Cтраница 4
Заметим, что l действительно и поле не осциллирует и не мигрирует. Такое динамо создает обязательно стационарные поля. Штеенбек и Краузе [77] отмечали что стационарность действия одного лишь Г ( а2 - динамо) дает естественное объяснение стационарности земного динамо. Эта возможность представляет определенный интерес, но возможны и другие стационарные динамо; поэтому вопрос остается открытым и может быть решен только динамическими расчетами степени неоднородности вращения. Такие расчеты основаны на том, что действие сил Кориолиса на локальное сходящееся течение жидкости в отдельной конвективной ячейке закручивает ячейку, из-за этого появляется коэффициент Г; в то же время действие сил Кориолиса на полное смещение жидкости в ячейке вызывает неоднородность вращения. Оба эффекта пропорциональны угловой скорости вращения объекта в целом. Мы склонны следовать мнению Эльзассера и Брагинского, которые считают, что неоднородное вращение является в общем более мощным из двух эффектов. Но необходимо помнить, что в динамической теории конвекции, циркуляции и неоднородного вращения ядер планет и звездных конвективных зон последнее слово все еще не сказано. Если в каком-нибудь конкретном случае вращение окажется достаточно слабо неоднородным, то а2 - динамо приобретет такое же практическое значение, как и динамо, создаваемое сильно неоднородным вращением. [46]
Наибольших энергетических и энтропийных тинентального дрейфа затрат при этом требуют погодные и климатические процессы. Хотя остальные вклады в экспорт энтропии относительно малы, в эволюции Земли они тем не менее играют важную роль, в частности являются действующей силой тектонических процессов. Если оценить числа Рэлея для магмы, то при определенных предположениях получаются надкритические значения. Следовательно, в магме должны возникать конвективные течения, которым соответствует рассматриваемый в разд. Модель таких конвективных магматических течений представлена на рис. 3.6. Действие сил Кориолиса приводит к тому, что эффект Бенара в магме порождает существенно более сложные структуры, чем в простых жидкостях. Аналогичные эффекты играют роль при образовании планетарной системы ветров. Было бы интересно выяснить, не полем ли скоростей магмы на поверхности Земли обусловлены сложные вращательные и трансляционные движения континентальных плит и эффекты образования коры ( растекание морского дна), В том случае, если подобные гипотезы имеют под собой какое-то реальное основание, построение теоретической модели движения магмы позволило бы проследить движения континентов и тем самым достичь более полного и глубокого понимания геологической эволюции. Подобно тому, как ныне долгопериодичес-кие колебания климата ( например, продолжительности ледовых периодов) успешно моделируются математически на основе ( модельных) представлений о нелинейных самовозбуждающихся колебаниях ( Моими, Сисков, 1979; Сергин, Сергин, 1978), ответ на вопрос о длиннопериодических колебаниях земного магнитного поля можно надеяться получить с помощью нелинейной математической модели. [47]
Действие сил Кориолиса существенно сказывается при длительных движениях воздуха в атмосфере. Ветры, охватывающие значительные участки Земли, никогда не дуют прямо в направлении от большого атмосферного давления к малому, а отклоняются от него вправо в северном полушарии и влево - в южном. Известно, что области наиболее высокого давления - антициклоны и области наиболее низкого давления - циклоны очерчены замкнутыми изобарами. Это также связано с действием кориолисовых сил. Воздух, устремляясь, например, к центру циклона, под действием силы Кориолиса отклоняется вправо ( в северном полушарии) и в результате возникает вихреобразное движение воздуха вокруг области пониженного атмосферного давления. Вместе с тем при местных, сравнительно непродолжительных ветрах, например бризах, эффект действия, сил Кориолиса практически не проявляется. [48]
Силы Кориолиса дают антисимметричную матрицу, поэтому эти силы не совершают работу и их можно классифицировать как гироскопические. Два дифференциальных уравнения движения оказываются связанными только благодаря силам Кориолиса. Поскольку в рассматриваемой гироскопической системе имеется положительно определенное демпфирование, минимум общей потенциальной энергии будет как необходимым, так и достаточным условием устойчивости, а значит, неустойчивость можно будет легко предсказать. Из-за непрерывной диссипации энергии образование предельных циклов будет невозможно, и, следовательно, появится динамическая бифуркация Хопфа. Однако, как мы увидим, в основном неустойчивом состоянии равновесия при нагрузках выше второй эйлеровой критической нагрузки под действием сил Кориолиса может происходить увеличение амплитуды колебаний. [49]