Геоид — это уровенная поверхность морей и океанов в спо­койном состоянии, мысленно продолженная под материки

Как уже говорилось, такое название для фигуры Земли предло­жено в 1873 г. немецким ученым И. Листингом.

Для того чтобы хорошо понять сущность именно такой фигу­ры, вспомним физику и допустим, что Земля не вращается, а существует неизменно со времени образования. Конечно, это был бы шар — идеальная форма всех планет Солнечной системы. Но пла­нета вращается вокруг своей оси. При этом возникает центробеж­ная сила, направленная от центра вращения. На экваторе эта сила наибольшая по величине (скорость вращения Земли 464 м/с), на полюсах она равна 0. Кроме того, известно, что каждое тело ис­пытывает силу притяжения Земли, направленную к ее центру.

Равнодействующая между центробежной силой и силой притя­жения Земли называется силой тяжести (ускорение свободного па­дения 978 см/с²). По мере продвижения от полюсов к экватору сила тяжести уменьшается. На полюсе все тела тяжелее пример­но на 0,5%, нежели на экваторе.

Итак, под влиянием центробежной силы частицы земного ве­щества перемещаются к экватору и планета приобретает сжатие, шар превращается в эллипсоид.

Какова фигура этого эллипсоида? Правильная ли она геомет­рически?

Допустим, что планета однородна по своему составу и все ча­стицы, слагающие ее, имеют одинаковую плотность. Вероятно, что в этом случае все частицы расположились бы равномерно во­круг центра притяжения, и эллипсоид был бы правильным по форме.

Однако литосфера состоит из самых разных по составу горных пород, массы которых располагаются в недрах Земли неравномер­но. Поэтому при вращении такое тело будет иметь неправильную форму. Эта форма поверхности определяется наличием силы тяже­сти в каждой точке поверхности. Достаточно представить себе груз на ниточке, чтобы понять, как проходит в этом месте отвесная ли­ния, направленная к центру Земли.

Поверхность геоида (уровенная поверхность) перпендикулярна направлению силы тяжести (отвесной линии). Этот принцип позво­ляет геофизикам определять фигуру Земли.

Фигура геоида очень близка к эллипсоиду. Условились, что эти фигуры касаются друг друга в точке (Пулковская обсерватория под Санкт-Петербургом); далее считаются отклонения между поверхно­стями. Они не превышают в среднем величины 150 м в ту или иную сторону. Южное полушарие более сжато, чем северное; около Юж­ного полюса имеется осевая впадина, тогда как около Северного полюса — осевой выступ. Отрицательное положение уровенной по­верхности отмечается в районе Индийского океана (— 87 м), Ан­тарктиды (— 60 м), положительное — в районе Европы, глубоко­водных впадин.

Знание фигуры Земли важно как для географической науки в целом (установлено, что там, где поверхность геоида выше, лито­сфера имеет тенденцию к опусканию, где ниже — наоборот), так и для картографии. Согласитесь, что невозможно создавать карто­графические модели частного (карты для некоторых территорий), не имея представления об общем (фигуре Земли).

Рис. 3. Поверхность Земли -' -

Итак, упорядочим информацию о земных поверхностях. Таковых насчитывается три: физическая поверхность Земли (иногда ее на­зывают топографической), уровенная поверхность (поверхность ге­оида), поверхность земного эллипсоида (рис. 3).

Физическая поверхность (геологи говорят: дневная, то­пографическая) имеет сложное, разнообразное строение. Она мо­жет изменяться в результате природных явлений и антропогенной деятельности.

Уровенная поверхность — воображаемая поверхность среднего уровня Мирового океана, мысленно продолженная под материки. Эта поверхность перпендикулярна в любой ее точке к направлению силы тяжести (отвесной линии).

Поверхность земного эллипсоида — поверхность эллипсоида вращения, наилучшим образом соответствующего фигуре Земли. Поверхность земного эллипсоида принимается за исходную при геодезических измерениях и создании карт. Совмеще­ние геоида и эллипсоида дает возможность в конечном итоге вы­числить размеры Земли. (Вычислять по формулам мы умеем лишь тела правильной геометрической формы.)

2.2. Определение размеров Земли Эратосфеном

Знание размеров Земли имеет важное значение, так как ими определяются размеры географической оболочки в целом, размер­ность процессов, в ней происходящих.

Для картографии очень важно знать размеры земного эллип­соида и его положение по отношению к геоиду. В точке, где

эллипсоид касается геоида (ее называют началом координат), совмещают нормаль (она перпендикулярна поверхности эллипсо­ида) с отвесной линией, которая перпендикулярна поверхности геоида.

Размеры земного эллипсоида, начало координат и высот, сами координаты точек определяют геодезическую основу карт в государстве.

Впервые размеры Земли определил последователь Аристотеля, величайший ученый Древней Греции Эратосфен. Он жил около 276—194 гг. до н. э. в Александрии, где был главным хранителем самой крупной в те времена Александрийской библиотеки. Эрато-сфена называют отцом географии, именно он и ввел это слово для обозначения науки. Эратосфен удивительно точно для того време­ни определил длину земной окружности и предложил способ гра­дусных измерений, применяемый до сих пор. В его основе лежит

Рисг 4; Схема соотношений поверхности геоида и поверхности земного эллипсоида (разрез по экватору) ., -.

Рис. 5. Первые измерения окружности Земли

простое геометрическое построе­ние (рис. 5).

Предполагая, что два города — Сиена (Асуан) и Александрия — находятся на одном меридиане, Эратосфен с учениками измерил угол падения полуденных солнеч­ных лучей в Александрии. В это же время в Сиене Солнце находи­лось в зените — освещало дно глубокого колодца. Измерения уг­ла выполнялись с помощью при­бора, называемого скафисом, ко­торый придумал Эратосфен. Угол падения солнечных лучей в Алек­сандрии отклонялся от зениталь-ных на 7° 12'. Оставалось изме­рить длину меридиана между этими двумя городами. В то вре­мя греки расстояние измеряли стадиями. (Стадия — мера, рав­ная примерно 125 двойным ша­гам, или 192,2 м.) Расстояние между городами составило 5000 ста­дий. Зная, что дуге в 5000 стадий соответствует угол 7° 12', неслож­но было вычислить величину 1° дуги большого круга, а затем ра­диус и длину меридиана. Радиус Земли, измеренный Эратосфеном, равен 6120 км (6371 км), длина экватора 39 500 км.

Сегодня, говоря о размерах Земли, мы пользуемся размерами эллипсоида Ф. Н. Красовского (табл. 1).

Таблица 1 Размеры эллипсоида Ф. Н. Красовского

Элементы земного эллипсоида	Размеры
Большая полуось (экваториальный радиус) — а	6 378 245 м
Малая полуось (полярный радиус) — b	6 356 863 м
Сжатие	1:298,3 м
Средний радиус Земли, принимаемой за шар	6 371 117,7 м v;
Длина меридиана	40 008 548 м
Длина экватора t	40 075 704 м
Поверхность Земли	510 083 000 км^2
Объем Земли ',	1 083 320 000 000 км^3

2.3. Глобус — модель Земли

Практически фигура Земли очень близка к форме шара (разни­ца между полярным и экваториальным радиусами 21 км).

Уменьшенное во много раз изображение Земли — ее модель — называют глобусом. Глобус имеет ряд свойств, которых нет у лю­бых других изображений Земли, например у карт.

Представим два шара с разными радиусами — Землю и гло­бус — _с общим центром О. Эти фигуры будут подобны. Из геомет­рии известно, что если две фигуры подобны, то углы у них будут соответственно равны, а стороны пропорциональны. Значит, будут подобны соответствующие изображения на их поверхностях, напри­мер материки на Земле и на глобусе. Отношение радиуса глобуса (г) к радиусу Земли (R) представляет собой число, показываю­щее, во сколько раз уменьшена модель Земли (т. е. глобус) по сравнению с натуральной величиной планеты. Это число — масштаб глобуса.

Масштаб расстояний на глобусе одинаков во всех его частях и по всем направлениям. Это обеспечивает такое свойство глобуса, как равнопромежуточность.

Второе свойство глобуса — равновеликость. Это значит, что масштаб площадей, как и масштаб длин, тоже одинаков во всех ча­стях глобуса.

Все меридианы и параллели на глобусе — окружности. Ради­ус любой параллели можно вычислить, если известен радиус гло­буса.

На глобусе проведены параллели и меридианы, которые образу­ют географическую сетку. Между параллелями образуются сфери­ческие пояса, между меридианами — двуугольники. При пересече­нии параллелей с меридианами образуются сферические трапеции. Площади трапеций в пределах одного пояса равны.

Меридианы и параллели на глобусе — это географическая координатная сетка. С помощью координатной сетки можно ре­шать по глобусу некоторые задачи — определять расстояния, ко­ординаты, площади.

В преподавании географии глобус — незаменимое учебное по­собие, так как он:

наглядно показывает Землю и дает правильное представление о распределении суши и океанов на планете, расположении и разме­рах континентов, соотношении между частями земной поверхности;

позволяет показать построение карт и искажения на них путем сравнения географической сетки и очертаний материков на глобу­се и на карте.

По глобусу можно определить координаты любой точки и рас­стояния между точками.

Кратчайшее расстояние между двумя точками на поверх­ности шара измеряется по дуге большого круга, проходящего через эти точки.

Рис. 6. Построение локсодромии

направления восток — север — воете

на полярной сетке

Большой круг — это ок­ружность, образованная пере­сечением плоскости с поверх­ностью глобуса, причем эта плоскость обязательно проходит через центр глобуса и две точ­ки, между которыми измеряется расстояние. В картографии эта дуга называется ортодроми­ей (прямобегущей). Все мери­дианы и экватор — ортодромии. Если двигаться из выбран­ной точки под постоянным углом (К) к меридианам, то это на­правление будет называться.локсодромией (кособегу-щей) (рис. 6). Если К равен 90°, то параллель совпадает с локсо­дромией. Экватор может быть и ортодромией, и локсодромией одновременно. Обе эти линии имеют значение для навигации.

Начало построения глобусов относится к древности. До наших дней сохранились два глобуса, построенные арабами в XIII в. Один из них находится в Италии, другой — в Германии.

Хотя глобусы — прекрасные учебные пособия, их нельзя ис­пользовать при детальном изучении стран, районов, так как объек­ты Земли, изображаемые на глобусе, уменьшены в миллионы раз.

Понятия: геоид, уровенная поверхность, физическая поверхность Земли, по­верхность земного эллипсоида, градусные измерения, свойства глобуса, ортодромия, локсодромия.

Персоналии: Эратосфен, Ф. Н. Красовский.

-О Можете ли вы объяснить:

1. Что собой представляет уровенная поверхность?;' 2. Какова взаимосвязь между различными земными поверхностями?

3. Как определить фигуру Земли? О 4. Как определить размеры Земли? '

5. Чем глобус отличается от других изображений Земли?

ТЕМА 3. ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ

О ГЕОГРАФИЧЕСКОЙ КАРТЕ

Цель темы. Получить полное представление о карте. Знать ее основные свойства как графической модели действительности. Понимать различия между планом, топографической картой, мел­комасштабными картами. Знать классификацию карт.

План изучения

1. Краткая история понятия «карта».

2. Особенности и основные свойства карты: масштабность; символичность; генерализованность; математическая определен­ность изображения; возможность изображения любого объекта или явления, имеющего любое распространение; модельность.

3. Феномен графического образа.

4. Элементы географической карты.

5. Классификация карт.

Демонстрационные и наглядные пособия: карта ге­ографическая, историческая, топографическая, план города, косми­ческий снимок Земли, фотография ландшафта, картина или репро­дукция с изображением территории.

Понятие 0 географической карте — одно из главных в карто­графии и входит в представление о предмете науки. Как уже гово­рилось, Н. Н. Баранский определил роль и значение карты, отме­тив, что она оказывает громадные услуги географии не только в связи с географическими исследованиями на территории, но в ти­ши научного кабинета; карта в высокой степени способствует вы­явлению географических закономерностей.

А географическое мышление, по его же словам,— это мышле­ние, привязанное к территории, кладущее свои суждения на карту; мышление комплексное, связанное, не замыкающееся в рамках од­ного элемента или отрасли.

Известно, что еще в первобытном обществе у охотников, ры­боловов существовала потребность закрепить знания о местности, где они жили, запомнить места охоты, передать эти сведения дру­гим. Об этом свидетельствуют найденные в пещерах рисунки. Как правило, на них примитивно изображались элементы ландшафта, ориентиры — реки, озера, места стоянок и т. п.

Возникновение производящего хозяйства (земледелия и ското­водства), собственность на землю привели к появлению изображений, передающих размеры угодий, т. е. к возникновению масштаба на картах. Этому же способствовало развитие архитектуры и стро­ительства. Понадобились проекты с соблюдением пропорций, раз­меров.

Рис. 7. Наскальные рисунки. Середина II тысячелетия до н. э.

а — фотография;, б — прорисовка изображения

Появление государства с аппаратом управления, религиозной идеологией привело к возникновению абстрактного картографиро­вания, сопровождающего представления древних философов и жре­цов об устройстве мира.

Вероятно, древние знали два вида карт. На одних изображались общие представления об устройстве мира (сегодня бы мы их на­звали картами-концепциями), на других — конкретная окружающая территория.

Так, осваивая мир, люди не могли обойтись без его графиче­ского изображения. «Один рисунок стоит тысячи слов»,— говори­ли древние китайцы.

Древние греки отошли от абстрактно-геометрического изобра­жения ойкумены и перешли к изображению Земли (шара) на пло­скости с системой меридианов и параллелей, позволяющей опреде­лять координаты точек на земной поверхности по Солнцу и звездам. Такой принцип дошел до наших дней и применяется поны­не для построения картографического изображения.

С развитием науки, культуры, общества совершенствуются и карты. Несомненно, что они являются общеисторическими памят­никами цивилизации. Термин «карта» появился в эпоху Возрожде­ния и, видимо, произошел от древнегреческого «хартес» — лист или свиток папируса.

На Руси карты называли чертежами, с петровских времен в оби­ход вошло слово «карта». Русские карты были свободны от элемен­тов мистики и фантазии в отличие от некоторых западно-европей­ских карт того времени и считались государственным достоянием.

3.1. Свойства карты

В общих чертах можно сказать, что карта — это изображение земной поверхности на плоскости. Предельно простое определение, но этой простоты недостаточно, чтобы представить себе именно кар­ту, а не фотографию, картину или любое другое плоское изображе­ние земной поверхности. Необходимо дополнить определение, указав свойства, присущие только карте, отличающие ее от других изобра­жений местности, природных или социально-экономических явлений.

Рассмотрим кратко эти свойства.

1. Масштабность. Картографическое изображение умень­шено в определенной пропорции по сравнению с реальными раз­мерами.

2. Генерализованность картографического изображения. На карте показаны лишь самые главные, типичные объекты или

ЯВЛеНИЯ.

3. Символичность картографического изображения. Графи­ческий образ строится с помощью условных знаков или способов изображения явлений.

4. Математическая определенность. Карта создается с использованием математических способов отображения, которые называются картографическими проекциями. При этом соблюдает­ся условие непрерывности и однозначности изображения. Другими словами, каждой точке (объекту) на местности соответствует толь­ко одна точка на карте.

5. Многообразие картографических изображений. На кар­те можно показать любое явление или объект, имеющие простран­ственное распространение. С помощью карт можно заглянуть в прошлое (вспомните исторические карты).

Дата добавления: 2015-06-04