Силы Земли. Гравитационная сила Земли

Каждое изменение всегда требует определённых усилий. Любые перемены не произойдут без какого-либо влияния. И очевидный тому пример – наша родная планета, формировавшаяся под действием различных факторов на протяжении миллиардов лет. Важно и то, что постоянные процессы изменения Земли – это результат не только лишь внешних сил, но и внутренних, тех, которые скрыты глубоко в недрах геосферы.

И если уж через два-три десятка лет облик нашей планеты вполне может измениться до неузнаваемости, то явно не будет лишним понимать те процессы, влияние которых к этому привело.

Перемены изнутри

Возвышенности и впадины, неровности и шероховатости, а также многие другие особенности рельефа суши - всё это постоянно обновляется, рушится и формируется мощными внутренними силами. Чаще всего их проявление остаётся вне поля нашего зрения. Однако даже прямо в этот момент Земля плавно подвергается тем или иным изменениям, которые в долгосрочной перспективе станут гораздо значительнее.

Ещё со времён бытности древних римлян и греков были замечены поднятия и оседания различных участков литосферы, вызывающие все изменения в очертаниях морей, суши и океанов. Многолетние научные исследования с применением различных технологий и приборов целиком это подтверждают.

Рост горных массивов

Медленное перемещение отдельных участков земной коры постепенно приводит к их наложению друг на друга. Сталкиваясь в горизонтальном движении, их толщи изгибаются, мнутся и трансформируются в складки разных масштабов и крутизны. Всего наука выделяет два типа горообразовательных движений (орогенеза):

• Выгибание пластов – образует как выпуклые складки (горные хребты), так и вогнутые (впадины в горных массивах). Именно от этого и произошло название складчатых гор, которые с течением времени постепенно разрушаются, оставляя за собой лишь основание. На нём и формируются равнины.
• Разрыв пластов – толщи горных пород могут не только лишь сминаться в складки, но и подвергаться разломам. Таким образом образуются складчато-глыбовые (или просто глыбовые) горы: скиды, грабены, горсты и прочие их составляющие возникают при вертикальном смещении (поднятие вверх/опускание вниз) участков земной коры относительно друг друга.

Но внутренняя сила Земли способна не только лишь сминать равнины в горы и рушить былые очертания возвышенностей. Движения литосферных плит также порождают землетрясения и извержения вулканов, которые нередко сопровождаются чудовищной разрухой и человеческими смертями.

Дыхание из-под недр

Трудно даже представить, что привычное для каждого человека понятие «вулкан» в древние времена имело куда более грозный оттенок. Поначалу истинную причину такого явления по обычаю связывали с немилостью богов. Извергаемые из недр потоки магмы считали суровым наказанием свыше за провинности смертных. Катастрофические потери вследствие извержений вулканов известны ещё с самого рассвета нашей эры. Таким образом, к примеру, величественный римский город Помпеи был стёрт с лица планеты Земля. Сила планеты в тот момент проявилась сокрушительной мощью широко известного ныне вулкана Везувий. Кстати, авторство этого термина исторически закреплено за древними римлянами. Так они именовали своего бога огня.

Для современного человека вулкан - это конусообразная возвышенность над трещинами в коре. Через них на поверхность земли, морского или океанического дна извергается магма вместе с газами и обломками горных пород. В центре подобного образования располагается кратер (в переводе с греческого – «чаша»), через который и происходит выброс. При застывании магма превращается в лаву и формирует очертания самого вулкана. Однако даже на склонах этого конуса нередко появляются трещины, образуя тем самым паразитические кратеры.

Довольно часто извержения сопровождаются землетрясениями. Но наибольшую опасность для всего живого представляют именно выбросы из недр Земли. Высвобождение газов из магмы происходит крайне быстро, поэтому мощные взрывы впоследствии - обыденное явление.

По типу действия вулканы делятся на несколько типов:

• Действующие - те, о последнем извержении которых имеются документальные сведения. Наиболее известные среди них: Везувий (Италия), Попокатепетль (Мексика), Этна (Испания).
• Потенциально действующие – извергаются крайне редко (раз в несколько тысяч лет).
• Потухшие - такой статус имеют вулканы, о последних извержениях которых документальных свидетельств не сохранилось.

Влияние землетрясений

Сдвиги горных пород часто провоцируют быстрые и сильные колебания земной коры. Чаще всего это происходит в районе высоких гор - эти области по сей день непрерывно продолжают формироваться.

Место зарождения сдвигов в глубинах земной коры называется гипоцентром (очагом). От него распространяются волны, которые и создают колебания. Точка на поверхности земли, прямо под которой располагается очаг - эпицентр. В этом месте наблюдаются наиболее сильные толчки. По мере дальнейшего удаления от этой точки они плавно угасают.

Наука сейсмология, изучающая явление землетрясений, выделяет три основных вида землетрясений:

1. Тектонические - основной горообразующий фактор. Возникает в результате столкновений океанических и материковых платформ.
2. Вулканические - возникают в результате потоков раскалённой лавы и газов из-под земных недр. Обычно они довольно слабые, хотя и могут продолжаться несколько недель. Чаще всего являются предвестниками извержений вулкана, что чревато куда более серьёзными последствиями.
3. Обвальные - возникают в результате обрушения верхних слоёв земли, покрывающих собою пустоты.

Сила землетрясений определяется по десятибалльной шкале Рихтера с помощью сейсмологических приборов. И чем больше амплитуда волны, возникающая на земной поверхности, тем ощутимее будет урон. Наиболее слабые землетрясения, измеряющиеся в 1-4 балла, можно проигнорировать. Они регистрируются лишь специальными чувствительными сейсмологическими приборами. Для людей они проявляются максимум в виде дрожащих стёкол или слегка перемещающихся предметов. В большинстве же своём они полностью незаметны на глаз.

В свою очередь, колебания в 5-7 баллов вполне могут повлечь различные повреждения, хоть и незначительные. Более сильные землетрясения уже представляют серьёзную угрозу, оставляя после себя разрушенные здания, практически полностью уничтоженную инфраструктуру и человеческие потери.

Ежегодно сейсмологи регистрируют порядка 500 тысяч колебаний земной коры. К счастью, лишь пятая часть из этого числа действительно ощущается людьми и лишь 1000 из них приносят реальный ущерб.

Подробнее о том, что воздействует на наш общий дом извне

Непрерывно меняя рельеф планеты, внутренняя сила Земли не остаётся единственным формирующим элементом. Непосредственное участие в этом процессе принимают и многочисленные внешние факторы.

Разрушая многочисленные неровности и заполняя подземные впадины, они привносят ощутимый вклад в процесс непрерывного изменения поверхности Земли. Стоит обратить внимание, что помимо текучих вод, опустошительных ветров и действия гравитации, непосредственным образом на свою же планету воздействуем и мы.

Изменённые ветром

Разрушение и преобразование горных пород в основном происходит под воздействием выветривания. Оно не создаёт новые рельефные формы, но разрушает твёрдые материалы до рыхлого состояния.

На открытых пространствах, где нет лесов и иных препятствий, песчаные и глиняные частицы при помощи ветров могут перемещаться на значительные расстояния. Впоследствии их скопления образуют эоловые формы рельефа (термин происходит от имени древнегреческого бога Эола - повелителя ветров).

Пример - песчаные холмы. Барханы в пустынях создаются исключительно при воздействии ветра. В некоторых случаях их высота достигает сотни метров.

Таким же образом могут скапливаться осадочные горные отложения, состоящие из пылеватых частиц. Они имеют серовато-жёлтый цвет и называются лёссами.

Следует помнить, что, двигаясь с большой скоростью, различные частицы не только лишь скапливаются в новые образования, но и постепенно разрушают встречающийся на своём пути рельеф.

Выветривание горных пород бывает четырёх видов:

1. Химическое - заключается в химических реакциях между минералами и внешней средой (вода, кислород, углекислый газ). В результате горные породы подвергаются разрушению, их химическая составляющая терпит изменения с дальнейшим образованием новых минералов и соединений.
2. Физическое - вызывает механический распад горных пород под влиянием целого ряда факторов. В первую очередь физическое выветривание происходит при значительном колебании температур в течение суток. Ветра, наряду с землетрясением, извержением вулканов и селевыми потоками аналогично являются факторами физического выветривания.
3. Биологическое - осуществляется при участии живых организмов, деятельность которых приводит к созданию качественно нового образования - почвы. Влияние животных и растений проявляется в механических процессах: дробление горных пород корнями и копытами, рытьё нор и т. д. Особенно масштабная роль в биологическом выветривании принадлежит микроорганизмам.
4. Радиационное, или же солнечное выветривание. Характерным примером разрушения пород при подобном воздействии - лунный реголит. Наряду с этим радиационное выветривание влияет ещё и на ранее перечисленные три вида.

Все эти типы выветриваний нередко проявляются комбинированно, сочетаясь в тех или иных вариациях. Однако различные климатические условия также влияют на чьё-либо преобладание. К примеру, в местах с сухим климатом и в высокогорных районах зачастую встречается физическое выветривание. А для областей с холодным климатом, где температуры часто колеблются до 0 градусов Цельсия, характерно не только лишь выветривание морозом, но и органическое вкупе с химическим.

Гравитационное воздействие

Ни один перечень внешних сил нашей планеты не окажется полным, если не упомянуть о фундаментальном взаимодействии всех материальных тел – это гравитационная сила Земли.

Разрушенные многочисленными природными и искусственными факторами, горные породы всегда подвержены перемещению с возвышенных участков почвы на более низкие. Так порождаются обвалы, осыпи, случаются и сели с оползнями. Гравитационная сила Земли с первого взгляда может казаться чем-то незримым на фоне мощных и опасных проявлений других внешних факторов. Однако же всё их воздействие на рельеф нашей планеты попросту бы нивелировалось без всемирного тяготения.

Разберёмся детальнее с тем, какое воздействие оказывает гравитация. В условиях нашей планеты вес любого материального тела равно сила притяжения Земли. В классической механике это взаимодействие описывает всем известный со школьной скамьи ньютоновский закон всемирного тяготения. Согласно ему, F тяжести равна произведению m на g, где m – масса объекта, а g – ускорение свободного падение (всегда равное 10). При этом сила тяжести поверхности Земли влияет на все тела, расположенные как непосредственно на ней, так и вблизи неё. В случае если на тело воздействует исключительно гравитационное притяжение (а все остальные силы взаимно уравновешены), оно подвергается свободному падению. Но при всей своей идеальности такие условия, где силы, действующие на тело у поверхности Земли, по сути, нивелированы, характерны для вакуума. В повседневной реальности сталкиваться приходиться совсем с иной ситуацией. К примеру, на падающий объект в воздухе воздействует и величина сопротивления воздуха. И хоть всё равно сила притяжения Земли окажется значительно сильнее, этот полёт уже не будет действительно свободным по определению.

Интересно, что воздействие притяжения существует не только в условиях нашей планеты, но и на уровне нашей Солнечной системы в целом. Например, что сильнее притягивает Луну? Земля или Солнце? Не обладая учёной степенью в области астрономии, многие наверняка будут удивлены ответом.

Потому что сила притяжения спутника Землей уступает солнечной примерно в 2.5 раза! Резонно будет задуматься, как небесное светило не отрывает Луну от нашей планеты с настолько сильным воздействием? Ведь в этом плане величина, которой равна сила тяготения Земли по отношению к спутнику, значительно уступает таковой для Солнца. К счастью, наука способна ответить и на этот вопрос.

Теоретическая космонавтика для таких случаев использует несколько понятий:

• Сфера действия тела M1 – окружающее пространство вокруг объекта M1, в пределах которого движется объект m;
• Тело m – объект, свободно движущийся в сфере действия объекта M1;
• Тело M2 – объект, оказывающий возмущающее воздействие на это движение.

Видео: Сила земли RYTP

Казалось бы – решающей должна быть гравитационная сила. Земля притягивает Луну гораздо слабее Солнца, однако есть и другой аспект, который и оказывает итоговое влияние.

Вся суть сводится к тому, что M2 стремится разорвать гравитационную связь между объектами m и M1 путём наделения их разными ускорениями. Величина этого параметра напрямую зависит от расстояния объектов до M2. Однако разность между предаваемых телом M2 ускорений на m и M1 будет меньше, чем разница ускорений m и M1 непосредственно в поле тяготения последнего. Этот нюанс и есть причина того, почему M2 не способно оторвать m от M1.

Представим аналогичную ситуацию с Землёй (M1), Солнцем (M2) и Луной (m). Разность тех ускорений, которое создаёт Солнце по отношению к Луне и Земле, в 90 раз меньше того среднего ускорения, которые характерны для Луны по отношению к сфере действия Земли (её диаметр - 1 млн км, расстояние между Луной и Землёй – 0,38 млн километров). Решающую роль играет не то, с какой силой Земля притягивает Луну, а большая разность ускорений между ними. Благодаря этому Солнце способно лишь деформировать орбиту Луны, но никак не оторвать её от нашей планеты.

Пойдём ещё дальше: воздействие гравитации в разной степени характерно и для остальных объектов нашей Солнечной системы. Какое именно оно оказывает влияние, учитывая то, что сила тяжести на Земле значительно отличается от показателей других планет?

Это повлияет не только на перемещение горных пород и образование новых форм рельефа, но и на их вес. Обязательно отметим, что этот параметр определяется величиной силы притяжения. Она прямо пропорциональна массе рассматриваемой планеты и обратно пропорционально квадрату её же радиуса.

Не будь наша Земля сплюснутой у полюсов и вытянутой в районе Экватора, вес любого тела на всей поверхности планеты был бы одинаковым. Но мы не живём на идеальном шарике, а экваториальный радиус длиннее полярного примерно на 21 км. Оттого вес одного и того же предмета будет тяжелее на полюсах и легче всего на экваторе. Но даже в этих двух точках сила тяжести на Земле отличается незначительно. Мизерную разницу в весе одного и того же объекта можно измерить только с помощью пружинных весов.

И совсем иная ситуация сложится в условиях других планет. Для наглядности обратим внимание на Марс. Масса красной планеты в 9.31 раз меньше земной, а радиус – в 1.88 раз меньше. Первый фактор, соответственно, должен уменьшить силу тяжести на Марсе в сравнении с нашей планетой в 9.31 раз. В то же время второй фактор увеличивает её в 3.53 раза (1.88 в квадрате). В итоге сила притяжения на Марсе составляет примерно треть от земной (3.53 : 9.31 = 0.38). Соответственно, горная порода с массой на Земле в 100 кг будет весить на Марсе ровно 38 кг.

Учитывая, какая сила тяжести Земле присуща, её можно сопоставить в один ряд между Ураном с Венерой (притяжение которых меньше земного в 0.9 раз) и Нептуном с Юпитером (их притяжение больше нашего в 1.14 и 2.3 раза соответственно). Наименьшим воздействием гравитации отметился Плутон – в 15.5 раза меньше земных условий. А вот наиболее сильное притяжение зафиксировано на Солнце. Оно превышает наше в 28 раз. Иными словами, тело весом в 70 кг на Земле там бы потяжелело приблизительно до 2 тонн.

Под лежачий пласт вода протечёт

Ещё один важнейший созидатель и единовременно разрушитель рельефов - движущаяся вода. Её потоки своим движением образуют широкие речные долины, каньоны и ущелья. Однако даже малые её количества при неспешном передвижении способны формировать овражно-балочный рельеф на месте равнин.

Пробивать свой путь через любые препятствия - не единственная сторона влияния течений. Эта внешняя сила также выступает в роли транспортировщика обломков горных пород. Так формируются различные рельефные образования (к примеру, плоские равнины и наросты вдоль рек).

Особенным образом влияние текучих вод сказывается на легкорастворимых породах (известняк, мел, гипс, каменная соль), расположенных близко к суше. Реки постепенно убирают их со своего пути, устремляясь в глубину земных недр. Такое явление называется карстом, в результате него образуются новые формы рельефа. Пещеры и воронки, сталактиты и сталагмиты, пропасти и подземные водоёмы - всё это итог длительной и мощной деятельности водных масс.

Фактор льда

Наряду с проточными водами, ледники принимают не меньшее участие в разрушении, транспортировке и отложению горных пород. Создавая тем самым новые формы рельефа, они сглаживают скалы, образуют мореные холмы, гряды и котловины. Последние нередко заполняются водой, превращаясь в ледниковые озёра.

Разрушение горных пород посредством ледников называется экзарацией (ледниковой эрозией). При проникновении в долины рек, лёд подвергает их ложе и стенки сильному давлению. Рыхлые частицы сдираются, часть из них вмерзают и тем самым способствуют расширению стенок глубины дна. В итоге речные долины приобретают форму с наименьшим сопротивлением для продвижения льдов - корытообразный профиль. Либо же, согласно их научному наименованию, ледниковые троги.

Таяние ледников способствует созданию зандр - равнинных образований, состоящих из скопившихся в замороженной воде частичек песка.

Видео: Доктор Попов - Сила земли

Мы и есть внешняя сила Земли

Учитывая внутренние силы, действующие на Землю, и внешние факторы, самое время упомянуть и о нас с вами – тех, кто уже не первый десяток лет привносит колоссальные изменения в жизнь планеты.

Все формы рельефа, созданные человеком, называются антропогенными (от греческого anthropos — человек, genesisum — происхождение, и латинского factor — дело). В наши дни львиная доля этого типа деятельности осуществляется при использовании современной техники. Причём новые разработки, исследования и внушительная финансовая поддержка от частных/государственных источников обеспечивают её стремительное развитие. А это, в свою очередь, постоянно стимулирует наращивание темпов антропогенного влияния человека.

Особенно подвергаются изменениям равнины. Эта местность всегда была приоритетной для заселения, постройки домов и инфраструктуры. Более того, совершенно обыденной стала практика сооружения насыпей и искусственного выравнивания рельефа.

Изменяется окружающая среда и с целью добычи полезных ископаемых. При помощи техники люди выкапывают огромные карьеры, бурят шахты, делают насыпи на местах отвалов пустой породы.

Часто масштабы деятельности человека сопоставимы и с влиянием природных процессов. К примеру, современные технические достижения дают нам возможность создавать огромные каналы. Причём за гораздо более сжатые сроки, если сравнивать с аналогичным формированием речных долин течением воды.

Процессы разрушения рельефа, именуемые эрозией, значительно усугубляются человеческой деятельностью. В первую очередь негативному влиянию подвергается почва. Этому способствует распашка склонов, повальная вырубка лесных массивов, неумеренный выпас скотины, прокладка дорожного покрытия. Ещё больше эрозию усугубляют растущие темпы строительства (особенно это касается возведения жилых домов, для которых требуются такие дополнительные работы, как, например, заземление, при котором измеряется сила сопротивления земли).

Последнее столетие отметилось эрозией примерно трети всех мировых обрабатываемых угодий. Наиболее масштабно эти процессы протекали на крупных земледельческих площадях России, США, Китая и Индии. К счастью, проблема эрозии земли активно решается на международном уровне. Однако же основной вклад в уменьшение губительного влияния на почву и воссоздание ранее уничтоженных участков привнесут научные исследования, новые технологии и грамотные методы их применения человеком.