GRAWIMETRIA

- Prawo powszechnego ciążenia - Każde dwie masy punktowe o masach m1 i m2 przyciągają się wzajemnie siłą grawitacji F wprost proporcjonalną do iloczynu mas, a odwrotnie proporcjonalną do kwadratu odległości r między nimi.

G = 6,67384* 10^-11 - stała grawitacji [m³/(kg*s²)]

- Natężenie siły ciężkości dla masy punktowej i ciała rzeczywistego

Natężeniem siły ciężkości w punkcie materialnym wewnętrznym, lub zewnętrznym leżącym w bezpośrednim sąsiedztwie powierzchni ziemi, nazywamy wypadkową natężenia siły newtonowskiego przyciągania fN i natężenia siły odśrodkowej fods. Jest to siła, z jaką Ziemia przyciąga dane ciało.

(skombinuj Se sam)

- Potencjał siły ciężkości dla masy punktowej i ciała rzeczywistego

G*(m/r)+1/2(w^2*d^2)

- Siła odśrodkowa – wynika z ruchu obrotowego Ziemi

- Natężenie siły odśrodkowej

- Potencjał siły odśrodkowej

- Wartości natężenia siły odśrodkowej na biegunach się zerują, maksymalne na równiku

- Skutki ruchu obrotowego Ziemi – występowanie dnia i nocy, spłaszczenie ziemi przy biegunach, pozorny ruch sklepienia niebieskiego, zmiana wysokości słońca nad widnokręgiem, odchylenie ciał swobodnie spadających

- Siła ciężkości (s. c.) to siła z jaka Ziemia przyciąga dane ciało. Na powierzchni Ziemi i w jej bezpośrednim sąsiedztwie

na każdy punkt materialny działają dwie siły:

1. Siła newtonowskiego przyciągania (prawo powszechnego ciążenia = prawo grawitacji)

2. Siła odśrodkowa (ruch obrotowy Ziemi) S. c. jest wypadkową siły przyciągania grawitacyjnego i siły odśrodkowej

- Składowe natężenia siły ciężkości, czyli rzuty wektora g na osie układu geocentrycznego, będą wyrażone jako

pochodne cząstkowe potencjału W w kierunku tych osi. W(x, y, z) =V(x, y, z)+U(x, y)

- Natężenie pola newtonowskiego przyciągania zależy od rozkładu gęstości i kształtu ciała wytwarzającego pole grawitacyjne. Dlatego zmiany siły ciężkości, którymi zajmuje sie grawimetria, są wywołane przede wszystkim przez zmiany w rozkładzie mas skał podpowierzchniowych tj. zmianami gęstości i kształtu ciała zaburzającego.

- Spłaszczenie grawitacyjne

- Potencjał siły ciezkosci dla ciała rzeczywistego

- Natężenie – siła przez m

- Natężenie – pochodna potencjału

- Rozkład potencjału w szereg funkcji sferycznych harmonicznych

- Potencjał normalny U(P) - potencjał pola siły ciężkości na powierzchni odniesienia (jakby Ziemia była jednorodna elipsoidą obrotową)

- Potencjał zakłócający T_r(P) - Daje informacje o każdym zaburzeniu rozkładu mas we wnętrzu Ziemi

- Powierzchnie ekwipotencjalne - powierzchnie równego potencjału, powierzchnie w polu potencjalnym, których wszystkie punkty mają jednakowy potencjał.

- Geoida - jedna z powierzchni ekwipotencjalnych potencjału siły ciężkości, która pokrywa sie ze średnim poziomem wód i oceanów – przedłużona w sposób umowy pod powierzchnie lądów. Geoida odzwierciedla własności fizycznej budowy Ziemi. Nieciągłości jej krzywizny odzwierciedlają nieciągłości gęstości w rozkładzie mas.

- Elipsoidy odniesienia (poziomu) - do opisu figury Ziemi stosuje się powierzchnie matematyczne, tak dobrane, by jak najlepiej odzwierciedlały geoidę (pod względem geometrii i pola siły ciężkości). Te powierzchnie nazywane są powierzchniami

poziomu. Najprostsza taka bryła jest elipsoida obrotowa,

zwana elipsoidą poziomu.

- Sferoida Clairaut - elipsoida obrotowa – obliczona dla potencjału normalnego na równiku (czyli gdyby Ziemia była koncentrycznie jednorodna, zbudowana z warstw sferoidalnych, których gęstość wzrasta w sposób ciągły od powierzchni do środka sferoidy)

- Spłaszczenie geometryczne - α = 1 / 298,257222101

- Linia pionu - Linie pionu są styczne do kierunku działania siły ciężkości i normalne (tj. prostopadłe) do powierzchni ekwipotencjalnych.

- Promień wodzący - r, wektor skierowany od początku układu współrzędnych (środek Ziemi) do danego punktu (na powierzchni).

- Różnica między współrzędnymi geograficznymi i geocentrycznymi

Szerokość geocentryczna ϕ’: kąt pomiędzy płaszczyzną równika ziemskiego a prostą przechodzącą przez środek Ziemi i dane miejsce na jej powierzchni (promień wodzący)

Szerokość geograficzna ϕ: kąt pomiędzy płaszczyzną równika ziemskiego a kierunkiem pionu w danym miejscu

Długość geograficzna λ: kąt dwuścienny między płaszczyzną południka zerowego a płaszczyzną południkową przechodzącą przez dane miejsce na powierzchni

- Systemy GRS80 i WGS84

Parametry elipsoid tych dwóch systemów różnią się o nieistotną wartość ok. 0,1 mm, ale inaczej wyznaczana jest wysokość powierzchni terenu.

Elipsoida GRS 80 jest obowiązująca w grawimetrii stosowanej

Elipsoida WGS-84 stała się podstawowym układem odniesienia w systemach nawigacji satelitarnej (GPS).

-Undulacje geoidy - Undulacje (N) to odchylenia geoidy od przyjętej powierzchni odniesienia. Nie przekraczają 100 m.

Undulacje kontynentalne:

_ Spowodowane niejednorodnosciami mas w skorupie

i płaszczu Ziemi

_ Undulacje regionalne:

_ Spowodowane regionalnymi strukturami geologicznymi

i undulacjami granicy skorupa – górny płaszcz

_ Undulacje lokalne

_ Spowodowane strukturami geologicznymi

i niejednorodnosciami wystepujacymi

- Kształt Ziemi okreslamy za pomoca wybranej

powierzchni ekwipotencjalnej siły cie_kosci

pokrywajacej sie ze srednim poziomem mórz i

oceanów – GEOIDA

- Wartość normalna siły ciężkości– teoretyczna wartosc siły

cie&kosci wynikajaca z potencjału normalnego na powierzchni

odniesienia (wartosc siły cie!kosci na powierzchni odniesienia, jakby Ziemia

była jednorodna elipsoida)

- Anomalia siły ciężkości - ró&nica miedzy wartoscia siły cie&kosci

pomierzona i zredukowana do poziomu odniesienia, a wartoscia

normalna siły cie&kosci w tym punkcie.

Pokazuje niejednorodnosci w rozkładzie mas wewnatrz Ziemi

-Zasady pomiarów siły ciężkości – pomiary absolutne i względne

- Pomiary względne: Pomiary absolutne (bezwzgledne) s.c.:

pomiar bezwzglednej wartosci nate&enia s.c. w danym

punkcie – sa to wartosci wyznaczone w okreslonych

punktach bez nawiazywania do innych punktów

Zjawisko spadku ciał (metoda swobodnego spadku ciał w próżni), ruch wahadła (w. matematyczne, fizyczne i rewersyjne)

_ Pomiary wzgledne s. c.

polegaja na wyznaczeniu ró&nicy nate&enia s.c. pomiedzy

dowolnie wybranymi punktami pomiarowymi lub

wzgledem punktu przyjetego za baze.

- Wahadło rewersyjne:

wahadło fizyczne o specjalnej konstrukcji,

umo&liwiajace wyznaczenie długosci zredukowanej

bez znajomosci m, J i a.

_ Dwa punkty zawieszenia i regulowany rozkład

masy co pozwala na zmiane okresu drgan.

- Prawo swobodnego spadku ciał

_ Bardzo prosta zasada:

_ W jednorodnym polu grawitacyjnym przy braku innych sił

(np. tarcia) wszystkie ciała spadaja z jednakowym przyspieszeniem

(tj. przyspieszeniem ziemskim g)

_ Bardzo trudny pomiar:

_ Pró&nia w naczyniu, w którym odbywa sie spadek: 10-5 – 0,1 Pa

_ Wysokosc spadku ciała: 20-80 cm,

_ Dokładnosc wyznaczenia wysokosci spadku ciała: 0,01m (10-8m),

_ Dokładnosc pomiaru czasu miedzy kolejnymi poło&eniami ciała:

10-9 s,

_ Dokładnosc wyznaczenia nate_enia s.c g 10-7 – 10-9 m/s2

- Grawimetr balistyczny – grawimetr wykorzystujący równania drogi w polu działania siły ciężkości s=g(t^2/2)

- Grawimetry astatyzowane - Sa to wagi spre&ynowe, w których moment s.c. równowa&ony jest momentem sił spre&ystych, pracujace w stanie równowagi chwiejnej

- Wariacje - zmiany siły ciężkości zachodzące w czasie

pole siły cie!kosci zmienia się w czasie pod wpływem:

_ Sił zewnetrznych (np. oddziaływania grawitacyjnego Słonca i Ksie!yca) – wariacje okresowe.

_ Procesów zachodzacych wewnatrz Ziemi prowadzacych do zmiany rozkładu mas – wariacje nieokresowe.

- Wariacje luni-solarne – Wariacje okresowe

_ Zwiazane z periodycznie zmieniajaca sie pozycja Słonca i

Ksie_yca i ich grawitacyjnym (newtonowskim)

oddziaływaniem na Ziemie.

_ Siły luni-solarne, precesja i nutacja osi obrotu Ziemi.

_ Siły luni-solarne sa obserwowane z uwagi na bliskosc

Ksie!yca i mase Słonca

Siła FP z jaka ciało niebieskie przyciaga element masy

Ziemi w punkcie P mo!na przedstawic

w postaci dwóch składowych:

_ Siła przyciagania F0 działajaca na srodek cie!kosci Ziemi

_ Pozostała siła TP

Siły F0 działajac na ka!dy element masy tworza układ sił

równoległych o identycznej wartosci.

Układ sił F0 jest zródłem ruchu Ziemi po orbicie ciała

przyciagajacego:

_ w przypadku Słonca – ruchu obiegowego

_ w przypadku Ksie!yca – ruchu wokół wspólnego srodka masy.

Siły TP zmieniaja swoja wartosc i kierunek od punktu do

punktu.

_ Układ sił TP reprezentuje siły powodujace pływy

i nazywany jest siłami luni-solarnymi.

- Składowa pozioma i pionowa sił luni-solarnych

Składowa pionowa (delta g_l-s)

(wzdłuz promienia R, skierowana na zewnatrz)

Składowa pozioma (delta g_h)

(styczna do powierzchni Ziemi)

- Elipsoida pływowa - Siły luni-solarne powoduja deformacje Ziemi i Ziemia

przyjmuje kształt elipsoidy pływowej.

_ Dwie elipsoidy pływowe nakładajace sie na siebie (działanie

Słonca i Ksie!yca).

_ Dłu!sza os elipsoidy pływowej jest przesunieta wzgledem linii

łaczacej srodki mas Ziemi i ciała niebieskiego (czas potrzebny

na deformacje).

- Liczby Love’a i Schida

Liczby Love’a:

_ h – stała charakteryzujaca odchylenie potencjału grawitacyjnego

zdeformowanej Ziemi od potencjału Ziemi niezdeformowanej

_ k – stała spre!ystosci charakteryzujaca opór Ziemi przeciw

deformacji pływowej

_ Liczba Schida:

_ l – stała charakteryzujaca globalne działanie poziomych

przemieszczen bedacych wtórnymi odkształceniami skorupy

ziemskiej.

- Zjawisko izostazji - Izostazja – typ równowagi hydrostatycznej, polegajacy

na wyrównaniu cisnien poni!ej pewnego poziomu

wewnatrz Ziemi.

Bloki litosferyczne da!a do osiagniecia równowagi

grawitacyjnej wzgledem płaszcza.

- Hipotezy Prata i Airy’ego

Model Airy’ego

_ Bloki litosferyczne maja ta sama gestosc, lecz

ró!na mia!szosc.

_ Bardziej mia!sze bloki wznosza sie wy!ej i głebiej sie zanurzaja.

_ Im wy!ej jest powierzchnia terenu, tym bardziej mia!sza

litosfera.

Model Pratta

_ Bloki litosferyczne maja równa głebokosc kompensacji, ale

ró!na gestosc.

_ Wy!sze bloki sa zbudowane z l!ejszych skał.

_ Im ni!sza topografia, tym bardziej gesta skała.

- Nabla

- Gradient – pole wektorowe

- Laplasjan = nabla kwadrat

- Równanie Laplace’a.

- Wielomiany Legendre’a - układ wielomianów o wyrazie ogólnym danym wzorem:

- Jednostki natężenia , siły ciężkości i potencjału – m/s² [Gal] ,kg*(m/s²) [N], m²/s²[J/kg]

MAGNETOMETRIA

-natezenie pola magnetycznego (T lub F) - wielkość wektorowa charakteryzująca pole magnetyczne. Jednostka: A/m

- Indukcja magnetyczna (B) - podstawowa wielkość wektorowa opisująca pole magnetyczne, gęstość strumienia magnetycznego). Jednostka: T – Tesla, Wb/m², Gs

- Przenikalność magnetyczna osrodka charakteryzuje ośrodek pod względem jego reakcji na zewnętrzne pole magnetyczne mi=mi0*mir. Jednostki: H/m, Wb/A*m

p.m. próżni (stała magnetyczna) – stosunek indukcji magnetycznej do natężenia pola magnetycznego. P.m = 4pi*10^(-7) H/m ( zbliżona do p.m. w powietrzu)

p.m. względna mir=(mi/mi0), mir=(1+ kappa) pozwala porównać różne materiały, bezwymiarowa,określa właściwości magnetyczne materiałów za wyjątkiem ferromagnetyków

- Namagnesowanie J ( Magnetyzacja) - jest właściwością materiałów (m.in. magnesów), która opisuje pole magnetyczne wytwarzane przez materiał, moment magnetyczny jednostki objętości danego ciała. Jednostka: A/m

-Podatnosc magnetyczna (kappa)–opisuje łatwość, z jaką ciało ulega namagnesowaniu, wielkość bezwymiarowa, charakteryzuje własności ośrodka, który w zewnętrznym polu magnetycznym uzyskuje namagnesowanie

-Wartosc indukcji magnetycznej pola magnetycznego Ziemi (zakres wartosci miedzy równikiem

a biegunami), przy powierzchni Ziemi zawiera się w granicach od 30 mikrotesli dla większości obszarów na małych i średnich szerokościach geograficznych do 60 mikrotesli w okolicach biegunów magnetycznych w północnej Kanadzie, w południowej Australii oraz w części Syberii.

-Inklinacja w Polsce średnio 66 stopni, deklinacja ok. 4 stopnie a całkowite pole ok. 50000nT

- Elementy i składowe pola geomagnetycznego

Deklinacja D – kąt dwuścienny między płaszczyznami południka astronomicznego i południka magnetycznego)

Inklinacja I – kąt zawarty między płaszczyzną poziomą (XY) a kierunkiem wektora T

( składowa pozioma H – leży w płaszczyźnie południka magnetycznego, północna X i wschodnia Y), składowa pionowa Z, całkowite natężenie pola T

- Mapy pola magnetycznego – obrazują rozkład na powierzchni ziemi składowych i elementów pola magnetycznego

-izolinie – linie łączące punkty o jednakowych wartościach

- izokliny- przypominają bieg równoleżników lecz się z nimi nie pokrywają i nie są okręgami

- izogony – izolinie deklinacji

- izodyny (izodynamy) – izolinie składowych (X,Y,Z,T,H)

- Agona - linia o deklinacji 0 stopni, łączy pkty wskazujące płn. geograficzną

- równik magnetyczny –linia o inklinacji 0 stopni

- bieguny magnetyczne – linia o inklinacji 90 stopni, nie można określić deklinacji

- bieguny geomagnetyczne – punkty przecięcia osi hipotetycznego dipola z powierzchnią Ziemi

- południk magnetyczny - linia łącząca bieguny magnetyczne Ziemi, styczna w każdym miejscu Ziemi do igły magnetycznej

- Pole dipolowe – objaśnia 80-90% ziemskiego pola magnetycznego
-pierwsze przybliżenie – do nieosiowego geocentrycznego dipola (jednorodnie naładowanej kuli) 1 harmoniczna

-drugie przybliżenie – do niecentralnego dipola magnetycznego – Reprezentowany przez dwie harmoniczne szeregu Gaussa
-przesunięcie względem geometrycznego środka ziemi

-objaśnia asymetrię pola magnetycznego między półkulą północną a południową

- pole anomalne – związane z budową i zjawiskami zachodzącymi w skorupie ziemskiej (4% obserwowanego pola magn.)

-pole kontynentalne (wariacji kontynentalnych – niejednorodności głębokich warstw ziemi ze zmianami czasowymi)

-pole zewnętrzne – stałe pole pochodzenia zewnętrznego (np. zjonizowane cząstki wiatru słonecznego w jonosferze)

-pole wariacji (delta F) – szybkozmienne pole pochodzenia zewnętrznego i/lub antropogenicznego

-Pole szczatkowe – reprezentuje niedipolową część pola magnetycznego, aproksymowane szeregiem Gaussa dla n>2, wyjaśnia ok. 10-20%obserwowanego na powierzchni pola magnetycznego

-Pole główne – pole dipolowe powiększone o pole anomalii kontynentalnych, ok. 96% ziemskiego pola magnetycznego, generowane w zewnętrznym jądrze ziemi

-Pole normalne – pole główne powiększone o stałe pole pochodzenia zewnętrznego Fn=Fo+Fk+Fz

-Anomalnie kontynentalne – rozległe anomalie o szerokim przebiegu, nieznana geneza,

-Anomalie regionalne – związane ze strukturami geologicznymi o zasięgu regionalnym

-Anomalie lokalne – mały zasięg i natężenie, związane z występowaniem w obrębie skorupy złóż rud magnetycznych, zakłócających przebieg pola magnetycznego

-Ziemskie pole magnetyczne F=Fo+Fk+Fa+Fz+deltaF

- pole IGRF – międzynarodowe geomagnetyczne pole odniesienia – zestaw współczynników Gaussa
-obrazuje głównie wewnętrzne źródła magnetyczne

-matematyczny model pola geomagnetycznego, otrzymany z rozwinięcia w szereg potencjału geomagnetycznego

- zestaw współczynników Gaussa jest obliczany i publikowany co 5 lat

- Epoka – rok zaktualizowania zestawu współczynników Gaussa

- Współczynniki Gaussa:gnmm, hnm – współczynniki sferyczne harmoniczne, w jednostkach indukcji magnetycznej, ulegają zmianom w czasie, wiążą się z właściwościami magnetycznymi ziemi.

- Magnetosfera - obszar wokół ciała niebieskiego (np. planety), w którym cząstki naładowane elektrycznie pozostają pod dominującym wpływem pola magnetycznego ciała.
W przypadku Ziemi magnetosfera jest obszarem asymetrycznym, najmniejszym (rzędu kilku promieni Ziemi) w kierunku Słońca, kilkakrotnie większym w kierunkach prostopadłych do kierunku dosłonecznego i kilkudziesięciokrotnie większym w kierunku odsłonecznym.

- Aktywność słoneczna – zmiany zachodzące na powierzchni i atmosferze Słońca. Zmiany te powodują fluktuacje promieniowania, które dociera do Ziemi (zobacz stała słoneczna) w postaci fal elektromagnetycznych, w tym i światła oraz strumienia cząstek emitowanych przez Słońce (wiatr słoneczny). Do aktywności słonecznej zalicza się też zmiany w liczbie i rozmieszczeniu plam słonecznych oraz koronalnych wyrzutów masy.

- Wiatr słoneczny – strumień cząstek wypływających ze Słońca, składający się przede wszystkim z protonów i elektronów o dużej energii.

- Protuberancje – jasna struktura widoczna ponad brzegiem tarczy słonecznej, składająca się ze stosunkowo gęstej plazmy koronalnej, o niskiej temperaturze (kilku do kilkudziesięciu tysięcy kelwinów), wmrożonej w pole magnetyczne.

- Plama słoneczna – widoczny ciemniejszy obszar na powierzchni Słońca (fotosfera), którego cechami są temperatura niższa niż temperatura otoczenia i silne pole magnetyczne (kilka tysięcy Gs). Mimo jasności (temperatura ok. 4000-5000 K) kontrast z otoczeniem o temperaturze ok. 6000 kelwinów powoduje, że plamy słoneczne wydają się mieć kolor czarny.

- Wariacje długookresowe – zmiany wiekowe, mapy biegu wiekowego,

-izopody – izolinie map biegu wiekowego

- ogniska izoporyczne – ogniska maksymalnych zmian (wędrują na zachód)

- punkty wiekowe – punkty, w których mierzone są zmiany wiekowe pola magnetycznego ziemii

- Wariacje krótkookresowe – zmiany spokojne, zachodzą płynnie i okresowo, związane z prądami elektrycznymi w jonosferze, wywołane efektami pływowymi w polu magnetycznym Ziemi

- burze magnetyczne – bardzo silne zaburzenia pola magnetycznego, od kilku godzin do kilku dni,

b. duże amplitudy zmian, uniemożliwiają pomiary magnetyczne, powodują zakłócenia w łączności

- zorza polarna - powstaje w wyniku oddziaływania wiatru słonecznego na magnetosferę Ziemi (pasy Van Allena). Pojawia się jako barwne (białe, żółte, zielone, czerwone, niebieskie, fioletowe) smugi, wstęgi lub zasłony, falujące lub pulsujące na niebie. Górna atmosfera

- Namagnesowanie J – suma wektorowa namagnesowania indukcyjnego (związane z aktualnym polem magnetycznym) i namagnesowania szczątkowego (związane z polem istniejącym w przeszłości), własność materiałów, która opisuje pole magnetyczne wytwarzane przez ten materiał Jednostka: [A/m]

- Podatnosc magnetyczna (kappa) – łatwość, z jaką ciało ulega namagnesowaniu, podstawowa własność skał w magnetometrii, bezwymiarowa

- Diamagnetyzm – w zewnętrznym polu magnetycznym, na skutek indukcji powstaje pole magnetyczne o przeciwnym zwrocie, które osłabia działanie pola zewnętrzngo, nie zależy od temperatury: gazy szlachetne, wiele subst. organicznych, niektóre metale, skały i minerały

- Paramagnetyzm – w zewnętrznym polu magnetycznym magnesuje się zgodnie z kierunkiem pola zewnętrznego, zależy od temperatury: Na K Li tlen NxOy chloryty, oliwiny, pirokseny granaty, biotyty

-Ferromagnetyzm – zerowy, bądź zbieżny do zera wypadkowy moment magnetyczny ciała, momenty magnetyczne równolegle do siebie w obrębie domen magnetycznych, duża podatność magnetyczna, powyżej Temp. Curie tracą własności magnetyczne i stają się paramagnetykami

- Antyferromagnetyzm – antyrównolegle zorientowane momenty magnetyczne, wypadkowy moment bliski zeru, namagnesowanie tylko w obecności zewnętrznego pola magnetycznego, kappa rośnie ze wzrostem temperatury, uporządkowana struktura znika w temp Neela, powyżej tej temp przechodzi w paramagnetyk

- Ferrimagnetyzm – wypadkowy moment magnetyczny różny od zera, małe namagnesowanie, momenty magnetyczne nie całkiem się kompensują: ferryty, magnetyt, tytanomagnetyt, pirotyn

- Domeny magnetyczne –występuje w nich spontaniczne namagnesowanie pod wpływem dodawania mikroskopowych momentów magnetycznych atomów, są one ukierunkowane wzdłuż linii pola magnetycznego

Petla histerezy – krzywa zależności namagnesowania od natężenia zewnętrznego poza magnetycznego, opisuje opóźnienie zmian wartości namagnesowania w stosunku do zmian zewnętrznego pola magnesującego

Gradientometry – przyrządy do pomiaru gradientu pionowego (dwa magnetometry, na różnych wysokościach mierzą jednocześnie pole magnetyczne)

Paleomagnetyzm i badania paleomagnetyczne.

Koercja – natężenie zewnętrznego pola o kierunku przeciwnym do pola namagnesowanego szczątkowo potrzebne, aby namagnesowanie szczątkowe znikło

Naturalna pozostałosc magnetyczna skał NRM:

- TRM – termiczna pozostałość magnetyczna – stopiona magma stygnie w polu magnetycznym , duża wartość, trwała i stabilna, trudna do usunięcia, zgodny z kierunkiem zewn. pola magnetycznego

- DRM – detrytyczna pozostałość magnetyczna, w skałach osadowych, niewielkie wartości

- CRM – chemiczna pozostałość magnetyczna, procesy chemiczne przemieniają minerały niamagnetyczne w magnetyczne, słaba, lecz mierzalna

- IRM – izotermiczna pozostałość magnetyczna, powstała w krótkim czasie w silnym polu magnetycznym (piorun np.)

- VRM – Lepka pozostałość magnetyczna, długotrwała ekspozycja w otaczającym polu magnetycznym gdy inne czynniki są stałe

- Magnetostratygrafia i samoodwrócenia pola magnetycznego Ziemi.

- Interwały magnetyczne, okres ok. kdzsiąt mln lat, stały kierunek pola

- Epoki magnetyczne – samo odwrócenie ziemskiego pola magnetycznego 10^6 lat

- Zdarzenia magnetyczne – krótkie samoodwrócenie pola magnetycznego , krótkotrwała zmiana biegunowości w danej epoce

- Wycieczki biegunów – wędrówki biegunów, krótkotrwałe zmiany biegunowości pola

-fluxgate (ferrosonda) – pomiar względnych wartości pola magnetycznego i jego składowych, wykorzystuje zjawisko nasycenia magnetycznego miękkich materiałów ferromagnetycznych. +ciągłe pomiary, pomiary składowych – wrażliwy na temperaturę, mierzenie składowych pola w kierunkach ułożenia cewek

- magnetometry protonowe – pomiar całkowitego pola magnetycznego, wykorzystuje zjawisko swobodnej precesji jąder wodoru w słabym polu magnetycznym + nie cza orientować, lekki, niewrażliwy na wstrząsy – nie można mierzyć składowych pola magnetycznego, nie w sposób ciągły

Teoria powstania pola magnetycznego ziemi – dynamo magnetohydrodynamiczne

Warunki: duże ilości płynnego przewodnika elektrycznego (płynne jądro zewnętrzne)

zapewnienie dopływu energii niezbędnej do wprawienia płynu w ruch (pływy konwekcyjne)

Rotacja samoczynnie podtrzymująca pole magnetyczne planety (siła Coriolisa)

SEJSMOLOGIA

-Trzęsienie ziemi – gwałtowne pękanie skorupy ziemskiej, podczas którego wyzwalana jest nagromadzona energia sejsmiczna, w postaci fal sejsmicznych, pracy mechanicznej i ciepła;

- Ognisko – źródło wstrząsu; strefa, w której została uwolniona energia

- Hipocentrum – hipotetyczny punkt, w którym rozpoczęło się pękanie skał

- Epicentrum – rzut hipocentrum na powierzchnię Ziemi

- *Odległość epicentralna – odległość między miejscem pomiaru/obiektem a epicentrum wstrząsu

- Obszar epicentralny - obszar leżący wokół epicentrum, na którym wstrząsy są najbardziej gwałtowne.

- Wstrząsy główne (zasadnicze) – wstrząsy o największej magnitudzie

- Wstrząsy uprzednie – mała magnituda, poprzedzają trzęsienie

- Wstrząsy następcze – o zmniejszającej się z upływem czasu magnitudzie; mogą się pojawiać przez okres do kilku tygodni

- Wstrząsy rojowe – seria niezbyt silnych wstrząsów występująca w danym obszarze

- Luka sejsmiczna – fragment aktywnego sejsmicznie uskoku, gdzie w dłuższym okresie nie obserwowano trzęsień ziemi

- Typy trzęsień ziemi:

tektoniczne- pękanie skał w skorupie przez ruch płyt tektonicznych; występuje najczęściej (90% trzęsień)

wulkaniczne- pękanie skał związane z aktywnością wulkaniczną (7%)

eksplozyjne- wynik eksplozji jądrowych lub konwencjonalnych materiałów wybuchowych

sejsmiczność indukowana- bezpośrednio związana z pracami górniczymi

sejsmiczność wzbudzona – powstała na skutek redystrybucji naprężeń (pojawia się po pewnym czasie lub/i większej odległości)

- Teoria sprężystego odprężenia Reida – pękanie skał jest wynikiem odkształcenia sprężystego przewyższającego wytrzymałość skały, wytworzonego względnym przemieszczeniem sąsiadujących fragmentów skorupy

- w trakcie trzęsienia następuje sprężyste odprężenie stron pęknięcia, w kierunku położeń bez odkształcenia sprężystego i ruch ten słabnie w miarę oddalania się od pęknięcia

-drgania tworzą na powierzchni pęknięcia i mogą zostać zainicjowane na małym obszarze

- Fale sejsmiczne objętościowe (krótkie okresy drgań: 1-15s, niewielkie amplitudy drgań gruntu rzędu kilku mikrometrów)

fala podłużna P - cząsteczki drgają w kierunku zgodnym z kierunkiem rozchodzenia się fali. Przejście tej fali polega na rozchodzeniu się zagęszczeń i rozrzedzeń ( rozchodzi się w ciałach stałych, cieczach i gazach)

fala poprzeczna S – cząsteczki drgają w kierunku prostopadłym do kierunku rozchodzenia się fali. Przejście tej fali wywołuje czyste skręcenie ośrodka (fale skręceniowe). Fala ta rozchodzi się tylko w ciałach stałych

- Fale sejsmiczne powierzchniowe L (rozchodzą się wzdłuż granicy rozdziału, stosunkowo duże amplitudy (kilka do kilka tysięcy mikrometrów), długie okresy drgań (20-300s):

fale Love’a Q – fale poprzeczne poziomo spolaryzowane SH

fale Rayleigha R – złożenie fal podłużnych P i poprzecznych spolaryzowanych pionowo Sv

- sejsmografy – przyrządy do automatycznego rejestrowania wstrząsów sejsmicznych, pracują na zasadzie wahadła

- sejsmogramy – zapisy trzęsienia ziemi

- Obszary sejsmiczne – obfitują w trzęsienia ziemi, wielkie katastrofy

- pansejsmiczne – wstrząsy mniej częste, brak katastrofalnych trzęsień ziemi

- asejsmiczne – nie występują trzęsienia ziemi, lub występują sporadycznie

- Głebokosc ogniska: trz. płytkie(85) do gł 70 km skorupa

trz. pośrednie (12) na gł 70- 300 km, trz. głębokie (3%) w górnym płaszczu na gł 300-800km

- Strefa Benioffa – strefa powstawania głębokich trzęsień ziemio ogniskach nawet na gł 700 km. Powstaje w wyniku subdukcji, obszar aktywny sejsmicznie i wulkanicznie, związany z łukami wyspowymi i aktywnymi krawędziami kontynentalnymi

- intensywnosc - miara skutków trzęsienia ziemi na powierzchni w danym obszarze, oszacowana na podstawie oszacowanych efektów i odczuć ludzi

- magnituda – ilościowa miara wstrząsu bazująca na danych instrumentalnych

Izosejsty – linie jednakowej intensywności drgań

Magnituda lokalna, fal objetosciowych i powierzchniowych, momentu. – najbardziej popularna i znana, najmniej dokładna

wyznaczana na podstawie tylko 1 typu fal (P,S lub powierzchn.)

najmniej powszechna, najbardziej dokładna

- Parametry charakteryzujace ognisko trzesienia ziemi: poziom spektralny, częstotliwość narożna

- Relacja Gutenberga – Richtera – liniowa zależność między logarytmem liczby zdarzeń a ich magnitudą logN=a-bM, n-liczba wstrząsów, M-magn, b-wsp. Gutenberga, a- stała zależy od rejonu

- ogólne prawo Hooke’a : liniowa zależność małaych odkształceń ciała sprężystego od naprężeń (tylko zakres odkształceń sprężystych

Moduły sprezystosci: moduł Young’a, scinania, scisliwosci, współczynnik Poissona, stałe Lamego. Ciało jednorodne i izotropowe, niejednorodne i anizotropowe.

Ilosc modułów sprezystych,

zaleznosci miedzy modułami sprezystymi.

Predkosci fal sprezystych VP i VS.

Zasada Huygensa, Fermata i prawo Snelliusa.

Całkowite wewnetrzne odbicie.

Fale odbite, załamane, czołowe.

Fale sejsmiczne rozchodzace sie wewnatrz Ziemi – stosowane symbole do opisu promieni fal sejsmicznych.

Hodografy fal sejsmicznych.

Strefa cienia.

- Budowa wnetrza Ziemi na podstawie danych sejsmologicznych - Na podstawie danych sejsmologicznych przyjęto, że Ziemia ma budowę warstwową. Granice między warstwami wyznaczane są przez zmianę prędkości fal sejsmicznych. Główne powierzchnie nieciągłości sejsmicznych wydzieliły skorupę ziemską, płaszcz oraz jądro zewnętrzne i wewnętrzne.

- Skorupa Ziemska - składa się z trzech zasadniczych warstw: osadowej, granitowej i

bazaltowej. Na kontynentach miąższość skorupy waha się od 20 do 75 km (skorupa kontynentalna), a w oceanach od 5 do 15 km (skorupa oceaniczna, brak warstwy granitowej, cieńsza i cięższa od kontynentalnej). Prędkość fal P wynosi od 5 do 8 km/s, a fal S od 3.5 do 4.5 km/s.

- Płaszcz – 83% objętości Ziemi, 67% masy. Ma stałą konsystencję i zbudowany jest ze skały zwanej perydotytem w skład której wchodzą minerały zawierające głównie związki krzemu, magnezu i żelaza. Prędkość fal P waha się od 8 do 13 km/s, fal S od 4.5 do 7 km/s.

Płaszcz górny charakteryzuje się szybkim przyrostem prędkości fal sejsmicznych, ma gęstość 3,2–3,4 g/cm³ i jest najprawdopodobniej zbudowany z perydotytów. (Moho-Repetti)

Płaszcz dolny jest wydzielany na podstawie wyraźnego spadku tempa wzrostu prędkości fal sejsmicznych wraz z głębokością. W jego dolnych częściach gęstość osiąga ok. 6,0 g/cm³, a temperatura 3000°C. (Repetti – Gutenberg)

- Jądro zewnętrzne - zbudowane jest głównie z żelaza. Prędkość fal P waha się od 8 do10 km/s. Ponieważ fale S nie przechodzą przez jądro wywnioskowano, że jest ono ciekłe.

- Jądro wewnętrzne - na podstawie pośrednich danych uważa się je za stałe. Zbudowane jest głównie z żelaza. Prędkość fal P w jądrze wynosi około 11 km/s, a fal S około 3.5 km/s.

- Litosfera – górna część płaszcza wraz ze skorupą. Obszar ten charakteryzuje sie dużą sztywnością

- Astenosfera – skały plastyczne podatne na deformację, spadek vp i vs (niższa gęstość), grubsza pod oceanami, w znacznym stopniu znajduje się w stanie amorficznym (ciało stałe, ułożenie cząstek jak w cieczach), główne źródło procesów magmowych, uczestniczy w zjawisku izostazji, zachodzą tu procesy konwekcji

- Mezosfera – część płaszcza, gdzie obserwowany jest wzrost prędkości rozchodzenia się fal

sejsmicznych oraz wzrost gęstości skał (gł. 350 – 2900 km)

- Barysfera - jądro Ziemi

- Granica nieciągłości Conrada – nieciągłość w skorupie ziemskiej pomiędzy jej górną częścią (warstwa granitowa) a dolną (warstwa bazaltowa). (niewielki wzrost prędkości fal sejsmicznych i niewielki wzrost gęstości skał) Na wielu obszarach jest niewyraźna lub nie zaznacza się wcale (np. pod dnami oceanów). Pod kontynentami granica ta przebiega na głębokości ok. 17–25 km.

- Granica nieciągłości Moho – powierzchnia oddzielająca skały skorupy od skał płaszcza (gwałtowny skok prędkości fal P do 7,6-8,6 km/h, wzrost gęstości skał do 3,3-3,7 g/cm³)

- Granica nieciągłości Golicyna – na głębokości ok. 350-400 km, oddziela astenosferę od mezosfery

- Granica nieciągłości Repettiego – na głębokości ok. 670 km, oddziela płaszcz górny od płaszcza dolnego

- Granica nieciągłości Gutenberga (CMB) – na głębokości 2891 km, oddziela dolny płaszcz od jądra zewnętrznego

- Granica nieciągłości Lehmann – na głębokości 5150 km, oddziela płynne jądro zewnętrzne od stałego jądra wewnętrznego

- LVZ (low velocity zone) – strefa obniżonej prędkości fali S w górnym płaszczu, zbliżona do granic astenosfery (80-220 km)

-anomalnie wysoka przewodność elektryczna i wysokie tłumienie energii sprężystej

-interpretowana jako strefa częściowego topienia krzemianów

-nie jest obserwowana pod starymi tarczami kontynentalnymi

- ULVZ (ultra low velocity zone) – cienka strefa obniżonej prędkości fal (grubość ok. 50 km) występująca tuż nad CMB.

- Warstwa D” – 200 km strefa przejściowa między płaszczem i jądrem (nad granicą CMB)

- Numeryczny model Ziemi PREM (Dziewoński i Anderson 1981r) – tablice prędkości fal sejsmicznych, gęstości, modułów sprężystości, ciśnienia i natężenia siły ciężkości na poszczególnych głębokościach we wnętrzu Ziemi

-model izotropowy za wyjątkiem obszaru Moho-Lehmann, gdzie jest model ciała poprzecznie anizotropowego

Zakres materiału z cwiczeń

Operacje na wektorach UMIM

Obliczanie gradientu i laplasjanu Cza się dopytać

Równanie Laplace’a Cza się dopytać

Definicje dywergencji i rotacji Cza się dopytać

Obliczanie wielomianów Legendre’a dowolnego stopnia przy podanych wzorach rekurencyjnych Cza się dopytać

Analiza sejsmogramu Cza się dopytać

Wyznaczanie odległosci epicentralnej trzesienia ziemi UMIM

Wyznaczanie magnitudy trzesienia ziemi z wykorzystaniem nomogramu UMIM

Korzystanie z hodografów fal sprężystych Cza się dopytać

Wyprowadzenie wzorów na hodograf fali bezposredniej, odbitej i załamanej Cza się dopytać

Wykresy hodografów fal bezposredniej, odbitej i załamanej Cza się dopytać

Obliczanie predkosci fal sprezystych na podstawie wartosci modułów sprezystych i gestosci osrodka UMIM???

Korzystanie z prawa Snelliusa - obliczanie kata załamania fali i kata krytycznego UMIM

Uzgadnianie jednostek wielkosci fizycznych. UMIM