Биологический каталог




Лекции по экологии

Автор О.В.Богданкевич

минимальный возраст мантии.

К этому надо прибавить несколько сот миллионов лет, которые ушли на формирование земли из газопылевого облака. Таким образом, геологи оценивают возраст Земли в 4,8-5 млрд лет. В соответствии с теорией Канта Солнцу должно быть примерно столько же.

6. Наш дом — планета Земля

Третью планету Солнечной системы мы называем Земля. Ее движение по орбите вокруг Солнца строго подчиняется законам Иоганна Кеплера, выведенным им из данных наблюдательной астрономии почти за полвека до открытия Исааком Ньютоном закона всемирного тяготения и строго сформулированным им в знаменитых «Математических началах натуральной философии» в 1687 г.

Наши представления о внутренней структуре земного шара стали приобретать более или менее реальные очертания только после изобретения сейсмографа в середине XIX в., хотя приборы для регистрации землетрясений, основанные на наблюдении колебаний маятника, были известны еще древним китайцам в начале нашей эры.

Современный сейсмограф представляет собой комплекс приборов, регистрирующих колебания грунта при землетрясении и преобразующих их в электрический сигнал, записываемый на сейсмограммах в аналоговой и цифровой форме. Однако, по-прежнему, основным чувствительным элементом служит маятник с грузом.

Сейчас во всем мире работает более 2000 сейсмических станций, регистрирующих примерно 100 000 землетрясений в год, большинство из которых люди просто не замечают. Но примерно одно из них приводит к катастрофическим последствиям и жертвам.

За последние 500 лет жертвами разрушительных землетрясений стало 5 6 млн человек, и почти половина из них приходится на Китай.

Так, в 1556 г. при катастрофическом землетрясении в провинции Шэньси погибло 830 тыс. человек, а в 1976 г. в районе Тендзян, к востоку от Пекина — по разным оценкам, от 350 тыс. человек до 1 млн.

Не является исключением и Европа: 1908 г., Мессина (Италия) — 120 тыс. человек; 1755 г., Лиссабон — погибло 50 из 230 тыс. жителей; 1737 г., Калькутта (Индия) — погибло 300 тыс. человек; 1923 г., Токио — 143 тыс. человек.

По своим разрушительным последствиям землетрясения сравнимы только с разрушительными воздействиями тропических циклонов, а иногда и связанны с ними. Энергия, выделяющаяся при землетрясениях, достигает 1020 Дж. Для сравнения, энергия взрыва водородной бомбы в 1 мегатонну составляет всего 1,5 • 1016 Дж.

Колебания внутренних масс вещества Земли, вызванные землетрясениями, имеют как продольную, так и поперечную составляющую и распространяются от места их возникновения на тысячи километров.

Для определения силы землетрясений используются две шкалы: одна — 12-балльная описательная (принятая у нас) шкала MSK-64 (Медведева-Шпонхойера-Карника) и другая — логарифмическая, или магнетуд-ная, 9-балльная Шкала Рихтера, которая характеризует энергию землетрясения в его гипоцентре (месте возникновения). Изменение силы землетрясения на один балл этой шкалы соответствует 100-кратному изменению всей выделившейся энергии. Поэтому последствия землетрясения в его эпицентре (проекции положения гипоцентра на поверхность) зависят от глубины гипоцентра.

Шкала MSK-64, наоборот, определяет последствия землетрясения в его эпицентре.

Землетрясение в 1 балл на поверхности не ощущается никем, регистрируется только сейсмическими приборами;

2 балла — иногда замечается людьми, находящимися в спокойном состоянии;

3 балла — ощущается в помещениях на верхних эта-}ках;

4 балла — ощущается многими (особенно в помещении), в ночное время некоторые просыпаются. Возможен звон посуды, дребезжание стекол, хлопанье дверей;

5 баллов — замечается всеми, многие ночью просыпаются. Качание висячих предметов, трещины в оконных стеклах и штукатурке;

6 баллов — осыпается штукатурка, легкие разрушения зданий;

7 баллов — трещины в штукатурке и откалывание отдельных кусков, тонкие трещины в стенах. Толчки ощущаются в автомобилях;

8 баллов — большие трещины в стенах, падение труб, памятников. Трещины на крутых склонах и на сырой почве;

9 баллов — обрушение стен, перекрытий, кровли в некоторых зданиях, разрывы подземных трубопроводов;

10 баллов — обвалы многих зданий, искривление железнодорожных рельсов. Оползни, обвалы, трещины (до 1 м) в грунте;

11 баллов — многочисленные широкие трещины в земле, обвалы в горах, обрушение мостов, только немногие каменные здания сохраняют устойчивость;

12 баллов — значительные изменения рельефа, отклонение течения рек, предметы подбрасываются в воздух, тотальное разрушение сооружений.

Усилия ученых, направленные на изучение природы и причин землетрясений и создание приборов для их регистрации, в конечном счете привели к достаточно точным представлениям о внутреннем строении Земли.

В 1897 г. немецкий геофизик Эмиль Вихерт выдвинул гипотезу о существовании у Земли плотного металлического ядра.

В середине XX в. эта гипотеза нашла подтверждение при обработке результатов сейсмограмм, а в последнее время — при измерении гравитационного поля Земли с помощью спутников. Эти измерения позволили определить момент инерции Земли, величина которого сильно зависит от распределения плотности вещества по радиусу планеты.

В модели однородной Земли момент инерции был бы равен 0,4 • 1040 г • см2/с, тогда как результаты измерений с помощью спутников дают величину, почти на треть меньшую: 0,33089 • 1040 г • см2/с

Средняя плотность вещества Земли р = 5,517 г/см3, а средняя плотность земной коры равна всего 2,8 г/см .

В 1909 г. югославский геофизик Андрей Мохорович при обработке сейсмограмм сильного землетрясения в Загребе обнаружил резкое изменение скорости сейсмических волн на глубине 30-40 км от поверхности Земли.

Очень много для развития теории внутреннего строения Земли дали работы российского академика Бориса Борисовича Голицына — фактически основателя науки сейсмологии — раздела геофизики, изучающего причины землетрясений и распространение сейсмических волн (механических колебаний вещества Земли), возникающих в результате разгрузки внутренних напряжений.

Внутренний слой Земли, находящийся в нижней части верхней мантии (на глубине 400-900 км), характеризующийся резким ростом скоростей сейсмических волн, был впервые установлен в 1916 г. Б. Б. Голицыным и носит его имя.

На рис. 6.1 приведены результаты измерения скорости сейсмических волн, полученные из обработки сейсмограмм, полученных на разных сеисмостанциях в разное время. На данном рисунке четко видно резкое изменение скорости распространения сейсмических волн при переходе через поверхности раздела областей внутри Земли с разными физическими свойствами. В основном это области с различной плотностью и упругими свойствами.

Из механики сплошных сред известно, что скорости распространения поперечных волн СП зависят от модуля сдвига |i и плотности среды р:

Для жидкости модуль сдвига равен 0, следовательно, там не могут распространяться поперечные волны. Резкое затухание поперечных сейсмических волн на глубине 2900 километров от поверхности указывает на то, что на глубинах, больших 2900 км, вещество находится в жидком состоянии.

Продольные волны преодолевают этот слой, но на глубине около 5100 километров скорость их распространения резко увеличивается с 10 до 11,3 км/с и вновь оказывается возможным распространение поперечных волн со скоростью 3,6 км/с. Это указывает на то, что центральное ядро Земли представляет собой твердое кристаллическое вещество с плотностью около 13 г/см3.

Скорость акустических

Глубина от поверхности, км

Рис. 6.1. Скорости распространения сейсмических волн, измеренные при обработке данных о землетрясениях и ядерных

взрывах х)

Еще в начале XIX в., в процессе точного определения координат далеких звезд, было замечено, что широты астрономических обсерваторий при измерениях в течение ряда лет не остаются постоянными. Это могло происходить либо в результате медленного дрейфа континентов, либо в результате колебаний положения земной оси.

Прецессия земной оси была известна астрономам еще в XVII в. Угол между осью конуса прецессии и образующей конуса равен 23° 27', а сама ось перпендикулярна плоскости земной орбиты. Был вычислен и пери) Мельхиор П. Физика и динамика планет. — М.: Мир, 1976.

од прецессии, который оказался равным приблизительно 26 тыс. лет.

В 1912 г. немецкий геофизик Альфред Вегенер выдвинул гипотезу, согласно которой около 100-120 млн лет назад существовавшая в то время единая материковая суша раскололась на несколько частей, которые стали медленно расходится в разные стороны со скоростью несколько сантиметров в год. Одним из аргументов этой гипотезы послужило сходство очертаний материков Африки и Южной Америки, на которое некоторые географы обращали внимание еще задолго до Вегенера.

К середине XX в. на основе анализа измерений остаточной намагниченности горных пород было высказано предположение, что таких праматериков было по крайней мере два: южный, получивший впоследствии название Гондвана, из которого потом образовались Южная Америка, Африка, Австралия и Антарктида, и северный — Лавразия, из которого образовались Северная Америка, Европа, Азия и Гренландия. Эта теория получила название теории мобилизма материков.

В 1980 г. были проведены измерения долготы обсерваторий Берлина и Гонолулу, отстоящих по долготе на 180 градусов. Эти данные не подтвердили гипотезу Вегенера о смещении Европы относительно дна Тихого океана. Однако точность таких измерений находится на пределе экспериментальных возможностей и требует дополнительной проверки.

Наличие жидкого ядра Земли было подтверждено в конце 60-х гг. путем обнаружения небольших колебаний полюсов земного шара, возникающих после сильных землетрясений (например, Чилийского в 1960 г. и Аляскинского в 1964 г.), а также в результате возмущений, вызванных суточными лунными приливными волнами.

В 1982 г. А. Чандлер установил, что колебания земной оси имеют период 430 сут. Расчетное значение периода колебаний твердой Земли не может превосходить 305 сут.

Расчеты показывают, что в случае полностью твердой Земли частота ее колебаний д

страница 11
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

Скачать книгу "Лекции по экологии" (1.97Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(26.04.2017)