В.А. Магницкий - Общая геофизика (1119278), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

При этом вращающийся газопы­левой диск вытягивался в экваториальной плоскости. Как впервыепредположил Лаплас, околосолнечное облако образовалось после то­го, как вещество было выброшено с солнечного экватора, когда цент­робежная сила превысила силы тяготения.В результате передачи момента количества движения от Солн­ца к облаку (возможно, за счет взаимодействия магнитного поляСолнца (~ 1Гс) с ионизованной частью облака) вращение Солнцазамедлилось, облако расширилось до размеров всей Солнечной сис­темы.С перераспределением от Солнца к облаку момента количествадвижения связана общая потеря энергии вращения, что могло про­изойти вследствие излучения облаком частиц высокой энергии привнезапных возмущениях магнитного поля. При этом могли образо­ваться легкие элементы, например литий, и некоторые короткоживущие радиоактивные изотопы, например А126.При интенсивном истечении первичных Н и Не в окружающеепространство началась химическая дифференциация: на месте буду­щих внешних планет концентрировались Н и Не, на месте планетземной группы — кремний, железо и магний.По мере охлаждения околосолнечное облако конденсировалось впылинки и более крупные частицы, двигавшиеся по эллиптическиморбитам вокруг Солнца в поле его тяготения.Частицы с близкими орбитами сталкивались и слипались, выра­стая до размеров крупных тел.

Когда тела достигли размеров 1 км иболее, процесс столкновения и слипания усилился за счет тяготения.В конечном счете образовались планеты, их спутники и астероиды.Большая часть газа и пыли, составлявших первичное облако, заклю­чена в этих телах или же рассеялась в пространстве.В процессе аккреции момент количества движения продолжалпередаваться пока неизвестным способом от облака к новообразован­ным планетам и спутникам.На начальных стадиях аккреции малые тела, возможно, сильноразогревались из-за распада радиоактивных изотопов, в частности А126.Эти изотопы могли появиться в результате облучения облака части­цами высокой энергии.

Разогрев мог вызвать разделение железони­келевой и силикатной фаз и другие тепловые процессы в образовав­шихся телах. Метеориты возникли в результате разрушения некото­рых тел.Процесс образования Солнечной системы в основном закончилсяоколо 4,5 млрд лет назад, и с тех пор общая структура системы непретерпела существенных изменений. За это время могли произойтизахваты планетами спутников, а скорость вращения планет, особенноМеркурия, Венеры и Земли, могла замедлиться под воздействиемприливного трения.ГЛАВА 1ГРАВИ ТАЦ ИЯ И ФИГУРА ЗЕМ ЛИЗЕ М Л Я И ДРУ ГИ Е П ЛАНЕТЫСОЛН ЕЧН ОЙ СИ СТЕМ ЫЗемля — космическое тело. Как уже было отмечено, ее происхож­дение и эволюция связаны с происхождением и эволюцией Солнеч­ной системы, Галактики и Вселенной.Рассмотрим некоторые основные параметры нашей планеты каккосмического тела и сравним их с аналогичными параметрами другихпланет.Под планетами понимают космические тела, масса которых из­меняется в пределах 1017-1 0 26 т.

Вещество в планетах находитсяв конденсированном состоянии и эволюционирует за счет процес­са гравитационной дифференциации, радиогенной энергии и т.д. Те­ла с массами ниже 1017 т не эволюционируют, так как время ихэволюции порядка времени образования (аккумуляции). В косми­ческих телах с М > 1026 т начинают протекать термоядерные реак­ции, свойственные звездам.К настоящему времени в Солнечной системе обнаружено 9 пла­нет, 32 спутника, более 150 тыс.

астероидов, около 100 комет. Всепланеты движутся вокруг Солнца в одном направлении: в направле­нии вращения Солнца, по эллиптическим, близким к круговым орби­там, почти в одной плоскости — плоскости эклиптики. Большинствоспутников планет также обращается в плоскости эклиптики. В том женаправлении происходит вращение планет, кроме Венеры и Урана.Положение практически всех планет и спутников в одной плоскос­ти — тонком диске — дало основание предполагать, что все ониобразовались из газа (или газопылевого облака), сконденсировавше­гося в такой диск. Фактически вращение происходит вокруг общегоцентра масс всей Солнечной системы.Ось вращения Солнца составляет 7 к нормали к эклиптике. На­клоны осей вращения планет (см.

табл. 1) предположительно объ­ясняются воздействием на них космических тел. В частности, на­клон оси Земли на 23,5° связывается с падением на нее тела диа­метром примерно 1000 км и массой 1018 т. Подобными же причи­нами объясняются наклоны осей и обратное вращение Венеры иУрана.Планеты делятся на две группы: внутренние (Меркурий, Венера,Земля, Марс) и внешние (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон).Внутренние планеты подобны Земле: имеют сравнительно небольшиеразмеры и высокие плотности за счет содержания тяжелых оксидов иналичия железистого ядра. Для этих планет характерны повышеннаяконцентрация углерода, азота и кислорода и недостаток водорода игелия.

Внешние планеты в свою очередь делятся на две подгруппы:планеты-гиганты Юпитер и Сатурн (их радиусы соответственно 11 и9 земных), состоящие в основном из смеси водорода и гелия, и пла­неты Уран, Нептун и Плутон, состоящие из водорода в соединениис углеродом, азотом и кислородом (в основном вода в жидком и льди­стом состоянии). Между внутренними и внешними планетами распо­лагается пояс каменных астероидов (малых планет), число которыхпревосходит 3 тыс. Средний период обращения астероидов 4,7 года.Самая большая из малых планет — Церера, 770 км в диаметре, массаоколо 1/8000 массы Земли.

Самые малые имеют диаметр около 1 км.Ближе, чем Меркурий, подходит к Солнцу Икар, к Сатурну ближевсего подходит Гидальго.Ф И ГУРА ЗЕ М Л ИИ СИ ЛА Т Я Ж Е С Т ИПриступая к изучению явлений, происходящих на Земле и в efнедрах, естественно прежде всего рассмотреть вопрос о том, каковобщий вид, или фигура, Земли. Мысль о том, что Земля имеет фор­му шара, была высказана Пифагором еще в 530 г.

до н.э. Эратосфенв 200 г. до н.э. сделал первую попытку определить размеры земно­го шара. Измерив на поверхности некоторую дугу Ъ большого кругаи соответствующий ей центральный угол <р, Эратосфен определилрадиус R Земли из соотношенияb = R<p.(1.1)Только в конце XVII столетия форма и размеры Земли сталирассматриваться не только как геометрическая, но и как физическаяпроблема. Ньютон в “Математических началах натуральной фило­софии” изложил теорию фигуры Земли на основе закона всемирно­го тяготения. Он был первым, кто показал, что из-за вращения Землй должна быть не сферой, а эллипсоидом вращения, полярный ра­диус R п которого меньше экваториального R э, т.е. Земля сплюсну­та по оси вращения.

Ньютон впервые вычислил сжатие Земли поформуле* = (R 3 - R n)/ R 3-(1.2)Рассмотрим однородную пластичную модель Земли, котораяне вращается вокруг оси. В этом случае сила тяжести, действую­щая на единицу массы на поверхности, была бы направлена к цент­ssРис. 1.1. Модель круглой вращаю­щейся Земли. М А — сила тяжести,/ ц — центробежная сила, / — гори­зонтальная проекция /ленная к экватору, направ­Рис. 1.2. Модель эллипсоидальной враща­ющейся Земли.

М А — сила тяготения, М А 1УМ А 2 — ее вертикальная и горизонтальнаяпроекции, / ц, Д , / 2 — центробежная сила и еевертикальная и горизонтальная проекцииру. Обозначим эту силу вектором МА. Земля в этом случае име­ла бы форму шара с радиусом R = ОМ (рис. 1.1). В результате вра­щения появляется центробежная сила f ll = a>2 R cos <р’. Под вли­янием двух сил МА и / однородный пластичный шар должен при­нять такую форму, которая в каждой точке нормальна к резуль­тирующей силе МЛр являющейся векторной суммой сил МА и / .Такой формой будет эллипсоид вращения.

В случае эллипсоида нор­мально к поверхности будет направление М А Х (рис. 1.2). Каж­дую из двух сил МА и / можно разложить на составляющие, ори­ентированные по МАу и по перпендикулярному к М А Х направле­ниям. Для того чтобы единичная масса в точке М была в равнове­сии, необходимо, чтобы составляющая силы тяготения М А 2 быларавна составляющей центробежной силы / 2 илиМА sin у = со2 R cos <р' sin <р.Если это равенство не выполнено, то возникнет сила, стремящаясясместить единичную массу к экватору или к полюсу. В направлениипо нормали на единичную массу будет действовать силаМ А Х —f\ = МА cos у —со2 R cos <р' cos <р,которая и определяет ускорение свободного падения g.

При условии,что <р ~ <р’, получаемg = МА cos у — а>2 R cos2 <р.( 1. 3)17В связи с тем что перпендикулярная к М А j составляющая цент­робежной силы в случае сплющенной Земли уравновешивается со­ответствующей составляющей силы тяжести, мы, находясь на по­верхности вращающейся Земли, не ощущаем ее вращения. В случаекруглой Земли на единичную массу в точке М действовала бы сила /(см. рис.

1.1), направленная к экватору. Разность нормальных со­ставляющих силы тяготения и центробежной силы на реальной Зем­ле является силой тяжести (1.3), зависящей от географической ши­роты.Все сказанное справедливо для модели однородной Земли. На са­мом деле плотность в Земле возрастает к центру и задача усложня­ется. Решение для слоев с различной плотностью получено Клеров 1743 г.В действительности вопрос еще более сложен. Если для значитель­ной толщи Земли можно установить некоторый закон измененияплотности, то для верхней части — земной коры — это сделатьневозможно.

Поэтому поверхность Земли нельзя описать ни однойиз известных аналитических поверхностей. Поверхность Земли опи­сывается индивидуальной фигурой — геоидом (Листинг), под кото­рым понимается уровневая поверхность силы тяжести и центробеж­ной силы, совпадающая со спокойной поверхностью воды в океа­нах и в мысленно прорезывающих все континенты бесконечно узкихканалах, соединяющих океаны. Расхождение между поверхностямигеоида и эллипсоида (референц-эллипсоид, сфероид) не превосходитнескольких десятков метров, в то время как разность Яэ и R n сос­тавляет 21,385 км.

Характеристики

Список файлов книги