Следствия феномена приливов

Есть основания полагать, что приливные явления происходят не только в поверхностных слоях гидросферы и литосферы, но и глубже — в мантии и, возможно, даже ядре Земли. Это должно приводить к смещениям значительных масс вещества в глубине планеты и выделению тепла за счет трения. Особенно сильными такие эффекты могут быть в случае существования неоднородностей плотности в недрах — плотных вкраплений, несферической формы ядра и т. д. Перемещения в литосфере благодаря приливам должны приводить к усилению сейсмической активности в недрах Земли. Поскольку точных данных о распределении масс в глубинных недрах Земли нет, пока трудно достоверно оценить величину этих эффектов.

Потеря энергии приливов на трение океанской воды о дно, воздушных масс о твердую поверхность, перераспределения масс в недрах Земли приводит к постепенному замедлению вращения Земли. В результате продолжительность суток (периода вращения) нашей планеты непрерывно увеличивается. За последние 100 лет, когда параметры вращения Земли постоянно фиксировались с помощью высокоточных астрономических наблюдений, продолжительность суток увеличилась на 0,0014 с. Отсюда следует, что в прошлом сутки были значительно короче, чем сегодня. В годичных кольцах древних окаменевших кораллов найдено подтверждение этому: количество суточных микрослоев в годичном кольце изменилось: 370 млн лет назад их было 400, а теперь 365.

Дальнейшие изменения должны привести к дальнейшему удлинению суток на Земле. Процесс остановится, когда земные сутки станут равными периоду вращения Луны вокруг Земли. Тогда потери энергии на приливы будут минимальны: приливные выступы будут находиться всегда на одном и том же месте, большая ось эллипсоида, нацеленная на Луну, не будет перемещаться по телу планеты, в результате чего горизонтальные перемещения масс прекратятся. Луна будет видна только из одного полушария планеты, поскольку она будет, подобно стационарному спутнику, находиться всегда над одной и той же точкой Земли, двигаясь вокруг Земли с той же скоростью, с какой сама Земля будет вращаться вокруг своей оси. Такой режим вращения системы «планета—спутник», называемый синхронным, является самым выгодным с точки зрения расходования механической энергии, поскольку минимизирует приливные процессы. Поэтому в Солнечной системе есть целый ряд примеров синхронных режимов вращения. Они сформировались за миллиарды лет существования Солнечной системы в тех случаях, когда приливные эффекты были особенно сильны.

Один из примеров синхронного вращения — движение Луны вокруг Земли. Понятно, что силы приливного воздействия Земли на Луну должны быть значительно больше, чем влияние Луны на Землю, из-за существенного различия в массах. И если приливы, порождаемые Луной на Земле, плавно замедляют вращение Земли, то мощные приливы, порождаемые массивной Землей на Луне, уже давно синхронизировали вращение Луны вокруг своей оси с ее вращением вокруг Земли. В настоящее время Луна не поворачивается относительно линии, соединяющей центры масс Земли и Луны, и лунный эллипсоид всегда направлен своей большой осью на Землю. Поэтому некогда возникшие приливные выступы почти не смещаются в теле Луны. Небольшие смещения возникают за счет неравномерности скорости обращения Луны вокруг Земли (второй закон Кеплера), в итоге возникают незначительные «покачивания» тела Луны относительно направления на Землю (либрации). Возможно, из-за слабых либрационных приливных напряжений в теле Луны происходят слабые глубокофокусные «лунотрясения» в мантии нашего спутника. Их общая энергия примерно в 1 млрд раз меньше, чем на Земле.

Поскольку расходование механической энергии через выделение тепла в приливных деформациях у Луны практически прекращено из-за синхронного вращения, Луна реализует другой способ расходования энергии: она постепенно удаляется от Земли примерно на 3,5 см/год, при этом медленно падает скорость ее движения по орбите (кинетическая энергия движения переходит в потенциальную — Луна «поднимается» все выше над Землей).

Расчеты будущей эволюции системы Земля—Луна приводят к следующим результатам. За счет приливных явлений Земля продолжит замедление вращения вокруг своей оси, а Луна будет продолжать удаляться от Земли, увеличивая период обращения вокруг Земли при сохранении режима синхронного вращения. Система полностью синхронизируется при расчетном будущем равенстве периодов, когда оба будут близки к 50 нынешним земным суткам. Очевидно, что эволюция системы еще далека от завершения.