قوة الأرض |
|
في الواقع ، ماذا سيحدث للأرض إذا تحولت إلى سائل؟ مع العلم من التجربة اليومية أن المواد الصلبة تفقد شكلها عند ذوبانها ، فقد نتوقع حدوث الشيء نفسه مع الأرض. لكن في الواقع لن يحدث هذا. في تلك الأشياء التي نتعامل معها في الحياة العملية ، تعود القدرة على الحفاظ على الشكل إلى القوى المؤثرة بين الذرات القريبة. لكن هذا "زيادة الوزن" الجسم ، مثل الأرض ، تبدأ قوة الجاذبية أيضًا في لعب دور أساسي ، حيث تجذب كتلة الأرض بأكملها كل جزيء من جسيماتها. كان سيضمن ، بشكل أساسي ، الحفاظ على الشكل الحالي للأرض ، حتى لو أصبح كوكبنا جسمًا سائلًا. وبالتالي ، عند حساب تشوهات الأرض وتقييم قوتها ككل (وليس عينات الصخور الفردية) ، من الضروري مراعاة كل من الخصائص المرنة لمادة الأرض وتأثير الجاذبية عليها. تدرس المعامل الخصائص الميكانيكية للصخور المأخوذة من الطبقة الخارجية للأرض التي لا يتجاوز سمكها بضعة كيلومترات. تؤثر هذه الطبقة على قوة الأرض ككل أكثر بقليل من طبقة رقيقة من الطلاء المطبقة على سطحها تؤثر على قوة الكرة المعدنية. يتم توفير المعلومات حول الطبقات العميقة من الأرض إلينا بشكل أساسي من خلال دراسة انتشار الموجات الزلزالية. لا عجب في أن الأكاديمي ب.جوليتسين أطلق على الزلزال اسم فانوس ، وميض للحظة ، يسمح لنا برؤية باطن الأرض. لكن عند تطوير هذه المقارنة ، يجب أن نقول إن ضوء مثل هذا الفانوس يخفت على عمق 2900 كيلومتر من سطح الأرض. يوجد أدناه قلب الأرض ، والذي يمر من خلاله فقط الموجات الزلزالية الطولية. لذلك ، من أجل تقييم قوة الأرض ككل ، من الضروري النظر في مشكلة تشوهات وضغوط كرة الجاذبية ، التي تتكون من غلاف مرن غير متجانس ولب. يمكن اعتبار كيف تتغير خصائص الكثافة والمرونة للقشرة مع العمق معروفًا. فيما يتعلق بالجوهر ، على المرء أن يبدأ بالفرضيات. وبالتالي ، من الطبيعي أن نفترض أن اللب ، ربما باستثناء الجزء المركزي منه ، في حالة سائلة ، لأن الموجات الزلزالية المستعرضة لا تمر عبره. (لاحظ أن فرضية اللب السائل للأرض قد تم أخذها في الاعتبار حتى قبل ظهور علم الزلازل. ولكن بعد ذلك تم دحضها ، لأنه كان يُعتقد أن قشرة الأرض لا يتجاوز سمكها بضعة كيلومترات أو عشرات الكيلومترات ، ومثل هذه القذيفة ذات السائل الأساسي ، كما أظهر دبليو طومسون ، سيتحطم بفعل المد في القلب.)
تعمل قوى المد والجزر باستمرار على الأرض ، وتمددها على طول خطوط مستقيمة تربط مركز الأرض بمركزي القمر والشمس. ينحني سطح الأرض تحت ضغط الكتل الهوائية في المناطق ذات الضغط الجوي المرتفع. تتأثر جميع جسيمات الأرض بقوة طرد مركزي موجهة بشكل عمودي على محور دوران الأرض.من الواضح أن اتجاه هذه القوة سيتغير إذا تغير موضع محور الدوران في جسم الأرض. وقد تأكدت حقيقة أن هذا يحدث بالفعل في نهاية القرن الماضي. يمكن حساب مقادير واتجاهات القوى المذكورة أعلاه. إذا أخذنا بعد ذلك أي نموذج للأرض ، فيمكننا نظريًا أيضًا العثور على تشوه الأرض عند تطبيق هذه القوى عليها ، على سبيل المثال ، حساب كيف ستتغير مسافات النقاط المختلفة لسطح الأرض من مركزها. لنأخذ ، على سبيل المثال ، قوة المد والجزر ، والتي ، كما قيل ، تمد الأرض على طول خط مستقيم يربط مركزها O بالمركز L من النجم المزعج: القمر أو الشمس. تحت تأثيره ، فإن سطح الأرض ، إذا كان مجالًا منتظمًا نصف قطر R ، سيأخذ شكل دوران إهليلجي مع المحور شبه الرئيسي a موجهًا إلى L. لنفترض أننا تمكنا من حساب الفرق - R تساوي في هذا النموذج ، ثم يمكننا إيجاد التغير في طول نصف قطر المتجه p لأي نقطة على سطح الأرض. هذه التغييرات صغيرة. بالنسبة لأي من نماذج الأرض المدروسة نظريًا ، فإن التقلبات القصوى في الطول p تحت التأثير المشترك للقمر والشمس لا تصل إلى متر واحد. من الواضح أنه لا يمكن قياس هذه التغييرات بشكل مباشر. لماذا كان علينا اختراع محيط "عديم الوزن"؟ لأن المد في المحيط الحقيقي يعقد هذه الظاهرة إلى حد ما: فهو يؤدي إلى تغييرات في إمكانات الجاذبية للأرض نفسها. تعطي التشوهات المرنة للأرض نفس التأثير. يُشار إلى نسبة التغيير في جهد الجاذبية للأرض إلى الإمكانات الخارجية ، وهذا التغيير الذي يسببه ، بالرمز k. يُطلق على المعلمتين h و k اسم "أرقام الحب" ، نسبة إلى الجيوفيزيائي الإنجليزي الذي قدم هذه المعلمات لأول مرة لوصف الخصائص الميكانيكية للأرض ككل. يتم حساب هذه المعلمات نظريًا لنماذج مختلفة من الأرض ؛ يحاولون تحديدها من تحليل ملاحظات الظواهر المختلفة. ما هي هذه الظواهر؟ دعنا نذكر أهمها:
هذا هو الحال مع الأرض الصلبة تمامًا. ولكن إذا اعتبرنا أن الأرض مشوهة تحت تأثير قوى مختلفة ، فستكون الصورة أكثر تعقيدًا. تشوه قوى المد والجزر الأرض بحيث يتغير ضغطها إلى حد ما طوال الوقت. هذا يعني أن كتلة الحلقة في نموذجنا ستتغير ، وهذا بدوره سيظهر في تقلبات دورية ضعيفة في السرعة الزاوية لدوران الأرض. عندما ينخفض ضغطها ، تزداد السرعة وتبدأ الأرض في التجاوز بالتساوي هذا جانب واحد من القضية. لكن تشوهات الأرض تؤثر على دورانها بطريقة أخرى. لشرح كيف بالضبط ، دعنا نجري التجربة العقلية التالية. لنتخيل أن دوران الأرض قد توقف وأن قوة الطرد المركزي لم تعد تعمل عليه. علاوة على ذلك ، إذا كانت الأرض جسمًا صلبًا تمامًا ، فسيظل شكلها كما هو. إذا كانت الأرض جسمًا سائلًا ، فستأخذ شكل كرة عادية. عندئذٍ تختفي الزيادة الاستوائية للكتل ، ومعها الحلقة في نموذجنا تمامًا. ولكن على الأرض الحقيقية ، عندما يتوقف دورانها ، تلعب قوى المرونة الداخلية دورها. سوف يعارضون قوى الجاذبية ، وبفضل هذا ، ستظل الأرض كروية مضغوطة ، على الرغم من انخفاض ضغطها. هذا يعني أن كتلة الحلقة في نموذجنا ستنخفض أيضًا. كم ثمن؟ هذا هو السؤال الرئيسي الذي يعتمد عليه تقييم صلابة الأرض. لاحظنا أن فترة التعويم الحر أقصر ، فكلما زاد الفائض الاستوائي للكتل ، أي كتلة الحلقة. بالنسبة للأرض الصلبة تمامًا ، فإن هذه الفترة تساوي 305 يومًا. في الواقع ، كما يُظهر تحليل البيانات المتعلقة بحركة قطبي الأرض على مدار السبعين عامًا الماضية ، فإن ذلك يقترب من 430 يومًا. وقد تم تفسير ذلك من خلال حقيقة أن فترة التحول الحر لا تعتمد على التجاوز الاستوائي الكامل للكتل ، ولكن فقط على ذلك الجزء منها الذي لن يختفي إذا توقف عمل قوة الطرد المركزي. وبالتالي ، من السهل حساب أن توقف الدوران يقلل من كتلة الحلقة في نموذجنا بنسبة 30٪. (بتعبير أدق ، هذه الحلقة مقسمة إلى قسمين ، أحدهما يحتوي على حوالي ثلث الكتلة الإجمالية ، يتم تثبيته دائمًا في مستوى عمودي على محور الدوران اللحظي ، ولا يؤثر على حركة هذا المحور في يوضح الرقم أعلاه في أي ظروف ، سيكون هناك توازن بين قوى الجاذبية التي تسعى لتحويل الأرض إلى كرة ، والقوى المرنة التي تسعى جاهدة للحفاظ على شكلها دون تغيير. في سياق هذه الأعمال ، تم تنقيح بعض استنتاجات نظرية دوران الأرض مع قلب سائل. لذلك ، اتضح أن تأثير اللب السائل يجب أن يؤدي إلى تغيرات في اتساع بعض التذبذبات لمحور الأرض في الفضاء (التعفير القسري). يتجلى أيضًا في حقيقة أن حركة دائرية أخرى ضعيفة مع فترة قريبة من الأيام تضاف إلى المكونات المعروفة بالفعل لحركة قطبي الأرض. العثور على هذه الآثار هو التحدي الذي يكمن في حدود قدرات علم الفلك الحديث. لكنها كانت تستحق المحاولة. هذه المحاولة قام بها علماء الفلك الأوكرانيون. اتضح أنه كان ناجحًا. على وجه الخصوص ، نجح NA Popov في اكتشاف تقلبات ضعيفة في خطوط العرض في فترة تنبأت بها نظرية MS Modensky في الملاحظات طويلة المدى لنجمين ذروتين في Poltava. وهكذا ، تم الحصول على حجج جديدة لصالح فرضية لب الأرض السائل. يمكننا الآن أن نقول أن الأرض ككل تبدو أقوى من كرة فولاذية مجوفة بقذيفة يبلغ سمكها حوالي 3000 كيلومتر. ومع ذلك ، يمكن الاعتراض على ما يلي على مثل هذا التقييم. تم استخلاص جميع استنتاجاتنا من دراسة التشوهات الضعيفة جدًا. هل يمكننا استخدامها إذا كان علينا حساب تصرفات القوى التي تسبب تشوهات أكثر أهمية وحتى تهدد سلامة كوكبنا؟ على ما يبدو ، من المستحيل بدون تعديلات كبيرة.لكن هل هناك تهديد بظهور مثل هذه القوى القوية التي ستصبح مثل هذه الحسابات ضرورية؟ ألن يحدث هذا ، على سبيل المثال ، لأن نظام الدوران لكوكبنا سيتعطل بشكل كبير؟ من الصعب العثور على أسباب طبيعية لذلك. ومع ذلك ، بمرور الوقت ، لن يتمكن الناس من تغيير دوران الأرض وفقًا لتقديرهم الخاص؟ هذه ليست المرة الأولى التي يتم فيها طرح هذا السؤال.
ومع ذلك ، انتهى الأمر بلا شيء. اتضح أنه في حساباتهم ، ارتكب مهندسو شركة القطب الشمالي خطأً فادحًا: لم يأخذوا في الاعتبار حقيقة أن الأرض ليست كرة ، ولكن لديها كتلة إضافية في الحزام الاستوائي. مع أخذ هذه الكتلة في الاعتبار ، أجرى مهندس فرنسي حسابات جديدة وأظهر أنه تحت تأثير اللقطة المسقطة ، سيتحرك أقطاب الأرض على سطحها بمقدار 3 ميكرون فقط. ومن الغريب أن تكون هذه القصة كما رويت في الكتاب "دوران الأرض" للجيوفيزيائيين الأمريكيين مونك وماكدونالد استمرار حديث. في. خلال الانتخابات الرئاسية في عام 1956 ، قال السناتور إستس كيفوفر ، المرشح لمنصب نائب الرئيس ، إنه نتيجة لاختبارات القنابل الهيدروجينية ، يمكن أن ينحرف محور الأرض بمقدار 10 درجات. ومع ذلك ، تظهر الحسابات الدقيقة خلاف ذلك. ستكون الطاقة المنبعثة من انفجار قنبلة هيدروجينية متوسطة القوة كافية لإعطاء قذيفة تزن مليون طن سرعة 11 كيلومترًا في الثانية. لكن ارتداد المدفع الذي كان سيطلق مثل هذه الطلقات كان من شأنه أن يزيح قطب الأرض بمقدار ميكرون واحد فقط. "وبعد 70 عامًا من جول فيرن ،- لاحظ المؤلفون ، - أعضاء حكومة واشنطن ما زالوا يرفضون الاعتراف بوجود وأهمية التجاوز الاستوائي للجماهير "... وبالتالي ، حتى الوسائل فائقة القوة التي يمتلكها الناس الآن ليست كافية لإحداث أي تأثير ملموس على دوران الأرض. لذا ، فإن كوكبنا صلب ومتين بما يكفي لتحمل القوى التي تعمل بشكل دوري أو لفترة قصيرة: فهي تشوهه بشكل طفيف. لكن التأثير قد يكون مختلفًا إذا عملت القوى في نفس الاتجاه لملايين السنين. ربما ، فيما يتعلق بهذه القوى ، لا تتصرف الأرض كجسم مرن بشكل مثالي ، ولكن كجسم بلاستيكي يغير شكله ، وإن كان ببطء ، ولكن بشكل ملحوظ. هنا نأتي إلى قضايا تطور الأرض والدور الذي تلعبه العمليات الداخلية في هذا. إنها تخلق ضغوطًا في جسم الأرض ، وتتجاوز أحيانًا قوتها النهائية. من الممكن في نفس الوقت أن تؤدي تشوهات المد والجزر في الأرض وحتى الاضطرابات الضعيفة في ثبات دورانها أحيانًا دور "الزناد" ، أي أن الصدمة الأخيرة التي تسبب التمزق والتحولات في القشرة والعباءة. الأرض. يمكن للظواهر الأخيرة ، بدورها ، أن تؤثر على دوران الأرض ، وينخرط الجيوفيزيائيون وعلماء الفلك الآن بشكل مكثف في البحث عن مظاهر هذا التأثير. إي فيدوروف |
"أوه ، إذا كان هذا أيضًا ، فإن الجسم الثقيل جدًا ذاب ، مذاب ، أصبح ندى!" أخذ الجيوفيزيائي الإنجليزي الشهير هارولد جيفريز كلمات هاملت هذه كنقوش على أحد فصول كتابه. "الأرض".
لاختبار الفرضيات حول خصائص النواة ، من الطبيعي أن ننتقل إلى التجربة. ولكن ما نوع التجربة التي يمكن أن نتحدث عنها عندما نتعامل مع جسم بنفس حجم الأرض؟ في الواقع ، من أجل اختبار قوة أي منتج ، يتم وضع عينة من هذا المنتج في آلة خاصة ، أو شدها ، أو لفها أو ضغطها. في هذه الحالة ، يتم تسجيل كل من القوى المطبقة وتشوه العينة. لكن ليس لدينا الفرصة ، حسب تقديرنا ، لتطبيق قوى كافية على الأرض لتغيير شكلها ولو بشكل طفيف. علينا أن نكتفي بما تقدمه الطبيعة نفسها.
إذا كان محور دوران الأرض عموديًا على مستوى الحلقة ، أي أنه يتزامن مع محور تناظر النموذج ، فلن تؤثر قوة الطرد المركزي على دوران النموذج - بل ستمدد الحلقة فقط. ولكن بمجرد أن ينحرف محور الدوران عن محور التناظر ، يبدأ عمل قوة الطرد المركزي في إظهار نفسه مثل عمل زوج من القوى ، والتي ، كما كانت ، تسعى إلى التوفيق بين المحاور المذكورة أعلاه. ومع ذلك ، فإن التأثير غير متوقع إلى حد ما: لا يتطابق محور الدوران مع محور التناظر ، ولكنه يبدأ في التحرك حوله ، واصفاً السطح المخروطي في جسم الأرض. تسمى هذه الحركة بالعفنة الحرة ، وتكون مدتها أقصر ، وكلما زادت كتلة الحلقة.
تبدأ قصته برواية لجول فيرن "رأسا على عقب"... إنه يخبرنا عن مشروع شركة Arctic Industrial Company لتدوير محور الأرض بزاوية 23 درجة ، باستخدام هذا الدفع الذي يمكن للمدفع أن يعطي الأرض بسبب الارتداد عند إطلاقه. وفقًا لحسابات مهندسي الشركة المذكورة أعلاه ، من الضروري إطلاق قذيفة تزن 180 ألف طن من المدفع. أثار هذا المشروع الاهتمام الأول ، ثم القلق ، وأخيراً الذعر ، لأن تنفيذه سيؤدي إلى العديد من العواقب الكارثية.
| ما هو القفص؟ | ثنائية الأبعاد الفسيولوجية للمعلومات: الآليات والنتائج |
|---|
وصفات جديدة
