§ 7. Види руху Землі і його наслідки

• У яких видах рухів бере участь Земля? Наша планета бере участь одночасно в кількох видах рухів: навколо власної осі; навколо спільного центру з Місяцем; навколо Сонця, разом із Сонячною системою; навколо ядра нашої Галактики, а з останньою – у Всесвіті. Однак головними із цих рухів є обертання навколо власної осі (добове) та навколо Сонця (річне), оскільки вони мають вирішальне значення для всіх процесів, що відбуваються на її поверхні та в надрах.

• Які наслідки обертання Землі навколо власної осі? З обертанням Землі навколо своєї осі пов’язана форма планети. Земля, попри поширене уявлення, не є строго кулястою. Адже вона розтягнута по екватору і приплюснута біля полюсів. Причиною відхилення від кулястої форми є дія відцентрової сили, яка виникає під час обертання Землі навколо своєї осі. На полюсі відцентрова сила дорівнює нулю, на екваторі, де радіус обертання є найбільшим, вона найінтенсивніша. Через це речовина «відпливає» від полюсів до екватора: на полюсі земна поверхня осідає, а на екваторі піднімається. Ось чому фігура Землі перетворюється в еліпсоїд обертання – геометричне тіло, утворюване обертанням еліпса навкруги його малої осі.

Мал. 7.1. Геоїд

Через неоднорідність речовинного складу і розподілу маси Земля має сплющення і на екваторі. Крім того, у Південній півкулі між паралелями 50-60° поверхня

Землі вища, а в Північній півкулі, на таких самих широтах, – нижча за поверхню еліпсоїда. Південний полюс на 30 метрів нижчий, а Північний – на стільки ж вищий від тієї самої поверхні еліпсоїда.

Отже, справжня геометрична форма Землі неправильна і її назвали геоїдом, (мал. 7.1), що дослівно означає «землеподібний». Поверхня геоїда збігається з незбудженою поверхнею води Світового океану, яку умовно проводять під материками і приймають для відліку висот рельєфу. Відхилення геоїда від форми кулі не перевищує 0,0015 %, через це в географії частіше і використовують термін «земна куля».

Земля обертається навколо своєї осі проти годинникової стрілки, якщо дивитися з Північного полюса. Завдяки цьому руху відбувається зміна дня і ночі. Повний оберт навколо своєї осі Земля робить приблизно за 24 години – добу. Доба є головною одиницею часу на Землі. На кожному наступному меридіані час доби в один і той же момент не однаковий, що пов’язано з нерівномірним освітленням земної кулі сонячними променями. Тому на конкретному меридіані він називається сонячним, або місцевим часом.

Якщо територія країни дуже видовжена із заходу на схід, місцевий час у різних її частинах неоднаковий. Це незручно у практичній діяльності. Тому за міжнародною домовленістю запровадили поясний час. Для цього Землю, яка обертається навколо власної осі за 24 години, поділили на 24 годинні пояси (від нульового до 23-го). Протяжність кожного годинного поясу (із заходу на схід) становить 15°, оскільки 360° : 24 = 15. В усіх точках кожного годинного поясу час визнано однаковим (мал. 7.2). Межі годинних поясів проводять іноді з урахуванням державних кордонів. Годинний пояс розділено навпіл центральним меридіаном. Сонячний час центрального меридіана кожного поясу є поясним. Місцевий час Гринвіцького (початкового) меридіана називається всесвітнім часом.

Якщо рухатися зі сходу на захід навколо земної кулі, то в кожному наступному годинному поясі необхідно стрілки годинника переводити на одну годину назад. Наприкінці такої подорожі (після проходження 24 годинних поясів) ми виявимо, що одна доба «загублена». Це пов’язано з тим, що під час руху навколо світу «проти сонця», тобто із заходу на схід, стрілки годинника переводять у кожному наступному годинному поясі на одну годину вперед, і тоді наприкінці такого руху одна доба буде «зайвою».

Мал. 7.2. Годинні пояси Землі

За міжнародною угодою, створеною для того, щоб уникнути непорозумінь з календарем, на 180-му меридіані проведено лінію зміни дат. Вона проходить найменш заселеною територією Землі. Від цієї лінії відраховують добу, що «рухається» зі сходу на захід. Тому під час перетину в цьому напрямі лінії зміни дат додають одну добу. Наприклад, замість 1 січня одразу настає 2 січня. Якщо переміщуватись у зворотному напрямі, то одну й ту саму добу доведеться відлічувати двічі: після 31 грудня знову буде 31 грудня.

Зміна дня і ночі зумовлює добові ритми у природі, тобто регулярне повторення протягом доби різних природних процесів. До них належать закономірні зміни в освітленні поверхні Землі, у температурі повітря, у напрямі бризів тощо. Не менш яскраво добові ритми виявляються й у живій природі. Наприклад, багато квітів розкриваються, а потім закриваються в певний час доби. Більшість тварин спить уночі, а деякі, навпаки, стають активними саме в цей час. Життя людини також підпорядковане добовим ритмам.

Важливим наслідком осьового обертання є відхилення від свого початкового напряму тіл, що рухаються у просторі горизонтально, – річок, морських течій, повітряних мас та ін. Відхиляючу дію обертання Землі називають силою Коріоліса (за іменем французького вченого Г.-Г. Коріоліса). У Північній півкулі вони відхиляються праворуч, у Південній – ліворуч. Від екватора до обох полюсів це відхилення поступово збільшується. Якщо не враховувати дії цієї сили, то не можна зрозуміти причин циркуляції повітряних мас і океанічних вод з усіма їхніми наслідками. Сила Коріоліса виявляється і в підмиванні правих берегів річок у Північній півкулі і лівих – у Південній.

• Які наслідки орбітального руху Землі? Земля рухається навколо Сонця за орбітою, яка має форму еліпса. Вісь Землі нахилена до площини орбіти під кутом 66°33′, який не змінюється внаслідок руху. Тому на орбіті виникають чотири характерних положення Землі відносно Сонця: літнє сонцестояння (21-22 червня) і зимове сонцестояння (21-22 грудня), весняне рівнодення (21-22 березня) та осіннє рівнодення (22-23 вересня). Натомість на екваторі, який поділяє земну кулю на дві півкулі – Північну та Південну, кут падіння сонячних променів (і кількість тепла) мало змінюються протягом року. Тому тут немає пір року: зими, літа, осені, весни.

Паралелі, між якими сонце опівдні може займати найвище, так зване зенітальне, положення, коли кут падіння сонячних променів дорівнює 90°, називають троїіками. Розрізняють Північний та Південний тропіки. На кожному з тропіків Сонце перебуває в зеніті один раз за рік. При цьому, з поступовим віддаленням від тропіків до полюсів, полуденна висота Сонця закономірно зменшується, і кут падіння сонячних променів ніколи не досягає 90°. Це призводить до зміни пір року.

Для високих широт характерні полярні день та ніч. Природними межами їхнього поширення є паралелі, які називають полярним колами. Розрізняють Північне та Південне полярні кола. Тривалість полярного дня або ночі закономірно збільшується з наближенням до обох полюсів. На полярних колах вона становить одну добу, а на полюсах – близько півроку.

Залежно від висоти Сонця та тривалості дня й ночі на земній кулі виділяють пояси освітленості, межами яких приймають тропіки й полярні кола. Між Північним та Південним тропіками знаходиться жаркий світловий пояс, у якому Сонце на кожній паралелі два рази на рік буває у зеніті. Між тропіками і полярними колами розташовані північний і південний помірні світлові пояси, у яких Сонце ніколи не буває в зеніті, але упродовж 24 годин обов’язково відбувається зміна дня і ночі, тривалість яких залежить від пори року і географічної широти. За полярними колами поширюються північний і південний полярні пояси. Для цих поясів характені явища полярних дня і ночі, тривалість яких залежить від географічної широти.

Географічними наслідками орбітального руху Землі є зміна пір року, різна тривалість дня й ночі, пояси освітлення, річний цикл процесів і явищ у географічній оболонці, який відображається на житті рослин і тварин та господарській діяльності людини.

ПЕРЕВІРТЕ СЕБЕ

МАЄТЕ ЗНАТИ:

• головні географічні наслідки обертання Землі навколо своєї осі: форма планети, зміна дня і ночі, види часу і часові пояси, добові ритми у природі, виникнення сили Коріоліса;
• основні географічні наслідки руху Землі навколо Сонця: зміна пір року, пояси освітленості, річні ритми у природі.

ВІД ТЕОРІЇ ДО ПРАКТИКИ

1. Визначте різницю у місцевому часі між вашим населеним пунктом і Києвом, Львовом, Сумами та Одесою. Врахуйте, що один градус дорівнює чотирьом хвилинам (1° = 4 хв).

2. Визначте різницю у місцевому та поясному часі вашого населеного пункту.

3. Обчисліть поясний час у містах Луцьк, Лісабон, Лос-Анджелес, Токіо, якщо в Києві 18-та година.

4. Уявіть, що ви хочете у перші хвилини Дня незалежності привітати українців та українок, які мешкають у столиці США та Австралії. Визначте, о котрій годині за київським часом ви маєте це зробити.

ДОСЛІДЖЕННЯ

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

2. Прояви сили Коріоліса на річках своєї місцевості.

§ 5. Рухи Землі та їх наслідки

Наша Земля, як і всі інші космічні тіла у Всесвіті, здійснює кілька видів обертів (мал. 18). З деякими з них ви вже ознайомилися на уроках природознавства. Це добове і річне обертання.

Уявімо себе в безмежному космічному просторі у вигляді невеликого астероїда. І спробуймо провести спостереження за нашою планетою. Що ми побачимо? Що Земля разом із сімома іншими планетами Сонячної системи розташувалася на краю спіралеподібної галактики. Ця галактика обертається навколо свого центра і разом із мільйонами різних за формою галактик рухається у Всесвіті. Цікавим є й те, що всі рухи Землі і Сонячної системи відбуваються проти годинникової стрілки.

То скільки ж обертів здійснює наша планета?

Практикуймо

Ознайомтеся з видами руху Землі в космосі. Які з них помітні для нас?

Всесвітній рух

Відомо, що Всесвіт розширюється зі швидкістю 73 км/с на мегапарсек (1 мегапарсек — приблизно 3,3 млн світлових років).

Галактичний рух

Один оберт триває приблизно 200 млн років. (Повний оберт Сонця навколо центру галактики відбувається зі швидкістю 250 км/с).

Орбітальний рух

Сидеричний період — це повний оберт навколо Сонця, який становить 365 днів 6 год 9 хв.

Тандем «Земля — Місяць»

Повний оберт Місяця навколо Землі становить 27,32 земних діб, а сам супутник віддаляється від нас на 3,8 см/рік.

Добовий рух

Тривалість доби становить ≈24 год.

Mал. 18. Рух Землі в космосі

2. Добове обертання Землі

Тепер уявімо собі, що ми знаходимося на відкритій місцевості, поглядаємо на нічне небо, всіяне тисячами зірок. Визначмо для себе яскраву зірку і час, коли вона максимально підніметься над місцем нашого розташування. Наступної ночі проведімо друге спостереження і визначмо час, коли наша зірка знову максимально підніметься над місцем нашого розташування. Тривалість у часі між першим і другим спостереженням називають зоряною добою. Вона становить на Землі 23 год 56 хв 4 с. Отже, зоряну добу вимірюють відносно певної зірки.

Мал. 19. Добове обертання Землі

Всі вище перераховані спостереження доводять, що для спостерігача, який перебуває в Північній півкулі, наша планета обертається навколо своєї осі проти годинникової стрілки (мал. 19). І саме осьове обертання Землі є найголовнішим обертом для всіх живих організмів та для людини.

• сплюснутість Землі біля полюсів;
• виникнення відхиляючої сили Землі (сила Коріоліса);
• зміна дня і ночі;
• виникнення добових ритмів у неживій і живій природі;
• всі явища і рухи по обидві сторони екватора протилежні;
• зміни температури на поверхні Землі протягом доби;
• господарська діяльність людей.

Практикуймо

Обґрунтуйте вашу залежність від добового ритму Землі.

3. Рух Землі навколо Сонця

Обертання нашої планети навколо Сонця має дві назви: орбітальний або річний рух. Земля здійснює повний оберт навколо Сонця за 365 діб 5 год 48 хв 46 с. У звичайному році 365 днів, а кожен четвертий рік називають високосним. Тоді до календаря додають ще один день — 29 лютого, утворений від додавання «зайвих» шести годин за чотири роки.

Чому річне обертання вважають основною причиною змін пір року на нашій планеті? Відповідь проста. Земна вісь нахилена завжди в одну сторону під кутом 66,5°. А це означає, що, обертаючись навколо Сонця, наша планета підставляє до Сонця то Північну, то Південну півкулю.

Наслідки орбітального руху:

• зміна висоти Сонця над горизонтом протягом року;
• зміна пір року;
• нахил осі Землі спричинює дзеркальне відображення пір року по обидві сторони екватора;
• утворення теплових поясів.

Мал. 20. Рух Землі навколо Сонця

Пізнаймо більше

Внаслідок руху нашої планети навколо Сонця та через нахил її площини до орбіти протягом року сформувалися дні рівнодень та сонцестоянь. У ці дні Сонце знаходиться в зеніті над уявними лініями: екватором, Північним та Південним тропіками (мал. 20). Знайдіть їх на карті.

21-22 грудня

Зимове сонцестояння

Сонце в зеніті над Південним тропіком. У Південній півкулі — літо. За Південним полярним колом — полярний день. У Північній півкулі зима. За Північним полярним колом — полярна ніч.

20-21 березня

Весняне рівнодення

Сонце в зеніті над екватором. У Північній півкулі — весна. Над Північним полюсом сонце сходить, розпочинається полярний день. У Південній півкулі — осінь. Над Південним полюсом Сонце сідає, розпочинається полярна ніч.

21-22 червня

Літнє сонцестояння

Сонце в зеніті над Північним тропіком. У Північній півкулі — літо. За Північним полярним колом — полярний день. У Південній півкулі — зима. За Південним полярним колом — полярна ніч.

22-23 вересня

Осіннє рівнодення

Сонце в зеніті над екватором. У Північній півкулі — осінь. Над Північним полюсом Сонце сідає, розпочинається полярна ніч. У Південній півкулі — весна. Над Південним полюсом сонце сходить, розпочинається полярний день.

Знаймо, вміймо і використовуймо в житті

Земля здійснює декілька рухів у космосі, зокрема:

• обертання навколо власної осі проти годинникової стрілки у Північній півкулі;
• обертання навколо Сонця з нахилом осі до площини орбіти 66°33′;

Мандрівка Землі відбувається проти годинникової стрілки у Південній півкулі.

Обертання Землі мають суттєві причинно-наслідкові зв’язки для природи і діяльності людей.

Практикуймо

1. Припустимо, Земля обертається зі сходу на захід. Який вплив матиме цей чинник на наслідки добового освітлення Землі?

2. Уявімо собі, що земна вісь перпендикулярна до площини орбіти. Як це вплине на пори року?

3. Учені встановили, що 1,5 млрд років тому доба на Землі становила 18 годин. А сьогодні — 24 години. Як ви вважаєте: які види обертів вплинули на такі зміни?

4. Візьміть звичайну надувну кульку. Нанесіть на неї різними маркерами десятки галактик. А тепер спробуйте надути цю кульку. І ви побачите, як галактики віддаляються одна від одної. Саме так і розширюється Всесвіт.

5. Ознайомтесь із наслідками руху Землі в космосі. Вкажіть, які види руху вони передбачають. Заповніть таблицю.

Види руху Землі в космосі та їхні наслідки

Види руху Землі

Наслідки руху

О 12:00 квітка червоного маку розкривається, о 18:00 — закривається.

У березні на вербі з’являються бруньки, а вже в серпні листя на вербі жовтіє.

З ранку до полудня свіжий вітер з моря дме на узбережжя, вночі — навпаки.

Кожні 6 годин рівень води в затоці Фанді (Канада) піднімається на 18 метрів. Наступні 6 годин рівень води опускається. Все повторюється знову.

З кожним тисячоліттям Земля буде обертатися повільніше.

На Північному і Південному полюсах протягом року лише одна «доба»: пів року — день, пів року — ніч.

Вночі сови полюють на мишей, а вдень — дрімають.

На території України чітко простежуються чотири пори року, а в Сінгапурі — лише одна — літо.

Земна вісь – це важливий фактор клімату нашої планети

Земна вісь нашої планети в північному векторі спрямована до точки, де знаходиться зірка другої величини, звана Полярною, в хвостовій частині сузір’я Малої Ведмедиці.

Ця зірка протягом доби окреслює на небесній сфері невелику окружність радіусом близько 50 хвилин дуги.

Давнину знали про нахили земної осі

Дуже давно, у II столітті до н. е. астроном Гіппарх відкрив, що ця точка є рухливою на зоряному небі і повільно переміщається назустріч руху Сонця. Він розрахував швидкість даного руху в 1 ° за століття. Дане відкриття отримало назву «» прецесія земної осі «». Це хід попереду, або передування рівнодення. Точне значення цього руху, постійної прецесії, дорівнює 50 секундам на рік. Виходячи з цього, повний цикл по екліптиці складе приблизно 26 000 років.

Точність важлива для науки

Повернемося до питання про полюс. Визначення його точного положення серед зірок – є одне з найважливіших завдань астрометрії, яке займається вимірами дуг і кутів на небесній сфері з метою визначення координат зірок і планет, власних рухів і відстаней до зірок, а також вирішенням завдань практичної астрономії, важливих для географії, геодезії та навігації.

Знайти положення полюса світу можна за допомогою фотографії. Уявіть собі довгофокусну фотографічну камеру, здійснену у вигляді астрографа, спрямовану нерухомо на ділянку неба поблизу полюса. На такій фотографії кожна зірка опише більш-менш довгу дугу окружності з єдиним спільним центром, який і буде полюсом світу – тією точкою, куди спрямовано обертання земної осі.

Трохи про вугілля нахилу Земної осі

Площина небесного екватора, перпендикулярна до земної осі, так само змінює своє положення, чим і викликається рух точок перетину екватора з екліптикою. У свою чергу, тяжіння Місяцем екваторіального зміщення мас Землі прагне повернути Землю таким чином, щоб її екваторіальна площина перетинала Місяць. Але в даному випадку ці сили діють не на водну оболонку Землі, а на маси, що утворюють екваторіальне здуття її еліпсоїдальної фігури.

Уявімо кулю, вписану в земний еліпсоїд, якого вона стосується в полюсах. Така куля притягується Місяцем і Сонцем силами, спрямованими до його центру. З цієї причини зберігається незмінна земна вісь. Це тяжіння, що діє на екваторіальне здуття, прагне повернути Землю таким чином, щоб площини земного екватора і притягуючого її об’єкта збігалися, створюючи цим перекидаючий момент. Сонце протягом року двічі віддаляється від екватора до ^ 23,5 °, а видалення Місяця від екватора протягом місяця досягає майже ^ 28,5 °.

Дитяча іграшка вовчок відкриває невелику таємницю

Якби Земля не оберталася, то вона прагнула б нахилятися, як би киваючи, так, щоб екватор весь час стежив за Сонцем і Луной.Правда, внаслідок величезної маси та інерції Землі, такі коливання були б дуже незначними, так як на таку швидку зміну напрямків Земля не встигала б реагувати. Ми добре знайомі з цим явищем на прикладі дитячого вовчка. Сила тяжкості прагне перекинути вовчок, але центростремна сила захищає його від падіння. У підсумку вісь рухається, описуючи конічну форму. І чим швидше рух, тим більш вузька фігура. Точно так само поводиться і земна вісь. Це і є таким собі гарантом її стабільного становища в просторі.

Кут нахилу Земної осі впливає на клімат

Земля здійснює рух навколо Сонця по орбіті, яка практично схожа з окружністю. Спостереження за швидкістю зірок, розташованих поблизу екліптики, представляє, що у всякий момент ми наближаємося до одних зірок і віддаляємося від протилежних їм на небі зі швидкістю 29,5 кілометрів на годину. Зміна часів року є результатом того. Існує нахил земної осі до площини орбіти і становить близько 66,5 градусів.

Через невелику еліптичну орбіту, планета в січні дещо ближча до Сонця, ніж у липні, але відмінність у дистанції не істотна. Тому вплив на отримання тепла від нашої зірки малопомітний.
Вчені вважають, що земна вісь – це нестабільний параметр нашої планети. Як показують дослідження, кут нахилу земної осі по відношенню до площини її орбіти в минулому був іншим і періодично змінювався. За легендами про загибель Фаетона в описах Платона існує згадка про зміщення осі в цей жахливий час на 28 °. Ця катастрофа мала місце бути більше десяти тисяч років тому.

Трохи пофантазуємо і змінимо кут нахилу Землі

Наявний сьогодні кут земної осі по відношенню до площини орбіти становить 66,5 ° і забезпечує не настільки різке коливання температур зима – літо. Наприклад, якщо цей кут становив би близько 45 °, що б відбувалося на широті Москви (55,5 °)? У травні сонце за таких умов досягне зеніту (90 °) і зміститься до 100 ° (55,5 ° + 45 ° = 100,5 °).

При такому інтенсивному русі Сонця весняний період проходив би набагато швидше, і в травні б досягав піку температур, як на екваторі при максимальному сонцестоянні. Потім злегка б послаблювався, так як сонце, проходячи зеніт, йшло б трохи далі. Потім поверталося назад, проходячи зеніт знову. Протягом двох місяців, у липні і травні, спостерігалася б нестерпна спека, близько 45-50 градусів Цельсія.

Тепер розглянемо, що б відбувалося із зимою, наприклад, у Москві? Після проходження другого зеніту, наше світило б опустилося в грудні місяці до 10 градусів (55,5 ° -45 ° = 10,5 °) над горизонтом. Тобто з наближенням грудня, сонце виходило б на більш короткий термін, ніж зараз, невисоко піднімаючись над горизонтом. У цей період сонце світило б по 1-2 години на добу. За таких умов нічна температура опуститься нижче позначки – 50 градусів Цельсія.

Кожна версія еволюції має право на життя

Як ми бачимо, для клімату на планеті важливо, під яким кутом земна вісь. Це основоположне явище в м’якості клімату і умов життя. Хоча, можливо, за інших умов на планеті, еволюція пішла б дещо іншим шляхом, створивши нові види тварин. А життя продовжувало б існувати в іншому своєму різноманітті, і, можливо, знайшлося б місце «іншій» людині в ньому.