Força de la Terra |
|
De fet, què seria de la Terra si es convertís en un líquid? Sabent per l’experiència quotidiana que els sòlids perden la seva forma quan es fonen, podríem esperar que passés el mateix amb la Terra. Però en realitat això no passarà. En aquells objectes que tractem en la vida pràctica, la capacitat de mantenir la forma es deu a les forces que actuen entre àtoms propers. Però tal "Pesat" els cossos, com la Terra, també comencen a tenir un paper essencial la força gravitatòria, amb la qual tota la massa de la Terra atrau cadascuna de les seves partícules. Hauria assegurat, principalment, la preservació de la forma actual de la Terra, fins i tot si el nostre planeta s’hagués convertit en un cos líquid. En conseqüència, a l’hora de calcular les deformacions de la Terra i avaluar-ne la força en el seu conjunt (i no mostres individuals de roques), cal tenir en compte tant les propietats elàstiques de la substància terrestre com l’efecte de la gravetat sobre ella. Els laboratoris estudien les propietats mecàniques de les roques extretes de la capa externa de la Terra de només uns quants quilòmetres de gruix. Aquesta capa afecta la força del conjunt de la Terra una mica més que una fina capa de pintura aplicada a la seva superfície afecta la força d’una bola de metall. La informació sobre les capes més profundes de la Terra ens la proporciona principalment l’estudi de la propagació de les ones sísmiques. No és d’estranyar que l’acadèmic B. B. Golitsyn anomenés el terratrèmol una llanterna que, intermitent per un moment, ens permet veure l’interior de la Terra. Però, desenvolupant aquesta comparació, hem de dir que la llum d’un fanal d’aquest tipus es difumina a una profunditat de 2.900 km de la superfície terrestre. A sota es troba el nucli de la Terra, per on només passen les ones sísmiques longitudinals. Per tant, per avaluar la força de la Terra en el seu conjunt, s’ha de considerar el problema de les deformacions i les tensions d’una bola gravitant, que consisteix en una carcassa elàstica no homogènia i un nucli. Es pot considerar conegut com canvien la densitat i les propietats elàstiques de la capa amb la profunditat. Pel que fa al nucli, cal començar per hipòtesis. Per tant, és natural suposar que el nucli, possiblement a excepció de la seva part central, es troba en estat líquid, ja que les ones sísmiques transversals no hi passen. (Tingueu en compte que la hipòtesi del nucli líquid de la Terra es va considerar fins i tot abans de l'aparició de la sismologia. Però es va refutar, ja que es creia que la closca de la Terra només tenia uns quants quilòmetres o desenes de quilòmetres de gruix, i tal closca amb un nucli líquid, com va mostrar W. Thomson, era quedaria destrossada per la marea del nucli.)
Les forces de les marees actuen constantment sobre la Terra, estirant-la al llarg de línies rectes que connecten el centre de la Terra amb els centres de la Lluna i el Sol. La superfície terrestre s’enfonsa sota la càrrega de masses d’aire en zones amb alta pressió atmosfèrica. Totes les partícules de la Terra s’actuen mitjançant una força centrífuga dirigida perpendicularment a l’eix de rotació de la Terra.És clar que la direcció d’aquesta força canviarà si canvia la posició de l’eix de rotació en el cos de la Terra. I el fet que això passi realment es va establir a finals del segle passat. Es poden calcular les magnituds i direccions de les forces anteriors. Si prenem qualsevol model de la Terra, teòricament també podem trobar la deformació de la Terra quan se li apliquen aquestes forces, per exemple, calcular com canviaran les distàncies de diversos punts de la superfície terrestre des del seu centre. Prenguem, per exemple, la força de marea, que, com s’ha dit, estén la Terra al llarg d’una línia recta que connecta el seu centre O amb el centre L del cos pertorbador: la Lluna o el Sol. Sota la seva influència, la superfície de la Terra, si es tractés d’una esfera regular de radi R, prendria la forma d’un el·lipsoide de revolució amb l’eix semi-major a dirigit a L. Suposem que hem aconseguit calcular quina és la diferència a - R per a aquest model. Llavors podem trobar el canvi de longitud el radi del vector p de qualsevol punt de la superfície terrestre. Aquests canvis són petits. Per a cap dels models de la Terra considerats teòricament, les fluctuacions màximes de longitud p sota la influència conjunta de la Lluna i el Sol no arriben al metre. És evident que aquests canvis no es poden mesurar directament. Per què hem d’inventar un oceà “sense pes”? Sí, perquè la marea a l'oceà real complica una mica el fenomen: condueix a canvis en el potencial gravitatori de la mateixa Terra. Les deformacions elàstiques de la Terra donen un efecte similar. La proporció del canvi del potencial gravitatori de la Terra amb el potencial extern, causant d’aquest canvi, es designa amb el símbol k. Els paràmetres h i k s’anomenen números d’amor, després del geofísic anglès que va introduir aquests paràmetres per caracteritzar les propietats mecàniques de la Terra en el seu conjunt. Són aquests paràmetres els que es calculen teòricament per a diferents models de la Terra; intenten determinar-los a partir de l’anàlisi d’observacions de diversos fenòmens. Quins són aquests fenòmens? Enumerem els més importants:
És el cas de la Terra absolutament sòlida. Però si tenim en compte que la Terra es deforma sota la influència de diverses forces, la imatge serà més complicada. Les forces de marea deformen la Terra de manera que la seva compressió canvia una mica tot el temps. Això significa que en el nostre model la massa de l'anell canviarà, i això, al seu torn, es manifestarà en fluctuacions periòdiques febles en la velocitat angular de la rotació de la Terra. Quan la seva compressió disminueix, la velocitat augmenta i la Terra comença a avançar uniformement Aquest és un dels aspectes del problema. Però les deformacions de la Terra afecten la seva rotació d’una altra manera. Per explicar exactament com, fem el següent experiment mental. Imaginem que la rotació de la Terra s’ha aturat i que la força centrífuga ja no hi actua. A més, si la Terra fos un cos absolutament sòlid, la seva forma seguiria sent la mateixa. Si la Terra fos un cos líquid, prendria la forma d’una bola regular. L'excés equatorial de masses, i amb ell l'anell del nostre model, desapareixerien del tot. Però a la Terra real, quan s’atura la seva rotació, entren en joc forces elàstiques internes. S'oposaran a les forces gravitatòries i, gràcies a això, la Terra seguirà sent un esferoide comprimit, tot i que la seva compressió disminuirà. Això significa que la massa de l'anell del nostre model també disminuirà. Quant? Aquesta és la pregunta principal, de la solució de la qual depèn l’avaluació de la duresa de la Terra. Vam observar que el període de nutació lliure és més curt, més gran és l'excés equatorial de masses, és a dir, la massa de l'anell. Per a una Terra absolutament sòlida, aquest període seria igual a 305 dies. En realitat, com mostra l’anàlisi de dades sobre el moviment dels pols de la Terra durant els darrers 70 anys, s’acosta als 430 dies. Això s'explicava pel fet que el període de nutació lliure no depèn de tot l'excés equatorial de masses, sinó només de la part d'aquesta que no desapareixeria si cessés l'acció de la força centrífuga. Per tant, és fàcil calcular que el cessament de la rotació redueix la massa de l'anell del nostre model en un 30%. (Més precisament, aquest anell es divideix en dos, i un d'ells, que conté aproximadament un terç de la massa total, sempre està establert en un pla perpendicular a l'eix instantani de rotació i no afecta el moviment d'aquest eix al cos de la Terra.) condicions, hi hauria un equilibri entre les forces gravitatòries que s’esforcen per convertir la Terra en una bola i les forces elàstiques que s’esforcen per mantenir la seva forma inalterada. Al llarg d’aquests treballs, es van perfeccionar algunes conclusions de la teoria de la rotació de la Terra amb un nucli líquid. Així, va resultar que la influència del nucli líquid hauria de provocar canvis en les amplituds d'algunes oscil·lacions de l'eix terrestre a l'espai (nutació forçada). També es manifesta en el fet que s’afegeix un moviment circular més feble amb un període proper als dies als components ja coneguts del moviment dels pols de la Terra. Trobar aquests efectes és un repte que es troba al límit de les capacitats de l’astronomia moderna. Però valia la pena provar-ho. Aquest intent el van fer els astrònoms ucraïnesos. Va resultar ser un èxit. En particular, N.A. Popov va aconseguir detectar, en observacions a llarg termini de dues estrelles zenit a Poltava, fluctuacions febles de latitud amb un període predit per la teoria de MS Modensky. Així, es van obtenir nous arguments a favor de la hipòtesi del nucli líquid de la Terra. Ara podem dir que la Terra en el seu conjunt sembla ser més forta que una bola d’acer buida amb una closca d’uns 3.000 km de gruix. No obstant això, es pot oposar el següent a aquesta avaluació. Totes les nostres conclusions es van treure de l’estudi de deformacions molt febles. Els podem utilitzar si hem de calcular les accions de forces que provoquen deformacions molt més importants i fins i tot amenacen la integritat del nostre planeta? Pel que sembla, és impossible sense ajustaments significatius.Però hi ha una amenaça de l’aparició de forces tan poderoses que siguin necessaris aquests càlculs? Això no passarà, diguem-ne, perquè el règim de rotació del nostre planeta es veurà pertorbat significativament? És difícil trobar motius naturals per això. No obstant això, amb el pas del temps, la gent no serà capaç de canviar la rotació de la Terra a la seva discreció? No és la primera vegada que es fa aquesta pregunta.
Tot i això, l'assumpte no va acabar en res. Va resultar que en els seus càlculs, els enginyers de la Companyia Àrtica van cometre un greu error: no van tenir en compte el fet que la Terra no és una bola, sinó que té una massa addicional al cinturó equatorial. Tenint en compte aquesta massa, un enginyer francès va fer nous càlculs i va demostrar que sota l'acció del tret projectat, els pols de la Terra es mourien sobre la seva superfície només 3 micres. És curiós que aquesta història, tal com s’explica al llibre "Rotació de la Terra" Els geofísics nord-americans Munk i MacDonald tenen una continuació moderna. En. Durant les eleccions presidencials de 1956, la senadora Estes Kefauver, candidata al càrrec de vicepresident, va dir que, com a resultat de les proves de bombes d'hidrogen, l'eix de la Terra es podria desviar 10 °. No obstant això, els càlculs precisos mostren el contrari. L'energia alliberada per l'explosió d'una bomba d'hidrogen de potència mitjana seria suficient per donar a un projectil que pesés un milió de tones una velocitat d'11 quilòmetres per segon. Però el retrocés d'un canó que hauria disparat hauria desplaçat el pol de la Terra en només una micra. “I 70 anys després de Jules Verne,- tingueu en compte els autors, - els membres del govern de Washington encara es neguen a reconèixer l'existència i la importància de l'excés equatorial de les masses "... En conseqüència, fins i tot els mitjans superpotents que ara tenen les persones són insuficients per tenir un efecte apreciable sobre la rotació de la Terra. Així, doncs, el nostre planeta és prou sòlid i durador com per suportar forces que actuen periòdicament o durant poc temps: només el deformen subtilment. Però l’efecte pot ser diferent si les forces actuen en la mateixa direcció durant milions d’anys. Probablement, en relació amb aquestes forces, la Terra no es comporta com un idealment elàstic, sinó com un cos plàstic que canvia de forma, encara que de forma lenta, però significativa. Aquí arribem a les qüestions de l’evolució de la Terra i el paper que hi tenen els processos interns. Creen tensions al cos de la terra, de vegades superen la seva força final. És possible que al mateix temps les deformacions de les marees de la Terra i fins i tot les lleus alteracions de la constància de la seva rotació, de vegades, tinguin el paper de "desencadenant", és a dir, aquest darrer xoc que provoca ruptures i canvis a l'escorça i el mantell de la Terra. Aquests darrers fenòmens, al seu torn, poden influir en la rotació de la Terra i ara els geofísics i els astrònoms estan buscant activament manifestacions d’aquesta influència. E. Fedorov |
"Oh, si aquest cos massa pesat es fon, es dissol i es converteix en rosada!" El famós geofísic anglès Harold Jeffries va prendre aquestes paraules de Hamlet com a epígraf a un dels capítols del seu llibre "Terra".
Per provar hipòtesis sobre les propietats del nucli, és natural recórrer a l’experiència. Però, de quin tipus d’experiència podem parlar quan estem davant d’un cos de la mida de la Terra? De fet, per tal de provar la resistència de qualsevol producte, es mostra una mostra d’aquest producte en una màquina especial, estirada-hi, torçada o comprimida. En aquest cas, es registren tant les forces aplicades com la deformació de la mostra. Però no tenim l’oportunitat, al nostre criteri, d’aplicar forces a la Terra suficients per canviar-ne la forma fins i tot lleugerament. Hem de conformar-nos amb allò que dóna la naturalesa mateixa.
Si l'eix de rotació de la Terra és perpendicular al pla de l'anell, és a dir, coincideix amb l'eix de simetria del model, la força centrífuga no afectarà la rotació del model: només estirarà l'anell. Però tan bon punt l’eix de rotació es desvia de l’eix de simetria, l’acció de la força centrífuga comença a manifestar-se com l’acció d’un parell de forces que, per dir-ho d’alguna manera, pretén conciliar els eixos esmentats. No obstant això, l'efecte resulta ser una mica inesperat: l'eix de rotació no està alineat amb l'eix de simetria, sinó que comença a moure's al seu voltant, descrivint una superfície cònica al cos de la Terra. Aquest moviment s’anomena nutació lliure i el seu període és més curt, més gran és la massa de l’anell.
La seva història comença amb una novel·la de Jules Verne "Al revés"... Explica el projecte de la companyia industrial àrtica de girar l’eix terrestre en un angle de 23 °, fent servir per això l’empenta que el canó pot donar a la terra a causa del retrocés quan es dispara. Segons els càlculs dels enginyers de l’esmentada empresa, per a això és necessari llançar un canó de 180 mil tones del canó. Aquest projecte va despertar primer interès, després ansietat i, finalment, pànic, ja que la seva implementació comportaria moltes conseqüències desastroses.
| Què és una gàbia? | Bidimensionalitat fisiològica de la informació: mecanismes i conseqüències |
|---|
Noves receptes
