О возможности существования в литосфере малых тангенциальных массовых сил. Их роль в тектонике и геодинамике

Abstract

Продолжено исследование проблемы формирования в коре дополнительных планетарных напряжений от действия тангенциальных распределенных массовых сил. Генезис таких сил может быть связан с суточным вращением Земли и с перемещениями твердого ядра относительно геоцентра. Если в работе [Rebetskii, 2016] изучалось влияние тангенциальных массовых сил в континентальной коре на формирование дополнительных меридиональных и широтных напряжений с целью объяснения закономерности формирования планетарной трещиноватости, то в этой статье рассматривается роль тангенциальных массовых сил в возникновении латеральных движений литосферных плит. Предложено амплитуды таких тангенциальных массовых сил рассчитывать на основе данных о разности двух глобальных эллипсоидов вращения. Первый усредняет уровневую поверхность потенциала силы тяжести (референс-эллипсоид), а второй физическую поверхность Земли отдельно в ее континентальной и океанической части. Показано, что коэффициент динамического сжатия Земли, равный 1/305.5 и полученный из спутниковых измерений, хорошо соответствует среднему полярному сжатию двух эллипсоидов вращения, приближенно описывающему форму физической поверхности Земли. Таким образом, в первом приближении физическая поверхность Земли имеет меньшее полярное сжатие, чем референс-эллипсоид (1/298.25), приближенно описывающий форму уровневой поверхности силы тяжести (геоид). Углы уклонения вектора силы тяжести от нормали к физической поверхности Земли, рассчитанные по данным эллипсоидов вращений, имеют достаточно малые значения (максимальное значение 16.4 с на широте 45°), что определяет малые значения и тангенциальных массовых сил (2.15×10-4 г/см3 на широте 45°). Столь малые тангенциальные силы способны привести к появлению у подошвы континентальной литосферы (глубины 120-150 км) касательных напряжений порядка 0.3 МПа. Напряжения такого уровня, в свою очередь, создают в астеносфере сдвиговое течение, обеспечивающее скорости движения литосферных плит в первые сантиметры в год. Выполненные оценки позволяют рассматривать тангенциальные массовые силы как возможный источник движения литосферных плит. Расчеты региональных эллипсоидов вращения, усредняющих физическую поверхность континентальной и океанической части Земли, проведенные отдельно в Северном и Южном полушариях, показали, что в океанической части Земли обоих полушарий наблюдаются наибольшие отклонения этих эллипсоидов от референс-эллипсоида. Океанические региональные эллипсоиды имеют меньшее полярное сжатие (Северное полушарие 1/313.1, Южное полушарие 1/306.9), чем референс-эллипсоид, что определяет меридиональную ориентацию тангенциальных массовых сил от полюсов к экватору. Региональный эллипсоид для континентальной коры Северного полушария имеет большее (1/296.2), а региональный эллипсоид для континентальной коры Южного полушария меньшее (1/303.2) полярное сжатие, чем референс-эллипсоид. Из результатов расчетов следует, что океаническая литосфера создает наибольший вклад в субмеридиональное движение континентальных плит.