Рух Землі навколо Сонця і календар

 

Земля навколо Сонця рухається зі швидкістю близько 30 км/с по еліпсоподібній орбіті довжиною 934 млн. км.

Один такий оберт здійснюється протягом року. Завдяки річному рухові Землі навколо Сонця та нахилові її вісі стосовно площини орбіти мають місце пори року. При цьому положення Сонця на небосхилі відносно земного горизонту постійно змінюється. Через це змінюється і кут нахилу сонячних променів стосовно земної поверхні, що спричиняє зміну тривалості дня, а отже і динаміку температури. Лише на екваторі день дорівнює ночі, хоча висота полудневого Сонця змінюється в значних межах.

У Південній та Північній півкулях зміна висоти полудневого Сонця має протилежне спрямування: з 22 червня по 22 грудня в Північній півкулі полуднева висота Сонця зменшується, а в Південній – збільшується.

Протягом решти часу – навпаки – в Північній півкулі збільшується, а в Південній зменшується. Внаслідок цього одночасно мають місце протилежні пори року: у нас літо – там зима, у нас осінь – там весна і навпаки.

Якби земна вісь була перпендикулярною до площини навколосонячної орбіти, то тривалість дня та ночі була б однаковою, а пір року не було б.

На поверхні земної кулі виділено 4 паралелі: два тропіка – Північний, або Рака, та Південний, або Козерога, та два полярних кола – теж Північне та Південне. Тропік являє собою конечну паралель, на яку сонячні промені один раз на рік, в день літнього сонцестояння, падають вертикально (в Північній півкулі 22 червня, а в Південній 22 грудня). А полярне коло – це паралель, південніше якої у Північній півкулі, чи північніше у Південній півкулі цілодобових полярних днів не буває.

На Землі, внаслідок нахилу її вісі та неоднакового освітлення поверхні, розрізняють 5 світлових поясів.

Тропічний пояс розташований між Північним та Південним тропіками. Тут день дорівнює ночі завжди. Сонце щоденно піднімається високо та дуже гріє. Цей пояс займає 40% поверхні земної кулі.

Помірний пояс знаходиться на півночі та півдні від тропічного поясу, між тропіками та полярними колами. Тут Сонце ніколи не буває в зеніті. Висота його над горизонтом значно змінюється протягом року. На території помірних поясів добре виражені пори року. Обидва помірні пояси, північний та південний, займають 50% поверхні Земля.

Полярні пояси розташовані всередині полярних кіл і разом займають 10% поверхні Землі. Тут Сонце ніколи не підіймається високо над горизонтом. Його похилі промені гріють слабо. Влітку полярний день на полюсах триває півроку, а чим ближче до полярних кіл, то він зменшується до однієї доби.

Повний оберт Землі навколо Сонця здійснюється за 365 діб 5 год 48 хв 46 с. Це – тропічний рік. Звичайно таким роком для літочислення користуватися неможливо.

Зараз ми користуємося календарем, який було започатковано у XVI столітті за ініціативою римського папи Григорія ХІІІ. Його тривалість складає 365 діб. Надлишок в 5 з лишком годин накопичується і раз на 4 роки враховується як один день, який додається до днів місяця лютого.

 

 

Рух Землі навколо своєї вісі та лік часу

 

У процесі обертання Землі навколо своєї вісі кожна точка земної поверхні описує коло меншого чи більшого розміру, в залежності від місця розташування її між екватором і полюсами. Чим ближче точка до полюсу, тим менша її лінійна швидкість. Точки полюсів нерухомі, а лінійна швидкість екваторіальної точки максимальна – близько 1700 км за годину, або 464 м/с. Внаслідок обертання Землі навколо своєї вісі відбувається зміна дня та ночі. Це створює особливий ритм у перебігу всіх природних процесів на планеті.

Рух Землі навколо своєї вісі називається добовим обертанням, яке займає 23 години 56 хвилин 4 секунди. Це – зоряна доба, бо за цей час Земля завершує свій оберт по відношенню до зірок. Лічити час таким чином не зручно, бо розклад життя людини пов’язаний не з зірками, а з Сонцем. Сонячна доба дещо довша за зоряну, бо тут Земля обертається не тільки навколо своєї вісі, а і навколо Сонця. Але і нею користуватися теж незручно, бо і вона не складає цілу кількість годин. Крім того, тривалість сонячної доби змінюється протягом року. В повсякденному житті людство користується лічбою часу по так званому „середньому Сонцю”, яке „рухається” по небосхилі умовно завжди рівномірно, а доба рівна 24 годинам. Зоряним та справжнім сонячним часом користуються лише з науковою метою.

Якщо намагатися користуватися точним добовим часом, то треба враховувати місцевий час кожної конкретної точки земної поверхні. Це незручно, бо тоді навіть мешканці двох сусідніх селищ не змогли б порозумітись щодо часу.

Щоб позбавитись такої проблеми, вирішено користуватися так званим міжнародним поясним часом. З цією метою вся земна куля розмежована на 24 пояси відповідно до кількості годин у добі. Кожний пояс охоплює територію, що складає 15 градусів довготи. Згадаймо, що географічною довготою називається кут, утворений площиною меридіану даної точки на поверхні планети та площиною нульового меридіану, який проходить через Гринвіцьку обсерваторію (Англія). Нумерація поясів іде із заходу на схід, починаючи від нульового, або Гринвіцького. Поясний час співпадає з місцевим лише на середньому меридіані кожного пояса, а в інших пунктах відстає або випереджує його.

 

 

Будова Землі та її фізичні особливості

 

Внутрішня будова Землі.

 

У розрізі тіло планети Земля складається з трьох шарів: земної кори, або літосфери, мантії та ядра. Треба зауважити, що значна частина вчених не ототожнює літосферу з земною корою, а вважає останню лише верхньою частиною літосфери.

Під земною корою мається на увазі увесь комплекс гірських порід товщиною 5-20 км на дні океанів та до 65-75 км на материках. З глибиною тиск тут зростає, а температура підвищується до 800^оС. Приблизно половину товщини кори займає її верхній шар, який складається із осадових порід. Решта – кристалічні породи граніт та базальт.

Між земною корою та ядром лежить так звана мантія, яка простягається вглиб до 2900 км. Ця проміжна оболонка займає понад 80% об’єму земної кулі. Вона складається з трьох концентричних шарів, кожен з яких більш-менш однорідний. Речовина верхньої мантії внаслідок високих температур (близько 1200^оС) перебуває в рідкому стані. Вона, маючи пластичні властивості і утримуючи на собі більш тверді породи, нестійка в механічному та фізико-хімічному відношеннях і тому є джерелом зародження висхідних і низхідних рухів. Саме тут розташовані осередки землетрусів, вулканізму та горотворчих процесів.

Вважають, що мантія складається переважно з оксидів кремнію, магнію та заліза. З глибиною тиск і густина речовини тут зростає. Незважаючи на високу температуру в нижній мантії (близько 3800^оС), речовина тут, в умовах дуже високого тиску, перебуває в твердому стані.

У центрі планети, на глибині понад 2900 км, знаходиться земне ядро, яке становить третину маси планети, хоча займає всього 16% її об’єму. Припускають, що зовнішня його частина, товщиною біля 2100 км, рідка, внутрішня – тверда. Речовина ядра перебуває в умовах високої температури та колосального тиску.

 

 

Фізичні особливості Землі

 

Під фізичними властивостями Землі розуміються її температурні характеристики, густина речовини, тиск та магнетизм.

На поверхні планети температура постійно змінюється в залежності від надходження тепла. Добові коливання температури доходять до глибини 1,0-1,5 м, а сезонні сягають глибини 30 м. Далі знаходиться зона постійної температури, або нейтральна зона. Тут завжди +12ºС.

При подальшому заглибленні у напрямку до земного ядра температура підвищується і в центрі Землі досягає 4000-5000ºС.

Середня густина Землі є відношенням її маси до маси води такого ж об’єму і становить 5,5 г/см³. Але верхні шари літосфери мають цей показник значно менший, ніж середній. Наприклад, густина граніту становить всього 2,6 г/см³. У центрі ж Землі цей показник досягає 12-17 г/см³.

Гірські породи мають велику масу і тому сильно тиснуть на нижчі шари земної кори. Підраховано, що, наприклад, на глибині 600 км тиск близько 200 тис. атм, а в центрі Землі – близько 3 млн. атм.

Земна куля має магнітне поле, а отже і всі властивості магніту. Магнітні силові лінії Землі примушують магнітну стрілку компасу одним кінцем постійно спрямовуватись на північ, а іншим – на південь.

Треба сказати, що магнітні полюси нашої планети, а отже і її магнітна вісь не співпадають з географічними полюсами та віссю, бо Північний магнітний полюс знаходиться в Канадському архіпелазі (острів Принца Уельського), а Південний – в Антарктиді (Земля Вікторії). Внаслідок цього магнітна вісь відхилена від вісі обертання аж на 11,5^о і не проходить через центр Землі.

Більше того, магнітні полюси мігрують. Північний полюс рухається на північ із швидкістю 20,5 м за добу, або 7,5 км за рік. Передбачається, що він у 2185 році співпаде з Північним географічним полюсом. Ще швидше мігрує Південний магнітний полюс – 30 м щодоби в напрямку Австралії.

Невідповідність магнітних та географічних полюсів ускладнює орієнтування на місцевості за компасом та картою, бо стрілка компаса показує магнітний меридіан, який не співпадає з географічним. Кут між цими меридіанами називається магнітним схиленням, яке буває східним і західним. Для зручності орієнтування на місцевості, особливо дальнім літакам та кораблям складаються спеціальні магнітні карти, які треба періодично поновлювати через міграцію магнітних полюсів.

Магнітне поле Землі зазнає періодичних і неперіодичних коливань. Найбільш сильні періодичні магнітні коливання називаються магнітними бурями. Вони зумовлені змінами електронних потоків в атмосфері під впливом Сонця.

Магнетизм має велике практичне значення. За допомогою магнітної стрілки визначають напрям сторін світу. У геології широкого застосування набули магнітометричні методи пошуків корисних копалин. Дослідження палеомагнетизму Землі дає змогу відтворити історію розвитку земної кори.

Земля навколо себе має поле тяжіння, зумовлене її масою. Це поле називається гравітаційним. Біля поверхні планети його середнє значення становить 9,8 м/с². З висотою цей показник зменшується. На тіло, що перебуває на земній поверхні, діє не тільки гравітаційне поле, а й відштовхувальна сила, яка зумовлена обертанням Землі навколо своєї вісі і називається відцентровою. Рівнодіюча двох сил – гравітаційної та відцентрової – називається силою тяжіння. Визначається сила тяжіння масою тіл. Маса, власне, і є сила, з якою тіла притягаються в напрямі до центра Землі. Сила тяжіння утримує тіла і предмети на поверхні планети, а гравітаційне поле утримує на орбіті супутник Землі Місяць.

Величина сили тяжіння на поверхні Землі залежить від географічної широти. На екваторі вона найменша – 9,78 м/с² внаслідок того, що тут найбільша відцентрова сила та відстань до центра планети. На полюсах, де відцентрова сила відсутня, а відстань до центра Землі найменша, сила тяжіння найбільша і становить 9,83 м/с².

Гравітаційне поле досить суттєво впливає на еволюцію планети та її географічну оболонку. Сила тяжіння визначає форму Землі, зумовлює рухи земної кори. Під її впливом відбувається переміщення пухких гірських порід на поверхні, мас води, льоду, повітря. Гравітаційне поле Землі є однією з причин кругообігу речовин та енергії в літосфері, гідросфері та атмосфері.

 

Рельєф та його формування

 

Рельєф земної поверхні – це сукупність нерівностей, які утворюються внаслідок тривалої дії на земну поверхню внутрішніх та зовнішніх факторів.

Внутрішніми факторами, що видозмінюють поверхню Землі, є тектонічні процеси (підняття та опускання земної кори), вікові коливання (повільне опускання значних територій, внаслідок чого оголяється морське дно чи затоплюється суходіл), горотворні зрушення земної кори, розриви гірських порід тощо.

Горотворні зрушення та розриви земної кори пов’язані зземлетрусами. Саме землетруси призводять до деформацій в земній корі, утворюють тріщини, зсуви, провали тощо. Місце зародження землетрусу називається гіпоцентром і може виникнути на різній глибині: від декількох кілометрів до межі земної кори з мантією. Чим глибше гіпоцентр, тим більшу територію охоплює землетрус. Проекція гіпоцентру на поверхню Землі називається епіцентром. Тут спостерігається найбільша сила землетрусу.

Протягом року на Землі спостерігається близько 10 тис. землетрусів.

Вулканічні процеситеж є рельєфоутворювальним фактором. Сьогодні на Землі діє 624 вулкани, 70 із яких підводні.

Зовнішні фактори, що видозмінюють поверхню Землі, надзвичайно різноманітні. Це – сонячне тепло, робота води, вітру, життєдіяльність живих організмів, а також складні хімічні процеси. Результатом дії цих факторів є руйнування гірських порід, або вивітрювання, яке буває фізичним, хімічним та органічним.

Фізичне вивітрювання здійснюється перш за все під дією різних змін температури та вітру.

Хімічне вивітрювання відбувається за участю води, в якій можуть бути розчинені гази, солі, кислоти.

Органічне вивітрювання спричиняється діяльністю бактерій, водоростей, грибів, лишайників та вищих рослин.

Процес вивітрювання веде до утворення осадових порід.

Основними елементами рельєфу Землі є гори та рівнини. Горою називається підвищення, що має вершину, схили, підошовну лінію та піднімається над місцевістю понад 200 м. Якщо підвищення нижче, то воно називається пагорком.

Низка гір, що тісно прилягають одна до одної, складає гірський хребет. Декілька гірських хребтів утворюють гірське пасмо.

Рівниною називається велика ділянка суходолу з гладкою або малохвилястою поверхнею.

Як ми вже знаємо, суходіл займає біля 30% поверхні Землі. Він складається із окремих материків, або континентів, та островів. Розрізняють 6 материків: Євразія, Африка, Північна Америка, Південна Америка, Антарктида, Австралія (з Океанією). Одначе, ми користуємося також такими поняттями як частини світу, які на відміну від природно-геологічних понять материка, є соціально-історичними. Це – Європа, Азія, Америка, Африка, Антарктида та Австралія з Океанією.

 

Хімічний склад земної кори

 

До складу земної кори входять майже всі відомі хімічні елементи, але три з них – кисень, кремній та алюміній – складають майже 83% усієї її маси, із яких кисень – 49%.

У чистому вигляді хімічних елементів у земній корі зустрічається дуже мало: золото, платина, срібло, мідь, сірка, графіт, алмаз тощо. Решта елементів входять до складу різноманітних сполук – мінералів. Найчастіше вони тверді, але є рідкі (нафта, ртуть, вода) та газоподібні (природний газ, вуглекислий газ).

Мінерали надзвичайно різноманітні за будовою, фізичними та хімічними особливостями. Більшість мінералів мають кристалічну будову.

Мінерали є матеріалом, з яких складаються гірські породи. Гірські породи бувають мономінеральними (мармур, вапняк, нафта) та полімінеральними (граніт, базальт). Більшість із них – полімінеральні.

За походженням гірські породи бувають магматичні, осадкові та метаморфічні.

Магматичні породи (граніт, базальт та інші) утворюються з магми або лави (вилитої на поверхню магми). Найважливішими їх компонентами є окиси кремнію та алюмінію.

Осадові породи виникли шляхом відкладання на дні водних басейнів і земній поверхні частинок порід, зруйнованих дією вітру, води, живих організмів та інших факторів вивітрювання. Вони надзвичайно різноманітні. Це – гравій, пісок, глина, вапняки тощо.

Метаморфічні породи утворюються у процесі глибокого перетворення осадових і магматичних порід в умовах впливу величезного тиску і високої температури, а також внаслідок притоку або відтоку газів і водних розчинів. До числа найпоширеніших метаморфічних порід належать глинисті сланці, мармури, гнейси, кварцити тощо.

Основну масу земної кори становлять магматичні гірські породи (близько 95% її маси. Поверхня Землі на 75% складається з осадових порід і на 25% – із магматичних і метаморфічних.

 

Водна оболонка Землі