Эволюция системы Земля – Луна

В системе Земля – Луна оба тела воздействуют друг на друга, вызывая приливы и отливы, изменяя периоды вращения этих тел и увеличивая расстояния между ними. Это приводит к изменению длительности суток и годов на Земле и преобразованию приливной энергии в тепловую. За счет приливных сил напарница Земли – Луна – обращена к своей более массивной соседке все время одной стороной. Это явление свойственно и многим другим близкорасположенным спутникам Юпитера, Сатурна и других планет. Вокруг Земли Луна движется со скоростью 1 км/с.

Приливное действие Луны ведет к замедлению вращения нашей планеты и к ускорению движения Луны на орбите, что в итоге ведет к удалению ее от Земли. В прошлом, как уже отмечалось, Луна была значительно ближе к Земле. Большинство планетологов в настоящее время считают, что Луна сформировалась около Земли 4,55 млрд лет назад на расстоянии 5…20 радиусов Земли. Российская исследовательница Е.Л. Рускол отмечает, что при расположении Луны на расстоянии 10 земных радиусов или порядка 60 тыс. км длительность земных суток составляла 5…7 ч. Продолжительность земного года в соответствии с астрономической теорией устойчивости планетных движений (см. п. 2.5) в тот период была такой же, как и в настоящее время, то есть 365,24 · 24 = 8766 ч. Таким образом, суткам, состоящим из 6 ч, будет соответствовать длительность года, равная 1461 таких суток. Астрономы CША и Англии на основе расчетов пришли к выводу, что 4 млрд лет назад Луна находилась на расстоянии 128 тыс. км от Земли, то есть в 3 раза ближе, чем сейчас, а земные сутки равнялись 8 ч. Есть и иные точки зрения по поводу положения Луны на орбите, о чем расскажем далее.

Об изменении длительности земных суток и года в последующие эпохи исследователям удалось узнать на основе изучения древних окаменелых водорослей, двустворчатых моллюсков и кораллов, в строении которых обнаружены суточные и годовые наросты. Автором этой книги по этим данным построены графики, показанные на рис. 1.1. Из них видно, что в первые 2,5 млрд лет изменения длительности суток и года происходили медленно, а в течение последних 2 млрд лет – более интенсивно.


Рис. 1.1. Изменение со временем длительности земных

Рис. 1.2. Изменение со временем расстояния от Луны до Земли:
1 – по автору;
2 – по О.Г. Сорохтину и С.А. Ушакову

А.Б. Биндером (Германия) аналогичные данные использованы для определения  расположения  Луны  по  отношению  к  Земле  в  прошлом  (рис. 1.2).  На  нем  показана  и  кривая,  рассчитанная  О.Г. Сорохтиным  и  С.А. Ушаковым с учетом различных гипотетических данных о физических свойствах нашей планеты.

Из этого рисунка видно, что кривые резко различаются. Пользуясь этими кривыми, автор настоящей книги рассчитал скорость удаления планет друг от друга (рис. 1.3). Из этого рисунка также видно, что на одной кривой наблюдается один максимум, а на другой – три максимума. Наличие максимума на кривой 1 в интервале 1,5…2,5 млрд лет назад, по мнению автора, связано с приливным возмущением жидкого ядра Земли.


Рис. 1.3. Изменение со временем скорости удаления Луны от Земли:
1 – по автору;  2 – по О. Г. Сорохтину и С.А. Ушакову

И.Б. Иванов и другие болгарские геофизики показали, что на жидкую оболочку ядра Земли оказывают воздействие длиннопериодные лунно-солнечные волны. Это явление, по их мнению, приводит также к горизонтальным и вертикальным перемещениям литосферных плит, из которых сложена земная кора. По-видимому, эти силы в период 1,5…2,5 млрд лет назад и приводили к более быстрому удалению Луны от Земли. Есть и еще одна точка зрения. Российский астроном Е.П. Левитан отмечает, что в указанное время Луна располагалась от Земли на расстоянии всего лишь трех земных радиусов или примерно 20 тыс. км. И с этого периода Луна стала вращаться вокруг Земли по направлению ее суточного вращения, а до этого Луна вращалась, по его мнению, в обратном направлении. В период расположения Луны в 20 тыс. км от Земли, как отмечает Е.П. Левитан, морские приливы достигали высоты нескольких километров.

О.Г. Сорохтин и С.А. Ушаков отмечают, что первый этап экстремального удаления Луны от Земли обусловлен сильным влиянием приливных сил планет (см. рис. 1.3).

Второй максимум, по их мнению, связан с началом формирования вязкой оболочки Земли или астеносферы, сравнительно быстро превращавшейся в “магматический океан” верхней мантии, а третий максимум небольшой амплитуды – с подъемом поверхности океана до среднего уровня континентальных шельфов.

Гравитационное поле Луны, воздействуя на Землю, приводит к образованию приливных волн не только в морях и океанах, но и в твердой оболочке планеты, лишенной океанов. Так, после образования Луны, когда она располагалась вблизи Земли, величина приливных волн в теле Земли превышала 1,5 км, что приводило к мощным землетрясениям. Однако через 1 млн лет удалившаяся Луна стала меньше влиять на Землю. Лунные приливы к этому времени снизились до 130 м, а спустя еще 10 млн лет – до 45 м, через 100 млн лет – до 15 м. Ко времени 4 млрд лет они уменьшились до 7 м, а в настоящее время земная кора под их влиянием в средних широтах поднимается примерно на 45 см. Воспользовавшись кривой 2 (см. рис. 1.3), автор рассчитал длительность земных суток, спустя 1 и 1,5 млрд лет. Они станут равными 26,9 и 27,53 ч соответственно, им будет отвечать длительность года 325,86 и 318,36 таких суток. Из этого следует, что длительность суток и года изменится не очень существенно.

По поводу удаления Луны от Земли существуют и другие гипотезы. Так, американский исследователь Т. Ван Фландрен связывает эту причину с ослаблением всемирного тяготения. Это явление должно также приводить к расширению Земли, Луны и других планет. Прекрасным объектом для выяснения этого вопроса служит сама Луна, тектонические процессы на которой, по мнению многих планетологов, прекратились 1…3 млрд лет назад. В результате изучения датированных лунных структур исследователи пришли к заключению, что за последние 4 млрд лет радиус Луны не менялся с точностью ±1 км. Из этого следует, что радиус Земли за указанное время не мог существенно увеличиться за счет ослабления сил тяготения. Отсюда также вытекает, что скорость изменения гравитационной постоянной не могла превышать 5 · 10-9 % в год и, следовательно, не могла оказывать существенное влияние на скорость удаления Луны от Земли.

При вращении вокруг Земли по эллиптической орбите Луна за полный оборот, длящийся 27,3 суток, подходит в перигее к нашей планете на расстоянии 357000 км и удаляется от нее в апогее на 407000 км. Естественно, в перигее приливное воздействие Луны на Землю возрастает, а в апогее снижается. Кроме того, дважды в течение синодического месяца, равного 29,5 суток, Земля, Луна и Солнце выстраиваются в одну линию, что приводит к возникновению наиболее мощных приливов. В связи с этим еще в ХIХ веке Перрей пришел к выводу о том, что вероятность землетрясений возрастает в периоды перигея, новолуний и полнолуний. В эти периоды сильнее горбится океан, изгибаются и чаще лопаются пласты горных пород.

Плоскость, в которой Луна вращается вокруг Земли, совершает полный оборот за 18,6 год, меняя наклон к нашему экватору от 18°40′ до 28°40′. Это явление получило название нутации. С таким же периодом меняются частота землетрясений, высота приливов, течений в океанах, появление засух на Земле и т.д. Так, на основе статистической обработки результатов наблюдений установлено, что именно в годы максимальных и минимальных склонений чаще проявляются на Земле землетрясения и вулканизм.

Российский геофизик Ю.Н. Авсюк (г. Москва) показал, что за счет приливных явлений в системе Земля – Луна наблюдается колебательный режим, связанный с галактической цикличностью, при котором скорости движения Луны и вращения Земли периодически изменяются: при возрастании скорости движения Луны скорость вращения Земли уменьшается и наоборот. За последнее время амплитуда прихода – ухода Луны меняется пределах 7…8 радиусов Земли или 44 646…51 024 км, длительность сидерического лунного месяца – в пределах 24…30 сут, продолжительность земных суток – в диапазоне 23 ч 50 мин…24 ч 10 мин, наклон экватора к эклиптике – в пределах 10°. За последний галактический год Луна дальше всего была от Земли 160 млн лет назад, а ближе всего к Земле – 40 млн лет назад, и через 40 млн лет Луна вновь будет находиться на более далекой орбите. В такие периоды в мантии Земли начинается перетекание вещества с глубин до 700 км. В земной коре при этом возникают упорядоченные трещины. В итоге поступающий из мантии расплав уничтожает намагниченность горных пород (и магнитную аномалию) возрастом 160 млн лет и т.д. Таким образом, исчезновение пород с более древними магнитными свойствами Ю.Н. Авсюк объясняет их размагничиванием, а не явлением субдукции, то есть опусканием пород в мантию и расплавлением там.

Естественно, сокращение указанного среднего расстояния между Землей и Луной на 45…51 тыс. км приводит к резкому возрастанию приливных сил и катаклизмов на планете.

В настоящее время за счет приливного лунного трения и других факторов длительность земных суток возрастает примерно на 0,002 с за 100 лет, и за последние 4 тыс. лет они увеличились на 0,07 с. За счет этого фактора происходит смещение суток примерно на 1 ч за 1000 лет. Не подозревая об этом явлении, историки науки долго недоумевали, почему не совпадают во времени расчетные данные солнечных и лунных затмений, найденных в записях древних народов Египта, Китая, Ассирии и Вавилона. И только благодаря открытию указанного эффекта удалось понять это явление.

Related posts:

  1. Что представляет собой Луна?
  2. Образование Луны
  3. Метеориты солнечной системы
  4. Внутренний энергозапас Земли