Моделювання трансформації фігури Землі і її впливу на геодинамічні процеси
No Thumbnail Available
Date
2019
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Національний університет "Львівська політехніка"
Abstract
У дисертаційній роботі планетарна динаміка вікових змін форми Землі досліджується на основі результатів апроксимації висот поверхні літосфери двовісним і тривісним еліпсоїдами. За даними GNSS вимірювань на постійно діючих перманентних станціях в північній і південній півкулях в сучасну епоху виявлені трендові закономірності вікових змін параметрів фігури Землі. Середній радіус Землі за період 2001 - 2016 р.р. збільшився майже на 5 мм із швидкістю 0,3 мм/рік. На якісному і наближено кількісному рівні в результаті комп’ютерного моделювання цифрових моделей рельєфу поверхні літосфери на основі геопалеореконструкцій, показано, як в процесі еволюційного саморозвитку планети в результаті дії гравітаційно-ротаційних та ендогенних сил відбувається перерозподіл мас, що приводить до трансформації фігури літосфери від двовісного еліпсоїда до тривісного і навпаки, зміни сплющеності та переміщення полюса в геологічному часі. Виконані дослідження комп'ютерного моделювання переорієнтації фігури літосфери Землі, дозволили виявити певні закономірності структуроутворюючих процесів, внаслідок динамічного перерозподілу мас. Ввівши поняття «геоеволюційного» відхилення виска і припустивши, що тангенціальні сили пропорційні куту, який визначається як кут між напрямком лінії виска в минулу геологічну епоху і нинішнім напрямком в заданій точці, розраховані діючі масові горизонтальні сили у верхній оболонці планети. Обчислені поля векторів тангенціальних сил показують хорошу узгодженість з результатами горизонтальних складових векторів руху станцій GNSS. Це свідчить про те, що взаємодія між собою блоків і плит у рамках вихрової ротаційно-гравітаційної моделі може бути взаємопов'язана пружними полями, які створюють єдине планетарне геодинамічне поле, що формує еволюційний стан геосередовища. В диссертационной работе планетарная динамика вековых изменений формы Земли исследуется на основе результатов аппроксимации высот поверхности литосферы двухосным и трехосным эллипсоидами. По данным GNSS измерений на постоянно действующих перманентных станциях в северном и южном полушариях в современную эпоху обнаружены трендовые закономерности вековых изменений параметров фигуры Земли. Средний радиус Земли в период с 2001 по 2016 год. увеличился почти на 5 мм со скоростью 0,3 мм / год. На качественном и приближенно количественном уровне в результате компьютерного моделирования цифровых моделей рельефа поверхности литосферы на основе геопалеореконструкций, показано, как в процессе эволюционного саморазвития планеты в результате действия гравитационно-ротационных и эндогенных сил происходит перераспределение масс, которое приводит к трансформации фигуры литосферы от двухосного эллипсоида к трехосному и наоборот, изменения сжатия и перемещения полюса в геологическом времени. Выполненные исследования компьютерного моделирования переориентации фигуры литосферы Земли позволили выявить определенные закономерности структурообразующих процессов в результате динамического перераспределения масс. Введя понятие «геоэволюционного» отклонения отвеса и предположив, что тангенциальные силы пропорциональны углу, который определяется как угол между направлением линии отвеса в прошедшую геологическую эпоху и нынешним направлением в заданной точке, рассчитаны действующие массовые тангенциальные силы в верхней оболочке планеты. Вычисленные поля векторов тангенциальных сил показывают хорошую согласованность с результатами горизонтальных составляющих векторов движения станций GNSS. Это свидетельствует о том, что взаимодействие между собой блоков и плит в рамках вихревой ротационно-гравитационной модели может быть взаимосвязана упругими полями, которые создают единое планетарное геодинамическое поле, формирующее эволюционное состояние геосреды. The planetary dynamics of secular changes of the Earth’s shape that is determined on the base of approximation of the lithosphere surface heights that are changing during geological epochs by biaxial and triaxial ellipsoids are investigate in the dissertation. Based on the GNSS data at permanent stations in the northern and southern hemispheres for the modern epoch it is determined that the small half-face increased by 72 mm, and the large half-axis, on the contrary, decreased by 25 mm in the period from 2001 to 2016. The obtained results testify to the trend component of increasing the radius of the Earth and the linear dependence on time in the displacing center of the figure in the direction to the North Pole of the Earth. The computer modeling of lithosphere surface heights (DEMs) for different geological epochs was made on the basis of two geopaleoreconstructions models. The analysis of obtained DEMs shows at a qualitative and approximately quantitative level such results: the changes in flattening and the pole position in geological time; transformation lithosphere shape from a biaxial ellipsoid to a triaxle and vice versa as a result of action of gravitational-rotational and endogenic forces consequence in masses redistribution. The maximum deviation of the pole of the minor axis among the ellipsoids obtained from the North pole of the Earth does not exceed 3°,1 (this value, perhaps, approaches the critical one), which confirms the assumption about the movement of lithospheric plates, which obeys the geodynamic process aimed at restoring axial symmetry and preserving the moment amounts of rotation. In the pole position, two of the largest deviations from the axis of rotation are clearly visible; this is in the modern period and approximately 400 million years later. In the time interval 100-300 million years the deviations of the pole of the lithosphere figure were within 1°. The performed investigations of the Earth's lithosphere figure reorientation as a result of dynamic mass redistribution allow revealing certain regularities of structure-forming processes. Introducing the concept of «geoevolutionary deviation of the plumb line» and assuming that the tangential mass forces are proportional to the angle, between the direction of the plumb line in the past geological epoch and the current direction at a given point, horizontally acting forces in the upper shell of the planet were computed. The computed fields of the tangential forces show good consistency with the results of the horizontal components of GNSS stations moving vectors. This is quite convincing evidence that the interaction between blocks and plates within the vortex rotational-gravitational model can be interconnected by elastic fields that create a single planetary geodynamic field that forms the evolutionary state of the geo-environment.
Description
Keywords
двовісний і тривісний еліпсоїди, цифрова модель рельєфу поверхні літосфери Землі, переорієнтація фігури літосфери Землі, тангенціальні масові сили, геотектонічні і геодинамічні процеси, двухосный и трехосный эллипсоиды, цифровая модель рельефа поверхности литосферы Земли, переориентация фигуры литосферы Земли, тангенциальные массовые силы, геотектонические и геодинамические процессы, biaxial and triaxle ellipsoids, digital elevation model of the Earth's lithosphere surface, reorientation of the Earth's lithosphere figure, tangential mass forces, geotectonic and geodynamic processes
Citation
Шило Є. О. Моделювання трансформації фігури Землі і її впливу на геодинамічні процеси : дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук : 05.24.01 – геодезія, фотограмметрія та картографія / Євгеній Олександрович Шило ; Міністерство освіти і науки України, Національний університет «Львівська політехніка». – Львів, 2019. – 156 с. – Бібліографія: с. 134–143 (98 назв).