Afplatting van de Aarde
Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
De afplatting van de Aarde is het verschijnsel, waardoor de Aarde platter is aan de polen en dus afwijkt van een perfecte bolvorm. Omdat de Aarde om haar as draait, werkt op de planeet een centrifugaalkracht die op de evenaar het grootste is en aan de polen nul. Het binnenste van de Aarde is plastisch, dus treedt een vervorming op.
Het resultaat is dat de zeespiegel de vorm van een sferoïde aanneemt, waarvan de polaire straal ongeveer 21,38 km korter is dan de equatoriale straal. De afplatting is daarom:
f = (a - b) / a = 1:298,3
Waarin f de aardafplatting is, a de equatoriale straal en b de polaire straal.
Inhoud |
[bewerk] Ontdekking van de afplatting
In de 17de eeuw kwamen Huygens en Newton door berekeningen tot de bevinding dat de aardbol aan de polen afgeplat was. Het bewijs hiervan werd in 1735 geleverd door aardmetingen in Lapland en Peru.
[bewerk] Zwaarteafplatting
Deze vervorming van de Aarde met de factor f zorgt ook voor vervorming van het zwaarteveld, de zogenaamde zwaarte-afplatting. De zwaartekracht is daardoor aan de polen ongeveer 0,53% groter dan aan de evenaar. Dat komt grotendeels doordat de centrifugaalkracht op de polen nul is, de kleinere afstand tot de aardkern is van ondergeschikt belang.
De valversnelling is aan de polen 9,83218 m/s²; aan de evenaar 9,78032 m/s² en in Midden-Europa ongeveer 9,806 tot 9,811 m/s². Dit zorgt ervoor dat een persoon die op de evenaar 80,0 kg weegt, op de polen op dezelfde weegschaal 80,424 kg zou wegen.
De zwaarte-afplatting is gedefinieerd als:
β = (gP - gA) / gE
Waarin β de zwaarte-afplatting is en gE en gP de valversnelling op respectievelijk de evenaar en de polen. Volgens het internationaal meestgebruikte model GRS 80 bedraagt de zwaarte-afplatting 0,0053025. In dit model wordt ook rekening gehouden met de interne structuur van de Aarde.
[bewerk] Invloed van de interne structuur van de Aarde
Hoewel de vorm van de Aarde dus op het eerste gezicht simpel wiskundig te beschrijven lijkt, is dit niet zo omdat zowel met de zwaartekracht als de interne opbouw van de Aarde rekening moet worden gehouden. Volgens de theorie van gewichtsevenwichtlichamen moet een homogeen lichaam met de vorm, gemiddelde dichtheid (5,521 g/cm³) en rotatieduur (23 uur en 56 minuten) een geometrische afplatting van 1:230 hebben (de zogenaamde MacLaurinellipsoïde).
In werkelijkheid heeft de Aarde met een afplatting van 1:298 een minder afgeplatte vorm, vanwege het dichtheidsverschil tussen de aardkern en aardmantel. Omdat de dichtere aardkern zich dichter bij de aardas bevindt werkt op een deel van de aardmassa een kleinere centrifugaalkracht dan als wordt aangenomen, dat de Aarde een constante dichtheid heeft. De eerste die dit doorhad was de Duitse geofysicus Emil Wiechert, die een twee-schillen-model opstelde. In dit model liggen de voorspelde waarden dichter bij het werkelijke zwaarteveld van de Aarde. Wiecherts model bleek ook goed overeen te stemmen met seismologische waarnemingen van het binnenste van de Aarde.
Tegenwoordig worden nog verfijndere modellen gebruikt, waarin zowel aardkorst, mantel en kern in twee schillen worden verdeeld. In zulke modellen moeten massa, druk, dichtheid en gravitatie per schil en in totaal met waarnemingen overeenstemmen. Ook mag het verloop van temperatuur (de geotherm) en de elasticiteitsmodulus binnenin de Aarde niet discontinu zijn. De huidige modellen maken het mogelijk de vorm van de Aarde en het zwaarteveld met een nauwkeurigheid van 0,0001% te berekenen, dit komt in de praktijk neer op een aantal centimeters.
[bewerk] Verschil tussen noordelijk en zuidelijk halfrond
Theoretisch zou de vorm van de Aarde een perfecte ellipsoïde (de zogenaamde geoïde) moeten zijn. In werkelijkheid is de zuidpool verder afgeplat dan de noordpool. Dat komt door de ongelijke verdeling tussen oceanen en continenten tussen het noordelijk en zuidelijk halfrond.
Sinds de lancering van de Amerikaanse Vanguardsatelliet in 1958 weet men dat de afplatting op het zuidelijk halfrond sterker is dan op het noordelijk halfrond (men spreekt wel van een peervorm). De polaire straal van de ellipsoïde is in het noorden 32 meter langer dan in het zuiden. Dit zorgt voor perturbaties in de omloopbaan van de Aarde om de Zon.
Tegenwoordig is het mogelijk de vorm van de geoïde zeer nauwkeurig te bepalen. Dit gebeurt zowel op het oppervlak zelf als door middel van satellieten. De kennis over de vorm van de Aarde komt van pas bij Global Positioning Systems en bij de ruimtevaart.
