Лекции по Физике Земли
.pdf
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Напряженность силы тяжести (или «сила тяжести») равна векторной сумме «ньютоновской» и центоробежной составляющих.
g F C
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Ускорение свободного падения в любой точке поверхности Земли в зависимости от географической широты описывается законом Клеро:
где: ge - сила тяжести на экваторе,
•gf - сила тяжести на широте f,
•b - коэффициент.
•
g ge (1 sin 2 )
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Сила тяжести Земли претерпевает изменения во времени.
Лунно-солнечные вариации силы тяжести обусловлены влиянием Луны и Солнца. С притяжением Луны, в
частности, связано возникновение приливов и отливов в Мировом океане. Характерные амплитуды лунно- солнечного притяжения – 0,05–0,10 мгал. Неприливные
вариации обусловлены перераспределением масс в атмосфере, гидросфере Земли и в её недрах, гляциоизостатическими движениями, физико-
химическими преобразованиями вещества в коре и мантии Земли, перемещениями внутреннего ядра и т.п.
Техногенные вариации силы тяжести, связанны с добычей углеводородов и эксплуатацией подземных газохранилищ.
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
•Результаты обработки и интерпретации гравитационных аномалий в разведочной геофизике выражаются плотностью (отношение массы, заключенной в определенном объеме, к этому объему). Плотность в Земле возрастает с глубиной за счет: сжатия под влиянием давления вышележащих слоев; роста с глубиной концентрации более тяжелых элементов; из-за уплотнения при фазовых переходах при высоких
давлениях. Вместе с тем в недрах Земли существуют процессы, приводящие к понижению плотности: разогрев (повышение температуры), плавление с выделением компоненты с меньшей плотностью, например, базальтовой магмы. Средняя плотность земной коры ~ 2,8 г/см3, верхней мантии Земли ~ 3,3–4,7 г/см3, нижней мантии Земли ~ 4,8–5,6 г/см3, ядра Земли 10–13 г/см3, а Земли в целом – 5,5 г/см3.
vk.com/club152685050Форма| vkЗемли.com/id446425943
•Форма Земли определяется соотношением силы ньютоновского притяжения и центробежной силы.
•В качестве 1-го приближения форма
Земли рассматривается как сфера радиусом 6371 км. В рамках этой модели мы пренебрегаем центробежной силой.
•В качестве 2-го приближения форма
Земли рассматривается эллипсоид с радиусами: на экваторе – 6378.16 км; на полюсах – 6356.78 км.
Максимальное расхождение 1-го и 2-
го приближений достигает 20 км.
Первое и второе приближения формы Земли
vk.com/club152685050Форма| vkЗемли.com/id446425943
•Третьим приближением является геоид - поверхность равных значений
потенциала силы тяжести,
совпадающая с невозмущённой поверхностью мирового океана и продолженная под континенты. Его расхождение с эллипсоидом- до 100 м.
Сучетом формы Земли максимальные значения силы тяжести фиксируются на полюсах (в среднем 9.83 г/см3);
минимальные - в экваториальной зоне (в среднем 9.78 г/см3). Т.о. сила тяжести на
полюсе примерно на 1/549 среднего значения выше, чем на экваторе.
Соотношение поверхностей эллипсоида и геоида
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.
•Изостазия – геологическая гипотеза, согласно которой распределение плотности и внутреннее напряжённое состояние литосферы Земли таково, что на глубинах, превышающих некоторый уровень «изостатической компенсации», давление носит гидростатический характер (состояние изостатического равновесия).
vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943
Мелкомасштабная гравитация и изостазия
•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/club152685050 | vk.com/id446425943
Как образовался этот корень?
Горные массивы плавают в жидкой (или ведущей себя как
жидкость) среде согласно закону Архимеда. Закон Архимеда гласит, что уменьшение веса тела равно весу жидкости,
вытесненной частью тела, погруженной в эту жидкость.