Движения Земли

     Земля совершает множество движений одновременно. В географии принято учитывать и анализировать три из них: орбитальное движение, суточное вращение и движение системы Земля — Луна.

     Проводящиеся в течение многих десятилетий наблюдения на станциях Международной службы движения полюсов Земли (до 1961 г. именовалась Международной службой широты; была создана в 1899 г.), а также 20-летние измерения с помощью геодезических спутников указывают, что тело планеты, а значит, географическая ось Земли, отклоняется от оси ее вращения (неизменной в пространстве, если не учитывать прецессию и нутацию) со скоростью около 10 см/год, т.е. примерно на 1° в 1 млн лет. Однако оценки истинного смещения в масштабах миллионов лет очень неопределенны. Предполагается, что за эпоху кайнозоя (последние 65 млн лет) этот дрейф составил около 10°, причем последние 10 млн лет его скорость достигает 0.5° в 1 млн лет.

     Во Вселенной небесные тела образуют системы различной сложности. Например, планета Земля со спутником Луной образует систему. Она входит в более крупную систему — Солнечную, образованную Солнцем и движущимися вокруг него небесными телами — планетами, астероидами, спутниками, кометами. Солнечная система, в свою очередь, является частью Галактики. Галактики образуют еще более сложные системы — скопления галактик. Самая грандиозная звездная система, состоящая из множества галактик — Метагалактика — видимая с помощью приборов  часть Вселенной. По современным представлениям, она имеет диаметр около 100 млн световых  лет, возраст Вселенной — 15 млрд лет, в нее входит 1022 звезд.

  Нашу Галактику можно отнести к числу слабовзаимодействующих галактик. Она испытывает гравитационное воздействие со стороны близких спутников — Большого и Малого Магеллановых Облаков. Влияние нашей Галактики немного сильнее, и постепенно Магеллановы Облака разрушаются. Через несколько миллиардов лет Магеллановы Облака войдут в нашу систему и сольются с ней.

     Расстояние от Солнечной системы до центра галактики составляет 23-28 тыс световых лет. Солнце находится на периферии Галактики, вне спиральных рукавов. Для Земли это обстоятельство очень благоприятно: она расположена в относительно спокойной части Галактики и в течение миллиардов лет не испытывает влияние космических катаклизмов.

     Галактический год — промежуток времени между двумя последовательными прохождениями Солнечной системы через ближайший к центру Галактики участок орбиты — составляет 200-220 млн лет, то есть близок к продолжительности одного геологического цикла.

      Эпохи горообразования - промежутки в истории Земли, характеризующиеся интенсивными тектоническими движениями, в результате которых происходило смятие слоев горных пород в складки, образование разломов в земной коре, формировались горы:

- Байкальская (Протерозойская и Палеозойская эры);

- Каледонская, Герцинская (Палеозойская эра);

- Киммерийская (Мезозойская эра);

- Альпийская (Кайнозойская эра).

     Горы, возникшие в геологически недавние эпохи горообразования, имеют резко расчлененный рельеф, большую высоту; более древние горы - снижены, разрушены, иногда уничтожены полностью.

     Вокруг  Солнца Земля движется по орбите, мало отличающейся от круга. Солнце расположено в одном из фокусов эллиптической орбиты Земли, вследствие чего расстояние между Землей и Солнцем в течение года меняется незначительно. За единицу при измерении расстояний в пределах Солнечной системы принимается большая полуось орбиты Земли, равная 149,6 млн. км. Скорость движения Земли на орбите тем выше, чем меньше радиус-вектор (расстояние от Земли до Солнца). В перигелии Земля бывает в начале января, следовательно, ее движение по орбите происходит быстрее, поэтому зимнее полугодие в Северном полушарии короче, чем в Южном.

    Под действием притяжения других планет положение плоскости земной орбиты, а также ее форма медленно изменяются на протяжении миллионов лет: наклон эклиптики — от 0 до 2,9°, а эксцентриситет — от 0 до 0,067.

     Земная ось наклонена по отношению к плоскости орбиты и образует с нею угол, равный 66° 33'. В процессе движения ось перемещается поступательно, поэтому на орбите возникают 4 характерные точки. В дни равноденствий радиус-вектор находится в плоскости экватора, а светораздельная линия делит все параллели пополам. Благодаря этому солнечные лучи на экваторе в полдень падают отвесно и на всем земном шаре день равен ночи (на полюсах происходит смена дня и ночи). Различают весеннее и осеннее равноденствия.               В дни солнцестояний плоскость экватора наклонена по отношению к солнечному лучу (и радиусу-вектору орбиты) под углом 23° 27'. Солнце в этот момент находится в зените над одним из тропиков. Различают летнее и зимнее солнцестояния,

      Из-за эллипсоидальности орбиты и наклона земной оси к плоскости в среднем на 23° 30' земная ось совершает движение в теле Земли, описывая конус. В свою очередь это проявляется в периодическом изменении величины угла наклона темной оси к эклиптике в интервале 22°,068-24°,568 (по расчетам Ш. Г. Шараф и Н.А Будниковой); для современной эпохи угол наклона составляет 23° 27' 08" (по определению 1900 г.). По этой же причине линия пересечения плоскости экватора с плоскостью эклиптики, на которой лежат точки равноденствий, перемещается навстречу движению Земли по орбите, благодаря чему тропический год короче сидерического (солнечного). Тропическим годом называют отрезок времени в сутках между двумя последовательными  прохождениями Земли через точку весеннего равноденствия на орбите (или между двумя последовательными весенними равноденствиями). Период времени, за который земная ось описывает полный конус, называется прецессионным ритмом (25 735 тропических лет). Вследствие прецессии происходит смещение точки весеннего равноденствия навстречу орбитальному движению Солнца - так называемое предварение равноденствия (примерно на 20 мин в год). Наряду с прецессионным ритмом (26 тыс. лет) еще, по крайней мере, два ритма (41 и 200 тыс. лет) обусловлены взаимодействием Земли с Луной и Солнцем.

    Поскольку от наклона плоскости экватора к эклиптике зависит контрастность в поступлении солнечного тепла на разные широты (чем больше угол, тем контрастность меньше), а также выраженность сезонов года (чем больше угол, тем выраженность сезонов выше), прецессия и другие возмущения движения Земли обусловливают периодические изменения режима поступления солнечной радиации на каждой широте.

    В палеогеографии это используют для объяснения ритмических изменений климата, с которыми, в частности, связаны ледниковые эпохи (названия даны по альпийской шкале оледенений): гюнц (I-590, II-565), миндель (I-476, II-435), рисс (I-230, II-187), вюрм (I-115, II-72, III-25 тыс лет назад).

    Суточное вращение Земли происходит вокруг оси, которая в силу гироскопического эффекта стремится сохранять постоянное положение в пространстве. Вращение Земли осуществляется равномерно. Отрезок времени между последовательными прохождениями плоскости меридиана данной точки через центр Солнца называют солнечными сутками. Земля вращается против часовой стрелки, если смотреть с Северного полюса.

При этом угловая скорость вращения, т. е. угол, на который поворачивается любая точка на поверхности Земли, одинакова и составляет 15° в час. Линейная скорость зависит от широты: на экваторе она наибольшая — 464 м/с, а географические полюса неподвижны.

     Физическим доказательством осевого вращения Земли являются также измерения дуги 1° меридиана, которые доказывают сжатие Земли у полюсов, а оно свойственно лишь вращающимся телам. Также характерно отклонение падающих тел от отвесной линии на всех широтах, кроме полюсов. Причина этого отклонения обусловлена сохранением ими по инерции большей линейной скорости на высоте по сравнению с земной поверхностью. Падая, предметы отклоняются к востоку потому, что Земля вращается с запада на восток. Величина отклонения максимальна на экваторе. На полюсах тела подают вертикально, не отклоняясь от направления земной оси.

Географическими следствиями суточного вращения Земли являются:

   1.Смена дня и ночи, т. е. изменение в течение суток положения Солнца относительно плоскости горизонта данной точки. С этим изменением связаны суточный ритм солнечной радиации, интенсивность которой зависит от угла наклона земной оси, ритмы нагревания и охлаждения, местной циркуляции воздуха, жизнедеятельности живых организмов .

  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 в живой природе. Известно, что фотосинтез возможен лишь днем (при наличии солнечного света), что многие растения раскрывают свои цветки 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.

    2.Ось вращения, полюсы и экватор являются основой географической системы координат. Экватор служит плоскостью симметрии, относительно которой размещаются пояса освещения, меняются величина солнечной радиации и другие важные параметры. От полушария (Северного и Южного) зависит направление силы Кориолиса, а от широты — ее величина; полюсы не участвуют в суточном вращении.

    3. Деформация фигуры Земли - сплюснутость с полюсов (полярное сжатие), связанная с возрастанием центробежной силы от полюсов к экватору. Сжатие нашей планеты у полюсов - результат ее осевого вращения. Раньше, когда Земля вращалась с большей скоростью, полярное сжатие было значительнее. Уменьшение экваториального радиуса и увеличение полярного сопровождалось тектоническими деформациями земной коры (разломы, складки) и перестройкой макрорельефа Земли.

    4.Существование силы Кориолиса (геострофической или поворотной). Сила Кориолиса действует только на движущиеся тела, пропорциональна их массе и скорости движения и зависит от широты, на которой расположена точка. Чем больше угловая скорость, тем больше сила Кориолиса (т. е. с удлинением суток за счет действия приливного трения сила Кориолиса уменьшается). Последний фактор важен только в вековом аспекте, для небольших отрезков времени угловая скорость принимается постоянной.

Рис.2.2. Сила Кориолиса

     Осевое вращение Земли вызывает отклонение тел, движущихся горизонтально (ветров, рек, морских течений и др.) от их первоначальных  направлений: в северном полушарии — направо, в южном— влево. 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 (с запада на восток) движениях. На экваторе, где меридианы параллельны друг другу, направление их в мировом пространстве при вращении  не меняется и отклонение равно нулю. К полюсам отклонение нарастает и становится у полюсов наибольшим, поскольку там каждый меридиан за сутки изменяет направление своего движения на 360°.Сила Кориолиса вычисляется по формуле: F = m2ωvsinφ, где F — сила Кориолиса, m — масса движущегося тела, ω — угловая скорость вращения Земли, v — скорость движущегося тела, φ — географическая широта. Проявление силы Кориолиса в природных процессах весьма многообразно. Именно из-за нее в атмосфере возникают вихри разного масштаба, в том числе циклоны и антициклоны, отклоняются от градиентного направления ветры и морские течения, оказывая влияние на климат и через него на природную зональность и региональность, с нею связана асимметрия крупных речных долин. По Закону Бэра - Бабине — согласно которому реки, текущие на равнинах Северного полушария, подмывают правые берега, и на южном — левые, обусловливая асимметрию склонов долин. В основе  лежит закон Кориолиса, согласно которому всякое тело, движущееся горизонтально у поверхности Земли, независимо от направления движения отклоняется в Северном полушарии вправо, в Южном — влево, вследствие вращения Земли с запада на восток.