Stärke der Erde |
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Was würde aus der Erde werden, wenn sie sich in eine Flüssigkeit verwandeln würde? Wenn wir aus alltäglichen Erfahrungen wissen, dass Feststoffe beim Schmelzen ihre Form verlieren, können wir erwarten, dass dies auch mit der Erde geschieht. In Wirklichkeit wird dies jedoch nicht passieren. Für jene Objekte, mit denen wir uns im praktischen Leben beschäftigen, ist die Fähigkeit, die Form beizubehalten, auf die Kräfte zurückzuführen, die zwischen engen Atomen wirken. Aber so "Übergewicht" Wie die Erde spielt auch die Gravitationskraft eine wesentliche Rolle, mit der die gesamte Masse der Erde jedes ihrer Teilchen anzieht. Es hätte im Grunde genommen die Erhaltung der gegenwärtigen Form der Erde sichergestellt, selbst wenn unser Planet ein flüssiger Körper geworden wäre. Folglich müssen bei der Berechnung der Verformungen der Erde und der Beurteilung ihrer Gesamtfestigkeit (und nicht einzelner Gesteinsproben) sowohl die elastischen Eigenschaften der Erdsubstanz als auch die Auswirkungen der Schwerkraft auf sie berücksichtigt werden. Die Laboratorien untersuchen die mechanischen Eigenschaften von Gesteinen aus der nur wenige Kilometer dicken äußeren Erdschicht. Diese Schicht beeinflusst die Festigkeit der Erde insgesamt etwas mehr als eine dünne Farbschicht, die auf ihre Oberfläche aufgetragen wird, die Festigkeit einer Metallkugel. Informationen über die tieferen Schichten der Erde liefern uns hauptsächlich durch die Untersuchung der Ausbreitung seismischer Wellen. Kein Wunder, dass Akademiker B. B. Golitsyn das Erdbeben eine Laterne nannte, die es uns ermöglicht, für einen Moment das Innere der Erde zu sehen. Bei diesem Vergleich müssen wir jedoch sagen, dass das Licht einer solchen Laterne in einer Tiefe von 2.900 km von der Erdoberfläche abfällt. Unten befindet sich der Erdkern, durch den nur seismische Längswellen laufen. Um die Stärke der Erde als Ganzes abzuschätzen, muss man das Problem der Verformungen und Spannungen einer Gravitationskugel betrachten, die aus einer inhomogenen elastischen Hülle und einem Kern besteht. Wie sich die Dichte und die elastischen Eigenschaften der Schale mit der Tiefe ändern, kann als bekannt angesehen werden. In Bezug auf den Kern muss man mit Hypothesen beginnen. Es ist daher natürlich anzunehmen, dass sich der Kern, möglicherweise mit Ausnahme seines zentralen Teils, in einem flüssigen Zustand befindet, da transversale seismische Wellen ihn nicht passieren. (Beachten Sie, dass die Hypothese des flüssigen Erdkerns bereits vor dem Aufkommen der Seismologie in Betracht gezogen wurde. Dann wurde sie jedoch widerlegt, da angenommen wurde, dass die Erdschale nur wenige oder zehn Kilometer dick ist und eine solche Hülle mit einem flüssigen Kern, wie W. Thomson zeigte, dies war würde durch die Flut im Kern erschüttert werden.)
Gezeitenkräfte wirken ständig auf die Erde und dehnen sie entlang gerader Linien aus, die den Erdmittelpunkt mit den Zentren des Mondes und der Sonne verbinden. Die Erdoberfläche biegt sich unter der Last von Luftmassen in Gebieten mit hohem Luftdruck. Alle Teilchen der Erde werden von einer Zentrifugalkraft beaufschlagt, die senkrecht zur Rotationsachse der Erde gerichtet ist.Es ist klar, dass sich die Richtung dieser Kraft ändert, wenn sich die Position der Rotationsachse im Erdkörper ändert. Und die Tatsache, dass dies wirklich geschieht, wurde Ende des letzten Jahrhunderts festgestellt. Die Größen und Richtungen der obigen Kräfte können berechnet werden. Wenn wir dann ein Modell der Erde nehmen, können wir theoretisch auch die Verformung der Erde finden, wenn diese Kräfte auf sie ausgeübt werden. Berechnen Sie beispielsweise, wie sich die Abstände verschiedener Punkte auf der Erdoberfläche von ihrem Mittelpunkt ändern. Nehmen wir zum Beispiel die Gezeitenkraft, die, wie gesagt, die Erde entlang einer geraden Linie streckt, die ihr Zentrum O mit dem Zentrum L der störenden Leuchte verbindet: dem Mond oder der Sonne. Unter ihrem Einfluss würde die Erdoberfläche, wenn sie eine reguläre Kugel mit dem Radius R wäre, die Form eines Rotationsellipsoids mit der auf L gerichteten Semi-Major-Achse a annehmen. Nehmen wir an, wir haben es geschafft, die Differenz a - R für dieses Modell zu berechnen. Dann können wir die Längenänderung finden der Radius des Vektors p eines beliebigen Punktes auf der Erdoberfläche. Diese Änderungen sind gering. Für keines der theoretisch betrachteten Modelle der Erde erreichen die maximalen Längenschwankungen p unter dem kombinierten Einfluss von Mond und Sonne keinen Meter. Es ist klar, dass solche Änderungen nicht direkt gemessen werden können. Warum mussten wir einen "schwerelosen" Ozean erfinden? Ja, weil die Flut im realen Ozean das Phänomen etwas kompliziert: Sie führt zu Änderungen des Gravitationspotentials der Erde selbst. Die elastischen Verformungen der Erde bewirken einen ähnlichen Effekt. Das Verhältnis der Änderung des Gravitationspotentials der Erde zum äußeren Potential, die diese Änderung verursacht, wird durch das Symbol k bezeichnet. Die Parameter h und k werden Liebeszahlen genannt, nach dem englischen Geophysiker, der diese Parameter zuerst eingeführt hat, um die mechanischen Eigenschaften der Erde als Ganzes zu charakterisieren. Es sind diese Parameter, die theoretisch für verschiedene Modelle der Erde berechnet werden; Sie versuchen, sie aus der Analyse von Beobachtungen verschiedener Phänomene zu bestimmen. Was sind diese Phänomene? Lassen Sie uns die wichtigsten auflisten:
Dies ist bei absolut fester Erde der Fall. Wenn wir jedoch bedenken, dass die Erde unter dem Einfluss verschiedener Kräfte deformiert wird, wird sich das Bild als komplizierter herausstellen. Die Gezeitenkräfte verformen die Erde, so dass sich ihre Kompression ständig etwas ändert. Dies bedeutet, dass sich in unserem Modell die Masse des Rings ändert, was sich wiederum in schwachen periodischen Schwankungen der Winkelgeschwindigkeit der Erdrotation manifestiert. Wenn die Kompression abnimmt, nimmt die Geschwindigkeit zu und die Erde beginnt gleichmäßig zu überholen Dies ist eine Seite des Problems. Aber die Verformungen der Erde beeinflussen ihre Rotation auf andere Weise. Um genau zu erklären, wie, machen wir die folgende mentale Erfahrung. Stellen wir uns vor, die Erdrotation hat aufgehört und die Zentrifugalkraft wirkt nicht mehr auf sie. Wenn die Erde ein absolut fester Körper wäre, würde ihre Form dieselbe bleiben. Wenn die Erde ein flüssiger Körper wäre, würde sie die Form einer normalen Kugel annehmen. Der äquatoriale Massenüberschuss und damit der Ring in unserem Modell würde dann ganz verschwinden. Aber auf der realen Erde kommen innere elastische Kräfte ins Spiel, wenn ihre Rotation aufhört. Sie werden Gravitationskräften entgegenwirken, und dank dieser bleibt die Erde immer noch ein komprimierter Sphäroid, obwohl ihre Kompression abnimmt. Dies bedeutet, dass auch die Masse des Rings unseres Modells abnimmt. Wie viel? Dies ist die Hauptfrage, von deren Lösung die Beurteilung der Härte der Erde abhängt. Wir haben festgestellt, dass die Periode der freien Nutation umso kürzer ist, je größer der äquatoriale Massenüberschuss ist, dh die Masse des Rings. Für eine absolut feste Erde würde dieser Zeitraum 305 Tagen entsprechen. In Wirklichkeit sind es, wie die Analyse der Daten über die Bewegung der Erdpole in den letzten 70 Jahren zeigt, fast 430 Tage. Dies wurde durch die Tatsache erklärt, dass die Periode der freien Nutation nicht vom gesamten äquatorialen Massenüberschuss abhängt, sondern nur von dem Teil davon, der nicht verschwinden würde, wenn die Wirkung der Zentrifugalkraft aufhören würde. Daher ist es leicht zu berechnen, dass die Beendigung der Rotation die Ringmasse unseres Modells um 30% reduziert. (Genauer gesagt ist dieser Ring zweigeteilt, und einer von ihnen, der etwa ein Drittel der Gesamtmasse enthält, ist immer in einer Ebene senkrecht zur augenblicklichen Rotationsachse installiert und beeinflusst die Bewegung dieser Achse im Erdkörper nicht.) Die obige Zahl zeigt, bei welcher Unter diesen Bedingungen würde ein Gleichgewicht zwischen Gravitationskräften bestehen, die versuchen, die Erde in eine Kugel zu verwandeln, und elastischen Kräften, die versuchen, ihre Form unverändert zu lassen. Im Verlauf dieser Arbeiten wurden einige Schlussfolgerungen der Rotationstheorie der Erde mit einem flüssigen Kern verfeinert. Somit stellte sich heraus, dass der Einfluss des Flüssigkeitskerns zu Änderungen der Amplituden einiger Schwingungen der Erdachse im Raum führen sollte (erzwungene Nutation). Es manifestiert sich auch in der Tatsache, dass eine weitere schwache Kreisbewegung mit einer Periode nahe Tagen zu den bereits bekannten Komponenten der Bewegung der Erdpole hinzugefügt wird. Das Finden dieser Effekte ist eine Herausforderung, die an der Grenze der Fähigkeiten der modernen Astronomie liegt. Aber es hat sich gelohnt, es zu versuchen. Ein solcher Versuch wurde von ukrainischen Astronomen unternommen. Es stellte sich als erfolgreich heraus. Insbesondere gelang es N. A. Popov, bei Langzeitbeobachtungen von zwei Zenitsternen in Poltawa schwache Breitengradschwankungen mit einer von M.S.Modenskys Theorie vorhergesagten Periode festzustellen. So wurden neue Argumente für die Hypothese des flüssigen Erdkerns erhalten. Jetzt können wir sagen, dass die Erde insgesamt stärker zu sein scheint als eine hohle Stahlkugel mit einer etwa dreitausend Kilometer dicken Schale. Gegen eine solche Beurteilung kann jedoch Folgendes beanstandet werden. Alle unsere Schlussfolgerungen wurden aus der Untersuchung sehr schwacher Verformungen gezogen. Können wir sie verwenden, wenn wir die Einwirkungen von Kräften berechnen müssen, die wesentlich größere Verformungen verursachen und sogar die Integrität unseres Planeten gefährden? Anscheinend ist es ohne wesentliche Anpassungen nicht möglich.Aber besteht die Gefahr, dass so mächtige Kräfte entstehen, dass solche Berechnungen notwendig werden? Wird dies nicht beispielsweise passieren, weil das Rotationsregime unseres Planeten erheblich gestört wird? Natürliche Gründe dafür sind schwer zu finden. Werden die Menschen im Laufe der Zeit nicht in der Lage sein, die Rotation der Erde nach eigenem Ermessen zu ändern? Dies ist nicht das erste Mal, dass diese Frage gestellt wurde.
Die Angelegenheit endete jedoch mit nichts. Es stellte sich heraus, dass die Ingenieure der Arctic Company bei ihren Berechnungen einen groben Fehler gemacht haben: Sie haben nicht berücksichtigt, dass die Erde keine Kugel ist, sondern eine zusätzliche Masse im Äquatorgürtel hat. Unter Berücksichtigung dieser Masse führte ein französischer Ingenieur neue Berechnungen durch und zeigte, dass sich die Pole der Erde unter der Wirkung des projizierten Schusses nur um 3 Mikrometer auf ihrer Oberfläche bewegen würden. Neugierig, dass diese Geschichte, wie im Buch erzählt "Rotation der Erde" Die amerikanischen Geophysiker Munk und Macdonald haben eine moderne Fortsetzung. Im. Während der Präsidentschaftswahlen 1956 sagte Senator Estes Kefauver, der Kandidat für das Amt des Vizepräsidenten, dass die Erdachse aufgrund von Tests mit Wasserstoffbomben um 10 ° abweichen könne. Genaue Berechnungen zeigen jedoch etwas anderes. Die Energie, die durch die Explosion einer Wasserstoffbombe mittlerer Leistung freigesetzt wird, würde ausreichen, um einem Projektil mit einem Gewicht von einer Million Tonnen eine Geschwindigkeit von 11 Kilometern pro Sekunde zu verleihen. Aber der Rückstoß einer Kanone, die einen solchen Schuss abgefeuert hätte, hätte den Erdpol um nur einen Mikrometer verschoben. „Und 70 Jahre nach Jules Verne,- beachten Sie die Autoren, - Mitglieder der Regierung von Washington weigern sich immer noch, die Existenz und Bedeutung des äquatorialen Überschusses der Massen anzuerkennen. "... Folglich reichen selbst die übermächtigen Mittel, die die Menschen jetzt besitzen, nicht aus, um einen nennenswerten Einfluss auf die Erdrotation zu haben. Unser Planet ist also hart und langlebig genug, um periodisch oder für kurze Zeit wirkenden Kräften standzuhalten: Sie verformen ihn nur geringfügig. Der Effekt kann jedoch unterschiedlich sein, wenn die Kräfte Millionen von Jahren in die gleiche Richtung wirken. Wahrscheinlich verhält sich die Erde in Bezug auf solche Kräfte nicht als ideal elastischer Körper, sondern als plastischer Körper, der seine Form ändert, wenn auch langsam, aber signifikant. Hier kommen wir zu den Fragen der Evolution der Erde und der Rolle, die interne Prozesse dabei spielen. Sie erzeugen Spannungen im Körper der Erde, die manchmal ihre endgültige Stärke überschreiten. Es ist möglich, dass gleichzeitig Gezeitenverformungen der Erde und sogar schwache Störungen in der Konstanz ihrer Rotation manchmal die Rolle eines "Auslösers" spielen, dh des letzten Schocks, der Brüche und Verschiebungen in der Erdkruste und im Erdmantel verursacht. Letztere Phänomene können wiederum die Rotation der Erde beeinflussen, und Geophysiker und Astronomen sind nun intensiv auf der Suche nach Manifestationen dieses Einflusses. E. Fedorov Ähnliche Veröffentlichungen |
"Oh, wenn auch dieser zu schwere Körper schmolz, sich auflöste, zu Tau wurde!" Der berühmte englische Geophysiker Harold Jeffries nahm diese Worte von Hamlet als Inschrift in eines der Kapitel seines Buches "Erde".
Um Hypothesen über die Eigenschaften des Kerns zu testen, ist es natürlich, sich der Erfahrung zuzuwenden. Aber über welche Art von Erfahrung können wir sprechen, wenn wir es mit einem Körper von der Größe der Erde zu tun haben? Um die Festigkeit eines Produkts zu testen, wird eine Probe dieses Produkts in eine spezielle Maschine gegeben, darin gedehnt, gedreht oder zusammengedrückt. In diesem Fall werden sowohl die aufgebrachten Kräfte als auch die Verformung der Probe gleichzeitig aufgezeichnet. Wir haben jedoch nicht die Möglichkeit, nach unserem Ermessen Kräfte auf die Erde auszuüben, die ausreichen, um ihre Form auch nur geringfügig zu ändern. Wir müssen uns mit dem zufrieden geben, was die Natur selbst gibt.
Wenn die Rotationsachse der Erde senkrecht zur Ringebene ist, dh mit der Symmetrieachse des Modells zusammenfällt, beeinflusst die Zentrifugalkraft die Rotation des Modells nicht - sie streckt nur den Ring. Sobald jedoch die Rotationsachse von der Symmetrieachse abweicht, beginnt sich die Wirkung der Zentrifugalkraft wie die Wirkung eines Kraftpaares zu manifestieren, das sozusagen versucht, die genannten Achsen in Einklang zu bringen. Der Effekt stellt sich jedoch als etwas unerwartet heraus: Die Rotationsachse ist nicht mit der Symmetrieachse ausgerichtet, sondern beginnt sich um sie herum zu bewegen und beschreibt eine konische Oberfläche im Erdkörper. Diese Bewegung wird als freie Nutation bezeichnet, und ihre Periode ist umso kürzer, je größer die Masse des Rings ist.
Seine Geschichte beginnt mit einem Roman von Jules Verne "Prost"... Es handelt von dem Projekt der Arctic Industrial Company, die Erdachse in einem Winkel von 23 ° zu drehen, wobei der Schub verwendet wird, den die Kanone der Erde aufgrund des Rückstoßes beim Abfeuern geben kann. Nach den Berechnungen der Ingenieure des vorgenannten Unternehmens ist es dafür erforderlich, ein 180.000 Tonnen schweres Projektil aus der Kanone abzufeuern. Dieses Projekt erregte zuerst Interesse, dann Alarm und schließlich Panik, da seine Umsetzung zu vielen katastrophalen Folgen führen würde.
| Was ist ein Käfig? | Physiologische Zweidimensionalität von Informationen: Mechanismen und Konsequenzen |
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