Наука о Земле

Размещено на http: //www. allbest. ru/

1. Внутреннее строение Земли. История изучения внутреннего строения Земли

земля географический атмосферный материк

Внутреннее строение Земли

Земля, так же, как и многие другие планеты, имеет слоистое внутреннее строение. Наша планета состоит из трех основных слоев. Внутренний слой - это ядро, наружный - земная кора, а между ними размещена мантия. Ядро представляет собой центральную часть Земли и расположено на глубине 3000-6000 км. Радиус ядра составляет 3500 км. Температура ядра составляет около 5000 градусов. Внешняя часть ядра представлена вращающимися потоками никеля и железа, которые хорошо проводят электрический ток. Внутреннее ядро Земли твердое, также имеет высокую температуру. Состояние внутренней части ядра обеспечивается очень высоким давлением в центре Земли, достигающим 3 млн. Промежуточный слой - мантия - покрывает ядро. Мантия занимает около 80% объема нашей планеты, это самая большая часть Земли. Мантия расположена кверху от ядра, но не достигает поверхности Земли, снаружи она соприкасается с земной корой. В основном, вещество мантии находится в твердом состоянии, кроме верхнего вязкого слоя толщиной примерно 80 км. Снаружи мантию покрывает земная кора - внешняя прочная оболочка. Ее толщина варьирует от нескольких километров под океанами до нескольких десятков километров в горных массивах. На долю земной коры приходится всего 0, 5% общей массы нашей планеты. В состав коры входят оксиды кремния, железа, алюминия, щелочных металлов. Континентальная земная кора делится на три слоя: осадочный, гранитный и базальтовый. Океаническая земная кора состоит из осадочного и базальтового слоев. Литосферу Земли формирует земная кора вместе с верхним слоем мантии. Двигающиеся друг относительно друга литосферные плиты различны по величине, а кинематику передвижения определяет тектоника плит.

История изучения внутреннего строения

1) Впервые адекватно описал строение Земли Эмпедокл из Агригента 5 в. до н. э.

2) Афанасий Кирхер описал строение Земных недр с подземными водами в своём труде «Подземный мир»

3) Джон Вудворт- создал учение о том, что внутренняя часть Земли заполнена водой.

4) Эдмунд Галлей (1656-1742) - выдвинул теорию полой Земли(отстаивал идею о том, что Земля состоит из оболочки примерно в 500 миль (800 км. ), двух внутренних концентрических оболочек и центрального ядра с диаметрами, соответствующими Венере, Марсу и Меркурию. Оболочки разделены атмосферами, и у каждой оболочки есть свои магнитные полюса. Сферы вращаются с разной скоростью. Галлей предложил эту схему в качестве объяснения аномальному поведению компаса. Он представлял внутреннюю атмосферу светящейся (и, возможно, обитаемой) и предполагал, что утечка внутренней люминесцентной атмосферы и есть причина северного сияния.

5) Джон Клив Саймс -В 1818 году предположил, что Земля состоит из полой оболочки толщиной в 800 миль (1, 300 км), с отверстиями в 1400 миль (2, 300 км. ) в диаметре на обоих полюсах с четырьмя внутренними оболочками, каждая из которых открывается на полюсе.

2. Земная кора, мантия и ядро Земли. Современное формирование земной коры. Кларки

Земная кора. Земная кора имеет неодинаковую толщину в разных районах планеты - ее слой может достигать глубины от десятка до сотни километров на суше (средняя толщина земной коры под материками и континентами - 40-60 км).

На дне океанов и морей она значительно тоньше - 10-12 км.

Пограничный слой, разделяющий манту и кору Земли называют "границей Мохоровичича", или поверхностью Мохо, Предполагается, что земная кора сложена из окислов кремния, алюминия, железа и щелочных металлов, составляющих ее основу.

Кора представлена осадочными породами (верхний слой), возраст которых оценивается в 100-150 млн. лет, и под которыми расположены гранитный или базальтовый (нижний) слой. Встречаются и другие породы, возраст некоторых из них оценивается в 3 и более млрд. лет.

Районы земной коры, расположенные под океаническим дном представлены, преимущественно, осадочными и базальтовыми породами.

Удельный вес земной коры в общем теле планеты небольшой - всего около 0, 5 % к общей массе Земли. Эта часть планеты является наиболее доступной для изучения человеком.

Мантия. Ядро Земли покрыто мантией. Её толща составляет приблизительно 2 900 км. Мантию, как и ядро, никто никогда не видел. Но предполагают, что чем ближе к центру Земли, тем давление в ней выше, а температура -- от нескольких сотен до -2 500 °С. Считают, что мантия твёрдая, но одновременно раскалённая. Мантия является основной составляющей тела Земли. Ее относительная масса оценивается примерно в 2/3 всей массы нашей планеты.

Верхний слой мантии является твердым и имеет, как и кора, различную толщину на суше и под океаническим дном. Эта твердая составляющая мантии, совместно с земной корой, образует своеобразную жесткую оболочку Земли, называемой литосферой. Под литосферой скорость распространения сейсмических волн уменьшается, что указывает на изменение состояния вещества, образующего подлитосферный слой. Он более пластичный, по сравнению с выше- и нижележащими слоями мантии, и называется астеносферой.

Существует гипотеза, что вещество, составляющее земную мантию, непрерывно перемещается, и в относительно глубоких слоях мантии, с ростом температуры и давления, оно переходит в более плотные модификации.

Ядро. Центральная часть земного шара называется ядром Его радиус составляет около 3 500 км. По мнению некоторых ученых, в центре земного ядра давление может достигать 3 млн. атм. При этом вполне возможно, что вещества, составляющие центральные районы ядра не переходят в жидкое состояние, и кристаллизуются даже при колоссальных температурах. Считается, что основная масса земного ядра представлена железом или железо-никелевыми сплавами, количество которых в общей массе ядра может достигать одной трети.

Согласно современным представлениям о строении земного ядра, выделяют внешнюю и внутреннюю его составляющие.

Внешнее ядро является жидким, содержит большое количество железа и находится в непрерывном движении. Именно с перемещением слоев жидкой составляющей ядра планеты связывают существование магнитного поля вокруг Земли. На глубине чуть более 5000 км простирается граница между жидким (внешним) и твердым (внутренним) ядром.

Внутренняя область ядра считается твердой. Согласно существующей гипотезе, твердая фаза вещества в нем поддерживается благодаря колоссальным температурам и давлению. Кроме железа в составе ядра возможно наличие более легких элементов - кремния, серы, кислорода, водорода и т. д. От ядра к поверхности Земли температура и давление постепенно снижаются.

Формирование современной структуры земной коры

Мезо-кайнозойский этап (0, 25 млрд. лет -- до современности). Главным, определяющим событием последней главы истории литосферы, несомненно, было образование молодых океанов -- Атлантического, Индийского, Северного Ледовитого, а также сопутствующей им грандиозной системы срединно-океанических хребтов, осложненных рифтовыми зонами.

На этом этапе, особенно в его заключительном, олигоцен-четвертичном периоде, образуется много новых высоких гор. Они возникли не в ходе складчатости, а в результате того, что древние складчатые сооружения были вновь приподняты тектоническими силами. Дело в том, что горы, возникшие ранее в ходе байкальской, каледонской, герцинской и киммерийской складчатости, подверглись сильному разрушению и выравниванию. Поднятия оживили эти горы.

Подобные омоложения древних горных систем происходили и на более ранних этапах истории Земли. Но теперь впервые древние омоложенные горы стали играть такую же или даже большую роль в формировании земной поверхности, что и молодые горы, возникающие непосредственно в ходе складчатости в геосинклинальных зонах. Это связано со значительным уменьшением площади геосинклиналей уже к началу мезозоя и особенно в кайнозое. Вторичные, или омоложенные, горные системы располагаются по окраинам геосинклинальных поясов или по границам платформ и океанов. От платформ вторичные горные системы отделяются тесно связанными с ними предгорными прогибами.

Итак, на последнем этапе тектонической истории Земли, наряду с классическими структурными элементами литосферы -- континентальными платформами и геосинклиналями, на первый план выступили океанические впадины со срединно-океаническими поднятиями и вторичные горные пояса.

КЛАРКИ (элементов)- система усреднённых содержаний, характеризующих распространённость химических элементов в крупной геохимической системе (в земной коре, литосфере, атмосфере, гидросфере, биосфере, на Земле в целом или в космосе). Выражается в массовых, объёмных, атомных процентах (%), промилле (‰), миллионных частях (г/т) или по отношению к содержанию одного из элементов, наиболее распространённого, например кремния. Величины кларков конкретных элементов различаются в миллионы раз, зависят от устойчиВ определённой зависимости от кларков находится общее содержание элементов в геохимических системах, общие запасы тех или иных металлов и руд в земной коре, масштабы месторождений, количество минералов каждого элемента, поведение элементов в геохимических процессах.

3. Геотермический градиент

величина, на которую повышается температура с увеличением глубины недр (на 1 или 100 м). В среднем на каждые 100 м температура в недрах Земли возрастает на 3°С. Геотермический градиент зависит от геологического строения, теплопроводности горных пород, циркуляции подземных вод, близости вулканических очагов и т. п. Например, при сверхглубоком бурении на Кольском полуострове обнаружено, что геотермический градиент первоначально увеличивается от 1°С в верхних горизонтах до 2, 5°С на глубине 5 км, а затем уменьшается до 1, 6°С на глубине 11 км.

Геотермический градиент обусловлен наличием глубинного теплового потока из недр к поверхности Земли.

4. Форма, размеры, масса Земли и их географическое значение

Форма Земли есть геоид, т. е. тело, ограниченное той уровенной поверхностью, частью которой является поверхность морей и океанов. Но геоид так незначительно отличается от сфероида, а последний от шара, что практически почти во всех случаях Землю можно принимать за шар. Шарообразная форма Земли активно вмешивается в пространственное распределение солнечного тепла по земной поверхности, обусловливая возникновение и существование явлений зональности.

Земли из-за неправильной формы их выделяют несколько:

1) средний диаметр Земли составляет 12 742 км;

2) экваториальный диаметр Земли 12756, 2 км;

3) полярный диаметр Земли 12713, 6 км.

Длина окружности по экватору составляет 40 075, 017 км, а по меридиану несколько меньше 40 007, 86 км.

Масса Земли довольно относительная величина, которая постоянно изменяется. Масса земли составляет 5, 97219 Ч 1024 кг. Масса увеличивается за счет оседания на поверхность планеты космической пыли, падения метеоритов и пр. , благодаря чему масса Земли ежегодно увеличивается примерно на 40000 тонн. А вот из-за рассеивания газов в космическое пространство масса Земли снижается примерно на 100000 тонн в год. Также на потерю массы Земли влияет увеличение температуры на планете, что способствует боле интенсивному тепловому движению и утечке газов в космос. Чем меньше становится масса Земли, тем меньше ее притяжение и тем сложнее становится удерживать атмосферу вокруг планеты.

Размеры Земли, в тесной связи с её плотностью, определяют массу планеты и, следовательно, величину силы земного тяготения. Увеличение же или уменьшение тяготения должно было бы повлечь ряд следствий, коренным образом влияющих на всю структуру ландшафтной оболочки. В частности, крупные размеры Земли позволяют планете удерживать около себя достаточно мощную и плотную атмосферу.

5. История географической мысли в определении формы Земли

Первую карту плоской Земли создал Анаксимандр в 550 г. до н. э.

Парменид и Пифагор предположили, что Земля имеет форму шара

Аристотель доказывал, что Земля имеет выпуклую форму

Впервые Гюйгенс определил, что Земля имеет форму эллипсоида(17в. ). Гюйгенс обосновал (теоретически) сплюснутость Земли у полюсов.

Французский математик А. К. Клеро предположил, что Земля- геоид



6. Земля - эллипсоид вращения, кардиоид, геоид

Земной эллипсоид -- эллипсоид вращения, размеры которого подбираются при условии наилучшего соответствия фигуре квазигеоида для Земли в целом (общеземной эллипсоид) или отдельных её частей (референц-эллипсоид). Известно, что точки пересечения оси вращения земного эллипсоида с его поверхностью являются полюсами, один из которых называется Северным Рс, а другой - Южным Рю. Сечения земного эллипсоида плоскостями, перпендикулярными к малой его оси, образуют след в виде окружностей, которые называются параллелями. Параллели имеют различные по величине радиусы.

Чем ближе расположены параллели к центру эллипсоида, тем больше их радиусы.

Параллель с наибольшим радиусом, равным большой полуоси земного эллипсоида, называется экватором

Земли геоид - геометрически неправильное тело, ограниченное уровенной поверхностью ("приплюснута" у полюсов (Полярный радиус - 6356, 8 км) и "выпуклая" на экваторе (Экваториальный радиус - 6378, 1 км)). Конечно же физическая же поверхность Земли, осложненная горами и впадинами не совпадает и с поверхностью геоида, отступая от него на несколько километров (Максимальная высота физической поверхности над геоидом 8848 м (г. Джомолунгма), максимальная глубина 11022 м (Марианская впадина), поэтому сила тяжести все время стремится выровнять поверхность Земли, привести ее в соответствие с поверхностью геоида.

На основании изучения движения искусственных спутников Земли было установлено, что Земля имеет сердцевидную форму, т. е. северный полюс ее приподнят, по сравнению с южным, примерно на 30 м (полярная асимметрия). Такую форму Земли предложено называть кардиоид.

Таким образом, точного математического обозначения форма земли не имеет, именно поэтому в геодезических измерения в России и некоторых других странах используется название квазегеоид

7. Вращение Земли вокруг Солнца. Николай Коперник и законы Кеплера

Начиная с 16-го века, когда Николай Коперник продемонстрировал, что Земля вращается вокруг Солнца. Земля участвует в 13 видах дижения. скорость вращения Земли вокруг Солнца равняется 108, 000 км/ч. То есть наша планета проделывает путь в 940000000 км за одну орбиту. Один оборот занимает 365. 242199 средних солнечных дней. Это и объясняет, почему нужен дополнительный календарный день каждые четыре года (во время високосного года).

Дистанция планеты от Солнца зависит также от орбиты. расстояние Земли и Солнца никогда не бывает одинаковым. Всего выделяют два периода. Первый - перигелий, когда планета ближе к Солнцу. Как правило, это припадает на 3 января. В это время расстояние составляет около 147 098 074 км. Второй - афелий, период максимального отдаления. Это происходит ближе к 4 июля, и дистанция занимает около 152 097 701 км. И жители северного полушария могут заметить, что "теплая" или "холодная" погода не соответствуют обычному представлению. Среднее расстояние от Земли до Солнца - около 149 600 000 км.

Николай Коперник сформулировал гелиоцентрическую систему со своими положениями:

· орбиты и небесные сферы не имеют общего центра;

· центр Земли -- не центр Вселенной, но только центр масс и орбиты Луны;

· все планеты движутся по орбитам, центром которых является Солнце, и поэтому Солнце является центром мира;

· расстояние между Землёй и Солнцем очень мало по сравнению с расстоянием между Землёй и неподвижными звёздами;

· суточное движение Солнца -- воображаемо, и вызвано эффектом вращения Земли, которая поворачивается один раз за 24 часа вокруг своей оси, которая всегда остаётся параллельной самой себе;

· Земля (вместе с Луной, как и другие планеты), обращается вокруг Солнца, и поэтому те перемещения, которые, как кажется, делает Солнце (суточное движение, а также годичное движение, когда Солнце перемещается по Зодиаку) -- не более чем эффект движения Земли;

· это движение Земли и других планет объясняет их расположение и конкретные характеристики движения планет.

Законы Кеплера:

Первый закон Кеплера предполагает, что Солнце находится не в центре эллипса, а в особой точке, называемой фокусом. Из этого следует, что расстояние планеты от Солнца не всегда одинаковое. Так как эллипс -- плоская фигура, то первый закон подразумевает, что каждая планета движется, оставаясь все время в одной и той же плоскости.

Второй закон звучит так: радиус-вектор планеты (т. е. отрезок, соединяющий Солнце и планету) описывает равные площади в равные промежутки времени. Этот закон часто называют законом площадей. Второй закон указывает, прежде всего, на изменение скорости движения планеты по ее орбите: чем ближе планета подходит к Солнцу, тем быстрее она движется.

Третий закон Кеплера

Квадраты периодов обращения планет относятся как кубы больших полуосей их орбит:



Третий закон Кеплера выполняется для всех планет Солнечной системы с точностью выше 1

Несмотря на то, что законы Кеплера явились важнейшим этапом в понимании движения планет, они все же оставались только эмпирическими правилами, полученными из астрономических наблюдений. Законы Кеплера нуждались в теоретическом обосновании.

8. Орбита Земли. Наклон земной оси. Тропики и полярные круги. Равноденствие и солнцестояние

Орбита Земли

Окружность, по стандарту называемая эллипсом, является орбитой Земли, в одном из фокусов которого располагается Солнце. Путь от Солнца до Земли изменяется на протяжении года, начиная от 147 миллионов км в перигелии, заканчивая до 152 миллионов км в афелии. Орбита имеет длину более 930 миллионов км. Барицентр Земли совершает движение с запада на восток со средней скоростью примерно 30 км/с и преодолевает все расстояние за 365 суток 6 часов 9 минут 9 секунд. Этот временной промежуток имеет название звездный год.

Временной расстояние между двумя последовательными передвижениями Солнца сквозь точку весеннего равноденствия имеет название тропический год. Такой год равен 365 суткам 5 часам 48 минутам 46 секундам, что на 20 мин короче звездного (сидерического) года. Это явление называется предварением равноденствий и вызывается прецессией.

Накломн омси вращемния -- угол отклонения оси вращения небесного тела от перпендикуляра к плоскости его орбиты. Другими словами -- угол между плоскостями экватора небесного тела и его орбиты. Соответствует английскому термину obliquity. Наклон оси вращения Земли является основной причиной сезонных климатических изменений (смены времен года). равен 23, 439281[3].

Тропики (от греческого tropicos (kiklos) - круг поворота) - воображаемые параллельные круги на поверхности земного шара, отстоящие от экватора на 23o27' к северу и к югу. В северном полушарии находится Северный тропик (Тропик Рака), а в южном - Южный (Тропик Козерога). Они замечательны тем, сто в день летнего солнцестояния Солнце проходит через самую северную точку своего видимого пути; в полдень оно пребывает в зените для всех точек Северного Тропика. Для Северного полушария это является самым длинным днем, а в Южном - самая длинная ночь. В день зимнего солнцестояния наибольшем днем будет день летнего полушария, а наименьшая продолжительность дня - в зимнем. Таким образом, можно отметить, что в области, заключенной между тропиками, во всех точках Солнце пребывает в зените дважды в году.

Полярный круг - параллель, отстоящая от экватора на 66o33'. В Северном полушарии это Северный полярный круг, а в Южном - Южный. В день летнего солнцестояния с соответствующем полушарии Солнце не заходит, а в день зимнего - не восходит в течение суток. Количество дней, когда Солнце не опускается ниже горизонта или не поднимается над ним растет по мере приближения к полюсам, где день и ночь длятся по полгода. Естественно, атмосферная рефракция вносит свои коррективы в распределение длительности светлого и темного времени в областях за Полярным кругом.

Тропики и полярные круги должны иметь место на всех планетах, чья ось не перпендикулярна плоскости эклиптики (Юпитер, Венера) и Венере или не лежит в ней (Уран).

Равнодемнствие -- астрономическое явление, когда центр Солнца в своём видимом движении по эклиптике пересекает небесный экватор.

Солнцестоямние (также солнцеворот) -- астрономическое событие, момент прохождения центра Солнца через точки эклиптики, наиболее удалённые от экватора небесной сферы и называемые точками солнцестояния.

· Зимнее солнцестояние - это момент, когда Солнце достигает наибольшей южной широты. В это время день самый короткий. Это происходит около 21 декабря.

· Летнее солнцестояние - это момент, когда Солнце достигает наибольшей северной широты. В это время день самый длинный. Это происходит около 21 июня.

· Весеннее равноденствие - это момент, когда Солнце пересекает экватор, двигаясь из южного в северное полушарие. День примерно равен ночи. Это происходит около 20 марта.

· Осеннее равноденствие - это момент, когда Солнце пересекает экватор, двигаясь из северного в южное полушарие. День примерно равен ночи. Это происходит около 22 сентября.

9. Суточное вращение Земли и его географическое следствие

Суточное вращение Земли вокруг оси и его следствия. Земля вращается с запада на восток против часовой стрелки, совершая полный оборот за сутки. Ось вращения отклонена на 23027/ от перпендикуляра к плоскости эклиптики. Средняя угловая скорость вращения, т. е. угол, на который смещается точка на земной поверхности, для всех широт одинакова и составляет 150 за 1 час. Линейная скорость, т. е. путь, проходимый точкой в единицу времени, зависит от широты места. Географические полюсы не вращаются, там скорость равна нулю. На экваторе каждая точка проходит наибольший путь и имеет наибольшую скорость - 455 м/с. Скорость на одном меридиане разная, на одной параллели одинаковая.

Географическими следствиями суточного вращения Земли являются:

1. Смена дня и ночи, т. е. изменение в течение суток положения Солнца относительно плоскости горизонта данной точки (осевое вращение дает основную единицу времени - сутки). 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.

2. Различное в один и тот же момент местное время на разных меридианах (разница 4 мин. на каждый градус долготы).

3. Существование силы Кориолиса (отклоняющее действие вращения Земли). Сила Кориолиса всегда перпендикулярна движению, направлена вправо в северном полушарии и влево - в Южном. Величина ее зависит от скорости движения и массы движущегося тела, а также от широты места:

10. Звездные и солнечные сутки. Часовые пояса

Вращение Земли вокруг оси служит основой для определения времени с помощью астрономических наблюдений. Солнечные сутки, используемые в повседневной жизни, измеряются длительностью одного оборота Земли по отношению к Солнцу. Звездные сутки определяются длительностью одного оборота Земли по отношению к звездам.

Звездные сутки равны 23ч. 56мин. 4с. Это то время, которое нужно звезде, чтобы, два раза последовательно пересечь небесный меридиан. Солнечные сутки равны 24 часам - это промежуток времени между двумя последовательными прохождениями Солнца через небесный меридиан (в полдень).

Солнечные сутки примерно на 4 мин длиннее звездных из-за того, что Земля одновременно вращается вокруг своей оси и обращается вокруг Солнца. Поэтому для нового появления Солнца на небесном меридиане Земле необходимо повернуться вокруг своей оси чуть больше одного раза.

Причиной четырехминутной разницы между звездными и солнечными сутками является Обращение Земли вокруг Солнца.

часовомй помяс -- условная полоса на земной поверхности шириной ровно 15° (± 7, 5° относительно среднего меридиана). Полный оборот вокруг своей оси наша планета совершает за 24 часа (сутки). Итак, через час все точки Земли (кроме полюсов) возвращаются на 15 °. Учитывая этот факт, территорию планеты разбиты на 24 часовых пояса, нумерация которых ведется с запада на восток - от нулевого пояса до 23-го. За неравномерного освещения земного шара на каждом меридиане в один и тот же момент время суток неодинаков, его называют солнечным или местным время. Фактически же для удобства используется поясной время - местное время центрального меридиана каждого пояса. Местное время Гринвичского меридиана принято за всемирной

11. Экватор, меридианы и параллели

Экватор - воображаемая линия пересечения с поверхностью Земли плоскости, перпендикулярной оси вращения планеты и проходящей через её центр. это линия, условно проведенная на земной поверхности на одинаковом расстоянии от полюсов. Он делит земной шар на Северное и Южное полушария.

Меридианы. Кратчайшие линии, условно проведенные на поверхности Земли от одного полюса к другому, называются меридианами (рис. 44). Направление меридиана в любой точке земной поверхности наиболее просто определяется через направление тени от предметов в полдень. Поэтому меридиан еще называют полуденной линией (рис. 46). В переводе с латинского на русский язык слово "меридиан" и означает "полуденная линия".

Параллель - линия сечения поверхности земного шара плоскостью, параллельной плоскости экватора.



12. Сила Кариолиса и его географическое следствие

Симла Кориолимса -- одна из сил инерции, использующаяся при рассмотрении движения материальной точки относительно вращающейся системы отсчёта. Добавление силы Кориолиса к действующим на материальную точку физическим силам позволяет учесть влияние вращения системы отсчёта на такое движение. Существование силы Кориолиса (отклоняющее действие вращения Земли). Сила Кориолиса всегда перпендикулярна движению, направлена вправо в северном полушарии и влево - в Южном. Величина ее зависит от скорости движения и массы движущегося тела, а также от широты места: F = 2mхwsinц, На экваторе сила Кориолиса равна нулю, величина ее возрастает к полюсам. Сила Кориолиса способствует образованию атмосферных вихрей, оказывает влияние на отклонение морских течений. Благодаря ей подмываются правые берега рек в СП и левые берега - в ЮП. Результат действия силы Кориолиса будет максимальным при продольном перемещении объекта по отношению к вращению. На Земле это будет при движении по меридиану, при этом тело отклоняется вправо при движении с севера на юг и влево при движении с юга на север. Для этого явления имеются две причины: первая, вращение Земли на восток; и вторая - зависимость от географической широты тангенциальной скорости точки на поверхности Земли (эта скорость равна нулю на полюсах и достигает своего максимального значения на экваторе). В результате в северном полушарии сила Кориолиса направлена вправо от движения, поэтому правые берега рек в Северном полушарии более крутые, т. к. их подмывает вода под действием силы Кориолиса. В Южном полушарии всё происходит наоборот и подмываются левые берега. Данный факт объясняется совместным действием силы Кориолиса и силы трения, создающими вращательное движение масс воды вокруг оси русла, которое вызывает перенос вещества между берегами. Сила Кориолиса ответственна также и за вращение циклонов и антициклонов - вихревых движений воздуха с низким и высоким давлениями в центре, движущимися по часовой стрелке в Северном и против часовой стрелки в Южном полушариях. Это происходит из-за того, что обусловленная вращением Земли сила Кориолиса в Северном полушарии приводит к повороту движущегося потока вправо, а в Южном - влево. Для циклонов характерно обратное направление ветров. Силу Кориолиса также необходимо учитывать при рассмотрении планетарных движений воды в океане. Она является причиной возникновения гироскопических волн, в которых молекулы воды движутся по окружности.

13. Географическая оболочка

Географическая оболочка - это комплексная оболочка земного шара, где соприкасаются и взаимно друг в друга проникают и взаимодействуют литосфера, гидросфера, биосфера и атмосфера. Географическая оболочка в своих границах почти совпадает с биосферой. Взаимное проникновение друг в друга слагающих географическую оболочку Земли газовой, водной, живой и минеральных оболочек и их взаимодействие определяет целостность географической оболочки. В ней происходит непрерывный круговорот и обмен веществ и энергии. Каждая оболочка Земли, развиваясь по собственным законам, испытывает на себе влияние других оболочек и в свою очередь оказывает на них свое воздействие. Изменение одной из оболочек географической оболочки отражается и на всех других. Примером может служить эпоха великого оледенения в четвертичный период. Увеличение поверхности суши привело к наступлению более холодного и сухого климата, что повлекло за собой образование толщи снега и льда, покрывшего огромные площади на севере Евразии и Северной Америки, а это в свою очередь привело к изменению растительного и животного мира и к изменению почв.



14. Границы географической оболочки. Контактные структурные ярусы

На некотором расстоянии вверх и вниз от земной поверхности взаимодействие компонентов ослабевает, а затем и исчезает совсем, следовательно, исчезает географическая сущность явлений. Так как это происходит постепенно, границы географической оболочки нечеткие (размытые), поэтому исследователи по-разному проводят верхнюю и нижнюю границы объекта своего изучения.

Одни ученые верхнюю границу географической оболочки предлагают проводить по озоновому экрану, т. е. на высоте 25--30 км, на том основании, что в озоновом слое заметно преобразуется спектр электромагнитного излучения Солнца (поглощается жесткая ультрафиолетовая радиация). Благодаря этому ниже слоя озона возможна жизнь.

Другие исследователи проводят границу оболочки по верхней границе тропосферы, принимая во внимание, что тропосфера активно взаимодействует с земной поверхностью (в ней, в частности, проявляется географическая поясность и зональность).

Нижнюю границу географической оболочки часто проводят по разделу Мохоровичича, т. е. по подошве земной коры. В более современных работах нижнюю границу географической оболочки перемещают вверх, считают, что она ограничивает снизу только ту часть земной коры, которая непосредственно участвует во взаимодействии с другими компонентами -- водой, воздухом, живыми организмами. В результате создается кора выветривания, в верхней части которой находится почва. Зона активного преобразования минерального вещества в термодинамической обстановке земной поверхности имеет мощность на суше до нескольких сотен метров, под океаном -- единицы -- десятки метров. Иногда к географической оболочке относят в земной коре весь ее осадочный слой, или стратисферу.

Наибольшей сложностью выделяется контактный слой, или сфера наземных ландшафтов (иногда называемая ландшафтной оболочкой), включающая поверхностную толщу земной коры - зону гипергенеза мощностью в десятки или сотни метров (максимум до 500-800 м) и приземный слой тропосферы до высоты 30-50 м, пронизанный наземными частями растительного покрова. В сущности, эта структурная единица географической оболочки формируется на контакте всех трех неорганических сфер, поскольку и гидросфера широко представлена здесь разнообразными скоплениями поверхностных и подземных вод. Здесь же сосредоточена подавляющая часть (не менее 99%) живого вещества Земли.

15. Основные закономерности географической оболочки

В развитии ГО существуют свои закономерности и характерные черты: целостность, ритмичность и зональность, круговороты вещества и энергии. Целостность ГО проявляется в том, что изменение одного компонента природы неизбежно вызывает изменение всех остальных. Ритмичность природных явлений заключается в повторяемости сходных явлений во времени. Примеры ритмичности: суточные и годовые периоды вращения Земли. Зональность - закономерное изменение всех компонентов ГО от экватора к полюсам. Она вызывается вращением шарообразной Земли с определенным наклоном оси вращения вокруг Солнца.

Так, целостность географической оболочки - важнейшая закономерность, на знании которой основывается теория и практика современного рационального природопользования. Учет этой закономерности позволяет предвидеть возможные изменения в природе Земли (изменение одного из компонентов географической оболочки обязательно вызовет изменение других); дать географический прогноз возможных результатов воздействия человека на природу; осуществить географическую экспертизу различных проектов, связанных с хозяйственным использованием тех или иных территорий. другая характерная закономерность - ритмичность развития, т. е. повторяемость во времени тех или иных явлений. В природе Земли выявлены ритмы разной продолжительности - суточный и годовой, внутривековые и сверхвековые ритмы. Суточная ритмика, как известно, обусловлена вращением Земли вокруг своей оси. Суточный ритм проявляется в изменениях температуры, давления и влажности воздуха, облачности, силы ветра; в явлениях приливов и отливов в морях и океанах, циркуляции бризов, процессах фотосинтеза у растений, суточных биоритмах животных и человека.

16. Источники энергии в географической оболочке

О основные первичные виды энергии -лучистая энергия Солнца и внутренняя теплота Земли;

О вторичные виды энергии, являющиеся результатом трансформации первичных, - химическая энергия, проявляющаяся преимущественно в виде окислительно-восстановительных процессов, и биогенная, источником которой является фотосинтез у растений, хемосинтез у некоторых бактерий, энергия окисления при усвоении пищи животными, процессы размножения и прироста биомассы;

О техногенная энергия, т. е. энергия, создаваемая человеческим обществом в процессе производства, которая сопоставима по величине с природными факторами.

Солнечная радиация - основной двигатель всех природных процессов в географической оболочке. Именно благодаря ей текут реки, дуют ветры, зеленеют поля. . . Солнечная радиация дает 99, 8% всей теплоты, попадающей на поверхность Земли.

Внутренняя теплота Земли играет важную роль в жизни географической оболочки, хотя ее поступает примерно в 5 тыс. раз меньше, чем солнечной теплоты. Источниками внутренней теплоты выступают:

- распад радиоактивных элементов (радия, урана, тория и др. ).

-гравитационная дифференциация с перераспределением материала по плотности (уплотнение) в мантии и ядре, сопровождающаяся выделением теплоты. Частицы, которые были неплотно <упакованы> при образовании нашей планеты, перемещаясь к ее центру, преобразовывают потенциальную энергию в кинетическую и тепловую.

17. Тепловой баланс Земли

Основной приток энергии к Земле обеспечивается солнечным излучением и составляет около 341 Вт/мІ в среднем по всей поверхности планеты. Внутренние источники тепла (радиоактивный распад, стратификация по плотности) по сравнению с этой цифрой незначительны (около 0, 08 Вт/мІ)[3].

Из 341 Вт/мІ солнечного излучения, попадающего на Землю, примерно 30 % (102 Вт/мІ) сразу же отражается от поверхности Земли (23 Вт/мІ) и облаков (79 Вт/мІ), а 239 Вт/мІ в сумме поглощается атмосферой (78 Вт/мІ) и поверхностью Земли (161 Вт/мІ)[1]. Поглощение в атмосфере обусловлено, в основном, облаками и аэрозолями[3].

Из 161 Вт/мІ поглощаемой поверхностью Земли энергии 40 Вт/мІ возвращается в космическое пространство в виде теплового излучения диапазона 3-45 мкм,

18. Суточный и годовой ход температуры воздуха у земной поверхности

Причины изменений температуры воздуха.

Температура воздуха меняется в суточном ходе вслед за температурой земной поверхности. Поскольку воздух нагревается и охлаждается от земной поверхности, амплитуда суточного хода температуры в метеорологической будке меньше, чем на поверхности почвы, в среднем примерно на одну треть.

Рост температуры воздуха начинается вместе с ростом температуры почвы (минут на 15 позже) утром, после восхода солнца. В 13-14 часов температура почвы, как мы знаем, начинает понижаться. В 14-15 часов она уравнивается с температурой воздуха; с этого времени при дальнейшем падении температуры почвы начинает падать и температура воздуха.

Суточный ход температуры воздуха достаточно правильно проявляется лишь в условиях устойчивой ясной погоды.

Но в отдельные дни суточный ход температуры воздуха может быть очень неправильным. Это зависит от изменений облачности, а также от адвекции.

Суточная амплитуда температуры воздуха меняется еще по сезонам, по широте, а также в зависимости от характера почвы и рельефа местности. Зимой она меньше, чем летом. С увеличением широты суточная амплитуда температуры воздуха убывает, так как убывает полуденная высота солнца над горизонтом. Под широтами 20-30° на суше средняя за год суточная амплитуда температуры около 12°, под широтой 60° около 6°, под широтой 70° только 3°. В самых высоких широтах, где солнце не восходит или не заходит много дней подряд, регулярного суточного хода температуры нет вовсе.

Температура поверхности почвы меняется и в годовом ходе. В тропических широтах ее годовая амплитуда, т. е. разность многолетних средних температур самого теплого и самого холодного месяца года, мала и с широтой растет. В северном полушарии на широте 10° она около 3°, на широте 30° около 10°, на широте 50° в среднем около 25°.

Причины изменений температуры воздуха

Воздух, непосредственно соприкасающийся с земной поверхностью, обменивается с ней теплом вследствие молекулярной теплопроводности. Но внутри атмосферы действует другая, более эффективная передача тепла - путем турбулентной теплопроводности. Перемешивание воздуха в процессе турбулентности способствует очень быстрой передаче тепла из одних слоев атмосферы в другие. Турбулентная теплопроводность увеличивает и передачу тепла от земной поверхности в воздух или обратно. Если, например, происходит охлаждение воздуха от земной поверхности, то путем турбулентности непрерывно доставляется на место охладившегося воздуха более теплый воздух из вышележащих слоев. Это поддерживает разность температур между воздухом и поверхностью и, стало быть, поддерживает процесс передачи тепла от воздуха к поверхности. изменения температуры, связанные с адвекцией - притоком в данное место новых воздушных масс из других частей земного шара, называют адвективными. Если в данное место притекает воздух с более высокой температурой, говорят об адвекции тепла, если с более низкой, - об адвекции холода.

Общее изменение температуры в зафиксированной географической точке, зависящее и от индивидуальных изменений состояния воздуха, и от адвекции, называют локальным (местным) изменением.

19. Объяснение распределения температуры с высотой, инверсии температуры воздуха

Среднее понижение температуры с высотой в нижней половине тропосферы значительно меньше, а в верхней, наоборот, больше Следовательно, вертикальное распределение температуры в тропосфере не является только результатом лучистого равновесия. В стратосфере водяного пара очень мало, и он не играет там активной роли в поглощении и излучении. Вместе с тем и вертикальное перемешивание в стратосфере менее интенсивно, чем в тропосфере. Распределение температуры в стратосфере определяется повышенным содержанием в ней озона, сильно поглощающего радиацию, а это содержание растет с высотой. В результате в стратосфере устанавливается по вертикали температура лучистого равновесия, не изменяющаяся или растущая с высотой.

Высокие температуры в полярной стратосфере летом в сравнении с тропической стратосферой объясняются увеличенным образованием озона в высоких широтах. Но зимой, в отсутствии солнечной радиации в высоких широтах, содержание озона так мало и стратосфера имеет почти такую же низкую температуру, как в тропиках.

2. Наиболее регулярные отклонения от средних вертикальных градиентов температуры наблюдаются в нижних слоях тропосферы - приземном и слое трения, особенно подверженных влиянию земной поверхности.

Инверсия в метеорологии означает аномальный характер изменения какого-либо параметра в атмосфере с увеличением высоты. Наиболее часто это относится к температурной инверсии, то есть к увеличению температуры с высотой в некотором слое атмосферы вместо обычного понижения (см. атмосфера Земли).

Различают два типа инверсии:

· приземные инверсии температуры, начинающиеся непосредственно от земной поверхности (толщина слоя инверсии -- десятки метров)

· инверсии температуры в свободной атмосфере (толщина слоя инверсии достигает сотни метров)

Инверсия температуры препятствует вертикальным перемещениям воздуха и способствует образованию дымки, тумана, смога, облаков, миражей. Инверсия сильно зависит от местных особенностей рельефа. Увеличение температуры в инверсионном слое колеблется от десятых долей градусов до 15--20 °C и более. Наибольшей мощностью обладают приземные инверсии температуры в Восточной Сибири и в Антарктиде в зимний период



20. Тепловые пояса

Тепловые пояса - условные глобальные области Земли, выделяемых по признаку распределения среднегодовой температуры воздуха.

Выделение тепловых поясов обусловлено неравномерным распределением солнечного тепла по шарообразной поверхности Земли. Границы тепловых поясов проходят по условным линиям - тропиками и полярными кругами.

Тропики (Северный и Южный) - параллели, что отдаленные на 23-27'23-27 “на север и южнее экватора.

Полярные круги (Северное и Южное) - параллели в Северной и Южной полушарий с широтой 66-33'66-33 “.

Существуют специальные географические карты, которые показывают летний распределение температуры воздуха на Земле. На них температуру воздуха обозначают или точками, рядом с которыми стоит ее числовое значение, либо специальными линиями, которые соединяют точки с одинаковой температурой, - изотермами.

21. Солнечная радиация. Виды солнечной энергии

Солнечной радиацией называется поток лучистой энергии солнца, идущей к поверхности земного шара. Лучистая энергия солнца является первичным источником других видов энергии. Поглощаясь поверхностью земли и водой, она превращается в тепловую энергию, а в зеленых растениях -- в химическую энергию органических соединений. Солнечная радиация -- важнейший фактор климата и основная причина изменений погоды, так как различные явления, совершающиеся в атмосфере, связаны с тепловой энергией, получаемой от солнца.

Солнечная радиация, или лучистая энергия, по своей природе представляет собой поток электромагнитных колебаний, распространяющихся прямолинейно со скоростью 300000 км/сек с длиной волны от 280 нм до 30000 нм.

22. Строение атмосферы

* Тропосфера - самый близкий к Земле слой. "Толщина" этого слоя изменяется по мере удаления от экватора. Над экватором слой простирается ввысь на 16-18 км, в умеренных зонах - на 10-12км, на полюсах - на 8-10 км.

Именно здесь содержится 80% всей массы воздуха и 90% водяного пара. Здесь образуются облака, возникают циклоны и антициклоны. Температура воздуха зависит от высоты местности. В среднем она понижается на 0, 65° C на каждые 100 метров.

* Тропопауза - переходный слой атмосферы. Его высота - от нескольких сотен метров до 1-2 км. Температура воздуха летом выше, чем зимой. Так, например, над полюсами зимой -65° C. А над экватором в любое время года держится -70° C.

* Стратосфера - это слой, верхняя граница которого проходит на высоте 50-55 километров. Турбулентность здесь низкая, содержание водяного пара в воздухе - ничтожное. Зато очень много озона. Максимальная его концентрация - на высоте 20-25 км. В стратосфере температура воздуха начинает повышаться и достигает отметки +0, 8° C. Это обусловлено тем, что озоновый слой взаимодействует с ультрафиолетовым излучением.

* Стратопауза - невысокий промежуточный слой между стратосферой и следующей за ней мезосферой.

* Мезосфера - верхняя граница этого слоя - 80-85 километров. Здесь происходят сложные фотохимические процессы с участием свободных радикалов. Именно они обеспечивают то нежное голубое сияние нашей планеты, которое видится из космоса.

В мезосфере сгорает большинство комет и метеоритов.

* Мезопауза - следующий промежуточный слой, температура воздуха в котором минимум -90°.

* Термосфера - нижняя граница начинается на высоте 80 - 90 км, а верхняя граница слоя проходит приблизительно по отметке 800 км. Температура воздуха возрастает. Она может варьироваться от +500° C до +1000° C. В течение суток температурные колебания составляют сотни градусов! Но воздух здесь настолько разрежен, что понимание термина "температура" как мы его представляем, здесь не уместно.

* Ионосфера - объединяет мезосферу, мезопаузу и термосферу. Воздух здесь состоит в основном из молекул кислорода и азота, а также из квазинейтральной плазмы. Солнечные лучи, попадая в ионосферу сильно ионизируют молекулы воздуха. В нижнем слое (до 90 км) степень ионизация низкая. Чем выше, тем больше ионизация. Так, на высоте 100-110 км электроны концентрируются. Это способствует отражению коротких и средних радиоволн.

Самый важный слой ионосферы - верхний, который находится на высоте 150-400 км. Его особенность в том, что он отражает радиоволны, а это способствует передаче радиосигналов на значительные расстояния.

Именно в ионосфере происходят такое явление, как полярное сияние.

* Экзосфера - состоит из атомов кислорода, гелия и водорода. Газ в этом слое очень разрежен и нередко атомы водорода ускользают в космическое пространство. Поэтому этот слой и называют "зоной рассеивания".

23. Географическое распределение атмосферного давления. Центры действия атмосферного давления

В экваториальной зоне находится пояс пониженного давления (экваториальная ложбина). В январе этот пояс в Северном полушарии расположен не вдоль экватора, а несколько южнее (рис. 2. 1а. ), в июле (рис. 2. б. ) он несколько смещается к полюсу вследствие такого же смещения полосы наибольшего нагревания подстилающей поверхности (особенно сильное смещение над материками, до 30° широты). Эти части экваториальной ложбины, вышедшие над нагретыми материками даже за пределы тропиков, называются летними термическими депрессиями. К северу и югу от экваториальной зоны на широтах 30-35° располагаются зоны максимальных значений давления. Она распадается на отдельные области, называемые субтропическими антициклонами, центры которых находятся в субтропических широтах океанов (рис. 2. 2). Это Азорский антициклон, образующийся в субтропиках Атлантического океана, и Гавайский антициклон, находящийся в субтропиках Тихого океана. Зона повышенного давления на широтах 30-35° особенно хорошо выражена над океанами, над которыми она удерживается в течение всего года. Над материками такая зона сохраняется только зимой. Летом, вследствие значительного прогревания материков эта зона распадается на отдельные барические максимумы, которые сохраняются только над океанами и несколько смещаются к северу по сравнению со своим зимним положением. Центры субтропических антициклонов летом, как и зимой, располагаются у Азорских и Гавайских островов, но северные их периферии распространяются на умеренные широты. В Южном полушарии на широтах 30-35° субтропические антициклоны образуются в южной части Атлантического океана - Южно-атлантический антициклон, в южной части Тихого океана - Южно-тихоокеанский антициклон и в южной части Индийского океана - Южноиндийский антициклон. Над теплыми материками в летнее время образуются области пониженного давления. Во внетропических широтах зимой на материках, которые в это время года охлаждаются сильнее, чем океаны, образуются области высокого давления. Особенно высокое среднее значение давления зимой отмечается в центральной части Азиатского континента - Сибирский антициклон (иначе Монгольский, Азиатский). Летом на материках, которые во внетропических широтах прогреваются сильнее, чем океаны, расположены области пониженного давления. На северной границе зоны умеренных широт (60-65° с. ш. ) во все сезоны находится полоса пониженного давления. Зимой в её пределах хорошо выражены океанические депрессии (области пониженного давления) в районе Исландии (Исландский минимум) и южнее Аляски (Алеутский минимум). Летом область пониженного давления около Исландии выражена слабо, а Алеутский циклон летом поглощается ложбиной Азиатской депрессии.

Размещение центров действия атмосферы отражает наиболее устойчивые особенности общей циркуляции атмосферы. Различают постоянные центры действия атмосферы, проявляющиеся в течение всего года - экваториальную депрессию; области высокого атмосферного давления над тридцатыми широтами северного и южного полушарий (Азорский антициклон (max) , Северо-Тихоокеанский / Гавайский max, Южно-Атлантический max, Южно-Индийский max, Южно-Тихоокеанский max); депрессии субполярных широт (Исландская депрессия (min), Алеутский min, Субантарктический min); полярные области высокого атмосферного давления (Арктический антициклон (max), Антарктический max), а также сезонные центры действия атмосферы, образование которых связано с интенсивным прогревом или охлаждением внутренних районов материков в летний и зимний сезоны - например, Азиатский антициклон, Канадский антициклон, Сахаро-Аравийский min, Южно-Азиатский min. Атмосферное давление само по себе не имеет большого непосредственного значения для климатов, но косвенное его значение нельзя недооценивать. В результате неравномерного распределения атмосферного давления возникает движение воздуха относительно земной поверхности, обычно горизонтальное, которое направлено от области высокого давления к низкому. Это движение не что иное, как ветер.



24. Горизонтальный барический градиент. Изменения давления с высотой. Стандартная атмосфера

Горизонтальный барический градиент

Рассматривая изобары на синоптической карте, мы замечаем, что в одних местах изобары проходят гуще, в других - реже. Очевидно, что в первых местах атмосферное давление меняется в горизонтальном направлении сильнее, во-вторых - слабее.

Точно выразить, как меняется атмосферное давление в горизонтальном направлении, можно с помощью так называемого горизонтального барического градиента, или горизонтального градиента давления. Горизонтальным градиентом давления называют изменение давления на единицу расстояния в горизонтальной плоскости (точнее, на поверхности уровня); при этом расстояние берется по тому направлению, в котором давление убывает всего сильнее.

Таким образом, горизонтальный барический градиент есть вектор, направление которого совпадает с направлением нормали к изобаре в сторону уменьшения давления, а числовое значение равно производной от давления по этому направлению (G = -dp/dl).

Как всякий вектор, горизонтальный барический градиент можно графически представить стрелкой; в данном случае стрелкой, направленной по нормали к изобаре в сторону убывания давления.

...