GEOIT NEDIR? - FIZIKSEL - 2025

Dünyanın jeoidi veya şekli, gezegenimizin ortalama okyanus seviyesi tarafından belirlenen ve oldukça düzensiz bir şekle sahip teorik yüzeyidir. Matematiksel olarak, Dünya'nın etkin yerçekimi potansiyelinin deniz seviyesinde eşpotansiyel yüzeyi olarak tanımlanır.

Hayali (maddi olmayan) bir yüzey olduğu için, sanki tüm okyanuslar kara kütlelerinden geçen su kanallarıyla birbirine bağlanmış gibi kıtaları ve dağları geçiyor.

Şekil 1. Geoid. Kaynak: ESA.

Dünya, kendi ekseni etrafında dönmesi onu vadiler ve dağlarla kutuplar tarafından düzleştirilmiş bir tür topa dönüştürdüğü için mükemmel bir küre değildir. Sfero şeklinin hala hatalı olmasının nedeni budur.

Aynı dönüş, Dünya'nın yerçekimi kuvvetine bir merkezkaç kuvveti ekler; bu kuvvet, sonuçta ortaya çıkan veya etkili kuvveti Dünya'nın merkezine işaret etmez, ancak onunla ilişkili belirli bir yerçekimi potansiyeline sahiptir.

Buna ek olarak, coğrafi kazalar yoğunlukta düzensizlikler yaratır ve bu nedenle bazı bölgelerdeki çekim kuvveti kesinlikle merkezi olmaktan çıkar.

Bu nedenle, 1828'de orijinal jeoidi tasarlayan CF Gauss'tan başlayarak bilim adamları, Dünya yüzeyini daha doğru bir şekilde temsil etmek için geometrik ve matematiksel bir model yarattılar.

Bunun için, gelgitler veya okyanus akıntıları olmadan ve yüksekliği referans görevi gören sabit yoğunlukta bir okyanusun durduğu varsayılır. Daha sonra Dünya yüzeyinin nazikçe dalgalandığı, yerel yerçekiminin en büyük olduğu yerde yükseldiği ve düştüğünde battığı kabul edilir.

Bu koşullar altında, etkin yerçekimi ivmesinin her zaman noktaları aynı potansiyelde olan yüzeye dik olmasına izin verin ve sonuç, eşpotansiyel simetrik olmadığından düzensiz olan geoid olsun.

Geoidin fiziksel temeli

Zamanla rafine edilen geoidin şeklini belirlemek için bilim adamları, iki faktörü dikkate alarak birçok ölçüm yaptılar:

- İlk değeri olduğunu g, yerçekimi ivmesine Dünya'nın çekim alanı eşdeğer , enlem bağlıdır: o ekvatorda kutuplarda maksimum ve minimum olduğunu.

- İkincisi, daha önce de söylediğimiz gibi, Dünya'nın yoğunluğunun homojen olmamasıdır. Kayaların daha yoğun olduğu, magma birikimi olduğu veya yüzeyde dağ gibi çok yer olduğu için arttığı yerler vardır.

Yoğunluğun daha yüksek olduğu yerde g de öyledir. Not o gr bir vektör olup, kalın olarak gösterilir neden olmasıdır.

Dünyanın yerçekimi potansiyeli

Geoidi tanımlamak için yerçekimine bağlı potansiyele ihtiyaç vardır, bunun için yerçekimi alanı birim kütle başına yerçekimi kuvveti olarak tanımlanmalıdır.

Söz konusu alana bir test kütlesi m yerleştirilirse, Dünya'nın üzerine uyguladığı kuvvet ağırlığı P = mg'dır, dolayısıyla alanın büyüklüğü:

Kuvvet / kütle = P / m = g

Ortalama değerini zaten biliyoruz: 9,8 m / s ² ve Dünya küresel olsaydı, merkezine doğru yönlendirilirdi. Benzer şekilde, Newton'un evrensel çekim yasasına göre:

P = Gm M / r ²

M, Dünya'nın kütlesi ve G, evrensel yerçekimi sabitidir. O zaman yerçekimi alanı g'nin büyüklüğü :

g = GM / r ²

Elektrostatik bir alana çok benziyor, bu nedenle elektrostatiğe benzer bir yerçekimi potansiyeli tanımlanabilir:

V = -GM / r

Sabit G, evrensel yerçekimi sabitidir. Pekala, yerçekimi potansiyelinin her zaman aynı değere sahip olduğu yüzeylere eşpotansiyel yüzeyler denir ve daha önce de belirtildiği gibi g her zaman onlara diktir.

Bu özel potansiyel sınıfı için, eş potansiyel yüzeyler eşmerkezli kürelerdir. Üzerlerinde bir kütleyi hareket ettirmek için gereken iş sıfırdır, çünkü kuvvet, eşpotansiyel üzerindeki herhangi bir yola her zaman diktir.

Yerçekimi ivmesinin yanal bileşeni

Dünya küresel olmadığından , gezegenin kendi ekseni etrafındaki dönme hareketinin neden olduğu merkezkaç ivmesinden dolayı yerçekiminin ivmesinin yanal bileşeni g _l olması gerekir.

Aşağıdaki şekil, büyüklüğü olan bu bileşeni yeşil olarak göstermektedir:

g _l = ω ² bir

Şekil 2. Etkili yerçekimi ivmesi. Kaynak: Wikimedia Commons. HighTemplar / Kamu malı.

Bu denklemde ω, Dünya'nın açısal dönme hızıdır ve Dünya üzerindeki nokta ile belirli bir enlemdeki nokta arasındaki mesafedir.

Ve kırmızı renkte, gezegensel yerçekiminden kaynaklanan bileşen:

g _o = GM / r ²

Bunun bir sonucu olarak, tarafından vektörel ilave g _o + g _l , sonuç olarak ortaya çıkan hızlanma g (mavi) kökenli olduğu, merkeze tam olarak işaret etmez gördüğümüz gibi, yerçekiminin (ya da etkin hızlanma) olan ve gerçek hızlanmasıdır.

Dahası, yanal bileşen enleme bağlıdır: kutuplarda sıfırdır ve bu nedenle orada yerçekimi alanı maksimumdur. Ekvatorda, kütleçekimsel çekime karşı çıkar ve büyüklüğü kalan etkin yerçekimini azaltır:

g = GM / r ² - ω ² R

R = Dünya'nın ekvator yarıçapı ile.

Artık Dünya'nın eşpotansiyel yüzeylerinin küresel olmadığı, ancak g'nin her noktada kendilerine dik olacağı bir şekil aldığı anlaşılmıştır .

Geoid ve elipsoid arasındaki farklar

İşte Dünya'nın kütleçekim alanının değişimini etkileyen ikinci faktör: yerel yerçekimi değişimleri. Daha fazla kütle olduğu için yer çekiminin arttığı yerler vardır, örneğin şekil a) 'daki tepede.

Şekil 3. Geoid ve elipsoid arasındaki karşılaştırma. Kaynak: Lowrie, W.

Veya b) 'de olduğu gibi, yüzeyin altında bir birikim veya fazla kütle vardır. Her iki durumda da geoidde bir yükseklik vardır çünkü kütle ne kadar büyükse, yerçekimi alanının yoğunluğu o kadar büyüktür.

Öte yandan, okyanus üzerinde yoğunluk daha düşüktür ve sonuç olarak, şekil a) 'nın solunda gördüğümüz gibi jeoid okyanusun üzerinde batar.

Şekil b) 'den oklarla gösterilen yerel yerçekiminin, söylediğimiz gibi her zaman geoidin yüzeyine dik olduğu da not edilmiştir. Bu her zaman referans elipsoid ile gerçekleşmez.

Geoidin dalgalanmaları

Şekil ayrıca, çift yönlü bir okla, dalgalanma olarak adlandırılan ve N olarak gösterilen geoid ve elipsoid arasındaki yükseklik farkını gösterir. Pozitif dalgalanmalar, aşırı kütle ve negatif dalgalanmalar kusurlarla ilgilidir.

Dalgalanmalar neredeyse hiç 200 m'yi geçmez. Aslında değerler, referans olarak hizmet veren deniz seviyesinin nasıl seçildiğine bağlıdır, çünkü bazı ülkeler bölgesel özelliklerine göre farklı şekilde seçim yapmaktadır.

Dünyayı jeoit olarak temsil etmenin avantajları

-Geoid üzerinde, yerçekimine ve merkezkaç potansiyeline bağlı potansiyelin sonucu olan etkin potansiyel sabittir.

-Kütleçekimi kuvveti her zaman geoide dik etki eder ve ufuk her zaman ona teğettir.

-Geoid, yüksek hassasiyetli kartografik uygulamalar için bir referans sunar.

-Geoid sayesinde sismologlar, depremlerin meydana geldiği derinliği tespit edebilir.

-GPS'nin konumlandırılması, referans olarak kullanılacak geoide bağlıdır.

- Okyanusun yüzeyi de geoide paraleldir.

-Geoidin yükselmeleri ve alçalmaları, gravimetrik anomaliler olan kütlenin fazlalıklarını veya kusurlarını gösterir. Bir anormallik tespit edildiğinde ve değerine bağlı olarak, en azından belirli derinliklerde alt toprağın jeolojik yapısını anlamak mümkündür.

Bu, jeofizikteki gravimetrik yöntemlerin temelidir. Gravimetrik bir anormallik, belirli minerallerin, yeraltına gömülü yapıların ve hatta boş alanların biriktiğini gösterebilir. Gravimetrik yöntemlerle tespit edilebilen toprak altındaki tuz kubbeleri, bazı durumlarda petrol varlığının göstergesidir.

Referanslar

1. BU. Euronews. Yerçekiminin Dünya üzerindeki etkisi. Youtube.com adresinden kurtarıldı.
2. SEVİNÇ. Geoid. Youtube.com adresinden kurtarıldı.
3. Griem-Klee, S. Madencilik araştırmaları: gravimetri. Kurtarıldı: geovirtual2.cl.
4. Lowrie, W. 2007. Jeofiziğin Temelleri. 2. Baskı. Cambridge University Press.
5. NOAA. Geoid nedir? Geodesy.noaa.gov adresinden kurtarıldı.
6. Sheriff, R. 1990. Uygulamalı Jeofizik. 2. Baskı. Cambridge University Press.