Scădere în greutate cutremur
Pământul este plat. Nu foarte puternic, dar cel puțin: este cu aproximativ 20 de kilometri mai gros la ecuator decât la poli. Motivul pentru aceasta este propria rotație, care creează o forță centrifugă. Prin urmare, o persoană care cântărește 70 de kilograme cântărește cu aproximativ 350 de grame mai puțin la ecuator decât la poli - pe de o parte, deoarece se află mai departe de centrul pământului acolo și, pe de altă parte, deoarece forța centrifugă încearcă să le arunce în spațiu.
Dar nu numai forma pământului, ci și densitatea acestuia în subsol influențează forța gravitației pământului: roca mai densă din interiorul pământului creează o gravitate mai mare datorită masei sale mai mari. Și: cutremurele pot schimba această densitate - nu semnificativ, ci măsurabilă. O echipă de cercetători din SUA condusă de Shin-Chan Han de la Universitatea de Stat din Ohio din Columbus a demonstrat acum acest lucru la scară largă.
Studiile anterioare au descoperit deja modificări ale gravitației după cutremure în anumite locații. Desigur, aceste măsurători au avut loc la sol. Echipa lui Han, pe de altă parte, a folosit datele de măsurare de la cei doi sateliți gemeni Tom și Jerry din sistemul de satelit germano-american GRACE (Gravity Research and Climate Experiment). Acești doi sateliți orbitează pământul la o altitudine de aproximativ 450 de kilometri în aceeași orbită, aproape circulară. Zbori vreo 220 de kilometri la rând. Dacă pământul ar fi o sferă ideală cu o distribuție uniformă a masei, atunci distanța dintre cei doi sateliți ar fi întotdeauna exact aceeași. Cu toate acestea, dacă sateliții se apropie de o regiune cu gravitație crescută, de exemplu cauzată de o zonă montană, primul satelit va simți mai întâi atracția mai puternică. Accelerează și se îndepărtează puțin de cel de-al doilea satelit. Puțin mai târziu, în timp ce primul satelit a trecut deja de lanțul muntos, al doilea satelit este accelerat, ceea ce reduce din nou distanța dintre cei doi.
Transmițătoarele și receptoarele cu microunde de la bordul sateliților măsoară aceste schimbări de distanță cu o precizie de un micrometru pe secundă, care este mai mică decât grosimea unui fir de păr uman. „Microundele sunt greu afectate de atmosfera subțire de la nivelul sateliților”, explică Han. „Din rezultat, totuși, proporțiile care apar din alte forțe decât gravitația, cum ar fi rezistența aerului, trebuie calculate. Accelerometrele de la bordul sateliților ajută la acest lucru. ”O dată pe lună, din date este creată o hartă actuală a câmpului gravitațional al întregului pământ.
Han și colegii săi au făcut o observație spectaculoasă atunci când au comparat câmpul gravitațional determinat de GRACE în regiunea Sumatra înainte și după marele cutremur din 26 decembrie 2004 și au calculat modificări periodice, de exemplu cauzate de maree sau schimbări sezoniere de apă.
Rezultatul: pe latura continentală a șanțului Java, gravitația scăzuse cu 1,5 milioane de procente. Aceasta este o capodoperă a acurateței măsurătorilor atunci când considerați că această cantitate ar însemna o pierdere în greutate de doar o miime de gram pentru o persoană care cântărește 70 de kilograme. Pe partea oceanului, gravitația a crescut cu aceeași cantitate. De-a lungul tranșeei Java, placa indo-australiană împinge sub placa eurasiatică - cauza cutremurului și a tsunamiului ulterior.
Han și colegii săi au mari speranțe pentru aceste observații: dacă precizia unor astfel de măsurători gravitaționale este îmbunătățită în continuare, ar putea într-o zi - împreună cu alte date seismice și geodezice - să fie folosite pentru a prezice cutremure. „Pentru că înainte de cutremur, tensiunea din scoarța terestră crește - și odată cu aceasta densitatea”.
În curând va fi posibilă măsurarea gravitației terestre mai precis decât astăzi: în vara anului 2007, Agenția Spațială Europeană ESA intenționează să lanseze satelitul GOCE (Gravity Field și Steady State Ocean Circulation Explorer), care are încă diferențe de greutate de 10-5 metri pe Al doilea în pătrat (miligal) - este de 100 de ori mai precis decât GRACE. Ca urmare, abaterile de la geoid - figura câmpului de gravitație idealizat al pământului (vezi imaginea din stânga) - pot fi determinate cu o precizie de unu până la doi centimetri. Spre deosebire de GRACE, GOCE constă doar dintr-un singur satelit. Măsurătorile se fac cu raze laser de la sol, pe care satelitul echipat cu receptoare GPS le va reflecta la o altitudine de 250 de kilometri. ■
Fără titlu
Gravitația nu este la fel de puternică peste tot, dar depinde de numeroși factori, inclusiv de densitatea rocii. Grafica computerizată arată abateri de la geoid - suprafața idealizată a pământului, pe care forța gravitațională este aceeași peste tot și care corespunde nivelului mediu al mării în oceane. Privit în acest fel, pământul nostru seamănă cu un cartof: umflăturile și urechile colorate prezintă abateri între plus 70 Gal (roșu închis) și minus 70 Gal (albastru închis). Unitatea Gal, numită după Galileo, are o sutime de metru pe secundă pătrat. Accelerația medie datorată gravitației este de 981 Gal. Datele au fost măsurate de satelitul gemelo-american GRACE (Gravity Recovery And Climate Experiment).
Fără titlu
Marele cutremur din Oceanul Indian din 26 decembrie 2004 a schimbat puterea gravitației pământului acolo - doar ușor, dar măsurabilă cu sateliții. La est de șanțul Java (cercuri), gravitația a scăzut cu 15 milioane de gal (albastru închis), la vest de acesta a crescut cu aceeași cantitate (roz deschis). Asta înseamnă o schimbare de 1,5 milioane de procente de fiecare dată. Pentru orientare: marea insulă la est de tranșeaua Java din jumătatea inferioară a imaginii este Sumatra. Triunghiurile și pătratele marchează defecte geologice și creste de mare adâncime. Scara colorată de mai jos arată diferența de greutate în milionimi de gal. Datele provin de la cei doi sateliți gemeni Tom și Jerry din sistemul germano-american GRACE.