КАТЕГОРИЯ:


Астрономия- (809) Биология- (7483) Биотехнологии- (1457) Военное дело- (14632) Высокие технологии- (1363) География- (913) Геология- (1438) Государство- (451) Демография- (1065) Дом- (47672) Журналистика и СМИ- (912) Изобретательство- (14524) Иностранные языки- (4268) Информатика- (17799) Искусство- (1338) История- (13644) Компьютеры- (11121) Косметика- (55) Кулинария- (373) Культура- (8427) Лингвистика- (374) Литература- (1642) Маркетинг- (23702) Математика- (16968) Машиностроение- (1700) Медицина- (12668) Менеджмент- (24684) Механика- (15423) Науковедение- (506) Образование- (11852) Охрана труда- (3308) Педагогика- (5571) Полиграфия- (1312) Политика- (7869) Право- (5454) Приборостроение- (1369) Программирование- (2801) Производство- (97182) Промышленность- (8706) Психология- (18388) Религия- (3217) Связь- (10668) Сельское хозяйство- (299) Социология- (6455) Спорт- (42831) Строительство- (4793) Торговля- (5050) Транспорт- (2929) Туризм- (1568) Физика- (3942) Философия- (17015) Финансы- (26596) Химия- (22929) Экология- (12095) Экономика- (9961) Электроника- (8441) Электротехника- (4623) Энергетика- (12629) Юриспруденция- (1492) Ядерная техника- (1748) Arhitektura- (3434) Astronomiya- (809) Biologiya- (7483) Biotehnologii- (1457) Военни бизнесмен (14632) Висока technologies- (1363) Geografiya- (913) Geologiya- (1438) на държавата (451) Demografiya- ( 1065) Къща- (47672) журналистика и смирен (912) Izobretatelstvo- (14524) външен >(4268) Informatika- (17799) Iskusstvo- (1338) историята е (13644) Компютри- (11,121) Kosmetika- (55) Kulinariya- (373) културата е (8427) Lingvistika- (374) Literatura- (1642) маркетинг-(23702) математиците на (16968) Механична инженерно (1700) медицина-(12668) Management- (24684) Mehanika- (15423) Naukovedenie- (506) образователна (11852) truda- сигурност (3308) Pedagogika- (5571) Poligrafiya- (1312) Politika- (7869) Лево- (5454) Priborostroenie- (1369) Programmirovanie- (2801) производствено (97 182 ) индустрия- (8706) Psihologiya- (18388) Religiya- (3217) Svyaz (10668) Agriculture- (299) Sotsiologiya- (6455) на (42831) спортист строително (4793) Torgovlya- (5050) транспорт ( 2929) Turizm- (1568) физик (3942) Filosofiya- (17015) Finansy- (26596) химия (22929) Ekologiya- (12095) Ekonomika- (9961) Electronics- (8441) Elektrotehnika- (4623) Мощност инженерно ( 12629) Yurisprudentsiya- (1492) ядрена technics- (1748)

Гравитационното поле на Земята. Гравитационните процеси и явления

Лекция номер 4

Основните въпроси, разгледани в лекцията:

1. Законът за всемирното привличане.

2. Gravity и неговите компоненти.

3. нормално гравитационното поле и неговите аномалии

4. гравитационните процеси и явления.

1. Законът за всемирното привличане. Под гравитационното поле на Земята се разбира гравитационното поле (по-точно, земно ускорение), която се определя като резултатната на две основни сили: силата на привличане (гравитацията) на земята и центробежната сила, причинена от дневния си въртене. Силата на тежестта на повърхността на Земята зависи от географската ширина на мястото и разпределението на плътност в рамките на Земята. В резултат на това знание на гравитационното поле на Земята ви дава възможност да намери своята форма и вътрешна структура. Гравитационното поле определя и външни балистика на Земята, което е особено важно за пространството .poletov. Данните на гравитационното поле са широко използвани в проучването тежестта на задълбочени изследвания на Земята и проучване на полезни изкопаеми (нефт, газ, различни руди), и геотехнически проучвания, астрономически и геофизични измервания за определяне на височини бройки и др

Според един от основните закони на физиката - закона за всемирното привличане на Нютон всички тела се привличат помежду си със сила, пропорционална на тяхната маса и обратно пропорционална на квадрата на разстоянието между тях. Математически този закон се изразява чрез формулата

F = Gm 1 m 2 / R 2, (4.1)

където F - силата на привличане на точкови маси един към друг, Н; G - гравитацията константа, Nm 2 / кг 2; м 1 и m 2 - взаимно .prityagivayuschiesya (гравитиращи) тегло в килограми; R - разстоянието, по права линия между техните центрове, м.

Стойността на гравитационната константа не зависи от химични или физични свойства на гравитиращи маса или големината и посоката на скоростта на движението им, нито върху свойствата и степента на запълване на средата разделяне на масите, и се определя само от избраната система на единици за дължина, маса и време. За първи път на гравитационната константа, определена от G. Кавендиш през 1798. с много чувствителен инструмент - торсионна баланс. Трябва да се отбележи, че при ниски технически капацитет от времето Кавендиш получи резултата, само 1% се различава от модерното.

Първият точен експеримент за тестване на независимостта на гравитационната константа за свойствата на веществото, извършена в двугодишен период 1906- 1909. Унгарски физик Р. Eötvös. Както G. Кавендиш, той използва торсионна баланс с единствената разлика, че привличането маси експериментирали с органи от различни материали - леки и тежки, включително дърво, мед, алуминий и други.

В момента, гравитационната константа определя с голяма точност. .В Системата SI G = (6,6726 ± 0,0005) · 10 -11 Nm 2 / кг 2. Тя е константа за Вселената е един от основните константи на физиката.



Съвременната физика се основава на постулата на постоянството на това количество. Въпреки това, някои физици, по-специално на английския физик Дирак, смятат, че тя не е постоянна. От това следва, .Many интересни последствия за космологията, общата теория на относителността, гравитационно поле и еволюцията на Земята. По този начин, бавно спада с течение на времето, и гравитационната константа на гравитационното ускорение разглежда в геофизиката като една от възможните причини за системно разширяване на Земята в резултат на разширяването на океанското дъно и раждането на литосферата в разломни зони на средата на океанските хребети. Естествено, понижението на G трябва да доведе до разширяване и гравитиращи към други наземни обекти. Така, между всеки две тела винаги съществува в природата сила взаимодействие, което води до тяхното взаимно привличане. Физическата взаимодействието на тази област се нарича гравитационно поле, или гравитационно поле (от латинската gravitus -. Тежест). Проучването на гравитационното поле на Земята и Planetary Science е гравиметрия.

В началото на тежестта се считат експериментите на Галилей (1590 прибл.) С свободно падащи тела (според легендата - с известния Наклонената кула) и откриването на Нютон закона за всемирното привличане (1687).

Голям принос за развитието на тежестта прави известния френски математик А. Clairaut. В работата ", въз основа на теорията на форма на Земята, базирани хидростатиката" opub-зарадваха през 1743, той посочи връзката между компресия и тежестта от полюс до екватора. По-нататъшно развитие на тежестта, свързана с G. Stokes, италиански произведения на английски физик Дж. - П. Пицети и Съветския геофизик - MS Molodensky.

Зависимостта на гравитационната сила на масата и само разстоянието, но не по вътрешния държавни органи определят уникален характер на тези сили и ги разграничава от всички останали сили, срещани в природата. Например, гравитационната сила действа свободно и в пространството и чрез дебелината на материята. Всички сили изключение тежестта, съгласно ускорение на тялото е по-малки, по-голямата си маса (т.нар инерционна маса). Ускорението се предава на тялото силил гравитацията, независимо от нейната маса. С други думи, под действието на земното ускорение в определена точка на Земята е идентичен за всички органи.

От закона за гравитацията на Нютон той предполага, че гравитационната сила се предава от един орган на друг мигновено. В същото време, според теорията на относителността всички взаимодействия се предават само в краен случай, в този случай - със скоростта на светлината.

Теорията на гравитационното поле се основава на общата теория на относителността, формулирана през 1916 г. А. Айнщайн. В общата теория на относителността, гравитационната сила не се счита за конвенционалните сили, те се проявяват скрит начин: тялото, което създава гравитационно поле, "изкривява" пространството около тях и променят с течение на времето, и да е друг орган свободно движещи се по инерция в "извита" пространство, което води до факта, че траекторията на движението им е извита.

механизъм гравитацията все още не е напълно ясно. Някои учени се опитват да обяснят на гравитационното взаимодействие на две тела, които те обменят специални частици - кванти на гравитационното поле, или гравитони, но нищо от това неизвестен. Основните измерваните параметри (или елементи) на гравитационното поле на Земята е гравитационното ускорение (земно ускорение) и вторите производни на гравитационното потенциал. Тези стойности се дължат главно на две причини; На първо място, планетарни характеристики на Земята (скоростта на въртене, маса, повърхностна форма, вътрешната структура), създаване на гладко различна област наречените нормални; второ, разликата в плътността на скали и руди, свързани с нехомогенно със средна плътност, които са аномални гравитационно поле.

Gravity като наука започва да се развива теория за форма на Земята, описана от Нютон в третата част на "Математически принципи на Природен философия". Самият Нютон не можеше директно тестване на неговата теория на гравитацията, защото, за да се направи така, че е необходимо да се измери много малки сили, действащи между две маси. По този начин, от (38), че двете с маса 1 кг на 1 м привличат помежду си със сила, само 6,6726 × 10 -11 N. За да се измери тази сила трябва много чувствително оборудване. Въпреки това, Нютон оказа теоретично, че под действието на гравитацията и центробежната сила на Земята има форма на елипсоид на революция, т.е.. Д. Той е повален на полюсите и опъната в екваториалната зона. Той първо изчислява полярната изправянето на земята:

α = (А-В) / б,

където е най-голямото напречно радиус, б - полярна радиуса на Земята. Въпреки това, редица, която е получила Нютон (α = 1/230), все още не е достатъчно точна. За решаване на проблема на фигурата на Земята, на Френската академия на науките организира за едно десетилетие (1735-1745 GG.), Две експедиции до различни географски ширини (в Перу и Лапландия). Използването на събраните материали е доказано, че има една екваториална издутина, т.е.. Д. Земята не се разтяга и повален по оста. Modern компресия на Земята определено с голяма точност въз основа на деформацията на изкуствени спътници орбита е равно на 1 / (298257 ± 0,02). Според сателитните измервания се оказа, че полярната радиуса на Земята при 21 380 км по-малко от екваториалния радиус.

2. Gravity и неговите компоненти. На всеки материал точка, което е на повърхността или във вътрешността на Земята, има три сили: (. Фигура 4.1) силата на Нютоновата привличане между точката и цялата маса на Земята на F, центробежната сила F, която възниква в резултат на въртенето на земята, както и силата на привличане на небесните тела F ". , Получената от тези сили се нарича на силата на гравитацията г. Както и всяка друга сила, силата на гравитацията ж е векторна величина. Това помага да се поддържа органите и обекти на Земята Повърхността.

Сила F се определя от отношението (4.1). Поради промяната на относителната позиция на Земята и небесните го числова стойност и посока органи непрекъснато се променя, което води до приливна промени ж. За да се изключи влиянието на F "в резултатите от измерванията, обикновено се прилага специална поправка.

Силата на Нютоновата атракция F се определя от разпределението на масата в тялото на Земята и нейната форма. Ако някой да поеме топката на Земята, се състои от концентрични слоеве на постоянна плътност, в сила F се насочва към центъра на Земята и се подчиняват на закона на Нютон

ГММ F = I / R 2 (4.2)

където М и М I - съответно масата на Земята и I-та точка; R - геоцентрична разстояние, (X, Y и Z - геоцентрични координати).

За недвижими Земята с нейната сложна форма и не са единни плътност на радиалната сила F стойност се различава от стойността, изчислена по формулата (4.2). Когато маса ИН се на повърхността на земята, R .ravno радиус R на Земята в даден момент.

центробежната сила F се отнася по радиуса, перпендикулярна на оста на въртене:

P = mω2d, (4.3)

където ω = 2π / 86164 - Ъгъл на скоростта на ротация на Земята, 86 164 - средният брой на секунди в звездна ден; г - разстоянието от оста на въртене да бъде привлечена към точката.

Големината на центробежната сила F зависи от географската ширина и варира от нула в полюс на максимум на екватора. В сравнение със силата на привличане F центробежна сила P е малък и на екватора е 1 / 288F. В поле, както е споменато по-горе, като цяло е равна на нула. Центробежната сила има тенденция за намаляване на силата на гравитацията.

Ако вземем много привличане точка единица, на силата на гравитацията е числено равна на страните от Г ускорение на свободно падане. Така че понякога вместо на пълен план "на земното ускорение" или "земно ускорение" се използва за съкращение израз "тежестта". Единицата на гравитационното ускорение е метра в секунда на квадрат (m / s2). В геофизика, и по-специално практиката на гравитацията с помощта на по-малки единици - галона (1 Gal = 10 -2 m / и 2), Милиган (1 mgal = 10 -5 m / и 2) и microgals (1 microGal = 10 -8 m / 2). Името на Гал беше в чест на Галилео, за първи път, за да се измери степента на ускорението на гравитацията и открива закона на свободно падане на телата. За да се реши най-практическите проблеми на силата на гравитацията, е достатъчен, за да се измери грешка 1-5 mgal, при определяне на грешките на гравитационни контрол проучване точки не повече от 0.1-0.2 microGal, изучаването на еластичните свойства на Земята, не повече 1-2mkGal право.

Фигура 4.1 - Gravity и неговите компоненти

Измерване на земното ускорение при стандарт за масово съхранение (на Севр, Франция) даде стойност на 9,80665 м / сек 2. Тази стойност е стандартизиран като константа, не подлежи на промяна, независимо от спецификацията на измерване.

Стойността на стандартизиран ускорение на свободно падане е широко използван в авиацията и космоса.; Ако тялото се ускорява, което в определен брой пъти по-големи от 9.80665 m / и 2, същото фактор увеличава телесно тегло. Ето защо, се получава това съотношение, името на претоварването.

Средната стойност на гравитационното ускорение на повърхността на Земята е 9,81m / и 2, най-големият - на полюса, 9,8322 м / сек 2 (най-малката - на екватора -. 9.7805 m / s2 промяна Ускорение от полюсите към екватора се дължи на че най-голямото напречно радиуса на Земята в повече от 21км полярна, и колкото по-голям радиус, толкова по-малко привличането. в допълнение, на екватора, максималната центробежно ускорение, което се изважда от земното ускорение.

На разстояние от повърхността на гравитационното ускорение на Земята намалява обратно пропорционална на квадрата на разстоянието от центъра на Земята

GH = г [R / (R + Н)] 2 (4.4)

където GH - ускорение при височина ч; г - ускорение на земната повърхност; R - радиус на Земята.

Ускоряването на тежестта в земята варира в по-сложни модели: от 9.82 m / и 2 на повърхността на земята до максимум 10.68 m / и 2 в основата на долната мантията на дълбочина 2900 km. В основата на ускорението на тежестта започва да намалява бързо достигане на границата между външната и вътрешната сърцевина до 4.52 m / и 2 на дълбочина от 6 000 км - 1,26 м / сек 2 .и в центъра на Земята - до нула. Такава промяна в ускоряването на тежестта в движи във вътрешността на Земята е резултат от две причини. От една страна, до центъра на Земята атракционни сила нараства обратно пропорционална на квадрата на радиуса, а от друга - маса намалява пропорционално на намаляването Както бе споменато по - намира се на тези слоеве напредват по-дълбока точка не работят.

Абсолютни измерване на ускорението на тежестта са свързани с редица технически трудности и следователно изпълняват в редки места, главно в обсерваториите. Апарат за измерване на абсолютната се усложнява, обемисти и разполага с голяма маса - много стотици килограми. Най-надеждно измерване на абсолютна земно ускорение проведе в Потсдам, Вашингтон, Teddington и Пулково.

За определяне на абсолютните стойности на земното ускорение се използва метод, махало и свободното падане на тялото. Дори в 1673 холандския физик и математик Х. Хюйгенс открива връзката между земното ускорение и периодът на колебание на махалото:

, (4.5)

Формулата означава, че ако ние се измери периодът на колебание на махалото Т и неговата дължина L, че е възможно да се изчисли г.

Сложността и големите размери на абсолютна определяне на ускорението поради метод тежестта на махалото да се крие във факта, че за да се определи това количество с висока точност (например, до 0,1 mgal) Дължина на махалото трябва да се измерва с точност до микрон, и колебания в периода - до 10 - 7. Измерва с точност на тези параметри е много трудно. В допълнение, наблюдение на махалото е необходимо да се въведе корекции за плътността на въздуха, с температура хода на хронометъра който измерва периода на трептене на махалото и други.

В основата на определяне на земното ускорение на свободното падане на телата е известна зависимост от пътя на падане на тялото от време T S:

S = GT 2/2. (4.6)

За да се определи г; този метод е необходимо да се знае пътя пресича от тялото, и времето за. Този метод е бил използван от Галилей, но едва през последните години, експериментални техники са се подобрили толкова много, че той започна да дава задоволителни резултати.

Поради сложността на оборудването, този метод се използва само в рамките на няколко обсерватории в света. Използването на лазерни интерферометри за определяне на пътя на свободно падане на тялото и атомен часовник, точността на изчисление на г по този метод може да се регулира до ± 0,01 mgal.

А по-често роднина измерване на земното ускорение, което позволява да се определи увеличение Δg по отношение на всяка цена. При извършването на тези измервания е необходимо да се знае абсолютната стойност на г поне на едно място. В момента основните инструменти за относителни измервания на земното ускорение са махало инструменти и гравиметри. В гравиметрия тежестта в сравнение с деформирана еластична сила на пружината, или еластична сила на усукана прежда, компресиран газ, и така нататък. Н. Идеи и газ пролетни гравиметри разработени Ломоносов, но в по-широк практика те отидоха само 30-40 те години. нашия век.

3. нормално гравитационното поле и неговите аномалии. Величината на гравитационното ускорение във всяка точка в пространството се определя не само от формата на Земята, но и местоположението на земята в скали .nedrah нехомогенни плътност, които създават местни аномалии в гравитационното поле. Следователно, гравитационното поле на Земята може да бъде разделена на две части: нормалната гравитационното поле и аномална област. Нормално гравитационно поле - е поле, че Земята ще има, ако тя е под формата на елипсоид на революция с правилното разпределение на масата в него. Средно поле варира силно в зависимост от географската ширина. От екватора до полюсите на неговата интензивност се увеличава почти пропорционално на квадрата на синуса на географската ширина от 5,5 · 10-2m / и 2. Аномални поле не се регулира от всеки закон, и не се променя значително (в няколко единици .predelah · 10-3 м / сек 2).

Един от основните елементи на нормална гравитационното поле е нормалната сила на тежестта g0, които могат да бъдат получени като се използва формулата Clairaut

ж 0 = ж д (1 + βsin φ- β 2 1 2 грях 2φ), (4.7)

където г силил тежестта на екватора; Р 1 и β - коефициенти в зависимост от формата на Земята и ъгловата скорост на въртене; φ - измервателна ширина точка

Уравнение (4.7) позволява изчисляването на нормалната сила на тежестта на повърхността на сфероид за всяка точка на наблюдение с определена ширина в предположение за хомогенност на вътрешната структура на Земята и липсата на нарушение на идеален (сферична) формата на земната повърхност на.

Първият Надеждното определяне на коефициентите Р 1 и Р уравнение Clairaut се получава само през 1884 г., когато Хелмертова ги изчислява чрез множество измервания на сила тежестта на махалото. Понастоящем има няколко формули за определяне на нормалната стойност поради тежестта на повърхността на елипсоид. Така че, в нашата страна като основната формула, използвана през 1967 г., когато г 0, се изразява в Талас:

ж 0 = 978,0318 (1 + 0,0053024 греха 2 φ-0,0000059 греха 2 2φ). (4.8)

Скалите са с различна плътност и образуват различни геоложки структури. В резултат на това има аномалии в ценностите, които характеризират гравитационното поле на Земята, което е. Д. Отклонението от нормалните стойности, които ще бъдат спазвани, ако земната кора се състои от еднородни или еднакви концентрични слоеве с различна плътност. Следователно, реалната стойност на тежестта г, измерена в различни части на повърхността на земята, различни от нормалната стойност, на теоретично изчислява по формулата (4.8). Разликата Δg = GG 0 нарича аномалия гравитацията аномалия или на земното ускорение (гравитацията аномалия поле). стойност Δg дълбочина, поради настъпване на тежки или леки скали и руди. Аномалиите са положителни "излишната маса"), обикновено свързани с дълбоководни окопи на океаните, и отрицателен ( "липса на маса") - в областите високопланински на континентите и областите на поява на белодробни скали и руди.

За да се съобразят с правилността на определението за Δg е необходимо, че нивото (височина), и наблюдение условия съответстват на нормалната областта. Поради това, наблюдаваните стойности на гравитацията, въведени изменения (намаляване), намаляване на тези различия и да доведат до установените и теоретични стойности на една повърхност. Има три основни изменения: Изменение на свободния въздух на междинния слой и околния терен.

Изменението позволява безплатно въздух за разликата в нивото на наблюдение и нивото на сфероидът и се изчислява, както следва (в mgal)

В Δg = 0,3086h, (4.8)

h- където разстоянието от точката за наблюдение на морското равнище, т.

(. Хавай) Така, гравитационни аномалии в свободен въздух на Мауна Кеа на височина 4214 м съставляват 4-0,669 0.669 Gal и в Марианската падина на дълбочина от 8740 м в Δg = - 0.244 Гал.

Изменение на междинния слой се въвежда, за да се елиминира влиянието на масата намира между повърхностни наблюдения и сфероид: Δg с = 0,041ρh,

където Δg с - корекция за междинния слой, mgal; ρ - плътност на дъскорезници Средната междинен слой г / см 3, Н - дебелината на междинния слой, т плътност за междинния слой се взема ρ = 2,67 г / см 3, което е средната плътност на земната кора скали ....

Изменение на околния терен, се въвежда, за да се отрази по-добре тежестта на терена заобикалящата точката за наблюдение. Определяне на изменението на специални маси в случаите, когато се установят отклонения релефни зони в региона са значително наблюдение (планински райони, преходни и разломни зони, и др.).

Обикновено стойността на повърхностни Δgs на Земята е няколко десети от гала, понякога достигайки 1 гала в планините и дълбоки депресии. Неравенството е най-често г> г 0 над морето и океана пространства, и над континентите г <г 0. Подобни връзки между наблюдаваните и теоретични стойности на земното ускорение се дължи на факта, че сравнително малка маса на водата на океаните и моретата, се компенсира с маса от скали с висока плътност (базалт, peridotite, с плътност от около 3300 кг / м 3).

Дестинации в реално (наблюдение) и нормалните сили на гравитацията, не съвпадат. Тази разлика се характеризира с отклонение (отклонение) отвес. Нейната максимална стойност е 1 ".

Gravity Резултатите от измерването са представени от гледна точка на контурни карти и напречно сечение под формата на криви гравитационни аномалии. Въз основа на сравнение на тежестта аномалия карти на геоложка карта на района и други геофизични материали могат да бъдат сключени за характеристиките на структурата на земната кора зони, недостъпни за пряко наблюдение.

4. гравитационните процеси и явления. Най-важно следствие на гравитационните сили са така наречените гравитационните процеси и поради техните гравитационни ефекти. Гравитационните ефекти варират. Това е преди всичко изостация, приливни явления в атмосферата, хидросферата и твърда земята, и най-накрая, движещи се скали и лавини под въздействието на гравитацията, и други. Всички те се различават в тяхната честота, дистрибуция, енергия, обем на движещите се маси на планина скали, сняг и вода и някои други характеристики. Но основната разлика между тях е неравно роля на тежестта в тяхното образование.

Изостация. Логично е, може да се предположи, че отклонението от гравитационното поле на нормалната стойност се дължи предимно на релефа на Земята. Тя ще изглежда, че в планините на гравитационното поле трябва да има по-висока якост поради допълнителната атракция на планините и долините в местата - по-малко високи, тъй като дефицитът на маса. Въпреки това, грешки на опит (около 1740), за да "тежат на Земята", при спазване на отвеса и сравняване на гравитационното притегляне на равнините и Андите показа, че планините са с много по-ниска маса, отколкото биха могли да ozhidat,. въз основа на обема им. По-късно е установено, че недостатък на тегло не е уникален за Андите, но също така и за всички от планините.

Обяснението за този изненадващ факт е дадено само през 1855 г., когато английският астроном Джон. Ери и геодезист D. Pratt независимо формулира теорията на изостация. Изостация (В превод от гръцки означава "имащ същата тежест".) - Се оценява равновесно състояние на земната кора се дължи на ефекта на гравитационните сили, в които някои от своите сайтове, тъй като носят по-плътна, по-еластична, но субкортикални слой. В същото време Pratt смята, че най-високите планини се състои от леката вещество и Ери - че те имат най-голяма дебелина. Но той, а другият бе договорено, че планините като цяло (и в действителност цялата горния слой на Земята), плаващи на повърхността на плътен материал.

Според принципа на изостация, че има за цел да обясни факта, че присъствието на планината почти не оказва влияние върху гравиметрични измервания, лека коричка, съставен от гранит и базалт, изостатично балансиран по тежка мантия (фиг. 16). Както може да се види от фигурата, ако светлината вещество от формите на земната кора в някакъв момент планинска система, тя пада до големи дълбочини в тежката мантия скалите.

изостация принцип се основава на наличието на твърд слой, разположен върху пластмаса: най-горния слой, за да спаси релефа на земята, трябва да има краен скованост, или планините може rasekalis, и най-долния слой, материалът може да бъде потопен в нея, трябва да е мека и еластична.

Тези два слоя от твърда пластмаса и, съответно, получили името на литосферата и астеносферата.

По този начин, кората, тъй като плува по базисните мантия скалите. От друга страна, според сеизмология премине през мантията напречната сеизмични вълни (S), и по този начин той е в твърдо състояние.

Фигура 4.2 - изостатичния равновесие между кората и мантията

Решението на този парадокс се дължи на мащаба на времето. Для периодических колебаний с периодом порядка секунд, часов и дней (соответственно объемные и поверхностные сейсмические волны, собственные колебания Земли, земные приливы) астеносфера ведет себя как упругое тело. Для движения же с периодом в десятки тысяч лет вещество астеносферы течет как жидкость. Исходя из этих соображений, вещество астеносферы должно обладать очень большой вязкостью – порядка 1020 П·с (паскаль·секунда). Для сравнения отметим, что вязкость воды при 20°С равна .0,001 П·с. Исследование гравитационного поля Земли с помощью искусственных спутников позволило с большими подробностями количественно охарактеризовать изостатическую компенсацию земной коры для всей планеты,

Приливы и отливы. Приливом и отливом называются периодические колебания уровня моря, деформации твердого тела Земли и колебания атмосферного давления, обусловленные притяжением Луны и Солнца. Приливы и отливы образуются вследствие того, что частицы гидросферы, атмосферы и твердого тела Земли, расположенные в данный момент ближе к возмущающему телу (Луне или Солнцу), .притягиваются им сильнее, чем частицы, более удаленные от него.

Первое научное объяснение явления приливов было дано в 1687 г. Ньютоном. Использовав закон всемирного тяготения и основные законы механики, он нашел математическое выражение для определения сил притяжения и центробежных сил от обращения систем Земли – Луна, Земля – Солнце и дал физическое толкование силе, возбуждающей приливные движения на Земле. Разработанная им и дополненная в 1738 г. Д. Бернулли статическая теория приливов исходила из предположения: а) океан покрывает земной шар слоем одинаковой глубины и б) во всякий момент времени уровенная поверхность находится в состоянии равновесия под действием приливообразующих сил и силы тяжести. В дальнейшем П. Лапласом в 1775 г. была разработана динамическая теория приливов, которая объясняет сложную природу приливов как волновых колебаний и позволяет количественно учитывать местные условии, оказывающие влияние на величину приливов. В 1867 г. У. Томсоном была опубликована теория гармонического анализа приливов, положенная в основу предсказания приливов на любой срок.

Так как воздействие Луны в 2,2 раза больше воздействия Солнца, рассмотрим сначала приливообразующую силу Луны. Луна и Земля взаимно тяготеют друг к другу, Не падают они друг на друга лишь потому, что обладают движением в пространстве. Под влиянием этих двух сил – взаимного притяжения и собственного движения – Земля и Луна вращаются в пространстве вокруг общего центра тяжести образуемой ими единой жесткой системы, который находится на расстоянии, обратно пропорциональном их массам. Так как масса Земли в 81,5 раза превосходит массу Луны, а среднее расстояние между их центрами равно 60,ЗR (R средний радиус Земли), то центр системы Земля – Луна находится внутри Земли на расстоянии 0,73R от ее центра. В системе Земля – Солнце он находится ближе к центру Солнца, так как масса Солнца в 333400 раза больше массы Земли.

При обращении системы Земля – Луна около общего центра тяжести возникают центробежные силы, под влиянием которых Земля и Луна стремятся удалиться друг от друга. Однако этого не случается, так как их взаимное притяжение точно уравновешивает центробежную силу, возникающую от вращения системы.

Таким образом, на каждую частицу Земли постоянно действуют две силы: центробежная сила, возникающая от вращения системы Земля – Луна вокруг общего центра тяжести и сила тяготения Луны. Центробежная сила всегда и во всех точках на поверхности Земли направлена в одну и ту же сторону и обладает одной и той же величиной. Сила тяготения во всех точках поверхности Земли различна, направление ее зависит от положения Луны, а величина меняется обратно пропорционально квадрату расстояния до нее. Равнодействующая этих двух сил и будет приливообразующей силой Луны.

Очевидно, причиной возникновения приливообразующей силы Луны является именно разность притяжения ею разноудаленных от нее частиц земного шара. Если бы Луна притягивала все частицы Земли с одинаковой силой, то все равнодействующие (рис. 17) были бы между собою равны и приливо-отливных колебаний не могло бы возникнуть.

Если R – радиус Земли, d –расстояние от рассматриваемой точки до Луны и М – ее масса, то значение приливообразующей силы ΔF в точках Z и N

ΔF =2GMR/d 3 (4.9)

остальных точках Земли, где приливообразующее светило не находится в зе ите Z или надире N, приливообразующая сила меньше по величине, чем ΔF. Наименьшее ее значение в точках А и В.

Абсолютные значения приливообразующей силы невелики – максимальное значение ее вертикальной и горизонтальной составляющих имеют порядок для лунного прилива 10 -7 g, т. е. в десять миллионов раз меньше силы жести, а для солнечного прилива – еще в 2,2 раза меньше.

Точно такая же схема может быть построена и для приливообразующей силы Солнца.. Но последняя оказывается значительно меньше лунной, так как Солнце, несмотря на большую массу, удалено от Земли в 390 раз дальше, чем Луна.

Обе системы прилива совершенно независимы друг от друга, но в природе они складываются и в действительности наблюдается лунно-солнечный прилив.

В точках Z и N приливообразующие силы, направленные вдоль радиуса Земли, уменьшают силу тяжести под влиянием притяжения Луны на 1/8 900 000 и притяжения Солнца на 1/19 300 000, а в точках А и В–увеличивают ее соответственно на 1/17 800 000 и 1/38 500 000. В промежуточных точках С, D, F и Е приливообразующие силы направлены по касательной к земной поверхности.

Периодические изменения силы тяжести на поверхности Земли, вызываемые притяжением Луны и Солнца, принято называть вариациями силы тяжести. Максимальные лунно-суточные вариации могут достигать 0,06 мГал/ч, а за сутки не превышают 0,35 мГал. Амплитуда суточного лунного приливного гравитационного действия может доходить до 0,25 мГал, когда Луна находится в зените, а Солнечного – 0,10 мГал. Изменения ускорения силы тяжести, вызываемые притяжением Луны и Солнца, зависят от внутреннего строения Земли, что позволяет изучать ее упругие свойства.

Фиг. 4.3 – Приливообразующие силы Луны: 1 – сила тяготения; 2 – центробежная; 3 – равнодействующая

Наиболее заметным для человека перемещением составных частиц геосфер в горизонтальном направлении являются морские приливы. Под воздействием приливообразущей силы воды Мирового океана на одной половине Земли сгоняются по направлению к точке Z, на другой половине – к точке N. Отсюда следует, что под влиянием притяжения Луны водная оболочка Земли принимает форму эллипсоида и в точках Z и N образуются приливные выступы (.прилив). В этот момент в точках А и В уровень воды Мирового океана понижается (отлив).

Вследствие суточного вращения Земли приливные выступы (приливные волны) перемещаются по поверхности океанов с периодом, равным 24 ч («солнечные сутки») для солнечной приливной волны, и 24 ч 50 мин («лунные сутки») для лунной. За это время бывает два прилива (полная вода) и два отлива (малая вода).

Величина прилива во многом зависит от конфигурации берегов и рельефа дна. При входе в узкие заливы энергия прилива на входном створе с большим сечением передается удаленным створом с меньшим сечением, что приводит к росту величины прилива. Теоретические расчеты показали что в этом случае величина прилива возрастает обратно пропорционально некоторой степени глубины и ширины залива. Так, если ширина залива при неизменной глубине уменьшается в 10 раз, то величина прилива возрастает почти в три раза, а при постоянной ширине залива, но при уменьшении глубины в 10 раз величина прилива возрастает почти в 2 раза.

В узких заливах приливы могут быть очень большими – до 21 м. Примерами больших приливов могут служить приливы в заливе Фанди у восточных берегов Северной Америки (более 18м), в Пенжинском заливе Охотского моря (13 м), в Мезенском заливе Белого моря (10м) и др. В открытом море высота приливной волны в среднем составляет около 0,5 м.

Приливы происходят в атмосфере, где они проявляются в периодических изменениях атмосферного давления, причем наиболее четко выражена волна с периодом 12 ч.

Под действием лунно-суточных приливов деформируется и твердая оболочка Земли. Если бы Земля была абсолютно твердой, такие приливы отсутствовали бы. Если бы Земля обладала свойствами жидкого тела, она деформировалась бы точно также, как Мировой океан.

Под влиянием земных приливов всякий сферический слой Земли (с центром в центре Земли) превращается в слой близкий к эллипсоиду. В результате происходят периодические колебания уровня земной поверхности и ускорения силы тяжести.

В земной коре приливные явления имеют значительно меньшую амплитуду, чем в гидросфере, но благодаря совместному действию приливообразующих сил в системах Земля – Луна и Земля – Солнце поверхность земной коры непрерывно пульсирует: два раза в сутки поднимается и опускается. Максимальная амплитуда ее колебания в области экватора 51 см, на широте 50–60° вертикальные смещения уменьшаются до 40 см. Волна приливного вздутия все время пробегает по Земле. Мы не ощущаем этих перемещений лишь потому, что они очень медленны, меньше 4 см в 1 ч, и относительные перемещения близрасположенных предметов совсем малы. Так, для широты Москвы относительное изменение высот на расстоянии 40 км составляет всего 3 мм. Наблюдения последних лет установили запаздывание очередных земных приливов на 20 мин. Из-за приливного трения, которое тормозит вращение Земли, систематически увеличивается продолжительность суток, а Луна испытывает систематическое удаление от Земли, и ее орбита расширяется.

Приливы в твердом теле Земли изучаются путем анализа приливных волн в гидросфере, изменений гравитационного поля Земли, наклонов земной поверхности по отношению к линии отвеса, растяжений и сжатий земной коры, неравномерностей вращения Земли и другими методами. Изучение приливов и отливов в твердом теле Земли позволяет получить сведения о ее плотности и внутреннем строении.

<== Предишна лекция | На следващата лекция ==>
| Гравитационното поле на Земята. Гравитационните процеси и явления

; Дата: 01.11.2014; ; Прегледи: 1517; Нарушаването на авторските права? ;


Ние ценим Вашето мнение! Беше ли полезна публикуван материал? Да | не



ТЪРСЕНЕ:


Вижте също:



ailback.ru - Edu Doc (2013 - 2017) на година. Тя не е автор на материали, и дава на студентите с безплатно образование и използва! Най-новото допълнение , Al IP: 11.45.9.24
Page генерирана за: 0.078 сек.