L’oscillazione chandler dei poli e la sua modulazione in ampiezza

di Nikolay S.Sidorenkov

Hydrometcentre of Russian Federation
B. Predtechensky pereulok, 11-13, Moscow 123242, Russia

 

Abstract

E’ dimostrato che il periodo dell’oscillazione di Chandler dei poli (CWP) è una combinazione di oscillazioni causate da tre processi periodici che incontra la Terra:

• (a) maree luni-solari,
• (b) la precessione dell’orbita di rivoluzione mensile terrestre intorno al baricentro del sistema Terra-Luna,
• (c) il moto del perigeo di questa orbita.

L’aggiunta dell’oscillazione siderale, anomalistica, e sinodica lunare pari a 1,20 anni, all’oscillazione di Chandler, dà luogo a lente variazioni periodiche di ampiezza della CWP con periodi da 32 a 51 anni.

Nota teorica :

http://legacy.ingv.it/roma/attivita/geomagnetismo/fisicainterno/sismicita/chandler.html

http://legacy.ingv.it/roma/attivita/geomagnetismo/fisicainterno/sismicita/oscillazione.html

"... Il Chandler wobble è un'oscillazione libera del polo di rotazione con un periodo di circa 14 mesi (434 giorni approssimativamente).L’esistenza di quest’oscillazione (wobble) va ricercata nella forma irregolare del nostro Pianeta e nel fatto che esso ruoti intorno ad un asse non allineato con l’asse d’inerzia terrestre. Questo mancato allineamento fa si che la Terra subisca un’oscillazione insieme alla rotazione. Visto dall’alto, il polo di rotazione descrive un moto approssimativamente circolare attorno ad un punto noto come "polo medio di rotazione".Tale moto quasi-circolare, noto come "oscillazione di Chandler" necessita di una sorgente di eccitazione per continuare ad esistere, altrimenti si estinguerebbe, a causa dell’imperfetta elasticità del mantello terrestre.....Sebbene le caratteristiche dell'oscillazione di Chandler siano state chiare sin dal principio, non altrettanto chiare apparivano le cause della sua eccitazione, almeno fino ad oggi. Basti pensare che la ricerca di queste cause ha animato il lavoro di gruppi di ricercatori sin dalla sua scoperta nel 1891 (Chandler, 1891) producendo un acceso dibattito scientifico.
 L'idea base mette in relazione le cause di quest'oscillazione a variazioni dell'inerzia terrestre prodotte da movimenti di grandi masse sulla superficie ed all'inteno della Terra (acquiferi, oceani, atmosfera, moti nel mantello, etc.), in queste cause sono stati inclusi anche i terremoti, che possono potenzialmente variare l'inerzia della Terra....Una risposta risolutiva a questi interrogativi, ancora non condivisa da tutti, proviene oggi dagli studi condotti da Richard Gross e pubblicati recentemente (grl, 2000). Gross (2000) afferma che gran parte del mantenimento dell'oscillazione di Chandler sia dovuto alle variazioni di pressione che si generano sui fondali oceanici, e di un piccolo contributo dovuto alla combinazione di processi oceanici ed atmosferici.Sembra così risolto il quesito sulle cause dell'oscillazione di Chandler, se così è sarebbero stati necessari a questo scopo un secolo di studi...."

1. Introduzione

E’ ben noto, che la Terra e la Luna ruotano intorno al loro centro di massa (baricentro) con un periodo siderale di 27,3 giorni. L’orbita del centro di massa della Terra (geocentro) è geometricamente simile all’orbita della Luna, ma la dimensione dell’orbita è di circa 1/81 più grande di quest’ultima. Il geocentro è (in media) a 4671 km di distanza dal baricentro. Nella rotazione della Terra intorno al baricentro, tutte le particelle costituenti tracciano le stesse orbite non concentriche e subiscono le stesse accelerazioni centrifughe come l’orbita e l’accelerazione del geocentro. La Luna attrae diverse particelle della Terra con una forza diversa. La differenza tra le forze di attrazione e quelle centrifughe agenti su una particella è chiamata forza di marea. La rotazione del sistema Terra-Luna attorno al Sole (Fig. 1) porta a maree solari. Il totale delle maree lunisolari variano con un periodo di 355 giorni (13 mesi siderali o 12 mesi sinodici). Questo periodo è conosciuto come l’anno lunare, o di marea.

Figura 1: Rivoluzione del sistema Terra-Luna attorno al Sole

I nodi lunari, nel loro moto di precessione verso ovest intorno all’eclittica, completano una rivoluzione in 18,6 anni. Mentre, il perigeo lunare si muove verso est, completando una rivoluzione in 8,85 anni. A causa di questi movimenti opposti, un nodo incontra un perigeo esattamente in 6 anni.

2. L’oscillazione quasi biennale – QBO –

Nei miei libri (Sidorenkov 2002, 2009) è stato dimostrato che la Terra, l’oceano, e l’atmosfera presentano oscillazioni consistenti, che si influenzano a vicenda, vale a dire, le oscillazioni congiunte avviate dalle maree si verificano nel sistema Terra-oceano-atmosfera. Manifestazioni visive di queste oscillazioni sono l’oscillazione dei poli della Terra, El Nino e La Nina nell’oceano, e la Southern Oscillation e l’oscillazione quasi-biennale in atmosfera. L’oscillazione dei poli è il movimento di rotazione quotidiano dell’asse terrestre all’interno del corpo della Terra. L’oscillazione quasi biennale (QBO) è un’oscillazione quasi periodica del vento zonale equatoriale, tra venti orientali e venti occidentali nella stratosfera tropicale con un periodo medio di 28 mesi.

La figura 2, mostra lo spettro del movimento delle coordinate, del polo x (in alto) e gli indici di QBO (in basso). Una caratteristica sorprendente è che lo spettro dell’indice QBO è simile con un fattore di 2 a quello di coordinate del polo x e y.  Dove la scala orizzontale nello spettro delle coordinate del polo è raddoppiata come mostrato in Fig. 2. Quindi tutti i dettagli dello spettro degli indici QBO coincidono con quelli dello spettro del movimento polare; cioè l’oscillazione nel moto polare riflette il periodo raddoppiato della QBO nell’atmosfera. Nella stratosfera equatoriale, la durata dei cicli di movimento polari della Terra è raddoppiato.

Figura 2: Spettro di potenza del polo, coordinata x (in alto) e gli indici di QBO (in basso). Per dimostrare la somiglianza delle curve, la curva del polo è stata trasformato nel modo seguente: T = 2T0 e S = 30S0 + 2600, dove T0 e S0 sono i valori effettivi dei periodi T e densità spettrale S, rispettivamente.

Questi fatti testimoniano che l’oscillazione di Chandler dei poli e la ciclicità QBO dei venti stratosferici sono suscettibili di avere un comune meccanismo di eccitazione che è dovuto ai processi geodinamici del sistema Sole-Terra-Luna. Il meccanismo di eccitazione della QBO viene associato con l’assorbimento delle onde di marea lunisolari nella stratosfera equatoriale. Il periodo QBO è uguale a una combinazione lineare delle frequenze corrispondenti ai periodi raddoppiate dell’anno corrente (0,97 anno), della regressione del nodo lunare (18,6 anni), e del moto del perigeo lunare (8,85 anni) dell’orbita mensile terrestre:

In altre parole, l’oscillazione quasi-biennale – QBO- della direzione del vento nella stratosfera equatoriale è una combinazione di oscillazioni causate da tre processi geodinamici periodici sperimentati nell’atmosfera: maree luni-solari, la precessione dell’orbita di rivoluzione mensile della Terra attorno al baricentro del sistema Terra-Luna, e il moto del perigeo di questa orbita.

3. Chandler wobble dei poli

L’oscillazione dei poli della Terra e la QBO nell’atmosfera hanno spettri simili (con il rapporto dei periodi che sono 1:2 (Sidorenkov 2002, 2009). Il periodo dell’oscillazione Chandler dei poli (CWP) si crede essere differente dal periodo Eulero di 305 giorni a causa delle proprietà elastiche della Terra. Tuttavia, è improbabile che sia fisicamente la QBO e CWP sono causate dalle caratteristiche della struttura interna della Terra. Un presupposto naturale è che la QBO e la CWP hanno una sola causa, vale a dire, le caratteristiche della rivoluzione mensile della Terra nel sistema Terra-Luna e la rivoluzione di questo sistema attorno al Sole. La forzatura del wobble con un periodo solare di 365.24 giorni è modulata dalla precessione dell’orbita mensile della Terra con un periodo di 18,61 anni e dal movimento del perigeo con un periodo di 8,85 anni. Infine, il risultato, con il forcing solare (anno) genera oscillazioni polari con un periodo di Chandler di 1,20 anni:

La modulazione di ampiezza di CWP è chiaramente esposto con un periodo di circa 40 anni. È noto che le funzioni OAM AAM e sono in grado di rappresentare circa il 90% dell’eccitazione CWP richiesta. Questa eccitazione si crede che avvenga alla frequenza fondamentale del sistema forzante climatico con un periodo di 365,24 giorni. Tuttavia, è stato dimostrato in lavori più recenti dell’autore che, oltre a costringere questa base, il sistema climatico sperimenta un’ulteriore forcing causato da variazioni della nuvolosità
con periodi lunari anni (http://geoastro.ru). Caratteristiche climatiche e componenti equatoriali del momento angolare atmosferico h2 sono stati trovati ad oscillare con un periodo di 355 giorni (Sidorenkov, 2009; Sidorenkov e Sumerova, 2012a, 2012b). La forzatura di wobble con un periodo lunare anno di 355 giorni (13 mesi tropicali) è modulata dalla precessione dell’orbita mensile della Terra con un periodo di 18,61 anni e dal movimento del perigeo con un periodo di 8,85 anni. Infine, il conseguente “anno lunare tropicale” genera una oscillazione polare con un periodo di 1,16 anni:

L’interferenza di 1,20 anni e 1,16 anni nell’oscillazione di Chandler comporta battute, cioè variazioni periodiche di ampiezza wobble polare con un periodo di 35,3 anni :

Allo stesso modo, l’anno sinodico lunare (12 mesi sinodici) deve eccitare l’oscillazione polare con un periodo di 1,1574 anni :

L’interferenze di questa eccitazione e la CWP generano battimenti con un periodo di 32,6 anni. L’eccitazione “dell’anomalistico anno lunare” (13 mesi anomalistici) è in grado di generare una oscillazione polare con un periodo di 1,172 anni :

L’nterferenza di questa oscillazione con la CWP può generare battute con un periodo di 50,9 anni :

Così, l’interferenza della CWP (periodo di 1,20 anni) con questi lunghi battimenti o oscillazioni lunari causa un rallentamento delle variazioni periodiche dell’ampiezza della CWP con periodi di 32 a 51 anni. Queste sono state osservate nella realtà.
4. Riferimenti

– Sidorenkov, NS, 2002 \ Fisica Instabilità rotazione della Terra “, Mosca:. Nauka, 384 pp (in russo)
– Sidorenkov, NS 2009, \ L’interazione tra la rotazione della Terra e dei processi geofisici “, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim.
– Sidorenkov, NS, Sumerova, KA, 2012a, \ Temperatura fluttuazione Beats come motivo per l’anomalo calda estate del 2010, nella parte europea della Russia “, russo Meteorologia e Idrologia, 37 (6), pp. 411-420.
– Sidorenkov, NS, Sumerova, KA, 2012b, \ cause geodinamici dei cambiamenti climatici decennio “, Proc.Hydrometeorological centro della Russia, Vol. 348, pp. 195-214.

 

Fonte : http://syrte.obspm.fr/jsr/journees2014/pdf/Sidorenkov.pdf