Cos'è un geoide?

Lui Geoid o La figura della Terra è la superficie teorica del nostro pianeta, determinata dal livello medio degli oceani e con una forma piuttosto irregolare. Matematicamente è definito come la superficie dell'attrezzatura dell'effettivo potenziale gravitazionale della Terra, a livello del mare.

Poiché è una superficie immaginaria (non materiale), attraversa continenti e montagne, come se tutti gli oceani fossero collegati da canali acquatici che attraversano le masse terrestri.

Figura 1. Il geoide. Fonte: quella.

La terra non è una sfera perfetta, poiché la rotazione attorno al suo asse la rende una specie di palla mordata dai poli, con vallate e montagne. Ecco perché la forma sferoide è ancora inaccurata.

Quella stessa rotazione aggiunge una forza centrifuga, la cui forza risultante o efficace non punta al centro della terra, ma ha un certo potenziale gravitazionale associato.

Oltre a questi incidenti geografici creano irregolarità in densità e quindi la forza di attrazione gravitazionale in alcune aree cessa sicuramente di essere centrale.

Ecco perché gli scienziati, a partire da C. F. Gauss, che ha ideato il geoide originale nel 1828, ha creato un modello geometrico e matematico per rappresentare la superficie terrestre con maggiore precisione.

Per questo, un oceano dovrebbe riposare, senza maree o correnti oceaniche e una densità costante, la cui altezza funge da riferimento. Quindi si ritiene che la superficie della terra si ondula delicatamente, aumentando in luoghi in cui la gravità locale è maggiore e affonda quando diminuisce.

In queste condizioni, facciamo l'accelerazione di gravità efficace sempre perpendicolare alla superficie i cui punti sono allo stesso potenziale e il risultato è il geoide, che è irregolare poiché l'attrezzatura non è simmetrica.

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Fondazione fisica Geoid

Per determinare la forma del geoide, che è stato perfezionato nel tempo, gli scienziati hanno svolto molte misure, tenendo conto di due fattori:

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- Il primo è che il valore di G, Il campo gravitazionale terrestre equivalente all'accelerazione della gravità, Dipende dalla latitudine: è massimo nei poli e minimo in Ecuador.

- Il secondo è che, come abbiamo detto prima, la densità della Terra non è omogenea. Ci sono luoghi in cui aumenta perché le rocce sono più dense, c'è un accumulo di magma o c'è molta terra in superficie, come una montagna per esempio.

Dove la densità è maggiore, G È altresì. Notare che G È un vettore ed è per questo che è indicato con audace.

Il potenziale gravitazionale terrestre

Per definire il geoide, il potenziale è necessario a causa della gravità, per il quale il campo gravitazionale deve essere definito come la forza gravitazionale per unità di massa.

Se una massa di prova M È posto in questo campo, la forza esercitata dalla terra è il suo peso p = mg, quindi l'entità del campo è:

Forza / massa = p / m = g

Conosciamo già il suo valore medio: 9.8 m/s² E se la terra fosse sferica, sarebbe diretta verso il suo centro. Allo stesso modo, secondo la legge universale di gravitazione di Newton:

P = gm m /r²

Dove m è la massa della terra e g è la costante della gravitazione universale. Quindi l'entità del campo gravitazionale G È:

g = gm/r²

Assomiglia molto a un campo elettrostatico, quindi puoi definire un potenziale gravitazionale analogo all'elettrostatico:

V = -gm/r

La costante g è la costante di gravitazione universale. Bene, le superfici su cui il potenziale gravitazionale ha sempre lo stesso valore sono chiamate Superfici equipotenziali E G è sempre perpendicolare a loro, come detto prima.

Per questo particolare tipo di potenziale, le superfici delle attrezzature sono sfere concentriche. Il lavoro richiesto per spostare una massa su di essi è nullo, perché la forza è sempre perpendicolare a qualsiasi percorso durante la squadra.

Componente laterale dell'accelerazione della gravità

Poiché la terra non è sferica, l'accelerazione della gravità deve avere una componente laterale g_l A causa dell'accelerazione centrifuga, causata dal movimento di rotazione del pianeta attorno al suo asse.

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Nella figura seguente questo componente è mostrato in verde, la cui grandezza è:

G_l = Ω²A

figura 2. Efficace accelerazione della gravità. Fonte: Wikimedia Commons. Hightomplar / pubblico di dominio.

In questa equazione Ω È la velocità angolare della rotazione della terra e A È la distanza tra il punto sulla terra, a una certa latitudine e l'asse.

E in rosso è il componente dovuto all'attrazione gravitazionale planetaria:

G_O = GM/R²

Di conseguenza, aggiungendo Vectorly G_O + G_l, Un'accelerazione risultante ha origine G (in blu) questa è la vera accelerazione della gravità della terra (o un'accelerazione efficace) e che, come vediamo non indica esattamente il centro.

Inoltre, il componente laterale dipende dalla latitudine: è zero nei poli ed è per questo che il campo gravitazionale è massimo. In Ecuador si oppone all'attrazione gravitazionale, riducendo l'efficace gravità, la cui grandezza rimane:

g = gm/r² - Ω²R

Con r = radio equatoriale della terra.

Ora si capisce che le superfici dell'attrezzatura terrestre non sono sferiche, ma che adottano un modo così G è sempre perpendicolare a loro in ogni punto.

Differenze tra geoide ed ellissoide

Ecco il secondo fattore che influisce sulla variazione del campo gravitazionale del terreno: le variazioni locali di gravità. Ci sono luoghi in cui la gravità aumenta perché c'è più massa, ad esempio sulla collina in Figura A).

Figura 3. Confronto tra geoide ed ellissoide. Fonte: Lowrie, W.

Oppure c'è un accumulo o una massa in eccesso sotto la superficie, come in b). In entrambi i casi c'è un elevazione nel geoide perché maggiore è la massa, maggiore intensità del campo gravitazionale.

Invece sull'oceano, la densità è inferiore e di conseguenza il geoide affonda, come vediamo a sinistra della figura a), sopra l'oceano.

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Dalla Figura B) Si noti anche che la gravità locale, indicata con le frecce, è sempre perpendicolare alla superficie del geoide, come abbiamo detto. Ciò non accade sempre con l'ellissoide di riferimento.

Ondulazioni geoid

Nella figura è anche indicato, con una freccia bidirezionale, la differenza di altezza tra il geoide e l'ellissoide, che viene chiamato ondulazione Ed è indicato come n. Le ondulazioni positive sono correlate alla massa in eccesso e ai difetti negativi.

Le ondulazioni quasi non superano mai i 200 m. In realtà, i valori dipendono da come viene scelto il livello del mare che funge da riferimento, poiché alcuni paesi scelgono di diverso in base alle loro caratteristiche regionali.

Vantaggi di rappresentare la Terra come un geoide

-Sul geoide il potenziale effettivo, il risultato del potenziale dovuto alla gravità e al potenziale centrifugo, è costante.

-La forza di gravità agisce sempre perpendicolare al geoide e all'orizzonte è sempre tangenziale per lui.

-Il Geoid offre un riferimento per grandi applicazioni cartografiche di precisione.

-Attraverso i sismologi geoidi possono rilevare la profondità a cui si verificano terremoti.

-Il posizionamento del GPS dipende dal geoide da utilizzare come riferimento.

-La superficie dell'oceano è anche parallela al geoide.

-Le elevazioni e le discese del geoide indicano gli eccessi o i difetti di massa, che sono i Anomalie gravimetriche. Quando viene rilevata un'anomalia e a seconda del suo valore, è possibile dedurre la struttura geologica del sottosuolo, almeno anche alcune profondità.

Questa è la base dei metodi gravimetrici in geofisica. Un'anomalia gravimetrica può indicare accumuli di alcuni minerali, strutture sepolte sotterranee o anche spazi vuoti. Le cupole di sale nel sottosuolo, rilevabili con metodi gravimetrici, sono indicative in alcuni casi di presenza di olio.

Riferimenti

1. QUELLO. Euronews. La presa della gravità sulla terra. Recuperato da: YouTube.com.
2. GIOIA. Geoid. Recuperato da: YouTube.com.
3. Grieme-klee, s. Esplorazioni minerarie: gravimetria. Recuperato da: geovirtual2.Cl.
4. Lowrie, w. 2007. Geofisica fondamentale. 2 °. Edizione. Cambridge University Press.
5. Noaa. Cos'è il geoide?. Recuperato da: geodesia.Noaa.Gov.
6. Sceriffo, r. 1990. Applicare la geofisica. 2 °. Edizione. Cambridge University Press.