Puterea Pământului |
|
Într-adevăr, ce s-ar întâmpla cu Pământul dacă s-ar transforma într-un lichid? Știind din experiența de zi cu zi că solidele își pierd forma atunci când sunt topite, ne-am putea aștepta să se întâmple același lucru cu Pământul. Dar în realitate acest lucru nu se va întâmpla. În acele obiecte cu care avem de-a face în viața practică, capacitatea de a menține forma se datorează forțelor care acționează între atomii apropiați. Dar așa "Supraponderal" corpul, ca și Pământul, forța gravitațională începe, de asemenea, să joace un rol esențial, cu care întreaga masă a Pământului atrage fiecare dintre particulele sale. Practic, ar fi asigurat conservarea formei actuale a Pământului, chiar dacă planeta noastră ar fi devenit un corp lichid. În consecință, atunci când se calculează deformările Pământului și se evaluează rezistența acestuia în ansamblu (și nu eșantioane individuale de roci), este necesar să se ia în considerare atât proprietățile elastice ale substanței Pământului, cât și efectul gravitației asupra acestuia. Laboratoarele studiază proprietățile mecanice ale rocilor luate din stratul exterior al Pământului cu o grosime de doar câțiva kilometri. Acest strat afectează rezistența Pământului în ansamblu puțin mai mult decât un strat subțire de vopsea aplicat pe suprafața sa afectează rezistența unei bile metalice. Informațiile despre straturile mai adânci ale Pământului ne sunt furnizate în principal prin studiul propagării undelor seismice. Nu fără motiv academicianul B. B. Golitsyn a numit cutremurul felinar, care, intermitent pentru o clipă, ne permite să vedem interiorul Pământului. Dar, dezvoltând această comparație, trebuie să spunem că lumina unui astfel de felinar se estompează la o adâncime de 2900 km de suprafața Pământului. Mai jos este miezul Pământului, prin care trec doar unde seismice longitudinale. Deci, pentru a estima puterea Pământului în ansamblu, trebuie să luăm în considerare problema deformațiilor și tensiunilor unei bile gravitante, constând dintr-o carcasă elastică neomogenă și un miez. Modul în care densitatea și proprietățile elastice ale cojii se schimbă cu adâncimea pot fi considerate cunoscute. În ceea ce privește nucleul, trebuie să începem cu ipoteze. Astfel, este firesc să presupunem că miezul, eventual cu excepția părții sale centrale, se află în stare lichidă, deoarece undele seismice transversale nu trec prin el. (Rețineți că ipoteza nucleului lichid al Pământului a fost luată în considerare chiar înainte de apariția seismologiei. Dar apoi a fost respinsă, deoarece se credea că învelișul Pământului are o grosime de doar câțiva kilometri sau zeci de kilometri și o astfel de înveliș cu un miezul lichid, așa cum a arătat W. Thomson, a fost spulberat de valul din miez.)
Forțele mareelor acționează constant pe Pământ, întinzându-l de-a lungul liniilor drepte care leagă centrul Pământului de centrele Lunii și ale Soarelui. Suprafața Pământului se îndoaie sub sarcina maselor de aer din zonele cu presiune atmosferică ridicată. Toate particulele Pământului sunt afectate de o forță centrifugă îndreptată perpendicular pe axa de rotație a Pământului.Este clar că direcția acestei forțe se va schimba dacă se schimbă poziția axei de rotație în corpul Pământului. Și faptul că acest lucru se întâmplă cu adevărat a fost stabilit la sfârșitul secolului trecut. Mărimile și direcțiile forțelor de mai sus pot fi calculate. Dacă luăm apoi orice model al Pământului, atunci putem găsi teoretic și deformarea Pământului atunci când aceste forțe sunt aplicate asupra acestuia, de exemplu, să calculăm modul în care se vor schimba distanțele diferitelor puncte de pe suprafața pământului de la centrul său. Luați, de exemplu, forța mareelor, care, așa cum s-a spus, întinde Pământul de-a lungul unei linii drepte care leagă centrul său O de centrul L al corpului perturbator: Luna sau Soarele. Sub influența sa, suprafața Pământului, dacă ar fi o sferă regulată cu raza R, ar lua forma unui elipsoid de revoluție cu axa semi-majoră a îndreptată către L. Să presupunem că am reușit să calculăm care este diferența a - R este egal cu pentru acest model. Atunci putem găsi schimbarea în lungime a razei vectorului p a oricărui punct de pe suprafața pământului. Aceste schimbări sunt mici. Pentru niciunul dintre modelele considerate teoretic ale Pământului, fluctuațiile maxime de lungime p sub influența combinată a Lunii și a Soarelui nu ating un metru. Este clar că astfel de modificări nu pot fi măsurate direct. De ce a trebuit să inventăm un ocean „fără greutate”? Da, pentru că valul din oceanul real complică oarecum fenomenul: duce la modificări ale potențialului gravitațional al Pământului însuși. Deformațiile elastice ale Pământului dau un efect similar. Raportul dintre schimbarea potențialului gravitațional al Pământului și potențialul extern, această modificare provocându-l, este desemnat prin simbolul k. Parametrii h și k se numesc numere de dragoste, după geofizicianul englez care a introdus mai întâi acești parametri pentru a caracteriza proprietățile mecanice ale Pământului în ansamblu. Acești parametri sunt calculați teoretic pentru diferite modele ale Pământului; încearcă să le determine din analiza observațiilor diferitelor fenomene. Care sunt aceste fenomene? Să enumerăm cele mai importante dintre ele:
Acesta este cazul Pământului absolut solid. Dar dacă luăm în considerare faptul că sub influența diferitelor forțe Pământul este deformat, imaginea va fi mai complicată. Forțele mareelor deformează Pământul, astfel încât compresia sa se schimbă oarecum tot timpul. Aceasta înseamnă că, în modelul nostru, masa inelului se va schimba și, la rândul său, se va manifesta prin fluctuații periodice slabe ale vitezei unghiulare a rotației Pământului. Când compresia scade, viteza crește și Pământul începe să depășească uniform Aceasta este o parte a problemei. Dar deformările Pământului afectează rotația acestuia într-un alt mod. Pentru a explica exact cum, să facem următorul experiment mental. Să ne imaginăm că rotația Pământului s-a oprit și că forța centrifugă nu mai acționează asupra lui. Mai mult, dacă Pământul ar fi un corp absolut solid, forma sa ar rămâne aceeași. Dacă Pământul ar fi un corp lichid, ar lua forma unei bile obișnuite. Excesul ecuatorial de mase și, împreună cu acesta, inelul din modelul nostru, ar dispărea apoi cu totul. Dar pe Pământul real, când se oprește rotația sa, intră în joc forțe elastice interne. Se vor opune forțelor gravitaționale și, datorită acestui fapt, Pământul va rămâne în continuare un sferoid comprimat, deși compresia acestuia va scădea. Aceasta înseamnă că și masa inelului modelului nostru va scădea. Cât costă? Aceasta este întrebarea principală, de a cărei soluție depinde evaluarea durității Pământului. Am observat că perioada de nutare liberă este mai scurtă, cu atât este mai mare excesul ecuatorial de mase, adică masa inelului. Pentru un Pământ absolut solid, această perioadă ar fi egală cu 305 de zile. În realitate, după cum arată analiza datelor privind mișcarea polilor Pământului în ultimii 70 de ani, este aproape de 430 de zile. Acest lucru a fost explicat prin faptul că perioada de nutare liberă nu depinde de întregul exces ecuatorial de mase, ci doar de acea parte a acesteia care nu ar dispărea dacă acțiunea forței centrifuge ar înceta. Prin urmare, este ușor să calculăm că încetarea rotației reduce masa inelului modelului nostru cu 30%. (Mai precis, acest inel este împărțit în două, iar unul dintre ele, conținând aproximativ o treime din masa totală, este întotdeauna instalat într-un plan perpendicular pe axa instantanee de rotație și nu afectează mișcarea acestei axe în Corpul Pământului.) Numărul de mai sus arată în ce condiții ar exista un echilibru între forțele gravitaționale care se străduiesc să transforme Pământul într-o minge și forțele elastice care se străduiesc să-și păstreze forma neschimbată. În cursul acestor lucrări, au fost rafinate câteva concluzii ale teoriei rotației Pământului cu un miez lichid. Astfel, s-a dovedit că influența miezului lichid ar trebui să conducă la modificări ale amplitudinii unor oscilații ale axei terestre în spațiu (nutare forțată). De asemenea, se manifestă prin faptul că o mișcare circulară mai slabă cu o perioadă apropiată de zile se adaugă componentelor deja cunoscute ale mișcării polilor Pământului. Găsirea acestor efecte este o provocare care se află la limita capacităților astronomiei moderne. Dar a meritat să încerc. O astfel de încercare a fost făcută de astronomii ucraineni. S-a dovedit a avea succes. În special, N.A. Popov a reușit să detecteze, în observațiile pe termen lung, două stele zenit din Poltava, fluctuații slabe în latitudine cu o perioadă prezisă de teoria MSS Modensky. Astfel, s-au obținut noi argumente în favoarea ipotezei miezului lichid al Pământului. Putem spune acum că Pământul în ansamblu pare a fi mai puternic decât o bilă de oțel goală cu o coajă de aproximativ 3.000 km grosime. Cu toate acestea, următoarele pot fi obiectate la o astfel de evaluare. Toate concluziile noastre au fost extrase din studiul unor deformări foarte slabe. Le putem folosi dacă trebuie să calculăm acțiunile forțelor care provoacă deformări mult mai semnificative și chiar amenință integritatea planetei noastre? Aparent, este imposibil fără ajustări semnificative.Dar există o amenințare cu apariția unor forțe atât de puternice încât astfel de calcule vor deveni necesare? Nu se va întâmpla acest lucru, să zicem, pentru că regimul de rotație al planetei noastre va fi perturbat semnificativ? Motive naturale pentru aceasta sunt greu de găsit. Cu toate acestea, în timp, oamenii nu vor putea schimba rotația Pământului la propria lor discreție? Nu este prima dată când se pune această întrebare.
Cu toate acestea, problema sa încheiat în nimic. S-a dovedit că în calculele lor, inginerii Companiei Arctice au făcut o greșeală gravă: nu au ținut cont de faptul că Pământul nu este o minge, ci are o masă suplimentară în centura ecuatorială. Ținând cont de această masă, un inginer francez a făcut noi calcule și a arătat că sub acțiunea împușcăturii proiectate, polii Pământului s-ar mișca pe suprafața sa cu doar 3 microni. Curios că această poveste, așa cum este spusă în carte "Rotația Pământului" Geofizicienii americani Munk și Macdonald, au o continuare modernă. În. În timpul alegerilor prezidențiale din 1956, senatorul Estes Kefauver, candidatul la funcția de vicepreședinte, a declarat că, ca urmare a testelor bombelor cu hidrogen, axa Pământului ar putea devia cu 10 °. Cu toate acestea, calculele exacte arată altfel. Energia eliberată de explozia unei bombe cu hidrogen de putere medie ar fi suficientă pentru a da unui proiectil cu o viteză de 11 kilometri pe secundă un milion de tone. Dar reculul unui tun care ar fi tras o astfel de lovitură ar fi deplasat polul Pământului cu doar un micron. „Și 70 de ani după Jules Verne,- notează autorii, - membrii guvernului de la Washington încă refuză să recunoască existența și semnificația excesului ecuatorial al maselor "... În consecință, chiar și mijloacele super-puternice pe care oamenii le posedă acum sunt insuficiente pentru a avea vreun efect apreciabil asupra rotației Pământului. Deci, planeta noastră este suficient de solidă și durabilă pentru a rezista forțelor care acționează periodic sau pentru o perioadă scurtă de timp: ele o deformează doar subtil. Dar efectul poate fi diferit dacă forțele acționează în aceeași direcție timp de milioane de ani. Probabil, în raport cu astfel de forțe, Pământul nu se comportă ca un corp ideal elastic, ci ca un corp plastic care își schimbă forma, deși încet, dar semnificativ. Aici ajungem la problemele evoluției Pământului și la rolul pe care îl joacă procesele interne în acest sens. Ele creează stresuri în corpul pământului, uneori depășind puterea sa supremă. Este posibil ca, în același timp, deformările de maree ale Pământului și chiar tulburările slabe ale constanței rotației sale să joace uneori rolul unui „declanșator”, adică acel ultim șoc care provoacă rupturi și schimbări în scoarța și mantaua Pământului. . Ultimele fenomene, la rândul lor, pot influența rotația Pământului, iar geofizicienii și astronomii sunt acum angajați intens în căutarea manifestărilor acestei influențe. E. Fedorov |
"O, dacă și acest corp, prea greu, s-a topit, s-a dizolvat, a devenit rouă!" Celebrul geofizician englez Harold Jeffries a luat aceste cuvinte ale lui Hamlet ca epigraf la unul dintre capitolele cărții sale "Pământ".
Pentru a testa ipotezele despre proprietățile nucleului, este firesc să apelăm la experiență. Dar despre ce fel de experiență putem vorbi atunci când avem de-a face cu un corp de mărimea Pământului? Într-adevăr, pentru a testa rezistența oricărui produs, o probă din acest produs este plasată într-o mașină specială, întinsă în ea, răsucită sau comprimată. În acest caz, atât forțele aplicate, cât și deformarea probei sunt înregistrate simultan. Dar nu avem ocazia, la discreția noastră, de a aplica forțe pe Pământ suficiente pentru a-și schimba forma chiar ușor. Trebuie să ne mulțumim cu ceea ce dă natura însăși.
Dacă axa de rotație a Pământului este perpendiculară pe planul inelului, adică coincide cu axa de simetrie a modelului, forța centrifugă nu va afecta rotația modelului - va întinde doar inelul. Dar de îndată ce axa de rotație se abate de la axa de simetrie, acțiunea forței centrifuge începe să se manifeste ca acțiunea unei perechi de forțe, care, așa cum ar fi, încearcă să reconcilieze axele menționate. Cu toate acestea, efectul este oarecum neașteptat: axa de rotație nu coincide cu axa de simetrie, ci începe să se miște în jurul ei, descriind o suprafață conică din corpul Pământului. Această mișcare se numește nutare liberă, iar perioada ei este mai scurtă, cu atât este mai mare masa inelului.
Povestea sa începe cu un roman al lui Jules Verne "De jos în sus"... Acesta spune despre proiectul Companiei Industriale Arctice de a roti axa pământului la un unghi de 23 °, folosind pentru aceasta împingerea pe care tunul o poate da pământului datorită reculului atunci când este tras. Conform calculelor inginerilor companiei menționate mai sus, pentru aceasta este necesar să se tragă o tună cu o cochilie de 180 de mii de tone. Acest proiect a stârnit mai întâi interes, apoi alarmă și, în cele din urmă, panică, deoarece implementarea acestuia ar duce la multe consecințe catastrofale.
| Ce este o cușcă? | Bidimensionalitatea fiziologică a informației: mecanisme și consecințe |
|---|
Rețete noi
