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地球はなぜ丸い?

2017/07/02

Permalink 10:14:23, by admin Email , 57 words   Japanese (JP)
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地球はなぜ丸い?

「電気的地球科学への招待」から抜粋です。

従来の科学では、地球や惑星が丸くなっているのは、引力があるためと考えられています。しかし電気的宇宙論では、引力は大気分子と電離層、大地の電位差が作り出している力です。微小重力下での実験によれば、水滴は丸い形をとることがわかっています。球体を作っているのはファンデルワールス力です。(水の場合は水素結合も加わる)ファンデルワールス力は分子間引力とも呼ばれますが、電気引力の一種です。

物質の内部では、分子、原子はばらばらの電荷の方向を持っています。それが物質同士の距離が近づくと、プラスとマイナスがそろって、くっつく力を持つのです。接着剤は物質の間に入って密着することにより、ファンデルワールス力を生じさせることで、物同士を接着します。物質を強い力で押し付けることでもファンデルワールス力は生じます。
惑星内部では膨張する圧力があるので、ファンデルワールス力もよく働くことが予想されます。木星中心部の高温高圧下で作られるので、岩石は非常に強く押し付けられていて、ファンデルワールス力が強く働いているとも考えられます。


https://www.youtube.com/watch?v=jXYlrw2JQwo

この画像は、ISSで行われた実験の様子を写したものです。無重力状態で水の玉を作ります。無重力状態なので、水はファンデルワールス力と水素結合で引き合って、丸くなっています。引力で丸くなっているのではありません。よく表面張力で丸くなると説明する場合がありますが、表面張力は重力のある場合に水の上面に現れるファンデルワールス力です。ファンデルワールス力は水玉の中全体で生じています。水玉の内部にもファンデルワールス力は作用しているのです。
水玉はせいぜい数センチの大きさですが、地球は直径が1万3千キロあります。やはり引力が作用しているのでしょうか。引力が作用している場合、地表から深くなればなるほど圧力が増すはずです。確認してみましょう。

地球内部では、地下100kmで3万気圧、410kmでは13.5万気圧、600kmでは23.5万気圧と考えられています。この圧力は引力を考慮して推定した値です。100km以上の深い場所で起きる深発地震は、深くなるにしたがって、地震の大きさが増えるはずです。地下100kと600kmでは圧力が8倍ちがいます。地震という爆発的現象が起きるとき、圧力による地震の強度に変化が認められるはずです。
USGS Earthquake Hazards Program のサイトから、2015年に起きた地震1年間のデータをダウンロードしました。100キロ以上深い震源の地震を震源の深さごと数えて、その平均値と中央値を図にしてみたのが下の図です。


縦軸が地震の強度、マグニチュード、横軸が震源の深さ、100kmから600kmです。平均値をとった場合、微妙に深さとマグニチュードに正の相関があるようですが、中央値を取ると160kmより深い場所では、相関はほとんど認められなくなります。
平均値で見た場合、地下100kmでのM4.1はTNT火薬に換算すると21.3t、600kmでのM4.4は60t、約3倍のエネルギーの差があります。中央値では差はありません。
深発地震は、マントルに落ちていったプレートが折れることで起きている、と考えられています。これが正しいなら、圧力が高くなるほど地震は起きにくくなり、いったん起きると発生する振動は圧力に比例して大きくなるはずです。100kmと600kmでは圧力が約8倍ちがうとするなら、地震の強度も8倍になるはずです。しかし、地震の強度は推定される圧力に比例して、増えているとはいえません。むしろ、岩石の結晶構造を原因とする密度に関係していると考えたほうが自然です。100km付近ではSiO2が優勢ですが、600km付近ではSiO4とSiO6が混在すると考えられるからです。地震の強度で見る限り、深くなるほど圧力は増えていないと考えられます。(本書では地震は放電現象としていますが、放電では深度による強度の差はありません)


https://www.youtube.com/watch?v=BxyfiBGCwhQ
上の画像は、同じISSでの実験です。気泡とお茶の葉を入れた水玉を回転させています。気泡は内部で回転軸に沿って円柱状にまとまりますが、お茶の葉は遠心力で外側に広がっていきます。
下の画像は、地球内部の外核の状態を地震波の解析、tomographyで図示したものです。外核が円柱状に広がっている状態がわかります。


http://www.colorado.edu/physics/phys2900/homepages/Marianne.Hogan/surf.gif
もし、地球内部にも重力が働き、圧力が高く、外核が比重の重い金属であるなら、このような分布を示すことはないはずです。地球内部には重力が働いておらず、外核は比重の重い金属ではなく、マントルより軽いため自転の遠心力により円柱状になっているのです。
ISSの実験では、本やビンなどを回転させていますが、興味深いのは、固ゆでの卵と生卵です。固ゆでの卵は安定した回転ですが、生卵はすぐに不規則な回転になり安定しません。地球は、中心の内核が固体、その外側の外核が液体、マントルは固体だけど柔らかい、という構成になっています。もしこれが正しければ、生卵のように地球の回転はすぐに不安定になるはずです。
ところで、地球内部に鉄、ニッケルで出来た核がある、というのも地震波によって解析された推測です。引力から推定された地球の質量から、中心核の密度が推定され、鉄、ニッケルが溶けているのだろうと考えられているのです。質量が引力を生み出しているとする前提が条件です。しかし、深発地震の分析、無重力状態での液体の振る舞いなどから、地球内部には引力は作用していないと思われます。

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