Земля совершает мало различных движений: вместе с Галактикой в сторону созвездий Лиры и Геркулеса со скоростью 20км/сек., вращательное движение относительно Центра Галактики со V=250-280км/сек., вокруг солнца со скоростью 30км/сек., вокруг своей оси со скоростью 0,5км/сек. и др. Эта сложная система движений вызывает целый ряд явлений на земле, формулируя природные условия. Рассмотрим только 2 движения, которые имеют важное значение для окружающей среды и человека.

Суточное вращение.

При наблюдении с Земли за солнцем и планетами кажется, что Земля неподвижна, а солнце и планеты вращаются вокруг неё (эффект движущего вокзала). Именно такая модель (геоцентрическая), автором которой является Птоломей (2в. до н.э.) просуществовала вплоть до 16в. Однако по мере накопления фактов эта модель стала подвергаться сомнениям. Первым кто публично выступил против неё, был поляк Николай Коперник. После его смерти идеи Коперника развивал итальянец Джордано Бруно, который был сожжен на костре, т.к. отказывался сотрудничать с инквизицией. Его соотечественник Галилей продолжал развивать идеи Коперника, Бруно и с помощью изобретенного им телескопа подтвердил правоту своих.

Таким образом, уже в начале 17в. было доказано вращение Земли вокруг своей оси. В настоящее время этот факт не вызывает не у кого сомнения и мы располагаем многими доказательствами осевого вращения.

Одним из наиболее простых и убедительных является опыт с маятником Фуко. В 1851г. француз Л. Фуко с помощью огромного маятника показал, что плоскость маятника все время смещается по часовой стрелке (если смотреть сверху). Если бы Земля не вращалась с запада на восток (против часовой стрелки), то такого эффекта с маятником не было бы.

Вторым убедительным доказательством осевого вращения Земли является отклонение падающих тел к востоку, т. е. если сбросить груз с высокой башни, то он упадёт на Землю, отклоняясь от вертикали на несколько мм. или см. в зависимости от высоты.

Земной шар вращается вокруг своей оси - как все планеты вращаются вокруг своих осей. Причем все почти вращаются в том же направлении, что и вокруг Солнца. Те места, где ось вращения планет пересекается с их поверхностью, называют полюсами (у Земли - географическими полюсами, Южным и Северным). А линию, проходящую по поверхности планеты на равном расстоянии от обоих полюсов, называют экватор.

Географические полюса не остаются на одном месте, а перемещаются по поверхности планеты. К счастью для нас не очень далеко и не очень быстро.

Наблюдения на станциях Международной службы движения полюсов Земли (до 1961г. она называлась Международной службой широты; а создана была в 1899г.), а также двадцатилетние измерения с помощью геодезических спутников указывают на то, что географические полюса смещаются со скоростью 10см. в год.

Какие же следствия связаны с суточным вращением Земли?

Во-первых, это смена дня и ночи. Причем из-за сравнительного промежутка днем и ночью атмосфера и поверхность Земли не успевает переохладиться и нагреться. Смена дня и ночи в свою очередь вызывает ритмичность многих процессов в природе (биоритмы).

Во-вторых, важным следствием вращения являются отклонение горизонтально движущихся тел вправо в северном полушарии и влево в южном. Отклоняющая сила или сила Кориолиса - связана со смещением во времени направления меридианов и параллелей. На полюсе, где параллели и меридианы друг к другу почти параллельны, эта сила равна нулю, а у экватора, где они находятся под наибольшим углом, сила максимальна.

Эффект Кориолиса имеет большое значение для объектов, долгое время движущимися в меридиональном направлении (водами рек, воздушными массами и т. п.) этот эффект становится ощутим: реки подмывают один из берегов сильнее, чем другой. И ветры, долго дующие в одну сторону, заметно смещаются. Самое важное проявление такого смещения - закручивание ветров в зонах повышенного (антициклонах) и пониженного (циклонах) атмосферного давления.

В-третьих, важным следствием являются приливы и отливы. Вращаясь, Земля периодически попадает под притяжение Луны, в связи с чем возникает приливообразующая волна. Во время новолунья и полнолунья приливы максимальны, во время 1/4 фазы Луны они минимальны.

Вращение Земли издавна используется для счета времени. Полный оборот Земли вокруг оси происходит за разные промежутки времени в зависимости от точки отсчета. Относительно звёзд полный оборот происходит за 23ч. 56мин.4сек. (звездные сутки). А относительно солнца - за 24ч. (солнечные сутки). Однако это средние солнечные сутки, так как ясные солнечные сутки меняются в течении года.

Кроме местного времени (средние солнечные сутки), которое зависит от положения местного меридиана относительно солнца, существует система поясного времени. В связи с этим, весь земной шар разбит на 24 пояса, с нулевым, который проходит через Гринвичский меридиан. Каждый пояс отличается по времени от соседнего на 1 час. На востоке, на 1час больше, а на западе на 1час меньше.

Земля вращается вокруг Солнца по эллиптической орбите со скоростью 29,8 км\с, делая полный оборот за 365 сут. 6 час. 9 мин. 9,6 сек. Это звездный, или сидерический, год – промежуток времени между двумя последовательными прохождениями Земли через одну и ту же точку орбиты. По истечении звездного года наблюдатель увидит Солнце около той же звезды, где оно было год назад. Однако деятельность людей связано не с звездным временем: она подчинена солнечному времени. Промежуток времени между двумя последовательными прохождениями Солнца через точку весеннего равноденствия называют тропическим годом, продолжительность которого равна 365 сут. 5 час. 48 мин. 46сек.

Длина орбиты – 940 млн. км. Солнце расположено в одном из фокусов орбиты Земли, вследствие чего расстояние между Землей и Солнцем в течение года меняется от 152 (афелий – 5 июля) до 149 (перигелий – 3 января) млн. км.

Ось Земли наклонена к плоскости орбиты под углом 66  30  . В процессе движения ось перемещается поступательно и параллельно самой себе, поэтому Земля занимает 4 характерных положения: равноденствий и солнцестояний . В дни равноденствий, 21 марта и 23 сентября, зенитальный луч Солнца падает на экватор, граница света и тени проходит через полюсы и делит каждую параллель на равные части, поэтому день равен ночи на всех широтах. При этом северное и южное полушария получают тепло и свет поровну.

В день летнего солнцестояния, 22 июня, Солнце в зените над северным тропиком, граница света и тени является касательной к линиям полярных кругов. Свет и тепло получает большая часть северного полушария, поэтому здесь лето, а все заполярье его освещено, поэтому – полярный день. Южное полушарие получает минимум тепла и света, поэтому там зима, а его заполярье находится в положении полярной ночи.

В день зимнего солнцестояния, 22 декабря, Солнце в зените над южным тропиком и освещение полушарий меняется противоположно.

Таким образом, смена времен года обусловлена вращением Земли вокруг Солнца при наклонном положении оси. Со сменой времен года связана сезонная ритмика процессов и явлений в географической оболочке.

Савцова Т.М. Общее землеведение, М.,2003, стр. 45-50

Мильков Ф.Н. «Общее землеведение», М., 1990, стр. 59-62

Любушкина С.Г Общее землеведение, М.,2004, стр. 19-22

ЛЗ 7-8. Планетарные факторы формирования ГО. Осевое вращение Земли

1. Доказательства осевого вращения Земли

2. Следствия осевого вращения Земли

1. Доказательства осевого вращения Земли

Земля вращается вокруг оси с запада на восток, совершая полный оборот за 23 ч. 56 мин. 4 с. (звездные сутки). Угловая скорость всех точек Земли одинакова: 15ч (360  ч.). Линейная скорость их зависит от того расстояния, которое точки должны пройти за период суточного вращения. Максимальная линейная скорость на экваторе – 464 м/с, на полюсах –0, на других широтах вычисляется по формуле:

V    cos  м/с, где  - широта места

Одним из доказательств суточного вращения Земли служит опыт Фуко, позволяющий наблюдать вращение Земли и определять угловую скорость

W   sin  ( - широта места)

Наблюдающееся опытным путем отклонение падающих тел к востоку также свидетельствует о вращении Земли вокруг своей оси.

При движении Земли вокруг Солнца воображаемая ось Земли остается все время наклоненной под углом в 66,5 о к плоскости земной орбиты. Эти два фактора – наклон оси и движение Земли вокруг Солнца – приводят к смене времен года. Наклон оси обусловливает различный угол падения солнечных лучей, а следовательно, различное поступление солнечной радиации на земную поверхность и неодинаковую продолжительность дня и ночи. Со сменой времен года связана сезонная ритмика природы.

Рассмотрим положение Земли в наиболее характерные сроки. Например, наклон оси 21 марта и 23 сентября (в дни весеннего и осеннего равноденствия) оказывается нейтральным по отношению к Солнцу 1 . При этом оба полушария Земли (и северное и южное) освещены Солнцем одинаково. На всех широтах в эти сроки продолжительность дня и ночи равна 12 часам. В дни весеннего и осеннего равноденствия солнечные лучи на экваторе падают отвесно, т.е. Солнце в полдень на экваторе занимает зенитальное положение.

22 июня (день летнего солнцестояния) Земля занимает такое положение, что северный конец ее оси наклонен в сторону Солнца, при этом северное полушарие освещено максимально. Солнечные лучи падают отвесно уже не на экватор, а на северный тропик (тропик Рака), широта которого 23,5 о с.ш. Таким образом, 22 июня Солнце в полдень бывает в зените над северным тропиком. На 66,5 о северной широты (Северный Полярный круг) 22 июня наблюдается полярный день, т.е. Солнце ровно одни сутки не заходит за горизонт. Круглые сутки освещенными оказываются не только широта Полярного круга, но и все пространство к северу от него вплоть до Северного полюса.

На 66,5 о южной широты (Южный Полярный круг) и к югу от него до Южного полюса 22 июня полярная ночь. В северном полушарии 22 июня является самым длинным днем в году, а в южном, наоборот, самым коротким.

22 декабря (день зимнего солнцестояния) все происходит наоборот. Солнечные лучи уже отвесно падают на южный тропик (тропик Козерога). На широте Южного Полярного круга и к югу от него – полярный день, а на широте Северного Полярного круга и к северу от него – полярная ночь. Земля расположена так, что южное полушарие больше освещено, чем северное. 22 декабря в северном полушарии самый короткий день в году, а в южном соответственно – самый длинный.

На Земном шаре можно выделить пять поясов освещенности, границами которых являются тропики и полярные круги. Тропический пояс (занимает 40% земной поверхности) характеризуется тем, что в любой его точке Солнце в полдень бывает два раза в год в зените, на самих тропиках – один; на северном тропике 22 июня, на южном – 22 декабря. В течение всего года в тропическом поясе разница между долготой дня и продолжительностью ночи незначительная, сумерки короткие. Времена года практически отсутствуют.

Два пояса умеренных (занимают 52% земной поверхности). Здесь имеются ощутимые контрасты в продолжительности дня и ночи в зависимости от сезона. Сумерки продолжительны. Летом Солнце находится высоко над горизонтом (особенно вблизи тропиков), хотя зенительного положения не достигает; летний день очень длинный (особенно вблизи полярных кругов), но полярного дня не бывает. Соответственно, зимой Солнце низко над горизонтом, зимний день очень короткий. Четко выражена смена четырех времен года.

Два полярных пояса занимают 8% земной поверхности. Для них характерны следующие черты: летом – полярный день, длящийся от одних суток на широте полярного круга до полугода на полюсе, соответственно, зимой – полярная ночь с аналогичной продолжительностью. Сезоны года выражены слабо: очень холодная длинная зима и короткое холодное лето.

Кроме того, что Земля вращается вокруг Солнца, она вращается еще и вокруг своей оси (суточное вращение). Направление вращения – с запада на восток, если смотреть с Полярной звезды. Один оборот вокруг своей оси Земля совершает за 23 ч. 56 мин. 4 сек. – 1 сутки). Каждая точка земной поверхности, кроме полюсов, описывает окружность в течение суток большей или меньшей величины, если считать, что ось неподвижна. В результате этого нам кажется, что небесные тела движутся с востока на запад. Экспериментальным доказательством вращения Земли вокруг оси служит опыт с маятником Фуко. С осевым вращением Земли связано несколько географических следствий:

сжатие Земли с полюсов;

смена дня и ночи, с которой связана суточная ритмика природы;

возникновение силы Кориолиса. При любом движении во вращающейся системе эта сила направлена перпендикулярно оси вращения. Благодаря силе Кориолиса, ветры умеренных широт обоих полушарий принимают преимущественно западное направление, а в тропических широтах – восточное (пассатное). Аналогичное проявление силы Кориолиса обнаруживается в направлении движения океанических вод. Кориолисовой силой объясняется и закон Бэра-Бабине, согласно которому правые берега рек северного полушария круче левых, а в южном полушарии ситуация противоположная.

Основными единицами измерения времени являются год и сутки. Продолжительность года определяется периодом обращения Земли вокруг Солнца, а продолжительность суток - промежутком времени, в течение которого Земля совершает полный оборот вокруг своей оси.

Путь, по которому Земля совершает годовое движение, называется ееорбитой . Орбита Земли, как и орбиты других планет солнечной системы, имеет форму эллипса. Земная ось наклонена к плоскости орбиты под углом 66°33’ . Плоскость земного экватора с плоскостью орбиты составляют угол 23°27" (Рис. 1).

Период полного обращения Земли вокруг Солнца, т. е. промежуток времени между двумя последовательными прохождениями центра Земли через точку весеннего равноденствия, называетсятропическим годом.

Точкой весеннего равноденствия называется та точка на орбите, в которой Земля находится 21 марта, осеннее равноденствие наступает 23 сентября. В это время на всех широтах Земли, исключая районы земных полюсов, день равен ночи.

Тропический год равен 365 суткам 5 ч 48 мин 46,1 сек. Для удобства пользования календарем год считают равным 365 суткам 6 ч, или три года по 365 дней, а каждый четвертый 366 дней (високосный).

За основную единицу измерения времени приняты звездные сутки - период между двумя последовательными верхними кульминациями звезды (точки весеннего равноденствия). Звездные сутки составляют 23 ч 56 мин 4 сек. За этот промежуток времени Земля поворачивается ровно на 360°.

В обыденной жизни невозможно пользоваться звездным временем, так как вся деятельность человека неразрывно связана с Солнцем, а не со звездами. Кроме того, звездные сутки в течение года начинаются в разное время дня и ночи, что также неудобно.

Рис. 1 Движение Земли вокруг Солнца.

Счет времени можно вести по видимому движению Солнца. Промежуток времени между двумя последовательными верхними кульминациями центра Солнца называется истинными солнечными сутками. Однако пользоваться ими неудобно, так как продолжительность истинных солнечных суток в течение года непостоянна. Причинами этого являются неравномерность движения Солнца по эклиптике и наклон эклиптики к небесному экватору под углом 23°27’ . Поэтому условились счет времени; вести относительно так называемого среднего Солнца. Промежуток времени между двумя последовательными верхними кульминациями среднего Солнца называют средними солнечными сутками, но за начало средних солнечных суток стали считать момент не верхней (среднего полудня), а нижней кульминации (средней полуночи).Среднее солнечное время, отсчитываемое от момента нижней кульминации, называют гражданским временем. Оно отличается от среднего солнечного времени ровно на 12 часов

.

Рис. 2 Карта часовых поясов Евразии

Среднее солнечное время, измеренное относительно меридиана наблюдателя, называется местным Тм.

Местное время, отсчитываемое от меридиана Гринвича (нулевого меридиана), называется гринвичским Тгр или всемирным .

Пользование местным временем в обыденной жизни создает значительные неудобства, так как при передвижении из одного пункта в другой нужно непрерывно переводить стрелки часов, согласуясь с местным временем каждого пункта. Чтобы этого избежать, почти во всех странах пользуются поясным временем Тп.

Сущность поясного времени заключается в том, что весь земной шар разделен с запада на восток меридианами на 24 часовых пояса, отличающихся друг от друга по долготе на 15°. Наибольшую ширину все часовые пояса имеют на экваторе; к северу и к югу они постепенно сужаются и сходятся в полюсах.

Каждый пояс имеет свой номер: нулевой, первый, второй и т. д. до 23-го (Рис. 2). Нулевой пояс выбран с расчетом положения Гринвичского меридиана по середине пояса. Номера поясов, возрастают в восточном направлении; разница по долготе между средними меридианами соседних часовых поясов составляет 15°. Следовательно, разница во времени между каждым поясом 1 ч. Внутри пояса установлено единое время, соответствующее местному гражданскому времени среднего меридиана этого пояса. Так как средний меридиан каждого пояса отстоит от крайних меридианов на 7,5°, то для пунктов, находящихся на границах пояса, поясное время отличается от их собственного местного времени на 0,5 ч.

При пересечении границы пояса стрелки часов переставляются ровно на один час вперед или назад в зависимости от того, какая граница пересекается: восточная или западная. Если пересекается восточная граница, стрелки часов переставляются на 1 ч вперед, а если пересекается западная граница, то стрелки переставляются на 1 ч назад. В нулевом поясе время исчисляется по гринвичскому местному времени.

Границы часовых поясов проходят точно по меридианам только в пустынях и океанах. На остальной территории земного шара границы часовых поясов обычно проходят по границам административного и государственного деления, вследствие этого в некоторых пунктах, расположенных на границах таких поясов, местное время может отличаться от поясного времени данного пояса более чем на 30 мин.

Границы часовых поясов устанавливаются соответствующими постановлениями правительственных органов каждого государства. Поясное время на территории нашей страны введено декретом Совета Народных Комиссаров от 8 февраля 1919 г., подписанным В. И. Лениным. На территории СССР было установлено 11 часовых поясов - со второго до двенадцатого включительно."

Кроме того, декретом СНК СССР от 16 июня 1930 г. все часы в нашей стране переведены на один час вперед по отношению к поясному времени. Это время называется декретным временем Тд .

Московским временем Тмск называют время среднего меридиана второго часового пояса плюс декретный час.

Для перехода от одной системы измерения времени к другой используются следующие соотношения:

Тм=Тп + l - N,

Тп=Тм - l + N,

где Тм - местное время пункта;

Тп - поясное время пункта;

l - долгота данного пункта, выраженная в единицах времени;

N -номер часового пояса.

Примечание. На территории СССР все пункты имеют восточную долготу, а часовые пояса расположены восточнее нулевого пояса. Поэтому для получения местного времени нужно к поясному времени прибавлять долготу, выраженную во времени, и вычитать номер часового пояса.

Перевод московского времени в гринвичское производится вычитанием из московского декретного времени номера 2-го пояса и одного часа:

Тгр=Тмск - (2+1).

Для перехода от гринвичского времени к поясному нужно к гринвичскому времени прибавить номер пояса и декретный час:

Тп=Тгр + N+1.

Линия смены дат -(демаркационная линия времени ) - это условно проведенная линия, проходящая примерно по меридиану 180° по водной поверхности, огибая острова и мысы.

По международному соглашению новая дата начинается на западной стороне демаркационной линии. На восточной ее стороне новая дата наступает только через 24 ч.

Следовательно, при пересечении линии смены дат с запада на восток с полночи, следующей за переходом этой линии, дата повторяется (календарь два дня показывает одно и то же число). При. пересечении этой линии с востока на запад в полночь за переходом ее дата изменяется сразу на две единицы (одно число выпадает из календаря). Поэтому экипажи воздушных судов, пересекая линию смены дат, придерживаются следующего установленного порядка изменения даты в бортовом журнале:

при пересечении линии смены дат в восточном направлении по истечении суток число (дату) повторяют;

при пересечении линии смены дат в западном направлении к наступающему числу прибавляют единицу.

В РФ линия смены дат находится на восточном побережье Чукотского полуострова.

Земля участвует в нескольких видах движений : вокруг собственной оси, вместе с другими планетами Солнечной системы вокруг Солнца, вместе с Солнечной системой вокруг центра Галактики и др. Однако наиболее важным для природы Земли являютсядвижения вокруг собственной оси и вокруг Солнца. Движение Земли вокруг собственной оси называется осевым вращением. Оно осуществляется в направлении с запада на восток (против часовой стрелки, если смотреть со стороны Северного полюса). Период осевого вращения равен приблизительно 24 часам (23 часа 56 минут 4 секунды), то есть земным суткам. Поэтому осевое движение называется суточным . Осевое движение Земли имеет как минимум четыре основных следствия : фигура Земли; смена дня и ночи; возникновение силы Кориолиса; возникновение приливов и отливов. Вследствие осевого вращения у Земли возникает полярное сжатие , поэтому и ее фигура представляет собой эллипсоид вращения. Вращаясь вокруг оси, Земля «направляет» к Солнцу то одно полушарие, то другое. На освещенной стороне – день , на неосвещенной –ночь . Продолжительность дня и ночи в разных широтах определяется положением Земли на орбите. В связи со сменой дня и ночи наблюдается суточная ритмика, которая наиболее ярко выражена у объектов живой природы. Вращение Земли «заставляет» движущиеся тела отклоняться от направления своего первоначального движения, причем вСеверном полушарии – вправо, а в Южном – влево. Отклоняющее действие вращения Земли получило название силы Кориолиса. Наиболее яркими проявлениями этой силы являются отклонения в направлении движения воздушных масс (пассаты обоих полушарий приобретают восточную составляющую), океанских течений, течения рек. Притяжение Луны и Солнца вместе с осевым вращением Земли обуславливают возникновение приливных явлений. Приливная волна обходит Землю дважды в сутки. Приливы и отливы свойственны всем геосферам Земли, однако наиболее отчетливо они выражены в гидросфере.Не меньшее значение для природы земли имеет ее орбитальное движение вокруг Солнца. Обрита Земли имеет эллиптическую форму, то есть в разных ее точках расстояние между Землей и Солнцем неодинаково. В июле Земля находится дальше от Солнца (152 млн км) , и потому ее движение по орбите слегка замедляется. В следствие этого Северное полушарие получает больше тепла по сравнению с Южным и здесь длиннее лето. В январе расстояние между Землей и Солнцем минимальное и равняется 147 млн км. Период орбитального движения составляет 365 полных суток и 6 часов. Каждый четвертый год считается високосным , то есть содержит 366 суток , поскольку за 4 года накапливаются лишние сутки. Принято считать, что основным следствием орбитального движения является смена времен года. Однако это происходит не только в результате годового движения Земли, но и из-за наклона земной оси к плоскости эклиптики, а также в связи с постоянством величины этого угла, которая составляет 66,5 °. Орбита Земли имеет несколько ключевых точек, которые соответствуют дням равноденствий и солнцестояний. 22 июня – день летнего солнцестояния. В этот день Земля повернута к Солнцу Северным полушарием, поэтому в этом полушарии лето. Лучи Солнца падают под прямым углом на параллель 23,5 ° с.ш. – северный тропик. На Северном полярном круге и внутри него – полярный день , на Южном полярном круге и к югу от него – полярная ночь. 22 декабря , в день зимнего солнцестояния , Земля по отношению к Солнцу занимает как бы обратное положением. В дни равноденствий оба полушария освещаются Солнцем одинаково. Лучи Солнца падают под прямым углом на экватор. На всей Земле, кроме полюсов, день равен ночи, и его продолжительность составляет 12 часов. На полюсах происходит смена полярных дня и ночи.