地球自转在地面的运动——极移
2020-01-20 · 技术研发知识服务融合发展。
前面的讨论都是在外力矩作用下,转动地球所发生的受迫运动。现在讨论在无外力矩作用下,由于地球自身的原因(如风、地震、幔核动量交换等)产生的自由运动。地球自转轴的变化是转动惯量的变化,是自转速度的变化或角动量在地球内部重新分布的结果。因此,这种自由运动是极其复杂的,它包含着多种周期成分,其中最常见的自由转动有两周年变化、14个月变化和长周期变化。这种运动的特点是,地球转动轴相对于形状轴产生相对位置变动。所谓地球的形状轴就是转动惯量最大的主轴,它在地球上的位置取决于地球的形状和质量的分布。地球的自转轴与形状轴并不重合,但很接近,最大的偏离也不到0.3〞。这种自由转动的现象,就像是一个人坐在船上把随身携带的东西从一处移至另一处时,船不由得晃动起来,其晃动周期由船体的大小和形状决定。地球的这种自由转动,常称为晃动。这种晃动引起地极在地面上的运动,其结果是使地表各点的纬度发生变化。因此,人们可以通过各地纬度变化观测来研究极移的状况。
(一)各种时间尺度的极移变化与可能的激发原因
1891年,钱德勒(Chandler,1891)首次预言,地球自转轴自由摆动的周期远大于300d。同年,一支远征队来到夏威夷的怀基基(Waikiki)和德国的波茨坦(Potsdam),他们分别在两地同时测量纬度,终于观测到极移现象,证实了钱德勒的预言(Cate,1992)。根据现有的观测和研究,已发现的各种时间尺度的极移变化及其可能的激发原因,并概括于表3-9中(郑大伟等,1996)。
表3-9 各种时间尺度的极移变化及其可能的激发原因
注:mas表示毫弧秒或毫角秒。
(二)钱德勒晃动
(1)钱德勒晃动的轨迹。在理想的模型下均将地球视为一个刚体,真实地球在受到日、月力矩作用和自转离心力作用时要发生形变。为此,除进动与章动外,地球自身还会绕瞬时转动轴产生晃动,从而改变地球上观测点相对于转动轴的位置。钱德勒曾对地球的晃动做过杰出的研究工作,并发现地球存在周期为14个月的晃动,故学术界将地球的晃动称为钱德勒晃动。现代观测资料表明,这一晃动的周期是有涨落的,而且变化范围很大,即为392.4~405.2个恒星日之间,并受大气运动、海水运动、外核磁流体运动以及地震、火山喷发等很多因素的影响。通过地球表面若干台站长期对纬度变化的连续观测,可较好地确定地球晃动的幅度与周期。
地球的转动轴相对于形状轴的运动,可以从纬度变化中反映出来。通过纬度变化资料(功率谱)分析可以得到两个峰值:一为437d,一为365d。前者为钱德勒周期,后者为一种周年变化,振幅约为0.09〞,是季节性变化引起的。此外,还包括年变化的成分,其振幅只约为0.0l〞。
(2)钱德勒晃动是一个阻尼运动。还应当指出,钱德勒周期并非是单值的,而是在相当宽的周期范围内变化,它是一个阻尼运动,其衰减时间常数有人估计为27a左右。
(3)钱德勒晃动的发源问题分析。钱德勒晃动衰减很快的原因,激发的原因均为尚未解决的问题。布拉德(E.C.Ballard)认为,可以用地幔和地核间的电磁耦合同时解释钱德勒晃动和转速的变化。也有人认为,钱德勒晃动是由大地震激发的,不过这很难站住脚,因为地震能量主要由为数不多的大地震释放的。还有人从大气运动、太阳风、地下水运动等角度研究钱德勒晃动发源问题,都没有得到理想的结果。钱德勒晃动的激发原因较为复杂。
广告 您可能关注的内容 |