Žemės stiprumas |
|
Iš tiesų, kas nutiktų Žemei, jei ji virstų skysčiu? Iš kasdienės patirties žinodami, kad ištirpus kietosios medžiagos netenka formos, galime tikėtis, kad tas pats nutiks ir su Žeme. Tačiau iš tikrųjų tai neįvyks. Tiems objektams, su kuriais mes susiduriame praktiniame gyvenime, sugebėjimą išlaikyti formą lemia jėgos, veikiančios tarp artimų atomų. Bet toks „Sunkus“ kūnas, kaip ir Žemė, gravitacinė jėga taip pat pradeda vaidinti esminį vaidmenį, kuriuo visa Žemės masė pritraukia kiekvieną jos dalelę. Tai iš esmės būtų užtikrinusi dabartinės Žemės formos išsaugojimą, net jei mūsų planeta būtų tapusi skystu kūnu. Vadinasi, skaičiuojant Žemės deformacijas ir vertinant jos visumą (o ne atskirus uolienų pavyzdžius), būtina atsižvelgti ir į Žemės medžiagos elastines savybes, ir į gravitacijos poveikį jai. Laboratorijos tiria uolienų, paimtų iš išorinio, tik kelių kilometrų storio Žemės sluoksnio, mechanines savybes. Šis sluoksnis daro įtaką visos Žemės stiprumui šiek tiek labiau, nei plonas dažų sluoksnis, padengtas jos paviršiumi, - metalinio rutulio stiprumui. Informaciją apie gilesnius Žemės sluoksnius mums teikia daugiausia seisminių bangų sklidimo tyrimas. Nenuostabu, kad akademikas B. B. Golitsynas žemės drebėjimą pavadino žibintu, kuris akimirką mirksėdamas leidžia pamatyti Žemės vidų. Bet plėtodami šį palyginimą turime pasakyti, kad tokio žibinto šviesa pritemsta 2900 km gylyje nuo Žemės paviršiaus. Žemiau yra Žemės šerdis, per kurią praeina tik išilginės seisminės bangos. Taigi, norint įvertinti visos Žemės stiprumą, reikia atsižvelgti į gravitacinio rutulio, susidedančio iš nehomogeninio elastingo apvalkalo ir šerdies, deformacijų ir įtempių problemą. Galima laikyti, kaip kiauto tankis ir elastinės savybės kinta priklausomai nuo gylio. Kalbant apie šerdį, reikia pradėti nuo hipotezių. Taigi natūralu manyti, kad šerdis, galbūt išskyrus jos centrinę dalį, yra skystos būsenos, nes skersinės seisminės bangos per ją nepraeina. (Atkreipkite dėmesį, kad Žemės skysto šerdies hipotezė buvo svarstoma dar prieš atsirandant seismologijai. Bet tada ji buvo paneigta, nes buvo manoma, kad Žemės apvalkalas yra tik kelių ar dešimčių kilometrų storio, o toks apvalkalas skystą šerdį, kaip parodė W. Thomsonas, sugadins potvynio šerdis.)
Potvynio jėgos nuolat veikia Žemę, ištempdamos ją tiesiomis linijomis, jungiančiomis Žemės centrą su Mėnulio ir Saulės centrais. Žemės paviršius lenkia esant oro masių apkrovai vietovėse, kuriose yra aukštas atmosferos slėgis. Visos Žemės dalelės veikia išcentrine jėga, nukreipta statmenai Žemės sukimosi ašiai.Akivaizdu, kad šios jėgos kryptis pasikeis, jei pasikeis sukimosi ašies padėtis Žemės kūne. Tai, kad tai tikrai vyksta, buvo nustatyta praėjusio amžiaus pabaigoje. Galima apskaičiuoti aukščiau išvardytų jėgų dydžius ir kryptis. Jei tada paimsime bet kurį Žemės modelį, teoriškai taip pat galime rasti Žemės deformaciją, kai šios jėgos yra jai taikomos, pavyzdžiui, apskaičiuoti, kaip pasikeis įvairių žemės paviršiaus taškų atstumai nuo jos centro. Paimkime, pavyzdžiui, potvynio jėgą, kuri, kaip buvo sakyta, ištempia Žemę tiesia linija, jungiančia jos centrą O su nerimą keliančio šviesulio centru L: Mėnuliu ar Saule. Pagal jo įtaką Žemės paviršius, jei tai būtų taisyklinga R spindulio sfera, įgytų revoliucijos elipsoido formą, kurios pusiau pagrindinė ašis būtų nukreipta į L. Tarkime, kad mums pavyko apskaičiuoti, koks skirtumas yra - R yra lygus šiam modeliui. Tada galime rasti bet kurio žemės paviršiaus taško vektoriaus p spindulio ilgio pokytį. Šie pokyčiai nedideli. Nė viename iš teoriškai svarstomų Žemės modelių maksimalūs p ilgio svyravimai, veikiami kartu veikiant Mėnuliui ir Saulei, nepasiekia vieno metro. Akivaizdu, kad tokių pokyčių tiesiogiai įvertinti negalima. Kodėl mes turėjome išrasti „nesvarų“ vandenyną? Taip, nes potvynis tikrame vandenyne šiek tiek apsunkina šį reiškinį: tai lemia pačios Žemės gravitacinio potencialo pokyčius. Žemės elastinės deformacijos suteikia panašų efektą. Žemės gravitacinio potencialo pokyčio ir išorinio potencialo santykis, šis jį sukeliantis pokytis, žymimas simboliu k. Parametrai h ir k vadinami meilės skaičiais, pagal anglų geofiziką, kuris pirmiausia įvedė šiuos parametrus, kad apibūdintų visos Žemės mechanines savybes. Būtent šie parametrai teoriškai apskaičiuojami skirtingiems Žemės modeliams; jie bando juos nustatyti iš įvairių reiškinių stebėjimų analizės. Kokie tai reiškiniai? Išvardinkime svarbiausius iš jų:
Tai pasakytina apie absoliučiai tvirtą Žemę. Bet jei manysime, kad Žemė yra deformuota įvairių jėgų įtakoje, vaizdas pasirodys sudėtingesnis. Potvynio jėgos deformuoja Žemę taip, kad jos suspaudimas visą laiką šiek tiek keičiasi. Tai reiškia, kad mūsų modelyje žiedo masė pasikeis, o tai, savo ruožtu, pasireikš silpnais periodiniais Žemės sukimosi kampinio greičio svyravimais. Kai jo suspaudimas mažėja, greitis didėja ir Žemė pradeda tolygiai lenkti Tai yra viena iš klausimų pusių. Tačiau Žemės deformacijos daro įtaką jos sukimuisi kitu būdu. Norėdami tiksliai paaiškinti, kaip tai padaryti, atlikime šį psichinį eksperimentą. Įsivaizduokime, kad Žemės sukimasis sustojo ir išcentrinė jėga jo nebeveikia. Be to, jei Žemė būtų visiškai tvirtas kūnas, jos forma išliktų tokia pati. Jei Žemė būtų skystas kūnas, ji įgautų įprasto rutulio formą. Tuomet ekvatorinis masių perteklius, o kartu ir mūsų modelio žiedas, išnyks. Tačiau tikrojoje Žemėje, kai jos sukimasis sustoja, pradeda veikti vidinės elastinės jėgos. Jie priešinsis gravitacinėms jėgoms, ir dėl to Žemė vis tiek išliks suspaustu sferoidu, nors jos suspaudimas ir sumažės. Tai reiškia, kad sumažės ir mūsų modelio žiedo masė. Kiek? Tai yra pagrindinis klausimas, nuo kurio sprendimo priklauso Žemės kietumo įvertinimas. Mes pažymėjome, kad laisvo įsisavinimo laikotarpis yra trumpesnis, tuo didesnis pusiaujo masių perteklius, tai yra žiedo masė. Visiškai tvirtai Žemei šis laikotarpis būtų lygus 305 dienoms. Iš tikrųjų, kaip rodo duomenų apie Žemės ašigalių judėjimą per pastaruosius 70 metų analizė, jis artimas 430 dienų. Tai paaiškinta tuo, kad laisvos mitybos laikotarpis priklauso ne nuo viso pusiaujo masių pertekliaus, o tik nuo tos dalies, kuri neišnyktų, jei nustotų veikti išcentrinė jėga. Taigi nesunku apskaičiuoti, kad nutraukus sukimąsi, mūsų modelio žiedo masė sumažėja 30%. (Tiksliau sakant, šis žiedas yra padalintas į du, o vienas iš jų, kuriame yra apie trečdalis visos masės, visada montuojamas plokštumoje, statmenoje momentinei sukimosi ašiai, ir neturi įtakos šios ašies judėjimui. Žemės kūnas.) Aukščiau pateiktas skaičius parodo, kuriomis sąlygomis būtų pusiausvyra tarp gravitacinių jėgų, siekiančių paversti Žemę kamuoliu, ir elastinių jėgų, siekiančių išlaikyti nepakitusią jos formą. Šių darbų metu buvo patikslintos kai kurios Žemės sukimosi skystu šerdimi teorijos išvados. Taigi paaiškėjo, kad skysčio šerdies įtaka turėtų lemti kai kurių žemės ašies svyravimų amplitudės pokyčius erdvėje (priverstinė nutiacija). Tai pasireiškia ir tuo, kad prie jau žinomų Žemės polių judėjimo komponentų pridedamas dar vienas silpnas sukamasis judėjimas, kurio laikotarpis artimas dienoms. Šių efektų radimas yra iššūkis, kuris slypi šiuolaikinės astronomijos galimybių riboje. Bet pabandyti buvo verta. Tokį bandymą padarė Ukrainos astronomai. Tai pasirodė sėkminga. Visų pirma, N. A. Popovui pavyko ilgalaikiuose dviejų zenito žvaigždžių Poltavoje stebėjimuose aptikti silpnus platumos svyravimus su laikotarpiu, kurį numatė M. S. Modensky teorija. Taigi buvo gauti nauji argumentai, pritariantys Žemės skysto šerdies hipotezei. Dabar galime sakyti, kad visa Žemė atrodo stipresnė nei tuščiaviduris plieninis rutulys, kurio apvalkalas yra apie 3000 km storio. Tačiau tokiam vertinimui galima prieštarauti: Visos mūsų išvados buvo padarytos tiriant labai silpnas deformacijas. Ar galime jais pasinaudoti, jei turime apskaičiuoti jėgų, kurios sukelia žymiai reikšmingesnes deformacijas ir netgi kelia grėsmę mūsų planetos vientisumui, veiksmus? Matyt, neįmanoma be reikšmingų pakeitimų.Bet ar gresia tokių galingų jėgų atsiradimas, kad tokie skaičiavimai taps reikalingi? Ar tai neįvyks, tarkime, nes mūsų planetos rotacijos režimas bus labai sutrikdytas? Natūralias to priežastis sunku rasti. Tačiau ar laikui bėgant žmonės negalės savo nuožiūra pakeisti Žemės sukimosi? Šis klausimas užduodamas ne pirmą kartą.
Tačiau reikalas baigėsi niekuo. Paaiškėjo, kad atlikdami skaičiavimus „Arkties kompanijos“ inžinieriai padarė šiurkščią klaidą: neatsižvelgė į tai, kad Žemė nėra rutulys, bet turi papildomą masę pusiaujo dirže. Atsižvelgdamas į šią masę, vienas prancūzų inžinierius atliko naujus skaičiavimus ir parodė, kad veikiant numatytam kadrui, Žemės poliai jos paviršiumi judės tik 3 mikronais. Įdomu, kad ši istorija, kaip pasakota knygoje „Žemės sukimasis“ Amerikos geofizikai Munkas ir MacDonaldas turi šiuolaikišką tęsinį. Į. Per prezidento rinkimus 1956 metais kandidatas į viceprezidento postą senatorius Estesas Kefauveris sakė, kad dėl vandenilio bombų bandymų Žemės ašis gali būti nukreipta 10 °. Tačiau tikslūs skaičiavimai rodo ką kita. Energijos, išsiskyrusios sprogus vidutinės galios vandenilio bombai, pakaktų, kad milijoną tonų sveriantis sviedinys gautų 11 kilometrų per sekundę greitį. Tačiau patrankos, kuri būtų paleidusi tokį šūvį, atsitraukimas Žemės stulpą būtų išstūmęs tik vienu mikronu. „Ir praėjus 70 metų nuo Žiulio Verno,- atkreipkite dėmesį į autorius, Vašingtono vyriausybės nariai vis dar atsisako pripažinti ekvatorinio masės pertekliaus egzistavimą ir reikšmingumą "... Vadinasi, net ir labai galingos priemonės, kurias dabar turi žmonės, yra nepakankamos, kad galėtų pastebimai paveikti Žemės sukimąsi. Taigi, mūsų planeta yra pakankamai tvirta ir patvari, kad atlaikytų jėgas, veikiančias periodiškai ar trumpai: jos tik subtiliai ją deformuoja. Tačiau poveikis gali būti kitoks, jei jėgos milijonus metų veiks ta pačia kryptimi. Tikriausiai, kalbant apie tokias jėgas, Žemė elgiasi ne kaip idealiai elastinga, bet kaip plastikinis kūnas, kuris keičia savo formą, nors ir lėtai, bet reikšmingai. Čia mes priėjome prie Žemės evoliucijos klausimų ir vaidmens, kurį šiame procese vaidina vidiniai procesai. Jie sukuria įtempimus žemės kūne, kartais viršija jo galutinę jėgą. Gali būti, kad tuo pačiu metu Žemės potvynio deformacijos ir net nedideli jos sukimosi pastovumo sutrikimai kartais atlieka „trigerio“ vaidmenį, tai yra paskutinį šoką, kuris sukelia Žemės plutos ir mantijos plyšimus ir poslinkius. . Pastarieji reiškiniai savo ruožtu gali paveikti Žemės sukimąsi, o geofizikai ir astronomai dabar aktyviai ieško šios įtakos apraiškų. E. Fedorovas |
"O, jei ir šis, per sunkus kūnas ištirpo, ištirpo, tapo rasa!" Garsus anglų geofizikas Haroldas Jeffriesas šiuos Hamleto žodžius kaip epigrafą perėmė į vieną iš savo knygos skyrių. „Žemė“.
Norint patikrinti hipotezes apie branduolio savybes, natūralu kreiptis į patirtį. Bet apie kokią patirtį galime kalbėti, kai turime reikalų su Žemės dydžio kūnu? Iš tiesų, norint patikrinti bet kokio produkto stiprumą, šio gaminio pavyzdys dedamas į specialią mašiną, joje ištemptas, susuktas ar suspaustas. Tokiu atveju tiek taikomos jėgos, tiek mėginio deformacija registruojamos vienu metu. Bet mes savo nuožiūra neturime galimybės pritaikyti Žemei jėgų, kurių pakaktų net šiek tiek pakeisti jos formą. Turime tenkintis tuo, ką duoda pati gamta.
Jei Žemės sukimosi ašis yra statmena žiedo plokštumai, tai yra, ji sutampa su modelio simetrijos ašimi, išcentrinė jėga neturės įtakos modelio sukimui - ji tik ištemps žiedą. Bet kai tik sukimosi ašis nukrypsta nuo simetrijos ašies, išcentrinės jėgos veikimas pradeda reikštis kaip jėgų poros, kuri tarsi siekia suderinti minėtas ašis, veikimas. Tačiau efektas pasirodo šiek tiek netikėtas: sukimosi ašis nesutapusi su simetrijos ašimi, o pradeda judėti aplink ją, apibūdindama kūginį paviršių Žemės kūne. Šis judesys vadinamas laisva nutacija, o jo periodas yra trumpesnis, tuo didesnė žiedo masė.
Jo istorija prasideda Žiulio Verno romanu "Aukštyn kojomis"... Jame pasakojama apie „Arkties pramonės įmonės“ projektą žemės ašį pasukti 23 ° kampu, tam panaudojant stumdymą, kurį patranka gali suteikti žemei dėl atatrankos, kai šaudoma. Remiantis minėtos įmonės inžinierių skaičiavimais, tam reikia iš patrankos iššauti 180 tūkstančių tonų svorio sviedinį. Šis projektas pirmiausia kėlė susidomėjimą, paskui nerimą ir galiausiai paniką, nes jo įgyvendinimas sukeltų daug pražūtingų pasekmių.
| Kas yra narvas? | Fiziologinis informacijos dvimatis: mechanizmai ir pasekmės |
|---|
Nauji receptai
