แรงโน้มถ่วงและธรณีวิทยา
แรงโน้มถ่วงและธรณีวิทยาเป็นการวัดสนามแรงโน้มถ่วง รูปร่าง และขนาดของโลก โดยใช้ความแปรผันของแรงโน้มถ่วงเพื่อสำรวจโครงสร้างความหนาแน่นใต้พื้นผิว และเพื่อกำหนดจีออยด์ซึ่งเป็นจุดอ้างอิงสำหรับความสูงและระดับน้ำทะเล
Definition
แรงโน้มถ่วงและธรณีวิทยารวมกันเป็นการศึกษาและวัดสนามแรงโน้มถ่วงและรูปร่างทางเรขาคณิตของโลก โดยใช้การวัดแรงโน้มถ่วง การปรับระดับ และเทคนิคอวกาศเพื่อกำหนดจีออยด์ กรอบอ้างอิง และความแปรผันของความหนาแน่นใต้พื้นผิวที่บันทึกไว้ในความผิดปกติของแรงโน้มถ่วง
Scope
สาขานี้ครอบคลุมสนามแรงโน้มถ่วงของโลกและการกำหนดทางธรณีวิทยา: ทฤษฎีศักย์สนามและการลดค่าการวัดแรงโน้มถ่วงให้เป็นค่าผิดปกติ, จีออยด์และรูปร่างของโลกในฐานะทรงรีอ้างอิงพร้อมกับการกระเพื่อม, และหลักการสมดุลไอโซสตาซีที่เชื่อมโยงลักษณะภูมิประเทศเข้ากับโครงสร้างความหนาแน่นที่ชดเชยกัน นอกจากนี้ยังกล่าวถึงธรณีวิทยาจากดาวเทียมและอวกาศ รวมถึงการระบุตำแหน่งที่แม่นยำและภารกิจแรงโน้มถ่วงเฉพาะทาง และการตีความความผิดปกติของแรงโน้มถ่วงสำหรับโครงสร้างเปลือกโลกและเนื้อโลก โดยเน้นที่ความสัมพันธ์ระหว่างสนามแรงโน้มถ่วง รูปร่างของโลก และการกระจายความหนาแน่นภายใน
Sub-topics
Core questions
- การวัดแรงโน้มถ่วงถูกลดทอนให้เป็นค่าผิดปกติที่เผยให้เห็นความหนาแน่นใต้พื้นผิวได้อย่างไร?
- จีออยด์คืออะไร และกำหนดรูปร่างของโลกได้อย่างไร?
- สมดุลไอโซสตาซีเชื่อมโยงลักษณะภูมิประเทศบนพื้นผิวเข้ากับมวลที่ชดเชยกันที่ความลึกได้อย่างไร?
- ภารกิจดาวเทียมและธรณีวิทยาอวกาศวัดสนามแรงโน้มถ่วงและตำแหน่งได้อย่างไร?
Key concepts
- ศักย์โน้มถ่วงและความผิดปกติของแรงโน้มถ่วง
- การแก้ไขแบบ Free-air และ Bouguer
- จีออยด์และทรงรีอ้างอิง
- สมดุลไอโซสตาซีและการชดเชยของเปลือกโลก
- การวัดแรงโน้มถ่วงด้วยดาวเทียมและธรณีวิทยาอวกาศ
Key theories
- สมดุลไอโซสตาซี
- ลักษณะภูมิประเทศบนพื้นผิวส่วนใหญ่จะถูกชดเชยที่ความลึก เพื่อให้เสาของเปลือกโลกและเนื้อโลกออกแรงกดดันเกือบเท่ากันที่ความลึกของการชดเชย; แบบจำลองของ Airy และ Pratt อธิบายภูเขาโดยรากเปลือกโลกที่ลึกหรือโดยความแตกต่างของความหนาแน่นด้านข้าง
- จีออยด์และธรณีวิทยาเชิงกายภาพ
- จีออยด์ ซึ่งเป็นพื้นผิวศักย์เท่าของสนามแรงโน้มถ่วงที่ใกล้เคียงกับระดับน้ำทะเลเฉลี่ย กำหนดรูปร่างของโลกและข้อมูลอ้างอิงสำหรับความสูง; ธรณีวิทยาเชิงกายภาพเชื่อมโยงแรงโน้มถ่วงที่วัดได้กับจีออยด์ผ่านทฤษฎีศักย์และปัญหาค่าขอบเขต
Clinical relevance
แรงโน้มถ่วงและธรณีวิทยาเป็นกรอบอ้างอิงและระบบความสูงที่เป็นพื้นฐานของการทำแผนที่ การนำทาง และวิศวกรรม; ความผิดปกติของแรงโน้มถ่วงเป็นแนวทางในการสำรวจแร่ธาตุและปิโตรเลียม และการวัดแรงโน้มถ่วงด้วยดาวเทียมติดตามการสูญเสียแผ่นน้ำแข็ง การกักเก็บน้ำใต้ดิน และการเปลี่ยนแปลงระดับน้ำทะเล
History
นิวตันได้ทำนายการแบนของโลก, การสำรวจการวัดส่วนโค้งในศตวรรษที่สิบแปดได้ยืนยันสิ่งนี้, บูเกอร์และแอร์รีได้พัฒนาการลดค่าแรงโน้มถ่วงและสมดุลไอโซสตาซีในศตวรรษที่สิบแปดและสิบเก้า, และยุคดาวเทียม ซึ่งสิ้นสุดลงด้วยภารกิจเฉพาะทาง เช่น GRACE และ GOCE ได้เปลี่ยนแปลงการกำหนดสนามแรงโน้มถ่วงและจีออยด์
Key figures
- Isaac Newton
- Pierre Bouguer
- George Biddell Airy
- Friedrich Robert Helmert
Related topics
Seminal works
- fowler2005
- hofmannwellenhof2006
- turcotte2014
Frequently asked questions
- ความผิดปกติของแรงโน้มถ่วงคืออะไร?
- คือความแตกต่างระหว่างแรงโน้มถ่วงที่วัดได้ ณ จุดหนึ่งกับค่าที่คาดการณ์ไว้สำหรับโลกอ้างอิงที่ราบเรียบหลังจากการแก้ไขมาตรฐาน; ค่าผิดปกติที่เป็นบวกหรือลบบ่งชี้ถึงวัสดุที่หนาแน่นกว่าหรือเบากว่าที่อยู่ด้านล่าง ทำให้แรงโน้มถ่วงเป็นเครื่องมือในการสำรวจใต้พื้นผิว
- ทำไมรูปร่างของโลกจึงถูกอธิบายด้วยจีออยด์แทนที่จะเป็นทรงกลม?
- เนื่องจากมวลของโลกมีการกระจายไม่สม่ำเสมอและมีการหมุน สนามแรงโน้มถ่วงจึงไม่สม่ำเสมอ; จีออยด์เป็นพื้นผิวศักย์เท่าที่นุ่มนวลและเป็นปุ่มปมซึ่งเป็นไปตามระดับน้ำทะเลเฉลี่ย ให้การอ้างอิงที่มีความหมายทางกายภาพสำหรับความสูงที่ทรงกลมธรรมดาไม่สามารถทำได้