В.С. Захаров, В.Б. Смирнов - Физика Земли (1119252), страница 16
Текст из файла (страница 16)
а мании, сва. и в айоне экватора составляет 5! см. Эти дефор 3 мле (н на поверхности) также занные с перемещением масс в, емле и лия>от на силу тяжести. то зияю . у . Э влияние сопоставимо с точностью со- Н 318 необходимо учитывать при обработке результатов. а ! ии в течение 12 суток. На рисунке выделяются ставлены вариации я в и 12-часовые штклы, связанные с вращением, емли, й с лунным месяцем (около 28 суток), уществует (!4 с к, 6 месяцев, целый набор периодов приливных воздействии, суто, 1 !Од и др.) ха,! нГаа !,5 0,5 оо Рис.
ЗЛ В. Вариации силы тяжести, связанные с пр и иливным воздействием с изменениями (по М!!зопз, 2003. Р. 44) 2,В ековые и зменения, связанные с изменением скорости вра- йствием щения Земли. ти изме . Э ' *пения также связаны с взаимодейс ною вз ия по Земле с Луной и приливами. При пробегании приливною взлутия по ие приливно<о трения (потери знергии в неупругих обовследствие приливн лочках) происхолит замедление скорости вра к постепенному увеличению продолжительности суток. Наличие та- 95 кого увеличения отмечено как лля последних 2600 лет, так и последних 250 лет, Среднее удлинение суток за 2600 лет равно 2,4 мс/100 лет, за последние 250 лет — 1,4 мс/100 лет (Ьэтупе, 2007). На рис. 3.!9 представлено изменение длительности суток за последние 2600 лет.
Длина суток в древности определялась по продолжительности полных солнечных затмений. яю о яю пхю гав зало гехи Рис. ЗЛ 9. Изменение длительности суток с 700 г до и э. до т 980 г. н. з., определенное иа основании наблюдений солнечных и лунных затмений с изменениями (по соттпе, 2007.Р. 56) Изменение скорости вращения Земли влияет на силу тяжести. Это происходит из-за наличия центробежной составляющей (второй член в (3.!2)). При постепенном замедлении скорости вращения Земли центробежная сила уменьшается, и сила тяжести в целом увеличивается. Это повышение, максимальное в экваториальной области, убывает к полюсам как косинус широты. Замедление вращения вызывает и вторичный эффект — уменьшение сжатия Земли (мы обсуждали это в раза.
3.4.7), что также приводит к изменению силы тяжести (уменьшению различий между я и я ). Однако зти эффекты весьма слабы и проявляются за очень длительное время. Приливное трение сказывается также и на Луне: из-за потерь знергни она постепенно отдаляется от Земли. В настоящее время скорость удаления составляет 3.7 см/год. Это также влияет на силу прил и англо воздействия, олнако довольно слабо. 3. Медленные изменения, связанные с глобальным перераспределением масс внутри Земли вследствие физических. химических, тектонических процессов, Примером таких процессов может служить конвекция в мантии Земли. 4.
Ььгсгрые изменения, связанные с влиянием сильных гемлетрясений, крупномасштабных атмосферно-климатических явлений (цнклоны и т.п.). Несмотря на то что влияние этих процессов небольшое по сравнению с перечисленными выше, оно фиксируется современными методами наблюдений, На рис, 3.20 прелставлены вариации высоты геоида для конца 2004 г., по данным Е)ВАСЕ (Сггах((у Кесотегу Апг) С!ппа(е Ехрепптеп( — проект, направленный на изучение гравитационного поля Земли и его временных вариаций с помощью космических спутников).
Видно, что вариации зги невелики (+ ! 5 мм) и распределены по поверхности весьма неравномерно. Значительные вариации сосрелоточены в экваториальной зоне Африки и Южной Америки и связаны, по-видимому, с атмосферными процессами — зто зоны тропических ложлей. Интерес представляет контрастная знакопеременная аномалия в районе северной Суматры, По всей вилимости, она связана с мелленными лвижениями в связи с подготовкой катастрофического суматринского землетрясения мм хю аии аю 2Вм ивг амя агв мк) вю жн ыо ии 2~1и .и -гг гау о 66' 1 Ю' ик 1ь -и.и.~ О-г..й а-г-г.*-3.2-г О 1 г 3 г г 6 т 6 г н и 1г и и и Виста ггвиаа, ик Рис. З.20.
Вариации высоты геоида дяя октября 2004 г. (по данным бйДСЕ: )г(тр:Отг иве.стг.ц(ехакег(ц/дгасеl) 26 декабря 2004 с с магнитудой М = 9,1. На это указывает„в частности, тот факт, что сразу после этого землетрясения указанная знакопеременная аномалии геоида исчезала. Таким образом, спутниковые наблюдения за гравитационным полем являются мошным инструментом в арсенале геофизиков. В целом поле силы тяжести Земли свидетельствует о том, что для нашей планеты в целом на геологических временах характерно состояние гидростатического (геостатического) равновесия.
Контрольные вопросы !. Какими методами изучается гравитационное поле Земли'. 2. Как связаны между собой сила тяжести, вращение и фигура Земли? 3. Что такое гравитационный потенциал". 4. Напишите и дайте пояснения по уравнению лля гравитационного потенциала. 5. Как уравнение для гравитационного потенциала решается через сферические функции? 6. Что такое зональные, секторальные и тессеральные сферические функции? 7. Как используются спутниковые данные о гравитационном позе Земли? Х. Как выглядит разложение потенциала силы тяжести по сферическим функциям? 9.
В чем физический смысл коэффициентов разложения потенциала силы тяжести? 10. Каковы количественные соотношения зональных и тессеральных гравитационных моментов разных порядков? ! 1, В чем состоит принцип разделения нормального и аномального потенциала силы тяжести? 12. Оцените вклад центробе:киото члена в потенциал силы тяжести. 13. Сформулируйте понятие фигуры Земли. 14. Что такое геоид? 15. Что такое нормальная фигура Земли? 16'. Что такое сфероид Клеро, каким уравнением описывается? 17.
Как описывается сила тяжести на сфероиде Клеро? ! Х. Сформулируйте понятие референц-эллипсоцда. Чем отличаются референц-эллипсоиды? 19. Каково соотношение высот геоида и референц-эллипсоида? 20. Насколько фигура Земли соответствует фигуре равновесия врашаюшейся жидкости? 21. Какова степень отклонения Земли от гидростатического равновесия? 22. О чем свидетельствует отклонение Земли от гидростатического равновесия? 23.
Сформулируйте понятие гравитационных аномалий. 24. Что такое гравитационные аномалии в свободном воздухе? 25. Что такое гравитационные аномалии Буге? 26. Сформулируйте понятие нзостазии. 27. Что такое локальная изостазня? 28. В чем отличие изостатических схем Эрн от схем Пратта? 29. Сформулируйте понятие изостатических аномалий. 30. Как степень изостатической компенсации проявляется в аномалиях в своболном воздухе, аномалиях Буге, нзостатических аномалиях? 3Б Какие причины вызывают изменение силы тяжести во времени? Глава 4 ОСНОВЫ СЕЙСМОЛОГИИ 4.). СЕЙСМИЧЕСКИЕ ВОЛНЫ 4.1.).
Сейсмические и влеитромагнитные волны— источник информации о строении Земли Зля изучения внутреннего строения Земли необходимо использовать процессы, иссушив информаггию из ее глубинных слоев на поверхность. При ьчом наиболее подходяшими яггляются процессы, кгпорые в наибольшей степени локгшизованы в пространстве. Количественная мера локалиэаиыи определяет разреягаюиую слособиосмь метода. Такими процессами прежде всего являются вгмггы, распространяющиеся через Землю. Это рггзреягеяае опредеггя«гся длиной волны.
В Земле могут распространяться механические !сейсмические) и электромагнитные волны, Исследуя картину их распространения через различные области, можно получать информацию о свойствах вешества в этих областях. иными словами, осуществлять юлдяро«аяие Земли, Рассмотрим возможности, предоставляемые нам сейсмическими и электромагнитными волнами. 1. С«йгмииескя« волны, Затухание сейсмических волн, обусловленное неупругостью вешества Земли !вязкостью), увеличивается с нарастанием частоты гсм. гл.
2), Это обстоятельство ограничивает. сверху частотный диапазон волн. приголных для нсслелования Земли. /)ля решения глобальной залачи -- исследования всех областей недр — необходимо испольювать волны. проходяшие через всю Землю. Современные сейсмические инструменты уверенно фикснрукгт волны с периолами 1)"- 1) г, проходяшне через всю Землю.
Средняя скорость объемных волн в Земле: с - 1О км/с, сл - 6 км/с. Следовательно, разрешение метода при использовании Р-волн Л/, - )./4 = с )7~4 — 3 км. 2. Злектромагниглные волньг. Скорость электромагнитных волн определяется выражением чгер где с: 3 !О' км/с — скорость света в вакууме; «и р — соответствейно диэлектрическая н магнитная проницаемости. Вешество Земли вплоть до ядра можно в грубом приближении рассматривать 1ОО как диэлектрик и пола~ать е — р — 1. Тогда для получения самого <плохого» разрешения при использовании электромагнитных вгп!н Л(, '"" - )! .„г2 — 3.10з км необходимо взять волну с частотой ч = с/М„~»" — 100 Гц. Эта волна проникает в Землю па глубину, ограниченную скин- эффектом: где е = 1/(Збх).10га Ф/м — диэлектрическая постоянная, ю =- 2яу, р — удельное сопротивление.
Для верхних слоев Земли можно принятьр — 10з--!ОзОм м. Для г= 100 Гц находим Ь- (0,5-1,5) км. Таким образом, электромагнитные волны не позволяют зондировать недра Земли. Для обеспечения глубины зонлирования Ь вЂ” 1000 км необходимо использовать электромагнитные колебания с периодом два-шесть месяцев. Ясно, что такой процесс несет информацию о свойствах вешества Земли интегрально и во всем слое от 0 до 1000 км, Интегральная информация имеет определенное значение для выяснения строения и физики Земли, однако, ее ценность, конечно, ниже «дифференциальной» информации, получаемой при волновом юндировании. Заметим, что интегральную информацию о строении Земли можно также получить из наблюдений за другими геофизическими полями: гравитационным и магнитным, а также тепловым потоком и др.
Таким образом, сейсмолог ия дает наиболее полную и подробную информацию о строении Земли. Именно поэтому построение различных моделей Земли (распределение упругих модулей, плотности. электропроводности, теплопроводности и др.) опирается на сейсмическую модель — скоростной разрез Земли, 4.1.2. Принципы регистрация сейсмических колебаний регистрировать приход сейсмической волны умели уже в древнем Китае. Чжин Хэл в !32 к изобрел прибор, позволявший не только регистрировать момент прихода сейсмической волны, но и определить направление на эпицентр землетрясения. те. некое подобие современного сейсмографа (рис. 4.1, а).
В пасть каждого из восьми позолоченныхдраконов вложен шарик. при этом один из них, падая гв! в открытый рот позолоченной лягушки, сияя (цей под драконом, указывает направление, из которого приходит волна землетрясении, Джон Милл в 188З г, высказал предположение о том, что землетрясение г((ц)ктически любой силы можно зарегистрировать в любой точке Земли. В 1889 г.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
