Маріанська западина: глибина, розташування, цікаві факти

Маріанська западина – одна з найбільш маловивчених точок планети. Про причини її виникнення та мешканців западини ходить чимало фантастичних легенд, вона часто стає предметом домислів і фантазій. Розставимо крапки над “і”, вивчивши відомі наукові факти про Маріанський жолоб.

Світовий океан досліджений лише на 5%. Маріанський жолоб залишається одним із найтаємничіших його куточків.

Що таке Маріанська западина?

Маріанська западина – глибоководний жолоб, який відомий як найглибша точка на Землі. Западина (розлом у земній корі) утворена в місці стику двох тектонічних плит – Тихоокеанської та Філіппінської.

Жолоб видно на більшості карт світу. Де розташована Маріанська западина? Вона розташувалася на заході Тихого океану й отримала свою назву завдяки Маріанським островам, які розташовані поблизу. Западина має форму півмісяця, що обрамляє Філіппінське море, і простягається на 2500 кілометрів у довжину. Ширина жолоба досягає в середньому 69 кілометрів.

Яка глибина Маріанської западини? За різними даними, глибина жолоба варіюється між 10 028 і 11 034 метри нижче рівня моря. Якщо Еверест (найвища гора на планеті) помістити на дно Маріанської западини, її вершина опиниться на кілька кілометрів під водою.

Згідно з офіційними даними, максимальна глибина Маріанської западини становить 10 994 ± 40 метрів. Джеймс В. Гарднер із колегами дають більш точний показник з урахуванням усіх похибок – 10 984 ± 25 метрів. Ця точка на дні океану називається Безодня Челленджера на честь англійського судна “Челленджер”, який зміг уперше зафіксувати глибину западини.

Історія відкриття Маріанської западини

Величезна глибина розлому зумовлює високий тиск під водою. На дні цей показник сягає 108,6 Мпа, що в тисячу разів вище, ніж на поверхні Землі. Проводити дослідження в таких умовах вкрай складно, тому довгий час глибина і рельєф дна жолоба залишалися загадкою.

Відкриття і перші дослідження Маріанської западини датуються 1875 роком. Обладнання того часу було обмежене в можливостях: максимальна глибина, яку змогли встановити британці, трохи перевищувала 8 тисяч кілометрів. У 1951 році англійська експедиція знову вирушила вивчати жолоб. За допомогою ехолота вдалося зафіксувати глибину 10 863 метри.

У 1960-му відбулося перше занурення на дно западини. Батискаф “Трієст” опустився на глибину 10 915 метрів. Прилади реєстрували дивні звуки й тіні, а сам батискаф зазнав численних ушкоджень, хоч і вважався надміцним. Це дало підґрунтя для багатьох фантастичних домислів про те, що може мешкати на дні Маріанської западини. Однак наукових пояснень, що тоді сталося з батискафом, немає й досі.

Уперше рельєф жолоба картографували у 2010-х рр. Дослідження університету Нью-Гемпшира (США) виявили на поверхні дна чотири гірські хребти заввишки близько 2,5 кілометрів.

Цікаві факти про Маріанську западину

Що приховує найтаємничіше місце на Землі? Вчені не так давно вивчають Маріанський жолоб, і він досі приховує безліч таємниць. За 60 з гаком років дослідникам вдалося відкрити багато цікавого.

Як утворилася Маріанська западина?

Глибокий жолоб сформувався багато мільйонів років тому внаслідок зсуву тектонічних плит. Один пласт занурився під інший, пішов у мантію Землі й утворив западину.

Вивчивши гористе дно траншеї, учасники океанографічної експедиції з Нью-Гемпшира припустили, що місцевим гірським хребтам близько 180 мільйонів років. Більш масивна Тихоокеанська плита “підповзає” під Філіппінську, утворюючи складчастість.

Температура і тиск води

На дно Маріанської западини ніколи не проникало сонячне світло, тут панує вічна темрява. Температура води на дні западини близька до точки замерзання і становить +1-4 °С. Нижче температура не опускається завдяки гідротермальним джерелам – так званим “чорним курцям”. Вода, яку вони вивергають, багата мінералами, рудними речовинами (через які й набуває темного кольору) і нагрівається до 450 °С. Потужний тиск не дає воді закипіти, тому вона стає сприятливим середовищем існування для місцевих організмів.

Хто мешкає в Маріанській западині?

Вижити без сонячного світла і під неймовірним тиском води до недавнього часу вважалося неможливим. Однак численні дослідження підтвердили: на дні Маріанського жолоба є життя. Місцеві мешканці пристосувалися до несприятливих умов, тому мають незвичайні забарвлення і форми.

Фауну Маріанської западини складають глибоководний вудильник (морський чорт), морські огірки (голотурії), рак-пустельник, куляста медуза, що світиться, мегалодікопія, двометрові черв’яки, плоскі камбалоподібні риби та інші організми, які сьогодні мало вивчені. Мешкають тут і восьминоги мутанти, у яких немає щупалець, а тільки тіло у формі спідниці. Така будова дозволяє їм витримувати сильний тиск. З тією ж метою деякі види обзавелися щільною плівкою.

Людина на дні западини

Першими людьми, які побували на дні Маріанської западини, були лейтенант ВМС США Дон Волш і дослідник Жак Пікар. У 1960 році на батискафі “Трієст” їм вдалося опуститися на небувалу глибину – 10 915 метрів. Головним досягненням тієї експедиції було відкриття життя в Маріанському жолобі, що раніше вважалося неможливим.

Третьою людиною в історії, яка підкорила западину, став режисер Джеймс Кемерон у 2012 році. Самотужки він досяг глибини 10 908 метрів, зумів взяти зразки порід і живих організмів. За допомогою 3D-камер Кемерон зняв дивовижні кадри, що увійшли до науково-документального фільму National Geographic “Джеймс Кемерон: Подорож до центру Землі”.

У 2019-му американець Віктор Весково занурився на рекордну глибину 10 928 метрів. Він став першою людиною, яка підкорила і найвищу вершину світу Еверест, і найглибшу западину.

Маріанська западина цікава вченим первозданними таємницями, які й сьогодні залишаються загадкою для людини. Нові дослідження доводять, що вона зберігає ще безліч секретів, які належить дізнатися людям.

Практикум із розв’язування фізичних задач № 3 (§ 12-13). Механіка

Зверніть увагу! Розглянуті нижче типи задач розв’язуються за допомогою кінематичних формул руху тіл у однорідному полі тяжіння Землі (без урахування опору повітря). Поле тяжіння вважаємо однорідним за умови, що рух відбувається на малих висотах.

Записуючи рівняння залежності фізичних величин від часу через проекції відповідних величин на координатну вісь, необхідно враховувати знак проекції.

Рух тіла, кинутого вертикально вгору до максимальної висоти підйому, є рівносповільненим, донизу — рівноприскореним, без початкової швидкості. Час підйому дорівнює часу падіння (мал. 1).

Мал. 1. Рух тіла кинутого вертикально

З певної висоти тіло можуть кидати вниз, надаючи йому деякої початкової швидкості, а можуть відпускати — тоді тіло падає без початкової швидкості (v₀ = 0) (вільно падаюче тіло).

Оскільки вільне падіння і рух тіла, кинутого вертикально вгору, є рівноприскореними, то всі кінематичні рівняння такого руху, розглянуті раніше, справедливі й для цих випадків. Запишемо їх до порівняльної таблиці, обравши для запису вісь ΟΥ та врахувавши, що прискоренню а відповідає g, а переміщенню s — висота h. Тож, врахувавши знаки проекцій, одержимо вирази, наведені в таблиці,

Кінематичні рівняння

Приклади розв’язування задач

Задача 1. Визначити глибину колодязя, якщо вільно кинутий у нього камінь досяг поверхні води за 2 с. Яку швидкість матиме цей камінь у момент зіткнення з поверхнею води?

Задача 2. Тіло кинуто вертикально вгору зі швидкістю 20 м/с. Визначити висоту та час його підйому. Опором повітря знехтувати.

Мал. 2. Рух тіла кинутого під кутом до горизонту (а) та горизонтально (б)

РУХ ТІЛА, КИНУТОГО ГОРИЗОНТАЛЬНО З ВИСОТИ Н. Це окремий випадок руху тіла, кинутого під кутом до горизонту (α = 0) з деякої висоти Н. Це криволінійний рух уздовж гілки параболи під дією земного тяжіння. У вертикальному напрямі вздовж вісі ΟΥ відбувається вільне падіння, у горизонтальному напрямі вздовж вісі ОХ — рівномірний рух (див. мал. 2, б).

Задача 3. Літак летить горизонтально зі швидкістю 720 км/год на висоті 245 м. Коли він пролітає над деякою точкою поверхні Землі, з нього скидають вантаж. На якій відстані від місця кидання вантаж упаде на Землю? Опір повітря не враховувати.

Розглянемо детальніше рух тіла під дією сили всесвітнього тяжіння.

Задача 4. Середня висота супутника над поверхнею Землі дорівнює 1700 км. Визначити його швидкість та період обертання, якщо радіус Землі дорівнює 6370 км.

Задача 5. Літак виконує петлю Нестерова («мертву петлю») радіусом R = 800 м і рухається по ній зі швидкістю v = 720 км/год. З якою вагою пілот масою 70 кг тиснутиме на сидіння літака у верхній і нижній точках петлі?

Задачі для самостійного розв’язування

1(с). У скільки разів зменшиться сила притягання до Землі космічної ракети при її віддаленні від поверхні Землі на відстань, що дорівнює радіусу Землі?

2(с). З літака, який летить в горизонтальному напрямку зі швидкістю 720 км/год, на висоті 3920 м над землею скинули вантаж. Як далеко від місця викидання вантаж впаде на землю?

3(с). Як зміняться час і дальність польоту тіла, кинутого горизонтально з певної висоти, якщо швидкість кидання збільшити вдвічі?

4(с). Камінь падав на дно ущелини 4 с. Яка глибина ущелини?

5(с). На яку максимальну висоту підніметься тіло, кинуте вгору з початковою швидкістю 44 м/с? Скільки часу триватиме підйом тіла до максимальної висоти?

6(с). М’яч кинули під кутом 30° до горизонту з початковою швидкістю 10 м/с. Визначте висоту підйому та дальність польоту м’яча.

7(д). В якій точці прямої, що з’єднує центри Землі та Місяця, тіло буде притягуватися до Землі і до Місяця з однаковими силами? Вважайте, що середня відстань між центрами Землі та місяця дорівнює 60 земним радіусам, а маса Місяця у 81 раз менша за масу Землі.

8(д). Визначте прискорення вільного падіння на поверхні Венери, якщо середня густина речовини планети 5200 кг/м 3 , радіус планети 6100 км.

9(д). Місяць обертається навколо Землі зі швидкістю 1 км/с. Середня відстань від Землі до Місяця 3,8 • 10 5 км. Визначте масу Землі.

10(д). Яку швидкість повинен мати штучний супутник Землі, щоб обертатися по коловій орбіті на висоті 600 км над поверхнею Землі? Чому дорівнює період його обертання? Радіус Землі прийняти в 6400 км.

11(д). Автомобіль масою 2 т рухається зі швидкістю 36 км/год. Визначте вагу автомобіля, коли він проходить по випуклому мосту, з радіусом кривизни 40 м.

12(д). Стріла, випущена з лука вертикально вгору, впала на землю через 6 с. Які початкова швидкість стріли і максимальна висота її підйому?

13(д). Тіло, яке вільно падає без початкової швидкості, за останню секунду руху проходить 2/3 усього шляху. Визначте шлях, пройдений тілом під час падіння.

14(д). Хлопчик кинув м’яч з вікна горизонтально (з 20-метрової висоти багатоповерхівки). Скільки часу летів м’яч до землі і з якою швидкістю його було кинуто, якщо він упав на відстані 6 м від фундаменту будинку?

15(д). Дальність польоту тіла, кинутого в горизонтальному напрямі зі швидкістю 10 м/с, дорівнює висоті кидання. З якої висоти кинуто тіло?

16(д). Хлопчик стрибає у воду з крутого берега заввишки 5 м, маючи після розгону горизонтально напрямлену швидкість 6 м/с. Якими будуть модуль і напрям швидкості хлопчика у той час, коли він досягне води?

17(д). Снаряд, що вилетів з гармати під кутом до горизонту, перебував у польоті 12 с. Якої найбільшої висоти він досяг?

18(в). Визначте висоту підняття і дальність польоту сигнальної ракети, випущеної зі швидкістю 40 м/с під кутом 60° до горизонту.

19(в). На малюнку, зробленому за стробоскопічною фотографією, зображено політ кульки, випущеної з дитячого пружинного пістолета. Знаючи, що сторона квадрата клітинки дорівнює 5 см, визначте: а) час польоту кульки; б) інтервал між спалахами; в) початкову швидкість кульки.

20(в). Тіло вільно падає зі стану спокою з висоти 39,2 м. За який час тіло пройде: а) перший метр свого шляху, б) останній метр свого шляху? Чому дорівнює середня швидкість на другій половині шляху?

21(в). Тіло вільно падає з висоти 80 м. Яке його переміщення за останню секунду падіння?