Jordens styrke |
|
Faktisk, hva ville bli av jorden hvis den ble til en væske? Å vite fra hverdagens erfaring at faste stoffer mister form når de smeltes, kan vi forvente at det samme vil skje med jorden. Men i virkeligheten vil dette ikke skje. I de gjenstandene som vi har å gjøre med i det praktiske livet, skyldes evnen til å opprettholde form kreftene som virker mellom nære atomer. Men slik "Overvektig" kroppen, i likhet med jorden, begynner gravitasjonskraften også å spille en viktig rolle, som hele jordens masse tiltrekker seg hver av partiklene. Det ville i utgangspunktet ha sikret bevaring av den nåværende formen på jorden, selv om planeten vår hadde blitt et flytende legeme. Følgelig er det nødvendig å ta hensyn til både de elastiske egenskapene til jordens materie og virkningen av tyngdekraften på den når man beregner jordens deformasjoner og vurderer dens styrke som helhet (og ikke individuelle bergprøver). Laboratoriene studerer de mekaniske egenskapene til bergarter som er tatt fra det ytre laget av jorden, bare noen få kilometer tykke. Dette laget påvirker jordens styrke som helhet litt mer enn et tynt lag maling på overflaten påvirker styrken til en metallkule. Informasjon om de dypere lagene på jorden blir gitt oss hovedsakelig ved studiet av forplantning av seismiske bølger. Ikke rart at akademikeren B. B. Golitsyn kalte jordskjelvet for en lykt, som blinker et øyeblikk og lar oss se jordens indre. Men når vi utvikler denne sammenligningen, må vi si at lyset fra en slik lykt dimmes på en dybde av 2900 km fra jordoverflaten. Nedenfor er jordens kjerne, som bare seismiske langsgående bølger passerer gjennom. Så, for å estimere jordens styrke som helhet, må man vurdere problemet med deformasjoner og spenninger fra en gravitasjonskule, bestående av et inhomogent elastisk skall og en kjerne. Hvordan tettheten og elastiske egenskapene til skallet endrer seg med dybden kan betraktes som kjent. Når det gjelder kjernen, må man starte med hypoteser. Så det er naturlig å anta at kjernen, muligens med unntak av den sentrale delen, er i flytende tilstand, siden tverrgående seismiske bølger ikke passerer gjennom den. (Legg merke til at hypotesen om Jordens flytende kjerne ble vurdert allerede før seismologien dukket opp. Men da ble den tilbakevist, fordi man antok at jordskallet bare er noen få kilometer eller titalls kilometer tykt, og et slikt skall med en flytende kjerne, som W. Thomson viste, ville bli knust av tidevannet i kjernen.)
Tidevannskrefter virker konstant på jorden og strekker den langs de rette linjene som forbinder jordens sentrum med sentrum av månen og solen. Jordens overflate bøyes under belastningen av luftmasser i områder med høyt atmosfærisk trykk. Alle jordpartikler påvirkes av en sentrifugalkraft rettet vinkelrett på jordens rotasjonsakse.Det er tydelig at retningen til denne kraften vil endres hvis posisjonen til rotasjonsaksen i jordens kropp endres. Og det at dette virkelig skjer, ble etablert på slutten av forrige århundre. Størrelsene og retningene til de ovennevnte kreftene kan beregnes. Hvis vi da tar en hvilken som helst modell av jorden, kan vi teoretisk også finne jordens deformasjon når disse kreftene påføres den, for eksempel beregne hvordan avstandene til forskjellige punkter på jordoverflaten fra sentrum vil endre seg. La oss ta for eksempel tidevannskraften som, som sagt, strekker jorden langs en rett linje som forbinder sentrum O med sentrum L for den forstyrrende kroppen: Månen eller Solen. Under dens innflytelse ville jordens overflate, hvis det var en vanlig kule med radius R, ha form av en ellipsoid av revolusjon med den semi-hovedaksen a rettet mot L. La oss anta at vi klarte å beregne hva forskjellen a - R er lik for denne modellen. Da kan vi finne endringen i lengde radiusen til vektoren p for et hvilket som helst punkt på jordoverflaten. Disse endringene er små. For ingen av de teoretisk vurderte modellene på jorden når ikke de maksimale svingningene i lengden p under kombinert innflytelse av månen og solen en meter. Det er klart at slike endringer ikke kan måles direkte. Hvorfor måtte vi finne på et "vektløst" hav? Ja, fordi tidevannet i det virkelige havet kompliserer fenomenet noe: det fører til endringer i gravitasjonspotensialet til selve jorden. Jordens elastiske deformasjoner gir en lignende effekt. Forholdet mellom endringen i jordens gravitasjonspotensial og det ytre potensialet, denne endringen forårsaker det, er betegnet med symbolet k. Parametrene h og k kalles Love numbers, etter den engelske geofysikeren som først introduserte disse parametrene for å karakterisere de mekaniske egenskapene til jorden som helhet. Det er disse parametrene som beregnes teoretisk for forskjellige modeller av jorden; de prøver å bestemme dem ut fra analysen av observasjoner av forskjellige fenomener. Hva er disse fenomenene? La oss liste de viktigste av dem:
Dette er tilfelle med helt solid jord. Men hvis vi tar i betraktning at jorden er deformert under påvirkning av forskjellige krefter, vil bildet bli mer komplisert. Tidevannskreftene deformerer jorden slik at kompresjonen endres noe hele tiden. Dette betyr at i vår modell vil ringens masse endre seg, og dette vil igjen manifestere seg i svake periodiske svingninger i vinkelhastigheten til jordens rotasjon. Når kompresjonen synker, øker farten og Jorden begynner å gå forbi jevnt Dette er en side av saken. Men Jordens deformasjoner påvirker dens rotasjon på en annen måte. For å forklare nøyaktig hvordan, la oss lage følgende mentale opplevelse. La oss forestille oss at jordens rotasjon har stoppet og sentrifugalkraften ikke lenger virker på den. Dessuten, hvis Jorden var en helt solid kropp, ville dens form forbli den samme. Hvis jorden var en flytende kropp, ville den ha form av en vanlig ball. Ekvatorialoverskuddet av masser, og med det ringen i vår modell, ville da forsvinne helt. Men på den virkelige jorden, når rotasjonen stopper, kommer interne elastiske krefter til spill. De vil motsette seg gravitasjonskrefter, og takket være dette vil jorden fortsatt være en komprimert sfæroide, selv om dens kompresjon vil avta. Dette betyr at massen av ringen til modellen vår også vil reduseres. Hvor mye? Dette er hovedspørsmålet, av hvilken løsning vurderingen av jordens hardhet avhenger av. Vi bemerket at perioden med fri mutasjon er kortere, jo større er ekvatorialoverskudd av masser, det vil si ringens masse. For en helt solid jord ville denne perioden være lik 305 dager. I virkeligheten, som analysen av data om bevegelsen til jordpolene de siste 70 årene viser, er det nær 430 dager. Dette ble forklart med det faktum at perioden med fri ernæring ikke avhenger av hele ekvatorialoverskuddet av masser, men bare av den delen av den som ikke ville forsvinne hvis sentrifugalkraftens handling opphørte. Derfor er det enkelt å beregne at rotasjonsopphør reduserer massen av ringen til vår modell med 30%. (Mer presist er denne ringen delt i to, og en av dem, som inneholder omtrent en tredjedel av den totale massen, er alltid installert i et plan vinkelrett på den øyeblikkelige rotasjonsaksen, og påvirker ikke bevegelsen til denne aksen i Jordens kropp.) Ovennevnte tall viser under hvilke forhold det vil være en balanse mellom gravitasjonskrefter som strever for å gjøre jorden til en ball, og elastiske krefter som strever for å holde formen uendret. I løpet av disse arbeidene ble noen konklusjoner av teorien om jordens rotasjon med en flytende kjerne raffinert. Så det viste seg at innflytelsen fra den flytende kjernen skulle føre til endringer i amplitudene til noen svingninger av jordaksen i rommet (tvunget mutasjon). Det manifesterer seg også i det faktum at en svakere sirkulær bevegelse med en periode på nær dager legges til de allerede kjente komponentene i bevegelsen til jordpolene. Å finne disse effektene er en utfordring som ligger på grensen til kapasiteten til moderne astronomi. Men det var verdt å prøve. Et slikt forsøk ble gjort av ukrainske astronomer. Det viste seg å være vellykket. Spesielt lyktes N.A. Popov i å oppdage svake svingninger i breddegrad i langsiktige observasjoner av to senitstjerner i Poltava med en periode som ble forutsagt av MS Modenskys teori. Dermed ble nye argumenter oppnådd til fordel for hypotesen om jordens flytende kjerne. Nå kan vi si at jorden som helhet ser ut til å være sterkere enn en hul stålkule med et skall på omtrent 3000 km tykt. Imidlertid kan følgende innvendes mot en slik vurdering. Alle våre konklusjoner ble trukket fra studien av svært svake deformasjoner. Kan vi bruke dem hvis vi må beregne handlingene til krefter som forårsaker mye mer betydningsfulle deformasjoner og til og med truer integriteten til planeten vår? Tilsynelatende er det umulig uten betydelige justeringer.Men er det en trussel om fremveksten av så sterke krefter at slike beregninger blir nødvendige? Vil dette ikke skje, si, fordi rotasjonsregimet på planeten vår vil bli betydelig forstyrret? Naturlige årsaker til dette er vanskelig å finne. Men over tid, vil ikke folk være i stand til å endre jordens rotasjon etter eget skjønn? Dette er ikke første gang dette spørsmålet blir stilt.
Saken endte imidlertid på ingenting. Det viste seg at ingeniørene i Arctic Company gjorde i sine beregninger en grov feil: de tok ikke hensyn til det faktum at jorden ikke er en ball, men har en ekstra masse i ekvatorialbeltet. Med tanke på denne massen gjorde en fransk ingeniør nye beregninger og viste at under påvirkning av det projiserte skuddet ville jordpolene bevege seg på overflaten med bare 3 mikron. Nysgjerrig på at denne historien, som fortalt i boka "Jordens rotasjon" Amerikanske geofysikere Munk og MacDonald, har en moderne fortsettelse. I. Under presidentvalget i 1956 sa senator Estes Kefauver, kandidaten til stillingen som visepresident, at som et resultat av tester av hydrogenbomber, kunne jordaksen avvike med 10 °. Nøyaktige beregninger viser imidlertid noe annet. Energien frigjort ved eksplosjonen av en middels kraftig hydrogenbombe ville være nok til å gi et prosjektil som veier en million tonn en hastighet på 11 kilometer i sekundet. Men rekylen til en kanon som ville ha avfyrt et slikt skudd, ville ha fortrengt jordpolen med bare en mikron. “Og 70 år etter Jules Verne,- merk forfatterne, - medlemmer av Washington-regjeringen nekter fortsatt å erkjenne eksistensen og betydningen av massenes ekvatoriale overskudd "... Følgelig er ikke selv de superkraftige middelene som folk nå har, tilstrekkelig til å ha noen konkret effekt på jordens rotasjon. Så, planeten vår er solid og holdbar nok til å tåle krefter som virker periodisk eller i kort tid: de deformerer den bare subtilt. Men effekten kan være annerledes hvis kreftene virker i samme retning i millioner av år. Sannsynligvis oppfører jorden seg i forhold til slike krefter ikke som en ideell elastisk kropp, men som en plastlegeme som endrer form, om enn sakte, men betydelig. Her kommer vi til spørsmålene om jordens evolusjon og hvilken rolle interne prosesser spiller i dette. De skaper spenninger i jordens kropp, noen ganger overgår den sin ultimate styrke. Det er mulig at tidevannsdeformasjoner av jorden og til og med små forstyrrelser i dens rotasjonsevne noen ganger spiller rollen som en "trigger", det vil si det siste sjokket som forårsaker brudd og skift i jordskorpen og kappen. . De sistnevnte fenomenene kan igjen påvirke jordens rotasjon, og geofysikere og astronomer leter nå aktivt etter manifestasjoner av denne innflytelsen. E. Fedorov Lignende publikasjoner |
"Å, hvis også denne, for tunge kroppen smeltet, ble oppløst, ble dugg!" Den berømte engelske geofysikeren Harold Jeffries tok disse ordene til Hamlet som en epigraf til et av kapitlene i boka hans "Jord".
For å teste hypoteser om kjernens egenskaper, er det naturlig å vende seg til erfaring. Men hva slags opplevelse kan vi snakke om når vi har å gjøre med en kropp på størrelse med jorden? For å teste styrken til et produkt, plasseres en prøve av dette produktet i en spesiell maskin, strukket i den, vridd eller klemt. I dette tilfellet registreres både de påførte kreftene og deformasjonen av prøven samtidig. Men vi har ikke, etter vårt skjønn, å bruke krefter på jorden som er tilstrekkelig til å endre formen til og med litt. Vi må nøye oss med det naturen selv gir.
Hvis jordas rotasjonsakse er vinkelrett på ringens plan, det vil si at den sammenfaller med modellens symmetriakse, sentrifugalkraft vil ikke påvirke modellens rotasjon - den vil bare strekke ringen. Men så snart rotasjonsaksen avviker fra symmetriaksen, begynner sentrifugalkraftens handling å manifestere seg som virkningen av et par krefter, som så å si forsøker å forene de nevnte aksene. Effekten viser seg imidlertid å være noe uventet: rotasjonsaksen er ikke justert med symmetriaksen, men begynner å bevege seg rundt den og beskriver en konisk overflate i jordens kropp. Denne bevegelsen kalles fri mutasjon, og perioden er kortere, jo større er massen på ringen.
Historien hans begynner med en roman av Jules Verne "Opp ned"... Den forteller om prosjektet til Arctic Industrial Company for å rotere jordaksen i en vinkel på 23 °, og bruker til dette skyvet som kanonen kan gi jorden på grunn av rekylen når den avfyres. I følge beregningene fra ingeniørene til det nevnte selskapet, for dette må du skyte et skall som veier 180 tusen tonn fra kanonen. Dette prosjektet vakte først interesse, deretter alarm og til slutt panikk, siden implementeringen av dette ville føre til mange katastrofale konsekvenser.
| Hva er et bur? | Fysiologisk todimensjonalitet av informasjon: mekanismer og konsekvenser |
|---|
Nye oppskrifter
