Геодинамика

Геодинамика - раздел науки о Земле, занимающийся определением и физическим объяснением изменений во времени взаимного положения точек земной поверхности и элементов гравитационного поля нашей планеты. Геодинамика близко соприкасается с астрономией, геодезией, геофизикой, океанологией.

Впервые термином "геодинамика" воспользовался итальянский астроном Дж. Скиапарелли в лекциях, прочитанных им в Петербургской академии наук в 1859 г. В 1911 г. появилась монография английского геофизика А. Лява "Некоторые проблемы геодинамики". При различных гипотезах о механических свойствах Земли в ней рассматривались такие явления, как приливные деформации Земли, ее собственные колебания и др.

Уже основатели геофизики У. Кельвин и Дж. Дарвин указывали на существование ряда сложных научных проблем, связанных с тем, что под действием притяжения Луны и Солнца изменяются форма и гравитационный потенциал Земли.

В начале XX в. астрономические наблюдения привели к открытию изменяемости широт и долгот (см. Служба движения полюсов). Она объяснялась сложным внутренним строением Земли и перемещением масс как внутри нашей планеты, так и на ее поверхности (перемещения воздушных масс, тектонические движения, землетрясения и др.). В 50-х гг. XX в. благодаря применению в астрономических наблюдениях кварцевых, а затем атомных часов ученые установили неравномерность вращения Земли.

Так благодаря теоретическим исследованиям и наблюдениям с использованием все более и более точных измерительных приборов был открыт ряд геодинамических явлений. Но для того чтобы учитывать на практике эффекты, обусловленные этими явлениями, и таким образом повышать точность геофизических, астрономических, геодезических работ, нужно было сделать некоторые допущения о геометрической форме Земли, о распределении масс в ее теле, о ее жесткости и др., т. е. нужно принять, как говорят ученые, ту или иную модель Земли.

Считая Землю твердым телом, вращающимся с постоянной угловой скоростью вокруг оси, фиксированной относительно Земли и проходящей через центр ее масс, можно построить прямоугольную систему координат с началом в центре масс и одной из осей, направленной вдоль оси вращения Земли. Фигура Земли, ее гравитационное поле и все построения в такой системе координат со временем не меняются. Если при определении положения точек на Земле за единицу измерений принять ее средний радиус, при определении силы тяжести - ее среднее значение на поверхности Земли, а при определении направлений - один радиан, то описанная модель обеспечит точность измерений порядка 10^-6.

С развитием современной техники абсолютных измерений силы тяжести, новых нетрадиционных средств изучения фигуры и гравитационного поля Земли (лазерная локация искусственных спутников Земли, доплеровские наблюдения спутников, радиоинтерферометрические наблюдения внегалактических радиоисточников), при достаточно частых повторных измерениях точность определения абсолютных положений точек повысилась до 10^-8-10^-9. На таком уровне точности появилась возможность усовершенствовать модель Земли и определять изменения положений точек земной поверхности и элементов гравитационного поля во времени.

При точности измерений 10^-8-10^-9 в течение года могут быть зарегистрированы геодинамические эффекты, не превышающие нескольких сантиметров, нескольких микрогал и нескольких тысячных долей угловой секунды. Стало возможным зарегистрировать движение литосферных плит, изменение формы геоида, вариации гравитационного поля Земли, изменение положения центра масс Земли и ее осей инерции. Геодинамика продолжает заниматься также явлениями ранее изученными: движением полюсов Земли, приливными деформациями и неравномерностью вращения Земли и др. Наибольшую амплитуду изменений (3×10^-6 от радиуса Земли) имеет движение полюса, т. е. перемещение в теле Земли оси ее вращения.

Эра космоса поставила вопрос о создании общеземной системы координат. Однако определить такую координатную систему крайне трудно, так как все элементарные объемы Земли находятся в постоянном движении относительно друг друга. Практическая задача геодинамики - определить и учесть эти движения, вычислить соответствующие поправки, чтобы обеспечить возможность представления наблюдений в рамках описанной выше простейшей модели твердой Земли.

Для решения геодинамических задач осуществляются запуски специальных астрометрических ИСЗ, организуются международные программы научных исследований.