ЗЕМЛЯ - ГИГАНТСКИЙ ПОЛИКРИСТАЛ
А. М. Белов
Если посмотреть на Землю со стороны (рис.1), то первое, что придет в голову о ее форме - это шар.
![[]](/img/b/below_a_m/ab19/1.gif)
Поэтому не удивительно, что первой наиболее близкой к реальной форме нашей планеты моделью формы Земли был именно шар. Эту модель в виде глобуса (рис. 2) мы используем до сих пор.
![[]](/img/b/below_a_m/ab19/2.gif)
По современным представлениям Земля по форме представляет собой геоид. Геоид это фигура, отражающая форму потенциала силы тяжести на Земле - эквипотенциальная поверхность гравитационного поля Земли или, если сказать иначе, поверхность всюду перпендикулярная направлению силы тяжести. Эта поверхность приближенно совпадает со средним уровнем океана и условно продлевается под участками суши. Из-за действия центробежных сил, вызванных вращением Земли, она сплюснута у полюсов, так, что расстояние от центра Земли до полюсов примерно на 22 километра меньше, чем до экватора. Кроме этого фигура геоида зависит от распределения масс в теле Земли и не имеет точного математического выражения. По этому для практических целей используют так называемый Земной эллипсоид - фигуру являющуюся наиболее близкой к фигуре геоида и получающуюся в результате вращения эллипса вокруг короткой оси, т. е. оси проходящей через полюса Земли. Земной эллипсоид выглядит примерно так, как показано на рис. 3.
![[]](/img/b/below_a_m/ab19/3.gif)
При этом различают Земной эллипсоид (общеземной эллипсоид) и так называемый референц-эллипсоид наилучшим образом подходящий для территории отдельной страны. В России с 1946 года в качестве референц-эллипсоида используется эллипсоид Красовского, который имеет следующие размеры: малая полуось (полярный радиус) - 6356863 м, большая полуось (экваториальный радиус) - 6378245 м, средний радиус (для шара) - 6371100 м.
Очевидно, что существует много различных референц-эллипсоидов и размеры эллипсоида Красовского отличаются, как от размеров других референц-эллипсоидов, так и от общеземного эллипсоида. Кроме этого существует еще и несколько общеземных эллипсоидов, которые так же отличаются друг от друга по размерам.
Если проанализировать выше изложенное, то будет нетрудно прийти к выводу, что мы до сих пор не имеем единой общепринятой модели формы Земли. Кроме этого, весьма странного обстоятельства, обращает на себя внимание и то, что все многочисленные существующие модели формы Земли являются гладкими. В реальности же Земля не является гладким телом, ее поверхность имеет заметную "шероховатость". Как известно кора Земли поделена на относительно устойчивые тектонические плиты, на которых находятся приподнятые участки суши. При этом высшей точкой поверхности Земли является гора Эверест (8848 м над уровнем моря), а глубочайшей - Марианская впадина (10911 м под уровнем моря). Таким образом "шероховатость" поверхности Земли находится примерно в пределах 0,17 процентов. Ясно, что использование в качестве модели формы Земли гладкого эллипсоида не сможет обеспечить достаточно точное описание реального рельефа коры Земли и именно по этому на практике приходится использовать не один, а несколько Земных эллипсоидов.
Так же можно отметить, что кроме шарообразной и эллипсовидной моделей формы Земли предлагались и иные ее модели, в частности различные правильные многогранники (Платоновы тела). Всего существует пять Платоновых тел (Рис. 4). При этом Земля представлялась по форме в виде некоего монокристалла, представляющего собой один из пяти известных правильных многогранников, в последнее время чаще додекаэдр. История развитие данной гипотезы достаточно подробно описана в статье Л.И. Верховского "Платоновы тела - ключ к устройству Земли и мироздания".
![[]](/img/b/below_a_m/ab19/4.gif)
Однако использование в качестве модели формы Земли правильного многогранника приводит к еще большим отклонениям реальной формы Земли от такой ее модели. Так, у додекаэдра разница между радиусами вписанной и описанной сфер превышает 25 процентов. Таких изменений своих размеров Земля просто не имеет. Как уже выше было отмечено, реальная "шероховатость" поверхности Земли не превышает всего 0,17 процента.
Правда существуют утверждения, что грани правильного многогранника, являющегося моделью формы Земли, как бы представлены чередующимися участками суши и водной поверхности, которые сформировались при застывании исходно жидкой планеты. Однако эта идея не согласуется с тем обстоятельством, что облик нашей планеты изменчив - примерно каждые 400-600 миллионов лет материковые щиты объединяются, образуя суперконтиненты. Причем всего суперконтинетов существовало около десяти. Последним суперконтинентом была Пангея, существовавшая 250-200 миллионов лет назад, а планета с одним континентом совсем не вписывается в структуру монокристалла в виде правильного многогранника.
Кроме этого представление о том, что кора Земли образовалась в результате разового постепенного остывания поверхности планеты, не соответствует действительности. В прошлом столетии было установлено, что на Земле существует своеобразный круговорот мантии, который включает в себя подъем расплавленной породы в районах срединно-океанических хребтов, ее застывание и последующее соскальзывание вниз, сопровождаемое расширением дна с параллельным компенсирующим погружением холодных тектонических плит на границе с другими плитами или пододвигание одного участка литосферы под другой. В результате этого процесса твердая поверхность Земли в основном практически постоянно и постепенно формируется из относительно небольших блоков застывшей породы, которые к тому же еще и периодически переплавляются, а сами континенты (тектонические плиты) периодически раскалываются на более мелкие или объединяются в более крупные.
Так формироваться монокристаллы не могут, а вот поликристаллы могут. В связи с этим вполне естественным будет предположить, что кора Земли по своей структуре представляет собой поликристалл. К тому же, как известно, большинство твердых тел, особенно крупных, имеют именно поликристаллическое строение и почему Земля по этому вопросу должна быть исключением? Тогда строение нашей планеты будет выглядеть примерно так: кора Земли - гигантский поликристалл в виде почти сплошной оболочки с разлитой по его поверхности водой опирается на вязкую мантию в свою очередь окружающую металлическое ядро.
При этом внешняя поверхность коры Земли, как поверхность поликристалла вполне может быть представлена в виде многогранника. Вот только этот многогранник никак не будет являться правильным многогранником - Платоновым телом. Уж больно небольшие размеры по сравнению с размерами Земли имеют, формирующие кору Земли блоки застывшей породы и, следовательно, много граней будет иметь такой многогранник. Ни одно из Платоновых тел так много граней не имеет. Да и кроме этого не бывает деформированных Платоновых тел, а, как уже отмечалось выше, из-за действия центробежных сил, вызванных вращением Земли, наша планета сплюснута у полюсов. Хотя, конечно идея о том, что Земля имеет форму кристалла в виде такого красивого и так замечательно устроенного кристалла - правильного многогранника является более привлекательной. Зато в замен утраты этой привлекательности в настоящее время форму слегка сплюснутого поликристалла с большим количеством граней можно выразить чисто математически в виде системы уравнений.
Любители математики могут ознакомиться с системой уравнений, задающей многогранник в статье: http://stob2.narod.ru/29s.htm. К стати составление этой системы уравнений стало возможным после получения уравнения правильных многоугольников в полярных координатах (см. http://stob2.narod.ru/27s.htm).
Исходя из указанной выше оценки "шероховатости" поверхности Земли можно предположить, что многогранник, моделирующий поверхность Земли, как поверхность гигантского поликристалла будет иметь не менее чем 3600 граней. С учетом же того, что "шероховатость" поверхности Земли оценивалась по максимально высокой горе и максимально глубокой впадине, которые, в общем-то, не являются сильно распространенными, то можно ожидать, что у идеально подходящего в качестве модели многогранника количество граней будет значительно большим за счет несколько меньшей величины реально существующей "шероховатости" поверхности Земли.
На рис 5 при помощи системы уравнений (см. http://stob2.narod.ru/29s.htm) построен из 3600 граней в соответствии с размерами эллипсоида Красовского многогранник, моделирующий поверхность Земли. Необходимо отметить, что, несмотря на то, что данный многогранник точнее описывает поверхность Земли, чем гладкий эллипсоид, он все равно представляет собой лишь идеализированную модель.
![[]](/img/b/below_a_m/ab19/5.gif)
Это связано с тем, что блоки, составляющие кору Земли, формируются одновременно в большом количестве мест часто в сильно различных условиях, что приводит к появлению различий в блоках уже на стадии их образования. Кроме этого после образования они еще подвергаются деформированию в результате движения тектонических плит и иных тектонических процессов, воздействия атмосферных явлений, воды, метеоритов и живых организмов, включая деятельность человека.
|