Представляем вниманию читателей адаптированный и немного сокращенный перевод статьи австралийского автора Т.Б. Кару-Джаясундары «Гравитационное воздействие Луны и Солнца на отложение частиц тяжелых минералов и частиц пыли в регионах с низким земным тяготением». Она была опубликована в журнале International Journal of Earth, Energy and Environmental Sciences («Международном журнале наук о Земле, энергетике и окружающей среде») издательством WASET. Данная работа находится в открытом доступе на сайте репозитория ZENODO, который ведет европейская организация CERN, по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0). Эта лицензия позволяет распространять, микшировать, адаптировать, переводить и использовать указанную работу, даже в коммерческих целях, при условии ссылки на первоисточник. В нашем случае полная ссылка на источник для перевода (Karu Jayasundara T.B., 2019) приведена в конце.
Гравитационное поле Земли неоднородно. Спутниковые снимки поверхности нашей планеты, полученные Национальным управлением по аэронавтике и исследованиям космического пространства США (National Aeronautics and Space Administration, NASA), выявили различные регионы с гравитационными аномалиями по всему миру. Когда Луна вращается вокруг Земли, сила ее притяжения оказывает большое физическое влияние на нашу планету. Это особенно заметно на примере приливов, которые делают уровень моря в прибрежных районах выше, и отливов, которые делают его ниже. Во время прилива притяжение Луны действует на гравитационное поле Земли так, что оно в соответствующих зонах уменьшается. Это уменьшение способствует более долгому удержанию песчинок и других дисперсных частиц в морской воде и частиц пыли в атмосфере (а в ряде случаев – и их дополнительному подъему. – Ред.). Причем в районах с пониженной гравитацией количество таких взвешенных частиц значительно больше по сравнению с другими регионами Земли.
Вышеупомянутые явления могут быть продемонстрированы с помощью экспериментов, которые должны проводиться в зонах с высокой и низкой гравитацией Земли во время приливов и отливов, и сравнения их результатов. Один из опытов, который можно выполнить, заключается в использовании заполненного водой цилиндра высотой около 80 см, некоторого количества частиц одинаковой плотности и одинакового диаметра (около 1 мм) и секундомера. Выбранные частицы сбрасываются с верха этого цилиндра во время приливов и отливов (графики времени приливов и отливов можно получить в региональных органах власти). Результаты таких опытов показали, что время оседания частиц меньше во время отлива и больше во время прилива.
Эксперименты с частицами пыли в воздухе можно провести с использованием их оседания на фильтрах из эфира целлюлозы с помощью вакуумного насоса. Пыль с фильтров можно использовать для изготовления препаратов для микроскопии по методу Национальной комиссии по охране труда и технике безопасности Австралии (National Occupational Health and Safety Commission, NOHSC). Подсчет количества и размеров частиц пыли на этих препаратах можно произвести с помощью фазово-контрастной микроскопии. Результаты таких опытов показали, что концентрация пыли в воздухе выше во время прилива и ниже во время отлива.
Эти явления особенно заметно проявляются в зонах Земли с самой низкой гравитацией – главным образом в некоторых местах Индии, Шри-Ланки и в средней части Индийского океана.
(Вполне возможно, что при инженерных изысканиях для возведения ряда объектов, например курортных, следует измерять и гравитационное поле, а также проводить исследования во время приливов, что могло бы помочь выбрать место для строительства, в котором в воздухе будет меньше пыли, а морская вода будет менее мутной. – Ред.).
Сила тяжести по разным причинам распределена неравномерно по поверхности Земли (рис. 1). Эта информация не получила широкого применения в науке, так как в целом в природе не наблюдается существенных различий из-за такой неравномерности.
Рис. 2. Отложения частиц тяжелых минералов в Пульмодае (Шри-Ланка), после отступления прилива [3]
Приливы и отливы в океанах возникают из-за совместных гравитационных воздействий Луны и Солнца (воздействие притяжения Луны гораздо сильнее, поскольку она намного ближе к Земле, но влияние Солнца тоже накладывается. – Ред.). Похожие процессы происходят и в атмосфере (то же происходит и с земной корой, но в гораздо меньшей степени. – Ред.). Это оказывает существенное влияние на движение взвешенных частиц в воде и в воздухе. Во время приливов мелкие твердые частицы поднимаются вверх и дольше находятся во взвешенном состоянии в воде и в воздухе прежде чем осесть, особенно в районах с пониженной гравитацией (рис. 3, 4). При этом более тяжелые минералы могут оседать значительно раньше, образуя россыпные отложения, а частицы более легких пылевых частиц задерживаются в воде или в атмосфере в течение большего периода времени.
Загрязнение воздуха взвешенными частицами пыли можно наблюдать, например, в столице Индии Дели (рис. 5, 6), а крупнейшие отложения тяжелых минералов, о которых уже упоминалось ранее, обнаружены на Индийском субконтиненте и на Шри-Ланке (см. рис. 2). Кроме того, недавно было обнаружено, что Канди, расположенный в центральной части Шри-Ланки, является одним из городов с самым высоким уровнем загрязнения воздуха в мире [4].
Рис. 3. Солнце, Луна и Земля располагаются на одной линии (силы притяжения Луны и Солнца накладываясь друг на друга, вызывают максимальные, или сизигийные, приливы. – Ред.). Схематичный рисунок приведен не в масштабе
Рис. 4. Солнце, Земля м Луна располагаются под прямым углом (силы притяжения Луны и Солнца накладываясь друг на друга, вызывают минимальные, или квадратурные, приливы. – Ред.). Схематичный рисунок приведен не в масштабе
Рис. 5. Загрязнение воздуха частицами пыли в одном из районов столицы Индии Дели [5]
Рис. 6. Загрязнение воздуха частицами пыли в центральной части столицы Индии Дели [6]
Основная цель работы состояла в том, чтобы оценить положительные моменты и отрицательные проблемы, возникающие в регионах с низкой гравитацией из-за приливно-отливных изменений. Одним из преимуществ является наличие крупных отложений тяжелых полезных ископаемых, формирующихся во время приливов, особенно в регионах с низкой гравитацией. При этом одна из серьезнейших проблем состоит в том, что во время приливов в регионах с низкой гравитацией в атмосфере задерживается больше пыли.
Поскольку во время приливов в первую очередь могут откладываться тяжелые минералы, более глубокое изучение этого природного процесса может помочь улучшить методы разведки и добычи тяжелых полезных ископаемых.
Можно провести простые эксперименты, выбрав два разных места с повышенной и пониженной гравитацией. Такие опыты были проведены соответственно в Коломбо (Шри-Ланка) и в Мельбурне (Австралия).
Некоторое количество однородных твердых частиц (диаметром около 1 мм) сбрасывали с верха 80-сантиметрового стеклянного цилиндра, наполненного водой. Время, за которое частицы достигали дна цилиндра, измеряли с помощью секундомера. Измерения проводились во время прилива и отлива в двух выбранных местах с повышенной и пониженной гравитацией, причем в течение нескольких дней, чтобы получить хорошие усредненные показатели. Результаты измерений были сопоставлены, чтобы найти разницу между ними для времени прилива и отлива, а также для районов с высокой и низкой гравитацией (рис. 7, 8; таблицы 1, 2)
Рис. 7. График приливов и отливов в Мельбурне, Австралия, где максимальный приливно-отливной диапазон уровня моря составляет 0,95 м [7] (на самом графике единицы измерения не переведены, поэтому приведем расшифровку: am – время до полудня, то есть часов и минут ночи или утра; pm – время после полудня, то есть часов и минут дня или вечера; m – метров; ft – футов; голубые максимумы – максимальные уровни моря при приливах; голубые минимумы – минимальные уровни моря при отливах. – Ред.)
Таблица 1. Результаты измерений, проводившихся с 25 по 28 сентября 2019 года в Мельбурне (Австралия)
Рис. 8. График приливов и отливов в Коломбо, Шри-Ланка, где максимальный приливно-отливной диапазон уровня моря составляет 0,95 м [8] (на самом графике единицы измерения не переведены, поэтому приведем расшифровку: am – время до полудня, то есть часов и минут ночи или утра; pm – время после полудня, то есть часов и минут дня или вечера; m – метров; ft – футов; голубые максимумы – максимальные уровни моря при приливах; голубые минимумы – минимальные уровни моря при отливах. – Ред.)
Таблица 2. Результаты измерений, проводившихся с 25 по 28 сентября 2019 года в Коломбо (Шри-Ланка)
Рис. 9. Насос для микроскопического контроля количества и размера взвешенных частиц в воздухе и присоединенный к нему фильтр 
Приливы и отливы в океанах и похожие процессы в атмосфере создаются в результате гравитационных воздействий Луны (в основном) и Солнца. Это оказывает существенное влияние на движение взвешенных частиц в воде и в воздухе.
Выполненные измерения показали, что существует значительная разница во времени оседания взвешенных частиц во время прилива и отлива. Во время прилива длительность оседания частиц больше, чем во время отлива, особенно в зонах с пониженной гравитацией. Этой небольшой разницы достаточно, чтобы в период прилива в зонах с низкой гравитацией частицы дольше оставались взвешенными в морской воде, пока не осядут или пока их не прибьет к берегу. Именно по этой причине самые крупные россыпные месторождения тяжелых минералов находятся в регионах Земли с пониженной гравитацией, особенно в прибрежной зоне острова Шри-Ланка и на полуострове Индостан [4].
Для поиска полезных ископаемых с высоким содержанием тяжелых минералов и, возможно, даже для экономичной добычи тяжелых минералов из морской воды во время приливов следует дополнительно изучить влияние низкой гравитации и приливов на взвешенные частицы.
Кроме того, следует дополнительно обсудить проблему взвешенных частиц в атмосфере преимущественно в регионах с низкой гравитацией.
(Вероятно, при инженерных изысканиях для возведения объектов, например курортных, следует измерять и гравитационное поле, что могло бы помочь выбрать место для строительства, в котором в воздухе будет меньше пыли, а морская вода будет более прозрачной. – Ред.).
наверх
Поделиться
Поделиться
Скопировать ссылку
Оформить подписку