Снага Земље |
|
Заиста, шта би било са Земљом кад би се претворила у течност? Знајући из свакодневног искуства да чврсте материје губе свој облик топљењем, могли бисмо очекивати да се исто догоди и са Земљом. Али у стварности то се неће догодити. За оне предмете с којима имамо посла у практичном животу, способност одржавања форме је последица сила које делују између блиских атома. Али таква "Прекомерна тежина" тела, попут Земље, гравитациона сила такође почиње да игра суштинску улогу, којом читава маса Земље привлачи сваку своју честицу. У основи би то обезбедило очување садашњег облика Земље, чак и да је наша планета постала течно тело. Сходно томе, приликом израчунавања деформација Земље и процене њене чврстоће у целини (а не појединачних узорака стена), потребно је узети у обзир и еластична својства Земљине материје и утицај гравитације на њу. Лабораторије проучавају механичка својства стена узетих из спољног слоја Земље дебљине само неколико километара. Овај слој утиче на чврстоћу Земље у целини мало више него што танак слој боје нанесен на њену површину утиче на чврстоћу металне кугле. Информације о дубљим слојевима Земље пружају нам углавном проучавањем ширења сеизмичких таласа. Није ни чудо што је академик Б. Б. Голитсин назвао земљотрес фењером, који нам, трепћући на тренутак, омогућава да видимо унутрашњост Земље. Али, развијајући ово поређење, морамо рећи да светлост таквог фењера пригушује на дубини од 2900 км од Земљине површине. Испод је језгро Земље кроз које пролазе само уздужни сеизмички таласи. Дакле, да би се проценила снага Земље у целини, мора се размотрити проблем деформација и напрезања гравитационе кугле која се састоји од нехомогене еластичне љуске и језгра. Може се сматрати познатим како се густина и еластична својства љуске мењају са дубином. Што се тиче језгра, треба почети са хипотезама. Дакле, природно је претпоставити да је језгро, можда са изузетком његовог централног дела, у течном стању, јер попречни сеизмички таласи кроз њега не пролазе. (Имајте на уму да је хипотеза о течном језгру Земље разматрана и пре појаве сеизмологије. Али онда је то оповргнуто, јер се веровало да је Земљина љуска дебела само неколико километара или десетине километара, а таква љуска са течно језгро, како је показао В. Тхомсон, било би разбијено плимом у језгру.)
Плимне силе непрекидно делују на Земљу, истежући је дуж правих линија које повезују центар Земље са центрима Месеца и Сунца. Површина Земље се савија под оптерећењем ваздушних маса у областима са високим атмосферским притиском. На све честице Земље делује центрифугална сила усмерена окомито на осу ротације Земље.Јасно је да ће се смер ове силе променити ако се промени положај осе ротације у телу Земље. А чињеница да се то заиста догађа утврђена је крајем прошлог века. Могу се израчунати величине и правци горе наведених сила. Ако тада узмемо било који модел Земље, тада можемо теоретски пронаћи и деформацију Земље када се на њу примене те силе, на пример, израчунати како ће се променити растојања различитих тачака на земљиној површини од њеног центра. Узмимо за пример плимну силу која, као што је речено, протеже Земљу дуж праве линије која повезује њен центар О са центром Л узнемирујућег светиљке: Месеца или Сунца. Под њеним утицајем, површина Земље, ако би била правилна сфера полупречника Р, попримила би облик елипсоида ротације са полу-великом осом усмереном на Л. Претпоставимо да смо успели да израчунамо колика је разлика а - Р је једнако за овај модел. Тада можемо наћи промену дужине полупречника вектора п било које тачке на земљиној површини. Ове промене су мале. Ни за један од теоретски разматраних модела Земље, максимална колебања дужине п под комбинованим утицајем Месеца и Сунца не достижу један метар. Јасно је да се такве промене не могу мерити директно. Зашто смо морали да измислимо „бестежински“ океан? Да, јер плима у стварном океану донекле компликује појаву: доводи до промена гравитационог потенцијала саме Земље. Еластичне деформације Земље дају сличан ефекат. Однос промене гравитационог потенцијала Земље и спољног потенцијала, која је та промена узрокује, означен је симболом к. Параметри х и к називају се љубавним бројевима, према енглеском геофизичару који је први увео ове параметре да би окарактерисао механичка својства Земље у целини. Ови параметри су теоретски израчунати за различите моделе Земље; покушавају да их утврде анализом запажања различитих појава. Који су то феномени? Наведимо најважније од њих:
То је случај са апсолутно чврстом Земљом. Али ако узмемо у обзир да је Земља деформисана под утицајем различитих сила, слика ће бити сложенија. Плимне силе деформишу Земљу тако да се њена компресија стално мења. То значи да ће се у нашем моделу маса прстена променити, а то ће се, пак, манифестовати у слабим периодичним флуктуацијама угаоне брзине ротације Земље. Када се његова компресија смањи, брзина се повећава и Земља почиње равномерно да претиче Ово је једна страна проблема. Али деформације Земље утичу на њено окретање на други начин. Да бисмо тачно објаснили како, направимо следећи ментални експеримент. Замислимо да је Земљина ротација заустављена и центрифугална сила више не делује на њу. Штавише, да је Земља апсолутно чврсто тело, њен облик би остао исти. Да је Земља течно тело, добила би облик правилне лопте. Екваторијални вишак маса, а с њим и прстен у нашем моделу, тада би потпуно нестали. Али на стварној Земљи, када се заустави њено окретање, унутрашње силе еластичности ступају у игру. Они ће се супротставити гравитационим силама и захваљујући томе Земља ће и даље остати стиснути сфероид, иако ће се његова компресија смањити. То значи да ће се и маса прстена нашег модела смањити. Колико? То је главно питање, од чијег решења зависи процена тврдоће Земље. Приметили смо да је период слободне нутације краћи, што је већи екваторијални вишак маса, односно маса прстена. За апсолутно чврсту Земљу овај период би био једнак 305 дана. У стварности, како показује анализа података о кретању Земљиних полова током протеклих 70 година, то је близу 430 дана. То је објашњено чињеницом да период слободне нутације не зависи од целокупног екваторијалног вишка маса, већ само од његовог дела који не би нестао кад би престало дејство центрифугалне силе. Отуда је лако израчунати да престанак ротације смањује масу прстена нашег модела за 30%. (Тачније, овај прстен је подељен на два, а један од њих, који садржи око трећину укупне масе, увек је постављен у равни која је окомита на тренутну осу ротације и не утиче на кретање ове осе у Земљино тело.) Горњи број показује под којим условима би постојала равнотежа између гравитационих сила које теже да Земљу претворе у куглу и еластичних сила које теже да свој облик задрже непромењеним. Током ових радова усавршени су неки закључци теорије ротације Земље са течним језгром. Тако се испоставило да би утицај течног језгра требало да доведе до промена амплитуда неких осцилација земљине осе у свемиру (принудна нутација). Такође се манифестује у чињеници да се већ познатим компонентама кретања Земљиних полова додаје још једно слабо кружно кретање са периодом близу дана. Проналажење ових ефеката је изазов који лежи на граници могућности савремене астрономије. Али вредело је покушати. Такав покушај учинили су украјински астрономи. Показало се успешним. Посебно је Н.А.Попов успео да открије, у дуготрајним посматрањима две зенит звезде у Полтави, слабе флуктуације географске ширине са периодом предвиђеним теоријом М.С.Моденског. Тако су добијени нови аргументи у корист хипотезе о течном језгру Земље. Сада можемо рећи да је Земља у целини јача од шупље челичне кугле са љуском дебљине око 3.000 км. Међутим, на такву оцену може се приговорити следеће. Сви наши закључци изведени су из проучавања врло слабих деформација. Да ли их можемо користити ако морамо израчунати дејства сила које узрокују много значајније деформације и чак угрожавају интегритет наше планете? Изгледа да је то немогуће без значајних прилагођавања.Али да ли постоји опасност од појаве тако моћних сила да ће такви прорачуни постати неопходни? Да ли се то неће догодити, рецимо, јер ће режим ротације наше планете бити знатно нарушен? Природне разлоге за то је тешко наћи. Међутим, с временом, људи неће моћи да промене ротацију Земље по сопственом нахођењу? Ово није први пут да се поставља ово питање.
Међутим, ствар се није завршила ни у чему. Испоставило се да су инжењери Арктичке компаније у својим прорачунима направили грубу грешку: нису узели у обзир чињеницу да Земља није лопта, већ има додатну масу у екваторијалном појасу. Узимајући у обзир ову масу, један француски инжењер је извршио нове прорачуне и показао да ће се под дејством пројектованог хица полови Земље померити на њеној површини за само 3 микрона. Знатижељан да је ова прича, како је испричана у књизи "Ротација Земље" Амерички геофизичари Мунк и МацДоналд, имају модеран наставак. У. Током председничких избора 1956. године, сенатор Естес Кефаувер, кандидат за место потпредседника, рекао је да би као резултат испитивања водоничних бомби Земљина ос могла бити скренута за 10 °. Међутим, тачни прорачуни показују супротно. Енергија ослобођена експлозијом водоничне бомбе средње снаге била би довољна да пројектил тежак милион тона добије брзину од 11 километара у секунди. Али одбој топа који би испалио такав хитац померао би Земљин пол за само један микрон. „И 70 година након Жила Верна,- напомињу аутори, - чланови владе Вашингтона и даље одбијају да признају постојање и значај екваторијалног вишка маса “... Сходно томе, чак и супермоћна средства која људи сада поседују нису довољна да имају било какав значајан ефекат на ротацију Земље. Дакле, наша планета је довољно чврста и издржљива да издржи силе које делују периодично или на кратко: они је само суптилно деформишу. Али ефекат може бити другачији ако снаге делују у истом смеру милионима година. Вероватно се, у односу на такве силе, Земља понаша не као идеално еластично, већ као пластично тело које мења свој облик, додуше полако, али значајно. Овде долазимо до питања еволуције Земље и улоге коју унутрашњи процеси играју у томе. Они стварају напрезања у земаљском телу, понекад премашујући његову крајњу снагу. Могуће је да истовремено плимне деформације Земље и чак благи поремећаји у постојаности њене ротације понекад играју улогу „окидача“, односно оног последњег шока који узрокује пукнућа и померања у Земљиној кори и плашту. . Потоњи феномени, пак, могу утицати на ротацију Земље, а геофизичари и астрономи сада активно траже манифестације овог утицаја. Е. Федоров |
"Ох, ако би се и ово, претешко тело истопило, растворило, постало роса!" Познати енглески геофизичар Харолд Јеффриес узео је ове Хамлетове речи као епиграф једног од поглавља своје књиге "Земља".
Да бисмо тестирали хипотезе о својствима језгра, природно је окренути се искуству. Али о каквом искуству можемо да разговарамо када имамо посла са телом величине Земље? Заправо, да би се испитала чврстоћа било ког производа, узорак овог производа ставља се у посебну машину, растеже у њој, увија или стисне. У овом случају истовремено се бележе и примењене силе и деформација узорка. Али ми немамо могућност, према нашем нахођењу, да применимо на Земљу силе довољне да макар мало промене њен облик. Морамо бити задовољни оним што сама природа даје.
Ако је Земљина ос ротације окомита на раван прстена, односно поклапа се са осом симетрије модела, центрифугална сила неће утицати на ротацију модела - она ће само протезати прстен. Али чим оса ротације одступи од осе симетрије, дејство центрифугалне силе почиње да се манифестује попут дејства пара сила, који као да жели да помири поменуте осе. Међутим, испоставља се да је ефекат помало неочекиван: ос ротације није поравната са осом симетрије, већ почиње да се креће око ње, описујући конусну површину у телу Земље. Ово кретање назива се слободна нутација, а његов је период краћи, што је већа маса прстена.
Његова прича започиње романом Жила Верна "Одоздо према горе"... Говори о пројекту Арктичке индустријске компаније за окретање земљине осе под углом од 23 °, користећи за то потисак који топ може дати земљи због трзаја приликом пуцања. Према прорачунима инжењера поменуте компаније, за ово из топа треба испалити гранату тешку 180 хиљада тона. Овај пројекат изазвао је прво интересовање, затим узбуну и, коначно, панику, јер би његова примена довела до многих катастрофалних последица.
| Шта је кавез? | Физиолошка дводимензионалност информација: механизми и последице |
|---|
Нови рецепти
