La forma de la Tierra y su campo de gravedad
La verdadera forma de la superficie de la Tierra es muy irregular y desigual. Si se extiende a lo largo de la tendencia del nivel del mar estacionario y corta debajo de los continentes, formando una esfera aproximada cerrada, entonces puede considerarse una forma aproximada de la Tierra, llamada geoide. Visto en su conjunto, es una esfera. Mediciones recientes muestran que la curvatura de todas las partes del suelo es aproximadamente la misma. La Tierra es una superficie esférica achatada, que se caracteriza por un radio esférico que disminuye al aumentar la latitud. El radio ecuatorial es el más largo y el radio polar es el más corto. En una esfera achatada, el ecuador y las latitudes permanecen circulares, mientras que los meridianos son elípticos, con una curvatura que disminuye desde el ecuador hacia los polos norte y sur. El radio ecuatorial de la esfera achatada es 6378,140 km, el radio polar es 6356,755 km y el achatamiento es 1/298,275.
La Tierra es una esfera achatada que gira alrededor del eje polar. Bajo la acción de la fuerza de inercia centrífuga, cada punto de masa de la Tierra se ve afectado por la fuerza combinada de la gravedad terrestre y la fuerza de inercia centrífuga. Este es el papel de la gravitación universal. Aquí, la variación de la gravedad con la latitud se atribuye a la acción de fuerzas de inercia centrífugas. En el ecuador, la velocidad de rotación de la Tierra es la más rápida, la fuerza centrífuga de inercia es la mayor y la gravedad disminuye en los polos, la velocidad de rotación y la fuerza centrífuga de inercia son iguales a cero y la gravedad es la misma; más grande. Los cálculos muestran que la gravedad en el ecuador es 1/289 menor que en los polos, pero la diferencia real en la gravedad de la Tierra es mucho mayor que esto, con una diferencia de 1/190 en el ecuador y en los polos. En una Tierra en rotación, el centro de movimiento circular de cada punto de masa está en el eje de la Tierra, y la dirección de la fuerza de inercia centrífuga es perpendicular al eje de la Tierra y se aleja de él. Si la fuerza de inercia centrífuga en un lugar se descompone en dos componentes vertical y horizontal, entonces la dirección del último componente es el ecuador. Es bajo la acción de la componente horizontal que apunta hacia el ecuador que la materia tiende a concentrarse hacia el ecuador, convirtiendo así la Tierra en un esferoide achatado.
Figura 2.1.2 La gravedad g es la fuerza resultante de la gravedad terrestre F por unidad de masa y la fuerza de inercia centrífuga P generada por la rotación
Cualquier masa en la Tierra está sujeta a la la gravedad terrestre (F) y el efecto de la fuerza de inercia centrífuga (P). La resultante de estas dos fuerzas es la gravedad (g) (Figura 2.1.2).
El espacio alrededor de la Tierra que tiene el efecto de la gravedad se llama campo de gravedad. Las propiedades del campo de gravedad generalmente se describen por la intensidad del campo de gravedad. La intensidad de la gravedad en un cierto punto del campo de gravedad es igual a la gravedad de la unidad de masa en ese punto. La fuerza de la gravedad se puede expresar mediante el valor de la gravedad por unidad de masa o mediante la aceleración de un objeto bajo la acción de la gravedad (unidad: m-s-2).
La gravedad en la Tierra varía mucho según las diferentes altitudes o profundidades. La diferencia de gravedad en diferentes lugares a la misma altura es muy pequeña. Según el radio, la masa y la constante de gravedad promedio de la Tierra, la gravedad promedio de la Tierra al nivel del mar es aproximadamente 980 × 10-2 m/s2.
La gravedad sobre el suelo y la fuerza centrífuga de inercia generada por la rotación (que cambia con la latitud) hacen que la gravedad sobre el suelo en los polos sea la mayor, 983,2 × 10-2m/s2; El ecuador es el más pequeño, 981,4 × 10 -2m/s2.
El campo de gravedad de la Tierra se puede dividir en tres partes: el campo de gravedad normal, el campo de gravedad que cambia con el tiempo y la anomalía de gravedad.
2.1.2.1 Campo de Gravedad Normal
El plano horizontal coincidente con el nivel del mar en calma se llama geoide. La forma del geoide es en realidad muy irregular. Los resultados de las mediciones muestran que no es simétrico en los hemisferios norte y sur, con el polo norte ligeramente sobresaliendo y el polo sur ligeramente aplanado en forma de pera, pero se acerca mucho a un esferoide con polos ligeramente aplanados y la desviación máxima. no excede unas pocas decenas de metros (se muestra la Figura 2.1.3). En el campo de la gravimetría y la detección de la gravedad, la forma del geoide suele aproximarse a la forma de la Tierra.
Figura 2.1.3 Diagrama esquemático de geoide y elipsoide giratorio
Basándose en la forma básica de la Tierra y las principales leyes de distribución interna de materiales, la gente considera la Tierra como un elipsoide giratorio. (también conocido como elipsoide giratorio llamado elipsoide de referencia).
El material del cuerpo se distribuye en capas concéntricas, la densidad de cada capa es uniforme y la forma del elipsoide tiene la desviación más pequeña del geoide. Por lo tanto, el valor de gravedad obtenido teóricamente g0 representa cualquier punto del geoide. p>
Medio Ambiente Introducción a la Geofísica
En la fórmula: φ es la latitud del punto de cálculo, que se denomina campo de gravedad normal.
2.1.2.2 Cambios en la gravedad a lo largo del tiempo
Debido a las órbitas relativas de la Tierra y la Luna, las posiciones relativas de varios puntos de la superficie de la Tierra con respecto al Sol y la Luna están cambiando constantemente. La fuerza gravitacional también cambia constantemente, lo que resulta en cambios en la gravedad. Los cambios en la gravedad no sólo provocan mareas oceánicas, sino también deformaciones de la corteza terrestre, las llamadas "mareas sólidas". Las mareas sólidas provocan desplazamientos del plano terrestre, que también provocan cambios en la gravedad. La suma de estos cambios de gravedad es la variación diurna de la gravedad. La variación diaria es generalmente (0,2-0,3)×10-5m/s2.
2.1.2.3 Anomalía de gravedad
El valor de gravedad causado por la masa residual del cuerpo geológico local bajo tierra se denomina anomalía de gravedad. Se puede utilizar para detectar estructuras geológicas subterráneas y recursos minerales, así como para detectar cuevas rocosas cercanas a la superficie, cuevas kársticas, túneles mineros abandonados y fracturas y fallas más pequeñas. Para yacimientos y túneles mineros, se puede utilizar para realizar pruebas de microgravedad. que puede inducir estallidos de rocas debido a cambios en la tensión de la roca. El monitoreo dinámico también se puede utilizar para el monitoreo de hundimiento del suelo, conocido colectivamente como gravimetría.