Земля одновременно вращается вокруг своей оси, движется вокруг Солнца, около общего с Луной и около общего для всей Солнечной системы центров тяжести, а также в составе Солнечной системы перемещается вокруг ядра Галактики. Однако для жизни на планете главными про-цессами являются осевое и орбитальное движения нашей планеты.Земля вращается с запада на восток против часовой стрелки и делает полный оборот вокруг оси за 23 ч 56 мин 4,1 с (звездные сутки ).
За земную ось принимают воображаемую прямую линию, вокруг которой вращается Земля. Земная ось пересекается с земной поверхностью в двух точках, называемых полюсами - Северным и Южным.
Экватор - большой круг, образованный пересечением Земли, перпендикулярный оси вращения на расстоянии, равном от обоих полюсов. Если мысленно пересечь Землю рядом параллельных экватору плоскостей, на земной поверхности появятся линии, называемые параллелями , имеющими направление запад-восток. При мысленном пересечении Земли плоскостями, проходящими через ось ее вращения, на поверхности Земли возникают линии, называемые меридианами , имеющие направление север-юг. Линейная скорость вращения всех точек на одном меридиане уменьшается от экватора к полюсам.
Период полного осевого вращения Земли - сутки . Они приняты за естественную единицу измерения времени. Отрезок времени, за который Земля делает оборот вокруг своей оси по отношению к Солнцу, называют истинными солнечными сутками . Солнечные сутки несколько длиннее звездных, что объясняется одновременным вращением Земли вокруг оси и ее движением вокруг Солнца. В то же время Земля при своем движении по орбите меняет скорость: находясь ближе к Солнцу (в перигелии), движется быстрее, а дальше (в афелии) движется медленнее. Это приводит к тому, что продолжительность истинных солнечных суток в течение года неодинакова. Для удобства истинное солнечное время заменяют средним солнечным, которое всегда равно 24 ч . За начало суток принимают момент нижней кульминации среднего Солнца, т.е. полночь.
Сутки начинаются одновременно на всем меридиане. Каждый меридиан имеет свое местное время, и чем восточнее он расположен, тем раньше начинаются на нем сутки. Вращаясь, Земля за 1 час поворачивается на 15 о,поэтому на меридианах, отстоящих друг от друга на 15 о, местное время отличается на 1 час. Если расстояние между меридианами 1 о, разница во времени 4 мин. Местное время неудобно из-за различий во времени соседних пунктов, расположенных на разных меридианах, поэтому в конце XIX в. ввели поясное время , разделив всю поверхность Земли на 24 часовых пояса по 15 о каждый. При переходе границы время меняется на 1 час.
Начальный пояс проходит по обе стороны от нулевого меридиана, называемого Гринвичским . Время начального меридиана принято в качестве всемирного времени . Границы поясов не везде проведены по меридианам, а с учетом политических, административных и хозяйственных границ. Границы поясов не везде проведены по меридианам, а с учетом политических, административных и хозяйственных границ.
С целью экономии электроэнергии и более полного использования населением солнечного освещения в утренние часы во многих странах, в том числе и в России, в конце марта стрелки часов переводили на 1 час вперед. Это время называется летним. В конце октября стрелки переводили на 1 час назад - это зимнее время, соответствующее поясному. В 2011 году отменено зимнее время в России.
При переезде из одного часового пояса в другой стрелки часов нужно перевести вперед, если движетесь на восток, или назад, если движетесь на запад. В конце кругосветного путешествия с запада на восток стрелки будут переведены вперед на 24 ч, т.е. одни сутки будут «потерянными». Чтобы при перелете из одного полушария в другое счет времени был правильным, установили условную линию - линию перемены дат . Она проходит по 180 о-му меридиану в Тихом океане и не пересекает сушу. При пересечении этой линии с востока на запад одни сутки из счета выбрасываются, т.е. после 1 сентября наступит 3, а при пересечении этой линии с запада на восток на следующий день повторится то же число. Земля, вращаясь вокруг своей оси, в то же время движется вокруг Солнца со средней скоростью 30 км/с. При такой большой скорости она совершает полный оборот вокруг Солнца за 365 суток 5 ч 48 мин 46 с.
Этот период называется астрономическим годом . Путь, по которому Земля движется вокруг Солнца, называется орбитой . Орбита представляет собой замкнутую кривую, имеющую форму эллипса длиной 940 млн км. Солнце находится не в центре, а смещено в сторону - в один из фокусов, поэтому расстояние от Земли до Солнца меняется в зависимости от положения Земли на орбите. Времена года на Земле существуют по той причине, что земная ось не находится под прямым углом к плоскости орбиты. При движении по орбите направление земной оси не меняется и всегда направлено в сторону Полярной звезды.
ночь могут быть равны на всех широтах только в тот момент, когда земная
ось лежит в светораздельной плоскости, а светораздельная линия проходит через географические полюса. Это день весеннего равноденствия .Затем каждый день вплоть до 21 июня Солнце в полдень бывает в зените в более северных точках планеты. В Северном полушарии лето наступает, когда Северный полюс наклонен в сторону Солнца. 22 июня называют днем летнего солнцестояния . Солнце находится в зените на параллели 23 о 27΄ с. ш. Эту параллель называют Северным тропиком - тропиком Рака. В это время самая большая продолжительность светлой части суток, она не меняется в течение нескольких дней. В это же время на параллели 66 о 33΄ с. ш. вплоть до 90о Земля оказывается полностью освещенной и при вращении не попадает в тень. Смены дня и ночи не происходит. Это время называют полярным днем. После 22 июня все эти явления происходят в обратном порядке до тех пор, пока 23 сентября Солнце вновь не окажется в полдень в зените на линии экватора и линия, отделяющая освещенное полушарие от неосвещенного, не пройдет через полюса. Это день солнечного (осеннего ) равноденствия .
Земля продолжает движение по орбите и все больше поворачивается к
Солнцу своим Южным полушарием. 22 декабря Солнце в полдень нахо-дится в зените в самых южных точках на параллели 23 о 27΄ ю. ш., которую
называют южным тропиком - тропиком Козерога. Это второе солнцестояние в году - лето в Южном полушарии. В это время к северу от Северного полярного круга бывает полярная ночь, а к югу от Южного полярного круга - полярный день. Установить возраст Земли оказалось возможным после открытия явления радиоактивности. Стало понятно, что радиоактивные ядра распадаются с постоянной скоростью, не зависящей от изменения окружающих физико-химических условий. В природе есть элементы, содержащиеся в минералах, радиоактивный распад которых используется в геологическом летоисчеслении. Это U238, U235, Th232, K40, Rb87, C14.
Абсолютный возраст горной породы определяется из количественного
сооотношения в ней радиоактивного элемента и продуктов его распада.
Длительное время считали, что самым древним горным породам Земли3,8-3,9 млрд лет. Они обнаружены в Восточной Сибири, в Западной части Гренландии, в Антарктиде. Позже в Австралии в песчаниках возрастом 2,9 млрд лет обнаружили минерал циркон, которому 4,3 млрд лет. Циркон попал в песчаники при разрушении более древних пород. В результате обработки земных и лунных образцов пород, метеоритов
установлен их возраст - 4,55 млрд лет.
Итак, предполагают, что землеподобные планеты имеют возраст 4,6-4,55 млрд лет, а возраст Солнца 4,65-4,6 млрд лет
Подобно тому, как Земля обращается вокруг Солнца, вокруг Земли движется Луна - естественный спутник нашей планеты, расположенный на расстоянии 384 000 км. Диаметр Луны в 4 раза, а масса в 81 раз меньше Земли, поэтому сила тяготения на Луне примерно в 6 раз меньше земной.
Слабая сила притяжения не позволяет Луне удержать плотную атмосферу и сохранить на её поверхности воду. У Луны очень слабое магнитное поле и нет железного ядра. Луна покрыта рыхлым слоем реголита, состоящего из фракций магматических пород. Минералогический состав лунных пород близок к земным базальтам, но отличается по содержанию оксидов железа и титана. Реголит - хороший теплоизолятор, не позволяющий проникнуть резким колебаниям температур (от +130 до –170 о С) глубже нескольких десятков сантиметров. Так, в течение лунного дня, который длится 15 земных суток, лучи Солнца накаляют лунный грунт вблизи экватора до 130 о С. В течение ночи, которая длится также 15 земных суток, грунт остывает до –70 о С. Рельеф Луны образуют горные хребты, кольцевые горы-кратеры и равнинные области, называемые морями, на которых наблюдаются отдельные мелкие кратеры метеоритного происхождения. В отдельных местах лунной поверхности зафиксировано небольшое истечение вулканических газов.
Луна делает полный круг на небе за 27 суток 7 часов 43 минут - это звездный месяц, называемый сидерическим. Происхождение Луны - предмет ряда гипотез. Предполагают, что 1) образование Луны из того же газово-пылевого облака шло одновременно с Землей; 2) Земля вращалась очень быстро и сбросила часть своего вещества; 3) произошел захват Луны как постороннего тела Землей; 4) произошел скользящий удар о Землю космического тела, масса которого соответствует массе Марса и выброс вещества мантии Земли в околоземное пространство с последующим формированием Луны из этого вещества. Так как состав лунных пород близок составу мантийного вещества Земли, последняя гипотеза пользуется наибольшей популярностью.
Под действием притяжения Луны тело Земли испытывает упругую де-
формацию, принимая форму симметричного яйца, вытянутого по направлению к Луне вдоль линии, соединяющей центры Земли и Луны. Особенно заметной деформации подвергается водная оболочка Земли. В наиболее близкой к Луне точке океанической поверхности и в диаметрально противоположной образуется вспучивание водной массы (приливной выступ), а на круге, расположенном посередине между этими точками перпендикулярно к линии Земля - Луна, возникает понижение водной поверхности. Вследствие вращения Земли приливные выступы превращаются в приливную волну, которая обходит вокруг земного шара, перемещаясь навстречу вращению Земли, т.е. с востока на запад. Прохождение через какое-нибудь место гребня волны создает здесь прилив, прохождение впадины волны - отлив. В течение лунных суток бывает два повышения и два понижения уровня моря. Промежуток времени между двумя смежными самыми высокими (или самыми низкими) стояниями уровня равен 12 ч 25 мин. Во время новолуния и полнолуния, когда Солнце и Луна расположены почти на одной прямой, приливообразующие влияния обоих космических тел складываются, и приливы на Земле достигают наибольшей высоты. Когда направления на Луну и Солнце образуют прямой угол, их влияния вычитаются, и приливы на Земле наименьшие.
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 запада на восток против часовой стрелки, совершая полный оборот за сутки. Средняя угловая скорость вращения, т.е угол, на который смещается точка на земной поверхности, для всех широт одинакова и составляет 15 ° за 1 час. Линейная скорость, т.е путь,проходимый точкой в единице времени,зависит от широты места. Географические полюсы не вращаются, там скорость равна нулю. На экваторе точка проходит наибольший путь и имеет наибольшую скорость 455м/с. Скорость на одном меридиане разная, на одной параллели одинаковая.
Доказательством вращения Земли является фигура самой планеты, наличие сжатия земного эллипсоида. Сжатие возникает при участии центробежной силы, развивающейся в свою очередь на вращающейся планете. Любая точка на Земле находится под воздействием земного притяжения и центробежной силы. Равнодействующая этих сил направлена к экватору, оттого Земля в экваториальном поясе выпукла, у полюсов имеет сжатие.
К географическим следствиям осевого вращения Земли относятся возникновение силы Кориолиса, суточный ритм в географической оболочке.
Приливные выступы, образованные в теле Земли (в литосфере, океаносфере и атмосфере) притяжением Луны и Солнца, превращаются в приливную волну, которая обходит кругом земного шара, перемещаясь навстречу его вращению, т. е. с востока на запад. Прохождение гребня волны через какое-нибудь место создает здесь прилив, прохождение впадины -- отлив. В течение лунных суток (24 час. 50 мин.) бывает два прилива и два отлива.
Наибольшее географическое значение имеют морские приливы и отливы: они приводят к правильно чередующимся затоплениям и осушениям низменных побережий, подпору воды в низовьях рек и возникновению приливо-отливных течений. Средняя высота прилива в открытом океане около 20 см, колебания уровня моря у берегов, зависящие от приливов и отливов, несколько больше, но обычно не превышают 2 м, хотя в отдельных случаях доходят до 13 м (Пенжинская губа) и даже до 18 м (залив Фанди).
Важным следствием осевого вращения Земли является кажущееся отклонение тел, движущихся в горизонтальном направлении, от направления их движения. По закону инерции, всякое движущееся тело стремится сохранить направление (и скорость) своего движения относительно Мирового пространства. Если движение происходит относительно перемещающейся поверхности, например вращающейся Земли, наблюдателю на Земле кажется, что тело отклонилось. В действительности тело продолжает двигаться в заданном направлении.
Сила Кориолиса возрастает от экватора к полюсам, она способствует образованию атмосферных вихрей, оказывает влияние на отклонение морских течений, благодаря ей подмываются правые берега рек в Северном полушарии левые берега -в Южном полушарии.
В районах, удаленных от экватора, наиболее важной для вполне установившегося движения воздуха является чаще всего сила Кориолиса. Рассмотрим частицу воздуха в северном полушарии, двигающуюся из области высокого давления в область низкого давления благодаря силе градиента давления. Предположим, что изобары представляют собой прямые линии, а трение отсутствует.
Рис.3.4
Сила Кориолиса будет поворачивать частицу воздуха вправо, а сумма силы градиента давления (СГД) и силы Кориолиса (СК) будет увеличивать скорость. По мере возрастания скорости частицы сила Кориолиса, пропорциональная скорости и, также будет возрастать, а значит, будет возрастать и ее отклоняющее действие. В точке, где частица начинает двигаться перпендикулярно СГД, СК и СГД действуют в противоположных направлениях, и результирующая сила будет зависеть от того, какая из них окажется больше. Если это СГД, ускорение будет направлено влево от движения, возрастет скорость и возрастет и сила Кориолиса, что заставит частицу сместиться в обратном направлении. Если большей окажется сила Кориолиса, она заставит частицу отклониться больше вправо, ее скорость уменьшится, а значит, уменьшится сила Кориолиса, что вынудит частицу вернуться назад. В результате может установиться равновесие, если СГД остается постоянной в течение всего времени, пока частица движется перпендикулярно ей, а СК в точности равна ей по величине и противоположна по направлению. В этом случае частица не испытывает ускорения, и движение называют геострофическим. Соответствующий ветер дует параллельно изобарам так что в северном полушарии область высокого давления остается справа от него. В южном полушарии, наоборот, область высокого давления остается слева. Эти утверждения составляют суть сформулированного в XIX в. закона Бейс-Балло, который гласит: если стать лицом к ветру в северном полушарии, то низкое давление будет справа от вас, в южном - слева от вас.
Суточное вращение Земли неравномерно: в августе оно быстрее, в марте -- медленнее (разность в длине суток при этом около 0,0025 сек.). Периодические его изменения связаны с сезонными переменами циркуляции атмосферы, смещением центров высокого и низкого атмосферного давления; например, зимой избыточное давление холодных масс воздуха на Евразию составляет 5 10 12 т, летом вся эта масса возвращается на океан. Колебания скачкообразные, нерегулярные (вследствие которых продолжительность суток может измениться до 0,0034 сек.) стимулируются перемещением масс внутри Земли. Приближение масс к оси вращения или удаление их от оси влечет соответственно ускорение или замедление суточного вращения. Пульсации скорости вращения Земли могут быть вызваны и климатическими изменениями, влекущими за собой перераспределение водных масс на поверхности, например переход значительной части гидросферы в твердую фазу.
Наиболее интересен, однако, вековой ход изменения скорости вращения. Эффект торможения этой скорости приливной волной, бегущей навстречу вращению Земли, оказывается сильнее эффекта увеличения скорости от гравитационного сжатия и уплотнения внутренних частей планеты. В результате, продолжительность суток на Земле возрастает каждые 40 000 лет на 1 с. (по другим данным--на 0,64 с. за тот же период).
Эти величины следует иметь в виду при палеогеографических построениях. Если взять первое значение (1 с. в 40 000 лет), легко подсчитать, что 500 млн. лет назад, т. е. на рубеже кембрия и ордовика, сутки были немногим длиннее 20 час, а 1 млрд. лет назад (в протерозое) --17 час. В последнем случае субтропические максимумы атмосферного давления, лежащие ныне на широтах ±32°, должны были располагаться на параллелях ±22°, т. е. быть тропическим максимумом, со всеми вытекающими отсюда последствиями для общего характера атмосферной циркуляции на Земле. Через 1 млрд лет продолжительность суток возрастет до 31 час (т.к в году останется только 283 дня). В конце концов вследствие приливного торможения Земля окажется повернутой к Луне всё время одной стороной, как это уже произошло с Луной по отношению к Земле, и земные сутки станут равными лунному месяцу.
Еще во II веке до н.э. греческий астроном Гиппарх обнаружил, что точка весеннего равноденствия медленно перемещается относительно звезд навстречу годичному движению Солнца. Благодаря тому, что равноденствие наступает раньше, чем Солнце совершает полный оборот по эклиптике, явление получило название предварения равноденствий или прецессии. Величина этого смещения за год называется постоянной прецессии и по современным данным составляет около 50".
Прецессионное движение земной оси в основном вызвано притяжением Луны и Солнца. Если бы Земля была шаром, то он притягивался бы Луной и Солнцем силами, приложенными к его центру. Но поскольку Земля сплюснута к полюсам, то на экваториальную выпуклость будет действовать сила, стремящаяся повернуть Землю таким образом, чтобы ее экваториальная плоскость проходила через притягивающее тело. Из-за действия этой силы создается опрокидывающий момент. Солнце в течении года дважды отходит от плоскости земного экватора на угол е ~ 23°26", а удаление Луны дважды в месяц может достигать 28°36". Однако сравнительно быстрое осевое вращение Земли создает гироскопический эффект, благодаря которому отклонение происходит в направлении, перпендикулярном действующей силе. Подобный эффект наблюдается у вращающегося гироскопа -- при действии внешней силы его ось начинает описывать в пространстве конус, тем более узкий, чем быстрее вращение.
Рис.3.5Схема образования опрокидывающего момента, действующего на Землю со стороны Солнца и Луны. Силы, действующие на экваториальную выпуклость (в точках А и В), разложены на компоненты, параллельные направлению на возмущающее тело из центра Земли О, и компоненты, перпендикулярные плоскости земного экватора (AA" и BB"). Последние и выступают в роли опрокидывающих сил
В отношении Земли в роли основной внешней силы выступает притяжение Солнца, которое и вызывает основную часть смещения земной оси с периодом 26 000 лет. Поскольку период вращения узлов орбиты Луны составляет 18.6 лет, то с таким же периодом меняются и пределы изменения угла отклонения Луны от плоскости земного экватора, что и проявляется в виде нутаций с тем же периодом. Величину прецессии и нутации можно было бы вычислить теоретически, но для этого не хватает данных о распределении масс внутри Земли, и поэтому ее приходится определять из наблюдений положений звезд в разные эпохи.
От угловой скорости вращения зависит "прочность" нашей планеты. Центробежная сила на экваторе составляет 1/289 силы земного притяжения. При ускорении вращения Земли в 17 раз центробежная сила увеличилась бы в 17 2 =289 раз, тела на экваторе потеряли бы свою тяжесть и мог бы произойти отрыв от Земли части вещества. Очевидно, Земля застрахована от подобной судьбы своим 17-кратным запасом прочности, которая к тому же постепенно растет из-за уменьшения скорости вращения и, следовательно, ослабления центробежной силы.
Смена дня и ночи создает суточный ритм в географической оболочке, он проявляется в живой и неживой природе: в суточном ходе всех метеорологических элементов -- температуре, влажнели, давлении; таяние горных ледников происходит днем; фотосинтез происходит днем, на свету, многие растения раскрывается в разные часы суток. Человек тоже живет по часам; в определенные часы у него падает работоспособность, Повышается температура тела и давление.
Период обращения Луны на орбите - около 28 дней, за это время она возвращается в прежнее место. А что при этом происходит у нас под ногами? Все знают о морских приливах и отливах. Вода притягивается гравитационной силой Луны, и такая волна следует по поверхности морей и океанов вслед за Луной. Но ведь гравитация действует отдельно на каждый атом и молекулу, притягивая их. Просто на воде это виднее из-за её однородности в огромных масштабах и текучести. Каждая частца нашего организма тоже испытывает приливы и отливы гравитационной силы. Жидкая кровь особенно. И все циклы жизнедеятельности организма привязаны к периоду обращения Луны. Предполагают, что Луна специфически влияет на состояние вегетативной нервной системы и на такие важные структуры головного мозга, как мозжечок, гипоталамус, эпифиз. Отмечают, что при полнолунии возрастают работоспособность человека и возбудимость его нервной системы, повышается раздражительность, а при новолунии наблюдается обратная картина (слабость, снижение активности, творческих сил и способностей) и как следствие этого прослеживается связь настроения людей со сменой лунных фаз.
Частицы твёрдой Земли тоже испытывают циклическое воздействие гравитационной силы. Если текучая вода притягивается к Луне на несколько метров, то твёрдая земля растягивается по направлению к Луне на полметра и на несколько сантиметров вбок.
На северном полюсе Земли Солнце приблизительно полгода бывает незаходящим, а полгода -- невосходящим светилом. Около 21 марта Солнце здесь появляется над горизонтом (восходит) и вследствие суточного вращения небесной сферы описывает кривые, близкие к окружности и почти параллельные горизонту, поднимаясь с каждым днем все выше и выше. В день летнего солнцестояния (около 22 июня) Солнце достигает максимальной высоты h max = + 23° 27". После этого Солнце начинает приближаться к горизонту, высота его постепенно уменьшается и после дня осеннего равноденствия (после 23 сентября) оно скрывается под горизонтом (заходит). День, длившийся полгода, кончается и начинается ночь, которая длится также полгода. Солнце, продолжая описывать кривые, почти параллельные горизонту, но под ним, опускается все ниже и ниже, В день зимнего солнцестояния (около 22 декабря) оно опустится под горизонт на высоту hmin = - 23° 27", а затем снова начнет приближаться к горизонту, высота его будет увеличиваться, и перед днем весеннего равноденствия Солнце снова появится над горизонтом. Для наблюдателя на южном полюсе Земли (j = - 90°) суточное движение Солнца происходит подобным же образом. Только здесь Солнце восходит 23 сентября, а заходит после 21 марта, и поэтому когда на северном полюсе Земли ночь, на южном -- день, и наоборот.
Форма Земли зависит от размеров планеты, распределения в ней плотностей и от скорости осевого вращения. Ни один из этих факторов нельзя назвать стабильным.
Вследствие глубинного сжатия Земли радиус ее сокращается примерно на 5 см в столетие, значит, делается меньше и объем Земли. Однако это вековое уменьшение носит пульсирующий характер, потому что его на время прерывают периоды расширения Земли, вызываемые огромным количеством тепла, освобождаемого сокращением радиуса.
Описанные выше процессы отражаются и на скорости вращения Земли: при укорочении радиуса эта скорость возрастает, при удлинении -- замедляется. Следовательно, при вековой тенденции к уменьшению объема планеты вековая тенденция изменения скорости ее вращения должна идти в сторону ускорения этого вращения. Но так как в дело вмешивается еще один (и притом весьма мощный) фактор -- приливное торможение, то в конечном итоге скорость вращения Земли систематически становится меньше. А это означает ослабление в вековой перспективе полярного сжатия Земли.
Земля вращается вокруг оси с запада на восток, т. е. против часовой стрелки, если смотреть на Землю с Полярной звезды (с Северного полюса). При этом угловая скорость вращения, т. е. угол, на который поворачивается любая точка на поверхности Земли, одинаков и составляет 15° за час. Линейная скорость зависит от широты: на экваторе она наибольшая – 464 м/с, а географические полюса неподвижны.
Главным физическим доказательством вращения Земли вокруг оси служит опыт с качающимся маятником Фуко. После того как французский физик Ж. Фуко в 1851 г. в парижском Пантеоне осуществил свой знаменитый опыт, вращение Земли вокруг оси стало непреложной истиной.
Физическим доказательством осевого вращения Земли являются также измерения дуги 1° меридиана, которая у экватора составляет 110,6 км, а у полюсов – 111,7 км. Эти измерения доказывают сжатие Земли у полюсов, а оно свойственно лишь вращающимся телам. И наконец, третье доказательство – отклонение падающих тел от отвесной линии на всех широтах, кроме полюсов. Причина этого отклонения обусловлена сохранением ими по инерции большей линейной скорости точки А (на высоте) по сравнению с точкой В (у земной поверхности). Падая, предметы отклоняются на Земле к востоку потому, что она вращается с запада на восток. Величина отклонения максимальна на экваторе. На полюсах тела падают вертикально, не отклоняясь от направления земной оси.
Географическое значение осевого вращения Земли исключительно велико. Прежде всего оно влияет на фигуру Земли. Сжатие Земли у полюсов – результат ее осевого вращения. Раньше, когда Земля вращалась с большей угловой скоростью, полярное сжатие было значительнее. Удлинение суток и, как следствие, уменьшение экваториального радиуса и увеличение полярного сопровождается тектоническими деформациями земной коры (разломы, складки) и перестройкой макрорельефа Земли.
Важным следствием осевого вращения Земли является отклонение тел движущихся в горизонтальной плоскости (ветров, рек, морских течений и др.), от их первоначального направления: в северном полушарии – вправо, в южном – влево (это одна из сил инерции, названная ускорением Кориолиса в честь французского ученого, который первым объяснил это явление). По закону инерции каждое движущееся тело стремится сохранить неизменными направление и скорость своего движения в мировом пространстве.
Отклонение – результат того, что тело участвует одновременно как в поступательном, так и во вращательном движениях. На экваторе, где меридианы параллельны друг другу, направление их в мировом пространстве при вращении не меняется и отклонение равно нулю. К полюсам отклонение нарастает и становится у полюсов наибольшим, поскольку там каждый меридиан за сутки изменяет свое направление в пространстве на 360°. Сила Кориолиса вычисляется по формуле F=m*2w*v*sinj, где F – сила Кориолиса, m –масса движущегося тела, w – угловая скорость, v –скорость движущегося тела, j – географическая широта. Проявление силы Кориолиса в природных процессах весьма многообразно. Именно из-за нее в атмосфере возникают вихри разного масштаба, в том числе циклоны и антициклоны, отклоняются от градиентного направления ветры и морские течения, оказывая влияние на климат и через него на природную зональность и региональность; с ней связана асимметрия крупных речных долин: в северном полушарии у многих рек (Днепр, Волга и др.) по этой причине правые берега крутые, левые – пологие, а в южном – наоборот.
С вращением Земли связана естественная единица измерения времени – сутки и происходит смена дня и ночи. Сутки бывают звездные и солнечные. Звездные сутки – промежуток времени между двумя последовательными верхними кульминациями звезды через меридиан точки наблюдения. За звездные сутки Земля совершает полный оборот вокруг своей оси. Они равны 23 ч 56 мин 4 с. Звездные сутки используются при астрономических наблюдениях. Истинные солнечные сутки – промежуток времени между двумя последовательными верхними кульминациями центра Солнца через меридиан точки наблюдения. Продолжительность истинных солнечных суток изменяется в течение года прежде всего из-за неравномерного движения Земли по эллиптической орбите. Следовательно, они также неудобны для измерения времени. В практических целях пользуются средними солнечными сутками. Среднее солнечное время измеряют по так называемому среднему Солнцу – воображаемой точке, равномерно перемещающейся по эклиптике и совершающей полный оборот за год, как и истинное Солнце. Средние солнечные сутки равны 24 ч. Они длиннее звездных, так как Земля вращается вокруг оси в том же направлении, в котором движется по орбите вокруг Солнца с угловой скоростью около 1° в сутки. Из-за этого Солнце смещается на фоне звезд, и Земле нужно еще «довернуться» примерно на 1°, чтобы Солнце «пришло» на тот же самый меридиан. Таким образом, за солнечные сутки Земля совершает оборот примерно на 361°. Для перевода истинного солнечного времени в среднее солнечное время вводится поправка – так называемое уравнение времени. Его максимальное положительное значение +14 мин 11 февраля, наибольшее отрицательное -16 мин 3 ноября. За начало средних солнечных суток принимают момент нижней кульминации среднего Солнца – полночь. Такой счет времени называют гражданским временем.
Виды движений Земли. Земля, как и другие планеты Солнечной системы одновременно участвует в нескольких видах движений. Главными, из которых являются - суточное вращение вокруг своей оси и годовое движение по орбите вокруг Солнца.
Движение вокруг своей оси. Земля вращается с запада на восток, против часовой стрелки, при этом угловая скорость вращения, т.е. угол на который поворачивается любая точка на поверхности Земли, одинакова и составляет 15 градусов. Линейная скорость зависит от широты местности: на экваторе она максимальна и составляет 464 м/с, на полюсах скорость падает до нуля. Полный оборот вокруг своей оси наша планета производит за 23 часа 56 мин 4 сек. (сутки). За земную ось принимают воображаемую прямую линию, проходящую через полюса, вокруг которой вращается Земля. Перпендикулярно оси расположен экватор – это большой круг, образованный пересечением Земли, перпендикулярный оси вращения на расстоянии, равном от обоих полюсов. Если мысленно пересечь рядом параллельных экватору плоскостей, на земной поверхности появятся линии называемые параллелями. Они имеют направление запад-восток. Длина параллелей от экватора к полюсам уменьшается, соответственно уменьшается и скорость вращения точек. Если пересечь Землю плоскостями, проходящими через ось вращения то на поверхности возникают линии, которые называются меридианами. Они имеют направление север-юг, линейная скорость вращения точек на меридианах различна и от экватора к полюсам уменьшается.
Следствия движения Земли вокруг своей оси:
1. При вращении Земли возникает центробежная сила, которая играет важную роль в формировании фигуры планеты и тем самым уменьшает силу притяжения.
2. Происходит смена дня и ночи.
3. Появляется отклонение тел от направления их движения, этот процесс был назван сила Кориолиса (в честь французского ученого, открывшего это явление в 1835 году). Все тела по инерции стремятся сохранить направление своего движения. Если движение происходит относительно перемещающейся поверхности происходит отклонение этого тела слегка в сторону. Все тела, движущиеся в северном полушарии отклоняются вправо, в южном полушарии – влево. Данная сила проявляется во многих процессах: она изменяет движение воздушных масс, морских течений. По этой причине происходит подмыв правых берегов в северном полушарии и левых берегов в южном полушарии.
4. С осевым движением связаны явления суточной ритмичности и биоритмы. Суточный ритм связан со световыми и температурными условиями. Биоритмы – это важный процесс в развитии и существовании жизни. Без них невозможны фотосинтез, жизнедеятельность дневных и ночных животных и растений и, конечно же, жизнь самого человека (люди совы, люди жаворонки).
Значение астрономического положения Земли для ее природы:
1. Вследствие осевого и орбитального вращения Земли все природные процессы имеют свои ритмы.
2. Температурный режим Земли благоприятный.
3. Спутник Земли – Луна вызывает приливы и отливы.