Sức mạnh của Trái đất |
|
Thật vậy, Trái đất sẽ ra sao nếu nó chuyển thành chất lỏng? Từ kinh nghiệm hàng ngày khi biết rằng chất rắn sẽ mất hình dạng khi bị nóng chảy, chúng ta có thể mong đợi điều tương tự xảy ra với Trái đất. Nhưng trên thực tế điều này sẽ không xảy ra. Trong những vật thể mà chúng ta tiếp xúc trong cuộc sống thực tiễn, khả năng duy trì hình dạng là do các lực tác động giữa các nguyên tử gần nhau. Nhưng như vậy "Thừa cân" cơ thể, giống như Trái đất, lực hấp dẫn cũng bắt đầu đóng một vai trò thiết yếu, trong đó toàn bộ khối lượng của Trái đất thu hút từng hạt của nó. Về cơ bản, nó sẽ đảm bảo duy trì hình dạng hiện tại của Trái đất, ngay cả khi hành tinh của chúng ta đã trở thành một thể lỏng. Do đó, khi tính toán các biến dạng của Trái đất và đánh giá sức bền của nó nói chung (chứ không phải các mẫu đá riêng lẻ), cần phải tính đến cả đặc tính đàn hồi của chất Trái đất và tác dụng của trọng lực lên nó. Các phòng thí nghiệm nghiên cứu tính chất cơ học của đá lấy từ lớp ngoài cùng của Trái đất chỉ dày vài km. Lớp này ảnh hưởng đến sức bền của Trái đất nhiều hơn một chút so với một lớp sơn mỏng được phủ lên bề mặt của nó ảnh hưởng đến độ bền của một quả bóng kim loại. Thông tin về các lớp sâu hơn của Trái đất được cung cấp cho chúng ta chủ yếu nhờ nghiên cứu về sự lan truyền của sóng địa chấn. Không có gì ngạc nhiên khi Viện sĩ B. B. Golitsyn gọi trận động đất là một chiếc đèn lồng, nhấp nháy trong giây lát, cho phép chúng ta nhìn thấy bên trong Trái đất. Nhưng, phát triển sự so sánh này, chúng ta phải nói rằng ánh sáng của một chiếc đèn lồng như vậy sẽ mờ đi ở độ sâu 2.900 km tính từ bề mặt Trái đất. Bên dưới là lõi của Trái đất, nơi chỉ có sóng địa chấn dọc đi qua. Vì vậy, để đánh giá sức bền của Trái đất một cách tổng thể, cần xem xét vấn đề biến dạng và ứng suất của một quả cầu hấp dẫn, bao gồm một vỏ đàn hồi không đồng nhất và một lõi. Mật độ và đặc tính đàn hồi của lớp vỏ thay đổi như thế nào theo độ sâu có thể được coi là đã biết. Đối với cốt lõi, người ta phải bắt đầu với các giả thuyết. Do đó, tự nhiên giả định rằng lõi, có thể ngoại trừ phần trung tâm của nó, là ở trạng thái lỏng, vì sóng địa chấn ngang không truyền qua nó. (Lưu ý rằng giả thuyết về lõi lỏng của Trái đất đã được xem xét ngay cả trước khi xuất hiện địa chấn học. Nhưng sau đó nó bị bác bỏ, vì người ta tin rằng vỏ Trái đất chỉ dày vài km hoặc hàng chục km, và một lớp vỏ như vậy có lõi lỏng, như W. Thomson đã chỉ ra, sẽ bị thủy triều trong lõi phá vỡ.)
Các lực thủy triều liên tục tác động lên Trái đất, kéo dài nó dọc theo những đường thẳng nối tâm Trái đất với tâm của Mặt trăng và Mặt trời. Bề mặt Trái đất uốn cong dưới tải trọng của các khối khí ở những vùng có áp suất khí quyển cao. Tất cả các hạt của Trái đất đều chịu tác dụng của lực ly tâm hướng vuông góc với trục quay của Trái đất.Rõ ràng là hướng của lực này sẽ thay đổi nếu vị trí của trục quay trong cơ thể Trái đất thay đổi. Và thực tế là điều này đang thực sự xảy ra đã được thiết lập vào cuối thế kỷ trước. Có thể tính được độ lớn và hướng của các lực trên. Sau đó, nếu chúng ta lấy bất kỳ mô hình nào của Trái đất, thì về mặt lý thuyết, chúng ta cũng có thể tìm thấy sự biến dạng của Trái đất khi các lực này tác dụng lên nó, ví dụ, tính toán khoảng cách của các điểm khác nhau trên bề mặt trái đất từ tâm của nó sẽ thay đổi như thế nào. Chúng ta hãy lấy ví dụ, lực thủy triều, như đã nói, kéo dài Trái đất dọc theo một đường thẳng nối tâm O của nó với tâm L của điểm sáng nhiễu loạn: Mặt trăng hoặc Mặt trời. Dưới ảnh hưởng của nó, bề mặt Trái đất, nếu nó là một hình cầu thông thường bán kính R, sẽ có dạng một hình ellipsoid quay với trục bán chính a hướng đến L. Hãy giả sử rằng chúng ta đã tính được sự khác biệt a - R bằng đối với mô hình này Khi đó chúng ta có thể tìm thấy sự thay đổi độ dài bán kính của vectơ p của một điểm bất kỳ trên bề mặt trái đất. Những thay đổi này là nhỏ. Đối với không có mô hình nào được coi là về mặt lý thuyết của Trái đất, các dao động tối đa về độ dài p dưới tác động tổng hợp của Mặt trăng và Mặt trời không đạt đến một mét. Rõ ràng là những thay đổi đó không thể được đo lường trực tiếp. Tại sao chúng ta phải phát minh ra một đại dương "không trọng lượng"? Đúng, bởi vì thủy triều trong đại dương thực phần nào làm phức tạp thêm hiện tượng: nó dẫn đến những thay đổi trong thế năng hấp dẫn của chính Trái đất. Các biến dạng đàn hồi của Trái đất cũng gây ra ảnh hưởng tương tự. Tỷ số giữa sự thay đổi thế năng hấp dẫn của Trái đất với thế năng bên ngoài, sự thay đổi này gây ra nó, được ký hiệu bằng ký hiệu k. Các thông số h và k được gọi là số Yêu, sau khi nhà địa vật lý người Anh, người đầu tiên đưa ra các thông số này để mô tả các tính chất cơ học của Trái đất nói chung. Chính những thông số này được tính toán về mặt lý thuyết cho các mô hình khác nhau của Trái đất; họ cố gắng xác định chúng từ việc phân tích các quan sát về các hiện tượng khác nhau. Những hiện tượng này là gì? Hãy liệt kê những điều quan trọng nhất trong số chúng:
Đây là trường hợp của Trái đất hoàn toàn rắn. Nhưng nếu chúng ta cho rằng Trái đất bị biến dạng dưới tác động của nhiều lực khác nhau, bức tranh sẽ phức tạp hơn. Các lực thủy triều làm biến dạng Trái đất do đó sức nén của nó thay đổi phần nào mọi lúc. Điều này có nghĩa là trong mô hình của chúng ta, khối lượng của vòng sẽ thay đổi, và điều này sẽ tự biểu hiện trong các dao động tuần hoàn yếu trong vận tốc góc của chuyển động quay của Trái đất. Khi độ nén của nó giảm, tốc độ tăng lên và Trái đất bắt đầu chuyển động đều Đây là một mặt của vấn đề. Nhưng những biến dạng của Trái đất ảnh hưởng đến chuyển động quay của nó theo một cách khác. Để giải thích chính xác cách thức, chúng ta hãy làm thí nghiệm tinh thần sau đây. Hãy tưởng tượng rằng chuyển động quay của Trái đất đã dừng lại và lực ly tâm không còn tác dụng lên nó nữa. Hơn nữa, nếu Trái đất là một vật thể hoàn toàn rắn, hình dạng của nó sẽ không thay đổi. Nếu Trái đất là một vật thể lỏng, nó sẽ có hình dạng của một quả bóng thông thường. Khối lượng dư thừa ở xích đạo, và cùng với nó là vòng trong mô hình của chúng ta, sau đó sẽ biến mất hoàn toàn. Nhưng trên Trái đất thực, khi chuyển động quay của nó dừng lại, các lực đàn hồi bên trong sẽ phát huy tác dụng. Chúng sẽ chống lại các lực hấp dẫn, và nhờ đó, Trái đất sẽ vẫn là một hình cầu nén, mặc dù sức nén của nó sẽ giảm đi. Điều này có nghĩa là khối lượng của vòng của mô hình của chúng tôi cũng sẽ giảm. Bao nhiêu? Đây là câu hỏi chính, về giải pháp mà việc đánh giá độ cứng của Trái đất phụ thuộc vào giải pháp nào. Chúng tôi lưu ý rằng thời kỳ đai ốc tự do càng ngắn thì khối lượng dư thừa ở xích đạo càng lớn, tức là khối lượng của vòng. Đối với một Trái đất hoàn toàn rắn, khoảng thời gian này sẽ bằng 305 ngày. Trên thực tế, khi phân tích dữ liệu về chuyển động của các cực Trái đất trong 70 năm qua cho thấy, nó gần 430 ngày. Điều này được giải thích bởi thực tế là khoảng thời gian tự do hạt không phụ thuộc vào toàn bộ khối lượng dư thừa ở xích đạo, mà chỉ phụ thuộc vào phần khối lượng đó sẽ không biến mất nếu tác động của lực ly tâm chấm dứt. Do đó, có thể dễ dàng tính toán rằng việc ngừng quay sẽ làm giảm khối lượng của vòng trong mô hình của chúng ta đi 30%. (Chính xác hơn, vòng này được chia thành hai và một trong số chúng, chứa khoảng một phần ba tổng khối lượng, luôn được đặt trong mặt phẳng vuông góc với trục quay tức thời và không ảnh hưởng đến chuyển động của trục này trong Cơ thể của Trái đất.) Con số trên cho thấy tại những điều kiện nào, sẽ có sự cân bằng giữa các lực hấp dẫn cố gắng biến Trái đất thành một quả bóng và các lực đàn hồi cố gắng giữ cho hình dạng của nó không thay đổi. Trong quá trình thực hiện những công việc này, một số kết luận của lý thuyết về sự quay của Trái đất với lõi chất lỏng đã được hoàn thiện. Vì vậy, hóa ra ảnh hưởng của lõi chất lỏng sẽ dẫn đến sự thay đổi biên độ của một số dao động của trục trái đất trong không gian (đai ốc cưỡng bức). Nó cũng biểu hiện ở chỗ một chuyển động tròn yếu hơn với chu kỳ gần bằng ngày được thêm vào các thành phần đã biết của chuyển động các cực của Trái đất. Việc tìm kiếm những hiệu ứng này là một thách thức nằm ở giới hạn khả năng của thiên văn học hiện đại. Nhưng nó rất đáng để thử. Một nỗ lực như vậy đã được thực hiện bởi các nhà thiên văn học Ukraine. Hóa ra là thành công. Đặc biệt, N.A. Popov đã thành công trong việc phát hiện, trong các quan sát dài hạn của hai ngôi sao thiên đỉnh ở Poltava, những dao động yếu theo vĩ độ với chu kỳ được dự đoán bởi lý thuyết của M.S.Modensky. Do đó, những lập luận mới đã được đưa ra ủng hộ giả thuyết về lõi chất lỏng của Trái đất. Bây giờ chúng ta có thể nói rằng Trái đất nói chung dường như mạnh hơn một quả cầu thép rỗng với lớp vỏ dày khoảng 3.000 km. Tuy nhiên, những điều sau đây có thể phản đối cách đánh giá như vậy. Tất cả các kết luận của chúng tôi được rút ra từ nghiên cứu về các biến dạng rất yếu. Liệu chúng ta có thể sử dụng chúng nếu chúng ta phải tính toán hành động của các lực gây ra biến dạng đáng kể hơn nhiều và thậm chí đe dọa sự toàn vẹn của hành tinh chúng ta không? Rõ ràng, nó là không thể nếu không có những điều chỉnh đáng kể.Nhưng liệu có mối đe dọa về sự xuất hiện của các lực lượng mạnh đến mức những tính toán như vậy sẽ trở nên cần thiết? Điều này sẽ không xảy ra, chẳng hạn vì chế độ quay của hành tinh chúng ta sẽ bị gián đoạn đáng kể? Rất khó tìm ra lý do tự nhiên cho điều này. Tuy nhiên, theo thời gian, con người sẽ không thể thay đổi vòng quay của Trái đất theo ý mình? Đây không phải là lần đầu tiên câu hỏi này được đặt ra.
Tuy nhiên, sự việc đã kết thúc không có kết quả. Hóa ra trong tính toán của họ, các kỹ sư của Công ty Bắc Cực đã mắc một sai lầm nghiêm trọng: họ đã không tính đến thực tế là Trái đất không phải là một quả bóng, mà có thêm một khối lượng ở vành đai xích đạo. Tính đến khối lượng này, một kỹ sư người Pháp đã thực hiện các tính toán mới và cho thấy rằng dưới tác động của bức ảnh chiếu, các cực của Trái đất sẽ di chuyển trên bề mặt của nó chỉ 3 micron. Thật tò mò rằng câu chuyện này, như được kể trong cuốn sách "Sự quay của Trái đất" Các nhà địa vật lý người Mỹ Munk và MacDonald, có một sự tiếp nối hiện đại. Trong. Trong cuộc bầu cử tổng thống năm 1956, Thượng nghị sĩ Estes Kefauver, ứng cử viên cho chức phó tổng thống, nói rằng do kết quả của các cuộc thử nghiệm bom khinh khí, trục của Trái đất có thể lệch 10 °. Tuy nhiên, các tính toán chính xác cho thấy khác. Năng lượng giải phóng từ vụ nổ của một quả bom khinh khí công suất trung bình sẽ đủ để cho một quả đạn nặng một triệu tấn có tốc độ 11 km / giây. Nhưng độ giật của một khẩu đại bác bắn ra một phát bắn như vậy sẽ chỉ dịch chuyển cực của Trái đất chỉ một micrômet. “Và 70 năm sau Jules Verne,- lưu ý các tác giả, - các thành viên của chính phủ Washington vẫn từ chối thừa nhận sự tồn tại và tầm quan trọng của sự dư thừa ở xích đạo của quần chúng "... Do đó, ngay cả những phương tiện siêu mạnh mà con người hiện đang sở hữu cũng không đủ để có bất kỳ tác động đáng kể nào đến sự quay của Trái đất. Vì vậy, hành tinh của chúng ta đủ rắn và bền để chịu được các lực tác động theo chu kỳ hoặc trong một thời gian ngắn: chúng chỉ làm biến dạng nó một cách tinh vi. Nhưng ảnh hưởng có thể khác nếu các lực tác động theo cùng một hướng trong hàng triệu năm. Có thể, trong mối quan hệ với các lực như vậy, Trái đất hoạt động không phải là một vật đàn hồi lý tưởng, mà là một vật thể dẻo thay đổi hình dạng của nó, mặc dù chậm, nhưng đáng kể. Ở đây chúng ta đến với các vấn đề về sự tiến hóa của Trái đất và vai trò của các quá trình bên trong trong quá trình này. Chúng tạo ra căng thẳng trong cơ thể Trái đất, đôi khi vượt quá sức mạnh tối thượng của nó. Có thể xảy ra đồng thời các biến dạng thủy triều của Trái đất và thậm chí những xáo trộn nhỏ trong sự liên tục của vòng quay của nó đôi khi đóng vai trò "kích hoạt", tức là cú sốc cuối cùng gây ra sự đứt gãy và dịch chuyển trong lớp vỏ và lớp phủ của Trái đất. . Đến lượt nó, các hiện tượng sau có thể ảnh hưởng đến sự quay của Trái đất, và các nhà địa vật lý và thiên văn học hiện đang tham gia sâu vào việc tìm kiếm các biểu hiện của ảnh hưởng này. E. Fedorov |
"Ồ, nếu cái này cũng vậy, cơ thể quá nặng đã tan chảy, tan biến, trở thành sương!" Nhà địa vật lý nổi tiếng người Anh, Harold Jeffries đã lấy những lời này của Hamlet làm ngoại truyện cho một trong những chương của cuốn sách của mình "Đất".
Để kiểm tra các giả thuyết về tính chất của hạt nhân, điều tự nhiên là chuyển sang kinh nghiệm. Nhưng chúng ta có thể nói về trải nghiệm gì khi đối phó với một vật thể có kích thước tương đương với Trái đất? Thật vậy, để kiểm tra độ bền của bất kỳ sản phẩm nào, một mẫu sản phẩm này được đặt trong một máy đặc biệt, kéo căng trong đó, xoắn hoặc vắt. Trong trường hợp này, cả lực tác dụng và biến dạng của mẫu đều được ghi lại. Nhưng chúng ta không có cơ hội, theo quyết định của mình, tác dụng lực lên Trái đất đủ để thay đổi hình dạng của nó dù chỉ một chút. Chúng ta phải bằng lòng với những gì mà thiên nhiên ban tặng.
Nếu trục quay của Trái đất vuông góc với mặt phẳng của vòng tròn, tức là trùng với trục đối xứng của mô hình, lực ly tâm sẽ không ảnh hưởng đến chuyển động quay của mô hình - nó sẽ chỉ làm căng vòng tròn. Nhưng ngay sau khi trục quay lệch khỏi trục đối xứng, tác dụng của lực ly tâm bắt đầu tự biểu hiện giống như tác dụng của một cặp lực, như nó đã tìm cách điều hòa các trục nói trên. Tuy nhiên, hiệu ứng hơi bất ngờ: trục quay không trùng với trục đối xứng, mà bắt đầu chuyển động xung quanh nó, mô tả một bề mặt hình nón trong thiên thể của Trái đất. Chuyển động này được gọi là chuyển động tự do, và chu kỳ của nó càng ngắn thì khối lượng của vòng càng lớn.
Câu chuyện của anh ấy bắt đầu bằng một cuốn tiểu thuyết của Jules Verne "Lộn ngược"... Nó kể về dự án của Công ty Công nghiệp Bắc Cực để quay trục của trái đất một góc 23 °, sử dụng lực đẩy mà khẩu pháo có thể cung cấp cho trái đất do độ giật khi bắn. Theo tính toán của các kỹ sư của công ty nói trên, để bắn được một quả đạn nặng 180 nghìn tấn từ khẩu pháo. Dự án này khơi dậy sự quan tâm đầu tiên, sau đó là sự lo lắng và cuối cùng là sự hoảng sợ, vì việc thực hiện nó sẽ dẫn đến nhiều hậu quả thảm khốc.
| Lồng là gì? | Tính hai chiều sinh lý của thông tin: cơ chế và hậu quả |
|---|
Công thức nấu ăn mới
