Plik geoida Postać Ziemi to teoretyczna powierzchnia naszej planety, określona przez średni poziom oceanów i o dość nieregularnym kształcie. Matematycznie definiuje się go jako ekwipotencjalną powierzchnię efektywnego potencjału grawitacyjnego Ziemi na poziomie morza.
Ponieważ jest to wyimaginowana (niematerialna) powierzchnia, przecina kontynenty i góry, tak jakby wszystkie oceany były połączone kanałami wodnymi, które przechodzą przez masy lądowe..
Ziemia nie jest idealną kulą, ponieważ obrót wokół własnej osi zamienia ją w rodzaj spłaszczonej przez bieguny kuli, z dolinami i górami. Dlatego kształt kuli jest nadal niedokładny.
Ten sam obrót dodaje siłę odśrodkową do ziemskiej siły grawitacji, której wypadkowa lub skuteczna siła nie wskazuje na środek Ziemi, ale ma związany z nią pewien potencjał grawitacyjny..
Co więcej, wypadki geograficzne powodują nieregularności w gęstości, w związku z czym siła przyciągania grawitacyjnego w niektórych obszarach zdecydowanie przestaje być centralna..
Dlatego naukowcy, poczynając od C. F. Gaussa, który opracował oryginalną geoidę w 1828 r., Stworzyli model geometryczny i matematyczny, aby dokładniej przedstawiać powierzchnię Ziemi..
W tym celu przyjmuje się, że ocean jest w stanie spoczynku, bez pływów i prądów oceanicznych, o stałej gęstości, którego wysokość służy jako odniesienie. Uważa się wówczas, że powierzchnia Ziemi delikatnie faluje, wznosząc się tam, gdzie miejscowa grawitacja jest największa i opadając, gdy maleje.
W tych warunkach efektywne przyspieszenie ziemskie powinno być zawsze prostopadłe do powierzchni, której punkty mają ten sam potencjał, a wynikiem jest geoida, która jest nieregularna, ponieważ ekwipotencjał nie jest symetryczny.
Indeks artykułów
Aby określić kształt geoidy, który z biegiem czasu był udoskonalany, naukowcy przeprowadzili wiele pomiarów, biorąc pod uwagę dwa czynniki:
- Po pierwsze, wartość sol, ziemskie pole grawitacyjne odpowiadające przyspieszeniu grawitacji, zależy od szerokości geograficznej: maksimum na biegunach i minimum na równiku.
- Po drugie, jak powiedzieliśmy wcześniej, gęstość Ziemi nie jest jednorodna. Są miejsca, w których wzrasta, ponieważ skały są gęstsze, występuje nagromadzenie magmy lub na powierzchni jest dużo ziemi, na przykład góra.
Gdzie gęstość jest wyższa, sol tak to jest. Zwróć na to uwagę sol jest wektorem i dlatego jest oznaczony pogrubieniem.
Aby zdefiniować geoidę, potrzebny jest potencjał grawitacji, dla którego pole grawitacyjne należy zdefiniować jako siłę grawitacji na jednostkę masy.
Jeśli masa próbna m jest umieszczona w tym polu, siła wywierana na niego przez Ziemię jest jego wagą P = mg, dlatego wielkość pola wynosi:
Siła / masa = P / m = g
Znamy już jego średnią wartość: 9,8 m / sdwa a gdyby Ziemia była kulista, byłaby skierowana w stronę jej środka. Podobnie, zgodnie z prawem powszechnego ciążenia Newtona:
P = Gm M / rdwa
Gdzie M to masa Ziemi, a G to uniwersalna stała grawitacji. Następnie wielkość pola grawitacyjnego sol to jest:
g = GM / rdwa
Wygląda bardzo podobnie do pola elektrostatycznego, więc można zdefiniować potencjał grawitacyjny, który jest analogiczny do elektrostatycznego:
V = -GM / r
Stała G jest uniwersalną stałą grawitacji. Cóż, nazywane są powierzchnie, na których potencjał grawitacyjny zawsze ma tę samą wartość powierzchnie ekwipotencjalne Y sol jest zawsze prostopadła do nich, jak powiedziano wcześniej.
Dla tej szczególnej klasy potencjału powierzchnie ekwipotencjalne są koncentrycznymi kulami. Praca wymagana do przesunięcia masy na nich wynosi zero, ponieważ siła jest zawsze prostopadła do dowolnej ścieżki na ekwipotencjale.
Ponieważ Ziemia nie jest kulista, przyspieszenie ziemskie musi mieć składową poprzeczną gl z powodu przyspieszenia odśrodkowego, spowodowanego ruchem obrotowym planety wokół własnej osi.
Poniższy rysunek przedstawia ten składnik na zielono, którego wielkość wynosi:
soll = ωdwado
W tym równaniu ω jest prędkością kątową obrotu Ziemi i do to odległość między punktem na Ziemi na określonej szerokości geograficznej a osią.
A na czerwono to składnik, który jest spowodowany planetarnym przyciąganiem grawitacyjnym:
sollub = GM / rdwa
W rezultacie dodając wektor sollub + soll, następuje wynikające z tego przyspieszenie sol (na niebiesko), które jest prawdziwym przyspieszeniem grawitacji Ziemi (lub efektywnym przyspieszeniem) i które, jak widzimy, nie wskazuje dokładnie na środek.
Ponadto składowa poprzeczna zależy od szerokości geograficznej: wynosi zero na biegunach, a zatem pole grawitacyjne jest tam maksymalne. Na równiku przeciwdziała przyciąganiu grawitacyjnemu, zmniejszając efektywną grawitację, której wielkość pozostaje:
g = GM / rdwa - ωdwaR
R = równikowy promień Ziemi.
Obecnie rozumie się, że ekwipotencjalne powierzchnie Ziemi nie są kuliste, ale mają taki kształt sol we wszystkich punktach zawsze do nich prostopadle.
Oto drugi czynnik, który wpływa na zmienność pola grawitacyjnego Ziemi: lokalne zmiany grawitacji. Są miejsca, w których grawitacja wzrasta, ponieważ jest więcej masy, na przykład na wzgórzu na rysunku a).
Lub występuje nagromadzenie lub nadmiar masy pod powierzchnią, jak w b). W obu przypadkach geoida jest wyniesiona, ponieważ im większa masa, tym większe natężenie pola grawitacyjnego..
Z drugiej strony, nad oceanem gęstość jest niższa iw konsekwencji geoida tonie, jak widać po lewej stronie rysunku a), nad oceanem..
Z rysunku b) można również zauważyć, że lokalna grawitacja, oznaczona strzałkami, jest zawsze prostopadła do powierzchni geoidy, jak powiedzieliśmy. Nie zawsze ma to miejsce w przypadku elipsoidy odniesienia.
Rysunek wskazuje również, za pomocą strzałki dwukierunkowej, różnicę wysokości między geoidą a elipsoidą, która jest nazywana falowanie y jest oznaczane jako N. Dodatnie falowanie jest związane z nadmierną masą, a ujemne falowanie z defektami.
Fale rzadko przekraczają 200 m. W rzeczywistości wartości zależą od tego, w jaki sposób wybrano poziom morza, który służy jako odniesienie, ponieważ niektóre kraje wybierają inaczej w zależności od ich cech regionalnych.
-Na geoidzie efektywny potencjał, wynik potencjału wynikającego z grawitacji i potencjału odśrodkowego, jest stały.
-Siła grawitacji zawsze działa prostopadle do geoidy, a horyzont jest zawsze do niej styczny.
-Geoida stanowi odniesienie dla aplikacji o wysokiej precyzji mapowania.
-Korzystając z geoidy, sejsmolodzy mogą wykryć głębokość, na której występują trzęsienia ziemi.
-Pozycjonowanie GPS zależy od geoidy używanej jako odniesienie.
-Powierzchnia oceanu jest również równoległa do geoidy.
-Wzniesienia i zejścia geoidy wskazują na nadwyżki lub wady masy, którymi są anomalie grawimetryczne. W przypadku wykrycia anomalii iw zależności od jej wartości można wywnioskować budowę geologiczną podłoża, przynajmniej na określonych głębokościach..
To jest podstawa metod grawimetrycznych w geofizyce. Anomalia grawimetryczna może wskazywać na nagromadzenie pewnych minerałów, struktur zakopanych pod ziemią, a nawet pustych przestrzeni. Wysypiska solne w podłożu, wykrywalne metodami grawimetrycznymi, wskazują w niektórych przypadkach na obecność ropy naftowej.
Jeszcze bez komentarzy