Πόσο σημαντικές ήταν οι επιπτώσεις της σεισμικής δόνησης στη θέση του άξονα της Γης και τη διάρκεια της ημέρας;
Πέρα από τις μεγάλες τοπικές καταστροφές που οφείλονταν στη σεισμική δόνηση και το παλιρροϊκό κύμα, τα ειδησεογραφικά πρακτορεία μετέδωσαν ότι ο πρόσφατος σεισμός της Ιαπωνίας είχε και άλλες, παγκόσμιες, συνέπειες: άλλαξε τη θέση του άξονα..
της Γης και τη διάρκεια της ημέρας. Πόσο σημαντικά ήταν άραγε αυτά τα φαινόμενα; Η απάντηση είναι μάλλον απογοητευτική, για όσους αγαπούν τις «συγκλονιστικές» ειδήσεις: τα φαινόμενα αυτά δεν είναι ούτε καν μετρήσιμα!
Η σύνδεση του σεισμού της Ιαπωνίας με τη διεύθυνση του άξονα περιστροφής της Γης και με τον ρυθμό περιστροφής της συνδέεται στενά με τον φυσικό νόμο διατήρησης της στροφορμής. Πολλοί θα θυμούνται από τη Φυσική του σχολείου ότι, αν σε ένα σώμα δεν ασκούνται εξωτερικές δυνάμεις, μερικές ποσότητες του σώματος αυτού διατηρούνται αμετάβλητες. Μία από τις ποσότητες αυτές είναι η ενέργεια και μια άλλη η στροφορμή. Η τελευταία εξαρτάται από τη μάζα και την ταχύτητα περιστροφής του σώματος με έναν όχι και τόσο απλό, στο επίπεδο της στοιχειώδους περιγραφής, τύπο. Οταν όμως το σώμα είναι συμμετρικό, όπως π.χ. μια ομογενής σφαίρα, ο τύπος απλοποιείται σημαντικά, ώστε να μπορεί να τον καταλάβει και ο πλέον αμύητος στη Φυσική. Αν παραστήσω τη στροφορμή της σφαίρας με J και την ταχύτητα περιστροφής της γύρω από μια διάμετρό της με ω, τότε η στροφορμή δίνεται από τη σχέση J = (2/5) Χ M Χ R2 Χ ω, όπου M είναι η μάζα της σφαίρας και R η ακτίνα της.
Στα πρότυπα της πιρουέτας
Από τον απλό αυτόν τύπο αντιλαμβάνεται κανείς ότι, αν με κάποιον τρόπο αλλάξει η ακτίνα της σφαίρας χωρίς να αλλάξει η μάζα της, τότε θα πρέπει να αλλάξει και η ταχύτητα περιστροφής της έτσι ώστε το γινόμενο R2 Χ ω να παραμένει σταθερό. Αν, για παράδειγμα, η ακτίνα αυξηθεί, τότε η ταχύτητα περιστροφής θα μειωθεί και, αντίστροφα, αν η ακτίνα μειωθεί, η ταχύτητα περιστροφής θα αυξηθεί. Στην περίπτωση που η σφαίρα δεν είναι ομογενής, και ακόμη περισσότερο αν το σώμα δεν είναι ούτε καν σφαίρα, ο παραπάνω τύπος γίνεται πιο πολύπλοκος, και εξαρτάται από τον συγκεκριμένο τρόπο με τον οποίο η μάζα του σώματος είναι κατανεμημένη στις διάφορες περιοχές του. Ετσι, όταν αλλάζει η κατανομή της μάζας, είναι δυνατό να αλλάξει τόσο η ταχύτητα περιστροφής όσο και ο ίδιος ο άξονας της περιστροφής. Ενα «κλασικό» παράδειγμα, που οι περισσότεροι από εμάς έχουμε δει, είναι η αλλαγή της ταχύτητας περιστροφής ενός παγοδρόμου, όταν αυτός κινεί τα χέρια του. Στην αρχή περιστρέφεται με τα χέρια τεντωμένα και κάποια στιγμή, ξαφνικά, τα κλείνει. Τότε αλλάζει η κατανομή της μάζας (θα μπορούσε κανείς να πει ότι ελαττώνεται η ακτίνα της ισοδύναμης σφαίρας) και, για να παραμείνει σταθερή η στροφορμή, αυξάνει η ταχύτητα περιστροφής.
Κάτι παρόμοιο συνέβη και με τον σεισμό της Ιαπωνίας. Με τη βοήθεια των μοντέλων, που συνδέουν το μέγεθος του σεισμού με τις γεωφυσικές μεταβολές, διαπιστώθηκε ότι έξω από τις ανατολικές ακτές της Ιαπωνίας έσπασε ο στερεός φλοιός της Γης σε μήκος εκατοντάδων χιλιομέτρων και το ένα τμήμα του φλοιού «γλίστρησε» κάτω από το άλλο, σε μήκος της τάξης των 10 μέτρων. Η ίδια η Ιαπωνία θα πρέπει να μετακινήθηκε κατά 2,5 μέτρα περίπου, γεγονός που αναμένεται να επιβεβαιωθεί με γεωδαιτικές μετρήσεις από δίκτυα GPS. Οι μετακινήσεις αυτές αναδιάταξαν την κατανομή της μάζας της Γης, με αποτέλεσμα να μεταβληθεί τόσο η θέση του άξονα περιστροφής της όσο και η ταχύτητα περιστροφής της, από την οποία εξαρτάται η διάρκεια της ημέρας.
Τί σημαίνουν τα 10 εκατοστά
Από τα υπάρχοντα γεωλογικά μοντέλα προκύπτει ότι η θέση του άξονα της Γης στον Βόρειο Πόλο θα πρέπει να μετακινήθηκε κατά 10 εκατοστά και η διάρκεια της ημέρας να μίκρυνε κατά 1,8 εκατομμυριοστά του δευτερολέπτου. Θα πρέπει όμως να γίνει σαφές ότι αυτοί οι αριθμοί προκύπτουν από θεωρητικά μοντέλα και όχι από μετρήσεις, επειδή οι μεταβολές που προκάλεσε ο σεισμός είναι πολύ μικρότερες από αντίστοιχες μεταβολές που οφείλονται σε άλλα φυσικά φαινόμενα, όπως π.χ. είναι η κίνηση ενός παγόβουνου από τα βόρεια πλάτη προς τον ισημερινό. Για την αλλαγή του άξονα αρκεί να αναφερθεί ότι, μόνο κατά τη διάρκεια του έτους 2008, η θέση του Βόρειου Πόλου μετακινήθηκε, από τέτοιου είδους φυσικές αιτίες, κατά 12 περίπου μέτρα. Για δε τη διάρκεια της ημέρας αρκεί να αναφερθεί ότι αυξάνεται, κατά μέσον όρο, κατά δύο περίπου χιλιοστά του δευτερολέπτου τον χρόνο, αλλά με πολύ ακανόνιστο τρόπο. Ετσι η μεταβολή του 1,8 εκατομμυριοστού του δευτερολέπτου που προβλέπει το μοντέλο δεν είναι δυνατό να μετρηθεί, αφού είναι χίλιες φορές μικρότερη από τις μεταβολές που οφείλονται στα υπόλοιπα φυσικά αίτια.
Χάρης Βάρβογλης
Καθηγητής του Τμήματος Φυσικής του ΑΠΘ
Πέρα από τις μεγάλες τοπικές καταστροφές που οφείλονταν στη σεισμική δόνηση και το παλιρροϊκό κύμα, τα ειδησεογραφικά πρακτορεία μετέδωσαν ότι ο πρόσφατος σεισμός της Ιαπωνίας είχε και άλλες, παγκόσμιες, συνέπειες: άλλαξε τη θέση του άξονα..
της Γης και τη διάρκεια της ημέρας. Πόσο σημαντικά ήταν άραγε αυτά τα φαινόμενα; Η απάντηση είναι μάλλον απογοητευτική, για όσους αγαπούν τις «συγκλονιστικές» ειδήσεις: τα φαινόμενα αυτά δεν είναι ούτε καν μετρήσιμα!
Η σύνδεση του σεισμού της Ιαπωνίας με τη διεύθυνση του άξονα περιστροφής της Γης και με τον ρυθμό περιστροφής της συνδέεται στενά με τον φυσικό νόμο διατήρησης της στροφορμής. Πολλοί θα θυμούνται από τη Φυσική του σχολείου ότι, αν σε ένα σώμα δεν ασκούνται εξωτερικές δυνάμεις, μερικές ποσότητες του σώματος αυτού διατηρούνται αμετάβλητες. Μία από τις ποσότητες αυτές είναι η ενέργεια και μια άλλη η στροφορμή. Η τελευταία εξαρτάται από τη μάζα και την ταχύτητα περιστροφής του σώματος με έναν όχι και τόσο απλό, στο επίπεδο της στοιχειώδους περιγραφής, τύπο. Οταν όμως το σώμα είναι συμμετρικό, όπως π.χ. μια ομογενής σφαίρα, ο τύπος απλοποιείται σημαντικά, ώστε να μπορεί να τον καταλάβει και ο πλέον αμύητος στη Φυσική. Αν παραστήσω τη στροφορμή της σφαίρας με J και την ταχύτητα περιστροφής της γύρω από μια διάμετρό της με ω, τότε η στροφορμή δίνεται από τη σχέση J = (2/5) Χ M Χ R2 Χ ω, όπου M είναι η μάζα της σφαίρας και R η ακτίνα της.
Στα πρότυπα της πιρουέτας
Από τον απλό αυτόν τύπο αντιλαμβάνεται κανείς ότι, αν με κάποιον τρόπο αλλάξει η ακτίνα της σφαίρας χωρίς να αλλάξει η μάζα της, τότε θα πρέπει να αλλάξει και η ταχύτητα περιστροφής της έτσι ώστε το γινόμενο R2 Χ ω να παραμένει σταθερό. Αν, για παράδειγμα, η ακτίνα αυξηθεί, τότε η ταχύτητα περιστροφής θα μειωθεί και, αντίστροφα, αν η ακτίνα μειωθεί, η ταχύτητα περιστροφής θα αυξηθεί. Στην περίπτωση που η σφαίρα δεν είναι ομογενής, και ακόμη περισσότερο αν το σώμα δεν είναι ούτε καν σφαίρα, ο παραπάνω τύπος γίνεται πιο πολύπλοκος, και εξαρτάται από τον συγκεκριμένο τρόπο με τον οποίο η μάζα του σώματος είναι κατανεμημένη στις διάφορες περιοχές του. Ετσι, όταν αλλάζει η κατανομή της μάζας, είναι δυνατό να αλλάξει τόσο η ταχύτητα περιστροφής όσο και ο ίδιος ο άξονας της περιστροφής. Ενα «κλασικό» παράδειγμα, που οι περισσότεροι από εμάς έχουμε δει, είναι η αλλαγή της ταχύτητας περιστροφής ενός παγοδρόμου, όταν αυτός κινεί τα χέρια του. Στην αρχή περιστρέφεται με τα χέρια τεντωμένα και κάποια στιγμή, ξαφνικά, τα κλείνει. Τότε αλλάζει η κατανομή της μάζας (θα μπορούσε κανείς να πει ότι ελαττώνεται η ακτίνα της ισοδύναμης σφαίρας) και, για να παραμείνει σταθερή η στροφορμή, αυξάνει η ταχύτητα περιστροφής.
Κάτι παρόμοιο συνέβη και με τον σεισμό της Ιαπωνίας. Με τη βοήθεια των μοντέλων, που συνδέουν το μέγεθος του σεισμού με τις γεωφυσικές μεταβολές, διαπιστώθηκε ότι έξω από τις ανατολικές ακτές της Ιαπωνίας έσπασε ο στερεός φλοιός της Γης σε μήκος εκατοντάδων χιλιομέτρων και το ένα τμήμα του φλοιού «γλίστρησε» κάτω από το άλλο, σε μήκος της τάξης των 10 μέτρων. Η ίδια η Ιαπωνία θα πρέπει να μετακινήθηκε κατά 2,5 μέτρα περίπου, γεγονός που αναμένεται να επιβεβαιωθεί με γεωδαιτικές μετρήσεις από δίκτυα GPS. Οι μετακινήσεις αυτές αναδιάταξαν την κατανομή της μάζας της Γης, με αποτέλεσμα να μεταβληθεί τόσο η θέση του άξονα περιστροφής της όσο και η ταχύτητα περιστροφής της, από την οποία εξαρτάται η διάρκεια της ημέρας.
Τί σημαίνουν τα 10 εκατοστά
Από τα υπάρχοντα γεωλογικά μοντέλα προκύπτει ότι η θέση του άξονα της Γης στον Βόρειο Πόλο θα πρέπει να μετακινήθηκε κατά 10 εκατοστά και η διάρκεια της ημέρας να μίκρυνε κατά 1,8 εκατομμυριοστά του δευτερολέπτου. Θα πρέπει όμως να γίνει σαφές ότι αυτοί οι αριθμοί προκύπτουν από θεωρητικά μοντέλα και όχι από μετρήσεις, επειδή οι μεταβολές που προκάλεσε ο σεισμός είναι πολύ μικρότερες από αντίστοιχες μεταβολές που οφείλονται σε άλλα φυσικά φαινόμενα, όπως π.χ. είναι η κίνηση ενός παγόβουνου από τα βόρεια πλάτη προς τον ισημερινό. Για την αλλαγή του άξονα αρκεί να αναφερθεί ότι, μόνο κατά τη διάρκεια του έτους 2008, η θέση του Βόρειου Πόλου μετακινήθηκε, από τέτοιου είδους φυσικές αιτίες, κατά 12 περίπου μέτρα. Για δε τη διάρκεια της ημέρας αρκεί να αναφερθεί ότι αυξάνεται, κατά μέσον όρο, κατά δύο περίπου χιλιοστά του δευτερολέπτου τον χρόνο, αλλά με πολύ ακανόνιστο τρόπο. Ετσι η μεταβολή του 1,8 εκατομμυριοστού του δευτερολέπτου που προβλέπει το μοντέλο δεν είναι δυνατό να μετρηθεί, αφού είναι χίλιες φορές μικρότερη από τις μεταβολές που οφείλονται στα υπόλοιπα φυσικά αίτια.
Χάρης Βάρβογλης
Καθηγητής του Τμήματος Φυσικής του ΑΠΘ
Δεν υπάρχουν σχόλια:
Δημοσίευση σχολίου