Географическая оболочка

Величина отступления  геоида от сфероида в сравнении с  размерами земного шара невелика, но она порождает внутренние напряжения в Земле, отражающиеся на локализации  тектонических процессов и на рельефе.

Форма геоида объясняется, прежде всего, распределением в ее теле тяжелых и относительно легких горных пород, поскольку с их плотностью связано значение силы тяжести. В местах скопления тяжелых пород (например, Антарктида) поверхность фигуры отступает к центру планеты, а там, где скопились породы меньшей плотности (Северный полюс, Северный Ледовитый океан) – отступает от центра.

Доказательства выпуклости и шарообразности Земли:

• при восходе Солнца лучи освещают сначала облака и высокие предметы. То же при закате;
• двигаясь по ровной открытой местности сначала видны более высокие деревья, строения и т. п. На море прежде появляются мачты, а затем уже и весь корабль;
• при поднятии вверх расширяется кругозор;
• небесные тела – Луна, Солнце – имеют шарообразную форму, естественно думать, что и Земля не является исключением;
• при затмении луны, когда на лунный диск падает тень Земли, эта тень всегда имеет вид части круга;
• современным доказательством, бесспорно, являются фотографии Земли, полученные с помощью искусственных спутников.

Географическое значение фигуры и размеров Земли.

1. Шаровая фигура при минимальном объеме концентрирует максимальную массу материи. Вещество планеты сжимается, внутри формируются центральное ядро и оболочки. Оболочечное строение Земли – одно из самых фундаментальных ее свойств. Внутри тела Земли господствуют силы тяготения, в литосфере – силы сцепления.
2. Специфическая форма каждой оболочки, в том числе географической оболочки, обусловливает бесконечность и единство географического пространства. Геологические, геофизические и географические процессы не имеют границ в первых двух измерениях (ширина и длина): для движения внутреннего вещества Земли, циркуляции океанической воды, воздушных масс и атмосферы, расселения живых организмов. Процессы географической оболочки могут быть правильно поняты только с учетом специфичности географического пространства.
3. Специфическую форму имеет и гравитационное поле Земли.  Гравитационное (физическое) поле – поле, создаваемое любыми физическими объектами. Через гравитационное поле осуществляется гравитационное взаимодействие тел.
4. Солнечные лучи на шаровую поверхность падают в разных широтах под разными углами. Это создает термическое поле Земли – количество тепла от экватора к полюсам уменьшается; формируются термические пояса – жаркий, два умеренных и два холодных. Распределение тепла по земной поверхности – начальная и основная причина формирования климатов.
5. Шарообразная форма планеты обусловливает постоянное распределение ее на освещенную дневную и неосвещенную ночную половины. Вместе с вращением вокруг оси это определяет суточную ритмику теплового режима географической оболочки.
6. Сферическая форма географического пространства вместе с его вращением определяют дифференциацию географической оболочки на географические пояса и зоны.

Сферическая форма географической оболочки симметрична относительно плоскости экватора. Географические пояса северного полушария, в общем, зеркально повторяют соответствующие пояса южного полушария.

3.2 Вращение Земли  вокруг оси и его следствия.

Ось вращения Земли наклонена к плоскости эклиптики под углом 66°33¢. Угол наклона при движении по орбите вокруг Солнца сохраняется!

Осевое вращение Земли  происходит с запада на восток или  против часовой стрелки, если смотреть с Северного полюса Мира. Это направление  движения присуще всей Галактике.

Время оборота Земли  вокруг своей оси может быть определено по Солнцу и по звездам.

Солнечными  сутками называется промежуток времени между двумя последовательными прохождениями Солнца через меридиан точки наблюдения. В связи со сложностью движения Солнца и Земли истинные солнечные сутки изменяются. Поэтому для определения среднего солнечного времени применяются такие сутки, продолжительность которых равна средней длине суток в течение года.

В связи с тем, что  Земля движется в том же направлении, в котором вращается вокруг своей оси, то солнечные сутки несколько длиннее действительного времени полного оборота Земли. Действительное время полного оборота Земли определяется временем между двумя прохождениями звезды через меридиан данного места. Звездные сутки равны 23 часам 56 минутам и 4 секундам. Это и есть действительное время суточного оборота Земли.

Угловая скорость вращения - это угол, на который поворачивается любая точка на поверхности Земли за любой отрезок времени, одинакова для всех широт. За один час точка пробегает 15° (360°:24 часа = 15°). Линейная скорость зависит от широты. На экваторе она равна 464 м/сек, в сторону полюсов уменьшается.

Время суток – утро, день, вечер и ночь – на одном и том же меридиане начинаются одновременно.

Ме́стное  вре́мя — одинаковое время в один момент суток в точках, расположенных на одном меридиане.

Однако трудовая деятельность людей в разных частях Земли требует  согласованного счета времени. С  этой целью введено поясное время.

Сущность поясного времени заключается в том, что Земля в соответствии с количеством часов в сутках меридианами делится на 24 пояса, идущих от одного до другого полюса. Ширина каждого пояса равна 15°. Местное время среднего меридиана одного пояса от соседнего пояса отличается на 1 час.

Теоретически 24 часовых пояса земного  шара должны ограничиваться меридианами, проходящими на 7°30' восточнее и западнее среднего меридиана каждого пояса, причем, вокруг гринвичского меридиана действует всемирное время. Однако в реальности для сохранения единого времени внутри одной и той же административной или природной единицы границы поясов смещены относительно меридианов; местами некоторые часовые пояса даже «пропадают», теряясь между соседними.

На Северном и Южном полюсах меридианы сходятся в одной точке, и поэтому там понятие часовых поясов, а заодно и местного времени, теряет смысл. Считается, что время на полюсах соответствует всемирному, хотя на станции Амундсен-Скотт (Южный полюс) действует время Новой Зеландии, а вовсе не всемирное.

До введения поясного времени в  каждом городе использовалось своё местное  солнечное время, зависящее от географической долготы. С развитием железных дорог и средств связи возникла необходимость более точной и удобной системы синхронизации. Современная система часовых поясов была внедрена в Северной Америке канадским инженером Сэндфордом Флемингом около 1879 года, а к 1929 получила всемирное распространение. В России системы часовых поясов не существовало вплоть до 1917 года.

Декре́тное  вре́мя введено постановлением Совета Народных Комиссаров СССР от 16 июня 1930 с целью более рационального использования светлой части суток и соответствующей экономии электроэнергии.

Декретное время больше поясного на 1 час.

C 1 апреля 1981 на территории СССР вводится летнее время, опережающее поясное ещё на 1 час по сравнению с декретным. В период с 1982 по 1986 решением правительства СССР декретное время было отменено в 30 областях и автономных республиках России, в республиках Прибалтики. В 1990 по решению местных властей его отменили в Беларуси, на Украине, в Молдавии, Грузии и Азербайджане. На всей территории СССР декретное время было отменено с 31 марта 1991 (при этом переход на летнее время сохраняется).

23 октября 1991 Верховный Совет РСФСР принял решение о возврате к декретному времени на территории России. Возврат был осуществлён 19 января 1992 г.

Для географической оболочки и природы Земли в целом осевое вращение Земли имеет огромное значение, в частности:

1. Осевое вращение Земли создает основную единицу времени – сутки, делящие Землю на две части – освещенную и неосвещенную. С этой единицей времени в процессе эволюции органического мира оказалась согласованной физиологическая деятельность животных и растений. Смена напряжения (работа) и ослабления (отдых) есть внутренняя потребность всех живых организмов. Очевидно, главным синхронизатором биологических ритмов выступает чередование света и темноты. С ним связана ритмика фотосинтеза, клеточных делений и роста, дыхания, свечения водорослей и многие другие явления в географической оболочке.

От суток зависит  важнейшая черта теплового режима земной поверхности – смена дневного нагревания и ночного охлаждения. При этом важна не только эта смена сама по себе, но и продолжительность периодов нагревания и охлаждения.

Суточная ритмика проявляется  и в неживой природе: в нагревании и охлаждении горных пород и выветривании, температурном режиме, температуре воздуха, наземных осадках и т.д.

2. Важнейшее значение вращения географического пространства состоит в разделении его на правое и левое. Это приводит к отклонению путей движущихся тел вправо в северном полушарии и влево в южном полушарии.

Еще в 1835 г. математик  Гюстав Кориолис сформулировал теорию относительного движения тел во вращающейся  системе отсчета. Вращающееся географическое пространство и является такой неподвижной  системой. Отклонение движения вправо или влево получило название кориолисовой силы или кориолисова ускорения. Сущность данного явления состоит в следующем. Направление движения тел, естественно, прямолинейно относительно оси Мира. Но на Земле оно происходит на вращающейся сфере; под движущимся телом плоскость горизонта поворачивается влево в северном полушарии и вправо в южном полушарии. Поскольку наблюдатель находится на твердой поверхности вращающейся сферы, то ему кажется, что движущееся тело отклоняется вправо, тогда как на самом деле плоскость горизонта уходит влево. Действию кориолисовой силы подвергаются все перемещающиеся на Земле массы: вода в океанических и морских течениях, воздушные массы в процессе циркуляции атмосферы, вещество в ядре и мантии.

3. Вращение Земли (вместе с шарообразной формой) в поле солнечной радиации (свет и тепло) определяет западно-восточное протяжение природных зон и географических поясов.

4. Благодаря вращению Земли, неупорядоченные в разных местах восходящие и нисходящие токи воздуха приобретают преимущественную спиральность. Этой закономерности подчиняются воздушные массы, океанические воды, а также, вероятно, вещество ядра.

3.3 Вращение Земли  вокруг Солнца. Смена пор года.

Полный  оборот вокруг Солнца Земля совершает за 365 дней 6 часов 9 минут и 9 секунд. По истечении звездного года наблюдатель с Земли увидит Солнце около той же звезды, где оно ровно было год тому назад. Тропический год, то есть промежуток времени между двумя последовательными прохождениями Солнца через точки весеннего равноденствия, продолжается 365 дней 5 часов 48 минут и 46 секунд. Тропический год примерно на 20 минут короче звездного года.

Путь годичного  движения Земли, или орбита, имеет форму эллипса, в одном из фокусов которого находится Солнце. Отсюда следует, что расстояние от Земли до Солнца меняется в течение года. Ближе всего к Солнцу, или в перигелии, Земля бывает 3 января. В этот день расстояние от Земли до Солнца равно 147 000 000 км. 5 июля, в афелии, Земля удаляется от Солнца на 152 000 000 км. Длина земной орбиты составляет около 940  000 000 км. Этот путь Земля побегает со средней скоростью 107 тыс. км/ час, или 29,8 км/сек. В афелии скорость уменьшается до 29,3 км/сек, а в перигелии возрастает до 30,3 км/сек.

Оборот Земли вокруг Солнца дает вторую основную единицу  времени – год. В отличие от суточного вращения год обусловлен не самим обращением Земли вокруг Солнца и даже не изменением расстояния до него, а тем, что ось вращения Земли наклонена к плоскости орбиты. Угол наклона – 66° 33¢.

В процессе годичного  движения земная ось остается в неизменном положении, то есть всегда параллельной самой себе. Это при различном положении Земли по отношению к Солнцу обусловливает изменение освещения и нагревания северного и южного полушарий по сезонам года. Рассмотрим более подробно эти важнейшие геофизические явления.

21 марта, 23 сентября

Освещение Земли  и падение солнечных лучей  на земную поверхность в полдень в дни равноденствий:

1 — освещенное полушарие (день), 2 — неосвещенное полушарие (ночь)

 

21 марта и 23 сентября наклон земной оси нейтрален по отношению к Солнцу. В эти дни солнечные лучи отвесно падают на экватор, северное и южное полушария вплоть до полюсов освещаются равномерно, и на всех широтах день и ночь продолжаются по 12 часов. Поэтому эти числа называются днями равноденствия.

 

22 июня, 22 декабря

Освещение Земли  и падение  солнечных  лучей   на  земную  поверхность

в полдень в  дни летнего и зимнего солнцестояний:

1 — освещенная полушарие (день), 2 — неосвещенное полушарие (ночь)

 

22 июня Земля занимает такое положение, при котором ее ось северным концом наклонена к Солнцу. Поэтому отвесные лучи падают уже не на экватор, а севернее его на угловое расстояние, равное наклону плоскости экватора к плоскости орбиты или эклиптики, то есть на 23^°27¢ (90^° – 66^° 33¢ = 23^° 27¢).

При суточном обороте Земли, отвесно падающие лучи опишут на ней линию, севернее которой Солнце никогда не бывает в зените. Эта линия называется северным тропиком или поворотным кругом. Северный поворотный круг называется также тропиком Рака по имени созвездия, в котором находится в это время Солнце. Южный поворотный круг – тропиком Козерога. Числа, в которые Солнце бывает на тропиках в зените, называется днями солнцестояний.

В высоких северных широтах  в день летнего солнцестояния  круглые сутки освещается не только полюс, но и пространство за ним до широты 66^°33¢ или Северного полярного круга.

В южном полушарии  в этот день солнечный луч образует касательную к поверхности шара тоже на широте 66° 33¢, но так, что все пространство за этой линией, или южным полярным кругом 22 июня не освещается. Уже на следующий день, 23 июня, Солнце смещается от тропика в сторону экватора, на Северном полярном круге наступает короткая ночь, а на южном Солнце днем несколько поднимается над горизонтом.