Ученые выясняют, могут ли течения в ядре Земли влиять на глобальные процессы

Ученые Московского государственного университета совместно с коллегами из Уральского федерального, Хельсинского и Оксфордского университетов исследовали реакции течения вязкой жидкости в сферическом слое – зазоре между двумя концентрическими, вложенными одна в другую, сферами – на случайные внешние воздействия. Результаты исследований приближают науку к пониманию влияния случайных изменений скорости вращения Земли на крупномасштабные движения в ее жидком ядре. Такие изменения скорости могут провоцировать тектоническую активность, которая является причиной землетрясений, извержения вулканов, цунами. Статью с описанием исследований ученые опубликовали в старейшем научном издании мира Philosophical Transactions of the Royal Society.

Известно, что при увеличении угловой скорости вращения внутренней сферы происходит переход от стационарного к колебательному режиму течения: образуется течение, в котором в каждой точке скорость периодически изменяется во времени. Такое событие называется первой бифуркацией или потерей гидродинамической устойчивости. Более 30 лет назад было показано, что в динамических системах с присутствием шума вблизи точки бифуркации наблюдаются предвестники неустойчивости: средние значения параметров, характеризующих состояние динамической системы, уменьшаются, а амплитуды их флуктуаций увеличиваются. Такие же предвестники неустойчивости авторы статьи впервые в мире открыли для случая гидродинамических течений с шумом. Численные результаты были подтверждены данными, полученными на экспериментальной установке Института механики МГУ.

Также участие в исследованиях принял профессор Оксфордского университета Питер Рид (Peter Read).

Течение, вызванное вращением одной или двух соосных сфер, принято называть сферическим течением Куэтта, по имени французского ученого, который первым начал систематически изучать течения, образующиеся за счет вращения границ. Сферическое течение Куэтта может рассматриваться наукой в том числе как упрощенная модель атмосфер, океанов, жидкого ядра Земли и других планет. Известно, что параметры вращения Земли претерпевают случайные во времени изменения. Поэтому интерес авторов статьи заключался в том, чтобы исследовать отклик такого модельного течения, как сферическое течение Куэтта, на случайные внешние воздействия.

Развитие исследований течений Куэтта связано с именем Джеффри Тейлора, который изучил устойчивость цилиндрического течения Куэтта и в 1923 г. опубликовал работу, ставшую одной из наиболее значимых в развитии теории гидродинамической устойчивости. К 100-летию этой пионерской работы Джеффри Тейлора старейший англоязычный научный журнал «Philosophical Transactions of the Royal Society A» принял решение выпустить юбилейный номер. В это юбилейное издание вошла и работа ученых Московского государственного, Уральского федерального, Хельсинского и Оксфордского университетов.

Подробнее: https://urfu.ru/ru/news/46363/