1. Какова форма Земли?

1. Какими доказательствами шарообразности Земли располагает современная наука?

2. Расскажите об основных величинах, характеризующих размеры Земли: радиусах (полярном и экваториальном), длине экватора и меридиана, площади повер­хности.

4. Какое значение имеют форма и размеры Земли?

5. Как изменилась бы природа Земли, если бы она была значительно меньших или больших размеров при той же плотности вещества?

Глобус. План и карта

Вспомните! Как наглядно изображается земной шар, каковы свойства этого изоб­ражения? Что такое географическая карта? Из каких элементов она состоит? Какие трудности возникают при изображении шарообразной земной поверхности на пло­скости? Каким путем они преодолеваются? К каким неточностям приводит изображение земного шара на плоскости? Чем карта отличается от плана? Как подразделя­ются карты по содержанию и масштабу? Как используются карты?

Глобус. Градусная сеть. Географические координаты

Глобус — уменьшенная объемная модель Земли, передающая ее шарообразную форму. На глобусе сохраняются геометрические свойства изображенных географических объектов (материков, океанов, рек, озер и др.) — их линейные и площадные размеры, углы и формы. Глобус дает подобное изображение земной поверхности, его масштаб одинаков во всех местах. Школьные глобусы обычно изготовляются в масштабе 1 :50 000 000, т.е. 1 см на глобусе соответствует 500 км на земной поверхности. Для расстояний по глобусу надо ниткой или полоской бумаги измерить расстояние между заданными пунктами и, зная масштаб глобуса, вычислить истинное расстояние с помощью пропорции.

Для определения положения географических объектов на земной поверхности служит градусная сеть — система меридианов и параллелей. При суточном вращении Земли сохраняются две неподвижные точки — полюса, которые служат точками отсчета.

Географические полюса — Северный и Южный — точки пере­сечения воображаемой оси вращения Земли с земной поверхно­стью.

Экватор (от лат. aequator — уравнитель) — линия пересечения земного шара плоскостью, проходящей через центр Земли перпендикулярно оси ее вращения. Экватор делит земной шар на два полушария: северное и южное. Его длина около 40 076 км.

Параллели (от греч. parallelos — идущие рядом) — линии сечения поверхности земного шара плоскостями, параллельными плоскости экватора. Иначе - это линии на поверхности Земли, проведенные параллельно экватору. Длина параллелей уменьша­ется от экватора к полюсам, поэтому длина дуги 1° разных параллелей не одинакова.

Меридианы (от лат. meridianos — полуденный) — линии се­чения земной поверхности плоскостями, проходящими через ось вращения Земли и соответственно через оба ее полюса. Полная длина земного меридиана около 40 009 км. Длина 1° меридиана в среднем 111,1 км. Из-за сплюснутости Земли она больше (111,7 км) у полюсов и меньше у экватора (110,6 км). Направление определяется в полдень по самой короткой тени вертикальных предметов.

Линии градусной сети на гло­бусе являются дугами окружно­стей и пересекаются под прямым углом. Клетки, образуемые при пересечении параллелей и меридианов, представляют собой равнобочные сферические тра­пеции. Площадь трапеций, распо­ложенных на одной широте, одинакова.

Градусная сеть позволяет определить местоположение лю­бой точки на земной поверхно­сти с помощью географических координат - широты и долго­ты (рис. 3).

Географическая широта φ — угол между плоскостью экватора и отвесной линией в данной точке, иначе — угловое расстояние точки от экватора. Изменяется от 0 (экватор) до 90° (полюса). Различают северную и южную широту. Все точки, лежащие на одной параллели, имеют одинаковую географическую широту. На глобусе параллели подписывают на нулевом и 180°-том меридианах, на картах — на боковых рамках. На практике географическую широту определяют по небесным светилам с помощью прибора секстана. Кроме того, в северном полушарии можно ориентироваться приблизительно по высоте Полярной звезды над горизонтом, которая расположена близ Северного полюса мира (на угловом расстоянии от него 55').

Географическая долгота λ — двугранный угол, образованный плоскостью начального меридиана и плоскостью меридиана, проходящего через данную точку, иначе — угловое расстояние точки от начального меридиана. За начальный (нулевой) меридиан по международному соглашению принят меридиан, проходящий через Гринвичскую обсерваторию в пригороде Лон­дона. К востоку от него — долгота восточная, к западу — западная. Долгота изменяется от 0 до 180°. Все точки, лежащие на одном меридиане, имеют одинаковую долготу. На глобусе меридианы подписываются на экваторе, на картах — на верхней и нижней рамках. На практике географическую долготу опреде­ляют по разнице местного времени между нулевым меридианом и меридианом пункта наблюдения.

Карта и план

Карта (от греч. сЬаПез — лист) — уменьшенное, обобщенное изображение поверхности Земли и относящихся к ней объектов и явлений на плоскости, построенное по определенному мате­матическому закону в системе условных обозначений. Карты отображают размещение на земной поверхности явлений природы и общества, их свойства и взаимосвязи, они позволяют одновре­менно обозревать сколь угодно обширные пространства. Благодаря отбору и обобщению на картах выявляются типические черты и характерные особенности картографируемых явлений. Математиче­ская основа карт включает масштаб и картографическую про­екцию, которые определяют степень уменьшения размеров объек­тов на карте, их правильное географическое положение, а также характер и величину искажений, неизбежных при изображении шара (или эллипсоида) на плоскости. Масштаб карт обширных территорий различен в разных частях карты. С помощью условных обозначений возможен показ на картах не только видимых на местности объектов, но и таких, которые не имеют геометрических очертаний (ветер, осадки, температура воздуха и т.п.).

План — условно-знаковый чертеж небольшого участка мест­ности в крупном масштабе (1 :5000 и крупнее), построенный без учета кривизны земной поверхности. Масштаб плана постоянен во всех точках.

Отличия плана и карты:

1. На плане изображаются небольшие участки земной повер­хности: школьный участок, поселок и т.д. Планы составляются непосредственно на местности. На картах изображаются гораздо большие территории и в более мелких, чем план, масштабах. При этом используются разнообразные материалы в зависимости от содержания карты, в том числе космические снимки.

2. На план наносятся все объекты и детали местности в заданном масштабе. На карты отбираются в зависимости от их содержания и назначения самые существенные объекты и их свойства.

3. При вычерчивании плана кривизна земной поверхности из-за ничтожно малой величины не учитывается. Все предметы показываются такими, какие они есть на самом деле, без искажений, сохраняются их очертания, только размер уменьшается в соответствии с масштабом. При построении карт обязательно учитывается шарообразность Земли, поэтому неизбежны искажения объектов. Причем те из объектов, показ которых необходим, но они не проходят в масштабе карты, изображают внемасштабными знаками.

4. На планах нет градусной сетки, а на картах обычно есть меридианы и параллели.

5. На планах направление на север показывают стрелкой с обозначением север-юг. На картах направление север — юг определяют меридианы, запад-восток — параллели. Они могут, быть не только прямыми линиями, но и линиями разной кривизны в зависимости от проекции карт.

Масштаб. Измерения расстояний по планам, картам небольших территорий

Для измерения расстояний по планам, картам и глобусу надо уметь пользоваться масштабом, который показывает степень уменьшения длины линии на плане, карте или глобусе по сравнению с действительным расстоянием на местности, Масштабы бывают численные, именованные и графические (линейные).

Численный масштаб выражается дробью, где в числителе — единица, а в знаменателе — число m, показывающее, во сколько раз расстояние на карте меньше истинного расстояния на местности, т.е. степень уменьшения. Например, М=1:m=1:100000 означает, что на карте длина уменьшена в 100000 раз по сравнению с местностью. Числитель и знаменатель даются в одинаковых измерениях (сантиметрах). Численный масштаб обычно сопровождают пояснением, указы­вающим соотношение длин линий на карте и на местности. В нашем примере 1 см соответствует 1 км (100000 см). Это так называемый именованный масштаб. Его указывают на всех картах.

Для непосредственного определения по картам и планам расстояний служит линейный масштаб (рис. 5). Это график, помещаемый внизу карты в виде прямой линии, разделенной на сантиметры, при этом справа от нуля у каждого деления линии(например, сантиметрового) подписано истинное расстояние на местности, равное одному, двум или нескольким величинам масштаба. В нашем примере это 1, 2, 3 км и т.д. Слева от нуля 1 см разбивают на меньшие деления, например на миллиметры, для получения более точных результатов. Измеряют расстояние по карте линейкой или циркулем, переносят это расстояние на масштаб и без дополнительных расчетов получают искомое расстояние. При этом неизбежны погрешности, которые зависят от масштаба и проекции карты. Чем крупнее масштаб карты, тем точнее результат измерений. Масштаб мелкомасштабных карт обширных территорий не постоянен в разных частях карты, поэтому следует учитывать, что указанный на них масштаб относится к определенным линиям или точкам (в зависимости от примененной проекции), а не ко всему полю карты.

Картографические проекции

Сферическая поверхность Земли при изображении на пло­скости претерпевает сжатия или растяжения, что приводит к нарушениям геометрических свойств картографируемых объектов, т.е. искажениям. Математический способ изображения на плоскости поверхности земного шара (эллипсоида) называется картографической проекцией. Проекция позволяет учитывать неизбежные искажения, особенно существенные на картах всей Земли и ее крупных частей. На планах и крупномасштабных картах небольших участков местности искажения практически неощутимы.

Выделяют четыре вида искажений на картах: длин, площа­дей, углов и форм объектов.

По характеру искажений картографические проекции подраз­деляются на равноугольные, при которых сохраняются углы и форма объектов, но искажаются длины и площади; равновеликие, при которых сохраняются площади, но сильно изменены углы и форма объектов; произвольные, при которых есть искажения длин, площадей и углов, но они распределяются на карте определенным образом. Среди них особо выделяют равнопромежуточные про­екции, при которых нет искажения длин по определенным направлениям.

Масштаб, указанный на картах, справедлив только на линиях и в точках нулевых искажений. Он называется главным. Во всех остальных частях карты масштаб отличается от главного и называется частным. Для его определения нужны специальные расчеты.

Чтобы определить характер и величину искажений на карте, надо сравнить градусную сеть карты и глобуса. На глобусе все меридианы равны между собой и пересекаются с параллелями под прямым углом. Поэтому все ячейки градусной сети между соседними параллелями имеют одинаковые размеры и форму, а клетки между меридианами расширяются и увеличиваются от полюсов к экватору.

Искажение длин заключается в том, что масштаб длин изменяется на карте с переменой места и направления. Признак — фазные по величине отрезки меридианов между соседними параллелями.

Искажение площадей состоит в изменении на карте масштаба площади. Признак — неодинаковые величина и форма ячеек между соседними параллелями.

Искажение углов заключается в том, что углы на карте между определенными направлениями не соответствуют таковым на местности. Признак — отклонение от прямых углов между парал­лелями и меридианами на карте.

Искажение форм объектов состоит в том, что формы географических объектов на карте не соответствуют им в натуре. Признак — формы клеток на одной и той же широте различны, а площади их одинаковы.

Так как карты строятся на основании математических расчетов, можно, зная характер искажений и учитывая их, получить довольно точные нужные результаты.

По способу построения различают проекции условные, которые строятся по заранее заданным условиям, и проекции, в которых изображение сначала переносится на вспомогательную геометрическую поверхность, а затем с нее на плоскость. По виду вспомогательной поверхности выделяют проекции цилиндрические (для карт мира), конические (карты России и других стран), азимутальные (карты полушарий, материков и др.).

Виды карт. Условные обозначения

Современные географические карты весьма разнообразны. Они подразделяются по содержанию, масштабу, назначению, по охвату территории.

По содержанию карты бывают общегеографические и те­матические. На общегеографических картах изображаются в основном рельеф, реки, озера, а также населенные пункты, дороги в т.д. Ни один из объектов, нанесенных на карту, не выделяется особо среди других. Тематические карты передают с большей подробностью один или несколько определенных элементов в зависимости от темы данной карты. Среди них выделяются физико-географические карты (геологические, климатические, почвенные, ботанические, природного районирования и др.) и социально-экономические (политические, политико-администра­тивные, экономические, карты населения и др.).

По масштабу выделяют крупномасштабные, среднемасштабные и мелкомасштабные карты. Крупномасштабные (топог­рафические) карты масштаба 1:200 000 и крупнее передают основные особенности местности, создаются в результате обработки аэрофотоснимков и путем непосредственных наблюдений и изме­рений на местности; искажения на топокартах весьма незначитель­ны. Среднемасштабные (обзорно-топографические) (1:200000-1000000 включительно) создаются по крупномасштабным картам путем генерализации, т.е. отбора и обобщений объектов в соответствии с назначением карты. Мелкомасштабные (обзорные) карты (мельче 1:1000 000) предназначены для изучения больших территорий.

По назначению карты делятся на учебные, справочные, туристические и др.

По охвату территории создаются карты мира, полушарий, материков и их частей, океанов и морей, государств и их частей — республик, областей, районов и т.д.

Для изображения географических объектов на картах приме­няют специальные условные знаки, объяснения которых даются в легенде карты. Легенда — ключ к пониманию и чтению карты, поэтому изучение ее надо начинать с легенды.

Условные знаки бывают площадные (контурные), линейные и внемасштабные. К площадным знакам относятся контур леса, озера, городского квартала и др.; к линейным — реки, дороги, каналы и т.д., у них преувеличена ширина, они могут быть разного цвета, рисунка и пр.

Особую категорию линейных знаков на географических картах составляют изолинии, т.е. линии, соединяющие точки с равными значениями изображаемых явлений. Для изображения рельефа — неровностей земной поверхности — применяются горизонтали (изогипсы) — линии на карте, соединяющие точки с одинаковой абсолютной высотой, т.е. высотой над уровнем моря. Цифровые значения горизонталей даются через определенные интервалы. Кроме того, на картах ставятся точки на водоразделах и у урезов воды рек и озер, у которых подписываются их абсолютные высоты. Направление склонов отмечается короткими черточками — бергштрихами, проставляемыми перпендикулярно горизонтали и направленными в сторону понижения склонов. Разность высот двух соседних горизонталей называется высотой сечения рельефа, зная эту величину, по количеству горизонталей можно вычислить, как абсолютную, так и относительную высоту местности.

Относительная высота — превышение одной точки местности над другой, например вершины горы над подножием, поймы над руслом реки.

Глубины моря изображаются с помощью изобат — линий равных глубин.

Таким образом, горизонтали и изобаты разграничивают ступени с разной высотой и глубиной. На мелкомасштабных физических картах ступени подчеркиваются послойной окраской, внизу карты изображается шкала высот и глубин.

Внемасштабными знаками отмечаются, например, колодец, домик лесника, церковь, памятник, т.е. такие объекты, которые не могут быть выражены в масштабе карты.

На тематических картах, отображающих разнообразные свой­ства явлений природы, и общества, применяются различные способы картографирования: ареалы (например, угольный бас­сейн), знаки движения (ветры, морские течения), значки (населенные пункты) и др.

Применение карт

Карты широко применяются в научной и практической деятельности. Карта как модель действительности обладает большой информативностью, обзорностью, наглядностью. Это делает ее важнейшим средством научного познания в географии и в других областях знаний о Земле и обществе. Многие географические исследования начинаются с карты и заканчиваются картой. Недаром говорят: «Без карты нет географии».

Географическая карта незаменима при решении различных народнохозяйственных задач, связанных с изучением и освоением территорий. Разведка полезных ископаемых, учет и оценка сельскохозяйственных земель, вод, лесов, мелиоративное строительство, работы по проектированию дорог, каналов, ЛЭП, промышленных объектов, природоохранных и других мероприятий немыслимы без карт и планов. Карты необходимы морякам, летчикам, космонавтам, метеорологам и многим другим специалистам. Исключительно велико и разносторонне применение топографических карт в военном деле.

Огромна роль карты в преподавании географии. И не только потому, что на ней показано размещение объектов и явлений, хотя и это необходимо знать. Карты позволяют устанавливать причинно-следственные связи и взаимозависимости как в природе, так и между природными и социально-экономическими объектами. Они развивает географическое мышление.

Поэтому в школе и вузе карта является важнейшим «наглядным пособием», хотя и разговаривает со своим читателем языком условных знаков. Ее нельзя заменить ни текстом, ни живым словом.

Ориентирование на местности. Понятие о горизонте. Способы ориентирования

Ориентирование на местности включает определение своего местоположения относительно сторон горизонта и заметных предметов местности, а также определение направления пути.

Горизонтом называется часть земной поверхности, наблю­даемая на открытой местности. Линия горизонта — граница видимого пространства, где нам кажется, что небо сходится с землей. При поднятии наблюдателя дальность видимого горизонта увеличивается. У человека среднего роста, стоящего на ровной местности, она около 5 км, при подъеме на 100 м — около 40 км, на 1000 м — около 120 км и т.д.

Для ориентирования на местности надо знать стороны горизонта. Основные стороны горизонта — север, восток, юг и запад, промежуточные — северо-восток, юго-восток, юго-запад, северо-запад. Направление географического меридиана, идущего по поверхности земного шара от Северного до Южного полюса, показывает полуденная линия. В полдень, когда Солнце находится в южной стороне небосвода (для жителей нашей страны это справедливо всегда), тень от предметов (она при этом самая короткая) падает строго на север. Если встать лицом к северу, сзади будет юг, справа — восток, слева — запад. Ночью можно ориентироваться по Полярной звезде, которая находится почти над точкой севера.

Надежнее и удобнее в любую погоду ориентироваться по компасу, синяя стрелка которого указывает на север. Однако магнитная стрелка компаса располагается вдоль магнитного, а не географического меридиана, которые обычно не совпадают, так как не совпадают географические и магнитные полюса. Чтобы найти точное направление на север, надо учитывать угол между (северным направлением географического меридиана с направлением северного конца магнитной стрелки, называемый магнитным склонением. Магнитное склонение бывает восточное и западное.

При отклонении северного (синего) конца магнитной стрелки компаса к востоку от географического меридиана склонение называется восточным и имеет знак плюс (положительное), при отклонении к западу — западным и имеет знак минус (отрицательное). Магнитное склонение указывается обязательно на всех топографических картах. Например, магнитное склонение Москвы +8° (рис. 4). Чтобы узнать направление географического меридиана, надо от направления северного конца магнитной стрелки компаса отсчитать к западу 8°. Это и будет направление на север.

Наиболее надежным является ориентирование на местности с помощью подробной карты или аэрофотоснимка, проводимое путем сопоставления картографического изображения с местностью. Положение точки, в которой находится наблюдатель, определяют относительно заметных предметов местности (ориентиров) глазомерно или путем промера расстояний и углов направления — азимутов. Азимут — угол, который отсчитывается от северного конца меридиана по часовой стрелке до направления на предмет (от 0 до 360°). Если угол отсчитывают от магнитного меридиана, получают магнитный азимут, а с учетом магнитного склонения — истинный (географический) азимут.

Можно ориентироваться в пространстве и по местным признакам. В основе большинства из них лежит меньшее количество солнечного тепла, получаемого с северной стороны горизонта. Так, например, с северной стороны у деревьев, растущих на открытой местности, беднее крона; у пней меньше толщина годовых колец; на стволах деревьев больше мхов и лишайников. А муравейники обычно располагаются к югу от пней и деревьев, с юга на стволах хвойных деревьев выделяется больше смолы и т.д.

Вопросы и задания:

1. Что представляет собой градусная сеть и каково ее назначение?

2. Что такое географические координаты? Как их определяют по глобусу и карте?

3. Какие способы ориентирования на местности вам известны?

4. Назовите основные особенности географической карты и плана местности. В чем их различия?

5. Что такое масштаб? Какие виды масштаба вы знаете? Как можно измерить расстояния по карте и глобусу?

6. В чем состоит назначение картографических проекций, их основные виды.

7. Почему на картах обширных территорий неизбежны искажения? Назовите их виды.

8. Какие основные виды карт вы знаете? Где находят применение географические карты?

ДВИЖЕНИЕ ЗЕМЛИ

Вспомните! Как ученые древности представляли себе взаимное расположение небесных тел? В чем сущность гелиоцентрической системы мира, предложенной великим польским ученым XVI в. Николаем Коперником? За что преследовали служители церкви Джордано Бруно, Галилео Галилея, Иоганна Кеплера?

Земля, как и другие планеты Солнечной системы, участвует одновременно в нескольких видах движения. Главными движениями Земли являются суточное вращение вокруг оси и годовое движение по орбите вокруг Солнца.

Вращение Земли вокруг оси и его географические следствия

Земля вращается вокруг оси с запада на восток, т.е. против часовой стрелки, если смотреть на Землю с Полярной звезды (с Северного полюса). Главным физическим доказательством вра­щения Земли вокруг оси служит опыт с качающимся маятником Фуко. После того как французский физик Ж. Фуко в 1851 г. осуществил свой знаменитый опыт, вращение Земли вокруг оси стало непреложной истиной.

Географическое значение осевого вращения Земли исключительно велико. Прежде всего оно влияет на фигуру Земли. Сжатие Земли у полюсов — результат ее осевого вращения. Раньше, когда Земля вращалась с большей скоростью, полярное сжатие было значительнее.

Важным следствием осевого вращения Земли является откло­нение тел, движущихся горизонтально (ветров, морских течений и т.д.), от их первоначального направления: в северном полушарии — вправо, в южном — влево (это одна из сил инерции, названная ускорением Кориолиса в честь французского ученого, который первым объяснил это явление). По закону инерции каждое движущееся тело стремится сохранить неизменными направление и скорость своего движения в пространстве. Откло­нение — результат того, что тело участвует как в поступательном, так и во вращательном движении. На экваторе, где меридианы Параллельны друг другу, направление их в мировом пространстве при вращении не меняется и отклонение равно 0. К полюсам отклонение нарастает и становится у полюсов наибольшим, так как там каждый меридиан за сутки изменяет направление своего движения на 360°.

С вращением Земли связана естественная единица измерения времени — сутки и смена дня и ночи. Сутки бывают звездные Т! солнечные. Звездные сутки — промежуток времени между двумя последовательными кульминациями звезды (наиболее высоким положением ее над горизонтом) через меридиан точки наблюдения. За звездные сутки Земля совершает полный оборот вокруг своей оси. Они равны 23 ч 56 мин 4 с. Звездные сутки используются ври астрономических наблюдениях.

Солнечные сутки — промежуток времени между двумя после­довательными прохождениями центра Солнца через меридиан точки наблюдения. Солнечные сутки длиннее звездных и равны 24 ч, так как Земля вращается вокруг оси в том же направлении, в котором движется вокруг Солнца. Поэтому за солнечные сутки Земля совершает оборот чуть более чем на 360°. Продолжитель­ность истинных солнечных суток изменяется в течение года, в связи с этим они также неудобны для измерения времени. В практических целях пользуются так называемым средним солнеч­ным временем (иначе местным), вводя поправку к истинному. Но в повседневной жизни им пользоваться неудобно, так как на каждом меридиане свое местное время. Например, на двух соседних меридианах, проведенных с интервалом в 1°, местное время отличается на 4 мин. Поэтому был принят поясной счет времени. Всю поверхность земного шара разделили на 24 часовых пояса по 15° каждый.

За поясное время принято местное время среднего меридиана каждого пояса. Нулевой (он же 24-й) пояс тот, по середине которого проходит нулевой (гринвичский) меридиан. Его время принято в качестве всемирного времени. Счет поясов ведется на восток. Москва, например, находится во втором часовом поясе; следовательно, москвичи живут по местному времени меридиана, 30° в.д. В двух соседних поясах поясное время отличается ровно на 1 ч. Границы часовых поясов для удобства на суше проведены не строго по меридианам, а по естественным рубежам (рекам, горам) или государственным, а также административным границам. Россия расположена в десяти часовых поясах: со второго по одиннадцатый.

В целях более рационального использования дневного света в нашей стране в 1930 г. специальным постановлением правитель­ства было введено так называемое декретное время, опережающее поясное на 1 ч. В ряде стран время переводится на один час вперед лишь на лето. С 1981 г. на период с апреля по сентябрь в России время переводится еще на час вперед по сравнению с декретным (летнее время). Декретное время второго часового пояса, в котором расположена Москва, называется московским. По московскому времени в нашей стране составляется расписание поездов, самолетов, пароходов, отмечается время на телеграммах.

По середине двенадцатого пояса, примерно вдоль 180° меридиана, проходит линия перемены дат. Это условная линия на поверхности земного шара, по обе стороны от которой часы и минуты совпадают, а календарные даты отличаются на одни сутки, например в Новый год в 0 час 00 мин, к западу от этой линии 1 января нового года, а к востоку — 31 декабря старого года.

Смена дня и ночи создает суточную ритмичность в живой и неживой природе. Суточный ритм связан со световыми и температурными условиями. Общеизвестен суточный ход темпе­ратуры, дневной и ночной бризы и т.д. Очень ярко проявляется суточный ритм живой природы. Известно, что фотосинтез возможен лишь днем, что многие цветы раскрываются в разные часы. Животных по времени проявления активности можно подразделить на ночных и дневных: большинство из них бодрствует днем, но многие (совы, летучие мыши, ночные бабочки) — во мраке ночи. Жизнь человека тоже протекает в суточном ритме.

Благодаря шарообразной форме Земли и ее осевому вращению мы имеем на земной поверхности две замечательные неподвижные точки — полюса, которые позволяют построить на шаре градусную сеть из параллелей и меридианов.

Движение Земли по орбите вокруг Солнца и его географические следствия.

Земля, подобно другим планетам, движется вокруг Солнца. Этот путь Земли называется орбитой (от лат. orbita — колея, дорога). Орбита Земли — эллипс, близкий к окружности, в одном из фокусов которого находится Солнце. Расстояние от Земли до Солнца изменяется в течение года от 147 млн. км в перигелии (в январе) до 152 млн. км в афелии (в июле). Длина орбиты более 930 млн. км. Земля движется по орбите с запада на восток со средней скоростью около 30 км/с и проходит весь путь за год — 365 сут 6 ч. 9 мин. 9 с. Ось вращения Земли наклонена к плоскости орбиты под углом 66,5° и перемещается в пространстве параллельно самой себе в течение года. Это приводит к важнейшим географическим следствиям — смене времен года и неравенству дня и ночи.

Если бы земная ось была перпендикулярна плоскости орбиты, то светораздельная плоскость и терминатор (светораздельная Линия на поверхности Земли) проходили бы через оба полюса, делили бы все параллели пополам, а день всегда был бы равен ночи. При этом солнечные лучи на экватор в полдень падали бы всегда отвесно. По мере удаления от экватора угол их падения уменьшался бы и на полюсах становился равным 0 (рис. 6). В Этих условиях нагревание земной поверхности в течение всего года уменьшилось бы от экватора к полюсам и смены времен года не было бы.

Наклон земной оси к плоскости орбиты и сохранение ее ,ориентировки в пространстве обусловливают различный угол падения солнечных лучей и соответственно различия в поступ­лении тепла на земную поверхность, а также неодинаковую продолжительность дня и ночи в течение года на всех широтах, кроме экватора.

22 июня земная ось северным концом обращена к Солнцу (рис. 7, слева). В этот день — день летнего солнцестояния — солнечные лучи в полдень отвесно падают на параллель 23,5° северной широты — так называемый северный тропик. Все параллели севернее экватора до 66,5° с.ш. большую часть суток освещены, на этих широтах день длиннее ночи. Севернее 66,5° с.ш. в день летнего солнцестояния территория полностью освещена Солнцем — там полярный день. Параллель 66,5° с.ш, является границей, с которой начинается полярный день — это северный полярный круг. В этот же день на всех параллелях южнее экватора до 66,5° ю.ш. день короче ночи. Южнее 66,5° ю.ш. территория не освещена совсем — там полярная ночь. Параллель 66,5° ю.ш. — южный полярный круг. 22 июня — начало астрономического лета в северном полушарии и астрономической зимы в южном полушарии.

22 декабря земная ось южным концом обращена к Солнцу (рис. 7, справа). В этот день — день зимнего солнцестояния — солнечные лучи в полдень отвесно падают на параллель 23,5° южной широты — так называемый южный тропик. На всех параллелях южнее экватора до 66,5° ю.ш. день длиннее ночи. Начиная с южного полярного круга устанавливается полярный день. В этот день на всех параллелях севернее экватора до 66,5° с.ш. день короче ночи. За северным полярным кругом — полярная ночь. 22 декабря — начало астрономического лета в южном полушарии, астрономической зимы — в северном полушарии.

21 марта — в день весеннего равноденствия — и 23 сентября — в день осеннего равноденствия — терминатор проходит через оба полюса Земли и делит все параллели пополам. Северное и южное полушария в эти дни освещены одинаково, день всюду на Земле равен ночи (см. рис. 6). Солнечные лучи в полдень в зените над экватором. На Земле 21 марта и 23 сентября — начало астро­номической весны и осени в соответствующих полушариях.

Со сменой времен года связана сезонная ритмичность в природе. Она проявляется в изменении температуры, влажности воздуха и других метеорологических показателей, в режиме водоемов, в жизни растений, животных и т.д.

В результате наклона оси вращения Земли к плоскости орбиты и его годового движения на Земле образовалось пять поясов освещения, ограниченных тропиками и полярными кругами. Они ₍отличаются высотой полуденного стояния Солнца над горизонтом, продолжительностью дня и соответственно тепловыми условиями.

Жаркий пояс лежит между тропиками (от греч. tropicas — круг поворота). В его пределах Солнце два раза в году бывает в зените, на тропиках — по одному разу в год, в дни солнцестояний (и этим они отличаются от всех остальных параллелей). На экваторе день всегда равен ночи, на других широтах этого пояса продолжительность их мало отличается. Жаркий пояс занимает около 40 % земной поверхности.

Умеренные пояса (два) располагаются между тропиками и полярными кругами. Солнце в них никогда не бывает в зените. В течение суток обязательно происходит смена дня и ночи, причем продолжительность их зависит от широты и времени года. Близ полярных кругов (с 60 до 66,5°) летом наблюдаются светлые, так называемые белые, ночи с сумеречным освещением за счет слияния вечерней и утренней зари, так как Солнце ненадолго и неглубоко уходит под горизонт. Общая площадь умеренных поясов составляет 52 % земной поверхности.

Холодные пояса (два) — к северу от северного и к югу от южного полярных кругов. Они отличаются наличием полярных дней и ночей, продолжительность которых увеличивается от одних суток на полярных кругах (и этим они отличаются от всех остальных параллелей) до полугода на полюсах. Их общая площадь 8 % земной поверхности.

Пояса освещения — основа климатической зональности и природной зональности вообще.

Вопросы в задания:

1. Какие виды движения совершает Земля и каковы их следствия'?

1. Что такое местное, поясное и декретное время и для чего потребовалось их введение?

2. Определите разницу во времени между Москвой и городами Калининградом, Екатеринбургом, Красноярском, Владивостоком.

2. Что такое линия перемены дат? Как ею пользуются?

3. Объясните, почему Магеллан и его спутники, обогнув Землю, потеряли сутки?

4. Назовите причины смены времен года.

3. Объясните несовпадение сезонов (времен года) в северном и южном полушариях.

8. Какие даты считаются астрономическими датами начала времен года? Совпада­ют ли они с фенологическими, Определяемыми прежде всего по развитию растений?

9. Происходила ли бы смена времен года, если бы ось вращения Земли была перпендикулярна плоскости орбиты? Сохранились ли бы при этом пояса освещения?

10. Что такое тропики и полярные крути? Какова их широта и чем она обусловлена?

11. При каких условиях тропики и полярные круги могли бы исчезнуть или сов­меститься?

АТМОСФЕРА

Вспомните! Что такое атмосфера Земли? Какова ее мощность? На какие слои и по каким признакам подразделяют атмосферу? Каков газовый состав атмосферы? Охарактеризуйте значение атмосферы для природы Земли, Какие методы изучении атмосферы вам известны? Почему необходимо охранять атмосферу от загрязнения? Какие процессы и явления, происходящие в атмосфере, вам известны?

Понятие об атмосфере. Ее границы, состав, строение, значение и охрана

Атмосфера — воздушная оболочка, окружающая Землю и вращающаяся вместе с ней вокруг оси. Нижней границей атмосферы является поверхность Земли, так что мы живем на дне воздушного океана. Верхняя граница условно проводится на высоте около 1000 км, хотя атмосфера простирается гораздо выше — до 20 000 км, но на такой высоте она крайне разрежена.

Воздух атмосферы — смесь газов, в которой находятся во взвешенном состоянии жидкие и твердые частицы. В воздухе до высоты примерно 100 км содержится 78 % азота, 21 % кислорода, около 1 % инертных газов (по объему). Каждый газ в атмосфере выполняет свои функции. Огромна роль свободного кислорода: без него невозможны дыхание, горение, окислительные процессы. Азот — важный биогенный элемент. Он входит в состав белков и нуклеиновых кислот, его соединения обеспечивают минеральное питание растений. Диоксид углерода (углекислый газ) — «уте­плитель» Земли: он пропускает солнечную энергию, но задержива­ет тепловое излучение Земли. Диоксид углерода используется зелеными растениями для построения органического вещества. Кислород, азот и диоксид углерода активно участвуют также в геохимических процессах, в частности в химическом выветривании горных пород. Очень важна роль озона О₃, хотя его в атмосфере мало. Он концентрируется на высоте 20—25 км (озоновый экран) я поглощает большую часть ультрафиолетового излучения Солнца, которое в больших дозах губительно действует на живые организмы. В воздухе, особенно городском, много мелких твердых частиц. Их количество увеличивается после извержения вулканов, массовых лесных пожаров, пыльных бурь и т.д. Твердые частицы служат ядрами конденсации, вокруг которых образуются капли воды и снежинки. Составной частью воздуха является также невидимый водяной пар, который при определенных условиях Конденсируется или сублимируется и дает осадки. Как и углекислый газ, он тоже играет роль утеплителя Земли.

Воздух в тонком слое бесцветен. Цвет же неба изменяется в зависимости от интенсивности солнечных лучей, которая, в свою очередь, определяется длиной волны: интенсивность рассеяния обратно пропорциональна четвертой степени их длины. В первую очередь рассеиваются коротковолновые лучи — фиолетовые, синие, голубые, в последнюю — красные. Поэтому на больших высотах цвет неба фиолетовый, а в нижней части — голубой.

Масса атмосферы составляет одну миллионную долю массы земного шара. Половина ее находится в нижнем слое толщиной 5 км, на следующие 5 км приходится одна четвертая часть массы атмосферы. Следовательно, с подъемом вверх масса воздуха и давление существенно уменьшаются. В вертикальном направлении атмосфера неоднородна. По характеру изменения температуры воздуха с высотой и другим физическим свойствам она делится на несколько концентрических оболочек.

Тропосфера — самый нижний и плотный слой атмосферы. Его верхняя граница расположена на высоте 18 км над экватором и 1 8—9 км над полюсами. Температура воздуха убывает с высотой в среднем на 0,6° на каждые 100 м и достигает у верхней границы — 55 °С. В тропосфере происходит интенсивное вертикальное движение воздуха — конвекция — и горизонтальное перемещение — ветры. Здесь сосредоточен почти весь воздух, водяной пар, образуются туманы, облака, осадки. Вообще погода в основном формируется в тропосфере.

Стратосфера простирается в среднем до высоты 50 км.

Температура воздуха в ней возрастает за счет поглощения солнечной энергии озоном и у верхней границы приближается к 0*РС. В стратосфере почти нет водяного пара, поэтому практически нет и облаков. Раньше предполагали, что стратосфера является спокойной средой. На самом деле оказалось, что в ней дуют ураганные ветры со скоростью до 300—400 км/ч.

Несколько концентрических оболочек выделяют в атмосфере и выше. Верхние слои атмосферы в отличие от нижних ионизированы. В них наблюдаются полярные сияния и магнитные бури.

Атмосфера имеет большое значение для Земли. Она защищает все живое на Земле от пагубного воздействия ультрафиолетовой солнечной радиации, а также от корпускулярных потоков — электрически заряженных частиц, летящих от Солнца, и космических лучей. Без атмосферы Земля была бы такой же безжизненной, как Луна. Атмосфера предохраняет Землю от чрезмерного перегревания днем и охлаждения ночью. На Луне, где нет атмосферы, суточная амплитуда температур достигает 300 °С. Атмосфера служит «броней» против метеоритов — железокаменных «пришельцев» из Космоса, большая часть которых, попадая в плотные слои атмосферы, сгорает.

Атмосфера взаимодействует со всеми оболочками Земли. Между земной поверхностью (сушей и водой) и атмосферой осуществляется постоянный обмен теплом и влагой. Без атмосферы не было бы ни ветра, ни звука, ни осадков. Воздух (кислород, азот, диоксид углерода и другие газы) — необходимое условие органической жизни на нашей планете, он нужен людям, животным, растениям.

Изучением атмосферы и снабжением практических организаций информацией о погоде и климате занимается метеослужба, которая объединяет научные метеорологические учреждения и сеть метеостанций. Существует Всемирная служба погоды в рамках Всемирной метеорологической организации при ООН. Она включает три мировых метеорологических центра — в Москве, Вашингтоне и Мельбурне — и двадцать шесть региональ­ных. Функции мирового и регионального метеорологических центров в Москве выполняет Гидрометцентр страны.

Для познания процессов, происходящих в атмосфере, недоста­точно исследования лишь нижних ее слоев. Высокие слои атмосферы изучают с помощью радиозондов, геофизических ракет, искусственных спутников Земли и т.д.

Большое влияние на состав воздуха нижних слоев атмосферы оказывает человек. Изменение состава воздуха атмосферы, вызванное хозяйственной деятельностью людей, приводит к нежелательным последствиям. Например, увеличение содержания оксида серы в воздухе приводит к кислотным дождям. От автотранспорта и предприятий цветной металлургии в воздух поступают тяжелые металлы. Вредны выбросы химических и нефтехимических предприятий. Особенно загрязнен воздух городов.

К глобальным изменениям климата может привести концен­трация в атмосфере фреонов и диоксида углерода. Фреоны, широко применяемые в быту и промышленности, а также оксиды азота, выбрасываемые двигателями самолетов, могут до опасных пределов уменьшить концентрацию озона. Основная часть антропогенного диоксида углерода образуется в результате сжигания органического топлива. Диоксид углерода усиливает «тепличный эффект» Атмосферы. При этом возможно повышение средней температуры воздуха у земной поверхности, что неизбежно приведет к v серьезным нарушениям природных процессов в географической I оболочке.

В настоящее время принимаются меры к строительству очистных сооружений и внедрению безотходного производства, что приведет к снижению выбросов вредных веществ в атмосферу.

На охрану воздуха в нашем государстве и других странах тратятся большие средства. За соблюдением норм предельно допустимых концентраций вредных веществ наблюдает санитарная служба.

Принципиально новой информационной системой является Мониторинг, основная задача которого не только наблюдение за состоянием окружающей среды в связи с антропогенными воздействиями, но и оценка и прогноз его для охраны природы.

Нагревание атмосферы

Основным источником жизни и многих природных процессов на Земле является лучистая энергия Солнца, или энергия солнечной радиации. На Землю поступает лишь одна двухмиллиардная часть электромагнитной солнечной радиации, основная же ее часть рассеивается в Мировом пространстве. Путь от Солнца до Земли солнечные лучи проходят за 8,3 мин.

Радиация бывает прямая и рассеянная. Прямая радиация непосредственно достигает земной поверхности в виде прямых лучей, исходящих от солнечного диска в ясный день. Проходя Сквозь земную атмосферу, солнечная радиация изменяется и по интенсивности, и по спектральному составу вследствие ее поглощения и рассеяния атмосферными газами и взвешенными в воздухе жидкими и твердыми частицами. В результате у земной поверхности поток прямой солнечной радиации, поступающей от Солнца, колеблется в широких пределах в зависимости от физических свойств атмосферы и длины пути, проходимого солнечными лучами. Часть солнечной радиации, рассеянной в атмосфере, доходит до поверхности Земли от всего небесного свода и называется рассеянной солнечной радиацией.

Совокупность прямой и рассеянной радиации, поступающей на горизонтальную поверхность, называют суммарной радиацией. Величина годовой суммарной радиации зависит прежде всего от угла падения на земную поверхность солнечных лучей (который определяется географической широтой), а также от прозрачности атмосферы и продолжительности освещения. В целом суммарная радиация уменьшается от экваториально-тропических широт к полюсам. Она максимальна — около 850 кДж/см² в год (200 ккал/см² в год) — в тропических пустынях, где прямая солнечная радиация из-за большой высоты Солнца и безоблачного неба наиболее интенсивная. В летнее полугодие различия в поступлении суммарной солнечной радиации между низкими и высокими широтами сглаживаются за счет большей продолжительности освещения в полярных районах (полярный день), в зимнее полугодие они достигают максимума (полярная ночь).

Суммарная солнечная радиация, поступающая на земную поверхность, частично отражается ею и теряется (отраженная радиация). Однако большая ее часть поглощается земной повер­хностью и превращается в теплоту. Воздух нагревается от земной поверхности за счет длинноволнового теплового излучения Земли, так называемой земной радиации. Вот почему с подъемом вверх в тропосфере температура понижается. Часть земной радиации теряется в виде теплового излучения. Однако большая «е доля задерживается атмосферой. Свойство атмосферы пропускать сол­нечную радиацию к земной поверхности, но задерживать ее тепловое излучение (главным образом благодаря водяному пару и диоксиду углерода) называется парниковым эффектом.

Та часть суммарной радиации, которая остается после отражения и теплового излучения от земной поверхности, называется радиационным балансом (остаточной радиацией). В целом за год всюду на Земле он положительный, за исключением высоких ледяных пустынь Антарктиды и Гренландии. Радиационный баланс закономерно уменьшается от экватора (350 кДж/см² в год) к полюсам, где он близок к нулю. От экватора до субтропиков (сороковые широты) радиационный баланс в течение всего года положительный, а начиная с умеренных широт летом — положительный, зимой — отрицательный.

Соответственно и температура воздуха тоже зональна и убывает от экватора к полюсам. Эта закономерность наглядно отображена на климатических картах мира, где показаны годовые изотермы или изотермы самого теплого и холодного месяцев (июля или января). Изотермы — это линии на картах, соединяющие точки с одинаковой температурой воздуха за определенный промежуток времени. Анализ карты годовых изотерм позволяет сделать следующие выводы.

1, В экваториально-тропических широтах понижение температуры воздуха по мере удаления от экватора происходит медленно, в умеренных — довольно быстро, в приполярных широтах — вновь медленно. Это связано с тем, что величина поступающей солнечной радиации зависит не просто от географической широты, а от синуса угла падения солнечных лучей, подверженного наибольшим изменениям в пределах 40—50° широты.

2. Все параллели северного полушария теплее аналогичных параллелей южного полушария. Самые высокие среднегодовые температуры (26—27 °С) наблюдаются не на экваторе, а на 10° с.ш. — термическом экваторе Земли. Такое явление объясняется тем, что в северном полушарии в низких широтах значительную площадь занимают материки, нагретые в течение всего года, а в южном полушарии большую площадь занимают океаны, следова­тельно, больше теплоты затрачивается на испарение. Кроме того, охлаждающее влияние на южное полушарие оказывает материк Антарктида, покрытый льдами.

3. Изотермы не совпадают с параллелями, хотя солнечная радиация распределяется зонально. Это особенно заметно в Северном полушарии, где наблюдается чередование материков и океанов. Отклонение изотерм от широтного направления лучше выражено на картах январских изотерм. Например, изотерма 0°С над сушей достигает широты 40°, образуя «волны холода», а над океанами заходит за полярный круг, образуя «волны тепла». Такое отклонение изотерм от параллелей почти до меридионального направления вдоль побережий вызвано неодинаковыми условиями нагревания и охлаждения суши и моря, влиянием теплых и холодных течений в сочетании с господствующими западными ветрами.

Разность среднемесячных температур самого теплого и самого Холодного месяцев называется годовой амплитудой температур, разность между самой высокой и самой низкой температурой воздуха в течение суток — суточной амплитудой температур. И та и другая амплитуды температур меньше на побережьях в морском климате и больше во внутренних частях материков в континентальном и особенно резко континентальном климате. По времени наступления максимальных и минимальных Среднемесячных температур воздуха в течение года различают Четыре основных типа годового хода температур (рис. 8). Первый — экваториальный тип: температуры весь год ровные с двумя небольшими максимумами (27-28°С) после дней равноденствия (апрель, октябрь) и двумя небольшими минимумами (24-25°С) после дней солнцестояния (июль, январь). Второй — Тропический тип; для него характерны один максимум (более 30°С) и один минимум (около 20°С) температур воздуха, третий — тип умеренных широт; характерны один максимум и

один минимум температур в течение года, причем температуры изменяются таким образом, что год разбивается на четыре сезона. Четвертый — полярный тип; один максимум и один минимум температур, причем весь год или почти весь год температуры отрицательные.

Самые высокие температуры воздуха на Земле наблюдаются в тропических пустынях; на севере Африки, близ Триполи, зарегистрирована температура +58,1 °С. Самые низкие темпера­туры приземного слоя воздуха (-89,2 °С) отмечены в 1982 г. в Антарктиде на внутриконтинентальной станции «Восток», распо­ложенной на высоте 3488 м над уровнем моря, а в северном полушарии — в Восточной Сибири в поселке Оймякон (-71°С), расположенном в котловине среди гор, в верховьях реки Индигирки.

На Земле выделяется семь тепловых поясов - жаркий, два умеренных, два холодных и два вечного мороза.

Границами тепловых поясов являются изотермы. Жаркий пояс ограничен с обеих сторон годовыми изотермами +20°С. Эти изотермы оконтуривают на суше ареал распространения дикора­стущих плодоносящих пальм, в океанах — коралловых построек. Два умеренных пояса ограничены со стороны экватора годовой изотермой +20°С, со стороны полюсов — +10°С самого теплого месяца, которая совпадает примерно с границей тундры и леса.

Два холодных пояса лежат между изотермами +10 и 0°С самого теплого месяца. На суше это зоны тундры. .Две области вечного роза оконтуриваются изотермой О °С самого теплого месяца, царство вечных снегов и льдов.

Вода в атмосфере

Вода, входящая в состав воздуха, находится в нем в газообразном (водяной пар), жидком и твердом состояниях. Она опадает в воздух за счет испарения с поверхности океанов и а также вследствие транспирации растений. Испарению способствует прежде всего температура, отчасти ветер. Приземные пои воздуха, обогащенные водяным паром, поднимаются вверх, следствие понижения температуры поднимающегося воздуха одержание водяного пара в нем в конце концов становится цельно возможным, «происходит его конденсация или тимация, образуются облака.

Облака состоят из взвешенных в воздухе капель воды или кристаллов льда, либо тех и других. Пока облака малы и легки, поддерживают восходящие потоки воздуха. Укрупняясь, капли кристаллы выпадают на землю в виде осадков: дождя, снега, и т.д. Так происходит непрерывный круговорот воды между ной поверхностью и атмосферой.