كيفية حساب التغير في الكثافة داخل الأرض

1998 الموسوعة الجيولوجية الجزء الأول

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

الكثافة داخل الأرض علوم الأرض والجيولوجيا

إن سرعتي الموجتين (P،S) في أي نقطة داخل الأرض يتوقف أساساً على الكثافة عند تلك النقطة وعدم الانضغاطية والصلابة (كما وضحنا بالمعادلات سابقاً).

والعاملان الأخيران يوضحان الاستجابة المرنة للأرض عند تعرضها للإجهادات كما في حالة موجات الزلازل. وهي الظاهرة السريعة إذا ما قورنت بالظواهر الجيولوجية.

وعدم الانضغاطية يحدد المقاومة للتغير في الكثافة أما الصلابة فتحدد المقاومة لتشوه الشكل. والسائل ليس له أي صلابة وبالتالي فليس له القدرة على تمرير الموجة (S).

 

إن سرعات الموجة (P) عبر طبقات الأرض المختلفة قد عرفت بدقة كبيرة من خلال دراسة علم الزلازل وكذلك سرعة الموجة (S) خلال طبقة الوشاح وكذلك يمكن اعتبار سرعة الموجة (S) مساوية للصفر عبر اللب الخارجي لأن هذا الجزء ليس له صلابة.

ومعرفة سرعات كل من الموجتين (P،S) عند أي نقطة داخل الأرض يوفر علاقات عددية شاملة لقيمة الكثافة وعوامل المرونة عند تلك النقطة. وبهذه الطريقة يمكن الحصول على معلومات هامة لتحديد الخواص الطبيعية لكل ما بداخل الأرض ما عدا اللب الداخلي.

 

وتشمل الدلائل الإضافية المطلوبة لتحديد قيم الكثافة والصلابة وعدم الانضغاطية كل على حدة داخل الأرض استخدام القيمة المعروفة لمتوسط الكثافة وعزم القصور الذاتي للأرض وكذلك استخدام نظرية التجاذب التثاقلي.

وأيضاً باستخدام بيانات سرعتي الموجتين (P،S) انطلاقاً من الحقيقة التي تنص على أن التغير في الكثافة الراجع إلى الزيادة في الضغط في الأرض مرتبط بعدم الانضغاطية.

 

إن التجارب المعملية لتحديد سرعات الموجتين (P،S) تعطي مقارنة تقريبية بين السرعات والكثافات وعليه فقد توصل العالم بيرخ في عام 1961 إلى معادلة تربط سرعات الموجة P بكثافة الصخور وقد استخدمت هذه المعادلة عبر طبقة الوشاح الأرضية.

ومن هذه الدراسات (بداية بدراسة بولن في عام 1906) أمكن التوصل إلى أن كثافة تتراوح بين 3,3 أسفل القشرة الأرضية ثم تصل إلى حوالي 5,7 عند قاع طبقة الوشاح.

ثم تقفز فجأة إلى 9,9 عند قمة اللب وتصل إلى 12,7 عند حدود اللب الداخلي وتصل إلى 13 عند مركز الأرض. وتصل دقة هذه القيم إلى حوالي 0,2 من الوحدة في الوشاح واللب الخارجي وحوالي 5, من الوحدة في اللب الداخلي (شكل 2).

 

وفي عام 1961 أوضح العالم بيرخ بالدلائل المعملية من تجارب الموجات الاصطدامية التي أمكن إجراؤها بعد أن تم التوصل إلى استعمال ضغط يزيد عن مليون ضغط جوي أن الكثافة المركزية للأرض لا تزيد عن 13 بينما أوضحت الدلائل السابقة أن الكثافة المركزية هي على الأقل 12,3. وبالتالي فإن الكثافة المركزية أصبحت معروفة بدقة كافية.

الحسابات التي أجريت للتعرف على توزيع الكثافة داخل الأرض.

 

إن الضغط الذي يعني على وجه التحديد متوسط الإجهاد على المحاور الثلاثة هو حوالي عشرة آلاف ضغط جوي عند قاع القشرة الأرضية القارية وأربعين ألف ضغط جوي عند عمق 1000 كم.

ومليون وثلاثمائة وخمسين ألف ضغط جوي عند حدود الوشاح واللب وحوالي ثلاثة ملايين وسبعمائة ألف ضغط جوي عند مركز الأرض. وهذه الضغوط يمكن الآن التوصل إليها في التجارب المعملية (شكل 3).

[KSAGRelatedArticles] [ASPDRelatedArticles]