IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Фигура и гравитационное поле Земли тесно взаимосвязаны и их изучение представляет собой по существу одну задачу. Сложная структура гравитационного поля, обусловленная неправильностями фигуры Земли и особенностями распределения плотностей масс, создает значительные трудности при определении потенциала силы тяжести W.

То, что Земля должна быть сплюснута вдоль полярной оси и иметь форму эллипсоида вращения, впервые предсказал И. Ньютон. Это предположение было подтверждено в 30-х годах XVIII в. специально созданными экспедициями французских геодезистов. Сплюснутость Земли обусловлена вращением планеты вокруг собственной оси и пластичностью слагающего её вещества. Если бы вещество планеты было жидкостью с однородной плотностью и находилось бы в состоянии гидростатического равновесия, то под действием гравитационных и центробежных сил оно приобрело бы форму идеального эллипсоида вращения. Такой эллипсоид называется сфероидом или референц-эллипсоидом. Увеличение плотности к центру, что характерно для реальной Земли, приводит к отклонению её поверхности от поверхности идеального референц-эллипсоида не более чем на 3 м. Состояние Земли также несколько отличается от гидростатического равновесия: современное экваториальное вздутие планеты несколько больше того, каким оно должно было быть при полном равновесии. За физическую модель Земли при этом принимают так называемый уровенный эллипсоид вращения, внешняя поверхность которого является уровенной и сила тяжести в каждой точке ее направлена по нормали к ней. Центр уровенного эллипсоида совмещают с центром масс Земли, а ось его вращения — с осью вращения Земли. Гравитационное поле, создаваемое уровенным эллипсоидом на его поверхности и во внешнем пространстве, называют нормальным гравитационным полем, а силу тяжести — нормальной и обозначают буквой у.[2]

Обладая определённой массой, Земля создаёт вокруг себя силы притяжения — гравитационное поле. Под гравитационным полем Земли понимается поле силы тяжести (ускорения силы тяжести), которая определяется как составляющая двух основных сил: силы притяжения Земли и центробежной силы, вызванной её суточным вращением. Влияние других факторов (притяжения Луны, Солнца и других небесных тел и масс атмосферы) на значение силы тяжести учитывается соответствующими поправками.

Гравитационное поле характеризуется силой тяжести, потенциалом силы тяжести и различными производными от него. Потенциал гравитационного поля – скалярная функция координат, численно равная работе, которую производит поле при переносе точечной единичной массы из какой-либо начальной точки в данную точку. Практически точечными можно считать объекты, размеры которых много меньше расстояния между ними. Эта работа не зависит от пути. Обычно в качестве начальной берут точку, находящуюся на бесконечно большом расстоянии от масс, создающих гравитационное поле. В международной системе СИ единица ускорения силы тяжести имеет размерность м×с^-2, а потенциала - м²×с^-2. Полное значение ускорения силы тяжести на поверхности Земли составляет около 980 гал. На экваторе оно за счёт противодействующего влияния центробежной силы вращающейся Земли несколько меньше этой величины; на полюсах, где центробежных сил нет,— больше. Гравиметрические исследования сводятся обычно к сравнению реальных значений ускорения силы тяжести с расчётными значениями, вычисленными для разных точек поверхности референц-эллипсоида. Отклонения реальных значений от расчётных называются гравитационными аномалиями. Перед тем как сравнивать реальные и расчётные величины, в наблюдённые данные вносят определённые поправки. Поэтому при интерпретации гравиметрических материалов, исследуется не один, а три вида аномалий: 1 — аномалии в «свободном воздухе» (в измеренные значения внесена поправка за свободный воздух, учитывающая изменение силы тяжести, обусловленное удалением точки наблюдения от поверхности сфероида) ; 2 — аномалии Буге (внесены поправки за «свободный воздух», за реальную топографию местности и специальная поправка Буге, учитывающая гравитационное влияние масс в слое, заключённом между уровнем моря и точкой наблюдения); 3 — изостатические аномалии, которые получаются в результате вычитания гравитационного эффекта структурных и плотностных неоднородностей коры из аномалий Буге.[3]

Изучение гравиметрических данных позволило получить многие дополнительные сведения о Земле и её макроструктурных компонентах. В частности, с помощью гравиметрии была вычислена средняя плотность земной коры; выявлена и количественно охарактеризована латеральная плотностная неоднородность земной коры; доказано наличие плотностной неоднородности в мантии; подтверждено открытое геодезистами гидростатически уравновешенное состояние планеты в целом и земной коры в отдельности (явление изостазии) и, наконец, выявлены на Земле зоны, где изостазия в той или иной мере нарушена и где, следовательно, глубинные процессы, активно проявляясь в настоящее время, вывели земные массы из состояния равновесия. [1]

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. В. А. Дедеев, П. К. Куликов: «Происхождение структур земной коры»

2. Интернет-ресурс http://geodetics.ru

3 Веселов К. Е. Гравитационное поле и геологическое развитие Земли. Советская геология. 1976. N. 5. C. 70-80.

Код для цитирования: Скопировать