Jordens styrke |
|
Hvad ville der faktisk blive af Jorden, hvis den blev til en væske? Ved at vide fra hverdagens erfaring, at faste stoffer mister deres form, når de smeltes, kan vi forvente, at det samme sker med Jorden. Men i virkeligheden vil dette ikke ske. For de objekter, som vi har at gøre med i det praktiske liv, skyldes evnen til at opretholde form de kræfter, der virker mellem tætte atomer. Men sådan "Overvægtig" ligesom Jorden, begynder tyngdekraften også at spille en vigtig rolle, hvormed hele Jordens masse tiltrækker hver af sine partikler. Det ville have sikret grundlæggende bevarelsen af den nuværende form på jorden, selvom vores planet var blevet et flydende legeme. Derfor, når man beregner jordens deformationer og vurderer dens styrke som helhed (og ikke individuelle stenprøver), er det nødvendigt at tage højde for både de elastiske egenskaber af jordens stof og effekten af tyngdekraften på den. Laboratorierne studerer de mekaniske egenskaber af sten, der er taget fra det ydre lag af jorden, kun få kilometer tykke. Dette lag påvirker jordens styrke som helhed lidt mere end et tyndt lag maling på overfladen påvirker styrken af en metalkugle. Oplysninger om Jordens dybere lag gives os hovedsageligt ved undersøgelse af formering af seismiske bølger. Det er ikke underligt, at akademikeren B. B. Golitsyn kaldte jordskælvet for en lanterne, der blinkende et øjeblik giver os mulighed for at se det indre af jorden. Men når vi udvikler denne sammenligning, må vi sige, at lyset fra en sådan lanterne dæmpes i en dybde af 2.900 km fra jordens overflade. Nedenfor er jordens kerne, gennem hvilken kun seismiske langsgående bølger passerer. Så for at estimere Jordens styrke som helhed er man nødt til at overveje problemet med deformationer og spændinger ved en tyngdekugle, der består af en inhomogen elastisk skal og en kerne. Hvordan tætheden og elastiske egenskaber af skallen ændrer sig med dybden kan betragtes som kendt. Med hensyn til kernen skal man starte med hypoteser. Så det er naturligt at antage, at kernen, muligvis med undtagelse af dens centrale del, er i flydende tilstand, da tværgående seismiske bølger ikke passerer gennem den. (Bemærk, at hypotesen om Jordens flydende kerne blev overvejet allerede før fremkomsten af seismologi. Men så blev den tilbagevist, fordi man troede, at Jordens skal kun er et par kilometer eller titusinder af kilometer tyk, og en sådan skal med en flydende kerne, som W. Thomson viste, var ville blive knust af tidevandet i kernen.)
Tidevandskræfter virker konstant på Jorden og strækker den langs lige linjer, der forbinder Jordens centrum med Månens og Solens centrum. Jordens overflade bøjer sig under belastningen af luftmasser i områder med højt atmosfærisk tryk. Alle jordpartikler påvirkes af en centrifugalkraft rettet vinkelret på jordens rotationsakse.Det er klart, at retningen af denne kraft vil ændre sig, hvis positionen for rotationsaksen i jordens krop ændres. Og det faktum, at dette virkelig sker, blev fastslået i slutningen af sidste århundrede. Størrelserne og retningerne for de ovennævnte kræfter kan beregnes. Hvis vi derefter tager en hvilken som helst model af Jorden, kan vi teoretisk også finde Jordens deformation, når disse kræfter påføres den, for eksempel beregne, hvordan afstanden på forskellige punkter på jordoverfladen fra dens centrum vil ændre sig. Tag for eksempel tidevandskraften, som som sagt strækker jorden langs en lige linje, der forbinder dens centrum O med centrum L for den forstyrrende lysstyrke: Månen eller Solen. Under dens indflydelse ville Jordens overflade, hvis det var en regelmæssig kugle med radius R, tage form af en ellipsoid af revolution med den semi-store akse a rettet mod L. Lad os antage, at det lykkedes os at beregne, hvad forskellen a - R er lig med for denne model. Så kan vi finde længdeforandringen radius af vektoren p for ethvert punkt på jordens overflade. Disse ændringer er små. For ingen af de teoretisk betragtede modeller på jorden når de maksimale udsving i længden p under Månens og Solens kombinerede indflydelse ikke en meter. Det er klart, at sådanne ændringer ikke kan måles direkte. Hvorfor skulle vi opfinde et "vægtløst" hav? Ja, fordi tidevandet i det virkelige hav komplicerer fænomenet noget: det fører til ændringer i jordens gravitationspotentiale. Jordens elastiske deformationer giver en lignende effekt. Forholdet mellem ændringen i jordens tyngdepotentiale og det ydre potentiale, denne ændring forårsager det, er betegnet med symbolet k. Parametrene h og k kaldes kærlighedstal efter den engelske geofysiker, der først introducerede disse parametre for at karakterisere jordens mekaniske egenskaber som helhed. Det er disse parametre, der beregnes teoretisk for forskellige modeller af Jorden; de prøver at bestemme dem ud fra analysen af observationer af forskellige fænomener. Hvad er disse fænomener? Lad os liste de vigtigste af dem:
Dette er tilfældet med absolut solid jord. Men hvis vi tager højde for, at Jorden er deformeret under påvirkning af forskellige kræfter, bliver billedet mere kompliceret. Tidevandskræfterne deformerer Jorden, så dens kompression ændres noget hele tiden. Dette betyder, at i vores model vil ringens masse ændre sig, og dette vil igen manifestere sig i svage periodiske udsving i jordens rotationens vinkelhastighed. Når kompressionen falder, øges hastigheden, og Jorden begynder at overhales jævnt Dette er den ene side af sagen. Men Jordens deformationer påvirker dens rotation på en anden måde. For at forklare nøjagtigt hvordan, lad os lave følgende mentale eksperiment. Lad os forestille os, at jordens rotation er stoppet, og at centrifugalkraften ikke længere virker på den. Desuden, hvis Jorden var en absolut solid krop, ville dens form forblive den samme. Hvis Jorden var et flydende legeme, ville det tage form af en almindelig kugle. Det ækvatoriale overskud af masser, og dermed ringen i vores model, forsvandt derefter helt. Men på den virkelige jord, når dens rotation stopper, kommer interne elastiske kræfter i spil. De vil modsætte sig tyngdekrafter, og takket være dette vil Jorden stadig forblive en komprimeret sfæroide, skønt dens kompression vil falde. Dette betyder, at massen af ringen i vores model også falder. Hvor meget? Dette er hovedspørgsmålet, om hvilken løsning vurderingen af jordens hårdhed afhænger af. Vi bemærkede, at perioden med fri nutation er kortere, jo større er ækvatorialoverskuddet af masser, det vil sige ringens masse. For en absolut solid jord ville denne periode være lig med 305 dage. I virkeligheden, som analysen af data om bevægelsen af jordpolerne over de sidste 70 år viser, er den tæt på 430 dage. Dette blev forklaret med det faktum, at perioden med fri ernæring ikke afhænger af hele ækvatorialoverskud af masser, men kun af den del af den, der ikke ville forsvinde, hvis centrifugalkraftens handling ophørte. Derfor er det let at beregne, at rotationsophør reducerer massen af ringen af vores model med 30%. (Mere præcist er denne ring opdelt i to, og en af dem, der indeholder ca. en tredjedel af den samlede masse, er altid installeret i et plan vinkelret på den øjeblikkelige rotationsakse og påvirker ikke bevægelsen af denne akse i jordens krop.) Ovenstående tal viser, hvormed forhold, ville der være en balance mellem tyngdekræfter, der stræber efter at gøre Jorden til en kugle, og elastiske kræfter, der stræber efter at holde sin form uændret. I løbet af disse arbejder blev nogle konklusioner af teorien om jordens rotation med en flydende kerne raffineret. Så det viste sig, at indflydelsen af den flydende kerne skulle føre til ændringer i amplituderne af nogle svingninger på jordaksen i rummet (tvungen nutation). Det manifesterer sig også i det faktum, at der tilføjes en mere svag cirkulær bevægelse med en periode tæt på dage til de allerede kendte komponenter i bevægelsen af jordens poler. At finde disse effekter er en udfordring, der ligger ved grænsen for kapaciteterne i moderne astronomi. Men det var værd at prøve. Et sådant forsøg blev foretaget af ukrainske astronomer. Det viste sig at være en succes. Især lykkedes det N.A. Popov i langsigtede observationer af to zenithstjerner i Poltava at opdage svage udsving i breddegrad med en periode forudsagt af MS Modenskys teori. Således blev der opnået nye argumenter til fordel for hypotesen om Jordens flydende kerne. Nu kan vi sige, at Jorden som helhed ser ud til at være stærkere end en hul stålkugle med en skal omkring 3 tusind km tyk. Imidlertid kan følgende modsiges mod en sådan vurdering. Alle vores konklusioner blev trukket fra undersøgelsen af meget svage deformationer. Kan vi bruge dem, hvis vi skal beregne handlinger fra kræfter, der forårsager meget mere betydelige deformationer og endda truer integriteten på vores planet? Det er tilsyneladende umuligt uden væsentlige justeringer.Men er der en trussel om fremkomsten af så stærke kræfter, at sådanne beregninger bliver nødvendige? Vil dette ikke ske, siger vi, fordi rotationsregimet på vores planet vil blive væsentligt forstyrret? Naturlige årsager til dette er vanskelige at finde. Men vil mennesker over tid ikke være i stand til at ændre jordens rotation efter eget skøn? Dette er ikke første gang, dette spørgsmål bliver stillet.
Imidlertid sluttede sagen på intet. Det viste sig, at ingeniørerne fra Arctic Company i deres beregninger gjorde en grov fejl: de tog ikke højde for det faktum, at Jorden ikke er en kugle, men har en ekstra masse i ækvatorialbæltet. Under hensyntagen til denne masse foretog en fransk ingeniør nye beregninger og viste, at jordens poler under bevægelsen af det projicerede skud kun ville bevæge sig på dens overflade med 3 mikron. Nysgerrig at denne historie, som fortalt i bogen "Jordens rotation" Amerikanske geofysikere Munk og MacDonald har en moderne fortsættelse. I. Under præsidentvalget i 1956 sagde senator Estes Kefauver, kandidaten til stillingen som vicepræsident, at som et resultat af test af brintbomber kunne jordaksen afvige med 10 °. Nøjagtige beregninger viser dog noget andet. Den energi, der frigøres ved eksplosionen af en medium-kraftig brintbombe, ville være nok til at give et projektil, der vejer en million tons, en hastighed på 11 kilometer i sekundet. Men rekylen af en kanon, der ville have affyret et sådant skud, ville have fortrængt Jordens pol med kun en mikron. ”Og 70 år efter Jules Verne,- bemærk forfatterne, - medlemmer af Washington-regeringen nægter stadig at anerkende eksistensen og betydningen af massernes ækvatoriale overskud "... Derfor er selv de superkraftfulde midler, som folk nu besidder, ikke tilstrækkelige til at have nogen konkret effekt på jordens rotation. Så vores planet er solid og holdbar nok til at modstå kræfter, der virker periodisk eller i kort tid: de deformerer den kun subtilt. Men effekten kan være anderledes, hvis styrkerne handler i samme retning i millioner af år. Sandsynligvis i forhold til sådanne kræfter opfører Jorden sig ikke som et ideelt elastisk legeme, men som et plastlegeme, der ændrer form, omend langsomt, men markant. Her kommer vi til spørgsmålene om Jordens udvikling og den rolle, interne processer spiller i dette. De skaber spændinger i jordens krop, somme tider overstiger dens ultimative styrke. Det er muligt, at tidevandsdeformationer på jorden og endda små forstyrrelser i dens konstante rotation undertiden spiller rollen som en "udløser", det vil sige det sidste stød, der forårsager brud og forskydninger i jordskorpen og kappen. De sidstnævnte fænomener kan igen påvirke jordens rotation, og geofysikere og astronomer leder nu aktivt efter manifestationer af denne indflydelse. E. Fedorov Lignende publikationer |
"Åh, hvis også denne, for tunge krop smeltede, blev opløst, blev dug!" Den berømte engelske geofysiker Harold Jeffries tog disse ord fra Hamlet som en epigraf til et af kapitlerne i hans bog "Jorden".
For at teste hypoteser om kernens egenskaber er det naturligt at vende sig til oplevelse. Men hvilken slags oplevelse kan vi tale om, når vi har at gøre med et legeme på størrelse med jorden? For at teste styrken af ethvert produkt placeres en prøve af dette produkt i en speciel maskine, der strækkes i den, vrides eller presses. I dette tilfælde registreres både de påførte kræfter og deformationen af prøven samtidigt. Men vi har ikke efter vores skøn at anvende kræfter på jorden, der er tilstrækkelige til at ændre dens form, selv en smule. Vi skal være tilfredse med, hvad naturen selv giver.
Hvis Jordens rotationsakse er vinkelret på ringens plan, det vil sige, at den falder sammen med modelens symmetriakse, vil centrifugalkraft ikke påvirke modelens rotation - den strækker kun ringen. Men så snart rotationsaksen afviger fra symmetriaksen, begynder centrifugalkraftens virkning at manifestere sig som et par kræfter, som som sådan søger at forene de nævnte akser. Effekten viser sig imidlertid at være noget uventet: Rotationsaksen er ikke justeret med symmetriaksen, men begynder at bevæge sig rundt om den og beskriver en konisk overflade i jordens krop. Denne bevægelse kaldes fri nutation, og dens periode er kortere, jo større er ringens masse.
Hans historie begynder med en roman af Jules Verne "Bunden i vejret"... Den fortæller om projektet fra Arctic Industrial Company om at rotere jordaksen i en vinkel på 23 °, hvorved der anvendes det skub, som kanonen kan give jorden på grund af rekylen, når den affyres. Ifølge beregningerne fra ingeniørerne fra det førnævnte selskab er det nødvendigt for dette at skyde en skal, der vejer 180 tusind tons fra kanonen. Dette projekt vækkede først interesse, derefter alarm og endelig panik, da dets gennemførelse ville føre til mange katastrofale konsekvenser.
| Hvad er et bur? | Fysiologisk todimensionalitet af information: mekanismer og konsekvenser |
|---|
Nye opskrifter
