Глава 7

Земля как предмет естествознания

7.1. Форма и размеры Земли Комплекс наук о Земле

В настоящее время Земля является объектом изучения многих наук — от геологии и географии до экономики и политологии. В совокупности этих наук выделяются отраслевые науки, изучающие отдельные части вертикальной и горизонтальной структуры Земли (геология, климатология, почвоведение и др.), а также системные науки, синтезирующие в себе всю совокупность знаний о Земле для решения теоретических или прикладных проблем (география, фи­зическая география, социально-экономическая география и др.).

Среди отраслевых наук особое развитие получили геология (наука о литосфере), гидрология (наука о гидросфере), климатоло­гия (наука об атмосфере), геофизика (наука о Земле как физиче­ском теле), геохимия (наука о естественных химических процессах, протекающих в пределах Земли), геоморфология (наука о рельефе Земли), почвоведение (наука о почвах), биогеография (наука о рас­пределении живого вещества на поверхности Земли).

К системным наукам относится география, синтезирующая зна­ния отраслевых наук применительно к поверхности Земли. При этом география подразделяется на физическую, изучающую естест­венные природные комплексы, формирующиеся на поверхности Земли, и социально-экономическую, предметом которой являются социально-экономические комплексы, формирующиеся на поверх­ности Земли в результате освоения человеком территорий. В рамках этих наук с древности развивались представления о Земле, нераз­рывно связанные с историей представления об устройстве Вселен­ной в целом.

История развития представлений

Долгое время, пока господствовала мифологическая картина мира, Земля считалась плоским диском, стоящим на трех слонах, китах или черепахе и покрытым сверху полукруглым небесным сво­дом. Лишь в VI в. до н.э. один из основоположников античной науки Пифагор высказал мысль о шарообразности Земли. То, что Земля имеет шарообразную форму, доказал Аристотель в IV в. до н.э. В качестве аргументов он использовал лунные затмения, кото­рые происходят из-за того, что Земля, встав между Солнцем и Лу­ной, отбрасывает на Луну круглую тень. Кроме того, было извест­но, что в южных странах на небе появляются созвездия, невидимые на севере. Так, постепенно утвердилось представление о том, что Земля — это шар, неподвижно висящий в центре Космоса без вся­кой опоры, а вокруг него вращаются по идеальным круговым орби­там Луна, Солнце и пять известных тогда планет. Неподвижные звезды замыкали сложившуюся в античности геоцентрическую мо­дель мира.

В 300 г. до н.э. географ Эратосфен достаточно точно определил размеры земного шара. Он заметил, что в день летнего солнцестоя­ния в городе Сиене Солнце находится в зените и освещает дно самого глубокого колодца. Затем он измерил угол падения солнечных лучей в тот же день в Александрии. Зная расстояние между города ми, Эратосфен вычислил длину окружности земного шара.

Тем не менее, представления о шарообразности Земли во мно­гом вытекали из чисто умозрительных рассуждений об идеальных телах. В античности такими телами считались шар, сфера, круг, а потому в гармоничном соразмерном Космосе Земля должна иметь форму самой совершенной фигуры — шара. Ничем другим она про­сто не могла быть.

Лишь с началом эпохи Великих географических открытий ша­рообразность Земли была подтверждена на опыте. В 1522 г. порту­гальский мореплаватель Фернан Магеллан завершил первое круго­светное путешествие, в ходе которого он обогнул Землю и доказал наличие единого Мирового океана.

Казалось бы, вопрос о форме Земли можно было считать закрытым. Но в это же время было опровергнуто античное учение об идеальных телах. Поэтому встал вопрос, насколько близка форма Земли к идеальной сфере. К концу XVII в. сложились две точки зрения по этому вопросу. С одной стороны, И. Ньютон считал, что Земля имеет форму сфероида, несколько сплющенного у полюсов, вследствие ее вращения и действия сил притяжения составляющих ее масс (напоминает тыкву). С другой стороны, Р. Декарт, основы­ваясь на теории вихрей, утверждал, что Земля сплющена у экватора и удлинена по направлению к полюсам (похожа на дыню).

Чтобы решить этот вопрос, надо было измерить кусочки дуг меридиана на разных широтах и посмотреть, как соотносятся расстояния, приходящиеся на один градус. В 1735. Парижская академия наук отправила с этой целью две экспедиции: одну — в Перу, на экватор, а другую — в Лапландию, к полюсу. Восемь лет потре­бовалось ученым, чтобы измерить с помощью сосновых жердей с выверенной длиной в десять метров дугу длиной в три градуса во­семь минут. Выяснилось, что чем ближе к полюсу, тем длиннее становился градус.

С тех пор форма Земли уточнялась еще несколько раз. С боль­шой точностью ее удалось определить лишь в XX в. с помощью приборов, установленных на искусственных спутниках Земли. Се­годня точно известно, что Земля — не вполне правильный шар. Она немного сжата у полюсов и несколько вытянута к Северному полюсу. Эта фигура называется геоидом. Термин для обозначения фигуры Земли был введен в 1873 г. немецким физиком И. Листин­гом. Сжатие у полюсов объясняется вращением Земли вокруг своей оси. Вытянутость Земли к Северному полюсу до сих пор оконча­тельного объяснения не получила.

Окружность Земли по экватору равна 40 075,7 км, окружность по меридиану — 40 008,5 км.

Масса Земли была вычислена на основе закона всемирного тя­готения в опытах Г. Кавендиша с крутильными весами, на которых он измерял, с какой силой большой свинцовый шар притягивает к себе маленькие свинцовые шарики, а затем сравнивал эту силу с силой притяжения маленьких шариков Землей, т.е. с их весом. Этот опыт был поставлен в 1798 г. Масса Земли оказалась равной 5976 • 10²¹ кг.

Поверхность Земли составляет приблизительно 510 млн. км², при этом на долю суши приходится 149 млн. км², или около 29%, так что правильнее было бы назвать нашу планету не Землей, а Океаном.