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天文地球动力学

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  用天文手段研究地球各种运动状态及其力学机制的一门学科。它所研究的运动是指地球整体的自转和公转运动,并涉及地球内部、地壳、水圈、大气圈的物质运动。这些运动的力学机制牵涉到:地球内部的结构、物理性质和物质运动,如地核与地幔、地幔与地壳的相互作用;地磁场和重力场的精细结构及其变化;地球水圈和大气圈的大规模物质运动;地球所在的宇宙空间中的引力场和电磁场的作用以及地球和太阳系的起源和演化等。因此,天文地球动力学是天文学与地学(特别是其中的大地测量、地球物理、地球化学、地质、地震和气象等学科)相互交叉、相互渗透的一个新的分支学科。除了对上述基础理论的研究有重大意义外,地球自转速度与极移的研究,还关系到确定地面观测站在宇宙空间的精确位置和地球坐标系在空间的指向,这是地面精密测绘和宇宙飞船跟踪所需要的参数。板块运动和断层位移,则是大地测量和地震监测所需要的资料。板块和断裂构造同地下矿藏、能源的分布有关。所以,天文地球动力学还具有明显的实用意义。
  二十世纪六十年代后期以来,空间、激光、射电技术的发展,有可能以厘米级的精度测定地球的自转运动和地壳运动,从而大大推进了实测和理论工作。除了人造卫星多普勒观测已经广泛用于地面定位和建立专门的极移服务以外,人造卫星激光测距月球激光测距和甚长基线射电干涉测量(见甚长基线干涉仪)等新技术,都在不断改进,并逐步进入组网联测的阶段。计划在八十年代组织地震活动区监测、大地测量网控制、板块与地球自转运动以及地磁场和重力场的高精度测定等。各种技术测量结果的相互比较和新旧技术的相互校核的工作,也在积极进行。
  天文地球动力学的研究课题有:
  ① 地球自转速度变化的规律和机制  大气环流以及其他大规模的物质运动对自转速度季节性变化和周期为十年左右的速度起伏的影响;潮汐(海潮和固体潮)摩擦、核幔耦合、地核增生、引力常数变化、地球半径胀缩等因素对自转速度长期变化的作用;根据古生物化石上呈现的生长节律推求地质年代里的地球自转速度;地球自转速度变化与地震的相关性等。
  ② 极移的规律和机制 大地震和地极自由摆动(张德勒摆动)的关系;地极自由摆动的激励机制和弛豫周期;长期极移轨线及其机制;极移频谱分析;非极变化的影响等。
  ③ 板块运动及其推动力  大陆漂移的历史和现状;板块边界的形成;板块内应力的形成;地幔对流、重力分异、地球自转速度变化、极移等对板块运动的影响等。
  ④ 固体潮和地球弹性参数的确定  固体潮的延迟值和地质构造的关系;固体潮在天文观测中的反映;由固体潮确定地球弹性参数等。
  ⑤ 地球重力场及其变化  综合人造卫星和宇宙飞船的各种观测资料与地面上重力观测资料以确定重力场的精细结构和研究地球形状等。
  ⑥ 地球内部结构对地球运动的影响  液态核对章动、极移、固体潮的影响;建立地球内部结构模型等。
  ⑦ 数据处理和数学模型 观测误差的研究;在强噪声中检测弱讯号的方法;高分辨率的频谱分析;观测数据的最佳拟合和数学模型的确定等。
  参考书目
 傅承义编著:《地球十讲》,科学出版社,北京,1976。

 

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