Geoid γεωλογία

Geoid, μοντέλο της μορφής της Γης - δηλαδή, του μεγέθους και του σχήματος του πλανήτη - που συμπίπτει με τη μέση στάθμη της θάλασσας πάνω από τους ωκεανούς και συνεχίζεται σε ηπειρωτικές περιοχές ως μια φανταστική επιφάνεια της θάλασσας που ορίζεται από το επίπεδο πνευμάτων. Χρησιμεύει ως επιφάνεια αναφοράς από την οποία μετρώνται τα τοπογραφικά ύψη και τα βάθη των ωκεανών. Η επιστημονική πειθαρχία αφορά την ακριβή μορφή της Γης και τον προσδιορισμό και τη σημασία της είναι γνωστή ως γεωδαισία.

Το γεωειδές είναι παντού κάθετο προς το τράβηγμα της βαρύτητας και προσεγγίζει το σχήμα μιας κανονικής πλάγιας σφαιροειδούς (δηλαδή, μια πεπλατυσμένη σφαίρα). Ωστόσο, είναι ακανόνιστο, λόγω των τοπικών συγκεντρώσεων μάζας ενταφιασμένης μάζας (αποχωρήσεις από πλευρική ομοιογένεια σε βάθος) και λόγω διαφορών στην ανύψωση μεταξύ ηπείρων και θαλάσσιων θαλασσών. Μαθηματικά, το γεωειδές είναι μια ισοδυναμική επιφάνεια. Δηλαδή, χαρακτηρίζεται από το γεγονός ότι σε ολόκληρη την έκταση η πιθανή λειτουργία είναι σταθερή. Αυτή η δυνητική συνάρτηση περιγράφει τις συνδυασμένες επιδράσεις της βαρυτικής έλξης της μάζας της Γης και της φυγοκεντρικής απώθησης που προκαλείται από την περιστροφή της Γης γύρω από τον άξονά της.

Λόγω των ακανόνιστων κατανομών μάζας στη Γη και των συναφών ανωμαλιών της βαρύτητας, το γεωειδές δεν είναι μια απλή μαθηματική επιφάνεια. Κατά συνέπεια, δεν είναι κατάλληλη επιφάνεια αναφοράς για μια γεωμετρική εικόνα της Γης. Ως στοιχεία αναφοράς της Γης, αλλά όχι για την τοπογραφία της, χρησιμοποιούνται απλές γεωμετρικές μορφές που προσεγγίζουν το γεωειδές. Για πολλούς σκοπούς, μια επαρκής γεωμετρική αναπαράσταση της Γης είναι μια σφαίρα, για την οποία πρέπει να δηλώνεται μόνο η ακτίνα της σφαίρας. Όταν απαιτείται πιο ακριβής αριθμός αναφοράς, ένα ελλειψοειδές περιστροφής χρησιμοποιείται ως αναπαράσταση του σχήματος και του μεγέθους της Γης. Είναι μια επιφάνεια που δημιουργείται περιστρέφοντας μια έλλειψη 360 ° γύρω από τον δευτερεύοντα άξονά της. Ένα ελλειψοειδές που χρησιμοποιείται σε γεωδαιτικούς υπολογισμούς για την αναπαράσταση της Γης ονομάζεται ελλειψοειδές αναφοράς. Αυτό το ελλειψοειδές της επανάστασης είναι το σχήμα που χρησιμοποιείται πιο συχνά για να αντιπροσωπεύει μια απλή γεωμετρική επιφάνεια αναφοράς.

Ένα ελλειψοειδές περιστροφής καθορίζεται από δύο παραμέτρους: έναν ημιαξονικό άξονα (ισημερινή ακτίνα για τη Γη) και έναν ημι-άξονα (πολική ακτίνα) ή την ισοπέδωση. Η ισοπέδωση (f) ορίζεται ως η διαφορά μεγέθους μεταξύ του άξονα semimajor (a) και του άξονα semiminor (b) διαιρούμενου με τον άξονα semimajor, ή f = (a - b) / a. Για τη Γη, ο άξονας ημι-άξονα και ο ημι-άξονας διαφέρουν κατά περίπου 21 χιλιόμετρα (13 μίλια) και η ισοπέδωση είναι περίπου ένα μέρος στα 300. Οι αποχωρήσεις του γεωειδούς από το ελλειψοειδές με την καλύτερη τοποθέτηση είναι περίπου ± 100 μέτρα (330 πόδια). Η διαφορά μεταξύ των δύο ημιαξόνων της ισημερινής έλλειψης στην περίπτωση τριαξονικής ελλειψοειδούς γείωσης είναι μόνο περίπου 80 μέτρα.

Αυτό το άρθρο εξετάζει την ανάπτυξη απλών γεωμετρικών αναπαραστάσεων της Γης, ξεκινώντας από τους αρχαίους Έλληνες. Στη συνέχεια συζητά την έννοια του γεωειδούς και τους τρόπους με τους οποίους η παρακολούθηση τεχνητών δορυφόρων και η χαρτογράφηση δορυφόρων της επιφάνειας του ωκεανού βοήθησαν στη γεωδαιτική εκτίμηση του σχήματος και του πεδίου βαρύτητας της Γης. Καταλήγει δείχνοντας πώς αυτή η εργασία είχε ως αποτέλεσμα πιο εκλεπτυσμένες τιμές για την ακτίνα, τη μάζα και την πυκνότητα της Γης.