При движении Земли вокруг Солнца воображаемая ось Земли остается все время наклоненной под углом в 66,5 о к плоскости земной орбиты. Эти два фактора – наклон оси и движение Земли вокруг Солнца – приводят к смене времен года. Наклон оси обусловливает различный угол падения солнечных лучей, а следовательно, различное поступление солнечной радиации на земную поверхность и неодинаковую продолжительность дня и ночи. Со сменой времен года связана сезонная ритмика природы.
Рассмотрим положение Земли в наиболее характерные сроки. Например, наклон оси 21 марта и 23 сентября (в дни весеннего и осеннего равноденствия) оказывается нейтральным по отношению к Солнцу 1 . При этом оба полушария Земли (и северное и южное) освещены Солнцем одинаково. На всех широтах в эти сроки продолжительность дня и ночи равна 12 часам. В дни весеннего и осеннего равноденствия солнечные лучи на экваторе падают отвесно, т.е. Солнце в полдень на экваторе занимает зенитальное положение.
22 июня (день летнего солнцестояния) Земля занимает такое положение, что северный конец ее оси наклонен в сторону Солнца, при этом северное полушарие освещено максимально. Солнечные лучи падают отвесно уже не на экватор, а на северный тропик (тропик Рака), широта которого 23,5 о с.ш. Таким образом, 22 июня Солнце в полдень бывает в зените над северным тропиком. На 66,5 о северной широты (Северный Полярный круг) 22 июня наблюдается полярный день, т.е. Солнце ровно одни сутки не заходит за горизонт. Круглые сутки освещенными оказываются не только широта Полярного круга, но и все пространство к северу от него вплоть до Северного полюса.
На 66,5 о южной широты (Южный Полярный круг) и к югу от него до Южного полюса 22 июня полярная ночь. В северном полушарии 22 июня является самым длинным днем в году, а в южном, наоборот, самым коротким.
22 декабря (день зимнего солнцестояния) все происходит наоборот. Солнечные лучи уже отвесно падают на южный тропик (тропик Козерога). На широте Южного Полярного круга и к югу от него – полярный день, а на широте Северного Полярного круга и к северу от него – полярная ночь. Земля расположена так, что южное полушарие больше освещено, чем северное. 22 декабря в северном полушарии самый короткий день в году, а в южном соответственно – самый длинный.
На Земном шаре можно выделить пять поясов освещенности, границами которых являются тропики и полярные круги. Тропический пояс (занимает 40% земной поверхности) характеризуется тем, что в любой его точке Солнце в полдень бывает два раза в год в зените, на самих тропиках – один; на северном тропике 22 июня, на южном – 22 декабря. В течение всего года в тропическом поясе разница между долготой дня и продолжительностью ночи незначительная, сумерки короткие. Времена года практически отсутствуют.
Два пояса умеренных (занимают 52% земной поверхности). Здесь имеются ощутимые контрасты в продолжительности дня и ночи в зависимости от сезона. Сумерки продолжительны. Летом Солнце находится высоко над горизонтом (особенно вблизи тропиков), хотя зенительного положения не достигает; летний день очень длинный (особенно вблизи полярных кругов), но полярного дня не бывает. Соответственно, зимой Солнце низко над горизонтом, зимний день очень короткий. Четко выражена смена четырех времен года.
Два полярных пояса занимают 8% земной поверхности. Для них характерны следующие черты: летом – полярный день, длящийся от одних суток на широте полярного круга до полугода на полюсе, соответственно, зимой – полярная ночь с аналогичной продолжительностью. Сезоны года выражены слабо: очень холодная длинная зима и короткое холодное лето.
Кроме того, что Земля вращается вокруг Солнца, она вращается еще и вокруг своей оси (суточное вращение). Направление вращения – с запада на восток, если смотреть с Полярной звезды. Один оборот вокруг своей оси Земля совершает за 23 ч. 56 мин. 4 сек. – 1 сутки). Каждая точка земной поверхности, кроме полюсов, описывает окружность в течение суток большей или меньшей величины, если считать, что ось неподвижна. В результате этого нам кажется, что небесные тела движутся с востока на запад. Экспериментальным доказательством вращения Земли вокруг оси служит опыт с маятником Фуко. С осевым вращением Земли связано несколько географических следствий:
сжатие Земли с полюсов;
смена дня и ночи, с которой связана суточная ритмика природы;
возникновение силы Кориолиса. При любом движении во вращающейся системе эта сила направлена перпендикулярно оси вращения. Благодаря силе Кориолиса, ветры умеренных широт обоих полушарий принимают преимущественно западное направление, а в тропических широтах – восточное (пассатное). Аналогичное проявление силы Кориолиса обнаруживается в направлении движения океанических вод. Кориолисовой силой объясняется и закон Бэра-Бабине, согласно которому правые берега рек северного полушария круче левых, а в южном полушарии ситуация противоположная.
Наше планета пребывает в постоянном движении, она вращается вокруг Солнца и собственной оси. Земная ось - воображаемая линия, проведенная от Северного к Южному полюсу(они при вращении остаются без движения) под углом в 66 0 33 ꞌ по отношению к плоскости Земли. Люди не могут заметить момент вращения, потому что все предметы движутся параллельно, их скорость такая же. Это выглядело бы точно также, как если бы мы плыли на корабле и не замечали движение предметов и объектов на нем находящихся.
Полный оборот вокруг оси завершается в течении одних звездных суток, состоящих из 23 часов 56 минут и 4 секунд. За этот промежуток то одна, то другая сторона планеты поворачивается к Солнцу, получая от него различное количество тепла и света. Помимо этого вращение Земли вокруг оси влияет на её форму (приплюснутые полюса - результат вращения планеты вокруг оси) и на отклонение при движении тел в горизонтальной плоскости (реки, течения и ветра Южного полушария отклоняются влево, Северного - вправо).
Линейная и угловая скорость вращения
(Вращение Земли )
Линейная скорость вращения Земли вокруг оси - 465 м/с или 1674 км/час в зоне экватора, по мере отдаления от него скорость постепенно замедляется, на Северном и Южном полюсах она равна нулю. Например, для граждан экваториального города Кито (столица Эквадора в Южной Америке) скорость вращения как раз 465 м/с, а для москвичей, живущих на 55-ой параллели к северу от экватора, - 260 м/с (почти в два раза меньше).
Ежегодно скорость вращения вокруг оси снижается на 4 миллисекунды, что связано с влиянием Луны на силу морских и океанических отливов и приливов. Притяжение Луны «тянет» воду в направлении, противоположном к осевому вращению Земли, образуя незначительную силу трения, замедляющую скорость вращения на 4 миллисекунды. Скорость углового вращения остается везде одинаковой, её значение - 15 градусов в час.
Почему день сменяется ночью
(Смена дня и ночи )
Время полного оборота Земли вокруг оси - одни звездные сутки (23 часа 56 минут 4 секунды), за этот временной промежуток освещенная Солнцем сторона сначала находится «во власти» дня, теневая - ночи, а затем наоборот.
Если Земля вращалась бы по другому и одна её сторона была постоянно повернута к Солнцу, то там бы была высокая температура (до 100 градусов Цельсия) и вся вода бы испарилась, на другой бы стороне - наоборот свирепствовали морозы и вода находилась под толстым слоем льда. И первые, и вторые условия были бы неприемлемы для развития жизни и существования человеческого вида.
Почему сменяются времена года
(Смена времен года на Земле )
Вследствие того что ось наклонена по отношению к земной поверхности под определенным углом, её участки получают в разное время различное количество тепла и света, что обуславливает смену времен года. По астрономическим параметрам, необходимым для определения времени года, за точки отсчета берут некоторые моменты времени: для лета и зимы это Дни солнцестояния (21 июня и 22 декабря), для весны и осени - Равноденствия (20 марта и 23 сентября). С сентября по март Северное полушарие повернуто к Солнцу меньшее количество времени и соответственно получает меньше тепла и света, здравствуй зимушка-зима, Южное полушарие в это время получает много тепла и света, да здравствует лето! Проходит 6 месяцев и Земля переходит на противоположную точку своей орбиты и уже Северное полушарие получает больше тепла и света, дни становятся длиннее, Солнце поднимается выше - наступает лето.
Если бы Земля располагалась по отношению к Солнцу исключительно в вертикальном положении, то времен года вообще бы не существовало, ведь все точки на освещенной Солнцем половине получали бы одинаковое и равномерное количество тепла и света.
Земля участвует в нескольких видах движений : вокруг собственной оси, вместе с другими планетами Солнечной системы вокруг Солнца, вместе с Солнечной системой вокруг центра Галактики и др. Однако наиболее важным для природы Земли являютсядвижения вокруг собственной оси и вокруг Солнца. Движение Земли вокруг собственной оси называется осевым вращением. Оно осуществляется в направлении с запада на восток (против часовой стрелки, если смотреть со стороны Северного полюса). Период осевого вращения равен приблизительно 24 часам (23 часа 56 минут 4 секунды), то есть земным суткам. Поэтому осевое движение называется суточным . Осевое движение Земли имеет как минимум четыре основных следствия : фигура Земли; смена дня и ночи; возникновение силы Кориолиса; возникновение приливов и отливов. Вследствие осевого вращения у Земли возникает полярное сжатие , поэтому и ее фигура представляет собой эллипсоид вращения. Вращаясь вокруг оси, Земля «направляет» к Солнцу то одно полушарие, то другое. На освещенной стороне – день , на неосвещенной –ночь . Продолжительность дня и ночи в разных широтах определяется положением Земли на орбите. В связи со сменой дня и ночи наблюдается суточная ритмика, которая наиболее ярко выражена у объектов живой природы. Вращение Земли «заставляет» движущиеся тела отклоняться от направления своего первоначального движения, причем вСеверном полушарии – вправо, а в Южном – влево. Отклоняющее действие вращения Земли получило название силы Кориолиса. Наиболее яркими проявлениями этой силы являются отклонения в направлении движения воздушных масс (пассаты обоих полушарий приобретают восточную составляющую), океанских течений, течения рек. Притяжение Луны и Солнца вместе с осевым вращением Земли обуславливают возникновение приливных явлений. Приливная волна обходит Землю дважды в сутки. Приливы и отливы свойственны всем геосферам Земли, однако наиболее отчетливо они выражены в гидросфере.Не меньшее значение для природы земли имеет ее орбитальное движение вокруг Солнца. Обрита Земли имеет эллиптическую форму, то есть в разных ее точках расстояние между Землей и Солнцем неодинаково. В июле Земля находится дальше от Солнца (152 млн км) , и потому ее движение по орбите слегка замедляется. В следствие этого Северное полушарие получает больше тепла по сравнению с Южным и здесь длиннее лето. В январе расстояние между Землей и Солнцем минимальное и равняется 147 млн км. Период орбитального движения составляет 365 полных суток и 6 часов. Каждый четвертый год считается високосным , то есть содержит 366 суток , поскольку за 4 года накапливаются лишние сутки. Принято считать, что основным следствием орбитального движения является смена времен года. Однако это происходит не только в результате годового движения Земли, но и из-за наклона земной оси к плоскости эклиптики, а также в связи с постоянством величины этого угла, которая составляет 66,5 °. Орбита Земли имеет несколько ключевых точек, которые соответствуют дням равноденствий и солнцестояний. 22 июня – день летнего солнцестояния. В этот день Земля повернута к Солнцу Северным полушарием, поэтому в этом полушарии лето. Лучи Солнца падают под прямым углом на параллель 23,5 ° с.ш. – северный тропик. На Северном полярном круге и внутри него – полярный день , на Южном полярном круге и к югу от него – полярная ночь. 22 декабря , в день зимнего солнцестояния , Земля по отношению к Солнцу занимает как бы обратное положением. В дни равноденствий оба полушария освещаются Солнцем одинаково. Лучи Солнца падают под прямым углом на экватор. На всей Земле, кроме полюсов, день равен ночи, и его продолжительность составляет 12 часов. На полюсах происходит смена полярных дня и ночи.
Полный оборот вокруг Солнца Земля совершает за 365 дней 6 часов 9 минут и 9 секунд. 21 марта и 23 сентября наклон земной оси нейтрален по отношению к Солнцу(дни равноденствия).21 июня Земля занимает такое положение, при котором ее ось северным концом 22 декабря, в день зимнего солнцестояния, отвесные лучи падают на южный тропик, а северные полярные страны, начиная от Северного полярного круга, не освещаются. На Южном полярном круге и далее к полюсу Солнце круглые сутки находится выше линии горизонта. Так продолжается до дня весеннего равноденствия - 21 марта.
Пояса освещения
Всего насчитывается 13 поясов освещения. Экваториальный пояс располагается по обе стороны от экватора. день и ночь здесь почти всегда равны, сумерки очень короткие, смены времен года нет. Тропические пояса: продолжительность дня и ночи изменяется от 10,5 до 13, 5 часов; сумерки короткие, есть два сезона года, мало отличающиеся по температуре. Субтропические пояса: Продолжительность дня и ночи для крайних широт колеблется от 9 часов до 14 часов. Сумерки непродолжительные, часто выражены зима и лето, слабее выражены весна и осень. Умеренные пояса: Четко выражены все четыре времени года (весна, лето, осень, зима). Зима и лето приблизительно равны. Пояса летних ночей и коротких зимних дней: выражены все четыре времени года, зима длиннее лета. Субполярные пояса. Полярные пояса: времена года совпадают с днем и ночью.
Движение двойной планеты Земля-Луна и приливное трение
Всемирное тяготение уравновешивается всемирным отталкиванием. Суть тяготения (гравитации) заключается в том, что все тела притягиваются друг к другу пропорционально их массам и обратно пропорционально квадрату расстояния между ними. Отталкивание – это центробежная сила, возникающая при вращении и обращении небесных тел. Земля и Луна взаимно притягиваются, но Луна не может упасть на Землю, т. к. она вращается вокруг Земли и тем самым стремится от нее уйти. Равновесие притяжения и отталкивания справедливо для центров планет. Однако оно не распространяется на отдельные точки поверхности Земли. Поэтому происходят приливы и отливы. Взаимодействующая двух сил – силы притяжения и центробежной силы – и есть приливообразующая сила. Лучше всего приливы выражены в Мировом океане.
АТМОСФЕРА
Атмосфера – газовая оболочка Земли. В настоящее время атмосфера состоит из следующих компонентов: Азот – 78, 08 %, Кислород – 20, 94 %, Аргон - 0, 93 %, Углекислый газ – 0, 03 %,Прочие газы – 0, 02 %. Атмосфера состоит из следующих слоев: тропосфера, стратосфера, мезосфера, термосфера и экзосфера. В географическую оболочку входят только тропосфера и нижняя часть стратосферы. Средняя мощность тропосферы составляет примерно 11 км. Над тропосферой располагается тропопауза, представляющая собой тонкий переходный слой мощность около одного километра. Над тропопаузой находится стратосфера. Стратосфера начинается на 8 км над полюсами и 16-18 км над экватором. Над нагретым слоем верхней атмосферы, после стратопаузы, т. е. выше 55 км, лежит мезосфера, простирающаяся до высоты 80 км. В ней температура вновь падает до – 90 0С. На высотах от 80 до 90 км находится мезопауза с постоянной температурой – около 1800 С. Над мезопаузой расположена термосфера, простирающаяся до 800 - 1 000 км. Выше 1 000 км начинается внешняя атмосфера, или экзосфера, простирающаяся до 2 000 – 3 000 км. Тропосферу и нижнюю стратосферу называют нижней атмосферой, а все более высокие слои – верхней атмосферой.
Солнечная радиация
Солнечная радиация – это вся совокупность солнечной материи и энергии, поступающей на Землю. Солнечная радиация несет свет и тепло. Интенсивность солнечной радиации необходимо измерять в первую очередь за пределами атмосферы, т. к. при прохождении через воздушную сферу она преобразуется и ослабевает. Интенсивность солнечной радиации выражается солнечной постоянной. Солнечная постоянная – это поток солнечной энергии за 1 минуту на площадь сечением в 1 см2, перпендикулярную солнечным лучам и расположенную вне атмосферы. Солнечная постоянная, вопреки своему названию, не остается постоянной. Она изменяется в связи с изменением расстояния от Солнца до Земли в процессе движения Земли по орбите. Как бы ни были малы эти колебания, они всегда сказываются на погоде и климате.
Времена года . Земля совершает полный оборот вокруг Солнца за 365 суток и 6 часов. Для удобства принято считать, что в году 365 дней. А через каждые четыре года, когда «накопятся» лишние 24 часа, наступает високосный год, в котором не 365, а 366 дней (29 - в феврале).
В сентябре, когда после летних каникул вы снова приходите в школу, наступает осень. Дни становятся короче, а ночи - длиннее и прохладнее. Через месяц-другой с деревьев опадут листья, улетят перелётные птицы, в воздухе закружатся первые снежинки. В декабре, когда снег укроет белой пеленой землю, придёт зима. Наступят самые короткие дни в году. Восход Солнца в это время поздний, а заход ранний.
В марте, когда приходит весна, дни удлиняются, солнце светит всё ярче, воздух становится теплее, кругом начинают журчать ручьи. Природа вновь оживает, и вскоре начинается долгожданное лето.
Так было и будет всегда из года в год. А задавались ли вы когда-нибудь вопросом: почему происходит смена времён года?
Географические следствия движения Земли . Вы уже знаете, что у Земли два основных движения: она вращается вокруг своей оси и обращается по орбите вокруг Солнца. При этом земная ось наклонена к плоскости орбиты на 66,5°. Движение Земли вокруг Солнца и наклон земной оси определяют на нашей планете смену времён года и продолжительность дня и ночи.
Два раза в году - весной и осенью - наступают дни, когда на всей Земле долгота дня равна долготе ночи - 12 часов. День весеннего равноденствия наступает 21-22 марта, день осеннего равноденствия - 22-23 сентября. На экваторе день всегда равен ночи.
Самый длинный день и самая короткая ночь на Земле наступают в Северном полушарии - 22 июня, а в Южном - 22 декабря. Это дни летнего солнцестояния.
После 22 июня, вследствие перемещения Земли по орбите, в Северном полушарии высота Солнца над горизонтом постепенно уменьшается, дни становятся короче, а ночи - длиннее. А в Южном полушарии Солнце поднимается над горизонтом выше и световой день увеличивается. Южное полушарие получает всё больше солнечного тепла, а Северное - всё меньше.
Самый короткий день в Северном полушарии наступает 22 декабря, а в Южном - 22 июня. Это день зимнего солнцестояния.
На экваторе угол падения солнечных лучей на земную поверхность и продолжительность дня изменяются мало, поэтому смену времён года там заметить практически невозможно.
О некоторых особенностях движения нашей планеты . На Земле есть две параллели, на которых Солнце в полдень в дни летнего и зимнего солнцестояния находится в зените, то есть стоит прямо над головой наблюдателя. Такие параллели именуются тропиками. На Северном тропике (23,5° с. ш.) Солнце в зените бывает 22 июня, на Южном тропике (23,5° ю. ш.) - 22 декабря.
Параллели, расположенные на 66,5° северной и южной широты, называются полярными кругами. Они считаются границами территорий, где наблюдаются полярные дни и полярные ночи. Полярный день - это период, когда Солнце не опускается за горизонт. Чем ближе от полярного круга к полюсу, тем длиннее полярный день. На широте полярного круга он длится всего одни сутки, а на полюсе - 189 суток. В Северном полушарии на широте Северного полярного круга полярный день начинается 22 июня - в день летнего солнцестояния, а в Южном - 22 декабря. Продолжительность полярной ночи бывает от одних суток (на широте полярных кругов) до 176 (на полюсах). Всё это время Солнце не появляется над горизонтом. В Северном полушарии это явление природы начинается 22 декабря, а в Южном - 22 июня.
1. Годовое движение Земли вокруг Солнца. 2. В таком положении находится наша планета в дни летнего и зимнего солнцестояния. 3. Пояса освещённости Земли.
Нельзя не отметить и тот чудесный период в начале лета, когда вечерняя заря сходится с утренней и всю ночь длятся сумерки, - белые ночи. Наблюдаются они в обоих полушариях на широтах, превышающих 60°, когда Солнце в полночь опускается за горизонт не более чем на 7°. В Санкт-Петербурге (около 60° с. ш.) белые ночи продолжаются с 11 июня по 2 июля, а в Архангельске (64° с. ш.) - с 13 мая по 30 июля.
Пояса освещённости . Следствием годового движения Земли и её суточного вращения является неравномерное распределение солнечного света и тепла по земной поверхности. Поэтому на Земле существуют пояса освещённости.
Между Северным и Южным тропиками по обе стороны от экватора пролегает тропический пояс освещённости. Он занимает 40 % земной поверхности, на которые приходится наибольшее количество солнечного света. Между тропиками и полярными кругами в Южном и Северном полушариях находятся умеренные пояса освещённости, получающие меньшее количество солнечного света, чем тропический пояс. От полярного круга до полюса в каждом полушарии расположены полярные пояса. Этой части земной поверхности меньше всего достаётся солнечного света. В отличие от других поясов освещённости только здесь бывают полярные дни и ночи.
Вопросы и задания
- Объясните, как происходит смена времён года на Земле. Чем характеризуются времена года в вашей местности?
- Определите по географической карте, в каких поясах освещённости расположена территория нашей страны.
- Выпишите из учебника все следствия вращения Земли вокруг своей оси.