close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

модель происхождения и эволюции горячей земли.

код для вставкиСкачать
К ВОПРОСУ О ФИЗИКЕ ПЛЮМА
МОДЕЛЬ ПРОИСХОЖДЕНИЯ
И ЭВОЛЮЦИИ ГОРЯЧЕЙ ЗЕМЛИ.
Кузнецов В.В.
Институт космофизических исследований и
распространения радиоволн, ДВО РАН
Камчатка.
• «Очевидно, что среди изучающих Землю нет достаточно
хорошо подготовленных людей. Каждый из нас, в той или
иной степени, копает свой собственный шурф и сидит в
нем» [Буллард].
• «Тот, кто копается в глубоких шахтах знания, должен, как и
каждый землекоп, время от времени подниматься на
поверхность подышать свежим воздухом» [И. Ньютон].
• «Новые творческие разработки в отношении глобальных
тектонических и геодинамических построений можно только
приветствовать» [Ю.М. Пущаровский].
СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМА
РЕЗОНАНСЫ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ
•
•
•
Закон Тициуса-Боде:
R = 0.4 + 0.32 n,
где R - расстояние от Солнца, n - целые числа, причем, для Меркурия
n = - , для Венеры n = 0, для Земли n = 1 и т.д.
СОИЗМЕРИМОСТИ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ:
Соизмеримость (резонансность) системы, в которой
тела обращаются с частотами i, понимают
выполнение линейного соотношения: n11 + n22 + ..
+ nkk = 0, ni целые числа.
Соизмеримости: Юпитер и Сатурн: 2Ю - 5С 0.
.
Ио, Европа и Ганимед: 1 - 32 + 23 = 0
Резонансы: Земля – Луна, Земля – Меркурий,
Земля – Венера, Земля - Юпитер.
СТАДИИ ОБРАЗОВАНИЯ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ
К ВОПРОСУ ОБ ОБРАЗОВАНИИ ЗЕМЛИ
Скорость массы планеты, по Шмидту, дается выражением:
•
dM/dt = RЕ2v (RЕ2),
• где и - соответственно объемная и поверхностная плотность
участвующего в аккреции вещества, v – средняя скорость
планетезималей относительно растущей планеты, RЕ её «текущий»
радиус, который увеличивается с уменьшением величины v, согласно
формуле, приведенной Рингвудом:
RЕ2 = R2(1 + 2GM/Rv2) = R(1 + ve2/v2),
• где R – геометрический радиус растущей планеты, ve – скорость
“ускользания” вещества с её поверхности (1-я космическая скорость).
• Время образования Земли по формуле Шмидта t ≥ 108 лет.
К ВОПРОСУ ОБ ОБРАЗОВАНИИ ЗЕМЛИ
• Рингвуд: «Эта теория приводит к заключению, что аккреция Земли (на
98 %) происходила на протяжении около 108 лет, и это значение широко
используется в литературе. Однако согласно этой теории время
аккреции Урана и Нептуна оказывается порядка 1011 лет, т.е. более чем
10 раз больше возраста Солнечной системы. Попытки обойти эти
трудности неубедительны. Кроме того, возникает сложность и с оценкой
времени аккреции Марса, для которого оно составляет 2.6109 лет.
Подсчет кратеров, хотя и не очень точный метод, указывает на гораздо
более древнюю его поверхность. Если принять столь сравнительно
молодой возраст завершения аккреции Марса, то приходится
предполагать сильную бомбардировку Земли и Луны вплоть до 2109
лет тому назад. Однако изучение Луны показывает, что период частой
бомбардировки закончился, по крайней мере, около 3.9109 лет тому
назад».
Как получить время формирования Земли в 100 млн. лет?
• Общепринятая оценка, следующая из холодной модели, t =108 лет. Эту
цифру легко получить из нижеследующих соображений.
• Будем считать, что Земля «образовывалась» так медленно потому, что
именно такое время необходимо для сброса гравитационной энергии за
счет теплового излучения. Порция энергии E, “уносимой” за счет
радиационного охлаждения:
•
E (l/x)∙T4S t,
где (l/x) - отношение длины “пробега” охлаждающего излучения l к
толщине «оптического тела» атмосферы Земли x (для современной
Земли: l/x ≈ 1), S – поверхность излучающего тепло тела, постоянная Стефана-Больцмана, T- температура поверхности, а t интервал времени.
• Оценим время охлаждения Земли t. Тепловая энергия Е, равная
гравитационной, может быть потеряна Землей за счет теплового
излучения её с поверхности.
• Примем: Т ≤ 300 К. Учтем, что поверхность Земли в процессе её роста
была всегда меньше современной S* и примем: S ≈ 0.2∙S*.
• Тогда время t (годах), необходимое для того, чтобы излучить в космос
энергию Е = 2∙1039 эрг, оказывается порядка 100 млн. лет, как и
оценивается по формуле Шмидта для времени роста холодной Земли.
Пылевые диски в старых (10 – 100 млн. лет) планетных
системах обнаружены NASA’s Spitzer Space Telescope
Hubble Space Telescope
Throop, et al. (Science 2001): результаты исследований спектров пропускания
галактического электромагнитного излучения в широком диапазоне длин
волн при просвечивании circumstellar disks in the Orion nebula. Возраст этого
circumstellar disks не превышает 100 000 лет.
Это означает, что Земля должна быть только - «горячей»!
Космические телескопы: «Хаббл», «Спитцер»,
инфракрасный интерферометр (SIM) и Кеплер.
ГОРЯЧАЯ ЗЕМЛЯ
МОДЕЛЬ ОБРАЗОВАНИЯ ГОРЯЧЕЙ ЗЕМЛИ
1. Образование Земли происходило в едином механизме с Солнцем;
2. Температура определяется только величиной массы: Т М2/3;
3. Химический состав планеты одинаков с солнечным.
Время роста космического тела
• Воспользуемся моделью коагуляции капли, время образования
которой:
t = dg/ n v, где g – количество частиц,
• т.к. = (Vч g)2/3, то t = g1/3 / (Vч2/3 n v), или t r/(Vч n v). Подставляя
значение n и заменяя: m/Vч = п – плотность планетного вещества
(п = 3 г/см3 ), получаем выражение для t:
•
t = (п/о) (r/v),
здесь о – плотность вещества протопланетного диска.
• Отсюда следует, что время формирования космического тела
пропорционально его размеру, обратно пропорционально
исходной плотности вещества и скорости дрейфа частиц диска.
• Подставляя выражение для v = (GM/R)1/2 и плотности п, получаем
выражение для tmin:
•
tmin = 1/ o (п/4G)1/2.
• Время образования (в годах) после подстановки о (г/см3):
•
tmin 10-4 / o, что для Земли 104 лет.
• Скорость роста “капли” dr/dt оценим аналогично предыдущему:
•
dr/dt = r o (4G/ п)1/2.
ПАРАМЕТРЫ ГОРЯЧЕЙ ЗЕМЛИ
МОДЕЛЬ ГОРЯЧЕЙ, РАСШИРЯЮЩЕЙСЯ
ЗЕМЛИ
АНАЛОГИЯ РАСШИРЕНИЯ ЗЕМЛИ
РАЗДЕЛЕНИЕ МАТЕРИКОВ И СКОРОСТЬ РОСТА ОКЕАНОВ
ЭВОЛЮЦИЯ ЗЕМЛИ
общепринятая концепция
ПАРАДОКС МЕЗЕРВЕЯ
опровержение общепринятой концепции
МОДЕЛЬ ГОРЯЧЕЙ ЗЕМЛИ
Этапы эволюции планет и Луны, время в млрд. лет.
МЕАНИЗМ РАСШИРЕНИЯ ЗЕМЛИ
- СПРЕДИНГ
ПРИНЦИП МИНИМИЗАЦИИ ГРАВИТАЦИОННОГО ПОТЕНЦИАЛА
• Равновесная форма шара определяется минимумом свободной
поверхностной энергии:
•
dS = min, (V = const).
• Здесь - поверхностное натяжение, S - площадь поверхности
раздела фаз, V – объем шара.
• Принцип минимизации гравитационного потенциала:
•
GMdM/r min.
Величина = GMz/R. – поверхностное натяжение
• Формула Лапласа для поверхностного давления p():
•
p() = (1/R1 + 1/R2) 2/R.
• Для литосферы: , 1019 дин/см, р() = 10 кбар.
• Растекание капли жидкости на смачиваемой (b) и не смачиваемой (a)
поверхности, – угол смачивания. Выравнивание возмущенного уровня
жидкости между точками а и b в зависимости от высоты геоида h, v –
скорости горизонтального переноса жидкости и изменения высоты h (с).
СОВРЕМЕННЫЙ ДРЕЙФ МАТЕРИКОВ
ДРЕЙФ МАТЕРИКОВ
МЕХАНИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДРЕЙФА
•
Кривая d, отображенная точками, является решением
дифференциального уравнения, описывающего геодинамику,
приводящую к течению материка и образованию гор, как периодических
функций в x-пространстве. Аналогом рассматриваемой нами задачи
может быть, например, механическая система, в которой ползун
находится на механическом ремне, двигающимся с постоянной
скоростью vо.
•
Ползун прикреплен к неподвижной точке при помощи упругой пружины,
создающей упругую силу, изменяющуюся по линейному закону. Если
скорость vо будет выбрана соответствующим образом, то ползун может
совершать прерывистые колебания.
•
Уравнение, типа уравнения Ван дер Поля можно записать в виде:
m 2x/ t2 + F(dx/dt) + kx = 0, где F(dx/dt) = ( dx/dt - vо) - (- vо) отрицательна при dx/dt = 0.
•
Это требование будет выполняться, если скорость vо такова, что
величина трения (вязкости) будет уменьшаться при возрастании vо.
При этом возникают вертикальные автоколебания сплошной среды,
которые могут быть причиной образования гор и впадин.
МОДЕЛЬ ДРЕЙФА
ГАВАЙСКОЙ «ГОРЯЧЕЙ
ТОЧКИ»
ФРАКТАЛЬНЫЙ
ХАРАКТЕР
ВЫСОТЫ ГОР
МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ЗЕМЛИ
КРИТИКА ИДЕИ
ЖЕЛЕЗНОГО
ЯДРА:
Скорости P и S
волн,
Коэффициент
Пуассона,
Несоответствие
вязкости,
Данные
сейсмологии.
Диаграмма фазового равновесия вещества Земли.
Распределение
скорости звука и
температуры в
атмосфере и F-слое.
МОДЕЛЬ ГЕНЕРАЦИИ
ГЕОМАГНИТНОГО
ПОЛЯ.
Смена направления:
фазового перехода,
радиального
электрического поля,
геомагнитного поля.
МОДЕЛЬ СМЕНЫ
ПОЛЯРНОСТИ
ГЕОМАГНИТНОГО
ПОЛЯ
Распределение количества инверсий N произошедших в течение трех
млн. лет за Т = 160 млн. лет эволюции.
Особенности конвекции во внешнем ядре. Splitting-функция для
моды 11S4 - а. Сферическое колебание с тессеральной
гармоникой Р34 – b. Конвекция во внешнем ядре с образованием
устойчивых ячеек Рэлея-Бенара. с - с увеличением толщины
внешнего ядра h количество ячеек уменьшается.
ДРЕЙФ МАГНИТНЫХ ПОЛЮСОВ.
НАЧАЛАСЬ ЛИ ИНВЕРСИЯ ГЕОМАГНИТНОГО ПОЛЯ?
• КЛИМАТ
• Температура
поверхности
Земли
• Концентрация
пыли
• Кривая
Миланковича
• Геомагнитное
поле
• Концентрация
Ве-10
• КЛИМАТ
• Температура
поверхности
Земли
• Концентрация
пыли
•
∂T/∂t = dTo/dt + ∂/∂h
[D ∂Т/∂h - KТ]
РАДИАЦИОННЫЕ ПОЯСА ЗЕМЛИ
Бразильская магнитная
аномалия (SAA) и
внутренний
радиационный пояс Земли.
ИНТЕНСИВНОСТЬ ЧАСТИЦ В
КОСМОСЕ
Этапы эволюции человека, палеонтологическая и
палеомагнитная шкалы.
0.015 – раса европейцев и североафриканцев
0.046 – раса жителей северной Азии
0.1 - общий предок совр. человека (по Y-хромосоме)
0.23 - общий предок совр. человека (по мт ДНК) ….
0.5 – разделение генетических линий человека и
Неандертальца
2.1-2.2 - возникновение Номо еrectus
2.4 -2.8 – мутации
2.6 +/-0,94 – Африканские слоны
5 (4.5; 4.7; 4.9; 4.93; 5.2) – расхождение человека и
шимпанзе
6-7 – останки гоминид
7.2 – отделение линии гориллы
£ - Holocene; ¥ - Pleistocene; ₣ - Pliocene; € - Miocene
£,
¥
¥
¥
¥
¥
¥/₣
₣
₣
₣/€
- 0.012 Gothenburg
- 0.045 Laschamp
- 0.11 - 0.13 Blake
- 0.23 - 0.25 Jamaica
- 0.47 - 0.55 Emperor
Big Lost
- 2.1- 2.3
Reunion
- 2.6 Matuyama-Gauss
boundary
- 5.0 Gilbert boundary
€
€
- 6.0 - инверсия
- 7.3 -
ПОЧЕМУ АФРИКА?
Уменьшение интенсивности геомагнитного поля в период
инверсии Брюнес-Матуяма (Hartl, Tauxe, 1996).
ГРАВИТАЦИЯ И ЖИЗНЬ
Биомасса Земли: Б ~ NM E
(масса Земли) – const, где N численность биопопуляции, М –
метаболизм: М g 1/R2(радиус).
Получаем: N ~ t - на начальном
этапе эволюции (в докембрии), и
N ~ t4 - на заключительном этапе
эволюции.
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ !
ЖЕЛАЮЩИЕ БЛИЖЕ ПОЗНАКОМИТЬСЯ С РАБОТАМИ АВТОРА,
ОБРАТИТЕСЬ НА САЙТ:
http://vvk.personal.ikir.ru/
ПРИВЕТ С КАМЧАТКИ!
Документ
Категория
Презентации по физике
Просмотров
74
Размер файла
9 524 Кб
Теги
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа