<< 2.3 Определение плотности планеты | Оглавление | 2.5 Поверхностные волны >>
2.4 Собственные колебания Земли
Любое упругое тело после удара подобно колоколу совершает колебания. В 1911 году математик Ляв (Love) вычислил период собственных колебания стального шара размером с Землю. Оказалось, что он будет равен одному часу. Первые собственные колебания Земли с периодом 57 мин обнаружены Беньоффом в 1952 году после землетрясения на Камчатке. Зарегистрированы колебания Земли с периодом 54 мин после чилийского землетрясения в 1960 году. Чему же равен период собственных колебаний Земли? Поскольку Земля -- не однородный стальной шар, а имеет значительно более сложное строение, то и собственные колебания имеют достаточно богатый спектр.
Существуют два типа собственных колебаний упругого шара, которые называют
модами. Сфероидальные колебания дают моду 
, а крутильные колебания -- моду
. Каждая мода имеет свою конфигурацию: расположение минимумов и максимумов,
узловых линий и поверхностей, где отклонения равны нулю. Узловые линии или
поверхности могут быть расположены как на поверхности сферы, так и внутри
ее. Для отождествления мод введены следующие правила для их обозначений.
Для крутильных колебаний вводятся два нижних индекса: мода
означает, что мы имеем дело с модой крутильных колебаний, у которой
количество узловых поверхностей внутри Земли равно 
, а число секторов на
поверхности Земли, ограниченных этими поверхностями равно 
. Основным
крутильным собственным колебанием является мода
. Этому
крутильному колебанию соответствует только одна поверхность, секущая
поверхность Земли по экватору. При этом северное и южное полушария смещаются
в противоположные стороны.
Сфероидальные моды идентифицируются аналогичным образом. Колебания основной
моды
напоминают деформацию упругого мяча. Две узловые лини на
поверхности сферы совпадают с параллелями Северного и Южного полушария.
Период этой моды определен из наблюдений. Он составляет 54 мин,
что на 6 мин меньше
теоретического значения, полученного Лявом. Это отличие указывает, прежде
всего, на отличие Земли от однородного стального шара.
Среди других мод существуют и такие, период которых значительно отличается
от теоретического. Так период радиальных колебаний, описывающихся модой
, равен 25,5 мин. Периоды разных типов мод могут и почти
совпадать. Например, периоды мод
и
равны 360,3 
и 360,2 ("Общая
геофизика", изд. МГУ).
Затухание собственных колебаний определяется механической добротностью. Она
различна для различных мод. Механическая добротность 
, как показывают
наблюдения, растет по мере увеличения глубины. Значение для нижней мантии
больше, чем для верхней. Очень высокая добротность получена для моды
. Она оказалась больше 25000. Из этого факта следует вывод,
что поглощение энергии упругих волн происходит, в основном, вследствие
деформаций сдвига.
Собственные колебания -- прекрасный материал для тестирования принятой модели Земли. Они могут быть вычислены заранее, теоретически. С другой стороны, -- получены путем наблюдений. Сопоставление теоретических и наблюдательных данных дает нам основание принять решение о правильности или ошибочности принятой модели. Главная трудность -- наблюдение низкочастотных колебаний. Как известно, ускорения, вызванные вертикальными колебаниями грунта, пропорциональны квадрату частоты и колебания с периодом несколько десятков минут, практически недоступны современным сейсмографам.
Есть и другой способ регистрации собственных колебаний Земли --
гравиметрический. Сила тяжести зависит от высоты точки, где она наблюдается.
Вертикальный градиент силы тяжести составляет приблизительно
мкГал/м. Заметим, что 1 мкГал
составляет приблизительно
. Изменение высоты всего на 1 мм,
вызывает изменение силы тяжести на 0,3 мкГал.
Сейчас существуют приборы способные зарегистрировать значительно меньшие
изменения силы тяжести -- это криогенные гравиметры, которыми располагают
многие страны. Поэтому наблюдения собственных колебаний Земли и их
интерпретация под силу только международному сообществу ученых.
<< 2.3 Определение плотности планеты | Оглавление | 2.5 Поверхностные волны >>
|
Публикации с ключевыми словами:
гравиметрия - геофизика - солнечная система - сейсмология
Публикации со словами: гравиметрия - геофизика - солнечная система - сейсмология | |
См. также:
Все публикации на ту же тему >> | |
