Современные представления о движении Земли

 

Современные представления о движении Земли сводятся к следующим основным положениям:

1. Околосолнечная орбита Земли, так же как и других планет Солнечной системы, является не очень вытянутым эллипсом, в одном из фокусов которого находится Солнце. Средняя скорость движения Земли по орбите приблизительно равна 30 км/с.

2. Двигаясь по орбите, Земля совершает полный оборот приблизительно за 365,25 солнечных суток (т. е. оборотов Земли вокруг своей оси). Этот промежуток времени называют звёздным годом. Из-за лишних 0,25 суток за четыре года накапливаются полные сутки, поэтому каждый четвёртый год считается високосным и состоит из 366 суток.

3. Из-за того что орбита Земли представляет собой эллипс, Земля в разные времена года находится на различном расстоянии от Солнца. В среднем это расстояние составляет 150 млн км. Точка, в которой Земля находится ближе всего к Солнцу, называется перигелием,   а точка наибольшего отдаления Земли от Солнца – афелием.

4. Земля вращается вокруг своей оси, т. е. прямой линии, соединяющей Северный и Южный полюса. Эта ось не перпендикулярна плоскости земной орбиты, а находится под некоторым углом к ней. В результате в течение одного полугода Земля обращена к Солнцу Северным полюсом, а в течение другого – Южным (рис. 169).

 

 

Рис. 169. Вращение Земли вокруг Солнца

 

Перемена состояния происходит в дни весеннего и осеннего равноденствия, тогда, когда Земля пересекает небесный меридиан. В том полушарии, которое в этот день поворачивается в сторону Солнца, наступает весна, а затем лето. Продолжительность светового дня начинает превышать продолжительность ночи, а на полюсе и в местах, расположенных за полярным кругом, Солнце видно круглосуточно (полярный день). В другом полушарии всё происходит наоборот: наступает осень, температура воздуха падает, продолжительность светового дня снижается, а на полюсе и в его окрестностях Солнце никогда не поднимается над горизонтом (полярная ночь).

 

Проверьте свои знания

 

1. Кто и когда впервые определил длину окружности земного шара?

2. Кто и когда впервые предложил гелиоцентрическую теорию? Как вы считаете, почему эта теория не получила в то время большого распространения?

3. Какую форму имеет орбита Земли?

4. Что такое афелий и перигелий?

5. Почему вблизи полюсов бывают полярные ночи и полярные дни?

 

Задания

 

В настоящее время во многих зданиях с высокими потолками находятся так называемые маятники Фуко (рис. 170), которые доказывают вращение Земли вокруг своей оси. Объясните принцип работы такого маятника. Если нужно, найдите необходимые сведения в литературе или Интернете.

 

Рис. 170. Маятник Фуко

 

Земля и её строение

 

 

Всевышний граду Константина

Землетрясенье посылал,

И геллеспонтская пучина,

И берег с грудой гор и скал

Дрожали, и царей палаты,

И храм, и цирк, и гипподром,

И стен градских верхи зубчаты,

И всё поморие кругом.

 

Н. Языков

 

Солнечная система включает в себя Солнце и естественные космические тела, вращающиеся вокруг него и связанные с ним силой гравитационного притяжения. Солнечная система состоит из больших планет, карликовых планет и астероидов, вращающихся вокруг Солнца по орбитам, имеющим форму эллипса. Кроме того, в неё входят спутники, вращающиеся около планет и некоторых астероидов. Земля относится к большим планетам и среди них находится на третьем по счёту расстоянии от Солнца. Ввиду особой важности Земли для существования человечества, мы рассмотрим её первой.

Земной шар не является идеальным шаром, а представляет собой круглое тело, сплюснутое с полюсов. Такая форма именно в честь нашей планеты получила название геоид   (от греческого названия Земли – Гея)[16]. Она возникла в результате действия центробежной силы при вращении Земли. В результате диаметр нашей планеты, проходящий через экватор, больше расстояния между полюсами на 43 км. Средний диаметр Земли около 12 740 км, а её масса – 5 •1024 кг.

 

Литосфера.

 

Земля состоит из твёрдой коры, мантии и металлического ядра (рис. 171). Земная кора – это верхняя часть твёрдой оболочки Земли. Толщина её колеблется от 6 км под океаном до 50–60 км на континентах. Основные вещества, образующие кору, – это оксиды кремния и в меньшей степени алюминия, кальция, магния, железа, натрия и калия. Поэтому самым распространённым химическим элементом в коре является кислород. Под корой находится верхняя плотная часть мантии. Вместе они образуют твёрдую внешнюю оболочку Земли, которую называют литосферой.  

 

Рис. 171. Схема строения Земли

 

Литосфера состоит из нескольких тектонических плит, которые плавают по вязкой нижней части мантии со скоростью нескольких сантиметров в год. Из-за этого движения число и форма материков со временем меняются. Считают, что 750 млн лет назад на Земле существовал единый материк, который затем раскололся, образовав современную карту Земли.

Мантия находится на глубине от 35 до 3 тыс. км от поверхности Земли и составляет почти 70 % массы планеты. Основными химическими элементами мантии являются кислород, кремний и магний.

Глубже мантии находится ядро. Его внешняя часть является жидкой, а внутренняя – твёрдой. Состав ядра точно не определён, но известно, что оно состоит преимущественно из металлов, среди которых первое место занимает железо. Вероятно, в ядре происходит радиоактивный распад некоторых элементов, в результате которого образуется внутреннее тепло нашей планеты. Предполагают, что в центре Земли температура поднимается до 3000–5000 °C, а давление достигает нескольких миллионов атмосфер. Часть этого тепла поднимается к земной коре.

При высоких температурах породы, формирующие кору или верхнюю часть мантии, могут плавиться, образуя огненно-жидкий расплав. Он состоит в основном из соединений кремния и носит название магмы.   Магма, изливающаяся на поверхность Земли, образует лаву.  

Места, где магма извергается на поверхность Земли, называют вулканами (рис. 172). Это название произошло от имени римского бога Вулкана (греческий аналог – Гефест), имевшего под землёй металлоплавильные и кузнечные мастерские. Вместе с лавой вулканы выбрасывают вулканические газы и куски лавы. Такие выбросы могут происходить с различной периодичностью в зависимости от активности данного вулкана и называются вулканическими извержениями. Извержение вулкана может привести к серьёзным стихийным бедствиям.

 

Рис. 172. Вулкан: А – схема строения; Б – извержение;

1 – магма, 2 – континентальная кора, 3 – конус вулкана, 4 – океан, 5 – океаническая кора

 

Иногда под потоками лавы исчезают огромные территории и гибнут многие города. Одним из самых известных по своим трагическим последствиям было извержение вулкана Везувия в Южной Италии в 79 г. н. э., которое длилось около суток и привело к гибели трёх городов: Помпей, Геркуланума и Стабии, а также многих селений и вилл. Сила извержения была такова, что пепел от него долетел до Египта и Сирии. В 2010 г. исландский вулкан Эйяфьятлайокудль, внезапно проснувшись, выбросил столько пепла, что тот разлетелся по всей Европе и вызвал отмену более 60 тыс. авиарейсов.

До сих пор неясным остаётся происхождение тепла, которое вызывает плавление твёрдых пород и образование магмы. Некоторые исследователи полагают, что оно является результатом радиоактивных процессов, но большинство полагают, что нагревание происходит в результате трения при движении литосферных плит.

 

Землетрясения.

 

Подвижность тектонических плит может привести к землетрясениям. Быстрый сдвиг участка земных пород вызывает колебательные движения – сейсмические волны.   Участок земной поверхности, расположенный непосредственно над точкой сдвига – очагом, называют эпицентром   землетрясения. От очага землетрясения волны распространяются во все стороны со скоростью до 8 км/с. Для обнаружения и регистрации сейсмических волн используют специальные приборы – сейсмографы, которые сконструированы так, что при толчке одна их часть остаётся неподвижной, а вторая сдвигается. Такой прибор может непрерывно записывать сейсмические колебания, регистрируя даже незначительные сдвиги в земной поверхности. Для измерения силы землетрясения обычно используют двенадцатибалльные шкалы, где 1–2 балла соответствуют землетрясению, которое ощущается только приборами или очень чувствительными людьми, а те, которые оцениваются 11–12 баллами, приводят к обвалам, оползням, разрушениям городов и другим катастрофическим явлениям. В течение года на Земле происходит около 10 тыс. ощущаемых людьми землетрясений. Из них около ста производят значительные разрушения.