Snaga Zemlje |
|
Doista, što bi bilo sa Zemljom kad bi se pretvorila u tekućinu? Znajući iz svakodnevnog iskustva da krutine gube svoj oblik topljenjem, mogli bismo očekivati da se isto dogodi i Zemlji. Ali u stvarnosti se to neće dogoditi. U onim objektima s kojima imamo posla u praktičnom životu, sposobnost održavanja forme posljedica je sila koje djeluju između bliskih atoma. Ali takav "Teška" tijela, poput Zemlje, gravitacijska sila također počinje igrati bitnu ulogu, kojom cijela masa Zemlje privlači svaku svoju česticu. Uglavnom bi osigurao očuvanje sadašnjeg oblika Zemlje, čak i da je naš planet postao tekuće tijelo. Slijedom toga, pri izračunavanju deformacija Zemlje i procjeni njezine čvrstoće u cjelini (a ne pojedinačnih uzoraka stijena) potrebno je uzeti u obzir i elastična svojstva Zemljine tvari i učinak gravitacije na nju. Laboratoriji proučavaju mehanička svojstva stijena uzetih iz vanjskog sloja Zemlje debljine samo nekoliko kilometara. Ovaj sloj utječe na čvrstoću Zemlje u cjelini, malo više nego što tanki sloj boje nanesene na njezinu površinu utječe na čvrstoću metalne kugle. Informacije o dubljim slojevima Zemlje pružaju nam uglavnom proučavanjem širenja seizmičkih valova. Nije bez razloga akademik B. B. Golitsyn potres nazvao fenjerom, koji nam na trenutak trepćući omogućuje uvid u unutrašnjost Zemlje. Ali, razvijajući ovu usporedbu, moramo reći da svjetlost takvog lampiona prigušuje na dubini od 2900 km od Zemljine površine. Ispod je jezgra Zemlje kroz koju prolaze samo uzdužni seizmički valovi. Dakle, da bi se procijenila snaga Zemlje u cjelini, mora se razmotriti problem deformacija i naprezanja gravitacijske kugle koja se sastoji od nehomogene elastične ljuske i jezgre. Može se smatrati poznatim kako se gustoća i elastična svojstva ljuske mijenjaju s dubinom. Što se tiče jezgre, treba započeti s hipotezama. Stoga je prirodno pretpostaviti da je jezgra, možda osim njezinog središnjeg dijela, u tekućem stanju, jer poprečni seizmički valovi ne prolaze kroz nju. (Imajte na umu da se hipoteza o Zemljinoj tekućoj jezgri razmatrala i prije pojave seizmologije. Ali onda je pobijena, jer se vjerovalo da je Zemljina ljuska debela samo nekoliko kilometara ili desetaka kilometara, a takva ljuska s tekuća jezgra, kako je pokazao W. Thomson, bila bi razbijena plimom u jezgri.)
Plimne sile neprestano djeluju na Zemlju, protežući je duž ravnih linija koje povezuju središte Zemlje sa središtima Mjeseca i Sunca. Zemljina površina popušta pod opterećenjem zračnih masa u područjima s visokim atmosferskim tlakom. Na sve čestice Zemlje djeluje centrifugalna sila usmjerena okomito na os rotacije Zemlje.Jasno je da će se smjer ove sile promijeniti ako se promijeni položaj osi rotacije u tijelu Zemlje. A činjenica da se to stvarno događa utvrđena je krajem prošlog stoljeća. Mogu se izračunati veličine i smjerovi gore navedenih sila. Ako tada uzmemo bilo koji model Zemlje, tada možemo teoretski pronaći i deformaciju Zemlje kada se na nju primijene te sile, na primjer, izračunati kako će se promijeniti udaljenosti različitih točaka na zemljinoj površini od njenog središta. Uzmimo za primjer plimnu silu koja, kao što je rečeno, proteže Zemlju duž ravne crte koja povezuje njezino središte O sa središtem L uznemirujućeg tijela: Mjesec ili Sunce. Pod njegovim utjecajem, Zemljina površina, ako bi bila pravilna sfera polumjera R, poprimila bi oblik elipsoida okreta s polumalom osi a usmjerenom na L. Pretpostavimo da smo uspjeli izračunati kolika je razlika a - R je jednako za ovaj model. Tada možemo pronaći promjenu duljine radijusa vektora p bilo koje točke na zemljinoj površini. Te su promjene male. Ni za jedan od teoretski razmatranih modela Zemlje, maksimalna kolebanja duljine p pod zajedničkim utjecajem Mjeseca i Sunca ne dosežu jedan metar. Jasno je da se takve promjene ne mogu izravno izmjeriti. Zašto smo morali izmisliti "bestežinski" ocean? Da, jer plima u stvarnom oceanu donekle komplicira fenomen: dovodi do promjena gravitacijskog potencijala same Zemlje. Elastične deformacije Zemlje daju sličan učinak. Omjer promjene gravitacijskog potencijala Zemlje i vanjskog potencijala, koja je ta promjena uzrokuje, označen je simbolom k. Parametri h i k nazivaju se ljubavnim brojevima, prema engleskom geofizičaru koji je prvi uveo te parametre da karakterizira mehanička svojstva Zemlje u cjelini. Ti se parametri teoretski izračunavaju za različite modele Zemlje; pokušavaju ih odrediti iz analize promatranja različitih pojava. Koji su to fenomeni? Navedimo najvažnije od njih:
To je slučaj s apsolutno čvrstom Zemljom. Ali ako uzmemo u obzir da je Zemlja deformirana pod utjecajem različitih sila, slika će se pokazati složenijom. Plimne sile deformiraju Zemlju tako da se njena kompresija cijelo vrijeme nešto mijenja. To znači da će se u našem modelu masa prstena promijeniti, a to će se, pak, očitovati u slabim periodičnim fluktuacijama kutne brzine rotacije Zemlje. Kad se njegova kompresija smanji, brzina se povećava i Zemlja počinje ravnomjerno pretjecati Ovo je jedna strana problema. Ali deformacije Zemlje utječu na njezinu rotaciju na drugi način. Da bismo točno objasnili kako, napravimo sljedeći mentalni eksperiment. Zamislimo da je Zemljina rotacija zaustavljena i na nju više ne djeluje centrifugalna sila. Štoviše, da je Zemlja apsolutno čvrsto tijelo, njezin bi oblik ostao isti. Da je Zemlja tekuće tijelo, dobila bi oblik pravilne kugle. Ekvatorski višak masa, a s njim i prsten u našem modelu, tada bi potpuno nestali. Ali na stvarnoj Zemlji, kada se zaustavi njeno okretanje, unutarnje elastične sile dolaze u igru. Oni će se suprotstaviti gravitacijskim silama, a zahvaljujući tome Zemlja će i dalje ostati stlačeni sferoid, iako će se njegova kompresija smanjiti. To znači da će se i masa prstena našeg modela smanjiti. Koliko? To je glavno pitanje, o čijem rješenju ovisi procjena tvrdoće Zemlje. Primijetili smo da je razdoblje slobodne nutacije kraće, što je veći ekvatorski višak masa, odnosno masa prstena. Za apsolutno čvrstu Zemlju to bi razdoblje bilo jednako 305 dana. U stvarnosti, kako pokazuje analiza podataka o kretanju Zemljinih polova u proteklih 70 godina, to je blizu 430 dana. To je objašnjeno činjenicom da razdoblje slobodne nutacije ne ovisi o cjelokupnom ekvatorijalnom suvišku masa, već samo o onom njegovom dijelu koji ne bi nestao kad bi prestalo djelovanje centrifugalne sile. Stoga je lako izračunati da prestanak rotacije smanjuje masu prstena našeg modela za 30%. (Točnije, ovaj je prsten podijeljen na dva, a jedan od njih, koji sadrži otprilike trećinu ukupne mase, uvijek je postavljen u ravnini okomitoj na trenutnu os rotacije i ne utječe na kretanje ove osi u tijelu Zemlje.) Gornji broj pokazuje na kojem U uvjetima, postojala bi ravnoteža između gravitacijskih sila koje nastoje pretvoriti Zemlju u kuglu i elastičnih sila koje teže održavanju svog oblika nepromijenjenim. Tijekom ovih radova pročišćeni su neki zaključci teorije rotacije Zemlje s tekućom jezgrom. Tako se pokazalo da bi utjecaj tekuće jezgre trebao dovesti do promjena amplituda nekih oscilacija zemljine osi u prostoru (prisilna nutacija). Također se očituje u činjenici da se već poznatim komponentama kretanja Zemljinih polova dodaje još jedno slabašno kružno gibanje s razdobljem bliskim danima. Pronalaženje ovih učinaka izazov je koji leži na granici mogućnosti moderne astronomije. Ali vrijedilo je pokušati. Takav su pokušaj učinili ukrajinski astronomi. Pokazalo se uspješnim. Posebno je N.A.Popov uspio otkriti u dugotrajnim promatranjima dvije zenit zvijezde u Poltavi, slabe fluktuacije geografske širine s razdobljem predviđenim teorijom M. S. Modenskog. Tako su dobiveni novi argumenti u prilog hipotezi o Zemljinoj tekućoj jezgri. Sada možemo reći da se čini da je Zemlja u cjelini jača od šuplje čelične kugle s ljuskom debljine oko 3000 km. Međutim, protiv takve se ocjene može prigovoriti sljedeće. Svi naši zaključci izvedeni su iz proučavanja vrlo slabih deformacija. Možemo li ih koristiti ako moramo izračunati djelovanje sila koje uzrokuju mnogo značajnije deformacije, pa čak i ugrožavaju cjelovitost našeg planeta? Čini se da je to nemoguće bez značajnih prilagodbi.No, postoji li prijetnja pojavom tako snažnih sila da će takvi izračuni postati nužni? Neće li se to dogoditi, recimo, jer će se režim rotacije našeg planeta značajno poremetiti? Prirodne razloge za to teško je pronaći. Međutim, s vremenom, neće li ljudi moći promijeniti rotaciju Zemlje po vlastitom nahođenju? Ovo nije prvi put da se postavlja ovo pitanje.
Međutim, stvar nije završila ni u čemu. Pokazalo se da su inženjeri Arktičke tvrtke u svojim izračunima napravili grubu pogrešku: nisu uzeli u obzir činjenicu da Zemlja nije lopta, već ima dodatnu masu u ekvatorijalnom pojasu. Uzimajući u obzir ovu masu, jedan je francuski inženjer izvršio nove proračune i pokazao da će se pod djelovanjem projiciranog hica polovi Zemlje pomicati na njezinoj površini za samo 3 mikrona. Znatiželjan da je ova priča, kako je ispričana u knjizi "Rotacija Zemlje" Američki geofizičari Munk i MacDonald, imaju moderan nastavak. U. Tijekom predsjedničkih izbora 1956. godine, senator Estes Kefauver, kandidat za mjesto potpredsjednika, rekao je da bi kao rezultat ispitivanja vodikovih bombi Zemljina os mogla odstupiti za 10 °. Međutim, točni izračuni pokazuju suprotno. Energija oslobođena eksplozijom vodikove bombe srednje snage bila bi dovoljna da projektil težak milijun tona dobije brzinu od 11 kilometara u sekundi. Ali odmak topa koji bi ispalio takav hitac pomaknuo bi Zemljin pol za samo jedan mikron. "I 70 godina nakon Julesa Vernea,- napominju autori, - članovi vlade Washingtona i dalje odbijaju priznati postojanje i značaj ekvatorijalnog viška masa "... Slijedom toga, čak i supermoćna sredstva koja ljudi sada posjeduju nisu dovoljna da bi imala kakav opipljiv učinak na rotaciju Zemlje. Dakle, naš je planet dovoljno čvrst i izdržljiv da podnese sile koje djeluju povremeno ili na kratko: oni ga samo suptilno deformiraju. Ali učinak može biti drugačiji ako sile djeluju u istom smjeru milijunima godina. Vjerojatno se u odnosu na takve sile Zemlja ne ponaša kao idealno elastično tijelo, već kao plastično tijelo koje mijenja svoj oblik, doduše polako, ali značajno. Ovdje dolazimo do pitanja evolucije Zemlje i uloge koju unutarnji procesi u tome igraju. Oni stvaraju naprezanja u zemaljskom tijelu, ponekad premašujući njegovu krajnju snagu. Moguće je da istodobno plimne deformacije Zemlje, pa čak i blagi poremećaji u postojanosti njezine rotacije ponekad igraju ulogu "okidača", odnosno onog posljednjeg šoka koji uzrokuje puknuće i pomake u Zemljinoj kori i plaštu. . Potonji fenomeni, pak, mogu utjecati na rotaciju Zemlje, a geofizičari i astronomi sada aktivno traže manifestacije tog utjecaja. E. Fedorov |
"Oh, kad bi se i ovo, preteško tijelo otopilo, otopilo, postalo rosa!" Poznati engleski geofizičar Harold Jeffries uzeo je ove Hamletove riječi kao epigraf jednog od poglavlja svoje knjige "Zemlja".
Da bismo testirali hipoteze o svojstvima jezgre, prirodno je okrenuti se iskustvu. Ali o kakvom iskustvu možemo govoriti kad imamo posla s tijelom veličine Zemlje? Dapače, da bi se ispitala čvrstoća bilo kojeg proizvoda, uzorak ovog proizvoda stavlja se u poseban stroj, rasteže u njemu, uvija ili stisne. U tom se slučaju istodobno bilježe i primijenjene sile i deformacija uzorka. Ali mi nemamo priliku, prema vlastitom nahođenju, primijeniti na Zemlju sile dovoljne da makar malo promijene njezin oblik. Moramo se zadovoljiti onim što sama priroda daje.
Ako je os rotacije Zemlje okomita na ravninu prstena, odnosno podudara se s osi simetrije modela, centrifugalna sila neće utjecati na rotaciju modela - ona će samo protezati prsten. Ali čim os rotacije odstupi od osi simetrije, djelovanje centrifugalne sile počinje se očitovati poput djelovanja para sila, koji kao da želi pomiriti spomenute osi. Međutim, učinak je pomalo neočekivan: os rotacije se ne poklapa s osi simetrije, već se počinje kretati oko nje, opisujući stožastu površinu u tijelu Zemlje. To se kretanje naziva slobodna nutacija, a njegovo je razdoblje kraće, što je veća masa prstena.
Njegova priča započinje romanom Julesa Vernea "Dno prema gore"... Govori o projektu Arktičke industrijske tvrtke za okretanje zemljine osi pod kutom od 23 °, koristeći za to potisak koji top može dati zemlji zbog odmaka kad se puca. Prema izračunima inženjera spomenute tvrtke, za to je potrebno iz topa ispaliti granatu tešku 180 tisuća tona. Ovaj je projekt izazvao prvo zanimanje, zatim uzbunu i, na kraju, paniku, jer bi njegova provedba dovela do mnogih katastrofalnih posljedica.
| Što je kavez? | Fiziološka dvodimenzionalnost informacija: mehanizmi i posljedice |
|---|
Novi recepti
