6.2. Динамика и взаимосвязь коэффициента j2 и статистических показателей природных катаклизмов

Изучение некоторых геофизических параметров не является традиционным для исследований природных катаклизмов и одним из таких параметров является коэффициент J₂. Этот коэффициент определяется с помощью измерений, произведенных системой лазерной дальнометрии со спутников.

В лазерной дальнометрии со спутников (ЛДС), глобальная сеть станций измеряет мгновенное время распространения ультракоротких импульсов света от наземных станций до спутников, оборудованных специальными рефлекторами и отраженных обратно. Это обеспечивает мгновенное измерение расстояния до уровня миллиметровой точности. Данная информация накапливается для точного определения орбит спутников и различных научных исследований. ЛДС является самой точной методикой, имеющейся в данное время для определения геоцентрической системой Спутник-Земля, позволяющей проводить точную калибровку радарных замеров и отделять долгосрочное смещение аппаратуры от вековых изменений в топографии океана. Способность ЛДС измерять временные вариации в поле гравитации Земли и контролировать движение сети станций с учетом гео-центра, вместе со способностью контролировать вертикальное движение в абсолютной системе, делает ее уникальной для моделирования и оценки долгосрочного изменения климата, посредством обеспечения системы отсчета для постледникового скачка, изменения морского уровня и объема льда. ЛДС позволяет определять временное перераспределение массы твердой Земли, океана и системы атмосферы. 25 лет получения данных с помощью ЛДС поз­во­лили создать эталонную модель стандартного, высокоточного, длинноволнового гра­витационного поля Земли и изучения его временных вариаций из-за пере­рас­пре­деления массы (http://ilrs.gsfc.nasa.gov ).

Для измерения временных изменений в гравитационном поле, ЛДС измеряет эффекты перераспределения массы в общей системе Земли. Десятилетия получения ежемесячных величин определенных с помощью ЛДС второй зональной гармоники гравитации Земли, обеспечивает независимую проверку перераспределения массы, подразумеваемую моделями глобальной атмосферной циркуляции, используемыми для предсказания глобального изменения климата.

В 1998 году наблюдалось начало аномальных изменений некоторых гео­фи­зи­ческих параметров Земли, в частности, скачок в значениях коэффициента J₂. Кристофер Кокс и Бениамин Чао опубликовали в журнале Science статью, в которой сообщается о новом и совершенно неожиданном результате, касающемся вариаций в гравитационном поле Земли. Они использовали данные спутниковой лазерной дальнометрии в течение последних 25 лет, для определения дол­го­сроч­ных вариаций в зональном коэффициенте сферической гармоники Земли второй степени, так называемого коэффициента J₂.Коэффициент J₂ отражает динамику соотношения экваториального и полюсного радиусов Земли. В течение многих лет коэффициент J₂ уменьшался, как принято считать, из-за высвобождения талой воды из мантии со времен ледникового периода. Между тем, новые данные показывают, что с 1998 г. J₂ начал увеличиваться (B. Chao and C. Cox, 2002).

Данные лазерной дальнометрии со спутника (ЛДС) приведенные на рис.53. обоз­на­чают по истечении времени сдвиги в изменениях сплющенности Земли. При этом, если с 1980 г. и вплоть до 1997 г. величина коэффициента J₂ оставалась приб­лизительно постоянной при –2,8 · 10^–11 в год, то, начиная с 1998 г. про­ти­во­по­лож­ное изменение J₂(t) ускорилось в соответствии с каким-то непонятным меха­низмом.

Рис. 53. Изменения значений коэффициента J2 по  данным C. Cox, и B.F. Chao, 2002

По данным NASA, этот процесс отражает расширение Земли в экваторе и сплющивание в полюсах, так как это показано на рис.53. Специалисты NASA, связывают, полученные по данным ЛДС, отклонения орбит искусственных спутников Земли с глобальными изменениями гравитационного поля Земли. Таким образом, как видно из графика, в 1998 году произошло некое событие глобального масштаба, которое повлияло на резкое изменение формы Земли.

B.F. Chao (B.F.Chao, 2003) отмечает, что, в соответствии с общепринятой на сегодня моделью, прямолинейный тренд коэффициента J₂ , показанный на рис.53 может отражать увеличение радиуса Земли в полюсах и, соответственно, его уменьшение в области экватора в результате замедления ее вращения, что при­водит к приближению формы Земли к сферической. В то же время, наблюдаемый в 1998 году скачок значений J₂может означать обратную тенденцию в изменении формы Земли – уменьшение ее радиуса в полюсах и увеличение в области экватора. В работе B.F. Chao (B.F. Chao, 2003) показан график произошедших землетрясений за тот же период. B.F. Chao отмечает, что землетрясения также имеют кумулятивное влияние на Землю. В течение прошлых 25 лет, вызванные землетрясениями изменения J₂ могут быть на два порядка меньше наблюдаемой величины аномалии.

Впоследствии, в ряде работ сделана попытка объяснить скачок коэффициента J₂ таянием антарктических льдов и перераспределением воды в мировом океане.  В работе Frank G. Lemoine и других (Frank G. Lemoine et al., 2009) говорится о том, что скачок J₂ может являться отклонением, которое относится к разряду перио­дически повторяемых в определенные годы. По мнению указанных авторов, для наблюдения указанных изменений в коэффициенте J₂ необходимо появление дополнительной разницы между экваториальным и полюсным радиусами в 2 мм.

Между тем, в работе B.F. Chao говорится о недостаточности этих факторов для того, чтобы произошли подобные отклонения коэффициента J₂. В некоторых исследованиях рассматривается возможность влияния сверх длиннопериодного гравитационно-волнового импульса, который при прохождении через Землю, квадрупольно изменил ее форму и пространтвенно-временной континуум околозем­ного космического пространства (Халилов Э.Н., 2004).