Тема 5.
ОБщепланетарные факторы воздействия на ГЕОГРАФИческую оболочку
Географическая оболочка (ГО) - общепланетарное образование. Она - результат противоречивого взаимодействия земных (внутренних) и космических (внешних) сил. В результате этого взаимодействия возникают все разнообразные и разнородные горные породы, слагающие неровности земной поверхности.
Наука, изучающая рельеф и слагающие его горные породы, называется геоморфологией. Она - наука географическая и геологическая одновременно: "глубинно-геологический взгляд", по выражению Ю.К. Ефремова, нужен для того, чтобы представить подвижность и перемещение земной поверхности и формирование сложной структуры её ландшафтов.
Это название происходит от латинских слов литос - камень, сфера - шар. Буквальный перевод - "каменная сфера", твёрдая верхняя сфера, оболочка Земли, переходящая без определённой резкой границы в нижележащую астеносферу, прочность вещества которой относительно мала. Литосфера в современном понимании включает земную кору, то есть верхнюю сиалическую оболочку Земли и отделённую от неё границей Мохоровичича (Мохо) жёсткую часть верхней мантии Земли, имеющую оливин-пироксеновый состав (сочетание силициум + магний). Сверху литосфера ограничена атмосферой и гидросферой, которые частично проникают в неё. Мощность литосферы неопределённа и колеблется, вероятно, от 50 до 200 км. Мощность верхней её части - земной коры - достигает 30-60 км под материками и 5-10 км под океанами.
Земная кора по весу наполовину состоит из кислорода, приблизительно на 1/4 из кремния, на 1/3 - из алюминия и на 1/24 - из железа.
Различные соединения элементов, образующихся в результате природных процессов, называются минералами, которые группируются в некоторые естественные ассоциации, называемые горными породами. Они бывают трёх классов: осадочные, магматические, метаморфические.
Горные породы слагают материки и океаны - (выступ - впадина) - самые крупные неровности земной коры. Приблизительно 2/3 (361 млн. км2) земной поверхности покрыто океанами и 1/3 (149 млн. км2) приходится на долю материков. Строение земной коры под материками и океанами различно.
Основные структуры земной коры на материках составляют равнины-платформы и горы, складчатые зоны или геосинклинали.
На поверхности Земли, на материках в разных местах обнаруживаются горные породы разного возраста.
Некоторые районы материков сложены на поверхности наиболее древними породами архейского (AR) и протерозойского возраста (PT). Они очень метаморфизованы: глины превратились в метаморфические сланцы, песчаники - в кристаллические кварциты, известняки - в мраморы. Среди них много гранитов. Площади, на поверхность которых выходят эти наиболее древние породы, называются кристаллическими массивами или щитами (Балтийский, Канадский, Африканский, Бразильский и т. д.).
Другие области на материках заняты породами преимущественно более молодого - палеозойского, мезозойского, кайнозойского (Pz, Mz, Kz) возраста. Это, в основном, осадочные породы, хотя среди них встречаются и породы магматического происхождения, излившиеся на поверхность в виде вулканической лавы или внедрившиеся и застывшие на некоторой глубине. Существуют две категории площадей суши: 1) платформы - равнины: пласты осадочных пород залегают спокойно, почти горизонтально, в них наблюдаются редкие и небольшие складки. В таких породах очень мало магматических, особенно интрузивных, пород; 2) складчатые зоны (геосинклинали) - горы: осадочные породы сильно смяты в складки, пронизаны глубокими трещинами; часто встречаются внедрившиеся или излившиеся на поверхность магматические породы. Различия между платформами или складчатыми зонами заключаются в возрасте лежащих спокойно или смятых в складки пород. Поэтому платформы бывают древние и молодые. Говоря, что платформы могли образоваться в разное время, мы тем самым указываем на разный возраст складчатых зон.
Карты, изображающие расположение платформ и складчатых зон разного возраста и некоторые другие особенности строения земной коры называются тектоническими. Они служат дополнением геологических карт, представляющих наиболее объективные геологические документы, освещающие строение земной коры.
Толщина земной коры не одинакова под материками и океанами. Она больше под горами и равнинами, тоньше под океаническими островами и океанами. Поэтому выделяют два основных типа земной коры - материковый (континентальный) и океанический.
Средняя толщина материковой коры составляет 42 км. Но в горах она увеличивается до 50-60 и даже до 70 км. Тогда говорят о "корнях гор". Средняя толщина океанической коры - около 11 км.
Таким образом, материки представляют как бы излишние нагромождения масс. Но эти массы должны были бы создавать более сильное притяжение, а в океанах, где притягивающим телом является более лёгкая вода, сила тяжести должна была бы ослабевать. Но на самом деле таких различий нет. Сила тяжести всюду на материках и океанах приблизительно одинакова. Отсюда получается вывод: материковые и океанические массы уравновешены. Они подчиняются закону изостазии (равновесия), который читается так: дополнительным массам на поверхности материков соответствует недостаток масс на глубине, и наоборот - недостатку масс на поверхности океанов должны соответствовать какие-то тяжёлые массы на глубине.
Равновесие и подвижность земной коры
Изменения толщины земной коры под материками и океанами отвечают этим условиям равновесия.
Средняя плотность пород земной коры составляет 2,7 г/см3. Под земной корой ниже раздела Мохо вещество астеносферы увеличивает плотность до 3,3. Поэтому там, где земная кора тоньше (под низменностями, океанами, островами), там ближе к земной поверхности подступает тяжёлый подкоровый слой и его притяжение компенсирует "недостачу" масс на поверхности. Там, где толщина коры увеличивается, лёгкие массы снижают общую силу притяжения. Создаются условия, при которых земная кора как бы плавает на тяжёлой подстилке, подобно льдинам на воде: более толстая льдина глубоко погружается в воду, но и выше выдаётся над ней. Это поведение льдин соответствует закону Архимеда, определяющему равновесие плавающих тел. Поэтому данное состояние земной коры и называется изостазией.
Такое строение земной коры объясняет её движение.
Ниже границы Мохо располагается астеносфера - размягчённая верхняя мантия Земли, твёрдая, включающая в себя многочисленные расплавы вещества недр, способная к вязкому или пластическому течению. Под влиянием изменения температуры и давления на глубине в результате фазовых переходов вещества земная кора становится подвижной. расчеты показывают, что при изменении температуры на 8╟ объем вещества изменяется на 12-15 %. Если температура в астеносфере увеличивается, объем вещества тоже увеличивается, земная кора становится толще, и ее нижняя граница опускается. Если же температура при одном и том же давлении понижается на 8╟ , то вещество должно уменишить свой объем на 12-15 %, нижняя граница земной коры поднимается - кора становится тоньше. В результате утолщения кора будет всплывать, подниматься; при уменьшении толщины она будет тонуть, прогибаться. Этими процессами объясняют медленные колебательные горизонтальные и вертикальные движения земной коры. Быстрые механические движения земной коры - землетрясения и физико-химические - магматизм и вулканизм представляют частный случай медленных колебательных движений земной коры.
В нижней мантии вещество становится значительно более тяжёлым. Его плотность повышается, вероятно, до 5,6. Предполагают, что оно состоит из силикатов, очень богатых железом и магнием и бедных кремнезёмом. Возможно, что в нижней мантии расположен сульфид Fe.
На глубине 2900 км мантия кончается и начинается ядро Земли. Важнейшей особенностью ядра является то, что оно пропускает продольные волны и недоступно для поперечных. Поперечные упругие колебания проходят через твёрдые тела, но быстро угасают в жидкостях. Продольные колебания проходят сквозь твёрдые, а также жидкие тела. Из этого следует вывод, что ядро Земли находится в жидком состоянии. Конечно, оно не такое жидкое, как вода. Это густое вещество, близкое к твёрдому состоянию, но всё же значительно более жидкое, чем вещество мантии.
Внутри ядра выделяют ядрышко. Верхняя его граница находится на глубине 5100 км, то есть на расстоянии 1270 км от центра Земли. Здесь наблюдается резкий раздел, на котором скорость сейсмических колебаний ещё раз быстро падает, а потом, по направлению к центру Земли, снова начинает расти. Есть предположение, что внутреннее ядро твёрдое и что в жидком состоянии находится только внешнее ядро. Но поскольку внешнее ядро мешает прохождению продольных волн, то вопрос о состоянии внутреннего ядра пока не решён.
Согласно современной теории, с внешним ядром связано магнитное поле Земли. Заряженные электроны движутся во внешнем ядре на глубине 2900 и 5100 км, описывая круги или петли, и это их движение приводит к возникновению магнитного поля. Хорошо известно, что спутники не обнаружили магнитного поля на Луне. Это вполне соответствует предположениям об отсутствии у Луны ядра, подобного земному.
Магнитное поле и магнитные карты
Благодаря магнитному полю любое свободно подвешенное или свободно плавающее намагниченное тело устанавливается в определённом направлении - одним концом примерно на юг, другим концом приблизительно на север. Приблизительно потому, что полюса Земли в качестве магнита не совпадают с полюсами её как тела вращения.
Если исходить из того, что Земля однородно намагниченное тело, то магнитные полюса располагаются так: южный - в районе российской антарктической станции "Восток" (78╟ 32' ю.ш. и 110╟ 52' в. д.), а северный - в Гренландии вблизи Канадского архипелага (78╟ 32' c.ш. и 69╟ 09' p. д.).
Однако, кроме поля однородного намагничивания, у нашей планеты есть и неоднородное геомагнитное поле, вызываемое аномалиями. Это мировые, региональные и местные (локальные) аномалии. Такими аномалиями (они проявляются в отклонении значений земного магнетизма от их средних значений для данного места) существуют, например, в Средней Сибири, в Северной Америке, Южной Атлантике. На территории Средней Сибири, например, обнаруживается западное склонение вместо восточного. Магнитное поле этой аномалии очень медленно затухает с высотой. Третий искусственный спутник Земли обнаружил, что на высоте 300 км влияние аномалии уменьшается незначительно. Это значит, что региональные аномалии вызваны процессами, происходящими глубоко в Земле (мантии и ядре).
Локальные аномалии, например, Курская магнитная аномалия (КМА), существуют благодаря присутствию магнитных рудных тел - пород и руд. С высотой магнитное поле таких аномалий быстро убывает.
Силовые линии, идущие от одного магнитного полюса к другому - магнитные меридианы. Они не совпадают с географическими, а магнитная стрелка компаса не указывает географическое направление "север - юг". Угол между магнитным и географическим меридианами называется углом магнитного склонения или магнитным склонением (D). Склонение бывает восточным (положительным) и западным (отрицательным). В первом случае стрелка отклоняется к востоку от географического меридиана, во втором - к западу от него. Линии, соединяющие точки с одинаковым склонением, называются изогоны.
Свободно подвешенная магнитная стрелка сохраняет горизонтальное положение только на линии магнитного экватора, не совпадающего с географическим. В Западном полушарии магнитный экватор отступает к югу от экватора, а в Восточном - к северу от него. Угол, образованный магнитной стрелкой с горизонтальной плоскостью, называется углом магнитного наклонения, или магнитным наклонением (I).
Склонение бывает восточным (положительным) и западным (отрицательным). В первом случае стрелка отклоняется к востоку от географического меридиана, во втором - к западу от него. Линии, соединяющие точки с одинаковым склонением, называются изогоны.
Рис. 6. Составляющие магнитного поля
В ходе геомагнитных измерений, помимо магнитного склонения (D) и наклонения (I), регистрируются величины горизонтальной (H) и вертикальной (Z) составляющей напряжённости магнитного поля. Горизонтальная составляющая (H) обычно направляется по магнитному меридиану на северный магнитный полюс, а вертикальная составляющая (Z) - по вертикали вниз. Имея названные элементы геомагнитного поля, можно легко вычислить вектор напряжённости магнитного поля (B) в рассматриваемой точке пространства, который называют полным полем:
Z
B = H2 + Z2; B = H ∙ sec I = Z ∙ cosec I; Tg I = ---.
Н
За единицу напряжённости магнитного поля обычно принимают
эрстэд (э). Эрстэд - это напряжённость магнитного поля, которое на единичную магнитную массу действует с силой в одну дину.Для измерения слабых полей употребляется более мелкая единица - гамма (g )
; 1 э = 100000 g .В системе СИ за единицу напряженности принимают ампер на метр (а/м) = 4p ∙ 10-3 э.
Вертикальная составляющая напряжённости магнитного поля (Z) в общем увеличивается от нуля на магнитном экваторе до 0,7 э на магнитных полюсах. Горизонтальная составляющая H, наоборот, уменьшается от 0,3 - 0,4 э на магнитном экваторе до 0 на магнитных полюсах. Величина напряжённости полного геомагнитного поля в общем возрастает от экватора к полюсам от 0,25 - 0,35 э до 0,6 - 0,7 э.
Магнитосфера. Взаимодействие магнитного поля Земли и солнечного ветра
Первые измерения геомагнитного поля показали, что с удалением от Земли неоднородности геомагнитного поля сглаживаются, и оно равномерно убывает обратно пропорционально кубу расстояния от центра Земли до рассматриваемой точки (r3). Однако дальнейшие измерения показали, что такая зависимость справедлива до расстояния 6-7 радиусов Земли. На больших расстояниях убывание напряженности происходит значительно медленнее. А при расстоянии, равном на дневной стороне десяти радиусам Земли, была обнаружена граница, за которой напряженность поля резко убывает от 100-200 до 10-5g . Последние величины характерны для межпланетного пространства. Область пространства, где величина геомагнитного поля превышает значение постоянного межпланетного магнитного поля, называется магнитосферой Земли. Эту границу предлагают считать верхней границей газовой оболочки Земли. Хотя напряжённость геомагнитного поля невелика, но чтобы создать наблюдаемое геомагнитное поле, потребовалось бы поместить в центр Земли гигантский цилиндрический магнит длиной 4000 км и диаметром 200 км. Магнитный момент такого диполя, то есть произведение намагниченности на объём магнита, равен 8 ∙ 1025 ед. СИ. Если же отнести этот момент ко всему объёму земного шара, то средняя намагниченность вещества составит 0,072 ед. СИ, то есть менее тысячной доли намагниченности обычных магнитов.
Магнитное поле Земли имеет огромный объём, а его намагниченность пропорциональна объёму поля. Поэтому влияние его на земные процессы чрезвычайно велико.
Магнитосфера либо отклоняет, либо захватывает заряженные частицы, летящие от Солнца или образующиеся под воздействием космических лучей на атомы и молекулы воздуха земной атмосферы. Само поле при этом испытывает во времени изменения напряжённости - магнитные вариации.
Установлено, что мировые аномалии медленно перемещаются в западном направлении со скоростью 0o , 2 долготы в год. Это явление, открытое в 1957г., получило название западного дрейфа магнитного поля. Процесс изменения среднегодовых значений того или иного элемента магнитного поля именуется вековой вариацией, а изменение их величины за один год - вековым ходом. Самую большую вековую вариацию имеет магнитное склонение.
Для изучения всех вариаций в магнитных обсерваториях ведётся непрерывная регистрация элементов магнитного поля Земли с помощью самопишущих приборов. Результаты записей называются магнитограммами. Они показывают, что элементы магнитного поля могут меняться
периодически (плавно и правильно), а иногда очень нерегулярно. Дни с малыми изменениями называют спокойными, с заметными вариациями возмущений - возмущёнными.Периодические вариации бывают:
|
солнечно-суточные - связаны со сменой дня и ночи; |
|
лунно-суточные равны половине лунных суток; |
|
годичные вариации - вызваны сезонным движением земной атмосферы. |
Микропульсации - длятся от долей секунды до нескольких сотен секунд; пока не имеют объяснения. Различают большое количество типов таких колебаний, отличных по форме, периоду и амплитуде.
Нерегулярные случайные возмущения принято разделять по территориальному признаку на три типа:
|
магнитные бури - возмущения наблюдаются одновременно на всём земном шаре; |
|
локальные возмущения - происходят на ограниченных площадях земной поверхности, делятся обычно несколько часов, амплитуда их не превышает 100g ; |
|
перманентные возмущения - наблюдается в околополюсных полярных шапках ежедневно и непрерывно в течение всего дня. |
Под влиянием солнечного ветра (корпускулярного плазменного солнечного потока) магнитосфера Земли деформирована. При встрече солнечного ионизированного газа с магнитосферой Земли возникает ударная волна, которая находится на расстоянии 2-4 R. Под давлением солнечного ветра силовые линии геомагнитного поля, выходящие из полярных шапок, сносятся с дневной стороны на ночную сторону Земли и образуют там сильно вытянутый в сторону от Солнца хвост сигарообразной формы. Хвост магнитосферы состоит из двух силовых трубок, соответствующих двум полярным шапкам и разделённых плоским нейтральным слоем, который начинается с расстояния 8-9 R и в котором напряжённость поля близка к нулю. Силовые линии в хвосте приблизительно параллельны направлению от Солнца. Диаметр хвоста составляет около 40 R. По данным запущенного в августе 1966 г. космического корабля "Пионер-7", длина его составляет около 900 R, или 5,6 млн. км.
Через нейтральный слой и "щели", которые разделяют силовые линии, уходящие вперёд на дневную сторону и в хвост на ночную сторону, возможен прорыв горячей солнечной плазмы, что вызывает полярные сияния и нерегулярные вариации геомагнитного поля.
Таким образом, околоземное пространство делится на три области.
Первая область - невозмущённый поток солнечной плазмы или солнечного ветра. Она расположена перед фронтом ударной волны.
Вторая область находится между ударной волной и границей магнитосферы и называется переходной областью или магнитопаузой. Её протяжённость составляет несколько земных радиусов. Как и первая область, она заполнена солнечной плазмой, но менее плотной и относительно более медленной. Движение здесь носит ярко возмущённый характер, который очень изменчив во времени.
Третья область - это пространство, занятое геомагнитным полем, и есть магнитосфера. Оно заполнено корпускулярной радиацией, средняя энергия которой значительно выше, чем вне магнитосферы. Высокоэнергетические частицы образуют вокруг Земли гигантские радиационные пояса.
Границы этих областей определяются конфигурацией силовых линий геомагнитного поля. Внутренняя, то есть ближайшая к Земле граница, расположена в экваториальных районах на высоте от 600 до 1000 км над земной поверхностью. С увеличением геомагнитной широты она опускается вниз и на широтах ╠ 65o снижается до 100 км. Внешняя граница области захваченной радиации начинается на широтах ╠ 65o на высоте около 100 км. С уменьшением широты она быстро растет и доходит на экваторе до 35000 км с дневной стороны и до 50000 км с ночной. Границы области, захваченной радиации, проектируются вдоль силовых линий на земную поверхность в виде двух колец (по одному в северном и южном полушариях). Кольца располагаются внутри зон полярных сияний. Область захваченной радиации заполнена в основном электронами и протонами высоких энергий.
Известно, что наша Земля имеет форму шара.
Последствия шарообразности для явлений, совершающихся на Земле:
Представления о Земле, как о шаре, удовлетворяли учёных вплоть до XVII в., когда в 1672 г. Рише обнаружил замедление качания маятника на экваторе. В 1690 г. Гюйгенс и Ньютон объяснили поведение маятника меньшей удалённостью полюсов от центра Земли, по сравнению с экватором. Исаак Ньютон показал, что вращающийся шар должен быть сфероидом или эллипсоидом вращения.
Таблица 5.1
Основные параметры референц-эллипсоида 1967 г. по спутниковым и наземным геодезическим измерениям
Параметр |
Обозначения |
Величина |
Экваториальный радиус |
Ra |
6378,16 ∙ 103 м |
Полярный радиус |
Rb |
6356,76 ∙ 103 м |
Разность Ra - Rb |
? R |
21,40 ∙ 103 м |
Сжатие |
Ra - Rb/ Ra |
1/298,26 |
Поверхность равновеликого шара |
S3 |
510,1 ∙ 1012 м2 |
Объём референц-эллипсоида |
V3 |
1082,2 ∙ 1021 м3 |
Масса Земли |
M3 |
5,973 ∙ 1024 кг |
Средняя плотность |
у |
5,52 ∙ 103 кг/м3 |
Гравитационная постоянная |
G3 |
398601 ∙ 103 м3/с |
Дальнейшие геодезические и наземные измерения обнаружили, что Земля не правильный сфероид, что поверхность Земли отличается от математически правильной формы сфероида, если даже пренебречь частными неровностями рельефа. По отклонению расчётных орбит ИСЗ от реальных было установлено, что радиус северного полушария длиннее радиуса южного полушария на 6-15 м. Поэтому такую фигуру Земли назвали кардиоидом ("сердцевидным").
Земная поверхность в каждой своей точке устойчивее всего, когда её положение перпендикулярно направлению силы тяжести. В связи с неравномерной плотностью Земли направление силы тяжести отклоняется от направлений радиусов эллипсоидальной Земли. Поэтому поверхность планеты не является шаровидной. Она располагается то выше, то ниже поверхности эллипсоида. Форму Земли, поверхность которой всюду перпендикулярна направлению силы тяжести, назвали геоидом. Уклонения поверхности геоида от поверхности сфероида невелики и достигают ╠ 100 - 200 м. Географическими следствиями геоидальности можно признать асимметрию полушарий: северного и южного, западного и восточного.
Географические следствия суточного вращения Земли
Земля вращается вокруг своей оси с запада на восток и совершает один оборот в течение периода, называемого сутками. Время одного оборота вокруг оси - сутки - может быть определено по Солнцу и звёздам. Солнечные сутки - промежуток времени между двумя последовательными прохождениями центра Солнца через меридиан точки наблюдения. Из-за сложности движения Солнца и Земли продолжительность истинных солнечных суток не постоянна. Сутки длиннее действительного времени полного оборота Земли. Поэтому для определения среднего солнечного времени применяются такие сутки, продолжительность которых равна средней длине суток в течение года. Время действительного полного суточного оборота Земли определяется временем между двумя прохождениями звезды через меридиан данного места. Звёздные сутки = 23 часа 56 мин. 4 сек.
Угловая скорость вращения Земли (w ) = 360╟ : 24 часа = 15╟ .
Линейная скорость вращения Земли зависит от широты V1 = V ∙ cos j , где V - скорость на экваторе 464 км/с.
Географические следствия суточного вращения Земли велики.
В качестве всемирного (мирового) времени принято время начального (гринвичского) меридиана. Чтобы перевести местное время на всемирное и обратно, нужно знать угловое расстояние от начального меридиана, то есть его долготу.
В Советском Союзе с целью упорядочения расходования электроэнергии в 1930 г. был принят декрет о передвижении стрелок на 1 час вперёд поясного времени, а в 1984 г. был осуществлён переход на "летнее" и "зимнее" время.
3. Вследствие вращения Земли вокруг оси, всякое тело, движущееся по земной поверхности в каком-либо месте, за исключением экватора, отклоняется от первоначального направления своего движения. Движущееся тело по инерции стремится сохранить скорость и направление своего движения. Это условие действительно, если рассматривать движение тела относительно мировых координат. Однако движение тел происходит во вращающейся сфере. Поэтому кажется, что эти тела отклоняются от первоначального направления. Сила, вызывающая это отклонение, получила название поворотной или кориолисовой. Тела, движущиеся в северном полушарии, отклоняются вправо, а в южном полушарии - влево. На земной поверхности это явление наблюдается в отклонении ветров, океанических течений, отчасти оно проявляется в неодинаковом подмывании реками своих берегов.
q - сила Кориолиса
? - движение с учётом силы Кориолиса
6 - движение без учёта силы Кориолиса
F = 2 mvw ∙ sin j
поворотная сила
v - скорость движения воды, ветра и т. п.
w - угловая скорость вращения Земли
m - масса
4. В результате вращения Земли вокруг общей оси Земля - Луна тело Земли испытывает упругую деформацию, вытягивается по направлению к Солнцу и Луне, принимая форму симметричного яйца. Поднятия и опускания испытывают все точки земной поверхности, но особенно это заметно на водной оболочке Земли. Вследствие вращения Земли на своей оси приливные выступы превращаются в приливную волну, которая обходит кругом земного шара, перемещаясь навстречу вращению Земли, с востока на запад. Приливная волна, вечно движущаяся навстречу вращению Земли, замедляет его. Сутки на Земле возрастают на 1 сек. в 40 тыс. лет. Около 1 млрд. лет назад сутки на Земле составляли 17 час. Земля вращалась с большей скоростью, обеспечивая приливную волну на экваторе (трансгрессия океана) при одновременной регрессии вод океана у полюсов. Очертания материков и океанов были иные. А это в свою очередь обеспечивало иную циркуляцию атмосферы, иные природные особенности земного шара.
Приливы и отливы наблюдаются на морских побережьях. Обычно два раза в течение суток вода поднимается, заливая песчаные отмели и низкие берега, и два раза в сутки спадает, обнажая большие пространства дна мелкого моря. Прилив сменяется отливом через 6 час. 12,5 мин. Лунные сутки длиннее земных и составляет 24 часа 50 минут. Наблюдать прилив и отлив можно у всех берегов океана. Посреди океана высота прилива невелика. У берегов океанических островов уровень воды поднимается на 0,5-1 м. Гораздо больше высота приливов в устьях рек и в заливах, расширяющихся к океану. Так, в устье р. Темзы у Лондона прилив достигает 5 м, в бухте Фанди (Чесапикский залив) отмечены максимальные приливы, высота которых 16 м. У берегов России высота приливов достигает 11 м.
Происхождение приливов и отливов было объяснено Ньютоном, который указал, что эти движения морской воды происходят вследствие притяжения, которое оказывает Луна на водную массу.
В результате вращения системы Земля - Луна около оси вращения центробежные силы, возникающие во всех точках Земли, должны быть равны и иметь общее направление. Одновременно на каждую точку земной поверхности действуют силы притяжения Луны. Равнодействующая этих двух сил, построенная по правилу физики, выразит приливообразующие силы Луны.
Таким образом, в каждой точке земного шара приливообразующая сила Луны есть равнодействующая между притяжением этой точки Луны и центробежной силой, приложенной к той же точке, возникшей от обращения системы Земля - Луна вокруг их общего центра тяжести.
Такое же действие оказывает и Солнце. Поэтому возникают солнечные приливные волны, подобные лунным, но направленные на Солнце. Они в 2,17 раз меньше лунных, поскольку Солнце отстоит гораздо дальше от Земли, чем Луна.
Среднее расстояние от Земли до Солнца - 23500 земных радиусов. Во время новолуния и полнолуния (сизигии - греч. сопряжение, соединение) солнечные приливы складываются с лунными и поэтому приливы оказываются высокими.
Во время квадратур (первая и последняя четверти Луны), наоборот, солнечные приливные волны вычитаются из лунных, и приливы становятся менее высокими.
5. Замедление вращения Земли вокруг оси проявляется также в уменьшении полярного сжатия.
Убывание скорости осевого вращения точек на разных параллелях идёт неравномерно. В низких широтах эта скорость нарастает медленнее, а в средних - быстрее.
Rn = R ∙ cos j R30 = 6378 ∙ 0,8660 = 5660 км (1/7 экваториального); R60 = 6378 ∙ 0,500 = 3189 6378 ∙ 0,500 = 3189 км (1/2 экваториального). Возникают критические дуги - меридианы и параллели, а на их пересечении происходит скачкообразное изменение в фигуре Земли.
Широты 35╟ и 62╟ оказываются критическими не только для колебаний литосферы (тектонически активные зоны), но и циркуляции атмосферы и океанических масс. Вещество Земли оттекает от экватора к этим широтам, и земная кора испытывает поднятия.
Вращение Земли, асимметричной по экватору, обусловливает неравенство проявления тектонических напряжений в различных меридиональных секторах (тектонически активные меридианы): 105╟ в. д. -байкальский; 75╟ з. д. - среднеамериканский, 165╟ з. д. - среднетихоокеанский и 35╟ в.д. - среднеафриканский. Это меридианы наибольшего поднятия-опускания литосферы.
Время, в течение которого Земля совершает один оборот вокруг Солнца, составляет солнечный или тропический год, который равен 365 сут. 5 час. 48 мин. 46 сек. Земля находится на среднем расстоянии от Солнца 149,5 млн. км. Она проходит орбиту (путь за год) 940 млн. км, двигаясь со скоростью 107 тыс. км/ч или 29,8 км/с. В афелии (наибольшем расстоянии от Солнца - 5 июля) скорость её движения уменьшается до 29,3 км/с, а в перигелии (наиболее близком расстоянии - 3 января) скорость возрастает до 30,3 км/с. Поэтому лето в северном полушарии несколько длиннее, чем в южном.
Географические следствия годового движения Земли
Календарь - системы правильного, без повторений и пропусков счёта суток.
Смена времён года возможна на Земле вследствие вращения Земли вокруг Солнца и оси, наклонной по отношению к плоскости орбиты на 23╟27'.
21 марта и 23 сентября - дни равноденствия - наклон оси нейтрален. Высота полуденного Солнца над горизонтом (h) 21 марта и 23 сентября - дни равноденствия: h = 90╟- j .
21 июня - день летнего солнцестояния: h = 90╟ - j + 23╟27' - Солнце в зените на тропике Рака.
22 декабря - день зимнего солнцестояния: h = 90╟ - j - 23╟27' - Солнце в зените на тропике Козерога.
Полярные круги - 66╟33' - 21-22 июня, 21-22 декабря 24 часа в сутки бывает день или ночь.
В результате наклона земной оси и разного угла падения солнечных лучей на круглую поверхность Земли на ней существуют пояса освещённости или радиации: один тропический занимает 40% поверхности Земли, два умеренных 50% и два полярных 10% земной поверхности.
Вопросы для самостоятельной работы
Почему происходит смена времён года?