A Föld erőssége |
|
Valójában mi lenne a Földdel, ha folyadékká alakulna? A mindennapi tapasztalatok alapján tudva, hogy a szilárd anyag olvadáskor elveszíti alakját, számíthatunk arra, hogy ugyanez történik a Földdel is. De a valóságban ez nem fog megtörténni. Azokban a tárgyakban, amelyekkel a gyakorlati életben van dolgunk, a forma megőrzésének képessége a közeli atomok között ható erőknek köszönhető. De ilyen "Nehéz" a testek, mint a Föld, a gravitációs erő is alapvető szerepet játszik, amellyel a Föld teljes tömege vonzza részecskéit. Főleg biztosította volna a Föld jelenlegi alakjának megőrzését, még akkor is, ha bolygónk folyékony testté vált volna. Következésképpen a Föld alakváltozásainak kiszámításakor és egészének szilárdságának (és nem a kőzetek egyedi mintáinak) értékelésénél figyelembe kell venni mind a Föld anyagának rugalmas tulajdonságait, mind a gravitáció rá gyakorolt hatását. A laboratóriumok a Föld csak néhány kilométer vastag külső rétegéből vett kőzetek mechanikai tulajdonságait vizsgálják. Ez a réteg valamivel jobban befolyásolja a Föld egészének erejét, mint a felületére felvitt vékony festékréteg egy fémgolyó erejét. A Föld mélyebb rétegeiről információt elsősorban a szeizmikus hullámok terjedésének tanulmányozása nyújt számunkra. Nem ok nélkül nevezte B. B. Golitsyn akadémikus a földrengést lámpának, amely egy pillanatra felvillanva lehetővé teszi a Föld belsejének megtekintését. De ennek az összehasonlításnak a kidolgozásakor azt kell mondanunk, hogy egy ilyen lámpa fénye a Föld felszínétől 2900 km mélységben tompul. Alul van a Föld magja, amelyen keresztül csak hosszanti szeizmikus hullámok haladnak át. Tehát a Föld egészének erősségének felméréséhez figyelembe kell venni az inhomogén rugalmas héjból és magból álló gravitációs gömb deformációinak és feszültségeinek problémáját. Ismertnek tekinthető, hogy a héj sűrűsége és rugalmassági tulajdonságai hogyan változnak a mélységgel. Ami a magot illeti, hipotézisekkel kell kezdeni. Így természetes azt feltételezni, hogy a mag, lehetőleg a központi része kivételével, folyékony állapotban van, mivel keresztirányú szeizmikus hullámok nem mennek át rajta. (Ne feledje, hogy a Föld folyékony magjának hipotézisét már a szeizmológia megjelenése előtt figyelembe vették. De aztán megcáfolták, mert úgy gondolták, hogy a Föld héja csak néhány kilométer vagy tíz kilométer vastag, és egy ilyen híg folyékony maggal, amint azt W. Thomson mutatta, szétzúzza a mag dagálya.)
Az árapályerők folyamatosan hatnak a Földre, és egyenes vonalak mentén nyújtják, összekötve a Föld közepét a Hold és a Nap középpontjaival. A Föld felszíne a légtömegek terhelése alatt megereszkedik a magas légköri nyomású területeken. A Föld összes részecskéjére a Föld forgástengelyére merőlegesen irányított centrifugális erő hat.Nyilvánvaló, hogy ennek az erőnek az iránya megváltozik, ha a forgástengely helyzete a Föld testében megváltozik. És hogy ez valóban megtörténik, a múlt század végén derült ki. Kiszámítható a fenti erők nagysága és iránya. Ha ezután a Föld bármelyik modelljét vesszük, akkor elméletileg megtalálhatjuk a Föld alakváltozását is, amikor ezeket az erőket ráfektetjük, például kiszámíthatjuk, hogyan változik a Föld felszínének különböző pontjainak távolsága a közepétől. Vegyük például az árapályerőt, amely, mint mondták, a Földet egy egyenes mentén feszíti, amely O központját összeköti a zavaró test L közepével: a Hold vagy a Nap. Hatása alatt a Föld felszíne, ha az R sugarú szabályos gömb lenne, egy olyan forradalmi ellipszoid formájában alakulna ki, amelynek féltengelye a-vel L irányú. Tegyük fel, hogy sikerült kiszámítanunk, hogy az a - R különbség egyenlő-e ennél a modellnél. Ezután megtalálhatjuk a hossz változását a p vektor vektorának sugara a föld felszínének bármely pontján. Ezek a változások kicsiek. A Föld elméletileg figyelembe vett modelljei közül a p hosszúság maximális ingadozása a Hold és a Nap együttes hatására nem éri el az egy métert. Nyilvánvaló, hogy az ilyen változások nem mérhetők közvetlenül. Miért kellett feltalálnunk egy "súlytalan" óceánt? Igen, mert a valódi óceán árapálya némileg bonyolítja a jelenséget: maga a Föld gravitációs potenciáljának megváltozásához vezet. A Föld rugalmas alakváltozásai hasonló hatást eredményeznek. A Föld gravitációs potenciáljának és a külső potenciál változásának arányát, ezt a változást okozza, a k szimbólum jelöli. A h és k paramétereket Love számoknak nevezzük, az angol geofizikus után, aki ezeket a paramétereket először a Föld mechanikai tulajdonságainak jellemzésére vezette be. Ezeket a paramétereket számítják elméletileg a Föld különböző modelljeire; különféle jelenségek megfigyelésének elemzéséből próbálják meghatározni őket. Mik ezek a jelenségek? Soroljuk fel a legfontosabbakat:
Ez a helyzet a teljesen szilárd Földdel. De ha figyelembe vesszük, hogy különféle erők hatására a Föld deformálódik, a kép bonyolultabb lesz. Az árapályerők úgy deformálják a Földet, hogy összenyomódása folyamatosan némileg változik. Ez azt jelenti, hogy modellünkben a gyűrű tömege megváltozik, és ez viszont a Föld forgásának szögsebességének gyenge periodikus ingadozásában nyilvánul meg. Amikor a kompressziója csökken, a sebesség növekszik, és a Föld egyenletesen kezd utolérni Ez a kérdés egyik oldala. De a Föld alakváltozásai más módon befolyásolják annak forgását. Hogy pontosan megmagyarázzuk, végezzük el a következő mentális kísérletet. Képzeljük el, hogy a Föld forgása leállt, és a centrifugális erő már nem hat rá. Sőt, ha a Föld egy teljesen szilárd test lenne, akkor az alakja ugyanaz maradna. Ha a Föld folyékony test lenne, akkor egy szabályos gömb alakját öltené. A tömegek egyenlítői feleslege, és ezzel együtt a modellünkben szereplő gyűrű is teljesen eltűnik. De az igazi Földön, amikor a forgása leáll, a belső rugalmas erők játszanak szerepet. Szembeszállnak a gravitációs erőkkel, és ennek köszönhetően a Föld továbbra is tömörített szferoid marad, bár a kompressziója csökken. Ez azt jelenti, hogy modellünk gyűrűjének tömege is csökken. Mennyi? Ez a fő kérdés, amelynek megoldásától függ a Föld keménységének értékelése. Megállapítottuk, hogy a szabad táplálkozás időszaka rövidebb, annál nagyobb a tömegek egyenlítői feleslege, vagyis a gyűrű tömege. Egy abszolút szilárd Föld esetében ez az időszak 305 napnak felelne meg. A valóságban, amint azt a Föld pólusainak az elmúlt 70 év mozgására vonatkozó adatok elemzése mutatja, ez megközelíti a 430 napot. Ezt azzal magyarázták, hogy a szabad táplálkozás időszaka nem a tömegek teljes egyenlítői feleslegétől függ, hanem csak annak a részétől, amely nem tűnik el, ha a centrifugális erő hatása megszűnik. Ezért könnyen kiszámítható, hogy a forgás megszűnése 30% -kal csökkenti modellünk gyűrűjének tömegét. (Pontosabban, ez a gyűrű két részre oszlik, és az egyik, amely a teljes tömeg körülbelül egyharmadát tartalmazza, mindig a pillanatnyi forgástengelyre merőleges síkban helyezkedik el, és nem befolyásolja ennek a tengelynek a mozgását a A Föld teste.) A fenti szám megmutatja, hogy milyen körülmények között lenne egyensúly a gravitációs erők között, amelyek arra törekednek, hogy a Földet gömbbé változtassák, és a rugalmas erők között, amelyek arra törekednek, hogy alakját változatlanul megtartsák. E munkák során finomították a Föld folyékony maggal történő forgásának elméletének néhány következtetését. Így kiderült, hogy a folyékony mag hatásának a föld tengelyének az űrben történő egyes rezgéseinek amplitúdóinak változásához kell vezetnie (kényszerű táplálás). Ez abban is megnyilvánul, hogy még egy, a napokhoz közeli periódusú gyenge körmozgás hozzáadódik a Föld pólusainak mozgásának már ismert összetevőihez. E hatások megtalálása olyan kihívás, amely a modern csillagászat képességeinek határán fekszik. De megérte kipróbálni. Ilyen kísérletet tettek ukrán csillagászok. Sikeresnek bizonyult. Különösen N. A. Popovnak sikerült két politávai zenitcsillag hosszú távú megfigyelésével kimutatnia a szélességi körben tapasztalható gyenge ingadozásokat M.S. Modensky elmélete szerint. Így újabb érvek születtek a Föld folyékony magjának hipotézise mellett. Most azt mondhatjuk, hogy a Föld egésze erősebbnek tűnik, mint egy üreges acélgömb, amelynek héja körülbelül 3000 km. Az alábbiak azonban kifogásolhatók egy ilyen értékelés ellen. Minden következtetésünket a nagyon gyenge deformációk tanulmányozásából vontuk le. Használhatjuk-e őket, ha ki kell számolnunk azoknak az erőknek a hatását, amelyek sokkal jelentősebb deformációkat okoznak, sőt fenyegetik bolygónk integritását? Látszólag ez jelentős kiigazítások nélkül lehetetlen.De vajon fenyeget-e olyan hatalmas erők megjelenése, hogy szükségessé válnak ilyen számítások? Mondjuk azért nem fog ez bekövetkezni, mert bolygónk forgási rendszere jelentősen megbomlik? Ennek természetes okait nehéz megtalálni. Az idő múlásával azonban az emberek nem lesznek képesek saját belátásuk szerint megváltoztatni a Föld forgását? Nem először teszik fel ezt a kérdést.
Az ügy azonban semmivel sem ért véget. Kiderült, hogy számításaik során az Arctic Company mérnökei durva hibát követtek el: nem vették figyelembe azt a tényt, hogy a Föld nem labda, hanem további tömege van az egyenlítői övben. Ezt a tömeget figyelembe véve az egyik francia mérnök új számításokat végzett és megmutatta, hogy a vetített lövés hatására a Föld pólusai csak 3 mikronnyival mozognak a felszínén. Kíváncsi, hogy ez a történet, ahogy a könyvben elmeséltük "A Föld forgása" Munk és MacDonald amerikai geofizikusoknak modern folytatása van. Ban ben. Az 1956-os elnökválasztás során Estes Kefauver szenátor, az alelnöki posztra jelölt elmondta, hogy a hidrogénbombák tesztjeinek eredményeként a Föld tengelye 10 ° -kal eltérhet. A pontos számítások azonban mást mutatnak. A közepes teljesítményű hidrogénbomba robbanásakor felszabaduló energia elegendő ahhoz, hogy az egymillió tonnás lövedék másodpercenként 11 kilométeres sebességet nyújtson. De egy ágyú visszavágása, amely ilyen lövést adott volna le, csak egy mikronnyival elmozdította volna a Föld pólusát. - És 70 évvel Jules Verne után,- vegye figyelembe a szerzőket, a washingtoni kormány tagjai továbbra sem hajlandók elismerni a tömegek egyenlítői túlsúlyának létezését és jelentőségét "... Következésképpen még az emberek által birtokolt szuperhatékony eszközök sem elegendőek ahhoz, hogy bármilyen érzékelhető hatást gyakoroljanak a Föld forgására. Bolygónk tehát szilárd és tartós ahhoz, hogy ellenálljon az időszakosan vagy rövid ideig ható erőknek: csak finoman deformálják. De a hatás más lehet, ha az erők évmilliókon keresztül ugyanabban az irányban hatnak. Valószínűleg az ilyen erőkkel kapcsolatban a Föld nem ideálisan rugalmas testként viselkedik, hanem mint plasztikus test, amely ugyan lassan, de jelentősen megváltoztatja alakját. Itt eljutunk a Föld evolúciójának kérdéséhez és a belső folyamatok ebben játszott szerepéhez. Stresszeket okoznak a föld testében, néha meghaladják annak végső erejét. Lehetséges, hogy ugyanakkor a Föld árapály-alakváltozásai, sőt a forgásának állandóságában jelentkező kis zavarok is néha "kiváltó" szerepet játszanak, vagyis azt az utolsó sokkot, amely repedéseket és elmozdulásokat okoz a Föld kérgében és köpenyében. . Ez utóbbi jelenségek viszont befolyásolhatják a Föld forgását, és a geofizikusok és csillagászok most aktívan keresik ennek a hatásnak a megnyilvánulásait. E. Fedorov |
- Ó, ha ez is túl olvad, feloldódik, harmat lesz! A híres angol geofizikus, Harold Jeffries Hamletnek ezeket a szavait epigráfként vette könyvének egyik fejezetébe "Föld".
A mag tulajdonságaira vonatkozó hipotézisek teszteléséhez természetes, hogy a tapasztalatok felé fordulunk. De milyen tapasztalatokról beszélhetünk, amikor a Föld méretű testtel van dolgunk? Valamely termék szilárdságának teszteléséhez a termék mintáját egy speciális gépbe helyezzük, abban nyújtjuk, csavarjuk vagy összenyomjuk. Ebben az esetben mind az alkalmazott erőket, mind a minta deformációját egyszerre rögzítjük. De nincs lehetőségünk belátásunk szerint olyan erőket kifejteni a Földre, amelyek akár alakjának akár enyhe megváltoztatásához is képesek lennének. Meg kell elégednünk azzal, amit maga a természet ad.
Ha a Föld forgástengelye merőleges a gyűrű síkjára, vagyis egybeesik a modell szimmetriatengelyével, akkor a centrifugális erő nem befolyásolja a modell forgását - csak a gyűrűt nyújtja. De amint a forgástengely eltér a szimmetria tengelyétől, a centrifugális erő hatása úgy kezd megnyilvánulni, mint egy erőpár hatása, amely mintha az említett tengelyek összehangolására törekedne. A hatás azonban kissé váratlan: a forgástengely nem esik egybe a szimmetriatengellyel, hanem mozogni kezd körülötte, leírva egy kúpos felületet a Föld testében. Ezt a mozgást szabad táplálásnak nevezzük, és időtartama rövidebb, annál nagyobb a gyűrű tömege.
Története Jules Verne regényével kezdődik "Alulról felfelé"... Beszámol az Arctic Industrial Company projektjéről, amely szerint a föld tengelyét 23 ° -os szögben elforgatják, ehhez felhasználva azt a lökést, amelyet az ágyú a földnek adhat a visszarúgás miatt, amikor kilövik. Az előbb említett cég mérnökeinek számításai szerint ehhez 180 ezer tonna súlyú ágyút kell lőni az ágyúból. Ez a projekt először érdeklődést váltott ki, majd riasztást és végül pánikot, mivel megvalósítása számos katasztrofális következménnyel járna.
| Mi az a ketrec? | Az információk fiziológiai kétdimenzióssága: mechanizmusok és következmények |
|---|
Új receptek
