6. Нормальное гравитационное поле и его аномалии.

Гравитационное поле Земли имеет сложную структуру, обусловленную неоднородностью вещества земной коры и мантии. Поэтому его принято разделять на две части: нормальное гравитационное поле иостаточное аномальное поле.

Земной эллипсоид наилучшим образом аппроксимирует основную уровенную поверхность Земли – геоид. Этот эллипсоид наз. уровенным эллипсоидом. По его параметрам определяют нормальную силу тяжестиg₀, нормальный потенциал и другие характеристики нормального гравитационного поля.

Реальные значения силы тяжести g, наблюдаемые в различных частях земной поверхности, отличаются от нормального ее значенияg_0.Разностьg_a=g–g₀в пункте наблюдений называютаномалией силы тяжести g_a(гравитационной аномалией). Величинаg_aобусловлена залеганием на глубине тяжелых или легких горных пород и руд. Аномалии бывают положительными, обычно присущими глубоководным впадинам океанов, и отрицательными – в высокогорных областях материков и в районах залегания легких горных пород и руд.

Обычно на поверхности Земли значение g_aсоставляет несколько десятых долей 1см/с², достигая иногда и целых единиц в горах и глубоководных впадинах. Так, аномалии силы тяжести в Марианской впадине на глубине 8740 мg_a= - 0,244 см/с², а в свободном воздухе г. Мауна-Кеа для высотыz= 4214 м составляет +0,669 см/с². Обычно значенияg_aотражают изменения гравитационного поля при переходе от одного типа земной коры к другому; они не коррелируют с положением материков и океанов; знакg_aне меняется на протяжении тысяч км. Чаще всего наблюдается неравенствоg g_aнад морскими и океаническими пространствами, а над материкамиg g_a. Подобные соотношения между реальными (g) и теоретическими (g₀) значениями ускорения свободного падения объясняются тем, что сравнительно малая масса воды океанов и морей компенсируется массой горных пород большой плотности (базальт, перидотит, имеющих плотность около 3,310³кг/м³). На материках под горными хребтами залегают, видимо, породы малой плотности. Все это означает, что на изменениеgвлияет геологическое строение района, т.е. неравномерное распределение плотностей масс внутри Земли.

Распределение аномалий силы тяжести по всей Земле дается на специальных картах. Наиболее мощная аномалия расположена в северной части Индийского океана вблизи полуострова Индостан. Здесь же располагается минимум геоида.

Ускорение силы тяжести обычно считают направленным к центру Земли по радиусу. Однако над местами сосредоточения аномальных масс вещества в недрах планеты наблюдается отклонение величины gот указанного направления. Для их выявления измеряют вертикальную и горизонтальную составляющие вектораgпо меньшей мере в двух точках, а его направление определяют по изменению силы тяжести и отклонению отвеса. Точка пересечения таких векторов является центром возмущающих масс. Если тело имеет сферическую форму, то его центр располагается точно в точке пересечения векторов, а при сплюснутой форме – выше точки.

Такие исследования важны прежде всего в морской съемке, поскольку основные аномалии геоида располагаются в толще океана. Массы, вызывающие океанические аномалии, обусловлены неоднородностями, расположенными на глубинах 400 – 900 км. Так, отрицательная аномалия Индийского океана связана с разуплотнением масс вещества мантии, обусловленного перемещением полуострова Индостан в процессе дрейфа материков. Продвигаясь на север, он оставил под собой вещество, менее плотное, по сравнению с составляющим соседние регионы. В результате и возникла здесь самая мощная аномалия.

При продвижении в глубь Земли сила тяжести изменяется и в центре Земли уменьшается до 0. Изменение силы притяжения с глубиной zможно описать формулойF = 0,3086z – 0,0838z,

из которой следует, изменение силы притяжения под земной поверхностью материков происходит пропорционально не только глубине, но и плотности среды . При этом в слоях небольшой плотности (2,2 г/см³) первый член этого выражения больше второго, и потому при углублении примерно до 3000 км (граница мантии и железистого ядра) сила тяжести возрастает (gдостигает максимума =10,68 м/с²). Но по мере дальнейшего ростаzплотность ядраплавно увеличивается и вследствие этого уменьшается сила тяжести. В центре земного шара сила притяжения по всем радиусам одинакова иg= 0.

7. Гравитационные явления и процессы.

Под гравитационным явлением понимается перемещение горных пород под влиянием силы тяжести с последующим их разрушением и накоплением в виде рыхлых грубообломочных отложений.

Гравитационные явления разнообразны, и их различие заключается в неодинаковой роли силы тяжести и воды в их образовании. По этому признаку на суше выделяют собственно гравитационные, гравитационно-аквальные и аквально-гравитационные явления.В морях, реках и озерах гравитационные явления носят названиегравитационно-субаквальных.

К собственно гравитационным явлениям относятобвалы, камнепады иснежные лавины.Они происходят полностью под действием силы тяжести, главным образом в горах с обрывистыми склонами. Описать обвалы и лавины!! В итоге образуются так наз.отвальные скопленияв форме вытянутых холмов с неровной, бугристой поверхностью.

Обвалы могут совершаться также в подземных пустотах, образуя на земной поверхности различные провалы, колодцы и воронкообразные углубления.

Наибольшее распространение на земной поверхности имеют гравитационно-аквальные явления.К их числу относятоползни, которые присущи горным и равнинным областям. В отличие от обвалов при оползнях отделившаяся по трещинам масса горных пород не летит вниз и не падает, а скользит по склону. Оползни развиваются на любых склонах гор, где существует переслаивание различных пород с глинистыми. В равнинной местности оползни приурочены к побережьям рек, озер и морей и характеризуются большим разнообразием форм и масштабов проявления.

Оползневое тело обычно движется по глинистым породам, представляющим собой водоупор для водоносного горизонта. Влага этого горизонта нарушает сцепление между составляющими частицами вышележащих пород и глинистым фундаментом и потому способствует развитию оползневых процессов. Это тело может иметь различную форму и размеры.

К аквально-гравитационным явлениям относят те, в образовании которых основную роль играет вода. Этооползневые потоки, оплывы исели, наблюдающиеся в горных районах. Их образование происходит во время активной геологической деятельности поверхностных и подземных вод, особенно при снеготаянии и ливневых жидких осадках. Вода, попадая в горные породы, уменьшает сцепление между составляющими их частицами и даже зернами. В результате породы приобретают текучую консистенцию, они разжижаются и под действием силы тяжести начинают сползать или даже стекать вниз по склону.

Четвёртый тип гравитационных явлений – гравитационно-субаквальные- происходят на подводных склонах рек, озер и морей. Здесь оползни возникают в основном под действием силы тяжести на относительно крутых склонах. Под влиянием своей массы подводный осадочный слой в виде илистых образований начинает ползти. Этот процесс усиливается массой обрушающихся берегов, создающей дополнительную нагрузку на оползающее тело подводного склона. Морские, озерные и речные оползни изучены еще недостаточно, хотя практическое значение их исследований велико.