авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 |

Взаимодействие космических тел с атмосферой и поверхностью земли

-- [ Страница 3 ] --

Моделирование взаимодействия Тунгусского космического тела с атмосферой лагранжевым методом показало, что на стадии сильного торможения тело полностью распадается на составляющие его частицы (рис. 5). По приближенной методике рассчитывались потоки излучения внутри и вне роя фрагментов. Оказалось, что внутри светящейся области эти потоки достаточно велики для того, чтобы испарить каменные фрагменты размером не более 10 см. Если больших фрагментов нет (что весьма вероятно при значительных нагрузках, которые фрагменты испытывают в нижних слоях атмосферы), то весь рой камней может полностью испариться, что, возможно, произошло в Тунгусском явлении.

Рис. 6. Мощность излучения в единицу телесного угла в зависимости от времени при наблюдении вспышки гипотетического Тунгусского падения с большой высоты (а), б - сравнение радиационного импульса в Тунгусском событии со световыми импульсами, зарегистрированными со спутников в событиях 1.10.1990, 5–8 кт, (пунктир) и 1.02.1994, 30–40 кт, (штриховая линия) в безразмерных переменных. Мощность излучения отнесена к ее максимальному значению Р*, а время – к величине t* = Е*/Р*, где Е* – интеграл от мощности излучения по времени от начала импульса до его максимума.

Была вычислена мощность излучения (световой импульс) Тунгусского метеороида в предположении каменного тела диаметром 58 м, вошедшего в атмосферу под углом 45 со скоростью 15 км/с (рис. 6). Полная доля энергии, уносимой световым излучением, составляет около 20% от начальной кинетической энергии метеороида. На рис. 6 приводятся также световые кривые, зарегистрированные датчиком со спутника при падении довольно крупных метеорных тел, но существенно меньшего размера, чем Тунгусский астероид. Участок роста интенсивности излучения в зарегистрированных световых импульсах неплохо согласуется с расчетным для Тунгусского явления, но спад мощности по времени в зарегистрированных падениях происходит резче, поскольку разрушение и максимальное энерговыделение происходили на больших высотах: 30 км в событии 1.10.1990 и 21 км в событии 1.02.1994. Вычисление потоков излучения на поверхности Земли при падении Тунгусского космического тела показало, что они существенно зависят от состояния атмосферы, и при видимости 20–40 км согласуются с данными натурных исследований.

В последнем параграфе исследуется влияние ударной волны воздушного взрыва на грунт, вычисляется спектр давления на поверхности, энергия возбуждаемых поверхностных волн Релея и магнитуда вызываемого землетрясения. Приводятся результаты расчетов для сосредоточенных взрывов в атмосфере, которые сопоставляются с экспериментальными данными, полученными при испытаниях ядерных взрывов в воздухе, по магнитуде вызванных ими землетрясений. По магнитуде землетрясения, зарегистрированного после Тунгусского события, и площади вывала леса оценивается энергия Тунгусского тела.

Глава 4. Касательные удары километровых тел

Рассматриваются такие падения космических тел, когда они входят в атмосферу под очень острыми углами, либо их траектории вообще не касаются поверхности Земли, но проходят через достаточно плотные слои атмосферы. Вычисленная вероятность таких событий не является пренебрежимо малой – на протяжении фанерозоя произошло 25–50 касательных ударов километровых тел. В этих случаях тело проходит большой путь в атмосфере и поэтому может воздействовать тепловым излучением на протяженную область земной поверхности. Касательный удар аналогичен вертикальному удару тела с меньшим размером. В п. 4.2 на основе аналитической модели расплющивающегося метеороида вычисляются потоки излучения на поверхности Земли и исследуется возможность инициирования пожаров в случае касательных ударов. Оценки показали, что в фанерозое несколько касательных ударников километровых размеров пролетали над континентальной поверхностью Земли и могли поджечь леса на площадях от 106 до 2·106 км2. Длина зоны начального воспламенения могла составлять от 1000 до 3000 км, а ширина – несколько сотен километров. Но относительно узкая область начального воспламенения могла затем развиться в пожары континентального масштаба.

В п. 4.3 численное моделирование применяется к тем случаям касательных ударов, когда излучение, испускаемое из объема нагретого воздуха и пара, плавит и испаряет грунт. Вычисляются толщины расплавленного слоя кварцевого песка.

Рис. 7. Положение вещества астероида (частицы изображены черными кружками) и изолинии плотности в последовательные моменты времени при движении астероида в атмосфере. Первоначально астероид имел кубическую форму с ребром, равным 3 км. Скорость тела на бесконечности 1 км/с (в перигее 11.2 км/с), а траектория проходит близко от поверхности Земли. Начало горизонтальной координаты совпадает с передним краем тела.

В литературе обосновывалось предположение, что слоистые тектиты – природные стекла, найденные в Юго-Восточной Азии, появились в результате плавления верхних слоев лесса под действием излучения взрывов метеорных тел в атмосфере. В пользу такого предположения свидетельствует относительно высокая концентрация бериллия-10 в тектитах, их слоистая структура, которая могла быть вызвана течением расплавленной породы, и отсутствие следов удара космического тела в поле рассеяния слоистых тектитов. Одна из трудностей этой гипотезы – очень большое поле рассеяния тектитов площадью около 700000 км2. Для создания такого поля необходимо падение множества метеороидов, а существование объектов, представляющих собой рой тел, нуждается в обосновании. Трудно объяснить возникновение поля слоистых тектитов и касательным ударом одного тела, так как при этом возникает длинная, но узкая зона плавления. В диссертации рассматривается случай касательного удара, в котором тело дробится и рассеивается в атмосфере, а его осколки переходят на эллиптические орбиты (рис. 7). При повторном входе осколков в атмосферу они могут рассеяться по большой площади и создать необходимые для плавления грунта потоки излучения на площади поверхности, сравнимой с полем рассеяния слоистых тектитов (рис. 8).

 Рис. 8. Поверхностная плотность энергии в кДж/см2, выделяемая в атмосфере осколками-8

Рис. 8. Поверхностная плотность энергии в кДж/см2, выделяемая в атмосфере осколками астероида при их возвращении в атмосферу после касательного удара астероида размером 3 км со скоростью на бесконечности 1 км/с.

С помощью гипотезы воздушного взрыва объясняется возникновение стекол Ливийской пустыни, площадь рассеяния которых составляет лишь около 7000 км2. Ударных кратеров в окрестностях этого поля рассеяния не найдено. Как показали расчеты, ливийские стекла могли быть образованы при ударах тел размером в сотни метров под острыми углами к поверхности (рис. 9).

В связи с касательными ударами рассмотрена еще одна задача – о возможности мягкого приземления космического тела. Она связана с известной гипотезой, согласно которой органическое вещество (ОВ) было доставлено на Землю кометами в период ранней эволюции планеты. При касательных ударах возможны случаи, когда остатки тела, которые уцелели при его абляции в атмосфере, достигают поверхности Земли со скоростью достаточно низкой для того, чтобы органические молекулы не были разрушены при ударе о грунт. Для решения задачи применяется приближенная модель расплющивающегося тела и оцениваются коэффициенты теплопередачи при полете крупного тела в воздухе. В результате вычисляется доля сохраняющейся в процессе абляции массы кометы, которая является функцией размера и скорости тела, угла входа в атмосферу и давления атмосферы, которая на ранней стадии развития Земли могла быть более массивной. С использованием приближенных зависимостей потока комет на Землю на раннем этапе ее эволюции и функции распределения ударяющих тел по углам было вычислено количество органического вещества, доставленного кометами, для атмосфер с давлениями у поверхности Земли от 1 до 100 бар (рис. 10).

 Рис. 9. Изолинии энергии излучения, приходящейся на единицу площади поверхности,-9

Рис. 9. Изолинии энергии излучения, приходящейся на единицу площади поверхности, после падений кометоподобных тел размером 300 м, входящих в атмосферу со скоростью 50 км/с под углами 10° (а) и 20° (б). Значения радиационной энергии в кДж/см2 указаны у изолиний. Начало координат помещено в точку с максимальной плотностью поверхностной энергии. Тела двигались справа налево.

От 1.5 до 3.5% сталкивающихся с Землей комет, размером 5–10 км, имели орбиты с перигейными расстояниями близкими к радиусу Земли, при которых они существенно тормозились в атмосфере (при р=10 бар) без значительных потерь массы. Мягкое приземление этих крупных комет создавало высокие локальные концентрации органических молекул, что при удачном стечении обстоятельств могло инициировать возникновение жизни.

Рис. 10. Средний поток кометного ОВ на Землю как функция времени (отсчитываемого в прошлое) для гипотетических атмосфер с давлениями от 3 до 100 бар. Поток кометного ОВ 4··109 лет назад мог составлять от 3··107 до 2··108 кг/год при атмосферных давлениях от 10 до 100 бар, что вполне сравнимо с эндогенными источниками и потоком, приносимым межпланетной пылью. Основной вклад в средний поток кометного ОВ на Землю осуществлялся за счет тел размером порядка километра. Стометровые тела полностью испарялись в плотной атмосфере, а большинство тел размером 10 км достигали поверхности со слишком высокой скоростью.

Глава 5. Сильные акустико-гравитационные волны в атмосфере, инициируемые ударами крупных (~10 км) космических тел

Исследуется отклик атмосферы на удары космических тел размером порядка 10 км, которые создают кратеры, сопоставимые с наибольшими из найденных на Земле. Выбросы из кратера передают воздуху свою тепловую и кинетическую энергию в обширной окрестности места удара. Cтроится аппроксимация начального энерговыделения в атмосфере после удара и численно решаются уравнения газовой динамики в сферических координатах, охватывающих всю атмосферу. У поверхности вводится сила трения с коэффициентом сопротивления поверхности, который берется из литературных данных.

Результаты расчетов проиллюстрированы на рис. 11. Движение вверх приводит к выбросу некоторой части газа на высоты более 100 км, а затем падению этого газа сверху на атмосферу. За время около 1 часа формируется внутренняя волна – аналог волны Лэмба, которая распространяется от точки удара вдоль поверхности Земли в нижней атмосфере. Примерно за 5 часов возмущения, связанные с волнами, распространяющимися с большей скоростью в средней атмосфере, достигают точки, диаметрально противоположной точке удара. Но эти возмущения не вызывают существенного движения в нижних слоях атмосферы перед фронтом внутренней волны, движущейся вдоль поверхности. Через сутки после удара изменения плотности в нижних слоях атмосферы уже невелики по сравнению с невозмущенной атмосферой. На высотах более 40 км плотность воздуха оказывается в несколько раз выше, чем в стандартной атмосфере, выше также и температура. Это связано с выбросом некоторой массы газа вверх; эта масса невелика по сравнению с массой атмосферы, но существенна по сравнению с массой ее верхних слоев.

Рис. 11. Контуры относительной плотности воздуха в определенные моменты времени в процессе распространения волн после выделения энергии 2.51022 Дж (5% от энергии каменного астероида диаметром 15 км при скорости 15 км/c) в нижних слоях атмосферы в области с характерным горизонтальным масштабом 1000 км. В зонах белого цвета относительная плотность воздуха ниже 0.5, в серых – от 0.5 до 1.5 (включая нормальную плотность), а в темно-серых зонах – выше 1.5 (плотность отнесена к значениямплотности воздуха в невозмущенной атмосфере). Изолинии построены в интервале относительных плотностей от 0.5 до 1.5 с шагом 0.05. Горизонтальная координата отсчитывается вдоль поверхности Земли от точки удара до диаметрально противоположной точки.

Волна Лэмба имеет большую амплитуду. Скорости газа у поверхности Земли показаны на рис. 12. При выделении энергии более 21022 Дж в области нижних слоев атмосферы с характерным горизонтальным масштабом порядка 1000 км скорости частиц воздуха за фронтом больше 30 м/с. Такие скорости ветра могут привести к частичному вывалу и обламыванию ветвей деревьев по всему Земному шару. Указанное выделение энергии может произойти при падении на Землю астероида диаметром 15 км с типичной скоростью 15 км/с. Кратер Чиксулуб в Мексике возрастом 65 млн. лет мог быть создан как раз при таком ударе. По-видимому, для поражающего действия волны Лэмба это критический размер тела, так как при падении меньших тел достаточно сильные внутренние волны не могут образоваться, как из-за меньшей энергии удара, так и вследствие меньших масштабов области начального выделения энергии в нижней атмосфере. Повышение температуры атмосферы после удара крупного космического тела в результате переноса энергии внутренними волнами и входа высокоскоростных выбросов из кратера в атмосферу само по себе может привести к мощным циркуляционных движениям и ураганам, длящимся достаточно долго. Большое количество высохшей древесины, возникающей после вывала деревьев, могло послужить причиной распространения глобальных пожаров, следы которых обнаружены в слоях отложений, соответствующих границе мел-палеоген.

Рис. 12. Зависимость скорости воздуха у поверхности Земли от расстояния от места удара в отдельные моменты времени, которые в часах указаны у соответствующих кривых. Вариант расчета соответствует рис. 11.


Pages:     | 1 | 2 || 4 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.