К вопросу об учете эффектов причинной механики в геофизических задачах (стр. 2 из 4)
В атмосфере наблюдается тепловая асимметрия полушарий: северное полушарие на » 3о теплее южного [21], асимметрия внутритропической зоны конвергенции (ВЗК) и другие показатели асимметрии.
В конце 50х годов вышла книга крупнейшего астрофизика Н. А. Козырева “Причинная или несимметричная механика в линейном приближении” [12]. Механика Н.А. Козырева вызвала большой резонанс в научных кругах, но, в целом, из-за ряда положений, неукладывающихся в рамки парадигмы существующей физики, негативную реакцию. Однако в конце 80х, начале 90х годов ряд положений причинной механики был успешно подтвержден экспериментально М. М. Лаврентьевым с сотрудниками [16,17,18] и японскими [24] физиками. Один из основных выводов причинной механики, подтвержденный экспериментально – это то, что в гироскопической системе при определенных условиях возникает дополнительная сила, действующая вдоль оси гироскопа и названная Козыревым силой причинности [12,13]:
, (2)где u – линейная скорость вращения гироскопа,
угол между ортом 
, определяющим направление силы 
действия одной материальной точки на другую в гироскопической системе и ортом вращения гироскопа 
, С2 = ac, где a постоянная тонкой структуры Зоммерфельда, с скорость света в вакууме.В работе [23], рассматривая планету как гироскопическую систему, нами получено выражение для козыревской силы применительно к Земле и атмосфере, зависящей от широты:
. (3)В соответствии с теорией причинной механики, рассматриваемая сила имеет противоположный знак для причин и следствий. Качественные соображения указывают, что причину и следствие можно определить по направлению потока свободной энергии: поток энергии всегда направлен от причины к следствию. Твердое тело Земли отдает тепло в окружающее пространство. Следовательно, его можно считать находящимся в “области причин”. Рассматривая же систему, Земля атмосфера, аналогичным образом приходим к выводу, что атмосфера находится в “области следствий”. Эти качественные соображения были подтверждены количественно с использованием аппарата причинного анализа [1,2,14]. Для этого был рассмотрен радиационный баланс системы Земля-атмосфера, а именно, эффективное излучение Земли и собственное излучение атмосферы в направлении земной поверхности. Результаты причинного анализа (энтропийные параметры) “излучение Земли–противоизлучение атмосферы” (a=H(Y)/H(X)=0,541; b=H(Y/X)/H(X/Y) =0,421; ix½ y= H(X/Y)/H(X) =0,616; iy½ x=H(Y/X)/H(Y)=0,792; ¡ =iy½ x/ix½ y=0,777, где H(Y), H(X), H(Y/X), H(X/Y) – безусловные и условные энтропии процессов X, Y соответственно) показывают, что параметр причинности ¡ эффективного излучения земной поверхности и противоизлучения атмосферы меньше единицы, т.е. попадает на энтропийной диаграмме [1,2,14] в область “нормальной причинности”. Этот результат совпадает с феноменологическим представлением о направленности причинно-следственной зависимости в системе Земля – атмосфера. Таким образом
в (3) берется со своим знаком для Земли и обратным для атмосферы.Расчеты силы
по формуле (3) оказались в хорошем согласии с прямыми ее измерениями, выполненными Н. А. Козыревым [12,13].В физике Земли и атмосферы вертикальные и горизонтальные силы играют различную роль. Поэтому были рассмотрены отдельно горизонтальная Qj и вертикальная Qr компоненты силы причинности
: 
(4) 
(5)В геологическом масштабе времени результат действия этих сил можно выразить через их дивергенции:
, (6) 
(7)где знак “+” для северного полушария, “” – для южного.
Одно из важнейших геофизических следствий эффектов причинной механики – гипотеза, что вертикальная составляющая Qr должна быть ответственна за деформацию равновесной фигуры Земли. В силу того, что за фигуру Земли принимается потенциал силы тяжести кривая Qr описывает фигуру, обратную геодезической, но потенциал U этой силы
(8)совпадает по знаку с геодезической кардиоидой (рис. 1).
Выделение в процессе дифференциации вещества мантии более легкой гранитоидной фракции, контролируемое в основном реакцией MgSiO3® Mg2SiO4+SiO2 [20], идет быстрее при уменьшение давления, т.е. в условиях вертикального растяжения (divQr>0). Следовательно, зоны где divQr>0 более благоприятны для формирования коры материкового типа, чем зоны, где divQr<0. В свою очередь, зоны с divQr<0 более благоприятны для обратного процесса – базификации. Эти соображения наиболее просто могут быть подтверждены кривой распределения суши в сравнении с распределением, как функции широты, кривой divQr. Эти кривые приведены на рис. 1. Как видно они достаточно близки. Учитывая их нетривиальный вид, с большой вероятностью можно говорить, что именно “поле” силы причинности, влияя на процессы дифференциации, оказало решающее влияние на формирование зонального распределения типов коры.
Выражение для divQr позволяет дать физическое обоснование ранее морфологически выделенным признакам антисимметрии Земли относительно экватора: кругам антисимметрии полярных стран (± 71о), северному эпейрогеническому (+62о) и южному талассогеническому (62о) кругам [10].
Поскольку сила причинности перманентный фактор, можно ожидать концентрации подвижных материковых масс в зонах конвергенции горизонтальной силы (divQj<0) и дефицита в зонах дивергенции (divQj>0). Зависимость divQj от широты показана на рис. 1, где действительно материковые зоны качественно соответствуют зонам конвергенции горизонтальной компоненты силы, океанические – зонам дивергенции.
До настоящего времени нет однозначного мнения о физическом механизме образования орогенических поясов и зон глубинных разломов. С этой точки зрения рассмотрен ротор силы
: 
, (9)где положительное направление вектора rot
на восток (рис. 2). Ротор силы определяет интенсивность сдвиговых деформаций и, следовательно, экстремальным значениям ротора, как функции широты, должны на Земле соответствовать орогенические пояса или зоны глубинных разломов. На рис. 2 видно, что экстремумы rot действительно соответствуют, в частности, известным критическим параллелям ± 35о и экватору: первая на материках является орогеническим поясом, вторая выражена зоной разломов [10]. 
Рис. 1. Зональное распределение суши (1), вертикальной составляющей (2), дивергенции
вертикальной (2) и горизонтальной (3) составляющих и потенциала (2) силы причинности
(для r = 1кг/м3 ).
Факт тепловой асимметрии полушарий и смещение теплового экватора относительно географического к северу » на 10о, был зафиксирован по наблюденным многолетним данным [21]. Однако, этот факт не получил удовлетворительного объяснения. Рассмотрим явление тепловой асимметрии полушарий с позиций причинной механики. Ротор силы
в атмосфере 
(10)определяет интенсивность меридиональной циркуляции. Из кривой зависимости rot
от широты (рис. 2) видно, что в целом в атмосфере преобладают положительные значения. Это означает существование в нижних слоях атмосферы интегрального переноса из южного полушария в северное и обратного переноса в верхних. В результате, в северном полушарии приземная температура должна быть выше, чем в южном полушарии.
Другой факт, не нашедший в метеорологии убедительного объяснения – это сам факт существования внутритропической зоны конвергенции (ВЗК) и ее некоторое смещение, в среднем за год, в северное полушарие [6,7]. На рис. 1 можно видеть, что дивергенция divQj горизонтальной составляющей силы причинности Qj терпит разрыв на экваторе и отрицательна для атмосферы в зоне от 0о до 24о с.ш. С позиций постоянно действующей асимметричной силы в механизме общей циркуляции атмосферы такое распределение divQj объясняет как само существование ВЗК, так и некоторое ее смещение относительно экватора в северное полушарие.
Следующий очевидный шаг учета козыревской силы, возникающей в гироскопической системе, это ее введение в гидродинамические модели, в частности, в модели атмосферы [4]. Для этого воспользуемся простейшей полусферной баротропной моделью.
Как известно из классической механики жидкости и газов в баротропной атмосфере уравнение вихря скорости имеет вид [5]