рухи Землі

Земля робить безліч рухів одночасно. У географії прийнято враховувати і аналізувати три з них: орбітальний рух, добове обертання і рух системи Земля - ​​Місяць.

Рух Землі навколо Сонця. Навколо Сонця Земля рухається по орбіті, яка мало відрізняється від кола. Ексцентриситет земної орбіти е = 0,017, середній радіус орбіти 149,6 млн. Км. Сонце розташоване в одному з фокусів еліптичної орбіти Землі, внаслідок чого відстань між Землею і Сонцем протягом року міняється від 147,117 млн. Км (в перигелії) до 152,083 млн. Км (в афелії). Велика піввісь орбіти Землі, рівна 149,6 млн. Км, приймається за одиницю при вимірі відстаней в межах Сонячної системи.

Швидкість руху Землі на орбіті тим вище, чим менше радіус-вектор (відстань від Землі до Сонця). Середня орбітальна швидкість Землі 29,765 км / с. У перигелії Земля буває на початку січня. Отже, в цей час рух по орбіті відбувається швидше, тому зимове півріччя в північній півкулі коротше, ніж у південній.

Під дією тяжіння інших планет положення площини земної орбіти, а також її форма повільно змінюються протягом мільйонів років: нахил екліптики - від 0 до 2,9 °, а ексцентриситет - від 0 до 0,067.

Земна вісь нахилена по відношенню до площини орбіти. Вона утворює з нею кут, рівний 66 ° 33 '. У процесі руху вісь переміщується поступально, тому на орбіті виникають 4 характерні точки. У дні рівнодення радіус-вектор знаходиться в площині екватора, а светораздельная лінія ділить все паралелі навпіл. Завдяки цьому сонячні промені на екваторі опівдні падають прямовисно і на всій земній кулі день дорівнює ночі (на полюсах відбувається зміна дня і ночі). Розрізняють весняне й осіннє рівнодення. У дні сонцестоянь площину екватора знаходиться по відношенню до сонячного променя (і радіусу-вектору орбіти) під кутом 23 ° 27 '. Сонце в цей момент знаходиться в зеніті над одним з тропіків. Розрізняють літнє і зимове сонцестояння.

З нахилом земної осі до площини орбіти пов'язано наявність таких характерних паралелей, як тропіки і полярні кола. Полярне коло - паралель, широта якої дорівнює куту нахилу земної осі до площини орбіти. Тропік - паралель, широта якої є кут, що доповнює кут нахилу земної осі до прямого. Полярні кола є межами поширення полярного дня і полярної ночі. У полярний день (ніч) Сонце протягом доби або більше не входить (не зійшли). Тривалість полярного дня (ночі) закономірно зростає з широтою місця від 1 добу (полярне коло) до півроку (полюс). Тропіки є межами зенітального положення Сонця опівдні. На тропіках Сонце буває в зеніті один раз, в просторі між ними - два рази на рік.

Встановлено, що кут нахилу земної осі до площини орбіти змінюється з періодом близько 40 тис. Років. Це важливий географічний фактор. Від кута нахилу осі залежить контрастність сезонів року (особливо в помірних широтах): чим менше цей кут, тим у великих межах змінюється протягом року кут падіння сонячних променів. Крім того, зазначений кут визначає, як було показано вище, положення полярних кіл і тропіків. Чим він більший, тим ближче між собою ці паралелі і тим більше простір, яке відокремлене ними в приполярному (полярні кола) і приекваторіальному (тропіки) поясах. Зі збільшенням кута нахилу мінливість кута падіння сонячних променів зменшується, зменшується і вираженість сезонів року. Таким чином астрономічний фактор, заломлюючись через фактор радіаційний, впливає на природу земної поверхні, обумовлюючи сезонний ритм її зміни.

Обертання Землі. Добове обертання Землі відбувається навколо осі, яка в силу гироскопического ефекту прагне зберігати постійне положення в просторі. Обертання Землі відбувається рівномірно. Відрізок часу між двома послідовними проходженнями площині меридіана даної точки через центр Сонця називають сонячнимицілодобово. Обертання Землі відбувається проти годинникової стрілки, якщо дивитися з північного полюса.

Географічні слідства добового обертання Землі такі:

1. Зміна дня і ночі, т. Е. Зміна протягом доби положення Сонця щодо площини горизонту даної точки. З цією зміною пов'язані добовий ритм сонячної радіації, інтенсивність якої залежить від кута нахилу земної осі, ритми нагрівання та охолодження, місцевої циркуляції повітря, життєдіяльності живих організмів.

2. Вісь обертання, полюси і екватор є основою географічної системи координат. Екватор служить площиною симетрії, щодо якої розміщуються пояса освітлення, змінюється величина сонячної радіації і інші важливі параметри. Від півкулі (північного або південного) залежить напрямок сили Коріоліса, а від широти - її величина; полюси не беруть участі в добовому обертанні.

3. Деформація фігури Землі - декомпозиція з полюсів (полярне стиснення); вона пов'язана зі зростанням відцентрової сили від полюсів до екватора.

4. Існування сили Коріоліса (геострофічних, або поворотною сили):

де т - маса, v - швидкість тіла, що рухається, з - кутова швидкість обертання Землі, ф - широта даної точки. Сила Коріоліса діє тільки на рухомі тіла, пропорційна їх масі і швидкості руху і залежить від широти, на якій розташована точка. Чим більше кутова швидкість, тим більше сила Коріоліса (т. Е. З подовженням діб за рахунок дії приливної тертя сила Коріоліса зменшується). Останній фактор істотний тільки в віковому аспекті: для невеликих відрізків часу кутова швидкість приймається постійною.

5. Суперпозиція відцентрової сили і сили тяжіння на Землі дає силу тяжіння. Сила тяжіння - це векторна різниця між силою тяжіння і відцентрової (рис. 1.6). Відцентрова сила зростає від 0 на полюсах до максимального значення на екваторі. Відповідно зі зменшенням відцентрової сили від екватора до полюса сила тяжіння зростає в тому ж напрямку і досягає максимуму на полюсі (дорівнює силі тяжіння).

Сила тяжіння

Деформація фігури Землі, обумовлена ​​відмінностями сили тяжіння, ще в більшій мірі підкреслює збільшення відцентрової сили (зменшення сили тяжіння) до екватора і, таким чином, ще більше сприяє сплюснутости Землі з полюсів.

Вісь обертання Землі повільно описує щодо деякого напряму - осі екліптики - конус з кутом близько 23,5 °. Цей рух називається прецесією. Внаслідок прецесії відбувається зміщення точки весняного рівнодення назустріч орбітальному руху Сонця - так зване попереджання рівнодення (приблизно на 20 хв на рік). За 26 тис. Років здійснюється один цикл цього руху. Він створює ще один циклічний процес, що надає змін в природі великомасштабну періодичність.

Гравітаційна взаємодія Землі з Місяцем і Сонцем. Природний супутник Землі Місяць обертається навколо Землі по еліптичній орбіті із середнім радіусом 384 400 км (т. Е. Трохи більшим, ніж 60 земних радіусів - скорочено 60 R). Система Земля - ​​Місяць, яку ми будемо розглядати, має загальний центр мас, віддалений від центру Землі на 3/4 її радіусу. Обидва небесних тіла переміщаються відносно центру мас таким чином, що будь-яка точка одного небесного тіла описує однакову орбіту. Отже, в кожній такій точці виникає однакова відцентрова сила, яка не залежить від широти місця (на відміну від добового обертання).

На кожну точку Землі діє крім відцентрової сила тяжіння, спрямована до Місяця. Вона залежить від відстані до обурює маси. Якщо від центру маси Місяця до центру маси Землі відстань дорівнює 60 R, то до найближчої до Місяця точки воно становить лише 59 R, а до найдальшої - 61 R. За законом всесвітнього тяжіння величина сили тяжіння обернено пропорційна квадрату відстані між центрами мас. Отже, в точці Z (рис. 1.7) сила тяжіння більше, ніж в точці О, а в точці N - менше, ніж в будь-який з точок тіла Землі. Величини сил показані векторами.

Освіта приливоутворюючої сили під впливом Місяця

Як уже зазначалося, відцентрова сила в будь-якій точці однакова, так як кожна точка описує однакову орбіту. У центрі маси Землі має місце рівність сил тяжіння і відцентрової. У точках Z і N рівності немає: в точці Z сила тяжіння більше відцентрової, а в точці N - більше відцентрова сила. Це призводить до утворення приливних деформацій - опуклостей, або стоячих хвиль.

Внаслідок обертання Землі приливні виступи утворюються в кожен наступний момент вже в нових місцях земної поверхні, тому за проміжок часу між двома послідовними верхніми (або нижніми) кульмінаціями Місяця приливні виступи обійдуть навколо всієї земної кулі і за цей час в кожному місці відбудеться два припливи і два відливу.

Аналогічна взаємодія відбувається між Землею і Сонцем (а також іншими небесними тілами, але воно незначне). Маса Сонця незрівнянно велика в порівнянні з масою Місяця. У той же час відстань від Землі до Сонця також значно більше, ніж до Місяця, тому величина сонячного припливу приблизно в 2,2 рази менше, ніж місячного. Так як взаємне положення Землі, Місяця і Сонця постійно змінюється, то змінюються і величини сонячних і місячних припливів. Сонячні припливи змінюють величину місячних припливів. Якщо приливні хвилі місячного і сонячного походження підсумовуються, прилив називається сізігійний, якщо віднімаються - квадратурних.

Приливні виступи - стоячі хвилі - прагнуть зберегти по відношенню до обурюють тіл одне і те ж положення. В результаті гальмується добове обертання Землі. Середня величина такого гальмування (зміна тривалості доби) мізерно мала, близько 1/40 000 с / рік. Однак за тривалі проміжки часу (в геологічному масштабі) це призводить до помітних наслідків: подовження доби, зменшення полярної сплюснутости Землі, зменшення сили Коріоліса. Деякі вчені намагаються пояснити гальмуванням добового обертання Землі різні тектонічні і географічні процеси.

На закінчення зазначимо, що приливні явища відбуваються не тільки в гідросфері, а й в інших оболонках Землі. Висота приливної хвилі в літосфері в середніх широтах може досягати 0,4 м. Вертикальні руху, викликані приливної хвилею, призводять до виділення теплової енергії, обумовленої внутрішнім тертям в'язкої речовини Землі.