Закон березы - Birchs law - Wikipedia

Закон березы, обнаруженный геофизик Фрэнсис Берч, устанавливает линейную связь между волна сжатия скорость v_п и плотность ${\displaystyle \rho }$ горных пород и минералов:

${\displaystyle v_{p}=a(M_{\mathrm {avg} })+b\rho ,}$

куда M_{средний} это среднее атомная масса в формульная единица и а (х) - экспериментально определенная функция.^[1]

Пример

Средняя атомная масса форстерит (Мг₂SiO₄) равна сумме атомных масс, деленной на количество атомов в формуле:

${\displaystyle M_{\mathrm {avg} }=(2\times 24.3+28.3+4\times 16)/7=20.13.}$

Типичный оксиды и силикаты в мантии имеют значения, близкие к 20, а в ядро земли оно близко к 50.^[1]

Приложения

Закон Берча применим к породам, находящимся под давлением в несколько десятков гигапаскали, достаточно для закрытия большинства трещин.^[1] Его можно использовать при обсуждении геофизических данных. Этот закон используется при формировании композиционных и минералогических моделей мантии с использованием изменения скорости сейсмической волны и ее взаимосвязи с изменением плотности материала, в котором движется волна. Закон Берча используется для определения химического сходства в мантии, а также разрывов переходных зон. Закон Берча также может быть использован для расчета увеличения скорости из-за увеличения плотность материала.^[2]

Недостатки

Ранее предполагалось, что соотношение скорость-плотность постоянное. То есть закон Березки будет выполняться в любом случае, но если вы посмотрите глубже в мантия, это соотношение не выполняется для повышенного давления, которое может быть достигнуто, если вы посмотрите глубже в мантию около Переходная зона (Земля). В тех случаях, когда предположение было сделано за Переходная зона (Земля), возможно, потребуется пересмотреть решения. В будущих случаях могут потребоваться другие законы для определения скоростей при высоких давлениях.^[3]

Экспериментальное решение закона Берча

Связь между плотностью материала и скоростью Зубец P движение сквозь материал было отмечено, когда проводились исследования волн в различных материалах. В эксперименте импульс напряжения прикладывается к круглой пластине из поляризованной керамики из титаната бария (преобразователь), которая прикрепляется к концу образца материала. Добавленное напряжение вызывает колебания в образце. Эти колебания проходят через образец ко второму датчику на другом конце. Затем колебания преобразуются в электрическую волну, которую просматривают на осциллографе для определения времени прохождения. Скорость - это кредитор демпфера, определяемый временем распространения волны. Полученная в результате связь между плотностью материала и обнаруженной скоростью известна как закон Берча.^[4]

Скорость продольных волн в горных породах

В приведенной ниже таблице показаны скорости для различных пород в диапазоне давления от 10 бары до 10 000 бары. Он представляет собой изменение плотность, как указано во втором столбце, связано со скоростью Зубец P перемещение материала. Увеличение плотность материала приводит к увеличению скорости, которую можно определить с помощью закона Берча.

Скорости волн сжатия в горных породах.[4]
Рок Тип	Плотность [кг / дм^3]	v [км / с] при p = 10 бар	v [км / с] при p = 500 бар	v [км / с] при p = 2000 бар	v [км / с] при p = 10,000 бар
Серпентинит Тетфорд, Que.	2.601	5.6		5.73	6.00
Серпентинит Ладлоу, Vt.	2.614	4.7	6.33	6.59	6.82
Гранит Вестерли Р. И. «Г. Я."	2.619	4.1	5.63	5.97	6.23
Гранит Куинси, Массачусетс.	2.621	5.1	6.04	6.20	6.45
Гранитный Рокпорт, Массачусетс.	2.624	5.0	5.96	6.29	6.51
Granite Stone Mt., Джорджия	2.625	3.7	5.42	6.16	6.40
Гранит Челмсфорд, Массачусетс.	2.626	4.2	5.64	6.09	6.35
Гнейс, Пелхам, Массачусетс.	2.643	3.4	5.67	6.06	6.31
Кварцевый монцонит Porterville, Cal.	2.644	5.1		6.07	6.37
Кварцит Монтана	2.647	5.6		6.15	6.35
Гранитный Хайдарабад, Индия	2.654	5.4	6.26	6.38	6.56
Гранитный ствол, Vt.	2.655	5.1	5.86	6.15	6.39
Песчаник Н.Ю.	2.659	3.9	5.0	5.44	5.85
Пирофиллит Гранит Священное Сердце, Миннесота.	2.662	5.9		6.28	6.45
Гранитный Баррифилд, Онтарио.	2.672	5.7	6.21	6.35	6.51
Gneiss Hell Gate, N.Y.	2.675	5.1	6.06	6.23	6.50
Гранитный Хайдарабад, Индия	2.676	5.7		6.46	6.61
«Гранит» Энглхарт, Онтарио.	2.679	6.1	6.28	6.37	6.57
Грейвак, Новая Зеландия	2.679	5.4	5.63	5.87	6.13
«Гранит» Ларчфорд, Онтарио.	2.683	5.7	6.13	6.25	6.41
Альбитие Сильмар, Пенсильвания	2.687	6.40		6.65	6.76
Гранодиорит Бьютт, Мон.	2.705	4.4		6.35	6.56
Graywacke Quebec	2.705	5.4		6.04	6.28
Серпентинит Cal.	2.710	5.8		6.08	6.31
Слейт Медфорд, Массачусетс.	2.734	5.49		5.91	6.22
«Чарнокит» Паллаварам, Индия	2.740	6.15		6.30	6.46
Гранодиоритовые гнейсы, Н.	2.758	4.4		6.07	6.30
Тоналите Валь Верде, Cal,	2.763	5.1		6.43	6.60
Анортозит Tahawus, N.Y.	2.768	6.73		6.90	7.02
Комплекс анортозита Стиллуотер, Монт.	2.770	6.5		7.01	7.10
Авгитовый сиенит Онтарио	2.780	5.7		6.63	6.79
Слюдяной сланец Woodsville, Vt	2.797	5.7		6.48	6.64
Серпентинит Ладлоу, Vt.	2.798	6.4		6.57	6.84
Кварцевый диорит San Luis Rey quad., Cal.	2.798	5.1		6.52	6.71
Комплекс Анортосир Бушвельд	2.807	5.7	6.92	7.05	7.21
Хлоритовый сланец Chester Quarry, Vt.	2.841	4.8		6.82	7.07
Кварцевый диорит Dedham, Mass.	2.906	5.5		6.53	6.71
Тальковый сланец Честер, Вт	2.914	4.9		6.50	6.97
Габбро Меллен, Висконсин.	2.931	6.8	7.04	7.09	7.21
Диабаз Сентервиль, Вирджиния.	2.976	6.14		6.76	6.93
Диабаз Холиок, Массачусетс.	2.977	6.25	6.40	6.47	6.63
Norite Pertoria Transvaal	2.978	6.6	7.02	7.11	7.28
Дунайт Вебстер, Н.С.	2.980	6.0		6.46	6.79
Диабаз Садбери, Онтарио.	3.003	6.4	6.67	6.76	6.91
Диабаз Фредерик, Мэриленд.	3.012	6.76		6.80	6.92
Габбро-Френч-Крик, Пенсильвания.	3.054	5.8	6.74	7.02	7.23
Амфиболит Мэдисон Ко., Монт.	3.120	6.89		7.12	7.35
Жадеит, Япония	3.180	7.6		8.22	8.28
Актинолитовый сланец Chester, Vt.	3.194	6.61		7.20	7.54
Дунайт Вебстер, Н.С.	3.244	7.0		7.59	7.78
Pyroxenite Sonoma Co., Cal.	3.247	6.8		7.79	8.01
Dunite Mt. Дун, Новая Зеландия	3.258	7.5	7.69	7.80	8.00
Дунитовый бальзам Гэп, Н.С.	3.267	7.0	7.82	8.01	8.28
Бронзититовый комплекс Stillwater	3.279	7.42		7.65	7.83
Дунит Адди Н. К.	3.304	7.70		8.05	8.28
Дунитские пики сестер-близнецов, Вашингтон.	3.312	7.7	8.11	8.27	8.42
«Эклогит» Танганьика	3.328	6.64	7.30	7.46	7.71
Жадеит Бирма	3.331	8.45		8.69	8.78
Гарздургит, комплекс Бушвельд	3.369	6.9	7.74	7.81	7.95
Эклогит Кимберли	3.376	7.17	7.65	7.73	7.87
Эклогит Суннмор, Норвегия	3.376	5.2		7.30	7.69
Eclogite Healdsburg, Cal.	3.441	7.31		7.81	8.01
Гранат Конн.	3.561	6.3		8.55	8.99
Шахта Дунит Мунихук, Трансвааль	3.744	6.7	7.13	7.21	7.36

Смотрите также

• Закон Арчи
• Закон Байерли

Рекомендации

1. Пуарье, Жан-Поль (2000). Введение в физику земных недр (2-е изд.). Кембридж [u.a.]: Cambridge Univ. Нажмите. стр.79 –80. ISBN  9780521663922.
2. Либерманн, Роберт; Рингвуд, А. Э. (20 октября 1973 г.). «Закон Берча и полиморфные фазовые превращения». Журнал геофизических исследований. 78 (29): 6926–6932. Bibcode:1973JGR .... 78.6926L. Дои:10.1029 / JB078i029p06926.
3. Берч, Ф. (1961). «Скорость продольных волн в породах до 10 килобар. Часть 2». Журнал геофизических исследований. 66 (7): 2199–2224. Bibcode:1961JGR .... 66.2199B. Дои:10.1029 / JZ066i007p02199.
4. Берч, Фрэнсис (апрель 1960 г.). «Скорость волн сжатия в породах до 10 килобар, часть 1». Журнал геофизических исследований. 65 (4): 1083–1102. Bibcode:1960JGR .... 65.1083B. Дои:10.1029 / JZ065i004p01083.