Лекция 3. Формы и размеры Земли. Значение шарообразности Земли. Земля – сфероид. Земля-геоид

Земля – самая крупная из внутренних планет и самая массивная. При непосредственном наблюдении на местности поверхность Земли кажется плоской. Такой ее считали в древности. Много времени и усилий потребовалось человечеству, чтобы убедиться, что Земля имеет шарообразную форму. Когда и кто впервые это понял, в точности неизвестно, бесспорно, это было давно.

Значение шарообразности Земли. До V века до н.э. представление о форме Земли основывалось на чувственном восприятии: она считалась плоской, дискообразной, окруженной мифической рекой Океан. В IV в. до н.э. пифагорейцы создали учение о шарообразности Земли. Оно не выводилось из опытных наблюдений, а основывалось на логике: Земля как совершенное тело должна иметь и “совершенную” форму – шаровую. Представление о шарообразности Земли утвердилось не сразу.

Они были произведены после того, как Аристотель (IV в. до н.э.) доказал, что Земля – шар. Эратосфен (III в. до н.э.) высчитал его размеры, получив удивительно близкие к действительной длине большого круга – около 40000 км Он исходил из того, что в день летнего солнцестояния в городе Сиене (теперь Асусен, Египет) Солнце, находясь в зените, отражается в глубоких колодцах. В Александрии (790 км севернее Сиены), в это время солнечные лучи падают не вертикально, а под углом в 7^о12' (угол был определен при помощи скафиса). Эратосфен рассмотрел расстояние между Александрией и Сиеной как часть дуги земной окружности, которая равняется 790 км, и определил длину дуги в 1^о – 107 км, а после определил, чему же равны все 360^о, т.е. получил 39500 км

Концепция шарообразной Земли произвела переворот в мировоззрении о представлении, о пространстве и имела огромное значение в развитии естествознания и философии.

1. Шаровая фигура при минимальном объеме концентрирует максимальную массу материи. Вещество планеты сжимается, внутри формируется центральное ядро и оболочки. Оболочечное строение Земли – одно из самых фундаментальных ее свойств. Внутри тела Земли господствуют силы тяготения, в атмосфере – силы сцепления.

2. Солнечные лучи на шаровую поверхность падают в разных широтах, под разными углами (рис.1.3). Это создает сферическое термическое поле Земли – количество тепла от экватора к полюсам уменьшается, формируются термические пояса – жаркий, два умеренных и два холодных. Распределение тепла по земной поверхности – главная причина формирования климатов.

Шарообразная форма планеты обуславливает постоянное разделение ее на освещенную дневную и неосвещенную ночную половины. Вместе с вращением вокруг оси это определяет суточную ритмику теплового режима географической оболочки.

Земля – сфероид. Фигуры планет создаются действием сил двух родов:

а) тяготения, которые формируют шаровую форму (на Земле силы тяготения в сотни раз больше, чем сцепление стали, на малых небесных телах, например астероидах, действуют силы сцепления, поэтому эти тела не имеют шаровой формы);

б) центробежными от осевого вращения, которые вызывают полярное сжатие (сплюснутость) и определяют сфероидальную форму.

Рис. 1.3. Углы наклонов солнечных лучей на шаровую
поверхность Земли

Центробежная сила придала Земле форму эллипсоида вращения, поверхность которого ближе к центру Земли у полюсов и дальше от него у экватора, подобно поверхности колец, сжимающихся при вращении.

Отступление эллипсоида от шара невелико – всего 21,5 км на полюсах (рис.1.4). Для процессов, происходящих в географической оболочке, распределения тепла, движения воздушных масс, расселения растений и животных – это не имеет значения.

Рис. 1.4. Форма эллипсоида Земли. Rn – 6356,8 км; Rэ – 6378,3 км; Rэ – Rn = 6378,2– 6356,8 = 21,5 км

Но сферическая деформация отражается на тектонике земной коры и, следовательно, на рельефе.

Еще в 1754 г И. Кант высказался о приливном трении, замедляющем вращение Земли. Поздней было доказано, что за геологическое время (с архея) сутки удлинились примерно на 4 часа. Происходит вековое замедление осевого вращения Земли. Через миллиард лет продолжительность суток возрастет до 31 часа. Полярная сплюснутость Земли была обнаружена еще в XVII в. В 1672 году из Парижа в Коенну были перевезены часы, маятник которых имел такую длину, при которой в Париже период качания равнялся секунде. Близ экватора часы стали отставать на 2 минуты в сутки, и маятник пришлось укоротить на 2 мм. Это явление Ньютон объяснил уменьшением силы тяжести в экваториальных широтах по сравнению со средней, которое вызвано сжатием Земли с полюсов и втянутостью по экватору.

Геодезические работы, проведенные под руководством Ф.Н. Красовского показали, что представление о форме Земли как о сфероиде недостаточно. Экваториальные полуоси или радиусы земного сфероида неодинаковые.

Приливы и отливы наблюдаются не только на море, но и на суше. В районе Москвы, например, поверхность земли два раза в сутки поднимается и опускается примерно на 1040 см, но мы этого не ощущаем.

Земля – геоид. Кроме сил тяготения, фигура Земли определяется и распределением в ее теле тяжелых и относительно легких горных пород, поскольку с их плотностью связано значение силы тяжести. В местах скопления тяжелых пород поверхность фигуры должна отступать к центру планеты, а там, где скопились породы меньшей плотности – от центра.

Фигурой планеты называется не ее физическая поверхность с горами, и низменными равнинами; это теоретическая – уровненная поверхность, которая всюду перпендикулярна направлению силы тяжести или отвесу. Она получила название геоида (что буквально означает – форма Земли) форма Земли не совпадает ни с какой математической фигурой и сугубо индивидуальна.

В последние годы обнаружено, что Земля слегка грушеподобна: в средних широтах южного полушария поверхность геоида несколько (20 м) выше сфероида. На экваторе они совпадают, в средних широтах северного полушария геоид ниже сфероида. Северный полюс приподнят на 15 м, южный полюс опущен на 20 м. А вся Антарктида на 30 м ниже эллипсоида.

Дата добавления: 2014-01-05