Страница 9 из 43
Причины, вызывающие неравномерности третьей группы, пока неизвестны. Эти неравномерности носят характер неправильных «рывков», т. е. неожиданных ускорений или замедлений вращения Земли. Все они ничтожно малы: из-за них величина суток изменяется ото дня ко дню не более чем на тысячную долю секунды.
Таким образом, главный эталон времени — сутки — весьма изменчив. Сегодняшние сутки, строго говоря, не равны завтрашним. Представьте себе часы, идущие идеально равномерно. Допустим, что их часовая стрелка дважды пробежит циферблат за одни сегодняшние сутки. Продолжительность следующих суток, измеренная этими часами, не будет равна 24 часам.
Путешествия земных полюсов
С детских лет полюсы Земли привлекают к себе наше внимание. Кто не увлекался романтикой полярных путешествий? Кого не манили ледяные просторы Арктики и нераскрытые тайны самого сурового, самого неприступного из материков — Антарктиды? Ценой неимоверных усилий достигали герои полюсов Земли. История их путешествий— это повесть о всепобеждающей силе Человека, который в самом недалеком будущем полностью освоит страны вечных льдов.
Не всем, однако, известно, что полюсы Земли (заветная цель многих путешественников) сами «путешествуют» по земной поверхности. Подозрения на этот счет мучили еще Ньютона, но доказать их основательность удалось лишь в прошлом веке. С полюсами Земли, как известно, неразрывно связана воображаемая сетка географических координат. От того, где на поверхности Земли находятся ее полюсы, зависит и положение земного экватора, по отношению к которому отсчитывается географическая широта. Иначе говоря, движение полюсов Земли должно неизбежно вызывать изменение широт всех точек земной поверхности.
Первая попытка обнаружить изменяемость широт была предпринята в 1842 г. пулковским астрономом X. Петерсом. Ему удалось обнаружить очень медленные и незначительные изменения широты Пулковской обсерватории. Однако неправильные методы обработки наблюдений задержали окончательное решение вопроса. Только через 20 лет еле уловимые колебания широт всех пунктов Земли стали наблюдаемым фактом.
Трудно представить себе ничтожную величину тех изменений широты, о которых идет речь. За год широта изменяется в среднем всего на десятые, а иногда и сотые доли секунды дуги. Это означает, что полюсы Земли смещаются относительно своего среднего положения за год не более чем на несколько метров!
На рис. 13 показаны странствования Северного полюса Земли с 1952 по 1957 г.
Рис. 13. Движение Северного полюса Земли с начала 1952 г. (1952,0) по апрель 1957 г. (1957,4).
Как видно, его путь весьма замысловат. Словно зверь в клетке, Северный полюс кружится около одной средней точки (центр рисунка), удаляясь от нее не более чем на 13 м. Находясь на другом «конце» воображаемой земной оси, Южный полюс Земли повторяет те же движения внутри такого же по размерам квадрата.
Год за годом, век за веком непрерывно путешествуют неугомонные полюсы Земли. Иногда их пути очень сложны, в другие периоды проще, но иногда они полностью не повторяются, хотя непрерывные странствования полюсов происходят на площади всего 676 м2, что составляет лишь 1/7 часть обычного футбольного поля.
Не следует думать, что движение полюсов Земли вызвано изменением направления ее оси. Наоборот, сама Земля смещается по отношению к этой оси. В результате земная ось пересекает поверхность Земли в разное время в различных точках. Чем же вызвано это любопытное явление?
Если бы Земля была однородным твердым шаром, ее полюсы всегда находились бы в одних и тех же точках земной поверхности. Представим себе теперь, что к этой идеализированной однородной Земле «сбоку», где-нибудь между экватором и полюсами, прикрепили огромную массивную гору. Наш воображаемый эксперимент изменит характер вращения Земли. Обладая инерцией, свойственной всем телам, вращающаяся гора будет непрерывно тянуть к себе остальную часть Земли. Будь земная ось не воображаемой, а реальной, похожей на ось колеса, укрепленную в подшипниках, насаженная гора, оттягивая в свою сторону ось, оказала бы разрушительное давление на подшипники. На самом же деле нет причин, которые мешали бы Земле смещаться в сторону горы, поэтому в нашем воображаемом эксперименте Земля непременно «постарается» расположиться «поудобнее», т. е. таким образом, чтобы при изменившихся обстоятельствах (появлении горы) ее вращение снова стало максимально устойчивым. В результате полюсы Земли займут на ее поверхности новое место.
Таким образом, движение земных полюсов связано с неоднородностью внутреннего строения Земли и ее сложной формой. Если бы Земля была абсолютно твердой и неизменной, то при всей сложности ее формы и строения странствования полюсов были бы сравнительно простыми. Но в действительности внутри Земли и на ее поверхности происходят непрерывные изменения: медленно опускаются одни части суши, как бы выдавливая при этом вверх другие. Резкие перемещения крупных масс внутри Земли вызывают землетрясения.
Зимой области Земли, расположенные за пределами экваториальной зоны, становятся массивнее, тяжелее: на поверхности Земли выпадает снег. Летом они, наоборот, делаются легче, отдавая в атмосферу накопившиеся за зиму осадки. Даже перемещение больших воздушных масс влияет на расположение земных полюсов.
Все эти причины, сочетаясь самым причудливым образом, чрезвычайно осложняют картину движения полюсов. Только исключительная кропотливость астрономов и очень высокая точность измерений позволяют разобраться во всех тонкостях этой проблемы.
Конечно, не праздное любопытство заставляет астрономов следить за странствованием полюсов. Ведь от положения полюсов зависят географические координаты всех точек Земли. Не зная, где находятся в данный момент полюсы Земли, нельзя составить точные карты земной поверхности, невозможно с необходимой точностью измерить время. Кроме того, некоторые тонкости в движении полюсов Земли помогают «заглянуть» в ее недра, узнать, как перемещаются внутри Земли крупные массы.
ЧТО ТАМ ВНУТРИ?
За необходимость почитаю описать кратко… самый верхний слой, как покрышку всех протчих, то есть самую земную поверхность. Ибо она есть часть нижних и по смежеству много от них заимствует, уделяя им и от себя взаимно… Рассматривая оную, первое дело должно взять в рассуждение земную фигуру, второе — внутренние свойства и качества.
Принцип изостазии
Как уже говорилось, обычный маятник и, конечно, более сложные гравиметрические приборы могут успешно выступать в роли разведчиков земных недр. Неоднородности земной коры тотчас же отражаются на измеряемой силе тяжести, и это позволяет вести, в частности, гравиметрическую разведку полезных ископаемых.
В результате гравиметрической разведки получают сведения нс только о самых верхних частях земной коры, но подчас о строении Земли на значительных глубинах (до 1000 км) в пределах обширных районов (регионов). Гравиметрическая разведка основана на отклонениях от средней нормы (аномалиях) силы тяжести. Между тем во всеземном, глобальном масштабе отклонения силы тяжести от нормы имеют некоторую закономерность, связанную, несомненно, со строением глубокозалегающих слоев Земли. Аномалия силы тяжести считается положительной, если эта сила (точнее, вызываемое ею ускорение) превышает среднюю норму, и отрицательной — в противоположном случае.
Почти во всех точках поверхности Земли измерялось (и, как правило, многократно) ускорение свободною падения. Еще в 1932 г. в Советском Союзе началась общая гравиметрическая съемка, при которой среднее расстояние между гравиметрическими пунктами составляло примерно 30 км. Ныне сеть гравиметрических пунктов на значительной части территории СССР и других стран давно уже намного гуще, чем один пункт на 1000 км2.