Лекции по Физике Земли
.pdf
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Единицы поля силы тяжести
•«Напряженность поля», - сила тяжести дейстивующая на
единичную массу (численно равна ускорению, придаваемому этой массе).
Вгравиметрии напряженность поля называют «силой притяжения». «притяжением».
Единицысилы: |
кг м с2 |
СИ – ньютон = |
|
СГС – дина = |
г см с2 |
Единицыпритяжения:
Гл (галилео) – ускорение, которое приобретает масса 1 кг под действием силы 1 ньютон (F Земли =9.8 Гл),
гал - ускорение, которое приобретает масса 1 г под действием силы 1 дина (1 гал = 1 10-2 Гл)
В практике 1 мгал = 10-5 Гл
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Центробежная сила и ее притяжение
• |
Центробежная сила |
|
|
|
|
|
|
|
вызывается вращением Земли |
|
|
|
|
|
|
|
и направлена |
|
|
|
|
|
|
|
перпендикулярно оси ее |
|
|
|
|
|
|
|
вращения. |
|
|
|
|
|
|
• |
Центробежное ускорение |
|
|
|
|
|
|
|
равно центробежной силе, |
|
|
|
|
|
|
|
действующей на единичную |
|
|
|
|
|
|
|
массу. |
|
|
|
|
|
|
• |
V- лин. скорость вращения, |
|
|
|
|
|
|
• |
- угловая скорость |
C V |
|
|
C |
|
|
|
вращения |
2 |
2 |
||||
|
|
|
|
|
vk.com/club152685050Форма| vkЗемли.com/id446425943
•Соотношением этих двух сил определяется форма Земли, которая рассматривается как эквипотенциальная поверхность.
•1-е приближение Земли -сфера ,
•2-е приближение … - эллипсоид (20
км разница),
•3-е приближение – геоид – эквипотенциальная пов-ть (расходится
с эллипсоидом до 20 м).
•Пов-ть геоида в океанах совп-ет с ур-м невозмущенной пов-ти.
•G экватор=9.78 г/см3
•G полюс=9.83 г/см3
•G- увеличивается на 1/549 на полюсе
по сравнению с экватором
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Мелкомасштабная гравитация и изостазия
•Земля ведет себя, как если бы она имела твердую оболочку, плавающую в жидкой среде.
•Поверхностный слой может поддерживать собственными силами малые массы, но не массы мощностью в десятки км (горные цепи).
•Большие массы (частично) поддерживаются плавучестью , что приводит к изменению высоты поверхности в зависимости от денудации или дополнения масс.
•Эта «изостатическая компенсация» стремится уменьшить большие аномалии.
•Величина изостатической аномалии зависит от того, насколько данная область далека от «изостатического равновесия».
•2 причины нарушения изостатического равновесия:
-нагрузка появилаь сравнительно недавно,
-действуют силы, которые нарушают это равновесие.
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Концепция изостазии
•Представим: ведется съемка гравитационного поля с аэростата на одной высоте:
•Можно было бы ожидать, что над
горами «G» больше благодаря их
массе, но наблюденное поле часто много меньше расчетного (по величине и плотности гор).
•Гималаи, Анды – расхождение может достигать 1/3 расчетной
величины.
•Причина?
-горы имеют низкоплотный корень.
vk.com/club152685050Как образовался| vk.com/id446425943
этот корень?
•Объяснение: горы плавают согласно закону Архимеда.
•Закон Архимеда гласит:
•уменьшение веса тела равно весу жидкости, вытесненной частью тела,
погруженной в эту |
Деревянный |
жидкость |
блок взвешивается |
|
|
|
на пружине |
Блок плавает: вес = 0
Вес вымещенной воды равен весу блока в воздухе
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
•Пусть плавающий блок имеет слоистую структуру:
•Вес всего блока равен весу жидкости, вытесненной объемом блока, погруженного ниже поверхности жидкости.
•Снимем два слоя – уменьшится вес блока – объем погруженной части блока будет уменьшаться, пока не будет достигнуто равенство Архимеда (это закон изостатической компенсации).
•Литосфера (блок) – по плотности немного меньше астеносферы (жидкости) – схема айсберга, погруженная часть которого много больше надводной.
•Кора – наиболее плавучая часть литосферы – компенсация главным образом за счет утолщения коры (Гималаи, Тибет
– 9км гоы, до 70 км – корни).
Изменение мощности корней гор согласно
закону Архимеда
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Изостатический расчет
• Возьмем два блока с разной расслоенностью.
• Вырежем колонки. Если блоки в изостатическом равновесии (силы тяжести над ними равны), то веса колонок равны.
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Модели изостазии Эйри и Пратта
• Модель Эйри:
Литосферные блоки имеют одинаковую плотность. Возвышение над поверхностью компенсации, обеспечивается корнями литосферы.
(HLA L HAA A ) (HLB L HAB A )
• Модель Пратта:
Литосферные блоки имеют разные плотности, но погружены на одну шлубину. Выше блок – меньшая плотность.
•Модель Эйри чаще используется для континентов;
•Модель Пратта – для океанов.
HLA LA HLB LB
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Изостазия с региональной компенсацией
•Модели Эйри и Пратта требуют наличия вертикальных разломов на всю мощность литосферы – нет в природе.
•В реальных условиях более адекватна модель «листа фанеры».
-малый груз поддерживается силой упругости фанеры,
-средний груз – значительное прогибание листа. Удерживается частично силой фанеры, частично – плавучестью, равной весу вытесненной жидкости.
-большой груз - поддерживается главным образомплавучестью (классическая
изостатическая модель).
На континентах плавучесть проявляется при размерах объектов более 100 км; в океанах (тонкая литосфера) – при размерах объектов около 10 км.