APA ITU GEOID? - FIZIKAL - 2025

The geoid atau angka Bumi adalah permukaan teori planet kita, ditentukan oleh tahap purata lautan dan dengan bentuk yang agak tidak teratur. Secara matematis didefinisikan sebagai permukaan ekuototensial dari potensi gravitasi Bumi yang efektif, di permukaan laut.

Kerana ini adalah permukaan khayalan (tidak material), ia melintasi benua dan gunung, seolah-olah semua lautan dihubungkan oleh saluran air yang melewati massa darat.

Rajah 1. Geoid. Sumber: ESA.

Bumi bukanlah sfera yang sempurna, kerana putaran di sekitar paksinya mengubahnya menjadi semacam bola yang diratakan oleh tiang, dengan lembah dan gunung. Inilah sebabnya mengapa bentuk spheroid masih tidak tepat.

Putaran yang sama ini menambahkan daya sentrifugal pada daya gravitasi Bumi, yang daya yang dihasilkan atau berkesan tidak menunjuk ke pusat Bumi, tetapi mempunyai potensi gravitasi tertentu yang berkaitan dengannya.

Di samping itu, kemalangan geografi menimbulkan ketidakteraturan kepadatan, dan oleh itu daya tarikan graviti di beberapa kawasan pasti tidak lagi menjadi pusat.

Oleh itu, para saintis, bermula dengan CF Gauss, yang merancang geoid asli pada tahun 1828, membuat model geometri dan matematik untuk mewakili permukaan Bumi dengan lebih tepat.

Untuk ini, lautan dianggap tenang, tanpa arus atau arus laut dan dengan ketumpatan berterusan, yang ketinggiannya berfungsi sebagai rujukan. Permukaan Bumi kemudian dianggap bergelombang dengan lembut, naik di mana graviti tempatan paling besar dan tenggelam ketika menurun.

Di bawah keadaan ini, percepatan graviti berkesan sentiasa tegak lurus ke permukaan yang titiknya berpotensi sama dan hasilnya adalah geoid, yang tidak teratur kerana peralatan tidak simetri.

Asas fizikal geoid

Untuk menentukan bentuk geoid, yang telah diperhalusi dari masa ke masa, para saintis telah melakukan banyak pengukuran, dengan mempertimbangkan dua faktor:

- Yang pertama adalah bahawa nilai g, medan graviti Bumi yang setara dengan pecutan graviti , bergantung pada garis lintang: maksimum di kutub dan minimum di khatulistiwa.

- Yang kedua adalah, seperti yang kita katakan sebelumnya, ketumpatan Bumi tidak homogen. Ada tempat di mana ia meningkat kerana batu-batu lebih padat, ada pengumpulan magma atau ada banyak tanah di permukaan, seperti gunung misalnya.

Di mana ketumpatannya lebih tinggi, begitu juga g . Perhatikan bahawa g adalah vektor dan itulah sebabnya dilambangkan dengan huruf tebal.

Potensi graviti Bumi

Untuk menentukan geoid, potensi yang disebabkan oleh graviti diperlukan, di mana medan graviti mesti didefinisikan sebagai daya graviti per unit jisim.

Sekiranya jisim uji m diletakkan di medan tersebut, daya yang diberikan oleh Bumi di atasnya adalah beratnya P = mg, oleh itu besarnya medan adalah:

Daya / jisim = P / m = g

Kita sudah tahu nilainya: 9.8 m / s ² dan jika Bumi berbentuk bulat, bumi akan diarahkan ke pusatnya. Begitu juga, menurut hukum gravitasi universal Newton:

P = Gm M / r ²

Di mana M adalah jisim Bumi dan G adalah pemalar graviti sejagat. Maka besarnya medan graviti g adalah:

g = GM / r ²

Ia kelihatan seperti medan elektrostatik, jadi potensi graviti dapat ditentukan yang serupa dengan elektrostatik:

V = -GM / r

Pemalar G ialah pemalar pemalar sejagat. Nah, permukaan yang berpotensi gravitasi selalu memiliki nilai yang sama disebut permukaan ekuototensial dan g selalu tegak lurus dengan mereka, seperti yang dikatakan sebelumnya.

Untuk kelas potensi tertentu, permukaan ekuototensial adalah sfera sepusat. Kerja yang diperlukan untuk menggerakkan jisim pada mereka adalah sifar, kerana daya selalu tegak lurus ke arah mana-mana pada daya maju.

Komponen lateral pecutan graviti

Oleh kerana Bumi tidak berbentuk sfera, pecutan graviti mesti mempunyai komponen lateral g _l kerana pecutan sentrifugal, yang disebabkan oleh gerakan putaran planet di sekitar paksinya.

Gambar berikut menunjukkan komponen ini berwarna hijau, dengan magnitudnya:

g _l = ω ² a

Rajah 2. Pecutan graviti yang berkesan. Sumber: Wikimedia Commons. Domain HighTemplar / Awam.

Dalam persamaan ini ω adalah kelajuan putaran sudut Bumi dan jarak antara titik di Bumi, pada garis lintang dan paksi tertentu.

Dan warna merah adalah komponen yang disebabkan oleh tarikan graviti planet:

g _o = GM / r ²

Akibatnya, dengan menambahkan g _o + g _l secara vektor , pecutan g yang dihasilkan (berwarna biru) berasal, yang merupakan pecutan sebenar graviti Bumi (atau pecutan berkesan) dan yang, seperti yang kita lihat, tidak menunjuk tepat ke pusat.

Selanjutnya, komponen lateral bergantung pada garis lintang: ia adalah sifar di kutub dan oleh itu medan graviti maksimum di sana. Di khatulistiwa ia menentang tarikan graviti, mengurangkan graviti berkesan, yang besarnya tetap:

g = GM / r ² - ω ² R

Dengan R = jejari khatulistiwa Bumi.

Sekarang dapat difahami bahawa permukaan bumi yang tidak berpotensi tidak berbentuk bulat, tetapi mengambil bentuk sedemikian rupa sehingga g selalu tegak lurus pada semua titik.

Perbezaan antara geoid dan elipsoid

Inilah faktor kedua yang mempengaruhi variasi medan graviti Bumi: variasi graviti tempatan. Terdapat tempat-tempat di mana graviti meningkat kerana terdapat lebih banyak jisim, misalnya di bukit pada gambar a).

Rajah 3. Perbandingan antara geoid dan elipsoid. Sumber: Lowrie, W.

Atau terdapat pengumpulan atau lebihan jisim di bawah permukaan, seperti di b). Dalam kedua-dua kes tersebut terdapat ketinggian geoid kerana semakin besar jisim, semakin besar intensiti medan graviti.

Sebaliknya, di atas lautan, kepadatannya lebih rendah dan akibatnya geoid tenggelam, seperti yang kita lihat di sebelah kiri rajah a), di atas lautan.

Dari rajah b) juga diperhatikan bahawa graviti tempatan, ditunjukkan dengan anak panah, selalu tegak lurus dengan permukaan geoid, seperti yang telah kita katakan. Ini tidak selalu berlaku dengan rujukan ellipsoid.

Gelombang geoid

Angka ini juga menunjukkan, dengan anak panah dua arah, perbezaan ketinggian antara geoid dan elipsoid, yang disebut sebagai bergelombang dan dilambangkan sebagai N. Undulasi positif berkaitan dengan jisim berlebihan dan yang negatif dengan kecacatan.

Gelombang hampir tidak melebihi 200 m. Sebenarnya, nilainya bergantung pada bagaimana permukaan laut yang berfungsi sebagai rujukan dipilih, kerana beberapa negara memilih secara berbeza mengikut ciri wilayahnya.

Kelebihan mewakili Bumi sebagai geoid

-Di geoid potensi efektif, hasil dari potensi akibat graviti dan potensi sentrifugal, adalah tetap.

-Tekanan graviti selalu bertindak tegak lurus dengan geoid dan cakrawala selalu bersinggungan dengannya.

-Geoid menawarkan rujukan untuk aplikasi kartografi berketepatan tinggi.

-Melalui geoid, ahli seismologi dapat mengesan kedalaman gempa bumi.

-Posisian GPS bergantung pada geoid untuk dijadikan rujukan.

-Permukaan lautan juga selari dengan geoid.

-Tinggian dan penurunan geoid menunjukkan kelebihan atau kecacatan jisim, yang merupakan anomali gravimetrik. Apabila anomali dikesan dan bergantung pada nilainya, adalah mungkin untuk menyimpulkan struktur geologi tanah, sekurang-kurangnya ke kedalaman tertentu.

Inilah asas kaedah gravimetrik dalam geofizik. Anomali gravimetrik dapat menunjukkan pengumpulan mineral tertentu, struktur yang terkubur di bawah tanah, atau bahkan ruang kosong. Kubah garam di tanah bawah tanah, dapat dikesan dengan kaedah gravimetri, menunjukkan dalam beberapa kes kehadiran minyak.

Rujukan

1. ITU. Euronews. Cengkaman graviti di Bumi. Dipulihkan dari: youtube.com.
2. BERSAMA. Geoid. Dipulihkan dari: youtube.com.
3. Griem-Klee, S. Eksplorasi perlombongan: gravimetri. Dipulihkan dari: geovirtual2.cl.
4. Lowrie, W. 2007. Asas Geofizik. Ke-2. Edisi. Akhbar Universiti Cambridge.
5. NOAA. Apakah geoid itu ?. Dipulihkan dari: geodesy.noaa.gov.
6. Sheriff, R. 1990. Geofizik Gunaan. Ke-2. Edisi. Akhbar Universiti Cambridge.