Годовое движение и суточное вращение земли. Движения земли

Происходит по орбите, имеющей форму эллипса, со скоростью около 30 км/с. Полный оборот Земля совершает за 365,26 суток. Это время называют звездным (сидерическим) годом . Ось Земли постоянно наклонена к плоскости орбиты под углом 66,5°. При движении Земли вокруг Солнца ось не меняет своего положения. Поэтому каждая точка земной поверхности встречает солнечные лучи под углами, изменяющимися в течение года. В разные периоды года полушария Земли получают одновременно неодинаковое количество солнечного тепла и света, что служит причиной смены времен года .

На расстоянии от экватора на 23°27′ к северу и югу расположены воображаемые параллельные круги на поверхности земного шара, которые называются тропиками (Северный, или тропик Рака, и Южный, или тропик Козерога), где Солнце один раз в году бывает в полдень в зените. Это - дни солнцестояний: 22 июня - день летнего солнцестояния : вертикально солнечные лучи падают на Северный тропик. В это время в северном полушарии наивысшее положение Солнца и оно получает больше тепла и света, здесь лето и самый длинный день. А есть места, где в это время Солнце совсем не заходит за горизонт. Это полярные области, лежащие между Северным полюсом и северным полярным кругом - параллели, отстоящей от экватора на 66°33′. Здесь - полярный день; на самом полюсе он длится до 186 суток. В южном полушарии в это время зима, а в полярных районах (за южным полярным кругом) - полярная ночь.

Через полгода, 22 декабря - наивысшее положение Солнца над горизонтом в южном полушарии в день зимнего солнцестояния . В зените Солнце в это время над южным тропиком, а в районе полюса оно не заходит за горизонт, в южном полушарии теперь лето, а в северном полушарии - зима. 21 марта и 23 сентября Солнце в зените над экватором и его лучи отвесно падают на экватор; северное и южное полушария освещены вплоть до полюсов; на всех широтах день и ночь продолжаются по 12 ч.; поэтому эти числа называются соответственно - день весеннего и день осеннего равноденствия . 21 марта в северном полушарии начинается астрономическая весна , в южном - осень , а 23 сентября, наоборот, в южном полушарии весна, а в северном осень.

Двигаясь вокруг Солнца, Земля вращается в то же время вокруг своей оси с запада на восток с полным оборотом в течение звездных суток, или за 23 ч 56 мин 4,0905 с среднего солнечного времени. С этим движением связана на Земле смена дня и ночи . На освещенной Солнцем стороне Земли - день, на противоположной, теневой стороне - ночь. Время оборота - сутки - определяют по Солнцу и звездам. Солнечные сутки - это промежуток времени между двумя прохождениями центра диска Солнца через меридиан точки наблюдения. Движение Земли вокруг оси и вокруг Солнца сложное, неравномерное, поэтому продолжительность истинных солнечных суток в течение года меняется. Для определения среднего солнечного времени берут среднюю продолжительность суток в течение года. Солнечные сутки немного длиннее полного оборота Земли, так как Земля движется вокруг Солнца в том же направлении, в котором вращается вокруг оси. Поэтому точное время оборота Земли определяется временем между двумя прохождениями звезды через меридиан данного места. Звездные сутки короче средних солнечных на 3 мин 55,91 с среднего времени.

Угол, на который поворачивается любая точка Земли за определенный отрезок времени, называется угловой скоростью вращения. За час точка продвигается на 15° (360°: 24 ч = 15°). А линейная скорость зависит от широты места. Наибольшая она на экваторе - 464 м/с и уменьшается в направлении полюсов. Например, на широте Санкт‑Петербурга (60°) она будет уже 232 м/с.

Только на полюсе нет обычного деления времени на дни и ночи, так как около полугода Солнце не опускается за горизонт и столько же времени не восходит. Представление об изменении продолжительности дня и ночи на разных широтах можно получить, рассмотрев чертеж, на котором изображено положение Земли в день летнего и зимнего солнцестояния. Видно, как проходит светораздельная плоскость в том случае, когда земная ось наклонена северным концом к Солнцу, и наоборот. В том полушарии, которое обращено к Солнцу, день длиннее ночи. На широтах же, которые вообще не пересекаются светораздельной линией, Солнце какое‑то время круглосуточно освещает (или не освещает) Землю; там смены дня и ночи не происходит.

В результате суточного вращения земного шара (кроме приполярных областей) происходит благоприятная для жизни смена умеренного нагревания в течение дня и умеренного охлаждения за ночь.

Одно из следствий вращения Земли вокруг оси - отклонение движущихся тел в северном полушарии вправо, в южном - влево. Оно вызывается действием силы Кориолиса , основанной на законе инерции, по которому каждое тело стремится сохранить направление и скорость своего движения, а вращающаяся Земля тем временем перемещается, это и вызывает отклонение в направлении движущегося тела. Сила Кориолиса оказывает отклоняющее действие на движение воздуха и воды (речных потоков, морских течений).

1. Суточное вращение Земли и его значение для географической оболочки

Земля совершает 11 различных движений, из которых важное географическое значение имеют следующие: 1)суточное вращение вокруг оси; 2)годовое обращение вокруг Солнца; 3) движение вокруг общего центра тяжести системы Земля-Луна.

Ось вращения Земли отклонена от перпендикуляра к плоскости эклиптики на 23026,5`. 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, т. е. угол, на который поворачивается какая-нибудь точка на поверхности Земли за любой отрезок времени, одинакова для всех широт. За один час точка пробегает 150 (3600: 24 часа = 150). 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. 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 150. Местное время среднего меридиана одного пояса от соседнего пояса отличается на 1 час. В действительности границы часовых поясов на суше проводятся не всегда по меридианам, а часто по политическим и географическим рубежам.

Вращение Земли вокруг своей оси дает объективную основу для построения градусной сетки. Во вращающейся сфере объективно выделяются две точки, к которым может быть привязана координатная сетка. Эти точки - полюсы, не участвующие во вращении, и поэтому неподвижные.

Ось вращения Земли - это прямая, проходящая через центр ее массы, вокруг которой вращается наша планета. Точки пересечения оси вращения с поверхностью Земли называются географическими полюсами; их два - северный и южный. Северным полюсом называется тот, со стороны которого планета вращается против часовой стрелки, как и вся Галактика.

Линия пересечения большого круга, плоскость которого перпендикулярна оси вращения, с поверхностью земного шара называется географическим или земным экватором. Можно сказать, что экватором называется линия, во всех точках равностоящая от полюсов. Экватор делит Землю на два полушария: северное и южное. Противоположность между северным и южным полушариями не только чисто геометрическая. Экватор - это линия смены времен года и отклонения движущихся тел вправо и влево, а также это видимый путь движения Солнца и всего небосвода.

Малые круги, плоскости которых параллельны экваториальной, пересекаясь с земной поверхностью, образуют географические параллели. Удаленность параллелей, а равно и всех других точек, от экватора выражается географической широтой. С точки зрения вращательного движения Земли географическая широта - это угол между плоскостью земного экватора и отвесной линией в данной точке. При этом Земля принимается за однородный шар радиусом 6 371 км. В этом случае географическую широту можно понимать как удаленность искомой точки от экватора в градусах. В отличие от географической широты, геодезическая широта определяется не только на шаре, но и на сфероиде как угол между плоскостью экватора и нормалью к сфероиду в данной точке.

Линия пересечения большого круга, проходящая через географические полюсы и через искомую точку, с поверхностью земного шара называется меридианом данной точки. Плоскость меридиана перпендикулярна к плоскости горизонта. Линия пересечения этих двух плоскостей и называется полуденной линией. Для определения начального меридиана объективного критерия нет. По международному соглашению в качестве начального принят меридиан обсерватории в Гринвиче (окрестности Лондона).

От начального меридиана ведется счет долгот. Географической долготой называется двугранный угол между плоскостями меридианов: начального и искомой точки, или расстояние в градусах от начального меридиана до определенного места. Счет долгот можно вести в одну сторону, в направлении движения Земли, т. е. с запада на восток, а можно и в две стороны. Это правило, однако, допускает исключения: например, мыс Дежнева, крайнюю точку Азии, можно считать как на 1700 з.д., так и на 1900 в.д.

Условность счета долгот позволяет делить Землю не по начальному меридиану, а по принципу полного охвата материков.

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 этим чередованием связана ритмика фотосинтеза, клеточного деления 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.
• 2. Годовое вращение Земли вокруг Солнца и его географическое значение

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, т. е. 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 0 33"15"".

В процессе годичного движения земная ось остается в неизменном положении, т. е. 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 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; на всех широтах день и ночь продолжаются по 12 часов. Поэтому эти числа называются днями равноденствия.
• 21 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, т. е. на 23033" (900 - 660 33" = 230 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 северным поворотным кругом. Северный поворотный круг называется также тропиком Рака по имени созвездия, в котором находится в это время Солнце. Южный поворотный круг иначе называется 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 66033" или Северного полярного круга.

В южном полушарии в этот день солнечный луч образует касательную к поверхности шара тоже на широте 660 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 поднимается над горизонтом.

Продолжительность дня в северном полушарии последовательно уменьшается, а в южном полушарии увеличивается до осеннего равноденствия - 23 сентября.

22 декабря, в день зимнего солнцестояния, отвесные лучи падают на южный тропик, а северные полярные страны, начиная от Северного полярного круга, не освещаются. На Южном полярном круге и далее к полюсу Солнце круглые сутки находится выше линии горизонта. Так продолжается до дня весеннего равноденствия - 21 марта.

Таким образом, тропиками, или поворотными кругами (греч. tropikos - круг поворота), называются параллели 230 27" южной и северной широты, на которых один раз в году в дни солнцестояний в полдень Солнце бывает в зените. Полярными кругами называются параллели 660 33" северной и южной широты, на которых один раз в году в дни летнего солнцестояния Солнце не заходит, а в дни зимнего солнцестояния не восходит.

Год - это не только единица измерения времени, но и продолжительность сезонных циклов многих явлений в живой и неживой природе: сезонная смена погод, установление и сход снежного покрова в умеренных широтах, годовой режим рек и озер, сезонная ритмика в жизни растений и животных. В природе практически нет тел и явлений, которые не испытывали бы на себе влияние сезонной ритмики.

3. Пояса освещения

Сезоны года (весна, лето, осень, зима) проявляются не однозначно для полушарий, а по определенным поясам, которые получили в географической литературе название поясов освещения. Всего насчитывается 13 поясов освещения. Рассмотрим эти пояса более подробно.

Экваториальный пояс располагается по обе стороны от экватора и ограничен параллелями 100с.ш. и 100ю.ш. Полуденная высота Солнца в этом поясе колеблется от 90 до 56,50; день и ночь здесь почти всегда равны, сумерки очень короткие, смены времен года нет.

Тропические пояса:

Северный тропический пояс ограничен параллелями 100 с.ш и 23, 50 с.ш.,

Южный тропический пояс - 100 ю.ш. и 230 ю.ш.

Полуденная высота Солнца в пределах тропических поясов колеблется от 90 до 470, продолжительность дня и ночи изменяется от 10,5 до 13, 5 часов; сумерки короткие, есть два сезона года, мало отличающиеся по температуре.

Субтропические пояса:

Северный субтропический пояс: 23,50 с.ш. - 400 с.ш.,

Южный субтропический пояс: 23,50 ю.ш. - 400 ю.ш.

В зените Солнце в пределах субтропических поясов не бывает. Высота Солнца близ тропика в летнее полугодие приближается к 900, а на противоположной границе зимой уменьшается до 26,50. Продолжительность дня и ночи для крайних широт колеблется от 9 часов 09 минут до 14 часов 51 минуты. Сумерки непродолжительные, часто выражены зима и лето, слабее выражены весна и осень.

Умеренные пояса:

Северный умеренный пояс: 400 с.ш - 580 с.ш.,

Южный умеренный пояс: 400 ю.ш. - 580 ю.ш.

Полуденная высота Солнца на полярной границе изменяется от 8,50 зимой до 55,50 летом. Продолжительность дня и ночи колеблется от 18 до 6 часов. Сумерки продолжительные. Четко выражены все четыре времени года (весна, лето, осень, зима). Зима и лето приблизительно равны.

Пояса летних ночей и коротких зимних дней:

Северный пояс летних ночей и коротких зимних дней: 580 с.ш. - 66, 50 с.ш.,

Южный пояс летних ночей и коротких зимних дней: 580 ю.ш. - 66,5 0 ю.ш.

Высота Солнца в полдень на полярных границах изменяется от 53,50 летом до 00 зимой. Около дня летнего солнцестояния бывают белые ночи, зимой - сумеречные дни, выражены все четыре времени года, зима длиннее лета.

Субполярные пояса:

Северный субполярный пояс: 66,50 с.ш. - 74,50 с.ш.

Южный субполярный пояс: 66,50 ю.ш. - 74,70 ю.ш.

Полярные границы субполярных поясов определяются опусканием Солнца в дни зимних солнцестояний для соответствующих полушарий ниже горизонта на 80. Поэтому полярная ночь в этом поясе носит характер сумерек, или является «белой»; она продолжается от 1 суток у полярных кругов до 103 суток на полярных границах. Летняя высота Солнца колеблется от 47 до 390.

Полярные пояса:

Северный полярный пояс: 74,50 с.ш. - 900 с.ш.,

Южный полярный пояс: 74,50 с.ш. - 900 ю.ш.

Солнце не восходит в Северном полушарии от 103 до 179 суток; наибольшая высота Солнца на полюсах - 23,50; времена года совпадают с днем и ночью.

4. Движение двойной планеты Земля-Луна и приливное трение

Всемирное тяготение уравновешивается всемирным отталкиванием. Суть тяготения (гравитации) заключается в том, что все тела притягиваются друг к другу пропорционально их массам и обратно пропорционально квадрату расстояния между ними. Отталкивание - это центробежная сила, возникающая при вращении и обращении небесных тел. Земля и Луна взаимно притягиваются, но Луна не может упасть на Землю, т. к. она вращается вокруг Земли и тем самым стремится от нее уйти.

Соответствие притяжения и отталкивания относительное, не полное. Расстояние между Землей и Луной таково, что силы их взаимного притяжения точно равны центробежной силе, возникающей при движении этих планет вокруг общего центра тяжести. Луна в 81,5 раза меньше Земли; поэтому общий центр тяжести системы Земля-Луна расположен не между ними, а внутри Земли, в удалении от центра Земли на 0,73 земного радиуса.

Равновесие притяжения и отталкивания справедливо для центров планет. Однако оно не распространяется на отдельные точки поверхности Земли. Поэтому происходит возмущение поля силы тяжести, вызывающее приливы и отливы.

Притяжение Луны действует на каждую точку поверхности Земли и всюду направлено в сторону Луны. Однако из-за больших размеров земного шара величина его, обратно пропорциональная квадрату расстояния, всюду различна. Сторона Земли, в данный момент обращенная к Луне, притягивается сильнее всего. На противоположной стороне притяжение слабее. Разница в притяжении составляет около 10 %.

Взаимодействующая двух сил - силы притяжения и центробежной силы - и есть приливообразующая сила.

Лучше всего приливы выражены в Мировом океане. Однако на приливообразующую силу реагирует и мантия, а следовательно, и земная кора, и, вероятно, ядро.

Установлено, что в Москве, например, приливообразующая сила достигает 50 см. Это значит, что дважды в сутки земная поверхность плавно поднимается на полметра, а затем также плавно опускается.

Приливной волне сопротивляются силы сцепления. Частицы взаимно перемещаются, преодолевая внутреннее трение. Это и есть приливное трение. На него расходуется энергия вращения Земли.

Вращение Земли в геологическом времени постепенно замедляется. В архее сутки продолжались, вероятно, 20 часов. В зависимости от уменьшения скорости вращения перестраивается фигура Земли и изменяется рельеф литосферы.

Земля совершает полный оборот вокруг оси за 23 ч 56 мин. 4 с. Угловая скорость всех точек на ее поверхности одинакова и составляет 15 град / ч. Линейная скорость их зависит от того расстояния, которое точки должны пройти за период их суточного вращения. С наибольшей скоростью вращаются точки на линии экватора (464 м / с). Точки же, которые совпадают с Северным и Южным полюсами, остаются практически неподвижными. Таким образом, линейная скорость точек, лежащих на одном меридиане, уменьшается от экватора к полюсам. Именно неодинаковой линейной скоростью точек на разных параллелях объясняется проявление отклоняющей действия вращения Земли (так называемой силы Кориолиса) справа в Северном полушарии и влево - в Южной относительно направления их перемещения. Отклоняющая действие особенно сказывается на направлении воздушных масс и морских течений.

Сила Кориолиса действует только на тела, движущиеся она пропорциональна их массе и скорости движения и зависит от широты, на которой расположена точка. Чем больше угловая скорость, тем больше сила Кориолиса. Отклоняющая сила вращения Земли с широтой растет. ее величину можно рассчитать по формуле

где m - масса; v - скорость тела, движущегося; w - угловая скорость вращения Земли; j - широта данной точки.

Вращение Земли вызывает быструю смену дня и ночи. Суточное вращение создает особый ритм в развитии физико-географических процессов и природы в целом. Одним из важных последствий суточного вращения Земли вокруг оси являются приливы и отливы - явление периодического колебания уровня океана, которое вызывается силами притяжения Солнца и Луны. Большая из этих сил месячная, а потому она и определяет основные черты приливных явлений. Приточные явления имеют место и в земной коре, но здесь они не превышают 30-40 см, тогда как в океанах в отдельных случаях достигают 13 м (Пенжинская губа) и даже 18 м (залив Фанди). Высота водных выступов на поверхности океанов составляет около 20 см, и они дважды в сутки оббегают океаны. Крайнее положение уровня воды в конце притока называется полной водой, в конце оттока - малой водой; разница этих уровней называется величиной прилива.

Механизм приливных явлений достаточно сложный. Основная их суть состоит в том, что Земля и Луна - единственная система в вращательном движении вокруг общего центра тяжести, который лежит внутри Земли на расстоянии примерно 4800 км от ее центра (рис. 10). Как и на всякую плоть, вращающийся на систему Земля - Луна действуют две силы: притяжение и центробежная. Соотношение этих сил на разных сторонах Земли неодинаково. На стороне Земли, обращенной к Луне, силы притяжения Луны крупнее центробежные силы системы, и их равнодействующая направлена к Луне. На стороне Земли, противоположной Луне, центробежные силы системы крупнее силы притяжения Луны, а их равнодействующая направлена от него. Эти равнодействующая и является припливоутворюючимы силами, они вызывают повышение воды на противоположных сторонах Земли.

Рис. 10.

Вследствие того, что Земля совершает суточное вращение в поле этих сил, а Луна движется вокруг нее, приточные волны пытаются двигаться в соответствии с положением Луны, поэтому в каждом районе океана в течение 24 ч 50 мин. дважды происходит прилив и дважды отлив. Ежедневное отставание на 50 мин. обусловлено опережающим движением Луны по его орбите вокруг Земли.

Солнце также вызывает на Земле приливы, хотя и втрое меньшей высоты. Они накладываются на лунные приливы, меняя их характеристики.

Несмотря на то, что Солнце, Земля и Луна находятся почти в одной плоскости, они непрерывно меняют свое взаимное расположение на орбитах, поэтому соответственно изменяется их приточный влияние. Дважды за месячный цикл - в новый (молодой) месяц и полнолуние - Земля, Луна и Солнце оказываются на одной линии. В это время приливные силы Луны и Солнца совпадают и возникают необычно высокие, так называемые сигизийни приливы. В первой и третьей четвертях Луны, когда приливные силы Солнца и Луны направлены под прямым углом друг к другу, они оказывают противоположное влияние и высота лунных приливов оказывается меньше примерно на одну треть. Эти приливы называются квадратурными.

Проблема использования колоссальной энергии приливов и отливов давно привлекала внимание человечества, но решение ее началось со строительства приливных электростанций (ПЭС) только сейчас. Первая ПЭС вступила в строй во Франции в 1960 г.. В России в 1968 было построено Кислогубская ПЭС на берегу Кольского залива. В районе Белого моря, а также в дальневосточных морях Камчатки запроектировано построить еще несколько ПЭС.

Приточные волны постепенно замедляют скорость вращения Земли, потому что они движутся во встречном направлении. Поэтому земные сутки становится длиннее. Подсчитано, что только по причине водных притоков за каждые 40 тыс. Лет сутки увеличивается на 1 с. Миллиард лет назад сутки на Земле составляла всего 17 часов. Через миллиард лет сутки продлится 31 час. А через несколько миллиардов лет Земля будет повернутой к Луне все время одной стороной, так же, как сейчас Луна к Земле.

Некоторые ученые считают, что взаимодействие Земли с Луной - одна из основных причин первичного разогрева нашей планеты. Приточный трения заставляет Луна удаляться от Земли со скоростью около 3 см / год. Эта величина сильно зависит от расстояния между двумя телами, которая сейчас составляет 60,3 радиуса Земли.

Если предположить, что поначалу Земля и Луна находились значительно ближе, то, с одной стороны и припливотворна сила должна быть больше. Приливная волна создает в теле планеты внутреннее трение, которое сопровождается выделением теплоты,

С вращением Земли вокруг своей оси связана ее прочность, которая зависит от угловой скорости суточного вращения планеты. Вращение порождает центробежную силу, прямо пропорциональна квадрату угловой скорости. Сейчас центробежная сила на экваторе, где она наибольшая, равен лишь 1/289 силы земного притяжения. В среднем Земля имеет 15-кратный запас прочности. Солнце - 200-кратный, а Сатурн - только 1,5-кратный в связи с быстрым вращением вокруг своей оси. Его кольца образовались, возможно, вследствие более быстрого вращения планеты в прошлом. Выдвигалась гипотеза, что и Луна образовалась в результате отрыва в районе Тихого океана части массы Земли в связи с ее быстрым вращением. Впрочем, после изучения образцов лунных пород эту гипотезу было отклонено, но то, что форма Земли изменяется в зависимости от скорости ее вращения, не вызывает у специалистов никаких сомнений.

С суточным вращением Земли связаны такие понятия, как звездный, солнечный, поясной и местное время, линия перемены дат и т. Время является основной единицей для определения времени, в течение которого происходит видимое вращение небесной сферы против часовой стрелки. Заметив на небе начальную точку, отчисляют от нее угол поворота, по которому вычисляют время, прошедшее. Звездный час отсчитывают с момента верхней кульминации точки весеннего равноденствия, в которой эклиптика пересекается с экватором. Им пользуются при астрономических наблюдениях. Солнечное время (настоящий, или истинный, средний) отсчитывают с момента нижней кульминации центра диска Солнца на меридиане наблюдателя. Местное время - это среднее солнечное время в каждом пункте Земли, который зависит от долготы данного пункта. Чем восточнее находится пункт на Земле, тем больше в нем местный время (каждые 15 ° долготы дают разницу во времени на 1 час), а чем дальше на запад, тем время меньше.

Земную поверхность условно разделен на 24 часовых пояса, на территории которых время считается равным времени центрального меридиана, то есть меридиана, проходящего через середину пояса.

В густонаселенных регионах пределы поясов проходят по границам государств и административных районов, иногда они совпадают с естественными границами: руслами рек, горными хребтами и тому подобное. В первом часовом поясе время на один час больше время нулевого пояса, или среднего солнечного времени Гринвичского меридиана, во втором поясе - на 2:00 и т. Д.

Поясное время, который разделяет планету на 24 часовых пояса, был введен во многих странах мира в 1884 p. И хотя его концентрация не устранило всех недоразумений, связанных с счетом времени (вспомним хотя бы недавние острые дискуссии в некоторых регионах Украины по поводу введения на ее территории вместо московского киевского времени, то есть времени второго часового пояса, в котором наша страна, собственно, и находится), все же система часовых поясов стала общепринятой на планете. Ведь поясное время не только мало отличается от местного, он также удобным при пользовании в далеких по географическому долготой путешествиях. В связи с этим будет уместно вспомнить одну интересную историю, которая неожиданно случилась с участниками первого кругосветного путешествия при ее завершении.

В конце 1522 узкими улицами испанского города Севильи шла необычная процессия: 18 моряков экспедиции Ф. Магеллана, только вернулись в родную гавань после дальней океанической путешествия. Люди были крайне истощены во время почти трехлетнего плавания. Впервые прошли они вокруг земного шара, совершили подвиг. Но победителей не были похожи. В дрожащих от слабости руках несли горящие свечи и медленно направлялись к собору, чтобы замолить невольный грех, которого допустили в долгом плавании...

В чем провинились первопроходцы планеты? Когда "Виктория" на обратном пути приблизилась к островам Зеленого Мыса, на берег была отправлена шлюпка за продуктами и свежей водой. Моряки вскоре вернулись на корабль и сообщили изумленной команде: на суше этот день почему-то считают четвергом, хотя по судовым журналом - среда. При возврате в Севилью они окончательно поняли, что потеряли в своем корабельном счета сутки! А это значит, что совершили большой грех, потому что отмечали все религиозные праздники на день раньше, чем этого требовал календарь. В этом и покаялись в соборе.

Каким же образом опытные мореплаватели потеряли сутки? Надо сразу сказать "что никакой ошибки в счете дней они не сделали. Дело в том, что земной шар вращается вокруг своей оси с запада на восток и через сутки совершает один оборот. Экспедиция Ф. Магеллана двигалась в противоположном направлении с востока на запад и с три года кругосветного путешествия она тоже сделала полный оборот вокруг земного оси, но в направлении, противоположном направлению вращения Земли, а это значит, что путешественники сделали на один оборот меньше, чем все человечество на Земле. И не потеряли сутки, а выиграли ее. Если бы экспедиция двигалась не на запад, а на восток, то в судовом журнале было бы записано на одни сутки больше, чем у всех людей. Астроном экспедиции Ф. Магеллана Антонио Пигафетта догадывался, что в разных местах земного шара в один и тот же момент время разный. А так оно и должно быть, ведь Солнце восходит не одновременно для всей планеты. Это означает, что на каждом меридиане существует местным временем, начало которого отсчитывается с того момента, когда Солнце находится низкое под горизонтом, то есть находится в так называемой нижний кульминации. Однако люди в своей повседневной деятельности не обращают на это внимания и ориентируются на поясное время, отвечающий местном времени срединного меридиана соответствующего часового пояса.

Но распределение земного шара на часовые пояса все же не решает всех проблем, в частности проблемы рационального использования светлого периода. Поэтому в последнее воскресенье марта во многих странах, в том числе в Украине, стрелки часов переводят на один час вперед, а в конце октября вновь возвращают на поясное время. Переход на летнее время позволяет более экономично расходовать топливно-энергетические ресурсы. Кроме того, это дает возможность людям больше времени работать и отдыхать в условиях естественного освещения, а для сна использовать наиболее темное время суток.

В практическом распределении часовых поясов на нашей планете специфическими являются пространства, через которые условно проходит линия перемены дат. Эта линия проходит в основном в открытом океане по географическому меридиану 180 ° и несколько отклоняется там, где она пересекает острова или отделяет различные государства. Сделано это во избежание определенных календарных неудобств для людей, которые их населяют. При пересечении линии с запада на восток дата повторяется, при движении в обратном направлении один день со счета исключается. Интересно, что в Беринговом проливе между Чукоткой и Аляской есть два острова, которые разделяет линия перемены дат: остров Ратманова, что принадлежит России, и остров Крузенштерна, который принадлежит СЕЛА. Преодолев расстояние в несколько километров между двумя островами, можно попасть... во вчерашний день, если вы плывете с острова Ратманова, или в завтрашний, когда направляетесь в противоположном направлении.

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 являются движения 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 в Северном 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.

сайт, при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.

Вспомни! Что называют орбитой Земли? На какие полушария делит Землю экватор?

Каждый день утром восходит Солнце, в полдень оно стоит высоко в небе, а вечером скрывается за горизонтом и наступает ночь. Почему же так происходит?

Подумайте! Или может Солнце одновременно осветить всю Землю? Почему? Могут ли солнечные лучи пройти сквозь Землю или обогнуть ее? Почему?

Рис. 13. Вращение Земли вокруг своей оси

Земля - непрозрачное космическое тело, которое движется вокруг своей оси с запада на восток. Когда одна сторона Земли, повернутая к Солнцу и освещается его лучами, то противоположную сторону в это время находится в тени. На освещенной стороне длится день, на неосвещенном - ночь. Полный оборот вокруг своей оси Земля делает за одни сутки, которая длится 24 часа. Следовательно, вращение Земли вокруг оси вызывает смену дня и ночи.

Вращаясь вокруг своей оси, Земля одновременно движется по орбите вокруг Солнца.

Существенно, что воображаемая ось Земли всегда расположена под одинаковым углом. Во время движения вокруг Солнца наша планета больше возвращается к нему то Южной, то Северной полушарием. Когда к Солнцу повернуто Северное полушарие, она получает много света и тепла, и на ней царит лето. В Южном полушарии в это время зима.

Рис. 14. Годовое движение Земли вокруг Солнца

Земля постоянно движется. Постепенно она все больше поворачивается к Солнцу Южным полушарием и отворачивается от него Северной. Там, где было лето, наступает осень, а в Южное полушарие после холодной зимы приходит весна.

Продолжая движение, через некоторое время Земля поворачивается к Солнцу так, что Северное полушарие освещается и согревается еще меньше, а Южная - еще больше. Тогда в Северном полушарии наступает зима, а в Южном - лето.

Впоследствии Земля снова начинает возвращаться к Солнцу Северным полушарием. Там теплеет и наступает весна, а в Южное полушарие приходит осень.

Итак, Северная и Южная полушария Земли во время ее вращения вокруг Солнца одновременно получают неодинаковое количество солнечного света и тепла, что обусловливает смену времен года.

Полный оборот вокруг Солнца Земля делает за один год, который длится 365 суток 5 ч 48 мин 46 сек. Это число округляют и в течение трех лет в календаре записывают по 365 дней. За 4 года 5 часов с минутами и секундами добавляют, и получается еще одна эпоха. Поэтому каждый четвертый год в календаре появляется 29 февраля. Год продолжительностью 366 суток называют високосным.

Обсудите! Что было бы на Земле, если бы ось не была наклонена?

Високосный год.

Проверь свои знания

1. Почему на Земле происходит смена дня и ночи?

2. Что такое сутки? Сколько времени она длится?

3. Почему на Земле меняются времена года?

4. Сколько времени длится обычный земной год? А високосный?

5. По мнению Димы, если Солнце больше освещает Северное полушарие, то на ее территории наступает весна. Прав ли мальчик? Объясни, почему.

Подытожим вместе

Земля одновременно осуществляет суточное и годовое движение. Смена дня и ночи является следствием ее вращения вокруг своей оси, которое длится 24 часа - сутки. Год - это период времени, за который Земля делает полный оборот вокруг Солнца. Он длится примерно 365 суток. Движение Земли вокруг Солнца вызывает смену времен года.

Изюминка для любознательных

Земля движется вокруг своей оси с определенной скоростью. Наибольшей она является на экваторе и составляет 464 м/сек. Средняя скорость движения Земли вокруг Солнца 30 км/сек.