Географическая оболочка

Фотосфера (светящаяся оболочка) — тонкий (200 — 300 км) непрозрачный слой газа, плотность которого с высотой быстро уменьшается. В этом же направлении температура фотосферы понижается от 6000 до 4500° — минимальной температуры всей солнечной атмосферы. Фотосфера находится в состоянии лучистого равновесия: она излучает столько энергии, сколько в нее поступает из центральной области Солнца. Это основная часть солнечной атмосферы.

Над фотосферой расположена хромосфера. Наружная, постоянно волнующаяся ее поверхность достигает высот 15000 — 20000 км. Еще выше (до 150000 км) поднимаются «фонтаны» раскаленного газа — протуберанцы.

Внешний, практически  безграничный слой солнечной атмосферы  — корона — представляет собой разреженную плазму (смесь положительно и отрицательно заряженных частиц с температурой около 1 млн. градусов). Из короны происходит непрерывное спокойное истечение плазмы (солнечный ветер) со скоростью от 400 до 800 км/сек., в результате чего Солнце уменьшается на 1 % за 100 млрд. лет.

Солнечные пятна  — относительно холодные участки фотосферы, Температура их примерно на 1500° ниже температуры окружающего пространства, по сравнению с которым они кажутся темными. Пятна возникают группами и существуют от нескольких часов до нескольких месяцев. Размеры среднего пятна 7000 — 15000 км в поперечнике. Группы пятен всегда окружены светлыми волокнистыми образованьями — фотосферными факелами. Продолжения фотосферных факелов в хромосфере получили название флоккул. Вместе их называют факельными площадками. Самые мощные и быстро развивающиеся проявления солнечной активности — хромосферные вспышки — внезапное и очень сильное увеличение рентгеновского и ультрафиолетового излучения. Общая энергия вспышки сравнима с энергией взрыва тысяч водородных бомб.

Внезапное и очень  сильное увеличение рентгеновского и ультрафиолетового излучения  – солнечные вспышки, являются следствием увеличения солнечной активности. Установлены 11-летние, 33- и 98-летние периоды колебания солнечной активности, которые оказывают огромное влияние на многие процессы, происходящие в географической оболочке, вызывая, в частности, возмущения магнитного поля Земли, и как следствие возникновение такого атмосферного явления, как северное сияние. Магнитные бури влияют на самочувствие людей и поведение животных.

Солнечная масса притягивает планеты, заставляя их обращаться вокруг Солнца по эллиптическим орбитам, мало отличающимся от окружности. Все планеты движутся в одной плоскости.

Планеты Меркурий, Венера, Земля и Марс относятся к внутренним планетам; Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун, Плутон — к внешним. Внешние планеты отличаются от планет внутренней группы большими размерами, малой плотностью, низкой температурой, быстрым вращением вокруг оси и большим количеством спутников (Юпитер имеет 15 спутников). Между орбитами Марса и Юпитера обращается множество малых планет — астероидов, они небольших размеров и угловатой формы. Самый большой астероид (Церера) имеет диаметр около 780 км.

Луна. Луна — ближайшее к нам небесное тело, спутник Земли. Диаметр Луны в 4 раза меньше поперечника Земли (3476 км). Масса Луны в 81,5 раза меньше массы Земли. Сила тяжести на ней в 6 раз меньше, чем на Земле. Человек, весящий на Земле 60 кг, на Луне будет весить всего 10 кг. На Луне нет атмосферы, и тем более воды,  поэтому поверхностный слой днем нагревается до +120°С, а ночью температура опускается до -170°С.

Движение Луны вокруг Земли происходит навстречу суточному движению звезд. Полный круг на небе Луна совершает за 27 суток 7 часов 43 минуты (звездный месяц).

Двигаясь по небу, Луна меняет свой вид: выглядит то серпом, то диском, то совсем не видна. Эта смена фаз происходит потому, что Луна — несветящееся тело и отражает лишь солнечный свет. Когда Солнце и Луна находятся по одну сторону от Земли, сторона Луны, обращенная к Земле, не освещается — это фаза новолуния. Если Земля оказывается между Луной и Солнцем, мы видим полностью освещенный диск Луны — фаза полнолуния. В остальных случаях Луна имеет вид серпа, при этом выделяют первую четверть и последнюю четверть. При новолунии, когда Земля, Луна и Солнце находятся на одной линии, Луна в отдельных случаях закрывает диск Солнца — происходит солнечное затмение. Во время полнолуния при аналогичном расположении этих светил наблюдаются лунные затмения, если тень Земли закрывает Луну. Смена лунных фаз обусловлена изменением взаимного положения Луны, Земли и Солнца и происходит за 29 суток 12 ч. и 44 мин. (синодический месяц).

Луна и Земля имеют  общий центр вращения, а период обращения Луны вокруг Земли совпадает с периодом ее вращения вокруг оси. В результате Луна обращена к Земле всегда одной и той же стороной.

Луна оказывает большое влияние  на географическую оболочку Земли в основном за счет формирования приливной силы. Система Земля – Луна имеет общий центр взаимодействия, который расположен в недрах Земли на глубине 0,73 земного радиуса. В этом центре сила притяжения между Землей и Луной  и центробежная сила равны между собой. Во всех других точках на поверхности Земли эти силы не равны, поэтому на той стороне Земли, которая обращена к Луне, преобладает сила притяжения Луны, а на противоположной стороне – центробежная сила Земли. Эти  взаимодействия приводят к образованию приливов и отливов, как в океане, так и в атмосфере. Под действием этих же сил происходят деформации земной поверхности (до 50 см!). Обычно прилив и отлив бывают 2 раза в сутки. Величина приливов в открытом океане около 1 м, у берегов – до 18 м (залив Фанди в Атлантическом океане).

Кометы — небесные тела, обращающиеся вокруг Солнца по сильно вытянутым орбитам. Они видны только по мере приближения к Солнцу, когда у них появляются «голова» или ядро, состоящее изо льда и «хвост» — шлейф из ионов и частиц пыли, длиной несколько десятков миллионов километров. Плотность комет незначительна, периоды их обращения различны. Например, у кометы Галлея он составляет около 76 лет.

Метеоры — остатки комет, небольшие куски твердого вещества, видимые лишь в момент испарения, когда они, влетая в земную атмосферу, нагреваются и сгорают. Раскаленные газы, оставляемые метеорным телом, образуют на небе светящийся след в течение 1 — 2 секунд на высоте 50 — 100 км от земной поверхности. В среднем на Землю выпадает около 10 т метеорного вещества за сутки.

Метеориты. Более крупные метеорные тела не успевают целиком испариться в атмосфере и падают на Землю в виде метеоритов. Метеориты бывают каменные и железные. Их химический состав не отличается от наших земных тел. Это свидетельствует о материальном единстве Вселенной.

2.3. Гипотезы о происхождении Солнечной системы.

Иммануил Кант, немецкий философ  и географ в 1755 г. считал, что Земля  и Солнечная система в целом возникла при эволюционном развитии холодной пылевой туманности, в центре образовалось Солнце, в периферийных частях — планеты. Французский математик и астроном Лаплас в 1796 г. предположил, что первоначальная туманность была газовой, очень горячей и быстро вращалась, причем от нее отделились кольца — будущие планеты (они образовались раньше Солнца). Гипотеза Канта — Лапласа и сейчас не потеряла научного значения.

Из многих гипотез  о происхождении Земли и Солнечной  системы наиболее широким признанием в современной науке пользуется космогоническая гипотеза Шмидта О. Ю., советского ученого. Согласно этой гипотезе, около 6 – 7 млрд. лет назад Солнце на своем пути встретилось с огромным холодным облаком, состоящим из газа и пыли. Силой своего притяжения Солнце захватило за собой это облако. Обладая значительно меньшими скоростями, чем легкие газовые молекулы, пылинки собирались в центральной плоскости вращающегося облака. Постепенно расстояние между пылинками уменьшалось, взаимное притяжение увеличивалось, образовывались сгущения пылевых частиц, двигающиеся вокруг Солнца в направлении движения облака. Со временем пылевые сгущения превратились в сравнительно крупные тела — малые планеты — астероиды. Более крупные тела притягивали мелкие и, за счет прямого выпадения вещества на их поверхности, постепенно увеличивались в размерах, становились большими планетами.

Процесс выпадения  вещества из Космоса на Землю происходит и сейчас. Земля при своем движении вокруг Солнца захватывает встречающиеся ей частицы, и они, оседая, увеличивают ее массу в среднем величиной в 10 млн. т (10¹³ г) в год. По сравнению с массой Земли (5,8х10²⁷) эта величина очень мала, но по сравнению с массой земной коры (2х10²⁵ г) ее значение возрастает!!!

Расчеты показывают, что  Земля могла достичь современной  массы приблизительно за 200 млн. лет. К концу этого периода температура в центре планеты составляла примерно +1300°С, но поверхность была холодной. Затем разогрев за счет тепла радиоактивного распада привел к плавлению вещества в недрах планеты, к его химической дифференциации. Вследствие постепенного рассеивания газов близ Солнца могли существовать только частицы из нелетучих, тугоплавких соединений. Здесь образовались планеты типа Земли. Вдали от Солнца в условиях низкой температуры, газы намораживались на холодные пылевые частицы, увеличивая их объем. В этой части облака формировались планеты-гиганты.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лекция 3

Общая характеристика Земли  как планеты.

3.1 Форма Земли и ее географические следствия.

3.2 Вращение Земли вокруг оси и его следствия.

3.3 Вращение Земли вокруг Солнца. Смена пор года.

1. Форма Земли и ее географические следствия.

Правильное представление о  фигуре и размерах Земли создавалось  постепенно, на основе наблюдений и расчетов. Так древние греки представляли Землю в виде диска, который со всех сторон омывается большой рекой – Океаном. В Древней Руси Землю представляли в виде лепешки, которая держится на трех китах. Древние индусы изображали Землю покоящейся на слонах и черепахе и т. д.

Почти за семь веков до н. э. стало известно, что Земля круглая, и уже тогда предпринимались попытки измерить ее. В IV веке до н. э. Аристотель собрал имевшиеся к тому времени доказательства шарообразности Земли, дополнил и обосновал их (круглая тень Земли при затмениях, в начале появляется мачта корабля, а затем весь корабль и др.). Во II в. до н. э. Эратосфен Киренский, измерил отрезок (дугу) меридиана между Асуаном (Сиеной, Африка) и Александрией в градусах (угловое расстояние) и на местности вычислил, что длина одного градуса меридиана равна 110,6 км. Это очень близко к действительной его величине (111,2 км). На этой основе он рассчитал длину всей окружности Земли по меридиану. Она оказалась равной приблизительно 40000 км.

В период средневековья, вплоть до XV в. многие научные представления о Земле из-за господства церкви отрицались. Учение о шарообразности Земли в этот период отвергалось.

С конца XV в. начинается возрождение, а потом интенсивное развитие науки и культуры. Наступил период Великих географических открытий. После того, как в 1519 – 1522 гг. Ф. Магеллан совершил кругосветное путешествие, сомнений в шарообразности Земли не возникало, и ее стали изображать в виде объемной модели-глобуса.

Но действительно ли Земля имеет  форму правильного шара? Современные  методы и точные приборы показывают, что это не совсем так. Земля могла быть шаром только в том случае, если бы не вращалась. Тогда в результате взаимного притяжения все земные частицы расположились бы равномерно вокруг общего центра притяжения – центра фигуры. Но Земля вращается вокруг своей оси, поэтому возникает центробежная сила, направленная перпендикулярно оси вращения. В результате действия центробежной силы происходит «отток» масс (вещества) от полюсов и «приток» их к экватору, что вызывает опускание поверхности (сокращение радиуса) у полюсов. Возникает сжатие, и шар превращается в эллипсоид вращения.

3.1.1. Земля-сфероид

Фигуры планет, в том числе  Земли, создаются действием двух типов сил: во-первых, силами тяготения, которые формируют шаровую форму, во-вторых, силами центробежного осевого вращения, которые вызывают полярное сжатие и определяют сфероидальную форму. Величина отклонения сфероида от шара определяется скоростью вращения. Чем больше скорость вращения, тем больше полярное сжатие.

Земля по своей форме  представляет собой типичный сфероид. У сфероида имеется две оси – экваториальная и полярная. Для земного сфероида принято вычислять полуоси.

Экваториальный радиус Земли (большая  полуось – а) =6378,2 км.

Полярный радиус Земли (малая полуось – b) =6356,8 км.

Средний радиус – 6371,1 км

Полярное сжатие – 21,36 км

Отсюда выводится ряд других показателей размеров земного сфероида:

Длина меридиана – 40068, 5 км.

Длина экватора – 40075, 7 км.

Площадь поверхности Земли – 510 млн. км².

Соотношение сфероида, геоида и земной поверхности:

1— поверхность сфероида, 2 — поверхность геоида, 3 — земная поверхность; а — земная кора, б — океан

 

Отклонение сфероида от шара относительно невелико – всего 21, 36 км на полюсах. Для таких процессов, как распределение тепла, движения водных и воздушных масс, расселения растений и животных и др., это не имеет существенного значения и в географии могло бы не рассматриваться вообще. Но сферическая деформация отражается на тектонике земной коры и, следовательно, на рельефе.

3.1.2. Земля-геоид

В современной научной литературе форма Земли определяется термином «геоид», что буквально означает «землеподобный». Этот термин в 1873 г. предложил немецкий ученый И. Листинг.

Геоид – это фигура, поверхность которой всюду перпендикулярна направлению силы тяжести, т. е. отвесу и совпадает с уровенной поверхностью Мирового океана, продолженной под континенты.

Форма Земли, сугубо индивидуальна и не совпадает ни с какой математической фигурой. Важно подчеркнуть, что в науке фигурой планеты называется не ее физическая поверхность с горами и равнинами на материках, а некоторая теоретическая – уровенная поверхность потенциала силы тяжести, то есть такая поверхность, которая всюду перпендикулярна направлению силы тяжести или отвесу. Форма Земли и определяется именно как уровенная поверхность потенциала силы тяжести или как уровень воды в спокойных океанах и в воображаемых каналах на материках.

Вывод о том, что Земля  – геоид, впервые был сделан на основании градусных измерений, но только при помощи искусственных спутников Земли удалось выявить и измерить отступление геоида от математического сфероида во всех точках поверхности, в том числе и на океанах. В результате специальных научных исследований было обнаружено, что Земля слегка грушеподобна: в средних широтах южного полушария поверхность геоида несколько (до 20 м) выше сфероида, на экваторе они совпадают, а в средних широтах северного полушария геоид ниже сфероида; северный полюс приподнят на 15 м, южный опущен на 20 м, а вся Антарктида лежит на 30 м ниже эллипсоида.