ANO ANG ISANG GEOID? - PISIKAL - 2025

Ang geoid o figure ng Earth ay ang teoretikal na ibabaw ng ating planeta, na tinutukoy ng average na antas ng mga karagatan at may isang medyo hindi regular na hugis. Matematika na ito ay tinukoy bilang ang equipotential na ibabaw ng mabisang potensyal na gravitational ng Earth, sa antas ng dagat.

Dahil ito ay isang haka-haka (hindi materyal) na ibabaw, tumatawid ito sa mga kontinente at bundok, na parang lahat ng mga karagatan ay konektado sa pamamagitan ng mga kanal ng tubig na dumaan sa masa ng lupa.

Larawan 1. Ang geoid. Pinagmulan: ESA.

Ang Earth ay hindi isang perpektong globo, dahil ang pag-ikot sa paligid ng axis nito ay lumiliko ito sa isang uri ng bola na na-flat ng mga poste, na may mga lambak at bundok. Ito ang dahilan kung bakit hindi pa wasto ang hugis ng spheroid.

Ang parehong pag-ikot na ito ay nagdaragdag ng isang puwersang sentripugal sa puwersa ng gravity ng Earth, na ang resulta o epektibong puwersa ay hindi tumuturo sa gitna ng Daigdig, ngunit may isang tiyak na potensyal na gravitational na nauugnay dito.

Dagdag dito, ang mga aksidente sa heograpiya ay lumikha ng mga iregularidad sa density, at samakatuwid ang puwersa ng gravitational na pang-akit sa ilang mga lugar ay tiyak na tumitigil sa sentro.

Kaya ang mga siyentipiko, na nagsisimula sa CF Gauss, na naglikha ng orihinal na geoid noong 1828, ay lumikha ng isang geometric at matematika na modelo upang kumatawan sa ibabaw ng Earth nang mas tumpak.

Para sa mga ito, ang isang karagatan ay ipinapalagay sa pamamahinga, nang walang pag-agos o mga alon ng karagatan at may pare-pareho ang density, na ang taas ay nagsisilbing sanggunian. Ang ibabaw ng Earth ay pagkatapos ay isinasaalang-alang na ripple malumanay, tumataas kung saan ang lokal na grabidad ay pinakamalaki at lumulubog kapag bumababa ito.

Sa ilalim ng mga kondisyong ito, hayaan ang mabisang bilis ng pagpabilis ng gravity ay palaging maging patayo sa ibabaw na ang mga puntos ay nasa parehong potensyal at ang resulta ay ang geoid, na hindi regular dahil ang equipotential ay hindi simetriko.

Pisikal na pundasyon ng geoid

Upang matukoy ang hugis ng geoid, na pino sa paglipas ng panahon, ang mga siyentipiko ay nagsagawa ng maraming mga sukat, na isinasaalang-alang ang dalawang kadahilanan:

- Ang una ay ang halaga ng g, ang patlang ng gravitational ng Earth na katumbas ng pagbilis ng gravity , ay nakasalalay sa latitude: ito ay maximum sa mga poste at minimum sa ekwador.

- Ang pangalawa ay, tulad ng sinabi namin dati, ang density ng Earth ay hindi homogenous. May mga lugar kung saan nadaragdagan dahil ang mga bato ay mas makapal, mayroong isang akumulasyon ng magma o mayroong maraming lupa sa ibabaw, tulad ng isang bundok halimbawa.

Kung saan ang density ay mas mataas, gayon din ang g . Tandaan na ang g ay isang vector at sa gayon ito ay ipinapahiwatig nang walang katapangan.

Ang potensyal na potensyal ng Earth

Upang tukuyin ang geoid, kinakailangan ang potensyal dahil sa gravity, kung saan ang larangan ng gravitational ay dapat na tinukoy bilang ang puwersa ng gravitational bawat yunit ng masa.

Kung ang isang pagsubok sa masa ng m ay inilalagay sa nasabing larangan, ang puwersa na isinagawa ng Earth dito ay ang bigat nito P = mg, samakatuwid ang laki ng larangan ay:

Force / mass = P / m = g

Alam na natin ang ibig sabihin nito na halaga: 9.8 m / s ² at kung ang Earth ay spherical, ito ay itutungo patungo sa sentro nito. Katulad nito, ayon sa batas ng unibersal na gravitation ng Newton:

P = Gm M / r ²

Kung saan ang M ay ang masa ng Earth at G ang unibersal na pare-pareho ng gravitation. Pagkatapos ang magnitude ng gravitational field g ay:

g = GM / r ²

Mukhang tulad ng isang larangan ng electrostatic, kaya ang isang potensyal na gravitational ay maaaring tukuyin na magkatulad sa electrostatic:

V = -GM / r

Ang palaging G ay ang unibersal na pare-pareho ng gravitation. Buweno, ang mga ibabaw na kung saan ang potensyal ng gravitational ay palaging may parehong halaga ay tinatawag na equipotential ibabaw at g ay palaging patayo sa kanila, tulad ng sinabi dati.

Para sa partikular na klase ng potensyal na ito, ang mga equipotential na ibabaw ay concentric spheres. Ang gawaing kinakailangan upang ilipat ang isang masa sa kanila ay zero, dahil ang lakas ay palaging patayo sa anumang landas sa equipotential.

Ang pag-ilid ng sangkap ng pagpabilis ng grabidad

Dahil ang Earth ay hindi spherical, ang pagpabilis ng grabidad ay dapat magkaroon ng isang lateral na sangkap g _l dahil sa ang pagbilis ng sentripugal, sanhi ng pag-ikot ng paggalaw ng planeta sa paligid ng axis nito.

Ang sumusunod na pigura ay nagpapakita ng sangkap na ito sa berde, na ang kalakhan nito:

g _l = ω ² a

Larawan 2. Epektibong bilis ng pagbilis. Pinagmulan: Wikimedia Commons. HighTemplar / Pampublikong domain.

Sa equation na ito ω ang angular na bilis ng pag-ikot ng Earth at ang distansya sa pagitan ng puntong nasa Earth, sa isang tiyak na latitude at axis.

At sa pula ay ang sangkap na dahil sa pagkahumaling sa planeta ng gravity:

g _o = GM / r ²

Bilang isang resulta, sa pamamagitan ng pagdaragdag ng vectorly g _o + g _l , ang isang nagreresultang pagbilis g (sa asul) ay nagmula, na kung saan ay ang tunay na pagbilis ng gravity ng Earth (o mabisang pagbilis) at kung saan, tulad ng nakikita natin, ay hindi tumuturo nang eksakto sa gitna.

Bukod dito, ang pag-ilid ng sangkap ay nakasalalay sa latitude: ito ay zero sa mga poste at sa gayon ang larangan ng gravitational ay maximum doon. Sa ekwador ay tumututol ito sa pag-akit ng gravitational, binabawasan ang epektibong gravity, na ang magnitude ay nananatiling:

g = GM / r ² - ω ² R

Sa R = equatorial radius ng Earth.

Nauunawaan na ngayon na ang mga equipotential na ibabaw ng Earth ay hindi spherical, ngunit kumuha ng isang hugis na g na palaging patayo sa kanila sa lahat ng mga punto.

Mga pagkakaiba sa pagitan ng geoid at ellipsoid

Narito ang pangalawang kadahilanan na nakakaapekto sa pagkakaiba-iba ng larangan ng gravitational ng Earth: ang mga lokal na pagkakaiba-iba ng gravity. May mga lugar kung saan tumataas ang gravity dahil may mas maraming masa, halimbawa sa burol sa figure a).

Larawan 3. Paghahambing sa pagitan ng geoid at ellipsoid. Pinagmulan: Lowrie, W.

O mayroong isang akumulasyon o labis na masa sa ilalim ng ibabaw, tulad ng sa b). Sa parehong mga kaso mayroong isang pagtaas sa geoid dahil mas malaki ang masa, mas malaki ang intensity ng larangan ng gravitational.

Sa kabilang banda, sa ibabaw ng karagatan, ang density ay mas mababa at bilang isang kinahinatnan ng mga geoid na lumubog, tulad ng nakikita natin sa kaliwa ng figure a), sa itaas ng karagatan.

Mula sa figure b) nabanggit din na ang lokal na grabidad, na ipinahiwatig ng mga arrow, ay palaging patayo sa ibabaw ng geoid, tulad ng sinabi namin. Hindi ito laging nangyayari sa sanggunian na ellipsoid.

Ang mga undulations ng geoid

Ipinapahiwatig din ng figure na ito, na may isang arrow ng bidirectional, ang pagkakaiba-iba sa taas sa pagitan ng geoid at ellipsoid, na kung saan ay tinawag na pagpapatawad at ipinapahiwatig bilang N. Ang mga positibong undulations ay nauugnay sa labis na masa at negatibo sa mga depekto.

Ang mga undulations ay halos hindi lalampas sa 200 m. Sa totoo lang, ang mga halaga ay nakasalalay kung paano napili ang antas ng dagat na nagsisilbing sanggunian, dahil ang ibang mga bansa ay pumili ng iba ayon sa kanilang mga rehiyonal na katangian.

Mga kalamangan na kumakatawan sa Earth bilang isang geoid

-On sa geoid ang epektibong potensyal, ang resulta ng potensyal dahil sa gravity at potensyal ng sentripugal, ay palaging.

-Ang lakas ng grabidad ay laging kumikilos patayo sa geoid at ang abot-tanaw ay laging natatanggap dito.

-Ang geoid ay nag-aalok ng isang sanggunian para sa mga aplikasyon ng high precision cartographic.

-Matapos ang geoid, maaaring makita ng mga seismologist ang lalim kung saan naganap ang lindol.

-Ang pagpoposisyon ng GPS ay nakasalalay sa geoid na gagamitin bilang isang sanggunian.

-Ang ibabaw ng karagatan ay kaayon din sa geoid.

-Ang mga pagtaas at pag-unlad ng geoid ay nagpapahiwatig ng labis o mga depekto ng masa, na mga anomalya ng gravimetric. Kapag ang isang anomalya ay napansin at nakasalalay sa halaga nito, posible na maibahagi ang geological istraktura ng subsoil, hindi bababa sa ilang mga kalaliman.

Ito ang pundasyon ng mga pamamaraan ng gravimetric sa geophysics. Ang isang anomalya ng gravimetric ay maaaring magpahiwatig ng mga akumulasyon ng ilang mga mineral, mga istraktura na inilibing sa ilalim ng lupa, o kahit na mga walang laman na puwang. Ang mga salt domes sa subsoil, na nakikita ng mga pamamaraan ng gravimetric, ay nagpapahiwatig sa ilang mga kaso ng pagkakaroon ng langis.

Mga Sanggunian

1. SANA. Euronews. Hawak ng Gravity sa Earth. Nabawi mula sa: youtube.com.
2. JOY. Geoid. Nabawi mula sa: youtube.com.
3. Griem-Klee, S. Pagsasaliksik ng pagmimina: gravimetry. Nabawi mula sa: geovirtual2.cl.
4. Lowrie, W. 2007. Mga Batayan ng Geophysics. Ika-2. Edisyon. Pressridge University Press.
5. NOAA. Ano ang geoid ?. Nabawi mula sa: geodesy.noaa.gov.
6. Sheriff, R. 1990. Paglalapat ng Geophysics. Ika-2. Edisyon. Pressridge University Press.