Вращение Земли вокруг оси проявляется во многих явлениях на ее поверхности. Например, пассаты (постоянные ветры в тропических областях обоих полушарий, дующие к экватору) вследствие вращения Земли с запада на восток дуют с северо-востока в северном полушарии и с юго-востока - в южном полушарии; в северном полушарии подмываются правые берега рек, в южном - левые; при движении циклона с юга на север его путь отклоняется к востоку и т.д.

a ) б )

Рис. 12: Маятник Фуко. А - плоскость качания маятника.

Но наиболее наглядным следствием вращения Земли является опыт с физическим маятником, впервые поставленный физиком Фуко в 1851 г.

Опыт Фуко основан на свойстве свободного маятника сохранять неизменным в пространстве направление плоскости своих колебаний, если на него не действует никакая сила, кроме силы тяжести. Пусть маятник Фуко подвешен на северном полюсе Земли и колеблется в какой-то момент в плоскости определенного меридиана l (рис.12, a ). Через некоторое время наблюдателю, связанному с земной поверхностью и не замечающему своего вращения, будет казаться, что плоскость колебаний маятника непрерывно смещается в направлении с востока на запад, “за Солнцем”, т.е. по ходу часовой стрелки (рис.12,6 ). Но так как плоскость качания маятника не может произвольно менять своего направления, то приходится признать, что в действительности поворачивается под ним Земля в направлении с запада к востоку. За одни звездные сутки плоскость колебаний маятника совершит полный оборот относительно поверхности Земли с угловой скоростью w= 15° в звездный час. На южном полюсе Земли маятник совершит за 24 звездных часа также один оборот, но против часовой стрелки.

Рис 13.

Если маятник подвесить на земном экваторе и ориентировать плоскость его качания в плоскости экватора, т. е. под прямым yглом к меридиану l (рис. 12), то наблюдатель не заметит смещения плоскости его колебаний относительно земных предметов, т.е. она будет казаться неподвижной и оставаться перпендикулярной к меридиану. Результат не изменится, если маятник на экваторе будет колебаться в какой-либо другой плоскости. Обычно говорят, что на экваторе период вращения плоскости колебаний маятника Фуко бесконечно велик.

Если маятник Фуко подвесить на широте j , то его колебания будут происходить в плоскости, вертикальной для данного места Земли.

Вследствие вращения Земли наблюдатeлю будет казаться, что плоскость колебаний маятника поворачивается вокруг вертикали данного места. Угловая скорость этого поворота w j равна проекции вектора угловой скорости вращения Земли w на вертикаль в данном месте О (рис. 13), т.е.

w j --= w sin j = 15° sin j .

Таким образом, угол видимого поворота плоскости колебаний маятника относительно поверхности Земли пропорционален синусу географической широты.

Фуко поставил свой опыт, подвесив маятник под куполом Пантеона в Париже. Длина маятника была 67 м, вес чечевицы - 28 кг. В 1931 г. в Ленинграде в здании Исаакиевского собора был подвешен маятник длиной 93 м и весом 54 кг. Амплитуда колебаний этого маятника равна 5 м , период - около 20 секунд. Острие его чечевицы при каждом следующем возвращении в одно из крайних положений смещается в сторону на 6 мм. Таким образом, за 1-2 минуты можно убедиться в том, что Земля действительно вращается вокруг своей оси.

Рис. 14

Вторым следствием вращения Земли (но менее наглядным) является отклонение падающих тел к востоку. Этот опыт основан на том, что чем дальше находится точка от оси вращения Земли, тем больше ее линейная скорость, с которой она перемещается с запада на восток вследствие вращения Земли. Поэтому вершина высокой башни В перемещается к востоку с большей линейной скоростью, нежели ее основание О (рис. 14). Движение тела, свободно падающего с вершины башни, будет происходить под действием силы притяжения Земли с начальной скоростью вершины башни. Следовательно, прежде чем упасть на Землю, тело будет двигаться по эллипсу, и хотя скорость его движения постепенно увеличивается, упадет оно на поверхность Земли не у основания башни, а несколько обгонит его, т.е. отклонится от основания в сторону вращения Земли, к востоку.

В теоретической механике для расчета величины отклонения тела к востоку х получена формула

где h - высота падения тела в метрах, j - географическая широта места опыта, а х выражено в миллиметрах.

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).

В настоящее время вращение Земли непосредственно наблюдается из космоса.

Земля (лат. Terra) - третья от Солнца планета Солнечной системы, крупнейшая по диаметру, массе и плотности среди планет земной группы.

Земля взаимодействует (притягивается гравитационными силами) с другими объектами в космосе, включая Солнце и Луну. Земля обращается вокруг Солнца и делает вокруг него полный оборот примерно за 365,26 дней. Этот отрезок времени - сидерический год, который равен 365,26 солнечным суткам. Ось вращения Земли наклонена на 23,4° относительно её орбитальной плоскости, это вызывает сезонные изменения на поверхности планеты с периодом в один тропический год (365,24 солнечных суток).

Одним из доказательств орбитального вращения Земля является смена времен года. Правильное понимание наблюдаемых небесных явлений и места Земли в Солнечной системе складывалось веками. Окончательно сломил представление о неподвижности Земли Николай Коперник. Коперник показал, что именно вращением Земли вокруг Солнца можно объяснить видимые петлеобразные движения планет. Центром планетной системы является Солнце.

Ось вращения Земли отклонена от оси орбиты (т. е. прямой, перпендикулярной плоскости орбиты) на угол, равный примерно 23,5°. Если бы не было этого наклона, смены времен года не существовало бы. Регулярная смена времен года - следствие движения Земли вокруг Солнца и наклона оси вращения Земли к плоскости орбиты. В северном полушарии Земли наступает лето, когда северный полюс Земли освещается Солнцем, а южный полюс планеты располагается в ее тени. При этом в южном полушарии наступает зима. Когда в северном полушарии весна, то в южном - осень. Когда в северном полушарии осень, в южном - весна. Времена года в южном и северном полушариях всегда противоположны. Примерно 21 марта и 23 сентября во всем мире день и ночь продолжаются 12 часов. Эти дни называются днями весеннего и осеннего равноденствия. Летом продолжительность светлого времени суток больше, чем зимой, следовательно, северное полушарие Земли в течение весны и лета с 21 марта по 23 сентября получает гораздо больше тепла, чем осенью и зимой с 23 сентября по 21 марта.

Как известно, Земля обращается по своей орбите вокруг Солнца. Для нас, находящихся на поверхности Земли людей, такое годовое движение Земли вокруг Солнца заметно в виде годового перемещения Солнца на фоне звезд. Как мы уже знаем, путь Солнца среди звезд является большим кругом небесной сферы и называется эклиптикой. Значит, эклиптика является небесным отражением орбиты Земли, поэтому плоскость орбиты Земли называют еще плоскостью эклиптики. Ось вращения Земли не перпендикулярна плоскости эклиптики, а отклоняется от перпендикуляра на угол. Благодаря этому на Земле происходит смена времен года (см. рис. 15). Соответственно, и плоскость земного экватора наклонена на этот же угол к плоскости эклиптики. Линия пересечения плоскости земного экватора и плоскости эклиптики сохраняет (если не учитывать прецессию) неизменное положение в пространстве. Один ее конец указывает на точку весеннего равноденствия, другой - точку осеннего равноденствия. Эти точки неподвижны относительно звезд (с точностью до прецессионного движения!) и вместе с ними участвуют в суточном вращении.

Рис. 15.

Вблизи 21 марта и 23 сентября Земля расположена относительно Солнца таким образом, что граница света и тени на поверхности Земли проходит через полюса. А поскольку каждая точка на поверхности Земли совершает суточное движение вокруг земной оси, то ровно половину суток она будет на освещенной части земного шара, а вторую половину - на затененной. Таким образом, в эти даты день равен ночи, и они называются соответственно днями весеннего и осеннего равноденствий. Земля в это время находится на линии пересечения плоскостей экватора и эклиптики, т.е. в точках весеннего и осеннего равноденствий, соответственно.

Выделим еще две особенные точки на орбите Земли, которые называются точками солнцестояний, а даты, на которые приходится прохождение Земли через эти точки, днями солнцестояний.

В точке летнего солнцестояния, в которой Земля бывает вблизи 22 июня (день летнего солнцестояния), северный полюс Земли направлен в сторону Солнца, и большую часть суток любая точка северного полушария освещена Солнцем, т.е. в эту дату день - самый длинный в году.

В точке зимнего солнцестояния, в которой Земля бывает вблизи 22 декабря (день зимнего солнцестояния), северный полюс Земли направлен в сторону от Солнца, и большую часть суток любая точка северного полушария находится в тени, т.е. в эту дату ночь - самая длинная в году, а день - самый короткий.

Из-за того, что календарный год по продолжительности не совпадает с периодом обращения Земли вокруг Солнца, дни равноденствий и солнцестояний в разные годы могут приходиться на разные дни (-+ один день от названных выше дат). Однако в дальнейшем при решении задач мы будем пренебрегать этим и считать, что дни равноденствий и солнцестояний всегда приходятся на указанные выше даты.

Перейдем от реального движения Земли в пространстве к видимому движению Солнца для наблюдателя, находящегося на широте,. В течение года центр Солнца движется по большому кругу небесной сферы, по эклиптике, против часовой стрелки. Поскольку плоскость эклиптики в пространстве неподвижна относительно звезд, то эклиптика вместе со звездами будет участвовать в суточном вращении небесной сферы. В отличие от небесного экватора и небесного меридиана эклиптика будет менять свое положение относительно горизонта в течение суток.

Как изменяются координаты Солнца в течение года? Прямое восхождение изменяется от 0 до 24 h , а склонение изменяется от - до +. Лучше всего это можно увидеть на небесной карте экваториальной зоны (рис. 16).

Рис. 16.

Для четырех дней в году мы знаем координаты Солнца точно. Ниже в таблице даны эти сведения.

Таблица 2. Данные о Солнце в дни равноденствий и солнцестояний

	т. восхода	т. захода	h max
		0 h 00 m
	23 o 26"	6 h 00 m	сев.-вост.
		12 h 00 m
	23 o 26"	18 h 00 m

В таблице указана также полуденная (в момент верхней кульминации) высота Солнца на эти даты. Для того, чтобы вычислить высоту Солнца в моменты кульминаций на любой другой день года, нам необходимо знать в этот день.

Земля, подобно другим планетам движется вокруг Солнца. Этот путь Земли называют орбитой (лат. оrbita -колея, дорога). Орбита Земли-- эллипс, близкий к окружности, в одном из фокусов которого находится Солнце. Расстояние от Земли до Солнца изменяется в течение года, от 147 млн. км в перигелии (2 января) до 152 млн. км в афелии (5 июля) Длина орбиты более 930 млн. км. Земля движется по орбите с запада на восток со средней скоростью около 29,8 км/с и проходит весь путь за 365 суток 6 ч 9 мин 9 с. Этот промежуток времени называют звездным (сидерическим) годом. Доказательством движения Земли вокруг Солнца является годичное аберрационное смещение звезд, открытое в 1728 г. английским астрономом Дж. Брадлеем (1693--1762). Аберрация -- угол между наблюдаемым (видимым) и истинным направлением на светило. Дело в том, что пока свет от звезды доходит до окуляра прибора, наблюдатель вместе с прибором перемещается по орбите вокруг Солнца. Чтобы свет от звезды попал в объектив, нужно направить прибор не на истинное направление на звезду, а на расчетное. Годовое движение Земли вокруг Солнца можно наблюдать по непрерывному изменению положения Солнца на небе: изменяется полуденная высота Солнца, азимутальный угол восхода и заката.

Ось вращения Земли наклонена к плоскости орбиты под углом 66,5" и перемещается в пространстве параллельно самой себе в течение года. Это приводит к смене времен года и неравенству дня и ночи -- важнейшим следствиям обращения Земли вокруг Солнца.

Наклон земной оси к плоскости орбиты и сохранение ее ориентировки в пространстве обусловливают различный угол падения солнечных лучей и соответственно различия в поступлении тепла на земную поверхность, а также неодинаковую продолжительность дня и ночи в течение года на всех широтах, кроме экватора.

• 22 июня земная ось северным концом обращена к Солнцу В этот день -- день летнего солнцестояния солнечные лучи в полдень отвесно падают на параллель 23,5° с.ш. - так называемый Северный тропик. Все параллели севернее экватора до 66,5° с.ш. большую часть суток освещены -- на этих широтах день длиннее ночи. Севернее 66,5° с.ш. в день летнего солнцестояния территория полностью освещена Солнцем - там полярный день. Параллель 66,5° с.ш. является границей, с которой начинается полярный день, -это Северный полярный круг. В этот же день на всех параллелях южнее экватора до 66,5° ю.ш. день короче ночи. Южнее 66,5° ю.ш. территория не освещена совсем -- там полярная ночь. Параллель 66,5° ю.ш. -- Южный полярный круг. 22 июня -- начало астрономического лета в северном полушарии и астрономической зимы в южном полушарии.
• 22 декабря земная ось южным концом обращена к Солнцу.В этот день - день зимнего солнцестояния солнечные лучи в полдень отвесно падают на параллель 23,5° ю.ш. - так называемый Южный тропик. На всех параллелях южнее экватора до 66,5° ю.ш, день длиннее ночи. Начиная с Южного велярного круга устанавливается полярный день. В этот день на всех параллелях севернее экватора до 66,5° с.ш. день короче ночи. За Северным полярным кругом -- полярная ночь. 22 декабря - начало астрономического лета в южном полушарии и астрономической зимы в северном полушарии.
• 21 марта -- в день весеннего равноденствия и 23 сентября в день осеннего равноденствия терминатор проходит через оба полюса Земли и делит все параллели пополам. Северное и южное полушария в эти дни освещены одинаково, день повсюду на Земле равен ночи.Солнечные лучи в полдень и зените над экватором. На Земле 21 марта и 23 сентября -- начало астрономической весны и астрономической осени в соответствующих полушариях.

Со сменой времен года связана сезонная ритмичность в природе. Она проявляется в изменении температуры, влажности воздуха и других метеорологических показателей, в режиме водоемов, в жизни растений, животных.

Рис.3.3

В результате годового движения Земли и наклона оси ее вращения к плоскости орбиты на Земле образовались пять - поясов освещения, ограниченных тропиками и полярными кругами. Они отличаются высотой полуденного стояния Солнца над горизонтом, продолжительностью дня и соответственно тепловыми условиями.

Жаркий пояс лежит между тропиками (греч. tropikos -- круг поворота). В его пределах Солнце два раза в году бывает в зените, на тропиках -- по одному разу в год в дни солнцестояний (и этим они отличаются от всех остальных параллелей). Жаркий пояс занимает около 40% земной поверхности.

Умеренные пояса (их два) располагаются между тропиками и полярными кругами. Солнце в их пределах никогда не бывает в зените. В Северном умеренном поясе Солнце в полдень всегда находится на юге, в Южном -- на севере. В течение суток обязательно происходит смена дня и ночи, причем продолжительность их зависит от широты и времени года. Близ полярных кругов (с 60° до 66,5°ш) летом наблюдаются светлые, так называемые белые ночи с сумеречным освещением за счет слияния вечерней и утренней зорь, поскольку Солнце ненадолго и неглубоко уходит под горизонт. Общая площадь умеренных поясов составляет 52 % земной поверхности.

Холодные пояса (их два) -- к северу от Северного и к югу от Южного полярных кругов. Эти пояса отличаются наличием полярных дней и ночей, продолжительность которых увеличивается от одних суток на полярных кругах (и этим они отличаются от всех остальных параллелей) до полугода на полюсах. Во время полярного дня Солнце можно видеть на всех сторонах горизонта. Общая площадь холодных поясов составляет 8 % земной поверхности.

Пояса освещения -- основа климатической зональности и природной зональности вообще. Время движения по орбите с различной скоростью: в точке перигелия скорость наибольшая, наименьшая скорость у Земли при прохождении точки афелия. Отсюда следует, что в Северном полушарии летний сезон самый продолжительный, зимний самый короткий. Более того, поскольку Северное полушарие зимой ближе к Солнцу, а летом немного дальше, температурный режим его более благоприятный, чем Южного полушария: лето (по астрономическим причинам) белее продолжительнее и немного прохладнее, а зима короче и немного теплее.

Пояса освещения, или астрономические тепловые пояса, выделяются по высоте Солнца над горизонтом и продолжительности освещения. В жарком поясе, расположенном между тропиками, Солнце дважды в год в полдень бывает в зените. На линиях тропиков Солнце стоит в зените только один раз в году: на Северном тропике (тропик Рака) Солнце стоит в зените в полдень -- 22 июня, на Южном тропике (тропик Козерога) - 22 декабря. Продолжительность дня в жарком поясе в течение года изменяется мало (от 11 до 13 часов).

Между тропиками и полярными кругами выделяются два умеренных пояса. В них Солнце никогда не стоит в зените, продолжительность дня и высота Солнца над горизонтом сильно меняются в течение года. Однако в течение суток обязательно бывает смена дня и ночи. Между полярными кругами к полюсами расположены два холодных пояса, здесь бывают полярные дни и ночи. Следовательно в году бывают дни, когда Солнце вообще не показывается из-за горизонта или не опускается за горизонт.

Положение тропиков и полярных кругов не остается постоянным, оно изменяется в зависимости от изменения наклонения плоскости орбиты Земли. Плоскость земной орбиты колеблется в пространстве, и за 40 000 лег наклон к экватору изменяется от 24°36" до 21° 58". Это сопровождается расширением и сужением пояса освещения. Если бы ось Земли была перпендикулярна к плоскости орбиты, то пояса освещения не выделялись бы.

Смена времен года обусловливает годовой ритм в географической оболочке. В жарком поясе годовой ритм зависит главным образом от изменения увлажнения, в умеренном -- от температуры, в холодном -- от условий освещения.

Движение Земли вокруг Солнца и его географическое следствие (годовое)

Земля движется вокруг Солнца по эллиптической орбите со скоростью 30 км/с. Длина этой орбиты - 930 млн. км, а полный оборот Земля совершает за 365 суток 6 часов 9 минут и 9 секунд (звездный год). Земная ось наклонена к плоскости орбиты на 66,5? и этот наклон постоянно сохраняется. Вследствие этого солнечные лучи падают на земную поверхность неравномерно. Неравномерно поступает и тепло от Солнца. Это приводит к неодинаковой продолжительности дня и ночи на всех широтах (кроме экватора) и к смене времен года на нашей планете.

Путь движения Солнца между этими четырьмя точками (равноденствия и солнцестояния) делится на секторы по 90? каждый. Прохождение Солнцем по каждому из секторов вызывает на Земле смену времен года (осень, зима, весна, лето). Когда Земля поворачивает к Солнцу свое Северное полушарие, во всех странах, расположенных севернее экватора, наступает лето и удлиняется день, а в странах к югу от экватора наступает зима и укорачивается день.

Эллиптичность орбиты годового движения Земли приводит к изменениям скорости ее движения вокруг Солнца. Находясь в перигелии (ближе всего к Солнцу), Земля имеет максимальную скорость движения, поэтому осень и зима в Северном полушарии короче остальных сезонов, в Южном полушарии - лето короче, а зима длиннее.

Географические следствия движения Земли - явления, вызванные разными видами движения Земли и оказывающие влияние на форму Земли, природные процессы и жизнь человека: смена дня и ночи, смена времен года, отклонение движения тел под воздействием ускорения Кориолиса, приливы, отливы и др.

1) Белые ночи - светлые ночи, когда вечерние сумерки смыкаются с утренними, и ночная темнота не наступает. Белые ночи наблюдаются в обоих полушариях на широтах свыше 60 град. В Санкт-Петербурге белые ночи продолжаются с 11 июня по 2 июля, в Архангельске с 13 мая по 30 июля. За полярным кругом белые ночи предшествуют полярному дню и наблюдаются некоторое время после его окончания.

2) Смена времен года;

3) Закон миграции речного русла - в физической географии - закон, согласно которому реки в результате отклоняющего действия вращения Земли вокруг ее оси имеют тенденцию смещать свое русло в северном полушарии вправо, а в южном полушарии - влево. Следствие : У рек Северного полушария правый берег обычно крутой, а левый - пологий.

4) Полярная ночь - период, когда Солнце в высоких широтах многие сутки не поднимается над горизонтом; явление, противоположное полярному дню; наблюдается одновременно с ним на соответствующих широтах другого полушария.

5) Полярный день - период, когда Солнце в высоких широтах многие сутки не опускается за горизонт. Продолжительность полярного дня тем больше, чем дальше к полюсу от полярного круга. На полярных кругах Солнце не заходит только в день солнцестояния, на 68 град. широты полярный день длится около 40 суток, на Северном полюсе - 189 суток.

6) Равноденствие - момент времени, когда Солнце при своем видимом годичном перемещении по эклиптике пересекает небесный экватор: солнечные лучи касаются обоих полюсов, а земная ось перпендикулярна лучам. Весеннее равноденствие бывает 21-22 марта, осеннее - 22-23 сентября. При равноденствии Северное и Южное полушария освещены одинаково, на всей Земле (исключая районы полюсов) день равен ночи, на одном полюсе Солнце восходит, на другом - заходит.

7) Системы счета времени - способы отсчета интервалов времени путем сравнения их с принятыми основными единицами, в качестве которых используются различные естественные или искусственные периодические процессы: обращение Земли вокруг Солнца, вращение Земли, качание маятника, колебание кварцевой пластинки и т.д. Установлением и контролем систем счета времени занимаются национальные и международные службы времени.

8) Солнцестояние - момент прохождения центром Солнца точек эклиптики, наиболее удаленных от экватора (точек солнцестояния). Различают летнее и зимнее солнцестояние.

В день летнего солнцестояния (21-22 июня) достигается самая большая продолжительность дня в Северном полушарии. В Южном полушарии в это время самый короткий день.

В день зимнего солнцестояния (21-22 декабря) картина обратная: самый короткий день в Северном полушарии, самый длинный - в Южном.

9) Ускорение Кориолиса - ускорение относительно поверхности Земли, испытываемое любым движущимся телом вследствие того, что вращающаяся Земля не является инерциальной системой координат.

Ускорение Кориолиса связано только с подвижной системой отсчета.

Ускорение Кориолиса в Северном полушарии направлено вправо по отношению к направлению движения, в Южном - влево, и равно нулю на экваторе, а максимальное значение имеет на полюсах; его величина не зависит от направления движения.

Земля совершает множество движений одновременно. В географии принято учитывать и анализировать три из них: орбитальное движение, суточное вращение и движение системы Земля -- Луна.

Наблюдения, которые проводятся в течение многих десятилетий на станциях Международной службы движения полюсов Земли (до 1961 г. именовалась Международной службой широты; была создана в 1899 г.), а также 20-летние измерения с помощью геодезических спутников указывают, что тело планеты, а значит, географическая ось Земли, отклоняется от оси ее вращения (неизменной в пространстве, если не учитывать прецессию и нутацию) со скоростью около 10 см/год, т.е. примерно на 1° в 1 млн лет. Однако оценки истинного смещения в масштабах миллионов лет очень неопределенны. Предполагается, что за эпоху кайнозоя (последние 65 млн лет) этот дрейф составил около 10°, причем последние 10 млн лет его скорость достигает 0.5° в 1 млн лет.

Во Вселенной небесные тела образуют системы различной сложности. Например, планета Земля со спутником Луной образует систему. Она входит в более крупную систему -- Солнечную, образованную Солнцем и движущимися вокруг него небесными телами -- планетами, астероидами, спутниками, кометами. Солнечная система, в свою очередь, является частью Галактики. Галактики образуют еще более сложные системы -- скопления галактик. Самая грандиозная звездная система, состоящая из множества галактик -- Метагалактика -- видимая с помощью приборов часть Вселенной. По современным представлениям, она имеет диаметр около 100 млн световых лет, возраст Вселенной -- 15 млрд лет, в нее входит 10 22 звезд.

Нашу Галактику можно отнести к числу слабовзаимодействующих галактик. Она испытывает гравитационное воздействие со стороны близких спутников -- Большого и Малого Магеллановых Облаков. Влияние нашей Галактики немного сильнее, и постепенно Магеллановы Облака разрушаются. Через несколько миллиардов лет Магеллановы Облака войдут в нашу систему и сольются с ней.

Расстояние от Солнечной системы до центра галактики составляет 23-28 тыс. световых лет. Солнце находится на периферии Галактики, вне спиральных рукавов. Для Земли это обстоятельство очень благоприятно: она расположена в относительно спокойной части Галактики и в течение миллиардов лет не испытывает влияние космических катаклизмов.

Галактический год -- промежуток времени между двумя последовательными прохождениями Солнечной системы через ближайший к центру Галактики участок орбиты -- составляет 200-220 млн лет, то есть близок к продолжительности одного геологического цикла.

Эпохи горообразования - промежутки в истории Земли, характеризующиеся интенсивными тектоническими движениями, в результате которых происходило смятие слоев горных пород в складки, образование разломов в земной коре, формировались горы:

• - Байкальская (Протерозойская и Палеозойская эры);
• - Каледонская, Герцинская (Палеозойская эра);
• - Киммерийская (Мезозойская эра);
• - Альпийская (Кайнозойская эра).

Горы, возникшие в геологически недавние эпохи горообразования, имеют резко расчлененный рельеф, большую высоту; более древние горы - снижены, разрушены, иногда уничтожены полностью.

Вокруг Солнца Земля движется по орбите, мало отличающейся от круга. Солнце расположено в одном из фокусов эллиптической орбиты Земли, вследствие чего расстояние между Землей и Солнцем в течение года меняется незначительно. За единицу при измерении расстояний в пределах Солнечной системы принимается большая полуось орбиты Земли, равная 149,6 млн. км. Скорость движения Земли на орбите тем выше, чем меньше радиус-вектор (расстояние от Земли до Солнца). В перигелии Земля бывает в начале января, следовательно, ее движение по орбите происходит быстрее, поэтому зимнее полугодие в Северном полушарии короче, чем в Южном.

Под действием притяжения других планет положение плоскости земной орбиты, а также ее форма медленно изменяются на протяжении миллионов лет: наклон эклиптики -- от 0 до 2,9°, а эксцентриситет -- от 0 до 0,067.

Земная ось наклонена по отношению к плоскости орбиты и образует с нею угол, равный 66° 33". В процессе движения ось перемещается поступательно, поэтому на орбите возникают 4 характерные точки. В дни равноденствий радиус-вектор находится в плоскости экватора, а светораздельная линия делит все параллели пополам. Благодаря этому солнечные лучи на экваторе в полдень падают отвесно и на всем земном шаре день равен ночи (на полюсах происходит смена дня и ночи). Различают весеннее и осеннее равноденствия. В дни солнцестояний плоскость экватора наклонена по отношению к солнечному лучу (и радиусу-вектору орбиты) под углом 23° 27". Солнце в этот момент находится в зените над одним из тропиков. Различают летнее и зимнее солнцестояния,

Из-за эллипсоидальности орбиты и наклона земной оси к плоскости в среднем на 23° 30" земная ось совершает движение в теле Земли, описывая конус. В свою очередь это проявляется в периодическом изменении величины угла наклона темной оси к эклиптике в интервале 22°,068-24°,568 (по расчетам Ш. Г. Шараф и Н.А Будниковой); для современной эпохи угол наклона составляет 23° 27" 08" (по определению 1900 г.). По этой же причине линия пересечения плоскости экватора с плоскостью эклиптики, на которой лежат точки равноденствий, перемещается навстречу движению Земли по орбите, благодаря чему тропический год короче сидерического (солнечного). Тропическим годом называют отрезок времени в сутках между двумя последовательными прохождениями Земли через точку весеннего равноденствия на орбите (или между двумя последовательными весенними равноденствиями). Период времени, за который земная ось описывает полный конус, называется прецессионным ритмом (25 735 тропических лет). Вследствие прецессии происходит смещение точки весеннего равноденствия навстречу орбитальному движению Солнца - так называемое предварение равноденствия (примерно на 20 мин в год). Наряду с прецессионным ритмом (26 тыс. лет) еще, по крайней мере, два ритма (41 и 200 тыс. лет) обусловлены взаимодействием Земли с Луной и Солнцем.

Поскольку от наклона плоскости экватора к эклиптике зависит контрастность в поступлении солнечного тепла на разные широты (чем больше угол, тем контрастность меньше), а также выраженность сезонов года (чем больше угол, тем выраженность сезонов выше), прецессия и другие возмущения движения Земли обусловливают периодические изменения режима поступления солнечной радиации на каждой широте.

В палеогеографии это используют для объяснения ритмических изменений климата, с которыми, в частности, связаны ледниковые эпохи (названия даны по альпийской шкале оледенений): гюнц (I-590, II-565), миндель (I-476, II-435), рисс (I-230, II-187), вюрм (I-115, II-72, III-25 тыс лет назад).

Суточное вращение Земли происходит вокруг оси, которая в силу гироскопического эффекта стремится сохранять постоянное положение в пространстве. Вращение Земли осуществляется равномерно. Отрезок времени между последовательными прохождениями плоскости меридиана данной точки через центр Солнца называют солнечными сутками. Земля вращается против часовой стрелки, если смотреть с Северного полюса.

При этом угловая скорость вращения, т. е. угол, на который поворачивается любая точка на поверхности Земли, одинакова и составляет 15° в час. Линейная скорость зависит от широты: на экваторе она наибольшая -- 464 м/с, а географические полюса неподвижны.

Физическим доказательством осевого вращения Земли являются также измерения дуги 1° меридиана, которые доказывают сжатие Земли у полюсов, а оно свойственно лишь вращающимся телам. Также характерно отклонение падающих тел от отвесной линии на всех широтах, кроме полюсов. Причина этого отклонения обусловлена сохранением ими по инерции большей линейной скорости на высоте по сравнению с земной поверхностью. Падая, предметы отклоняются к востоку потому, что Земля вращается с запада на восток. Величина отклонения максимальна на экваторе. На полюсах тела подают вертикально, не отклоняясь от направления земной оси.

Географическими следствиями суточного вращения Земли являются:

1. Смена дня и ночи, т. е. изменение в течение суток положения Солнца относительно плоскости горизонта данной точки. С этим изменением связаны суточный ритм солнечной радиации, интенсивность которой зависит от угла наклона земной оси, ритмы нагревания и охлаждения, местной циркуляции воздуха, жизнедеятельности живых организмов.

Смена дня и ночи создает суточную ритмичность в живой и неживой природе. Суточный ритм связан со световыми и температурными условиями. Общеизвестен суточный ход температуры, дневной и ночной бризы и т. д. Очень ярко проявляется суточный ритм в живой природе. Известно, что фотосинтез возможен лишь днем (при наличии солнечного света), что многие растения раскрывают свои цветки в разные часы. Животных по времени проявления активности можно подразделить на ночных и дневных: большинство из них бодрствует днем, но многие (совы, летучие мыши, ночные бабочки) -- во мраке ночи. Жизнь человека тоже протекает в суточном ритме.

• 2. Ось вращения, полюсы и экватор являются основой географической системы координат. Экватор служит плоскостью симметрии, относительно которой размещаются пояса освещения, меняются величина солнечной радиации и другие важные параметры. От полушария (Северного и Южного) зависит направление силы Кориолиса, а от широты -- ее величина; полюсы не участвуют в суточном вращении.
• 3. Деформация фигуры Земли - сплюснутость с полюсов (полярное сжатие), связанная с возрастанием центробежной силы от полюсов к экватору. Сжатие нашей планеты у полюсов - результат ее осевого вращения. Раньше, когда Земля вращалась с большей скоростью, полярное сжатие было значительнее. Уменьшение экваториального радиуса и увеличение полярного сопровождалось тектоническими деформациями земной коры (разломы, складки) и перестройкой макрорельефа Земли.
• 4. Существование силы Кориолиса (геострофической или поворотной). Сила Кориолиса действует только на движущиеся тела, пропорциональна их массе и скорости движения и зависит от широты, на которой расположена точка. Чем больше угловая скорость, тем больше сила Кориолиса (т. е. с удлинением суток за счет действия приливного трения сила Кориолиса уменьшается). Последний фактор важен только в вековом аспекте, для небольших отрезков времени угловая скорость принимается постоянной.

Рис.2.2

Осевое вращение Земли вызывает отклонение тел, движущихся горизонтально (ветров, рек, морских течений и др.) от их первоначальных направлений: в северном полушарии -- направо, в южном-- влево. По закону инерции каждое движущееся тело стремится сохранить неизменными направление и скорость своего движения в пространстве. Отклонение -- результат того, что тело участвует как в поступательном, так и во вращательном (с запада на восток) 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 направление своего движения на 360°.Сила Кориолиса вычисляется по формуле:

где F -- сила Кориолиса,

m -- масса движущегося тела,

щ -- угловая скорость вращения Земли,

v -- скорость движущегося тела,

ц -- 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 нею связана асимметрия крупных речных долин. По Закону Бэра - Бабине -- согласно которому реки, текущие на равнинах Северного полушария, подмывают правые берега, и на южном -- левые, обусловливая асимметрию склонов долин. В основе лежит закон Кориолиса, согласно которому всякое тело, движущееся горизонтально у поверхности Земли, независимо от направления движения отклоняется в Северном полушарии вправо, в Южном -- влево, вследствие вращения Земли с запада на восток.

Земля вращается вокруг своей оси с запада на восток против часовой стрелки, если смотреть со стороны Северного полюса.

Длительное время люди считали Землю неподвижным телом, которое находится в центре Вселенной, а вокруг него вращаются Солнце и звезды. В XVI в. польский ученый Николай Коперник доказал, что видимое движение небесных светил кажущиеся, в действительности же Земля вращается вокруг оси и в то же время движется вокруг Солнца. Свое учение он изложил в сочинении «Об обращении небесных сфер» (1543 г.).

В 1851 г. французский физик Леон Фуко провел опыт, доказывающий вращение Земли вокруг оси. Из физики известно, что плоскость качания маятника не изменяется, если на него не действуют какие- либо другие силы, кроме силы тяжести. В самом высоком здании Парижа Пантеоне (усыпальница выдающихся людей Франции) на тонкой стальной проволоке был подвешен тяжелый металлический шар с острием. Под этим огромным маятником был сделан помост, покрытый песком. Когда маятник стали медленно раскачивать, острие оставляло след на песке. При этом, в результате каждого нового качания маятника, линия, проходящая через центр качания, отклонялась своими концами вправо от предыдущей, если смотреть сверху. В действительности отклонялся не маятник, а изменялось положение земной поверхности под ним.

Доказательством осевого вращения Земли является и изменение дуги 1 о меридиана. Ее длина от экватора к полюсам увеличивается. Это доказывает полярное сжатие Земли, свойственное лишь вращающимся телам.

Следующее доказательство – отклонение падающих тел от отвесной линии на всех широтах, кроме полюсов. Причина отклонения заключается в том, что на высоте предметы имеют большую линейную скорость и по инерции сохраняют ее при падении. Так как Земля вращается с запада не восток, падающие предметы отклоняются к востоку. На экваторе направление движения падающего тела перпендикулярно направления земной оси, поэтому величина отклонения максимальна. На полюсах направление падения совпадает с направлением оси, поэтому предметы падают вертикально, не отклоняясь.

Верно ли следующее утверждение?

Утверждение верно.

Земля вращается вокруг оси с запада на восток против часовой стрелки, если смотреть со стороны Северного полюса.

Осевое вращение Земли имеет важнейшее географическое значение. Оно влияет на фигуру планеты. Из-за осевого вращения Земля сжата у полюсов. Раньше, когда скорость вращения планеты была больше, полярное сжатие было значительнее. Изменение фигуры Земли сопровождается тектоническими процессами в земной коре, которые отражаются на рельефе.

Осевое вращение Земли вызывает отклонение горизонтально движущихся тел, от их первоначального направления, в Северном полушарии – вправо, в Южном полушарии - влево. Отклоняются ветры, морские течения, реки и др. Это происходит из-за силы Кориолиса, названной в честь французского математика Г. Кориолиса, который первым объяснил это явление в 1835 г. По закону инерции каждое движущееся тело стремится сохранить направление и скорость своего движение в пространстве. Но из-за осевого вращения, земная поверхность под телом поворачивается. Наблюдателю, связанному с этой поверхностью кажется, что отклоняется тело. На экваторе меридианы параллельны друг другу и направление их в мировом пространстве при вращении не меняется. Поэтому сила Кориолиса здесь отсутствует. У полюсов за сутки каждый меридиан изменяет направление своего движения на 360 о, поэтому отклонение там наибольшее.

Естественная единица измерения времени – сутки, результат осевого вращения.

Полный оборот вокруг своей оси Земля совершает за 23 ч 56 мин 4 с. Это звездные сутки. За это время Земля делает полный оборот вокруг оси по отношению к звездам. Отрезок времени, за который Земля совершает оборот вокруг оси по отношению к Солнцу, называют истинными солнечными сутками. Солнечные сутки - это промежуток времени между двумя прохождениями центра Солнца через меридиан точки наблюдения. Земля движется вокруг Солнца по орбите в том же направлении, в котором вращается вокруг оси, поэтому солнечные сутки несколько длиннее действительного времени полного оборота Земли. Движение Земли по орбите в течение года не равномерно: когда Земля находится ближе к Солнцу, она движется несколько быстрее, когда дальше - медленнее. Поэтому продолжительность истинных солнечных суток в течение года неодинаково. Звездное и истинное солнечное время служит для научных целей. В повседневной жизни пользуются средним солнечным временем. Продолжительность средних солнечных суток 24 ч. Они длиннее звездных, потому что Земля вращается вокруг оси в том же направлении, в котором движется по орбите вокруг Солнца с угловой скоростью около 1 о в сутки. Из-за этого Солнце смещается на фоне звезд, и Земле нежно еще повернуться примерно на 1 о, чтобы Солнце вернулось на тот же самый меридиан. Поэтому, за солнечные сутки Земля совершает оборот примерно на 361 о.

Верно ли следующее утверждение?

В Северном полушарии морские течения отклоняются от своего первоначального направления влево.

Утверждение неверно

В Северном полушарии – вправо, в Южном полушарии - влево.

Географические следствия осевого вращения Земли:

1. Сутки - естественная единица измерения времени.

2. Смена дня и ночи, суточная ритмика в географической оболочке.

3. Полярное сжатие.

4. Отклонение горизонтально движущихся тел (сила Кориолиса).

5. Возникновение приливной волны.

6. Ось вращения, полюсы и экватор основа для построения градусной сети.

7. Различие времени на разных меридианах.

Время

За начало средних солнечных суток принимают момент нижней кульминации среднего Солнца, т. е. полночь. Сутки начинаются одновременно на всем меридиане и чем восточнее он расположен, тем раньше начинаются на нем новые сутки. Каждый меридиан имеет свое местное время. Местное время это среднее солнечное время данного меридиана. За сутки Земля поворачивается вокруг оси на 15 о; поэтому на меридианах, отстоящих друг от друга на 15 о, местное время отличается на 1 ч. Если расстояние между меридианами 1 о долготы, различие во времени – 4 мин. За всемирное (мировое ) время принято местное время гринвичского меридиана.

До середины XIX в. каждый крупный город жил по собственному времени. Но с развитием железнодорожного транспорта это оказалось неудобным. Поэтому на Международном астрономическом конгрессе, проходившем в Вашингтоне в 1884 г., был принят поясной счет времени. Всю поверхность Земли разделили на 24 часовых пояса по 15 о в каждом.

Рис. 1. Карта часовых поясов

За поясное время принято местное время среднего меридиана данного часового пояса. Счет поясов ведется с запада на восток, начиная от нулевого, средний меридиан которого гринвичский, по XXIII. Например, Москва находится во втором часовом поясе, где поясное время определяется по местному времени меридиана 30 о в. д. В двух соседних поясах поясное время отличается на 1 час. Минуты и секунды во всех часовых поясах совпадают. В нашей стране поясное время введено с 1 июля 1919 г. Границы часовых поясов на суше проводятся не строго по меридианам, а с учетом государственных и административных границ, хозяйственных связей и др. Если границы часовых поясов провести строго по меридианам, Российская Федерация будет расположена в 13 часовых поясах. Часть территории Калининградской обл. находится в первом часовом поясе, а небольшая восточная часть Чукотского авт. округа – в тринадцатом. Количество часовых поясов, их состав и границы неоднократно менялись. В настоящее время территория Российской Федерации расположена в 11 часовых поясах.

В целях более рационального использования летом естественного солнечного освещения в нашей стране в 1930 г. декретом правительства стрелки часов перевели на 1 час вперед относительно поясного времени, а обратно осенью их не вернули. Страна стала жить по декретному времени , которое опережало поясное на 1 час.

С 1981по 2010 г. ежегодно в марте осуществлялся переход на летнее время, опережавшее поясное на 2 часа, а в октябре - на зимнее (декретное) время, опережавшее поясное на 1 час. Затем было принято решение ввести в марте 2011 г. летнее время и больше стрелки часов не переводить. Российская Федерация весь год стала жить по летнему времени. Это вызывало много неудобств, особенно в зимний период. Поэтому решили вернуться к зимнему (декретному) времени и больше стрелки часов не переводить. Для этого в последнее воскресенье октября стрелки часов перевели на час назад.

Международная линия перемены дат проходит посередине XII часового пояса, примерно вдоль 180 о меридиана. Это условная линия на поверхности Земли, по обе стороны от которой часы и минуты совпадают, а календарные даты отличаются на одни сутки. При пересечении этой линии с востока на запад, прибавляют одни сутки, а с запада на восток – считают один и тот же день дважды.