{ Блог о природе }

Введение

Цунами случаются не так часто, как землетрясения, но ущерб, наносимый ими, такого же порядка, что и ущерб от землетрясений. Это потому, что цунами сокрушают берега океанов (иногда и внутренних морей), где плотность населения и различных коммуникаций наибольшая. Особенно велики были потери от цунами на берегах Индийского океана в декабре 2004 г.

В связи с этим в очередной раз встал вопрос: как можно защититься от землетрясений, от цунами? Если не полностью избежать ущерба от этих грозных явлений, то хотя бы уменьшить его. Действительно, от зарождения цунами в окрестностях эпицентра подводного землетрясения до прихода волны цунами к берегу проходят десятки минут, и даже часы. За это время вполне можно вывести людей из опасной зоны. Если иметь надежную систему предупреждения …

В настоящее время во всем мире разрабатываются методы, создаются и даже работают системы предупреждения о цунами, землетрясениях, но их эффективность оставляет желать лучшего. Цель настоящей работы – показать, как можно существенно уменьшить ущерб от цунами и землетрясений, причем экономически эффективно. Показан один из вариантов, как именно можно это сделать.

(далее...)

Написано в: Геофизика (Планетология), Природные явления от vnshumilov 5 комментариев » Метки: орбитальный мониторинг цунами, природа цунами, цунами

Из наблюдений прохождения через Землю сейсмических волн известно, что земные недра на глубинах свыше 2900 километров не пропускают поперечные сейсмические волны. Скорость продольных волн на отметке 2900 км снижается с 13.7 до 8.3 км/сек, с последующим довольно плавным ростом до глубины 5100 км. Плотность вещества на глубине 2900 км также увеличивается скачком с 5.6 кг/дм³ до 10 кг/дм³ с последующим медленным монотонным ростом до той же глубины 5100 км. А на глубине 5100 км и скорость продольных волн и плотность вещества резко увеличиваются [1]. Отсюда следует вывод, что слой земных недр на глубинах от 2900 до 5100 км находится в жидком состоянии (поскольку не пропускает поперечные волны). Эта часть нашей планеты называется жидким, или внешним ядром Земли.

Изменение плотности на отметке 5100 км при переходе от внешнего, уверенно жидкого ядра, к внутреннему, плотность которого и скорость продольных сейсмических волн в нём скачком возрастают (с 12 до 13 кг/дм³ , с 10.5 до 11.5 км/сек), свидетельствует о резком изменении состава при пересечении границы между внешним и внутренним ядром. Это даёт основания предполагать (но не утверждать!), что ниже 5100 км и до самого центра Земли вещество находится в твёрдом состоянии (скорость волн зависит от механических свойств среды — плотности и модуля упругости). Из резкого увеличения скорости волн отнюдь не следует, что вещество внутреннего ядро находится в твёрдом состоянии, как это обычно говорят. Ведь неизвестно, проходят ли через внутреннее ядро поперечные волны. Даже если поперечные волны могут проходить через внутреннее ядро, мы не можем этого наблюдать через толстый слой внешнего ядра, не пропускающего такие волны. Другое дело, что не исключена твёрдость внутреннего ядра, но нет решающих аргументов и против жидкого внутреннего ядра, существенно отличающегося по составу от жидкого внешнего ядра, о чём свидетельствует резкое увеличение плотности вещества на их границе. Так что вопрос твёрдости-жидкости внутреннего земного ядра, на самом деле, пока не имеет однозначного аргументированного ответа. Хотя ответ мог бы быть получен, скажем, при уверенном обнаружении анизотропии скорости продольных волн во внутреннем ядре (которую надо было бы объяснить).

Изменение плотности вместе с изменением скорости волн и агрегатного состояния говорит о том, что на границе мантии и ядра изменяется состав вещества. В связи с этим возникает вопрос: каков вклад именно внешнего жидкого ядра в общий поток тепла, идущего из центральных областей Земли к её поверхности?
(далее...)

Написано в: Геофизика (Планетология) от vnshumilov 1 комментарий » Метки: конвекция, магнитное поле Земли

Мы уже рассмотрели вопросы распределения источников тепла в коре и мантии (интенсивность источников около нуля), независимость от глубины теплопроводности вещества коры. Эти факторы приводят к линейному росту температуры с глубиной от 0?С до примерно 1000?С на границе Мохо. С учётом распределения температур в земной коре, рассмотрения теплопроводности в коре и мантии, переноса тепла мантийными конвекционными потоками можно перейти к рассмотрению распределения температур в мантии и ядре Земли. Нынешние данные о составе коры и мантии, о распределении источников тепла позволяют достаточно обоснованно ВЫЧИСЛИТЬ распределение температур в земной коре и мантии. Менее обоснованные суждения мы можем представить по поводу распределения температур в земном ядре.

В коре тепло передаётся кондуктивной теплопроводностью, поэтому тепловое сопротивление коры довольно велико. Температура в равниной материковой коре растёт с глубиной в темпе приблизительно 30?С / 1 км (при тепловом потоке ~0.1 Вт/м² и теплопроводности ? ? 3ккал/(м*час*1?С).

(далее...)

Написано в: Геофизика (Планетология) от vnshumilov Нет комментариев » Метки: адиабата, адиабатическое сжатие, мантийная конвекция, текучесть, температура недр, температура плавления

После рассмотрения тепловой конвекции в вязкой земной мантии и вызываемого этой конвекцией перманентного нарушения изостатического равновесия можно сказать несколько слов и о форме геоида – эквипотенциальной поверхности уровня моря.

Наши знания о форме Земли постепенно уточняются. Поначалу в представлении человека Земля была плоской. Затем стала совершенно круглой (идеальной сферой). Позже Ньютон показал, что земля сплюснута из-за своего быстрого вращения. По мере роста точности измерений оказалось, что форма Земли ещё сложнее. Её начали представлять ещё более сложным эллипсоидом. Но точные измерения показали, что поверхность не может быть представлена в аналитической форме. Поэтому для практических задач геодезии, астрономии, требующих высокой точности, отличия эквипотенциальной поверхности уровня моря от поверхности идеального эллипсоида начали приводить в виде таблиц, характеризующих отклонение реальной поверхности уровня моря – геоида – от идеальной поверхности эллипсоида.

На эквипотенциальной (равнопотенциальной) поверхности моря гравитационный потенциал всюду одинаков. Поэтому вода и не перетекает из точки в точку, как это было бы на наклонной поверхности, на которой гравитационный потенциал всюду различен (зависит от высоты). Поверхность неподвижной воды в поле сил тяжести мы называем горизонтальной. Направление силы тяжести мы называем вертикалью, оно всюду перпендикулярно горизонтальной поверхности, так что, если представить силу тяжести через составляющие, то её составляющая, параллельная горизонтальной поверхности воды, всегда равна нулю. Поэтому и нет самопроизвольного (только под действием сил тяжести) движения воды на горизонтальной поверхности. С направлением силы тяжести, действующей вертикально (по определению), совпадает линия отвеса (линия нити с подвешенным на ней грузиком). Поэтому выражение «линия отвеса не совпадает с вертикалью» вносит путаницу, оно не верно. Но линия отвеса, она же вертикальная линия, действительно, может не проходить через центр Земли.

Возникает вопрос: чем обусловлена наблюдаемая форма геоида?

Для ответа на этот вопрос просто запишем значение потенциала поля сил тяжести в какой-то точке. Потенциал определяется распределением масс во всём окружающем объёме, в окрестностях исследуемой точки:

U (R0) = ? * ? (?Mi/R0i) = ? * ? (?/R0v) dV.

Здесь U (R0) – гравитационный потенциал в точке R0,

? – гравитационная постоянная,

?Mi – масса физической точки, дающей вклад в потенциал U (R0),

R0i – расстояние между точкой R0 и i-ой физической точкой,

? – плотность непрерывного вещества,

R0v – расстояние между точкой R0 и элементарным объёмом dV, дающим вклад в потенциал. Суммирование (?) ведется по всем значимым точкам. Интегрирование (?) ведётся по всему значащему объёму.

Понятно, что если массы в нашей планете будут распределены не слишком симметрично, то и гравитационный потенциал будет не очень симметричен. Такую несимметричную поверхность равного потенциала (на уровне моря) мы и наблюдаем, точно измеряя (геодезическими методами) расстояние от уровня моря до центра Земли (до её центра масс). Чем же обусловлено отклонение распределения масс в недрах Земли от сферически симметричного?

(далее...)

Написано в: Геофизика (Планетология) от vnshumilov 2 комментариев » Метки: восходящий поток, изостазия, нисходящий поток, уровень моря, эквипотенциальная поверхность

Мы живём на верхней поверхности твёрдой земной коры. Снизу кору ограничивает поверхность Мохоровичича. Она же граница, слой, зона, раздел Мохо. Располагается поверхность Мохо в разных географических точках на разных глубинах и не всегда чётко выражена.

Эта поверхность известна тем, что при переходе через неё меняется скорость распространения сейсмических волн. Ниже зоны Мохо (в мантии Земли) скорости распространения сейсмических волн больше, чем над нею, в коре. По изменению скорости волн и была обнаружена поверхность Мохо. Но, если изменяется скорость волн, то это изменение вызвано существенным изменением механических свойств среды, в которой они распространяются. Из механики известно, что скорости распространения продольных и поперечных волн Vp и Vs зависят от плотности среды и её жёсткости:

Vp = sqrt (E/?)

Vs = sqrt (G/?)

E – модуль Юнга, G — модуль сдвига.

То есть, теория и практика механики говорят, что изменение скорости волн в зоне Мохо обусловлено или изменением плотности, или изменением модулей упругости и сдвига. Или и тем, и другим. Кроме того, из анализа тепловых потоков из земных глубин известно, что примерно на той же глубине (в зоне Мохо) существенно увеличивается эффективная теплопроводность земных недр. Ниже зоны Мохо температура растёт гораздо медленнее, чем в коре.

Чем обусловлены эти изменения механических и теплофизических свойств недр?

(далее...)

Написано в: Геофизика (Планетология) от vnshumilov Нет комментариев » Метки: вязкость, геотермический градиент, Граница Мохо, мантийная конвекция, поток тепла