Гравитационное поле Земли 2 1 Физические свойства

Гравитационное поле Земли

2. 1. Физические свойства вещества Земли как показатель его фазового состояния. 2. 2. Напряженность, потенциал и уровенные поверхности. 2. 3. Гравитационное поле Земли. Геоид. 2. 4. Равновесные состояния Земли. 2. 5. Земные приливы

Упругость – Деформации – Упругие силы (F) Напряжения (d) – Давление (Р) - dn d d ΔS [d]=[P]=Н/м 2 = Па (паскаль) Р(атм)~105 Па Р(в центре ядра)=3. 6. 1011 Па dn – нормальное напряжение d - тангенциальное (касательное) напряжение

а) деформации объема (всестороннего сжатия-растяжения) P ΔV - относительная объемная деформация V-ΔV P P - модуль объемной упругости (сжатия-растяжения) β = 1/k - сжимаемость P Минерал тальк k, 1011 Па 0, 3 кальцит гранат 0, 71 1, 8 k (жидкостей) = 10 -5 – 5. 1010 Па КТ-2 Во сколько раз уменьшится объем кварца на глубине 35 км (нижняя часть земной коры, Р=109 Па), если k (кварца)=0, 4. 1011 Па. Напишите формулу для расчета.

б) деформации формы (сдвига, скола) F θ θ - угол сдвига μ 1/μ - текучесть Минерал тальк μ, 1011 Па 0, 08 - модуль упругости формы (сдвига) кальцит гранат 0, 32 0, 94 μ жидкостей → 0 в) вязкость – свойство вещества (жидкости) оказывать сопротивление скорости сдвиговых деформаций, т. е. течению η – коэффициент вязкости (внутреннего трения) - скорость деформации формы

Вязкость некоторых веществ Вода Стекло (420 о. С) Магма базальтовая (1200 о. С) 0, 001 4. 1015 3, 2. 103 (η, Па. с) Литосфера Астеносфера 1023 -1024 1018 -1019 Сейсмический разрез Сильгинская площадь Полтавское месторождение Литосфера = земная кора + верхняя мантия (до астеносферы) Астеносфера – частично расплавленный слой верхней мантии

Обозначим t - время действия сил t << ► вещество ведёт себя как твёрдое тело, т. е. не испытывает течений. t >> Приближенные оценки . ► вещество проявляет свойства жидкости. литосфера: = = 1012 с 3. 104 лет; астеносфера: = = 108 с 3 года. За геологическое время (больше 300 тыс. лет) даже самая жёсткая часть Земли - литосфера может испытывать течение подобно вязкой жидкости.

Напряженность (F*, g) m m 1=1 r Потенциал (U) g = grad U На поверхности сферы: Уровенная поверхность – поверхность равного потенциала

Для гравитационного потенциала любая уровенная поверхность совпадает со свободной поверхностью воды, а вектор ускорения силы тяжести перпендикулярен поверхности Поверхность воды в озере, стакане _ _ _ U 1 _ _ _ _ _ _ _ _ g Уровенная поверхность гравитационного потенциала, совпадающая с поверхностью Мирового океана

- разложение наблюденного гравитационного поля - главное (нормальное) гравитационное поле - гравитационные аномалии Гравитационные аномалии: Локальные Верхняя часть земной коры Региональные Литосфера Планетарные Мантия Источники аномалий

Карта гравитационного поля Томская область Байкал

а) главное гравитационное поле - сжатие сфероида (эллипсоида вращения) (Земли) α = 3. 35. 10 -3 - ускорение гравитационного притяжения - ускорение центробежное q= =3. 45. 10 -3 - ускорение силы тяжести на экваторе

(порядка квадрата сжатия) Гравитационные аномалии: б) Геоид – фигура Земли - главная часть геоида с Аномалии (высоты) геоида: Составляющие фигуры Земли Геоид Ок еа н Сфероид Ко нт ин ен т Дневная поверхность на континенте φ а r 0

а) гидростатическое равновесие Земли Основание Модель равновесной Земли Уравнение гидростатического равновесия: Р 1 U 1 σ1 Р n U n σn Р, U Свойства равновесной Земли , σ Давление (Р) в недрах Земли: Вопрос Рассчитать давление, которое оказывает континентальная земная кора на мантию. Δh=35 км, σ=2, 8 г/см 3, g=9. 8 м/с2.

б) Изостазия – форма равновесия верхней части Земли ОКЕАН КОНТИНЕНТ Шельф Гранитный 2. 7 3, 3 Базальтовый 3, 0 М ан ти я 3, 3

Гравитационное поле Рельеф Землетрясения

Приливы: Атмосферные Океанские Земные (в твердой части Земли) а) упругая Земля Недеформированная Земля Приливный выступ А* 0 0* Δr А 0 – центр Земли 0* - центр вращения системы «Земля-Луна» - сила притяжения Луны - сила центробежная А* А Приливообразующая сила Δr – высота прилива; U – приливообразующий потенциал

Δr* - высота статического океанского прилива на абсолютно твердой Земле Числа Лява: ΔU – дополнительный гравитационный потенциал, возникший в результате приливной деформации Значения чисел Лява для сферы абсолютно твёрдая однородная жидкая Однородная (постоянные и ) h=k=0 h=1 k=0, 6 h б) реальная Земля F 0 F* 0* F – сила притяжения Луной приливного выступа F* - составляющая силы, тормозящая вращение Земли Поскольку Земля вращается вокруг своей оси быстрее, чем обращается Луна вокруг Земли, приливный выступ выносится вращением Земли вперед относительно линии 00* Удлинение суток – 0. 7. 10 -3 с за 100 лет Удаление Луны – 3. 3 см за 1 год

Замедление вращения + Энергия землетрясения 1800 1900 2000 годы Назовите геологические процессы, вызванные гравитационным полем Земли.

Землетрясения в Китае (22. 05. 1927) и вблизи Камчатки (24. 05. 2013) имели близкие магнитуды. Почему землетрясение на Камчатке не привело к человеческим жертвам и разрушениям? Дата Место Количество жертв, тыс. чел. Магнитуда 22. 05. 1927 Кхининг, Китай 200 8. 3 28. 12. 1908 Мессина, Италия 100 7. 5 1. 10. 1755 Лиссабон, Португалия 70 8. 7 31. 05. 1970 Перу 66 7. 8

Землетрясения – колебания поверхности и недр Земли, вызванные кратковременной разгрузкой упругих напряжений в литосфере Очаг землетрясения – область разгрузки напряжений, из которой излучаются сейсмические волны Сейсмические волны – распространяющиеся в недрах Земли знакопеременные деформации Продольные волны (Р-волны) – волны сжатия-растяжения, колебания которых происходит вдоль линии их распространения Поперечные волны (S-волны) – волны сдвига, колебания которых происходит в плоскости, нормальной к линии распространения волны 1. Скорость продольных волн больше скорости поперечных 2. В жидких и газоообразных средах (μ=0) поперечные волны отсутствуют

КОНТИНЕНТ Шельф ОКЕАН

Гравитационное поле Рельеф Землетрясения

Вулканы Камчатки Вопрос 2. 1: В 1991 году произошло извержение вулкана Авачинский, утяжелившее земную кору в этой части Земли. Если извержений больше не будет, то через сколько лет этот участок земной коры вернется в исходное состояние?

Карта высот геоида, м ЗАЧЕТНОЕ ЗАДАНИЕ 1. Дайте краткую характеристику карты высот геоида 2. Найдите несколько соответствий между высотами геоида и границами основных литосферных плит 3. Предложите свой вариант причин соответствия (Отчет - не больше одной страницы)