Географія. Рівень стандарту. 11 клас. Безуглий

Розділ 2. Загальні закономірності географічної оболонки Землі

Тема 1. Географічні наслідки параметрів і рухів Землі як планети

§ 4. Геоїд. Види руху Землі та їхні наслідки

ПРИГАДАЙТЕ: Що вам відомо про форму Землі? Як змінювалися уявлення про фізичні параметри планети з розвитком географічної науки? Які докази добових і річних циклів (ритмів) у живій і неживій природі можете навести? У чому полягає сутність міжнародної системи відліку часу?

• Геоїд. Стародавні народи уявляли Землю переважно як плоский диск або острів, оточений водою.

Геоїд (від грец. γη - «земля», είδος - «вигляд») - форма Землі, що визначена з використанням рівня моря та уявним його продовженням під земною поверхнею.

Нині достовірно відомо, що форма Землі - геоїд, приблизно - еліпсоїд, сфероїд.

Геоїдом характеризують форму Землі як планети. Його поверхня повторює вільну, незбуджену поверхню води у Світовому океані. Під материками вона проводиться так, щоб у кожній точці була перпендикулярною до стрімкої лінії, тобто в реальному напрямку дії сили тяжіння в цій точці. Геоїд через його складність є незручним під час виконання будь-яких математичних завдань у геодезії та картографії. Тому на практиці зазвичай використовують більш спрощену фігуру - земний еліпсоїд (мал. 1). Середня величина відхилення геоїда від земного еліпсоїда становить ±50 м.

В Україні для геодезичних і картографічних розрахунків використовують еліпсоїд Ф. Красовського (1878-1948) - фігуру, що отримана рухом еліпса навколо його малої осі. Він має такі розміри:

  • середній радіус Землі - 6371,032 км (екваторіальний - 6378,016 км, полярний - 6356,777 км);
  • довжина екватора - 40 075 км, а будь-якого меридіана - 20 000 км (отже, 1° довжини земного кола дорівнює 111,3 км (40 075 км/360°));
  • діаметр Землі - 12 750 км;
  • площа поверхні земної кулі - 510 млн км , об’єм - 1,083 х 10 км , середня густина - 5518 кг/м3;
  • маса Землі - 5976 х 1021 кг.

Мал. 1. Геоїд та земний еліпсоїд

Земля має магнітне поле й тісно пов’язане з ним електричне поле. Гравітаційне поле Землі зумовлює її сферичну форму та існування атмосфери.

• Рух Землі навколо своєї осі. Основні види часу. Обертаючись навколо Сонця, Земля одночасно обертається навколо умовної осі (осьовий рух) із заходу на схід (у тому самому напрямку, у якому рухається по орбіті), здійснюючи повний оберт за одну добу (23 год 56 хв 4 с). Вісь обертання постійно нахилена до площини орбіти під кутом 66°33'.

Основними наслідками осьового обертання Землі є:

  • зміна дня і ночі;
  • сплющення Землі на полюсах;
  • відхиляюча сила Землі (сила Коріоліса) - одна із сил інерції, яка існує в системі відліку, що обертається, і виявляється при русі в напрямку під кутом до осі обертання. Доказом обертання Землі навколо осі є маятник Фуко. Вагомими незаперечними доказами й наслідками руху Землі навколо своєї осі є відхилення тіл, що падають, у Північній півкулі праворуч, а в Південній - ліворуч, підмивання правих берегів річок у Північній півкулі, а також сплющення Землі на полюсах. Швидкості обертання точок на поверхні Землі є найбільшими на екваторі, а найменшими - на полюсах.

Основним наслідком руху Землі навколо своєї осі є зміна дня і ночі, а відповідно й часу на земній кулі. Основною одиницею відліку часу на Землі є доба. У науці розрізняють два поняття - зоряна та сонячна доба.

Зоряна доба - проміжок часу між двома послідовними кульмінаціями зірки (найвищим положенням її над горизонтом) через меридіан точки спостереження. За зоряну добу Земля робить повний оберт навколо своєї осі. Вона дорівнює 23 год 56 хв 4 с.

Сонячна доба - проміжок часу між двома послідовними проходженнями центра Сонця через меридіан точки спостереження. У зв’язку з тим, що Земля одночасно здійснює рух навколо Сонця, сонячна доба довша від зоряної й дорівнює 24 год. У сучасній науці розрізняють поняття місцевий, поясний, літній та декретний час.

Місцевий час тісно пов’язаний з географічною довготою. Знаючи різницю місцевого часу двох пунктів на земній поверхні, можна знайти різницю їхніх географічних довгот, і навпаки. Оскільки за 24 год Земля робить повний оберт навколо осі, то за одну годину кут повороту становитиме 15° (360° : 24 год). Так можна визначити, що планета повертається на 1° за 4 хв (60 хв : 15°). Цих даних достатньо, щоб визначити місцевий час на будь-якій довготі, потрібно лише запам’ятати такий алгоритм розв’язування задач на визначення місцевого часу за даними географічних довгот чи, навпаки, географічної довготи - за даними місцевого часу: 1) знайти різницю в довготах або часі; 2) перевести цю різницю в час або градуси; 3) обчислити місцевий час або шукану географічну довготу.

Задача 1. Котра година в м. Чернівці (26° сх. д.), якщо в м. Харків (36° сх. д.) 14 год 48 хв?

Розв’язання: Для того щоб краще навчитися розв’язувати задачі на визначення місцевого часу за даними географічних довгот, чи навпаки, треба запам’ятати послідовність дій:

  • 1) знайдемо різницю в довготах між містами Харків і Чернівці, яка становитиме 36° сх. д. - 26° сх. д. = 10°;
  • 2) переводимо цю різницю в часові величини (години, хвилини, секунди). Для цього скористаймося даними: 1 год = 15°, а 1° = 4 хв, 1 хв = 15", 1" = 4 с. Отже: 10° х 4 хв = 40 хв, тобто різниця в місцевому часі між містами Харків і Чернівці становить 40 хв;
  • 3) знаючи, що час змінюється зі сходу на захід, обчислюємо місцевий час у м. Чернівці, як різницю місцевого часу в м. Харків і обчисленої часової різниці. Це випливає з того, що в м. Харків Сонце зійшло раніше, тому час у ньому має бути більшим, ніж у м. Чернівці;
  • 4) отримуємо: 14 год 48 хв - 40 хв = 14 год 08 хв - місцевий час у м. Чернівці.

Задача 2. Яка географічна широта м. Дніпро, якщо відомо, що в м. Львів (24° сх. д.) місцевий час становить 12 год, а в м. Дніпро - 12 год 44 хв?

Розв’язання:

  • 1) знаходимо різницю в часі: 12 год 44 хв - 12 год = 44 хв;
  • 2) переводимо отриману різницю в часі у градуси: 1° = 4 хв; Х° = 44 хв, звідси X = (44 хв х 1°) / 4 хв = 11°;
  • 3) оскільки в м. Дніпро час є більшим, що свідчить про його східніше положення, і знаємо, що географічна довгота зростає від Гринвіцького (нульового) меридіана на схід до 180-го, тому отриману різницю треба додати до географічної довготи м. Львів і одержимо:
  • 24° + 11° = 35° сх. д. — географічна довгота м. Дніпро.

Проте користуватися місцевим часом у повсякденному житті незручно, тому запровадили поясний час. Поверхню земної кулі умовно поділили на 24-годинні пояси - кожний протяжністю 15° (1 год) по довготі. У межах кожного поясу встановлено єдиний поясний час, що відповідає місцевому на середньому меридіані. Відлік часу було вирішено робити від Гринвіцького меридіана, місцевий час на якому називають Всесвітнім. Годинний пояс, посередині якого проходить цей меридіан, отримав назву нульового. Решта поясів нумеруються в напрямку із заходу на схід від нього. Початок нової доби відраховують від лінії зміни дат , яка просторами океану проходить по 180-му меридіану, а огинаючи заселені ділянки суходолу, відхиляється від нього в окремих місцях навіть на 10°. Перетинаючи лінію зміни дат у напрямку із заходу на схід, треба відняти один календарний день, а у зворотному напрямку - додати.

Під час проведення меж годинних поясів ураховують державні кордони та межі адміністративних одиниць. Приблизно посередині кожного поясу проходить меридіан, кратний п’ятнадцяти, на якому поясний час збігається з його власним місцевим.

Україна живе за поясним часом, що відрізняється від Всесвітнього на дві години. Тобто нова доба починається в Україні на дві години раніше, ніж у Лондоні. Середній меридіан другого годинного поясу - 30° сх. д. проходить у кількох кілометрах західніше Києва і поділяє територію України на дві майже рівні частини. На самому сході країни в Луганській області день настає на 40 хв раніше, а в м. Чоп, біля західного кордону, - на 31 хв пізніше, ніж на тридцятому меридіані. Отже, на всій території України зручно користуватися поясним часом другого годинного поясу, який називають східноєвропейським, або київським.

В останню неділю березня стрілки годинників переводять на 1 год уперед - запроваджують літній час. А з кінця жовтня Україна знову переходить на поясний час.

Декретний час - поясний час, переведений на 1 год уперед. Уведено в червні 1930 р. з метою раціональнішого використання світлої частини доби. В Україні з 1991 р. декретний час не застосовується.

• Орбітальний рух Землі: основні характеристики, географічні наслідки. Навколо Сонця Земля рухається еліпсоїдною орбітою проти годинникової стрілки із середньою швидкістю приблизно 30 км/с, здійснюючи повний оберт за рік (365 днів 5 год 48 хв 46 с). У січні вона перебуває дещо ближче до Сонця (147 млн км - перигелій), ніж у червні (152 млн км - афелій). Ця незначна різниця впливає на швидкість руху Землі - що далі від Сонця, то менша швидкість. Тому в Північній півкулі зима коротша від літа, а в Південній, навпаки, коротше літо.

Основними наслідками руху Землі навколо Сонця і нахилу земної осі до площини орбіти є: зміна пір року на планеті; зміна висоти Сонця протягом року над горизонтом; поява поясів освітленості (теплових поясів). Унаслідок обох рухів Землі виникають ритми у природі - добові та сезонні, а також перерозподіл тепла на Землі.

У дні весняного й осіннього рівнодення (21 березня та 23 вересня) Північна і Південна півкулі отримують однакову кількість сонячного тепла. Найбільша його кількість потрапляє на екватор, де кут падіння сонячного проміння в цей час становить 90°. Від екватора до полюсів цей кут зменшується до 0°, зменшується і кількість сонячного тепла.

Найдовший день і найкоротша ніч - у день літнього сонцестояння (у Північній півкулі - це 22 червня, у Південній - 22 грудня), коли земна вісь нахилена північним кінцем у бік Сонця. Сонячні промені падають у цей час на Північний тропік (23°27' пн. ш.) під прямим кутом, світлороздільна лінія проходить так, що більша частина Північної півкулі освітлена, на всіх широтах у цій півкулі день довший за ніч. На північ від Північного полярного кола (66°33' пн. ш.) - полярний день, що триває до 24 год на полярному колі й до половини року на Північному полюсі. У Південній півкулі 22 червня на всіх широтах день коротший від ночі, а південніше Південного полярного кола (66°33' пд. ш.) триває полярна ніч. Північна півкуля в цей час отримує більше тепла, ніж Південна. Відповідно в Північній півкулі - літо, у Південній - зима.

У день зимового сонцестояння (22 грудня) Сонце перебуває в зеніті над Південним тропіком (23°27' пд. ш.), і максимальна кількість тепла припадає на Південну півкулю. У цей час там літо, а в Північній півкулі - зима. На екваторі тривалість дня і ночі однакова, кут падіння сонячних променів майже не змінюється, Сонце двічі на рік буває тут у зеніті, а тому пори року не змінюються. На полюсах, де півроку день і півроку ніч, зміна пір року й зміна дня та ночі збігаються.

Залежно від висоти Сонця і тривалості дня виділяють пояси освітленості, або теплові пояси: жаркий, два помірні, два холодні. Вони обмежені тропіками й полярними колами (мал. 2).

Мал. 2. Пояси освітленості (теплові пояси) Землі

Жаркий пояс лежить між Північним і Південним тропіками й відрізняється найбільшою кількістю тепла, що рівномірно розподіляється впродовж року. Між тропіками й полярними колами розташовані Північний та Південний помірні пояси. У цих широтах висота Сонця завжди менша від 90°. При цьому і висота Сонця, і тривалість дня впродовж року змінюються, тому тут чітко виражені сезони року. Північний і Південний холодні пояси обмежені полярними колами. На полярних колах висота Сонця змінюється від 47° улітку до 0° узимку. На всіх широтах у цьому поясі буває полярний день.

ДЛЯ ДОПИТЛИВИХ!

Кожен з нас може обчислити висоту Сонця над горизонтом, тобто кут під яким падають сонячні промені в певному місці й у певний час. Для цього найпростіше скористатися формулою: h = 90 - φ ± σ, де h - висота Сонця над горизонтом; φ - географічна широта місцевості; σ - «сонячне схилення», або географічна широта, над якою Сонце в цей час світить прямовисно. Знак «+» береться тоді, коли географічна широта місцевості й широта прямовисного світіння розташовані в одній півкулі (Північній або Південній), а знак «-» - тоді, коли ці дві широти перебувають у різних півкулях (одна з них у Північній, інша - у Південній).

Підсумуйте свої знання:

  • 1. Поясніть значення понять: геоїд, пояси освітленості, сила Коріоліса, місцевий та поясний час.
  • 2. Використайте інформацію, подану в тексті параграфа, і поясніть, як змінюваність висоти Сонця над горизонтом впливає на тривалість світлового дня на Землі?
  • 3. Підготуйте повідомлення «Причини відмінностей в кількості й тривалості пір року в різних географічних поясах Землі».

Перевірте, чого навчилися:

  • 1. Користуючись GISMETEO, доведіть вплив осьового руху Землі на формування циклонів і антициклонів як великих атмосферних вихорів, що впливають на стан погоди в кожному регіоні планети (на власний вибір).
  • 2. Розв’яжіть задачу: Пункт А розташований на південь від пункту Б, обидва на одному меридіані. Сонце перебуває на висоті 65° над горизонтом у пункті А - у полудень 21 березня (тінь падає на південь), у пункті Б Сонце на тій самій висоті - у полудень 22 липня (тінь падає на північ). Визначте широту пунктів А й Б та відстань між ними у градусах.

ОРІЄНТОВНІ ТЕМИ ДЛЯ ДОСЛІДЖЕНЬ УЧНІВ (на вибір)

1. Моделювання природних явищ на Землі у дні рівнодень і сонцестоянь.

2. Прояви сили Коріоліса на річках вашої місцевості.