Планета Земля

1. Форма и размеры Земли. Земля является объектом изучения многих наук. Выделяют отраслевые науки о Земле, которые изучают отдельные части структуры Земли, и системные науки, которые синтезируют всю совокупность знаний о Земле для решения теоретических и прикладных проблем. К отраслевым наукам относят геологию, гидрологию, климатологию, геофизику, геохимию, геоморфологию, почвоведение и биогеографию. К системным наукам относят географию.

Очень важным открытием для развития человеческой мысли явился результат наблюдения древнегреческого философа Аристотеля (IV век до н.э.), который заметил, что тень от Земли на Луне, наблюдаемая во время лунных затмений, всегда имеет округлую форму. Но Земля не идеальный шар, она сплюснута у полюсов и расширена по экватору. Такое геометрическое тело называется сфероидом, или эллипсоидом вращения. В.И.Вернадский назвал такую форму геоид, что значит «землеподобный». Геоид – это фигура, поверхность которой всюду перпендикулярна направлению силы тяжести.

Полярный радиус Земли составляет 6357 км, а экваториальный – 6378 км, то есть он больше полярного на 21 км.

Земная ось – это воображаемая прямая, проходящая через центр Земли. Две точки, через которые проходит ось Земли, называются полюсами: Северным и Южным соответственно. На одинаковом расстоянии от полюсов проходит линия – экватор. К северу от экватора – Северное полушарие, к югу – Южное. Длина Экватора составляет более 40076 км, длина главного меридиана – 40009 км.

2. Космические ритмы. Жизнь природы и человека подчинена космическим ритмам. В основе смены дня и ночи, лета и зимы, хороших и плохих лет лежат космические процессы, связанные с движением космических тел относительно друг друга. Так, смена дня и ночи обусловлена вращением Земли вокруг своей оси, месячный и недельный ритмы обусловлены обращением Луны вокруг Земли, чередование сезонов года связано с обращением Земли вокруг Солнца (приближением и удалением от Солнца), чередование хороших и плохих лет – с солнечной активностью.

С солнечной активностью связывают три ритма: 11-летний, 22-23-летний и 80-90-летний. Обращение Земли вместе со всей Солнечной системой вокруг центра Галактики за 220-250 млн лет определяет геологическую ритмику, то есть смену геологических эпох.

Ритм смены дня и ночи осуществляется за счет поворота Земли вокруг своей оси, причем она поворачивается к Солнцу то одной стороной, то другой. Если на стороне, освещенной Солнцем – день, то на противоположной стороне – ночь. Земля совершает полный оборот вокруг своей оси с запада на восток за 24 часа, то есть за сутки. В разных точках на разных меридианах (разной долготе) в один и тот же момент часы показывают разное время суток. На одном и том же меридиане (то есть на одной и той же долготе), в каждой его точке (от Северного полюса до Южного) время суток одно и то же. Это время называют местным. Пользоваться местным временем неудобно, поэтому астрономы разработали систему поясного времени. Поверхность Земли разделили на 24 часовых пояса, каждый из которых включает в себя 15⁰ долготы (Земля за 1 час поворачивается на 15⁰). Время каждого последующего часового пояса отличается от последующего на 1 час. Нумерация поясов от 0 до 23 ведется с запада на восток от Гринвичского меридиана. Москва находится во 2 часовом поясе.

Скорость движения планет вокруг Солнца зависит от положения их орбит. Чем дальше находится планета, тем дольше длится ее год. Например, год на Юпитере продолжается 12 земных лет, на Сатурне – почти 30, на Плутоне 248 земных лет. Земля - третья по счету планета в Солнечной системе. Она совершает один оборот вокруг Солнца за 365 дней 6 часов 9 минут и 9 секунд. Для удобства считают, что в году 365 дней, а через каждые 4 года, когда из шести часов «накопятся» 24 часа, в году бывает 366 дней. Этот год называют високосным, а один день прибавляют к февралю.

Смена времен года осуществляется благодаря обращению Земли вокруг Солнца. Путь Земли вокруг Солнца – земная орбита – имеет форму эллипса. Среднее расстояние от Земли до Солнца 149,6 млн км. Ось вращения Земли наклонена к плоскости земной орбиты под углом 66,50. Благодаря этому наклону существуют пояса освещенности. Летом Северное полушарие как бы повернуто к Солнцу, а зимой – наоборот.

23 сентября и 21 марта – дни осеннего и весеннего равноденствия, когда Солнце одинаково освещает оба полушария Земли. В этот день и в Северном и в Южном полушарии день равен ночи.

22 декабря – день зимнего солнцестояния: самый короткий день и самая длинная ночь в Северном полушарии. Земля обращена к Солнцу своим Южным полушарием. Там лето. У нас зима. 22 декабря, вдень зимнего солнцестояния, Солнце находится в полдень в зените для мест, лежащих в Южном тропике.

22 июня – день летнего солнцестояния, когда самый длинный день и самая короткая ночь в Северном полушарии. В этот день Солнце в зените наблюдают жители мест, расположенных в Северном тропике. В Южном полушарии в это время зима, в Северном – лето.

Тропики – географические параллели 23⁰27^/ широты, на которых один раз в год, в один из дней солнцестояния, полуденное солнце бывает в зените.

Полярные круги – географические параллели 66⁰33^/ широты, на которых в один из дней солнечного солнцестояния наблюдается полярный день, а в другой – полярная ночь. Они являются границами зон полярных ночей и полярных дней.

Полярная ночьможет длиться в полярных поясах от 1 суток на широте Северного или Южного полярного кругов до 178 суток на Северном или Южном полюсах.

Полярный день на широте Полярного круга длится 1 сутки, а на полюсе – 189 суток.

На основе космической ритмики созданы различныекалендарные системы. Известны византийский и иудейский календари, ведущие отсчет от мифического сотворения мира (01.09.5508 г. до н.э.), древнегреческий (начало отсчета – первые Олимпийские игры – 01.07.776 г. до н.э.), христианский (от даты рождения Христа – 01.01.01 г.н.э.), мусульманский (бегство Мухаммеда из Мекки – 16.07.622 г.н.э.). Древнеегипетский календарь (солнечный) базировался на нескольких космических и природных ритмах. Главный цикл (продолжительностью 1460 лет) начинался с восхода звезды Сириус. Год состоял из 12 месяцев по 30 дней, 5 дней прибавлялось к последнему месяцу в конце каждого года. 12 месяцев распределялись по трем сезонам: сезону половодья, длившемуся с середины июля до середины ноября; сезону восходов (с середины ноября до середины марта); сезону засухи.

В настоящее время используется григорианский календарь. Это календарь, разработанный врачом и математиком Л.Лилио и введенный папой римским Григорием XIII в 1582 году. Средняя продолжительность года в этом календаре – 365,2425 суток, что дает ошибку в одни сутки за 3300 лет. С 5 октября 1582 года (с 15 октября по григорианскому календарю) расхождение между старым (юлианским) и новым стилем составило 10 суток, а с марта 1900 года – уже 13 суток. В России григорианский календарь введен 1 февраля 1918 года (14 февраля по григорианскому календарю).

Во многих мусульманских странах принят лунный календарь, который базируется на смене фаз Луны: новолуние, нарождающаяся Луна, неполная Луна, полнолуние, снова неполная Луна, убывающая Луна. Лунный месяц – период между двумя полнолуниями – составляет 29,5 суток. В календарном месяце лунного календаря чередуются 29 и 30 дней. 12 календарных месяцев составляют лунный год продолжительностью 354 суток, то есть короче солнечного на 11 суток.

3. Комплексные природные зоны. Наложение природных поясов друг на друга приводит к формированию комплексных природных зон, которые иначе называют климатическими зонами. В том случае, когда количество осадков превышает их испарение, формируется гумидная (влажная) зона. Когда количество осадков примерно равно испарению, формируется равновесная зона, и, наконец, в случае превышения испарения над осадками формируется аридная (сухая) зона. От экватора к полюсу они идут в следующем порядке:

1. Тропический пояс лежит между тропиками, по обе стороны от экватора, и занимает около 40% земной поверхности. В этом поясе Солнце по одному разу в год бывает в зените над каждым из тропиков. Тропический пояс делится на три зоны: жаркую влажную, жаркую равновесную и жаркую аридную.

2. Два умеренных пояса расположены между тропиками и полярными кругами. Солнце в них никогда не бывает в зените. Умеренные пояса занимают 52% земной поверхности и делятся на две зоны: умеренную равновесную и умеренную гумидную.

3. Два полярных пояса расположены к северу от Северного полярного круга и к югу от Южного полярного круга соответственно. Их площадь 8% земной поверхности. Эти пояса имеют одну зону: полярную.

4. Литосфера. Земля состоит из земной коры, мантии и ядра.Литосфера– это верхняя твердая оболочка Земли, включающая земную кору и верхнюю часть мантии. Литосфера составляет в среднем от 70 до 250 км.

Земная кора – верхняя часть литосферы – не везде имеет одинаковую толщину. Различают два основных типа земной коры: материковый и океанический. Слои земной коры состоят из горных пород и минералов.

Мантия Земли расположена под земной корой и имеет толщину 3000 км. Внутри мантии, на глубине 100-250 км под континентами и 50-100 км под океанами, находится слой повышенной пластичности вещества, который называют астеносферой. Предполагают, что мантия состоит из магния, железа и кремния и имеет очень высокую температуру – до 2000⁰ С.

Ядро Земли – пока загадка для науки. С определенной достоверностью можно говорить только о его радиусе – 3500 км и температуре – около 4000⁰ С.

История формирования современной литосферы представлена в таблице 1.

Таблица 1. Геохронологическая шкала

В основу теории литосферных плит положено положение о том, что вся литосфера разделена узкими активными зонами на отдельные жесткие плиты, плавающие в пластичной слое верхней мантии. Иначе говоря, литосфера состоит из жестких подвижных плит, перемещающихся по пластичной мантии. Границы между плитами могут быть трех типов: океанические хребты (вдоль которых на поверхность поднимается вещество мантии и формируется морское дно), желоба (вдоль которых краевые части плит разрушаются, опускаясь в мантию) и трансформные разломы (образующиеся в результате скольжения одной плиты вдоль другой). Границы литосферных плит – это подвижные участки земной коры, на которых находится большинство действующих вулканов. Вулканизм – совокупность процессов и явлений, вызванных внедрением магмы в земную кору и излиянием ее на поверхность. Цунами – это волны гигантских размеров, порожденные извержениями подводных вулканов, землетрясением или моретрясением.

К основным формам рельефа Земли относят материки, океаны, горы, и равнины. Материк – это крупнейший массив земной коры, который имеет трехслойное строение. Большая часть его поверхности выступает над уровнем Мирового океана. В современную геологическую эпоху существует 6 материков: Евразия, Африка, Северная Америка, Южная Америка, Австралия и Антарктида. Мировой океан – непрерывная водная оболочка Земли, окружающая материки и обладающая общностью солевого состава. Мировой океан делится материками на 4 океана: Тихий, Атлантический, Индийский и Северный Ледовитый. К основным формам рельефа

5. Гидросфера. Гидросфера– водная оболочка Земли, представляющая собой совокупность океанов, морей, континентальных водных бассейнов, подземных вод, ледников, снежных покровов. Полагают, что гидросфера Земли образовалась в раннем архее, то есть примерно 3800 млн лет назад. В этот период истории Земли на нашей планете установилась температура, при которой вода могла находиться в значительной мере в жидком агрегатном состоянии. Гидросфера Земли выполняет важные функции: она регулирует температуру планеты, обеспечивает круговорот веществ, является составной частью биосферы.

6. Атмосфера. Атмосфера – оболочка Земли, состоящая из воздуха. В состав воздуха входит ряд газов и взвешенные в них частицы твердых и жидких примесей (аэрозолей). Предполагают, что современная атмосфера имеет вторичное происхождение: она образовалась после завершения образования планеты около 4,5 млрд лет назад из газов, выделяемых твердыми оболочками Земли. В течение геологической истории Земли атмосфера под влиянием различных факторов претерпевала значительные изменения своего состава. В настоящее время атмосфера состоит из следующих слоев: тропосферы, стратосферы, мезосферы, термосферы и экзосферы. Участки атмосферы, занимающие промежуточное положение между этими слоями, соответственно называют тропопаузой, стратопаузой и мезопаузой. Тропосфера – нижний слой атмосферы высотой от 8-10 км в полярных широтах до 16-18 км в тропиках. В ней сосредоточено около 80% всей массы атмосферы. Тропосфера характеризуется падением температуры и плотности воздуха с увеличением высоты. В тропосфере сосредоточено 10% озона. Стратосфера располагается на высотах в среднем от 10-15 км до 50-55 км от поверхности Земли. Стратосфера характеризуется повышением температуры с увеличением высоты за счет поглощения озоном (здесь его 90%) коротковолновой радиации Солнца – УФ-радиации. Мезосфера – слой атмосферы, расположенный на высотах 55-85 км. В мезосфере температура воздуха с увеличением высоты уменьшается. Термосфера простирается на высотах примерно от 85 км до 250 км от поверхности Земли и характеризуется быстрым повышением температуры воздуха за счет поглощения корпускулярной и рентгеновской радиации Солнца. Здесь тормозятся и сгорают метеориты. Таким образом, термосфера выполняет функцию защитного слоя Земли. Выше термосферы находится экзосфера, верхняя граница которой условна и отмечается высотой примерно 1000 км над поверхностью Земли. Из экзосферы атмосферные газы рассеиваются в мировое пространство.

Поступающая на Землю солнечная радиация частично поглощается атмосферой (водяным паром и озоном), а частично отражается от поверхности Земли. Величина отражения зависит от отражающей способности конкретного участка земной поверхности – альбедо. Неодинаковый разогрев атмосферы приводит к перемещению воздушных масс, которое называется ветром. Состояние нижнего слоя атмосферы в данное время в данном месте называется погодой. Погодные условия зависят от угла, под которым солнечные лучи падают на поверхность Земли. Характер погоды, ее сезонная динамика зависят от климата на данной местности. Климат – наиболее часто повторяющиеся для данной местности особенности погоды, сохраняющиеся на протяжении длительного времени. Ведущим условием установления определенного климата на данной территории является количество энергии, приходящейся на единицу площади. Оно зависит от суммарной солнечной радиации, падающей на земную поверхность, и от альбедо этой поверхности.

7. Географическая оболочка. В.В.Докучаев, открывший закон географической зональности, отмечал, что в природе гармонично взаимодействуют друг с другом шесть природных компонентов: земная кора литосферы, воздух атмосферы, вода гидросферы, растительный и животный мир биосферы, а также почва. Они постоянно обмениваются между собой веществом и энергией. Благодаря такому обмену природа способна самовосстанавливаться, самоочищаться и саморегулироваться. Если в природном комплексе меняется один какой-нибудь компонент, то все другие меняются тоже, стараясь восстановить свое равновесие. Географическая оболочка– это целостная и непрерывная оболочка Земли, среда деятельности человека, в пределах которой соприкасаются, взаимно проникают друг в друга и взаимодействуют нижние слои атмосферы, поверхностные толщи литосферы, вся гидросфера и биосфера. Между этими частями происходит непрерывный обмен веществом и энергией. Таким образом, географическая оболочка – это планетарный, охватывающий всю поверхность Земли, природный комплекс. Суммарная толщина географической оболочки – несколько десятков километров. Основным источником процессов, происходящих в географической оболочке, служит энергия Солнца.

Географическая оболочка делится на крупные зональные подразделения (географические или природные пояса) и мелкие зональные подразделения (ландшафты). Географические пояса и ландшафты – это природные географические комплексы, в которых все основные компоненты находятся в сложном взаимодействии и взаимообусловленности, образуя единую неразрывную систему.

В результате длительной эволюции географической оболочки под влиянием антропогенного воздействия возникла географическая среда. Географическая среда – это часть природы Земли, с которой человеческое общество непосредственно взаимодействует в своей жизни и производственной деятельности на данном этапе исторического развития. В последнее время наряду с понятием о географической среде в научный обиход вошло понятие об окружающей природной среде. Окружающая среда – необходимое условие жизни и деятельности общества. Она служит средой обитания, источником ресурсов, оказывает большое влияние на духовный мир людей.