1. Суточное вращение Земли и его значение для географической оболочки
Земля совершает 11 различных движений, из которых важное географическое значение имеют следующие: 1)суточное вращение вокруг оси; 2)годовое обращение вокруг Солнца; 3) движение вокруг общего центра тяжести системы Земля-Луна.
Ось вращения Земли отклонена от перпендикуляра к плоскости эклиптики на 23026,5`. Угол наклона при движении по орбите вокруг Солнца сохраняется.
Осевое вращение Земли происходит с запада на восток или против часовой стрелки, если смотреть с Северного полюса Мира. Это направление движения присуще всей Галактике.
Время оборота Земли вокруг своей оси может быть определено по Солнцу и по звездам. Солнечными сутками называется промежуток времени между двумя последовательными прохождениями Солнца через меридиан точки наблюдения. В связи со сложностью движения Солнца и Земли истинные солнечные сутки изменяются. Поэтому для определения среднего солнечного времени применяются такие сутки, продолжительность которых равна средней длине суток в течение года.
В связи с тем, что Земля движется в том же направлении, в котором вращается вокруг своей оси, то солнечные сутки несколько длиннее действительного времени полного оборота Земли. Действительное время полного оборота Земли определяется временем между двумя прохождениями звезды через меридиан данного места. Звездные сутки равны 23 часам 56 минутам и 4 секундам. Это и есть действительное время суточного оборота Земли.
Угловая скорость вращения, т. е. угол, на который поворачивается какая-нибудь точка на поверхности Земли за любой отрезок времени, одинакова для всех широт. За один час точка пробегает 150 (3600: 24 часа = 150). Линейная скорость зависит от широты. На экваторе она равна 464 м/сек, в сторону полюсов уменьшается.
Время суток - утро, день, вечер и ночь - на одном и том же меридиане начинаются одновременно. Однако трудовая деятельность людей в разных частях Земли требует согласованного счета времени. С этой целью введено поясное время.
Сущность поясного времени заключается в том, что Земля в соответствии с количеством часов в сутках меридианами делится на 24 пояса, идущих от одного до другого полюса. Ширина каждого пояса равна 150. Местное время среднего меридиана одного пояса от соседнего пояса отличается на 1 час. В действительности границы часовых поясов на суше проводятся не всегда по меридианам, а часто по политическим и географическим рубежам.
Вращение Земли вокруг своей оси дает объективную основу для построения градусной сетки. Во вращающейся сфере объективно выделяются две точки, к которым может быть привязана координатная сетка. Эти точки - полюсы, не участвующие во вращении, и поэтому неподвижные.
Ось вращения Земли - это прямая, проходящая через центр ее массы, вокруг которой вращается наша планета. Точки пересечения оси вращения с поверхностью Земли называются географическими полюсами; их два - северный и южный. Северным полюсом называется тот, со стороны которого планета вращается против часовой стрелки, как и вся Галактика.
Линия пересечения большого круга, плоскость которого перпендикулярна оси вращения, с поверхностью земного шара называется географическим или земным экватором. Можно сказать, что экватором называется линия, во всех точках равностоящая от полюсов. Экватор делит Землю на два полушария: северное и южное. Противоположность между северным и южным полушариями не только чисто геометрическая. Экватор - это линия смены времен года и отклонения движущихся тел вправо и влево, а также это видимый путь движения Солнца и всего небосвода.
Малые круги, плоскости которых параллельны экваториальной, пересекаясь с земной поверхностью, образуют географические параллели. Удаленность параллелей, а равно и всех других точек, от экватора выражается географической широтой. С точки зрения вращательного движения Земли географическая широта - это угол между плоскостью земного экватора и отвесной линией в данной точке. При этом Земля принимается за однородный шар радиусом 6 371 км. В этом случае географическую широту можно понимать как удаленность искомой точки от экватора в градусах. В отличие от географической широты, геодезическая широта определяется не только на шаре, но и на сфероиде как угол между плоскостью экватора и нормалью к сфероиду в данной точке.
Линия пересечения большого круга, проходящая через географические полюсы и через искомую точку, с поверхностью земного шара называется меридианом данной точки. Плоскость меридиана перпендикулярна к плоскости горизонта. Линия пересечения этих двух плоскостей и называется полуденной линией. Для определения начального меридиана объективного критерия нет. По международному соглашению в качестве начального принят меридиан обсерватории в Гринвиче (окрестности Лондона).
От начального меридиана ведется счет долгот. Географической долготой называется двугранный угол между плоскостями меридианов: начального и искомой точки, или расстояние в градусах от начального меридиана до определенного места. Счет долгот можно вести в одну сторону, в направлении движения Земли, т. е. с запада на восток, а можно и в две стороны. Это правило, однако, допускает исключения: например, мыс Дежнева, крайнюю точку Азии, можно считать как на 1700 з.д., так и на 1900 в.д.
Условность счета долгот позволяет делить Землю не по начальному меридиану, а по принципу полного охвата материков.
Для географической оболочки и природы Земли в целом осевое вращение Земли имеет огромное значение, в частности:
1. Осевое вращение Земли создает основную единицу времени - сутки, делящие Землю на две части - освещенную и неосвещенную. С этой единицей времени в процессе эволюции органического мира оказалась согласованной физиологическая деятельность животных и растений. Смена напряжения (работа) и ослабления (отдых) есть внутренняя потребность всех живых организмов. Очевидно, главным синхронизатором биологических ритмов выступает чередование света и темноты. С этим чередованием связана ритмика фотосинтеза, клеточного деления и роста, дыхания, свечения водорослей и многие другие явления в географической оболочке.
От суток зависит важнейшая черта теплового режима земной поверхности - смена дневного нагревания и ночного охлаждения. При этом важна не только эта смена сама по себе, но и продолжительность периодов нагревания и охлаждения.
Суточная ритмика проявляется и в неживой природе: в нагревании и охлаждении горных пород и выветривании, температурном режиме, температуре воздуха, наземных осадках и т.д.
2. Важнейшее значение вращения географического пространства состоит в разделении его на правое и левое. Это приводит к отклонению путей движущихся тел вправо в северном полушарии и влево в южном полушарии.
Еще в 1835 г. математик Гюстав Кориолис сформулировал теорию относительного движения тел во вращающейся системе отсчета. Вращающееся географическое пространство и является такой неподвижной системой. Отклонение движения вправо или влево получило название кориолисовой силы или кориолисова ускорения. Сущность данного явления состоит в следующем. Направление движения тел, естественно, прямолинейно относительно оси Мира. Но на Земле оно происходит на вращающейся сфере. Под движущимся телом плоскость горизонта поворачивается влево в северном полушарии и вправо в южном полушарии. Поскольку наблюдатель находится на твердой поверхности вращающейся сферы, то ему кажется, что движущееся тело отклоняется вправо, тогда как на самом деле плоскость горизонта уходит влево. Действию кориолисовой силы подвергаются все перемещающиеся на Земле массы: вода в океанических и морских течениях, воздушные массы в процессе циркуляции атмосферы, вещество в ядре и мантии.
- 3. Вращение Земли (вместе с шарообразной формой) в поле солнечной радиации (свет и тепло) определяет западно-восточное протяжение природных зон и географических поясов.
- 4. Благодаря вращению Земли, неупорядоченные в разных местах восходящие и нисходящие токи воздуха приобретают преимущественную спиральность. Этой закономерности подчиняются воздушные массы, океанические воды, а также, вероятно, вещество ядра.
- 2. Годовое вращение Земли вокруг Солнца и его географическое значение
Полный оборот вокруг Солнца Земля совершает за 365 дней 6 часов 9 минут и 9 секунд. По истечении звездного года наблюдатель с Земли увидит Солнце около той же звезды, где оно ровно было год тому назад. Тропический год, т. е. промежуток времени между двумя последовательными прохождениями Солнца через точки весеннего равноденствия, продолжается 365 дней 5 часов 48 минут и 46 секунд. Тропический год примерно на 20 минут короче звездного года.
Путь годичного движения Земли, или орбита, имеет форму эллипса, в одном из фокусов которого находится Солнце. Отсюда следует, что расстояние от Земли до Солнца меняется в течение года. Ближе всего к Солнцу, или в перигелии, Земля бывает 3 января. В этот день расстояние от Земли до Солнца равно 147 000 000 км. 5 июля, в афелии, Земля удаляется от Солнца на 152 000 000 км. Длина земной орбиты составляет около 940 000 000 км. Этот путь Земля побегает со средней скоростью 107 тыс. км/ час, или 29,8 км/сек. В афелии скорость уменьшается до 29,3 км/сек, а в перигелии возрастает до 30,3 км/сек.
Оборот Земли вокруг Солнца дает вторую основную единицу времени - год. В отличие от суточного вращения, год обусловлен не самим обращением Земли вокруг Солнца и даже не изменением расстояния до него, а тем, что ось вращения Земли наклонена к плоскости орбиты. Угол наклона - 66 0 33"15"".
В процессе годичного движения земная ось остается в неизменном положении, т. е. всегда параллельной самой себе. Это при различном положении Земли по отношению к Солнцу обусловливает изменение освещения и нагревания северного и южного полушарий по сезонам года. Рассмотрим более подробно эти важнейшие геофизические явления.
- 21 марта и 23 сентября наклон земной оси нейтрален по отношению к Солнцу. В эти дни солнечные лучи отвесно падают на экватор, северное и южное полушария вплоть до полюсов освещаются равномерно; на всех широтах день и ночь продолжаются по 12 часов. Поэтому эти числа называются днями равноденствия.
- 21 июня Земля занимает такое положение, при котором ее ось северным концом наклонена к Солнцу. Поэтому отвесные лучи падают уже не на экватор, а севернее его на угловое расстояние, равное наклону плоскости экватора к плоскости орбиты или эклиптики, т. е. на 23033" (900 - 660 33" = 230 27").
При суточном обороте Земли отвесно падающие лучи опишут на ней линию, севернее которой Солнце никогда не бывает в зените. Эта линия называется северным тропиком или северным поворотным кругом. Северный поворотный круг называется также тропиком Рака по имени созвездия, в котором находится в это время Солнце. Южный поворотный круг иначе называется тропиком Козерога. Числа, в которые Солнце бывает на тропиках в зените, называется днями солнцестояний.
В высоких северных широтах в день летнего солнцестояния круглые сутки освещается не только полюс, но и пространство за ним до широты 66033" или Северного полярного круга.
В южном полушарии в этот день солнечный луч образует касательную к поверхности шара тоже на широте 660 33", но так, что все пространство за этой линией, или южным полярным кругом 22 июня не освещается. Уже на следующий день, 23 июня, Солнце смещается от тропика в сторону экватора. На Северном полярном круге наступает короткая ночь, а на южном Солнце днем поднимается над горизонтом.
Продолжительность дня в северном полушарии последовательно уменьшается, а в южном полушарии увеличивается до осеннего равноденствия - 23 сентября.
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.
Таким образом, тропиками, или поворотными кругами (греч. tropikos - круг поворота), называются параллели 230 27" южной и северной широты, на которых один раз в году в дни солнцестояний в полдень Солнце бывает в зените. Полярными кругами называются параллели 660 33" северной и южной широты, на которых один раз в году в дни летнего солнцестояния Солнце не заходит, а в дни зимнего солнцестояния не восходит.
Год - это не только единица измерения времени, но и продолжительность сезонных циклов многих явлений в живой и неживой природе: сезонная смена погод, установление и сход снежного покрова в умеренных широтах, годовой режим рек и озер, сезонная ритмика в жизни растений и животных. В природе практически нет тел и явлений, которые не испытывали бы на себе влияние сезонной ритмики.
3. Пояса освещения
Сезоны года (весна, лето, осень, зима) проявляются не однозначно для полушарий, а по определенным поясам, которые получили в географической литературе название поясов освещения. Всего насчитывается 13 поясов освещения. Рассмотрим эти пояса более подробно.
Экваториальный пояс располагается по обе стороны от экватора и ограничен параллелями 100с.ш. и 100ю.ш. Полуденная высота Солнца в этом поясе колеблется от 90 до 56,50; день и ночь здесь почти всегда равны, сумерки очень короткие, смены времен года нет.
Тропические пояса:
Северный тропический пояс ограничен параллелями 100 с.ш и 23, 50 с.ш.,
Южный тропический пояс - 100 ю.ш. и 230 ю.ш.
Полуденная высота Солнца в пределах тропических поясов колеблется от 90 до 470, продолжительность дня и ночи изменяется от 10,5 до 13, 5 часов; сумерки короткие, есть два сезона года, мало отличающиеся по температуре.
Субтропические пояса:
Северный субтропический пояс: 23,50 с.ш. - 400 с.ш.,
Южный субтропический пояс: 23,50 ю.ш. - 400 ю.ш.
В зените Солнце в пределах субтропических поясов не бывает. Высота Солнца близ тропика в летнее полугодие приближается к 900, а на противоположной границе зимой уменьшается до 26,50. Продолжительность дня и ночи для крайних широт колеблется от 9 часов 09 минут до 14 часов 51 минуты. Сумерки непродолжительные, часто выражены зима и лето, слабее выражены весна и осень.
Умеренные пояса:
Северный умеренный пояс: 400 с.ш - 580 с.ш.,
Южный умеренный пояс: 400 ю.ш. - 580 ю.ш.
Полуденная высота Солнца на полярной границе изменяется от 8,50 зимой до 55,50 летом. Продолжительность дня и ночи колеблется от 18 до 6 часов. Сумерки продолжительные. Четко выражены все четыре времени года (весна, лето, осень, зима). Зима и лето приблизительно равны.
Пояса летних ночей и коротких зимних дней:
Северный пояс летних ночей и коротких зимних дней: 580 с.ш. - 66, 50 с.ш.,
Южный пояс летних ночей и коротких зимних дней: 580 ю.ш. - 66,5 0 ю.ш.
Высота Солнца в полдень на полярных границах изменяется от 53,50 летом до 00 зимой. Около дня летнего солнцестояния бывают белые ночи, зимой - сумеречные дни, выражены все четыре времени года, зима длиннее лета.
Субполярные пояса:
Северный субполярный пояс: 66,50 с.ш. - 74,50 с.ш.
Южный субполярный пояс: 66,50 ю.ш. - 74,70 ю.ш.
Полярные границы субполярных поясов определяются опусканием Солнца в дни зимних солнцестояний для соответствующих полушарий ниже горизонта на 80. Поэтому полярная ночь в этом поясе носит характер сумерек, или является «белой»; она продолжается от 1 суток у полярных кругов до 103 суток на полярных границах. Летняя высота Солнца колеблется от 47 до 390.
Полярные пояса:
Северный полярный пояс: 74,50 с.ш. - 900 с.ш.,
Южный полярный пояс: 74,50 с.ш. - 900 ю.ш.
Солнце не восходит в Северном полушарии от 103 до 179 суток; наибольшая высота Солнца на полюсах - 23,50; времена года совпадают с днем и ночью.
4. 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.
Соответствие притяжения и отталкивания относительное, не полное. Расстояние между Землей и Луной таково, что силы их взаимного притяжения точно равны центробежной силе, возникающей при движении этих планет вокруг общего центра тяжести. Луна в 81,5 раза меньше Земли; поэтому общий центр тяжести системы Земля-Луна расположен не между ними, а внутри Земли, в удалении от центра Земли на 0,73 земного радиуса.
Равновесие притяжения и отталкивания справедливо для центров планет. Однако оно не распространяется на отдельные точки поверхности Земли. Поэтому происходит возмущение поля силы тяжести, вызывающее приливы и отливы.
Притяжение Луны действует на каждую точку поверхности Земли и всюду направлено в сторону Луны. Однако из-за больших размеров земного шара величина его, обратно пропорциональная квадрату расстояния, всюду различна. Сторона Земли, в данный момент обращенная к Луне, притягивается сильнее всего. На противоположной стороне притяжение слабее. Разница в притяжении составляет около 10 %.
Взаимодействующая двух сил - силы притяжения и центробежной силы - и есть приливообразующая сила.
Лучше всего приливы выражены в Мировом океане. Однако на приливообразующую силу реагирует и мантия, а следовательно, и земная кора, и, вероятно, ядро.
Установлено, что в Москве, например, приливообразующая сила достигает 50 см. Это значит, что дважды в сутки земная поверхность плавно поднимается на полметра, а затем также плавно опускается.
Приливной волне сопротивляются силы сцепления. Частицы взаимно перемещаются, преодолевая внутреннее трение. Это и есть приливное трение. На него расходуется энергия вращения Земли.
Вращение Земли в геологическом времени постепенно замедляется. В архее сутки продолжались, вероятно, 20 часов. В зависимости от уменьшения скорости вращения перестраивается фигура Земли и изменяется рельеф литосферы.
Вспомни! Что называют орбитой Земли? На какие полушария делит Землю экватор?
Каждый день утром восходит Солнце, в полдень оно стоит высоко в небе, а вечером скрывается за горизонтом и наступает ночь. Почему же так происходит?
Подумайте! Или может Солнце одновременно осветить всю Землю? Почему? Могут ли солнечные лучи пройти сквозь Землю или обогнуть ее? Почему?
Рис. 13. Вращение Земли вокруг своей оси
Земля - непрозрачное космическое тело, которое движется вокруг своей оси с запада на восток. Когда одна сторона Земли, повернутая к Солнцу и освещается его лучами, то противоположную сторону в это время находится в тени. На освещенной стороне длится день, на неосвещенном - ночь. Полный оборот вокруг своей оси Земля делает за одни сутки, которая длится 24 часа. Следовательно, вращение Земли вокруг оси вызывает смену дня и ночи.
Вращаясь вокруг своей оси, Земля одновременно движется по орбите вокруг Солнца.
Существенно, что воображаемая ось Земли всегда расположена под одинаковым углом. Во время движения вокруг Солнца наша планета больше возвращается к нему то Южной, то Северной полушарием. Когда к Солнцу повернуто Северное полушарие, она получает много света и тепла, и на ней царит лето. В Южном полушарии в это время зима.
Рис. 14. Годовое движение Земли вокруг Солнца
Земля постоянно движется. Постепенно она все больше поворачивается к Солнцу Южным полушарием и отворачивается от него Северной. Там, где было лето, наступает осень, а в Южное полушарие после холодной зимы приходит весна.
Продолжая движение, через некоторое время Земля поворачивается к Солнцу так, что Северное полушарие освещается и согревается еще меньше, а Южная - еще больше. Тогда в Северном полушарии наступает зима, а в Южном - лето.
Впоследствии Земля снова начинает возвращаться к Солнцу Северным полушарием. Там теплеет и наступает весна, а в Южное полушарие приходит осень.
Итак, Северная и Южная полушария Земли во время ее вращения вокруг Солнца одновременно получают неодинаковое количество солнечного света и тепла, что обусловливает смену времен года.
Полный оборот вокруг Солнца Земля делает за один год, который длится 365 суток 5 ч 48 мин 46 сек. Это число округляют и в течение трех лет в календаре записывают по 365 дней. За 4 года 5 часов с минутами и секундами добавляют, и получается еще одна эпоха. Поэтому каждый четвертый год в календаре появляется 29 февраля. Год продолжительностью 366 суток называют високосным.
Обсудите! Что было бы на Земле, если бы ось не была наклонена?
Високосный год.
Проверь свои знания
1. Почему на Земле происходит смена дня и ночи?
2. Что такое сутки? Сколько времени она длится?
3. Почему на Земле меняются времена года?
4. Сколько времени длится обычный земной год? А високосный?
5. По мнению Димы, если Солнце больше освещает Северное полушарие, то на ее территории наступает весна. Прав ли мальчик? Объясни, почему.
Подытожим вместе
Земля одновременно осуществляет суточное и годовое движение. Смена дня и ночи является следствием ее вращения вокруг своей оси, которое длится 24 часа - сутки. Год - это период времени, за который Земля делает полный оборот вокруг Солнца. Он длится примерно 365 суток. Движение Земли вокруг Солнца вызывает смену времен года.
Изюминка для любознательных
Земля движется вокруг своей оси с определенной скоростью. Наибольшей она является на экваторе и составляет 464 м/сек. Средняя скорость движения Земли вокруг Солнца 30 км/сек.
Земля совершает мало различных движений: вместе с Галактикой в сторону созвездий Лиры и Геркулеса со скоростью 20км/сек., вращательное движение относительно Центра Галактики со V=250-280км/сек., вокруг солнца со скоростью 30км/сек., вокруг своей оси со скоростью 0,5км/сек. и др. Эта сложная система движений вызывает целый ряд явлений на земле, формулируя природные условия. Рассмотрим только 2 движения, которые имеют важное значение для окружающей среды и человека.
Суточное вращение.
При наблюдении с Земли за солнцем и планетами кажется, что Земля неподвижна, а солнце и планеты вращаются вокруг неё (эффект движущего вокзала). Именно такая модель (геоцентрическая), автором которой является Птоломей (2в. до н.э.) просуществовала вплоть до 16в. Однако по мере накопления фактов эта модель стала подвергаться сомнениям. Первым кто публично выступил против неё, был поляк Николай Коперник. После его смерти идеи Коперника развивал итальянец Джордано Бруно, который был сожжен на костре, т.к. отказывался сотрудничать с инквизицией. Его соотечественник Галилей продолжал развивать идеи Коперника, Бруно и с помощью изобретенного им телескопа подтвердил правоту своих.
Таким образом, уже в начале 17в. было доказано вращение Земли вокруг своей оси. В настоящее время этот факт не вызывает не у кого сомнения и мы располагаем многими доказательствами осевого вращения.
Одним из наиболее простых и убедительных является опыт с маятником Фуко. В 1851г. француз Л. Фуко с помощью огромного маятника показал, что плоскость маятника все время смещается по часовой стрелке (если смотреть сверху). Если бы Земля не вращалась с запада на восток (против часовой стрелки), то такого эффекта с маятником не было бы.
Вторым убедительным доказательством осевого вращения Земли является отклонение падающих тел к востоку, т. е. если сбросить груз с высокой башни, то он упадёт на Землю, отклоняясь от вертикали на несколько мм. или см. в зависимости от высоты.
Земной шар вращается вокруг своей оси - как все планеты вращаются вокруг своих осей. Причем все почти вращаются в том же направлении, что и вокруг Солнца. Те места, где ось вращения планет пересекается с их поверхностью, называют полюсами (у Земли - географическими полюсами, Южным и Северным). А линию, проходящую по поверхности планеты на равном расстоянии от обоих полюсов, называют экватор.
Географические полюса не остаются на одном месте, а перемещаются по поверхности планеты. К счастью для нас не очень далеко и не очень быстро.
Наблюдения на станциях Международной службы движения полюсов Земли (до 1961г. она называлась Международной службой широты; а создана была в 1899г.), а также двадцатилетние измерения с помощью геодезических спутников указывают на то, что географические полюса смещаются со скоростью 10см. в год.
Какие же следствия связаны с суточным вращением Земли?
Во-первых, это смена дня и ночи. Причем из-за сравнительного промежутка днем и ночью атмосфера и поверхность Земли не успевает переохладиться и нагреться. Смена дня и ночи в свою очередь вызывает ритмичность многих процессов в природе (биоритмы).
Во-вторых, важным следствием вращения являются отклонение горизонтально движущихся тел вправо в северном полушарии и влево в южном. Отклоняющая сила или сила Кориолиса - связана со смещением во времени направления меридианов и параллелей. На полюсе, где параллели и меридианы друг к другу почти параллельны, эта сила равна нулю, а у экватора, где они находятся под наибольшим углом, сила максимальна.
Эффект Кориолиса имеет большое значение для объектов, долгое время движущимися в меридиональном направлении (водами рек, воздушными массами и т. п.) этот эффект становится ощутим: реки подмывают один из берегов сильнее, чем другой. И ветры, долго дующие в одну сторону, заметно смещаются. Самое важное проявление такого смещения - закручивание ветров в зонах повышенного (антициклонах) и пониженного (циклонах) атмосферного давления.
В-третьих, важным следствием являются приливы и отливы. Вращаясь, Земля периодически попадает под притяжение Луны, в связи с чем возникает приливообразующая волна. Во время новолунья и полнолунья приливы максимальны, во время 1/4 фазы Луны они минимальны.
Вращение Земли издавна используется для счета времени. Полный оборот Земли вокруг оси происходит за разные промежутки времени в зависимости от точки отсчета. Относительно звёзд полный оборот происходит за 23ч. 56мин.4сек. (звездные сутки). А относительно солнца - за 24ч. (солнечные сутки). Однако это средние солнечные сутки, так как ясные солнечные сутки меняются в течении года.
Кроме местного времени (средние солнечные сутки), которое зависит от положения местного меридиана относительно солнца, существует система поясного времени. В связи с этим, весь земной шар разбит на 24 пояса, с нулевым, который проходит через Гринвичский меридиан. Каждый пояс отличается по времени от соседнего на 1 час. На востоке, на 1час больше, а на западе на 1час меньше.
Земля совершает 11 различных движений. Из них важным географическим значением обладают суточное движени е вокруг оси и годовое обращение вокруг Солнца.
При этом вводят следующие определения: афелий - самая удаленная точка на орбите от Солнца (152 млн. км), Земля проходит по ней 5 июля. Перигелий — ближайшая точка на орбите от Солнца (147 млн. км), Земля проходит по ней 3 января. Общая длина орбиты - 940 млн. км. Чем дальше от Солнца, тем меньше скорость движения. Поэтому в северном полушарии зима короче лета. Земля вращается вокруг своей оси с запада на восток, совершая полный оборот за сутки. Ось вращения постоянно наклонена к плоскости орбиты под углом 66,5°.
Суточное движение .
Движение Земли вокруг оси идет с запада на восток , полный оборот совершается за 23 часа 56 минут 4 секунды . Это время принято за сутки . При этом Солнце как бы восходит на востоке и движется на запад. Суточное движение имеет 4 следствия :
- сжатие на полюсах и сферическая форма Земли;
- смена дня и ночи;
- возникновение силы Кориолиса - отклонение горизонтально движущихся тел в Северном полушарии вправо, в Южном — влево, это сказывается на направлении движения воздушных масс, морских течений и т. д.;
- возникновение приливов и отливов.
Годовое обращение Земли
Годовое обращение Земли — это движение Земли по эллиптической орбите вокруг Солнца. Земная ось наклонена к плоскости орбиты под углом 66,5°. При обращении вокруг Солнца направление земной оси не изменяется – она остается параллельной самой себе.
Географическим следствием годового вращения Земли является смена времен года , которая обусловлена также постоянным наклоном земной оси. Если бы земная ось не имела наклона, то в течение года на Земле день был бы равен ночи, больше всего тепла получали бы экваториальные области, а на полюсах было бы всегда холодно. Сезонная ритмика природы (смена времен года) проявляется в изменении различных метеорологических элементов – температуры воздуха, его влажности, а также в изменении режима водоемов, жизни растений и животных и пр.
Орбита Земли имеет несколько важных точек, соответствующих дням равноденствий и солнцестояний .
22 июня - день летнего солнцестояния, когда в Северном полушарии - самый длинный, а в Южном — самый короткий день в году. На Северном полярном круге и внутри него в этот день - полярный день , на Южном полярном круге и внутри него - полярная ночь .
22 декабря - день зимнего солнцестояния, в северном полушарии - самый короткий, в южном - самый длинный день в году. В пределах Северного полярного круга - полярная ночь , Южного полярного круга - полярный день .
21 марта и 23 сентября — дни весеннего и осеннего равноденствий, т. к. лучи Солнца падают отвесно на экватор, на всей Земле (кроме полюсов) день равен ночи.
Основными единицами измерения времени являются год и сутки. Продолжительность года определяется периодом обращения Земли вокруг Солнца, а продолжительность суток - промежутком времени, в течение которого Земля совершает полный оборот вокруг своей оси.
Путь, по которому Земля совершает годовое движение, называется ееорбитой . Орбита Земли, как и орбиты других планет солнечной системы, имеет форму эллипса. Земная ось наклонена к плоскости орбиты под углом 66°33’ . Плоскость земного экватора с плоскостью орбиты составляют угол 23°27" (Рис. 1).
Период полного обращения Земли вокруг Солнца, т. е. промежуток времени между двумя последовательными прохождениями центра Земли через точку весеннего равноденствия, называетсятропическим годом.
Точкой весеннего равноденствия называется та точка на орбите, в которой Земля находится 21 марта, осеннее равноденствие наступает 23 сентября. В это время на всех широтах Земли, исключая районы земных полюсов, день равен ночи.
Тропический год равен 365 суткам 5 ч 48 мин 46,1 сек. Для удобства пользования календарем год считают равным 365 суткам 6 ч, или три года по 365 дней, а каждый четвертый 366 дней (високосный).
За основную единицу измерения времени приняты звездные сутки - период между двумя последовательными верхними кульминациями звезды (точки весеннего равноденствия). Звездные сутки составляют 23 ч 56 мин 4 сек. За этот промежуток времени Земля поворачивается ровно на 360°.
В обыденной жизни невозможно пользоваться звездным временем, так как вся деятельность человека неразрывно связана с Солнцем, а не со звездами. Кроме того, звездные сутки в течение года начинаются в разное время дня и ночи, что также неудобно.
Рис. 1 Движение Земли вокруг Солнца.
Счет времени можно вести по видимому движению Солнца. Промежуток времени между двумя последовательными верхними кульминациями центра Солнца называется истинными солнечными сутками. Однако пользоваться ими неудобно, так как продолжительность истинных солнечных суток в течение года непостоянна. Причинами этого являются неравномерность движения Солнца по эклиптике и наклон эклиптики к небесному экватору под углом 23°27’ . Поэтому условились счет времени; вести относительно так называемого среднего Солнца. Промежуток времени между двумя последовательными верхними кульминациями среднего Солнца называют средними солнечными сутками, но за начало средних солнечных суток стали считать момент не верхней (среднего полудня), а нижней кульминации (средней полуночи).Среднее солнечное время, отсчитываемое от момента нижней кульминации, называют гражданским временем. Оно отличается от среднего солнечного времени ровно на 12 часов
. 
Рис. 2 Карта часовых поясов Евразии
Среднее солнечное время, измеренное относительно меридиана наблюдателя, называется местным Тм.
Местное время, отсчитываемое от меридиана Гринвича (нулевого меридиана), называется гринвичским Тгр или всемирным .
Пользование местным временем в обыденной жизни создает значительные неудобства, так как при передвижении из одного пункта в другой нужно непрерывно переводить стрелки часов, согласуясь с местным временем каждого пункта. Чтобы этого избежать, почти во всех странах пользуются поясным временем Тп.
Сущность поясного времени заключается в том, что весь земной шар разделен с запада на восток меридианами на 24 часовых пояса, отличающихся друг от друга по долготе на 15°. Наибольшую ширину все часовые пояса имеют на экваторе; к северу и к югу они постепенно сужаются и сходятся в полюсах.
Каждый пояс имеет свой номер: нулевой, первый, второй и т. д. до 23-го (Рис. 2). Нулевой пояс выбран с расчетом положения Гринвичского меридиана по середине пояса. Номера поясов, возрастают в восточном направлении; разница по долготе между средними меридианами соседних часовых поясов составляет 15°. Следовательно, разница во времени между каждым поясом 1 ч. Внутри пояса установлено единое время, соответствующее местному гражданскому времени среднего меридиана этого пояса. Так как средний меридиан каждого пояса отстоит от крайних меридианов на 7,5°, то для пунктов, находящихся на границах пояса, поясное время отличается от их собственного местного времени на 0,5 ч.
При пересечении границы пояса стрелки часов переставляются ровно на один час вперед или назад в зависимости от того, какая граница пересекается: восточная или западная. Если пересекается восточная граница, стрелки часов переставляются на 1 ч вперед, а если пересекается западная граница, то стрелки переставляются на 1 ч назад. В нулевом поясе время исчисляется по гринвичскому местному времени.
Границы часовых поясов проходят точно по меридианам только в пустынях и океанах. На остальной территории земного шара границы часовых поясов обычно проходят по границам административного и государственного деления, вследствие этого в некоторых пунктах, расположенных на границах таких поясов, местное время может отличаться от поясного времени данного пояса более чем на 30 мин.
Границы часовых поясов устанавливаются соответствующими постановлениями правительственных органов каждого государства. Поясное время на территории нашей страны введено декретом Совета Народных Комиссаров от 8 февраля 1919 г., подписанным В. И. Лениным. На территории СССР было установлено 11 часовых поясов - со второго до двенадцатого включительно."
Кроме того, декретом СНК СССР от 16 июня 1930 г. все часы в нашей стране переведены на один час вперед по отношению к поясному времени. Это время называется декретным временем Тд .
Московским временем Тмск называют время среднего меридиана второго часового пояса плюс декретный час.
Для перехода от одной системы измерения времени к другой используются следующие соотношения:
Тм=Тп + l - N,
Тп=Тм - l + N,
где Тм - местное время пункта;
Тп - поясное время пункта;
l - долгота данного пункта, выраженная в единицах времени;
N -номер часового пояса.
Примечание. На территории СССР все пункты имеют восточную долготу, а часовые пояса расположены восточнее нулевого пояса. Поэтому для получения местного времени нужно к поясному времени прибавлять долготу, выраженную во времени, и вычитать номер часового пояса.
Перевод московского времени в гринвичское производится вычитанием из московского декретного времени номера 2-го пояса и одного часа:
Тгр=Тмск - (2+1).
Для перехода от гринвичского времени к поясному нужно к гринвичскому времени прибавить номер пояса и декретный час:
Тп=Тгр + N+1.
Линия смены дат -(демаркационная линия времени ) - это условно проведенная линия, проходящая примерно по меридиану 180° по водной поверхности, огибая острова и мысы.
По международному соглашению новая дата начинается на западной стороне демаркационной линии. На восточной ее стороне новая дата наступает только через 24 ч.
Следовательно, при пересечении линии смены дат с запада на восток с полночи, следующей за переходом этой линии, дата повторяется (календарь два дня показывает одно и то же число). При. пересечении этой линии с востока на запад в полночь за переходом ее дата изменяется сразу на две единицы (одно число выпадает из календаря). Поэтому экипажи воздушных судов, пересекая линию смены дат, придерживаются следующего установленного порядка изменения даты в бортовом журнале:
при пересечении линии смены дат в восточном направлении по истечении суток число (дату) повторяют;
при пересечении линии смены дат в западном направлении к наступающему числу прибавляют единицу.
В РФ линия смены дат находится на восточном побережье Чукотского полуострова.