитных полей, вероятно, свойственны всем планетам Солнечной системы, у которых подобные поля имеются.

Рассмотрим такое обстоятельство… Поданным, полученным космическим аппаратом «Вояджер-2», американские ученые сделали вывод о том, что магнитное поле Урана в настоящее время находится в стадии полной перестройки, которая должна завершиться перемещением Южного полюса этой планеты на место Северного и наоборот.

Другими словами, на Уране на наших глазах происходят инверсии. Хотя по геологическим масштабам времени такой процесс происходит довольно быстро, наблюдать его ученым Земли никогда ранее не приходилось. Поскольку ученые предложили вполне достоверные гипотезы, объясняющие крупнейшие биологические катастрофы на Земле в прошлом именно явлением инверсии, чрезвычайно важным было бы проследить за изменениями в климате и атмосфере Урана, связанными с обращением магнитного поля этой планеты.

Ученые располагают сведениями о том, что в 1920-е годы увеличение скорости вращения Земли сопровождалось серией катастрофических землетрясений в Японии, Португалии, Северной и Южной Америке. В конце 1960-х годов аналогичное изменение скорости вращения нашей планеты «совпало» с мощными землетрясениями, прокатившимися по Тихоокеанскому побережью Южной Америки. В общей сложности земное магнитное поле в перечисленных случаях изменялось всего лишь на несколько процентов.

Вполне закономерно возникает вопрос: чего же следует ожидать, если оно изменится очень сильно или, например, произойдет переполюсовка?

В одной из своих книг известный популяризатор достижений астрономии Ф. Зигель писал:

«… Примечательно, что во время „переполюсовки“, судя по ископаемым остаткам животных и растений, происходили резкие скачки в эволюции биосферы. Исчезали одни виды животных, уступая другим. Возможно, что эти скачки были вызваны временным ослаблением и даже исчезновением (перед очередной инверсией) того магнитного экрана, роль которого выполняет магнитное поле Земли. Во время инверсии космическая корпускулярная радиация беспрепятственно достигает Земли и, возможно, губительно действует на генетический аппарат живых организмов, что ведет к их вырождению…»

В этой связи большой интерес для нас представляет статья доктора физико-математических наук В. Головкова «Память о катастрофе» (журнал «Земля и Вселенная» за 1973 год, N 5), в которой автор пишет:

«…Рассмотрим палеомагнитную шкалу за последний миллион лет. Это наиболее достоверные сведения, которыми располагают сейчас магнитологи. Периоды, когда геомагнитное поле меняло свое направление, очень малы в масштабе этой шкалы. Но если „растянуть“ масштаб, то можно проследить изменения поля и в период инверсии. Это время не так уж и мало, оно охватывает 10-20 тысяч лет и характеризуется уменьшением величины геомагнитного поля в несколько раз. Каковы же должны быть изменения скорости вращения Земли за это время и каковы проявления тектонической активности?! Из всего сказанного следует, что время инверсии – это время катастроф, для которых характерна тектоническая активность, в десятки и сотни раз превышающая современную».

В последнее время внимание палеомагнитологов привлекает и такое явление, как «экскурсы» (или «эпизоды»). В начале «экскурсы» считали просто-напросто ошибками в палеомагнитных данных, но с накоплением информации оказалось, что это реальное явление, многократно происходившее в истории Земли. «Экскурсы» – это очень короткие в геологическом масштабе времени изменения магнитного поля, короче десяти тысяч лет. В данном случае происходит резкое, практически мгновенное изменение поля, вплоть до перемены его полярности, то есть до выхода полюса в противоположное полушарие, но окончательной переполюсовки не происходит, через определенное время полюс возвращается назад.

В. Головков говорит в своей статье и о вероятных причинах гибели легендарной платоновской Атлантиды.

«…В диалоге „Критий“ у Платона есть такие слова, сказанные будто бы Солону египетскими жрецами: „Были сильные землетрясения… и в один день и в одну бедственную ночь… вся Атлантида ушла под воду“… Но когда ищешь причину гибели Атлантиды, возникает своеобразное неверие в буквальный смысл легенды. Причин катастроф может быть множество, но нет, на первый взгляд, ни одной, которая бы могла объяснить гибель целой страны. И приходится делать вывод: Атлантиды не было, потому что она не могла простонапросто исчезнуть. Но насколько справедлив такой вывод?..»

Далее В. Головков пишет о том, что, как свидетельствует «растягивание» палеомагнитной шкалы за последний миллион лет, самый последний «экскурс» в истории Земли случился совсем недавно – около 10-12 тысяч лет тому назад. Этот «эпизод» вполне соответствует времени предполагаемой специалистами гибели Атлантиды…

Вопрос о том, существовала или нет платоновская Атлантида (или какая-либо другая працивилизация), является дискуссионным. Но современные научные данные, как мы убедились, свидетельствуют, что она .(или иная працивилизация) могла быть, потому что могла исчезнуть…

Итак, новые взгляды на природу вращения нашей планеты позволяют объяснить ряд глобальных процессов и явлений, в том числе и катастрофического характера, происходивших как на поверхности Земли, так и в земной коре в прошлом. Но где гарантия, что нечто подобное может произойти и в наше время?.. Да, крутится, вертится шар голубой…