Земля вращается вокруг собственной оси и делает это достаточно стабильно. С точки зрения законов физики так и должно быть. При этом вращение Земли из-за приливного трения мирового океана должно незначительно замедляться и терять примерно 1 - 2 миллисекунды в год. Однако с изобретением атомных часов было установлено, что скорость вращения Земли вокруг собственной оси не равномерна. Более того, регулярные измерения позволили зафиксировать как замедления, так и ускорения вращения Земли. А это уже прямой вызов законам физики и всей современной науке. В 2020 году было зафиксировано аномальное увеличение скорости вращения Земли вокруг собственной оси. Земля побила свой прошлый рекорд 2016 г. и стала вращаться быстрее почти на 0,5 секунды в сутки.
Причина такого ускорения пока не выяснена. Однако учёные выдвинули несколько гипотез. Одна из гипотез, правда, ни чем кроме неких теоретических рассуждений общего характера не подтверждаемая, астрономическая. Согласно этому предположению суммарное воздействие Луны, Солнца и планет солнечной системы каким-то (пока не очень понятно каким) способом влияет на собственное вращение Земли, замедляя или ускоряя её вращение. Другая гипотеза предлагает связать ускорение собственного вращения Земли с её вулканической активностью. Краткая суть этой идеи заключается в том, что между ядром планеты и её мантией происходят некие механические процессы, связанные с массопереносом расплавленного ядра в сторону одного из полюсов. Такие смещения теоретически могут служить причиной изменения скорости вращения Земли вокруг своей оси. Есть довольно экзотическое предположение, причём подкреплённое достаточно надёжными расчётами, о влиянии количества опавшей в лесах России и Канады листвы на собственную скорость вращения Земли. Наконец, самая популярная и достаточно хорошо согласующаяся хронологически с наблюдаемыми последствиями глобального потепления, связывает скорость вращения Земли с таяниями ледников и изменением уровня мирового океана, а также с уменьшением нагрузки полярных льдов на полюса Земли, в результате чего она (Земля) чуть-чуть изменила свой форму – стала более сферической. У противников этой идеи есть мощные контраргументы. Во-первых, при повышении уровня мирового океана скорость вращения Земли должна уменьшиться, так как её средний диаметр хоть и немного, но увеличится. И в этом случае фундаментальный закон сохранения импульса замедлит вращение Земли. Во-вторых, последний ледниковый период на Земле закончился примерно 12 тысяч лет назад, а максимальный ледяной покров относится ко времени 20 – 25 тысяч лет назад. Поэтому довольно трудно связать влияние растаявших 12 тысяч лет назад вечных льдов и сопутствующее этому изменение формы Земли с ускорением её вращения в 2020 году.
С точки зрения классической механики причин приводящих к изменению скорости собственного вращения некоего шарообразного тела может быть две. Во-первых, это влияние внешней среды. Например, более плотная внешняя среда будет сильнее замедлять вращение тела. Однако современная наука не располагает данными о наличии какой-либо существенной (способной оказывать влияние на вращение планет) физической среды в космосе. Во-вторых, это могут быть внутренние механические процессы, связанные с перераспределением массы этого тела внутри его объёма. Например, перемещение части массы этого тела от его периферии к центру может увеличить скорость его собственного вращения под действием закона сохранения импульса. На всякий случай напомню, что в классической механике под полным импульсом тела понимают векторную величину, по значению равную сумме произведений масс материальных точек на их скорости, а по направлению совпадающую со средним направлением скоростей всех этих точек.
Так как, импульс вращающегося тела связан с линейным импульсом через радиус:
Одним из важнейших свойств импульса является его постоянство. Импульс системы, на которую не действуют внешние силы, постоянен во времени: dp/dt = 0. Это свойство тесно связано с такой физической величиной как момент инерции. Момент инерции вращающегося тела зависит от распределения массы тела относительно его оси вращения и связан с этой массой законом квадрата расстояний:
В этом случае чтобы найти механизм, приводящий к увеличению скорости вращения Земли, необходимо найти в составе Земли такие материальные объекты, масса которых перемещается относительно её оси вращения. В первом приближении наиболее подходящим кандидатом на такую роль является вода мирового океана. Хорошо известно, что уровень мирового океана достаточно нестабильная величина, изменяющаяся под влиянием множества факторов. В том числе от сезонных и глобальных климатических изменений. Вспоминая школьную географию, мы можем констатировать, что большая часть поверхности планеты Земля покрыта водами мирового океана. Следовательно, наиболее вероятная причина изменения скорости вращения Земли может быть связана с изменением уровня мирового океана, а если быть абсолютно точным, то с перераспределением его массы вокруг поверхности планеты. Уровень океана на экваторе дальше на 21 км от центра Земли, чем на полюсах. Это связано с неидеальной формой планеты. Наша Земля напоминает сплюснутый с полюсов эллипсоид.
По логике, мировой океан под действием гравитации Земли должен «стекать» с вершины экватора в низины полюсов, но реально этого не происходит. Причина этому сила инерции, которая удерживает избыточную массу мирового океана на линии экватора из-за большей линейной скорости поверхности Земли на экваторе. Здесь работает тот же самый закон инерции, который удерживает от падения мчащийся по вертикальной поверхности сферы мотоцикл.
А теперь я хочу поинтересоваться у вас, уважаемые читатели, что вы знаете о таком явлении, как вечная мерзлота?
Так вот, площадь мировой вечной мерзлоты 35 млн км2. Это более 25% поверхности суши. На картинке, приведённой выше, эта область выделена фиолетовым цветом. Синим цветом отмечены участки поверхности Земли, подверженные сезонному замерзанию. Толщина вечной мерзлоты колеблется от нескольких метров до нескольких сотен метров. Максимальная толща вечных ледников, зафиксированная в Якутии, превышает 1 километр. Последние несколько лет наблюдается устойчивое повышение среднегодовой температуры в районах залегания вечной мерзлоты по всему земному шару. В частности 20 июня 2020 года в Верхоянске была зафиксирована самая высокая температура в Арктике за всё время инструментальных наблюдений – плюс 38 градусов Цельсия. Следствием этого является активное таяние вечных льдов и постепенное превращение вечной мерзлоты в жидкую субстанцию из воды и почвы, в которой залегала эта вечная мерзлота. Наглядным примером такого таяния вечных льдов может служить Батагайский разлом в Восточной Сибири. Кто серьёзно интересуется темой вечной мерзлоты, может более подробно познакомиться с этой аномалией по приведённой ссылке. Общепринятая в научной среде точка зрения на процесс таяния вечной мерзлоты предполагает стекание растаявшей воды в мировой океан и повышение его уровня. Однако у меня есть сомнения на этот счёт и вот почему. Вечная мерзлота распространена в высоких северных широтах и опоясывает планету по двум материкам – Евразии и Северной Америки. Следовательно, вся растаявшая вода должна стекать в Северный Ледовитый океан и повышать его уровень, а вот поднятие уровня мирового океана, с моей точки зрения, уже под большим вопросом. Ведь вода вверх не течёт, а на экваторе, как вы помните, уровень воды выше на 21 км. При этом со значительными объёмами и массой земной коры в широтах залегания вечной мерзлоты происходят довольно интересные метаморфозы. Как уже отмечалось выше, поверхность земли в высоких широтах промерзает на несколько десятков или даже сотен метров, представляя собой лёд с высокой концентрацией вкраплений различных видов почв. Мало того, что лёд сам по себе имеет меньшую плотность, чем вода, и поэтому при таянии, занимаемый им объём уменьшается, так растаявшая вода ещё и перемещается в более высокие широты (убегает в Северный Ледовитый океан), освобождая гигантские объёмы в верхней части земной коры прилегающих северных широт. Таким образом, в масштабе земного шара мы получаем то самое перераспределение массы от более удалённой периферии поверхности планеты ближе к её оси вращения. Помните, что происходит с фигуристами, когда они при вращении широко разведённые руки складывают над головой или прижимают к телу (перераспределяют массу фигуры вращения)?
Да-да они начинают быстрее вращаться! Примерно то же самое происходит и с нашей планетой. Растаявшая вечная мерзлота стекает в Северный Ледовитый океан, тем самым, перераспределяя часть массы земной коры в более высокие широты и ближе к её оси вращения. Его величество инерция, подчиняясь закону сохранения импульса, просто вынуждена отреагировать увеличением собственной скорости вращения Земли. Таким образом, мы в очередной раз убеждаемся, что природа никогда не нарушает свои фундаментальные законы. И в «аномальном» ускорении вращения Земли нет ничего аномального с точки зрения законов физики.
