ОГЛАВЛЕНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ (Введение к первому изданию 2004 г.) .……………………….. 3

ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………………………………..4 Литература ……………………………………………………………………… 6

ЧАСТЬ I. Классические разделы «Физики Земли» ……………………. 9

1.МАТЕРИЯ. ДВИЖЕНИЕ ………………………………………………………….. 11 Единство природы ……………………………………………………………… 11

Иерархия объектов в природе ………………………………………….. 11 Четыре вида фундаментальных взаимодействий …………………… 15

Пространство и время …………………………………………………. 17 Торсионные поля ………………………………………………………… 19

Вселенная, Галактика, Солнечная система, планеты. Основные гипотезы происхождения и эволюции ………………………………………………….… 21

Основы «холодной» модели происхождения Cолнечной системы …………... 27

Модель горячей Земли …………………………………………………………... 30

Вихревая материя Декарта и звездные системы ………………………………. 33 Модель образования Солнечной системы из эндо-галактического вихря ….. 34 Геосолитоны как функциональная система Земли ……………………………. 34

Предмет физики Земли …………………………………………… ……………35

Литература ……………………………………………………………………… 40

2.ФИГУРА ЗЕМЛИ И ЕЁ ВНУТРЕННЕЕ СТРОЕНИЕ ………………………… 43

История вопроса развития представлений о фигуре Земли и ее размерах ….. 43 История развития гравиметрии и теории фигуры Земли в России и предшествовавшие и сопутствующие ей важнейшие открытия ……………….45

Офигуре реальной Земли ..…………………………………………………….. 51

Понятие об истинной фигуре Земли – геоиде и его геометрическое представление ………………………………………………….52

Геофизическое обоснование геоида. Сфероид Клеро………………………... 54 Фигура и распределение массы внутри Земли ………………………………... 56 Референц-эллипсоид. Эллипсоид Красовского.

Международный эллипсоид ……………………………………………………. 57

Понятие о периодах Эйлера и Чандлера, нутации и прецессии,

динамическое сжатие …………………………………………………………… 58

Колебания Чандлера и сейсмотектонический процесс ……………………….. 60 Геоид по спутниковым данным. Квазигеоид ………………………………….. 61

Земля как 3-осный эллипсоид ………………………………………………….. 64 Литература ……………………………………………………………………… 65 3. ФИЗИКА ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ……………………………………………………. 67

Определение науки сейсмологии. Классификация землетрясений по происхождению, глубине очага и силе. Географическое распределение землетрясений ………………………………………………………………….. 67

Способы оценки интенсивности колебаний при землетрясениях: макросейсмические шкалы и 12-балльная шкала MSK-64 …………………. 69 Прогнозирование землетрясений, сейсмическое районирование и сейсмостойкое строительство …………………………………………………. 74 Землетрясение, его очаг, гипоцентр, эпицентр, эпицентральное расстояние ………………………………………………………………………. 76

Землетрясения Луны и Марса …………………………………………………. 79 Характер деформаций в очаге по теории упругой отдачи и за ее пределами ……………………………………………………………….. 80

Энергия землетрясения ………………………………………………………… 82

458

Магнитуда землетрясения ……………………………………………… 83 Упругая энергия, выделяющаяся в очаге ……………………………….. 84

Энергетический класс …………………………………………………… 85

Зависимость между размерами очага и количеством выделившейся в нем энергии ……………………………………………. 86

Сейсмический момент ………………………………………………….. 87

График повторяемости землетрясений ………………………………. 88

Магнитуды ………………………………………………………………. 89

Магнитуда – энергия очага – сейсмический момент ………………………….. 89 О повторяемости землетрясений ……………………………………………….. 90 Дислокационные теории очага землетрясения ………………………………… 92 Модели сейсмического процесса ……………………………………………….. 96

Литература ……………………………………………………………………….. 99

4.СТРОЕНИЕ И СОСТОЯНИЕ ЗЕМЛИ ПО ДАННЫМ СЕЙСМОЛОГИИ …. 103

Основы теории упругости ………………………………………………………. 103 Тензор деформации ……………………………………………………… 103

Основное допущение классической теории упругости ……………….. 104

Тензор напряжений ……………………………………………………… 105 Энергия деформирования ……………………………………………….. 106 Закон Гука ………………………………………………………………… 107 Однородные деформации ……………………………………………….. 108

Адиабатические процессы ………………………………………………. 110 Продольные и поперечные упругие волны в изотропной среде ……….. 110 Поверхностные упругие волны ………………………………………….. 112 Законы Ферма, Гюйгенса и Снеллиуса ………………………………….. 115

Упругие волны в твердых телах и сейсмические волны ………………………. 115 Развитие сейсмометрических наблюдений ……………………………………… 119

Сейсмическая станция …………………………………………………… 119

Сети сейсмических станций …………………………………………….. 120

Годографы ………………………………………………………………… 122

Траектории волн внутри Земли ………………………………………………….. 123 Определение скорости распространения сейсмических волн в Земле с помощью уравнения Гертлоца-Вихерта ………………………………………. 125

Анализ данных о скоростях распространения продольных и поперечных волн по радиусу Земли …………………………………………………………… 125

Проявление внешнего и внутреннего ядер Земли в особенностях выхода объемных сейсмических волн на поверхность Земли ………………………….. 126 Состояние слоев вещества Земли по данным сейсмологии. Распределение скоростей и сейсмических волн в земной коре (континентов и океана), типы земной коры (по данным сейсмологии) ………………………………….. 126

Земная кора ……………………………………………………………………….. 128 Океаническая кора ……………………………………………………….. 129 Континентальная кора ………………………………………………….. 130 Литосфера и астеносфера ………………………………………………………… 131

Сейсмология и глобальная тектоника …………………………………………… 132

Литература ………………………………………………………………………… 133

5.ПЛОТНОСТЬ, СИЛА ТЯЖЕСТИ И ДАВЛЕНИЕ ВНУТРИ ЗЕМЛИ ……….... 135

Обзор развития представлений о моделях Земли ………………………………. 135 Предпосылки создания теории определения плотности ……………………….. 137 Упругость и плотность Земли ……………………………………………………. 138 Определение плотности вещества внутри Земли с помощью схемы расчета Буллена и условий Роша, Молоденского и Адамса-Вильямсона;

459

соответствующие им плотностные модели ……………………………………. 138 Распределение упругих модулей с глубиной ………………………………….. 144 Давление и ускорение силы тяжести с глубиной ……………………………… 145

Мантия Земли ……………………………………………………………………. 145 Земное ядро ……………………………………………………………………… 147

Распределение плотности, температуры, давления и ускорения силы тяжести в современной Земле и модели Сорохтина ………………………….. 148

Литература ………………………………………………………………………. 148

6.ГРАВИТАЦИОННОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ …………………………………………… 149

Аномалия силы тяжести ………………………………………………………… 149

Отклонение Земли от состояния гидростатического равновесия ……………. 149

Волны геоида …………………………………………………………………….. 150 Изостазия …………………………………………………………………………. 152

Отклонение от принципа изостазии ……………………………………………. 154 Изостазия и колебательные движения земной коры. Проблема вековых изменений силы тяжести, ее современной состояние ………………………… 155

Редукция силы тяжести ………………………………………………………….. 156

Омоментной природе волн геоида ……………………………………………… 160

Литература ………………………………………………………………………… 162

7.ГЕОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ ……………………………………………….................. 163

Геомагнетизм и физика Земли …………………………………………………… 163 История развития представлений о магнитном поле Земли и о магнитных явлениях ……………………………………………………………… 163

Элементы магнитного поля Земли ………………………………………………. 174

Магнитные поля планет ………………………………………………………….. 176

Методы исследования магнитного поля Земли ………………………………… 177 Миграция магнитных полюсов ………………………………………………….. 179 Вариации значений магнитного момента Земли ……………………………….. 180 Вековые вариации геомагнитного поля ………………………………………… 181 Главное магнитное поле Земли. Аномалии геомагнитного поля ………………185

Магнитные свойства пород. Палеомагнетизм ………………………………….. 189

Новая глобальная тектоника …………………………………………………….. 191

Происхождение главного магнитного поля Земли …………………………….. 196

Электрические эффекты …………………………………………………………. 199

Электромагнитные зондирования ………………………………………………. 200 Геомагнетизм и жизнь. Диапазон магнитных явлений …………………………201

Глобальные магнитные аномалии как самоорганизующаяся система токовых контуров в ядре Земли ………………………………………………….202

Литература ………………………………………………………………………...203

8.ТЕПЛОВОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ ………………………………………………………...205

Развитие представлений о тепловом состоянии Земли, тепловых явлениях и возрасте Земли ……………………………………………………….205

Общие сведения о тепловом балансе Земли …………………………………… 215 Определение теплового потока и геотермического градиента на континентах и в океане ……………………………………………………….217

Связь теплового потока с основными структурами земной коры …………….220

Особенности тепловых полей перехода от континента к океану ……………. 224 Механизмы переноса тепла в Земле ……………………………………………. 225 Способы оценки температуры в земной коре ………………………………….. 227

Температура в мантии …………………………………………………………… 229 Температура в ядре Земли ………………………………………………………. 232

Обобщенная температура по радиусу Земли ………………………………….. 234

460

Новые данные о тепловом поле Земли …………………………………………… 235

Литература …………………………………………………………………………236

9.РЕОЛОГИЯ ЗЕМЛИ, ПРИРОДА ЕЕ ОСНОВНЫХ СЛОЕВ И РАЗДЕЛЯЮЩИХ ИХ ГРАНИЦ ……………………………………………………. 239

Хроника появления и развития основных представлений физики вязкоупругих тел и их применение к веществу Земли …………………………. 239

Среда в физике Земли …………………………………………………………….. 247

Процесс ползучести и его феноменологическое описание …………………….. 247 Зависимость между напряжением и деформацией для некоторых реологических сред ……………………………………………………………….. 251

Реология Земли ……………………………………………………………………. 254

Вещество Земли в условиях высоких давлений и температур ………………… 258 Природа и характер границы Мохоровичича между земной корой и мантией .. 262 Происхождение земной коры, гипотезы дифференциации, зонной плавки и океанизации ………………………………………………………………………… 263 Строение мантии ………………………………………………………………….. 264 Ядро Земли ………………………………………………………………………… 265 Литература …………………………………………………………………………..267

ЧАСТЬ II. Введение в «вихревую» геодинамику…………………………...269

10.РОТАЦИИ ВО ВСЕЛЕННОЙ…………………………………………………….... 271

Вращательное движение как характерное свойство пространства-времени Вселенной ………………………………………………. 271

Вращательное движение в геологии……………………………………. 271 Вращательные движения в физике. История вопроса ……………….. 271 Вращательное движение как характерное свойство пространства-времени Вселенной ……………………………………… 273 Структура пространства-времени ……………………………………. 278 Вихри – так что же это такое? ……………………………………….. 280

Вращательное движение и вихри как фактор формирования литосферы и геолого-географической среды Земли ………………………….. 281

Новый диалог с Природой ……………………………………………………… 285 Литература ………………………………………………………………………. 287

11.ЭЛЕМЕНТЫ ВИХРЕВОЙ ГЕОДИНАМИКИ …………………………………. 291

Отерминологии …………………………………………………………………. 291 Геология и время …………………………………………………………………291

Время и энтропия ……………………………………………………….. 292 Хронология фанерозоя ……………………………………………………293

Резюме …………………………………………………………………….. 293 Еще раз о вихрях в геологии …………………………………………………….. 294

Моментная природа геодинамического процесса ……………………………… 295

Взаимодействие землетрясений ………………………………………… 295

Эффект Доплера …………………………………………………………. 297

Элементарный сейсмофокальный блок …………………………………. 302

Колебания Чандлера ………………………………………………………. 303

Расщепление скорости «широтной» миграции фор-афтершоков ……. 303 Землетрясения и их очаги как квазичастицы …………………………… 305

Землетрясения-дуплеты и пары землетрясений – закономерность сейсмического процесса ………………………………………………………….. 306

Сейсмичность Средних Курильских островов …………………………. 306

Землетрясения-дуплеты ………………………………………………….307

Пары землетрясений …………………………………………………….. 308

Структура тихоокеанского сейсмического пояса …………………….. 309

461

Ротационно-упругие волны ……………………………………………………… 311

Физическая модель геологической среды ……………………………….. 311 Задача об упругом поле блоковой геофизической среды ……………….. 313

Дальнодействие …………………………………………………………….315

Уравнение движения однородной цепочки взаимодействующих блоков (на примере окраины Тихого океана) …………………………. 316

Свойства решений ………………………………………………………. 317

Характерная скорость процесса ……………………………………… 318 Энергия сейсмического процесса ……………………………………… 319

Волновая природа вулканизма окраины Тихого океана ……………………… 320

Исходные данные ……………………………………………………….. 320

Опериодичности вулканического процесса ……………………………321

Миграция вулканических извержений ………………………………….. 324

Освязи вулканизма и сейсмичности …………………………………... 327

Волновая геодинамика …………………………………………………………. 328

Овращательном движении тектонических плит …………………… 328 Энергия тектонического процесса ……………………………………. 330

Тектонические волны …………………………………………………… 334

Сейсмичность, вулканизм и тектоника как составные части волнового геодинамического процесса ……………………………………….. 336

Циркулярная поляризация ротационно-упругих волн ………………… 336 Ротации и Глобальная тектоника ……………………………………...337 Что же такое землетрясение и его очаг? ……………………………..339

Литература ………………………………………………………………………..344

12.ГЕОЛОГИЯ И МЕХАНИКА ………………………………………………………353

Форма Земли и геодинамика ……………………………………………………. 353 Парадокс Эверндена ………………………. …………………………….. 353 Оценки М.В. Стоваса ……………………………………… …………….. 354

Ответ на вопрос Дж. Эвердена …………………………………………. 356

Форма Земли и ее строение: новые подходы ……… …………………………. 357

Новая модель геоизостазии ……………………………………………..357 Принцип минимизации – основной закон эволюции планет ……………360

Роль землетрясений в минимизации гравитационной энергии ………. 361

Высота геоида ……………………………………………………………363

Замечание по поводу сжатия Земли ……………………………………363

Принцип минимизации энергии ………………………………………….364

Механизмы реализации принципа минимизации ………………………. 365

Процесс самоорганизации ……………………………………………………….366

Гидростатическое равновесие (на примере гравитационного поля планет) ………………………………………….367

Распределение плотности ………………………………………………. 368

Вихревые структуры …………………………………………………………….. 370

Новые данные и нестыковки ……………………………………………..374

Фигура равновесия вращающихся тел. Вихревая задача Дирихле …………….375

Начальный ньютоновский этап ………………………………………….376

Этап Якоби ………………………………………………………………..376 Этап Дирихле ………………………………………………………………377

Современный этап …………………………………………………………378

Оновой парадигме геологии …………………………………………………….. 378

Поплавковые колебания Е.М. Линькова ……………………………………….. 380

Литература ……………………………………………………………………….. 381

13.ПРОБЛЕМА № 1 В НАУКАХ О ЗЕМЛЕ………………………………………….. 385

462

Суть проблемы геомагнетизма …………………………………………………… 385

Нестыковки …………………………………………………………………………387

Бароэлектрический эффект и электромагнетизм планет ……………………….. 388

Резюме ……………………………………………………………………………… 391 Литература ………………………………………………………………………… 391

14.ГЕОЛОГИЯ И ВРЕМЯ (продолжение) ……………………….………………….. 393

Геология и жизнь ………………………………………………………………….. 393 Суть проблемы ……………………………………………………………………. 394

Обзор представлений о развитии концепции времени …………………………. 395

Узловые моменты …………………………………………………………………. 397 Резюме ………………………………………………………………………………399

Литература ………………………………………………………………………….399

15.ХРОНИКА РАЗВИТИЯ ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНЫХ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ

ОРОТАЦИОННЫХ И ВИХРЕВЫХ ДВИЖЕНИЯХ ……………………………. 401

Общий обзор ………………………………………………………………………. 401 Древний период ……………………………………………………………..401

Эллада, древние Китай и Индия …………………………………………..402

Средние века ………………………………………………………………..408 Эпоха возрождения …………………………………… ………………….. 410

Разделение натурфилософии на естественные науки …………………..413 Революция в естествознании …………………………………………….. 418

Современный период ………………………………………………………. 423

Развитие представлений об эфире, вакууме, торсионных полях,

информации и сознании …………………………………………………………… 428 Древний период ……………………………………………………………. 428

Эллада, древние Китай и Индия …………………………………………...429

Средние века …………………………………………………………………433

Эпоха Возрождения ……………………………………………………….. 434

Разделение натурфилософии на естественные науки …………………. 436 Революция в естествознании …………………………………………….. 440

Современный период ……………………………………………………….444

«Неизбежность странного мира» ………………………………………………… 449

Литература ………………………………………………………………………….450

ЗАКЛЮЧЕНИЕ: 20 тыс. лет истории развития вихревых движений …………….455

Гипотеза ……………………………………………………………………………. 456 Литература ………………………………………………………………………….457

ОГЛАВЛЕНИЕ …………………………………………………………………………….458

463

Учебное издание

Викулин Александр Васильевич ФИЗИКА ЗЕМЛИ И ГЕОДИНАМИКА

Директор издательства Рязанцев А.Е.

Ответственный за выпуск Рязанцев А.Е.

Верстка, оригинал-макет А.В. Викулин Редактор Е.А. Сиваев

Издательство Камчатского государственного университета имени Витуса Беринга.

683032 Петропавловск-Камчатский, Пограничная, 4

тел. [phone]

Подписано в печать 08.10.08 г. Бумага типографская. Печать офсетная.

Гарнитура «Times New Roman». Формат 61*86/8.

Авт. л. 45,35. Уч.-изд. л. 46,14. Усл. печ. л. 57,61.

Тираж 450 экз. Заказ № 333

464