Kracht van de aarde |
|
Wat zou er inderdaad van de aarde worden als deze in een vloeistof veranderde? Wetende uit de dagelijkse ervaring dat vaste stoffen hun vorm verliezen wanneer ze smelten, zouden we kunnen verwachten dat hetzelfde met de aarde zal gebeuren. Maar in werkelijkheid zal dit niet gebeuren. In die objecten waarmee we in het praktische leven te maken hebben, is het vermogen om vorm te behouden te danken aan de krachten die werken tussen nabije atomen. Maar zo "Overgewicht" lichaam, zoals de aarde, begint ook de zwaartekracht een essentiële rol te spelen, waarmee de hele massa van de aarde elk van zijn deeltjes aantrekt. Het zou in wezen hebben gezorgd voor het behoud van de huidige vorm van de aarde, zelfs als onze planeet een vloeibaar lichaam was geworden. Bijgevolg is het bij het berekenen van de vervormingen van de aarde en het beoordelen van de sterkte als geheel (en niet individuele monsters van gesteenten) nodig om rekening te houden met zowel de elastische eigenschappen van de aardse substantie als het effect van de zwaartekracht erop. De laboratoria bestuderen de mechanische eigenschappen van gesteenten uit de buitenste laag van de aarde die slechts een paar kilometer dik is. Deze laag beïnvloedt de sterkte van de aarde als geheel iets meer dan een dunne laag verf die op het oppervlak wordt aangebracht, de sterkte van een metalen bal beïnvloedt. Informatie over de diepere lagen van de aarde wordt ons voornamelijk verschaft door de studie van de voortplanting van seismische golven. Het is niet voor niets dat academicus B. B. Golitsyn de aardbeving een lantaarn noemde, die ons, even knipperend, het binnenste van de aarde laat zien. Maar bij het ontwikkelen van deze vergelijking moeten we zeggen dat het licht van zo'n lantaarn dimt op een diepte van 2900 km vanaf het aardoppervlak. Hieronder bevindt zich de kern van de aarde, waar alleen longitudinale seismische golven doorheen gaan. Dus om de sterkte van de aarde als geheel te schatten, moet men rekening houden met het probleem van vervormingen en spanningen van een graviterende bal, bestaande uit een inhomogene elastische schaal en een kern. Hoe de dichtheid en elastische eigenschappen van de schaal veranderen met de diepte, kan als bekend worden beschouwd. Met betrekking tot de kern moet men beginnen met hypothesen. Het is dus logisch om aan te nemen dat de kern, mogelijk met uitzondering van het centrale deel, in een vloeibare toestand verkeert, aangezien transversale seismische golven er niet doorheen gaan. (Merk op dat de hypothese van de vloeibare kern van de aarde al voor de opkomst van seismologie werd overwogen. Maar toen werd het weerlegd, omdat men geloofde dat de aardschil slechts enkele kilometers of tientallen kilometers dik was, en zo'n schaal met een de vloeibare kern, zoals W.Thomson aantoonde, zou worden verbrijzeld door het getij in de kern.)
Getijdekrachten werken constant op de aarde en strekken deze uit langs rechte lijnen die het centrum van de aarde verbinden met de centra van de maan en de zon. Het oppervlak van de aarde buigt onder de belasting van luchtmassa's in gebieden met hoge atmosferische druk. Alle deeltjes van de aarde worden beïnvloed door een middelpuntvliedende kracht die loodrecht op de rotatieas van de aarde is gericht.Het is duidelijk dat de richting van deze kracht zal veranderen als de positie van de rotatieas in het lichaam van de aarde verandert. En dat dit echt gebeurt, is aan het eind van de vorige eeuw vastgesteld. De grootte en richting van de bovenstaande krachten kunnen worden berekend. Als we dan een model van de aarde nemen, dan kunnen we theoretisch ook de vervorming van de aarde vinden wanneer deze krachten erop worden uitgeoefend, bijvoorbeeld berekenen hoe de afstanden van verschillende punten op het aardoppervlak vanaf het centrum zullen veranderen. Neem bijvoorbeeld de getijdenkracht, die, zoals gezegd, de aarde langs een rechte lijn strekt die het middelpunt O verbindt met het middelpunt L van het storende licht: de maan of de zon. Onder zijn invloed zou het aardoppervlak, als het een regelmatige bol met straal R zou zijn, de vorm aannemen van een omwentelingsellipsoïde met de semi-hoofdas a gericht naar L. Laten we aannemen dat we erin geslaagd zijn te berekenen wat het verschil a is. - R is gelijk aan voor dit model Dan kunnen we de verandering in lengtestraal van de vector p van elk punt op het aardoppervlak vinden. Deze veranderingen zijn klein. Voor geen van de theoretisch overwogen modellen van de aarde bereiken de maximale schommelingen in lengte p onder de gecombineerde invloed van de maan en de zon geen meter. Het is duidelijk dat dergelijke veranderingen niet direct kunnen worden gemeten. Waarom hebben we een ‘gewichtloze’ oceaan moeten uitvinden? Ja, omdat het getij in de echte oceaan het fenomeen enigszins compliceert: het leidt tot veranderingen in het zwaartekrachtpotentieel van de aarde zelf. De elastische vervormingen van de aarde geven een soortgelijk effect. De verhouding van de verandering in het zwaartekrachtpotentieel van de aarde tot het externe potentieel, deze verandering die deze veroorzaakt, wordt aangeduid met het symbool k. De parameters h en k worden liefdesgetallen genoemd, naar de Engelse geofysicus die deze parameters voor het eerst introduceerde om de mechanische eigenschappen van de aarde als geheel te karakteriseren. Het zijn deze parameters die theoretisch worden berekend voor verschillende modellen van de aarde; ze proberen ze te bepalen op basis van de analyse van waarnemingen van verschillende verschijnselen. Wat zijn deze verschijnselen? Laten we de belangrijkste opsommen:
Dit is het geval met absoluut solide aarde. Maar als we er rekening mee houden dat de aarde onder invloed van verschillende krachten vervormd is, wordt het plaatje ingewikkelder. De getijdekrachten vervormen de aarde zodat de compressie steeds enigszins verandert. Dit betekent dat in ons model de massa van de ring zal veranderen, en dit zal zich op zijn beurt manifesteren in zwakke periodieke fluctuaties in de hoeksnelheid van de rotatie van de aarde. Wanneer de compressie afneemt, neemt de snelheid toe en begint de aarde gelijkmatig in te halen Dit is een kant van het probleem. Maar de vervormingen van de aarde beïnvloeden de rotatie op een andere manier. Om precies uit te leggen hoe, laten we het volgende mentale experiment doen. Laten we ons voorstellen dat de rotatie van de aarde is gestopt en dat de middelpuntvliedende kracht er niet langer op inwerkt. Bovendien, als de aarde een absoluut solide lichaam was, zou de vorm hetzelfde blijven. Als de aarde een vloeibaar lichaam was, zou het de vorm aannemen van een gewone bal. De equatoriale overmaat aan massa's, en daarmee de ring in ons model, zou dan helemaal verdwijnen. Maar op de echte aarde, wanneer de rotatie stopt, spelen interne elastische krachten een rol. Ze zullen de zwaartekracht tegenwerken, en dankzij dit zal de aarde nog steeds een gecomprimeerde sferoïde blijven, hoewel de compressie ervan zal afnemen. Dit betekent dat de massa van de ring van ons model ook zal afnemen. Hoeveel? Dit is de belangrijkste vraag, van de oplossing waarvan de beoordeling van de hardheid van de aarde afhangt. We merkten op dat de periode van vrije nutatie korter is, hoe groter de equatoriale overmaat aan massa's, dat wil zeggen de massa van de ring. Voor een absoluut solide aarde zou deze periode gelijk zijn aan 305 dagen. In werkelijkheid, zoals blijkt uit de analyse van gegevens over de beweging van de aardpolen in de afgelopen 70 jaar, duurt het bijna 430 dagen. Dit werd verklaard door het feit dat de periode van vrije nutatie niet afhangt van de volledige equatoriale overmaat aan massa's, maar alleen van dat deel ervan dat niet zou verdwijnen als de werking van de middelpuntvliedende kracht zou stoppen. Daarom is het gemakkelijk te berekenen dat het stoppen van de rotatie de massa van de ring van ons model met 30% vermindert. (Meer precies, deze ring is in tweeën gedeeld, en een ervan, die ongeveer een derde van de totale massa bevat, is altijd geïnstalleerd in een vlak loodrecht op de momentane rotatie-as en heeft geen invloed op de beweging van deze as in de Het lichaam van de aarde.) Het bovenstaande getal laat zien onder welke omstandigheden er een evenwicht zou zijn tussen zwaartekrachten die ernaar streven de aarde in een bal te veranderen en elastische krachten die ernaar streven zijn vorm onveranderd te houden. In de loop van deze werken werden enkele conclusies van de theorie van rotatie van de aarde met een vloeibare kern verfijnd. Het bleek dus dat de invloed van de vloeistofkern zou moeten leiden tot veranderingen in de amplitudes van sommige oscillaties van de aardas in de ruimte (geforceerde nutatie). Het manifesteert zich ook in het feit dat er nog een zwakke cirkelvormige beweging met een periode van bijna dagen wordt toegevoegd aan de reeds bekende componenten van de beweging van de aardpolen. Het vinden van deze effecten is een uitdaging die aan de grenzen van de mogelijkheden van de moderne astronomie ligt. Maar het was het proberen waard. Zo'n poging werd gedaan door Oekraïense astronomen. Het bleek succesvol te zijn. In het bijzonder slaagde N.A. Popov erin om bij langetermijnwaarnemingen van twee zenitsterren in Poltava zwakke schommelingen in de breedtegraad te detecteren met een periode die werd voorspeld door de theorie van M.S. Modensky. Zo werden nieuwe argumenten verkregen ten gunste van de hypothese van de vloeibare kern van de aarde. Nu kunnen we zeggen dat de aarde als geheel sterker lijkt te zijn dan een holle stalen kogel met een schaal van ongeveer 3000 km dik. Tegen een dergelijke beoordeling kan echter het volgende bezwaar worden gemaakt. Al onze conclusies werden getrokken uit de studie van zeer zwakke vervormingen. Kunnen we ze gebruiken als we de acties van krachten moeten berekenen die veel grotere vervormingen veroorzaken en zelfs de integriteit van onze planeet bedreigen? Blijkbaar is het onmogelijk zonder ingrijpende aanpassingen.Maar dreigt de opkomst van zulke sterke krachten dat dergelijke berekeningen nodig zullen worden? Zal dit bijvoorbeeld niet gebeuren omdat het rotatieregime van onze planeet aanzienlijk zal worden verstoord? Natuurlijke redenen hiervoor zijn moeilijk te vinden. Zullen mensen na verloop van tijd echter niet in staat zijn om de rotatie van de aarde naar eigen goeddunken te veranderen? Dit is niet de eerste keer dat deze vraag wordt gesteld.
De zaak eindigde echter op niets. Het bleek dat de ingenieurs van de Arctic Company in hun berekeningen een grove fout maakten: ze hielden geen rekening met het feit dat de aarde geen bal is, maar een extra massa heeft in de equatoriale gordel. Rekening houdend met deze massa, maakte een Franse ingenieur nieuwe berekeningen en toonde hij aan dat de polen van de aarde onder invloed van het geprojecteerde schot slechts 3 micron over het oppervlak zouden bewegen. Benieuwd dat dit verhaal, zoals verteld in het boek "Rotatie van de aarde" Amerikaanse geofysici Munk en Macdonald, hebben een modern vervolg. In. Tijdens de presidentsverkiezingen van 1956 zei senator Estes Kefauver, de kandidaat voor de functie van vice-president, dat de aardas als resultaat van tests met waterstofbommen 10 ° zou kunnen afwijken. Nauwkeurige berekeningen laten echter anders zien. De energie die vrijkomt bij de ontploffing van een waterstofbom met gemiddeld vermogen zou voldoende zijn om een projectiel van een miljoen ton een snelheid van 11 kilometer per seconde te geven. Maar de terugslag van een kanon dat zo'n schot zou hebben afgevuurd, zou de pool van de aarde met slechts één micron hebben verplaatst. "En 70 jaar na Jules Verne,- let op de auteurs, - leden van de regering van Washington weigeren nog steeds het bestaan en de betekenis van de equatoriale overmaat van de massa te erkennen "... Bijgevolg zijn zelfs de superkrachtige middelen die mensen nu bezitten onvoldoende om enig merkbaar effect te hebben op de rotatie van de aarde. Onze planeet is dus solide en duurzaam genoeg om krachten te weerstaan die periodiek of voor korte tijd werken: ze vervormen haar slechts op subtiele wijze. Maar het effect kan anders zijn als de krachten miljoenen jaren in dezelfde richting werken. Waarschijnlijk gedraagt de aarde zich met betrekking tot dergelijke krachten niet als een ideaal elastisch lichaam, maar als een plastic lichaam dat van vorm verandert, zij het langzaam maar aanzienlijk. Hier komen we bij de vraagstukken van de evolutie van de aarde en de rol die interne processen hierin spelen. Ze veroorzaken spanningen in het lichaam van de aarde en overtreffen soms zijn ultieme kracht. Het is mogelijk dat tegelijkertijd getijdenvervormingen van de aarde en zelfs zwakke verstoringen in de constantheid van haar rotatie soms de rol van een 'trigger' spelen, dat wil zeggen, die laatste schok die breuken en verschuivingen in de aardkorst en -mantel veroorzaakt. . De laatste verschijnselen kunnen op hun beurt de rotatie van de aarde beïnvloeden, en geofysici en astronomen zijn nu intensief bezig met het zoeken naar manifestaties van deze invloed. E. Fedorov |
"O, als ook dit te zware lichaam smolt, oploste, dauw werd!" De beroemde Engelse geofysicus Harold Jeffries nam deze woorden van Hamlet als een epigraaf bij een van de hoofdstukken van zijn boek "Aarde".
Om hypothesen over de eigenschappen van de kern te testen, is het normaal om naar ervaring te gaan. Maar over wat voor ervaring kunnen we praten als we te maken hebben met een lichaam zo groot als de aarde? Om de sterkte van een product te testen, wordt inderdaad een monster van dit product in een speciale machine geplaatst, erin uitgerekt, gedraaid of samengedrukt. In dit geval worden zowel de uitgeoefende krachten als de vervorming van het monster gelijktijdig geregistreerd. Maar we hebben niet de mogelijkheid, naar eigen goeddunken, krachten op de aarde uit te oefenen die voldoende zijn om haar vorm zelfs maar een klein beetje te veranderen. We moeten tevreden zijn met wat de natuur zelf geeft.
Als de rotatieas van de aarde loodrecht op het vlak van de ring staat, dat wil zeggen dat deze samenvalt met de symmetrieas van het model, heeft de middelpuntvliedende kracht geen invloed op de rotatie van het model - het zal alleen de ring uitrekken. Maar zodra de rotatieas afwijkt van de symmetrie-as, begint de werking van de middelpuntvliedende kracht zich te manifesteren als de werking van een paar krachten, die als het ware trachten de genoemde assen met elkaar te verzoenen. Het effect blijkt echter enigszins onverwacht te zijn: de rotatieas is niet uitgelijnd met de symmetrieas, maar begint eromheen te bewegen en beschrijft een kegelvormig oppervlak in het lichaam van de aarde. Deze beweging wordt gratis nutatie genoemd en de periode is korter naarmate de massa van de ring groter is.
Zijn verhaal begint met een roman van Jules Verne "Ondersteboven"... Het vertelt over het project van de Arctic Industrial Company om de aardas onder een hoek van 23 ° te draaien, daarbij gebruikmakend van de duw die het kanon de aarde kan geven door de terugslag bij het afvuren. Volgens de berekeningen van de ingenieurs van het bovengenoemde bedrijf moet je hiervoor een granaat met een gewicht van 180 duizend ton uit het kanon afvuren. Dit project wekte eerst belangstelling, vervolgens alarm en ten slotte paniek, aangezien de uitvoering ervan tot vele catastrofale gevolgen zou leiden.
| Wat is een kooi? | Fysiologische tweedimensionaliteit van informatie: mechanismen en gevolgen |
|---|
Nieuwe recepten
