VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

Поле силы тяжести силовое поле,обусловленное притяжением (тяготением) Земли и центробежной силой, вызванной её суточнымвращением. Зависит также (незначительно) от притяжения Луны, Солнца и др. небесных тел и масс земнойатмосферы. Г. п. З. характеризуется силой тяжести, потенциалом силы тяжести иразличными производными от него. Потенциал имеет размерность см².сек^–2. За единицу измерения первыхпроизводных потенциала, в том числе силы тяжести, в гравиметрии принимается миллигал (мгл), равный10^–3 см.сек^–2, а вторых производных — этвеш (Е), равный 10^–9 сек^–2. Часть потенциала силы тяжести,обусловленная только притяжением масс Земли, называется потенциалом земного притяжения, илигеопотенциалом.

Для решения практических задач потенциал земного притяжения представляется в виде ряда

где ρ — геоцентрическое расстояние; φ и λ — географическая широта и долгота точки, в которойрассматривается потенциал; P_nm — присоединённые функции Лежандра; GE — произведение постояннойтяготения на массу Земли, равное 398 603·10⁹ м³ сек^–2, а — большая полуось Земли; C_nm и S_nm —безразмерные коэффициенты, зависящие от фигуры Земли и внутреннего распределения масс в ней.Главный член ряда — C₂₀) учитывает сжатие Земли. Последующие члены, коэффициенты которых натри порядка и более меньше, чем C₂₀, отражают детали фигуры и строения Земли. Из-за отсутствия точныхданных об истинном распределении масс внутри Земли и о её фигуре невозможно непосредственновычислить коэффициенты C_nm и S_nm. Поэтому они определяются косвенно по совокупности измерений силытяжести на поверхности Земли и по наблюдениям возмущений в движении близких искусственных спутниковЗемли (ИСЗ). В табл. приведены результаты определения коэффициентов разложения, установленные наоснове наблюдений движения ИСЗ. Аналогичными рядами описывается поле силы тяжести Земли.

Для удобства решения различных задач Г. и. З. условно разделяется на нормальную и аномальнуючасти. Основная — нормальная часть, описываемая несколькими первыми членами разложения,соответствует идеализированной Земле («нормальной» Земле) простой геометрической формы и с простымраспределением плотности внутри неё. Аномальная часть поля меньше по величине, но имеет сложноестроение. Она отражает детали фигуры и распределения плотности реальной Земли. Нормальная частьполя силы тяжести рассчитывается по формулам распределения ускорения нормальной силы тяжести γ. ВСССР и др. социалистических странах наиболее часто используется формула Гельмерта (1901—09):

γ = 978030 (1 + 0,005302 sin²φ — —0,000007sin ²2φ) мгл.

Формула Кассиниса (1930), называемая международной, имеет вид:

γ = 978049 (1 + 0,0052884 sin²φ — 0,0000059 sin² 2φ) мгл.

Существуют другие, менее распространённые, формулы, учитывающие небольшое долготноеизменение γ, а также асимметрию Северного и Южного полушарий. Ведётся подготовка к переходу к единойновой формуле с учётом уточнённого абсолютного значения силы тяжести. С помощью формулраспределения нормальной силы тяжести, зная высоты пунктов наблюдений, а также строение окружающегорельефа и плотности слагающих его пород, вычисляют аномалии силы тяжести которые применяются для решения большинства задач гравиметрии.

Потенциал силы тяжести используется при изучении фигуры Земли, близкой к уровенной поверхностиГ. п. З., а также в астродинамике при изучении движения искусственных спутников в Г. п. З. (уровеннойназывается поверхность, во всех точках которой потенциал имеет одинаковое значение; сила тяжестинаправлена к ней по нормали). Одна из уровенных поверхностей, которая совпадает с невозмущённойсредней поверхностью океанов, называется Геоидом. По направлению силы тяжести устанавливается отвеси определяется положение астрономического зенита. Поскольку уклонения отвеса приближённо равныотношению горизонтальной составляющей притяжения к силе тяжести, то знание их величин вопределённом смысле позволяет судить и о Г. п. З.

Вторые производные потенциала силы тяжести применяются при решении геологоразведочных игеодезических задач. Вертикальный градиент силы тяжести , соответствующийнормальной части Г. п. З., от полюса к экватору изменяется всего на 0,1% от его полной величины, равной всреднем для всей Земли 3086 этвеш. Намного меньше по абсолютной величине нормальныегоризонтальные градиенты силы тяжести и вторые производные потенциала силы тяжести, характеризующиекривизну уровенной поверхности Земли. Аномальная часть вторых производных потенциала позволяетсудить о плотностных неоднородностях в верхних частях земной коры. По величине она достигает вравнинных местах десятков, а в горных — сотен этвеш. В гравиметрической разведке ,помимо вторых производных потенциала силы тяжести, используются третьипроизводные потенциала, получаемые путём пересчёта по аномалиям силы тяжести. Сила тяжестиизмеряется Гравиметрами и маятниковыми приборами), а вторые производныепотенциала силы тяжести — гравитационными вариометрами .

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:

1.Личков Б.Л. К основам современной теории Земли. Изд. ЛГУ, 1965.

2.Личков Б.Л. О чертах симметрии Земли, связанных с её гравитационным полем, тектоникой и гидрогеологией. - В сб. "Земля во Вселенной". М., 1964, с, 161.

3.Ловиц Т.Е. Новые наблюдения над кристаллизацией солей. - В кн.: Избранные труды по химии. М., изд-во АН СССР, 1955, стр. 223.

4.Металлогения и новая глобальная тектоника, Л-д, 1973.

5.Монин А.С., История Земли. "Наука". Л-д, 1977, с. 48.

6.Ог Э. Геология. М., Гос. изд-во, 1922, т. 1, с. 474.

7.Симметрия структур геологических тел. Выпуск 1. Симметрия структур геологических тел и теоретические вопросы её исследования. М., 1976.

Код для цитирования: Скопировать