Селезнев А.Н. Учебное пособие по курсу «Общая социально-экономическая география»

Земля – планета

Форма и размеры Земли, положение в Солнечной системе

В литературе и обиходе принятое название «Земной шар» не отражает современные взгляды на форму Земли. Часто употребляется термин «эллипсоид вращения», но и это понятие, хотя и имеет место в различных математических расчетах, все же в целом не соответствует действительности. Форма Земли называется геоид. Уже сам корень «гео» - земля говорит о том, что это уникальная форма из всех планет присуща только Земле. Каковы же основные параметры геоида?

Средний радиус Земли, принимаемой за шар, составляет 6371 км. Результатом осевого вращения Земли и возникающей центробежной силы является полярное сжатие, то есть экваториальный радиус Земли больше, чем полярный.

Экваториальный радиус Земли 6378 км.

Полярный радиус Земли 6357 км.

Осевое сжатие Земли неравномерно, следствием чего является несколько большая приплюснутость (на 30 м) со стороны Южного полюса. Новейшие исследования показали, что экватор тоже не является идеальной окружностью и слегка сплюснут. Самый большой диаметр геоида приходится на экваториальную плоскость по направлению Африка – Тихий океан. Еще необходимо добавить, что наличие гор, впадин и т.п. не учитывается при определении размеров геоида и поверхность его соответствует поверхности мирового океана, продолженной под материками.

Окружность Земли по экватору составляет 40076 км, по меридиану – 40009 км, т.е. длина одного градуса экватора или меридиана ориентировочно 111 км. Самое древнее, дошедшее до нас вычисление размеров земного шара принадлежит Эратосфену (II век  до н.э.). При сопоставлении мер длины, которые он использовал (египетская стадия) и современных оказывается, что он высчитал окружность Земли равной 39816 км! Общая поверхность планеты равна 510100000 км², из них 149000000 км² , или 29%, приходится на сушу.

В Солнечной системе Земля – третья планета от Солнца после Меркурия и Венеры. Орбита Земли эллипсовидная, меняется от 14700000 км до 152000000 км, средний радиус 149 500000 км, что соответствует одной астрономической единице.

Земля имеет спутник - Луну, диаметр Луны почти в 4 раза меньше земного и составляет 3476 км, средний радиус лунной орбиты составляет 384400 км.

Географические следствия вращения Земли вокруг Солнца и вокруг своей оси

Земля настолько мала по отношению к Солнцу и расстоянию до него, что при практических измерениях можно принять поток солнечных лучей, падающих на Землю, за параллельные линии, соответствующие плоскости орбиты Земли вокруг Солнца.

Рис. 1.

Земная ось имеет постоянный наклон к плоскости орбиты в 66,5°, а точнее 66°33’11’’. Земная ось не меняет своего положения по отношению к неподвижной системе координат, за которую можно принять звездное небо. Это означает что, продолжая земную полуось над северным полюсом, мы всегда будем иметь направление на Полярную звезду. А как ведет себя северная полуось по отношению к направлению на Солнце?

Как видно из рисунка 1, угол будет меняться от a=66,5° до b=113,5°.

Рис. 2    

 Минимальный угол бывает 22 июня, сопровождается максимальным поворотом к Солнцу северного полушария, максимальный - 22 декабря. Дни 22 июня и 22 декабря носят названия- дни  летнего  и зимнего солнцестояния. Дни 21 марта и 23 сентября носят названия - дни весеннего и осеннего равноденствия. В эти дни солнечные лучи падают вертикально по отношению к земной оси и граница дня и ночи проходит через полюса. Заметим, что на любой широте темный и светлый (дневной) отрезки параллелей в эти дни равны, т.е. на всей Земле, на любой широте, день равен ночи. На полюсах в эти дни солнце расположено на линии горизонта. (Рис. 3)

На рисунке 2 количество солнечных лучей, отражающих количество тепла, получаемого в эти   дни  северным  и южным полушариями, очень различно. На рисунке 2 «а» львиную долю энергии получает северное полушарие, на рисунке 2 «б» - южное. Поскольку площадь полушарий одинакова, это означает большие колебания количества энергии на единицу поверхности в течение года. На Земле это выражается в смене времени года. Когда в северном полушарии  наступает лето, в южном - зима и наоборот.

             Рис. 3.

Итак, в процессе движения вокруг Солнца Земля поворачивается к нему поочередно то северным, то южным полушариями, что выражается на Земле в смене времен года. Это одно из географических следствий орбитального вращения Земли, но причиной смены времен года является наклон земной оси к плоскости орбиты.

Рис. 4

Рассмотрим рисунок 4, отражающий положение Земли по отношению к солнечным лучам в день летнего солнцестояния.

Поскольку угол между осью Земли и солнечными лучами 66,5°, то видно, что вертикальное падение солнечных лучей (Солнце в зените) приходится на 23,5° северной широты. В день зимнего солнцестояния это будет соответствовать 23,5° южной широты. Параллели 23°33’ в северном и южном полушариях носят название тропиков. Северный тропик называется тропик Рака, южный – тропик Козерога.

Обозначим светлое и темное полушария, границу дня и ночи, эта граница будет проходить через широты 66°27’. На этих широтах параллели называются полярные круги. Обратим внимание, что в северном полушарии на широтах более 66°27’ Солнце при вращении Земли вокруг своей оси не уйдет за горизонт, тогда как в южном наоборот, Солнце не встает из-за горизонта.

Два тропика и два полярных круга делят Землю на пять поясов освещенности: два полярных, два умеренных и один тропический. (Рис. 5)

Рис. 5.

Чем они отличаются друг от друга?

Два полярных пояса освещенности характеризуются наличием здесь природных явлений полярного дня и полярной ночи. На полярных кругах они равны суткам (в дни солнцестояний и на полюсах продолжаются полгода). Полярный день продолжается на Северном полюсе со дня весеннего до дня осеннего равноденствия, на южном со дня осеннего до дня весеннего равноденствия. Максимальная высота Солнца над горизонтом на полюсах в дни солнцестояний составляет 23⁰33’. Чем выше широта в полярных поясах, тем более длинными будут полярный день и полярная ночь.

В тропическом поясе освещенности существует природное явление «Солнце в полдень в зените». На тропиках это бывает один раз в год (в дни солнцестояний), тогда как на любой широте между тропиками 2 раза в год, на экваторе это дни весеннего и осеннего равноденствия. Явление «Солнце в полдень в зените» происходит как качание маятника между тропиками: полгода от тропика Рака до тропика Козерога, а затем полгода от тропика Козерога до тропика Рака, таким образом, в течение года на всех широтах между тропиками это явление наблюдается дважды.

Как видно из рисунков 3 и 4, линия света и тени всегда делит экватор на 2 одинаковых части, только здесь день и ночь всегда равны 12 часам, на всех других широтах они меняются в зависимости от сезона года. На тропиках минимальные значения составляют 10 часов 30 минут, максимальные – 13 часов 30 минут. В тропическом поясе Солнце всегда уходит за  горизонт под углом, близким к прямому, поэтому быстро наступает темнота.

Два умеренных пояса освещенности характеризуются тем, что в течение года здесь на любой широте каждые сутки есть светлое и темное время и Солнце никогда не бывает в зените.

Чем выше широта, тем меньше угол, под которым Солнце уходит за горизонт, поэтому на высоких широтах долго не наступает темнота и рано занимается утро. В северном полушарии в июне-июле, а в южном – в декабре-январе на умеренных широтах близких полярным кругам наблюдается явление «белые ночи», например, в Санкт-Петербурге на  60° с.ш.

Наличие на Земле поясов освещенности является вторым важным географическим следствием вращения Земли вокруг Солнца, а причиной здесь также является наклон земной оси к плоскости орбиты вращения Земли  вокруг Солнца.

Время

Исчисление времени

Природа и человек существуют не только в пространстве, но и во времени. Возраст нашей планеты примерно 4,7 млрд. лет. Мы привыкли пользоваться понятиями год, час, минута и т.д. Это отрезки времени, которые могут быть объективными, т.е. не зависящими от нас с вами и субъективными, т.е. установленные человеком.

Объективными являются такие отрезки времени, которые характеризуют продолжительность постоянных циклических природных процессов или явлений. Примерами объективных отрезков времени являются:

• год – продолжительность одного оборота Земли вокруг Солнца;

• сутки – продолжительность одного оборота Земли вокруг своей оси;

• месяц - продолжительность одного оборота Луны вокруг Земли.

Следует отметить, что в течение значительного времени истории Земли они могут меняться. Например, приливно-отливная волна тормозит вращение Земли вокруг своей оси. Субъективные отрезки времени – час, минута, секунда. Человек принял для себя деление: суток на 24 часа, часа – на 60 минут. А ведь деление могло произойти и иначе. Ярким примером этого является попытка перехода на десятичную систему исчисления времени вместе с десятичной системой мер и весов. Просто это не прижилось, но можно найти и сейчас в музеях или частных коллекциях часы с десятичным циферблатом.

Исчисление времени в зависимости от хозяйственных, бытовых целей, традиций может быть разным.

Местное время – это время положения по отношению к Солнцу каждого конкретного меридиана. Принято считать за полдень 12 часов дня,  то есть время фактического полдня наступает в момент нахождения Солнца в самой высокой точке небосвода для этой широты и для этого времени года.

Рис. 6.

На рисунке 6 солнечные лучи падают параллельно плоскости страницы, поэтому на находящемся сейчас на этой плоскости меридиане 30° в.д. во всех его точках, т.е. на любой широте, Солнце в самом высоком положении на небосклоне. Любое отклонение на восток означает, что самое высокое положение Солнца уже было, на запад – еще не наступило. На долготе 31° в.д., 32° в.д. и т.д. время уже более 12 часов, на долготе 29° в.д., 28° в.д. и т.д. 12 часов только наступит через какое-то время.  На меридиане 150° западной долготы в это время полночь 24 часа или 0 часов. Обязательно следует запомнить, что по отношению к каждой конкретной долготе,  на восток от нее местное время наращивается до 24 часов, и далее в завтрашний день,  на запад – уменьшается до 0 часов и далее во вчерашний день. Местное время неудобно для пользования им в быту. При этом во всех пунктах, находящихся на разных долготах, время будет отличаться. Например, разница в местном времени Ельца по отношению к Орлу +10 минут. Есть, однако, стороны деятельности, где необходимо учитывать именно местное время. Например, суточный ход температуры желательно привязывать именно к местному времени пункта наблюдения, или запуск космического корабля соотносится именно с местным временем, т.е. отношению меридиана космодрома к космическим объектам. Разница в местном времени позволяет также решать задачу на определение долготы пункта и обратную, т.е. по разнице долготы определять местное время.

Сутки - это один оборот Земли вокруг своей оси, т.е. на 360° долготы. В сутках 24 часа, т.е. за 1 час Земля проворачивается на 15° долготы, в часе 60 минут, или на 1° долготы Земля проворачивается за 4 минуты, т.е. разница в 4 минуты местного времени есть разница в долготе  1°.

Рассмотрим практический пример такой задачи. Корабль в океане застигнут штормом и, спустя некоторое время, по окончании шторма, капитан должен определить местонахождение корабля, чтобы определить направление маршрута (азимут) в конечный пункт. Пользуясь астрономическими навигационными приборами, он определяет местное время меридиана нахождения корабля и сравнивает его с местным временем Гринвичского меридиана, которое определяется специальным хронометром или из передач на определенных радиочастотах.

Например, местное время корабля 14 часов 30 минут, местное время Гринвича 17 часов. Значит, разница в местном времени 2 часа 30 минут, что составляет  по долготе 37°30’. Поскольку наращивание времени ведется на восток, поэтому, большее местное время всегда в более   восточной точке. 17 часов больше, чем 14 часов 30 минут, поэтому наша точка находится на западе от Гринвичского меридиана, т.е.  корабль находится на 37°30’ западной долготы.

Поясное время. Мы установили, что в обычной жизни случаи пользования местным временем относительно редки. Часы и в Липецке и в Ельце и в Орле идут по одному времени, поскольку все эти пункты находятся в пределах одного часового пояса. Пересекая границу соседних часовых поясов, мы переводим время сразу на час. Напомним, что при движении на восток часы переводятся на час вперед, при движении на запад – на час назад. Как же устанавливаются размеры и границы часовых поясов. Временем каждого часового пояса является местное время центрального меридиана часового пояса. Поскольку за 24 часа Земля совершает оборот 360°, то средняя величина часового пояса должна составлять 15° долготы. За нулевой, он же 24-й  часовой пояс принят пояс, где центральным меридианом является Гринвичский меридиан. Границами этого часового пояса служат меридианы 7°30’ западной долготы и 7°30’ восточной долготы. Далее отсчет часовых поясов идет на восток. Первый часовой пояс от  7º30’ до 22º30’ восточной долготы, центральным меридианом является 15° в.д. 180-й меридиан будет, таким образом, центральным меридианом 12-го часового пояса, а меридиан 15º западной долготы – центральным меридианом 23-го часового пояса. Проведение границ часовых поясов по меридианам удобно только в океане, т.к. на суше такая граница может разделять территории областей, районов, даже крупных городов,  что создаст неудобства пользования поясным временем. Поэтому на материках границы часовых поясов корректируются по государственным и административным границам. Территория России укладывается в одиннадцать часовых поясов, со второго по двенадцатый.

На востоке нашей страны территория Чукотского а.о.  фактически является территорией 12-го часового пояса, но формально включена в 11-тый часовой пояс, тогда как прилегающие к ним акватории Чукотского и Берингова морей расположены в 12-часовом поясе.

Местное и поясное время не могут охватить все стороны хозяйственной и политической жизни общества. Важное значение имеет единое время, означающее единое исчисление времени для страны или мира в целом. Единое время требуется при оформлении: финансовых сделок, например, сроков погашения векселей, ссуд; почтовых и телеграфных отправлений, движении транспорта. Трудно представить себе беспорядок, который может возникнуть на территории нашей страны, если расписание движения поездов не будет привязано к единому времени. Для нашей страны таким временем является Московское время, для мира в целом - это Гринвичское время.

Декретом Совета Народных Комиссаров в 1930 году в нашей стране часы были переведены вперед на 1 час по сравнению с поясным временем. Это время стало называться декретным временем. Существует в нашей стране и летнее время, когда часы переводятся вперед еще на 1 час. Единое для нашей страны Московское время является, таким образом, декретным временем, 2-го часового пояса. В мире используются и другие виды исчисления времени, но мы их не рассматриваем.

Важным моментом исчисления времени (который, кстати, относительно трудно усваивается), является понятие линия перемены дат. Линией перемены дат является 180 меридиан, но с учетом морской границы США и России,  она проходит, разделяя морские владения России (Командорские о-ва, остров Ратманова) и США (Алеутские о-ва, остров Крузенштерна).

Рассмотрим рисунок 7. На нем схематически показан 12-часовой пояс в северном полушарии. Время суток во всем поясе одинаково, т.е. это время 12-часового пояса, однако оно разнится на сутки между секторами «а» и «в». Если в секторе «а» 13 часов 1 сентября, то в секторе «в» 13 часов 2 сентября. Если в секторе «в» 0 часов первого января и встречают Новый Год, то в секторе «а» 0 часов 31 декабря и Новый Год встретят здесь через сутки. Запомним, что  при пересечении линии перемены дат  на восток мы попадаем во вчерашний день, двигаясь на запад – в завтрашний день.

Рис. 7.

Впервые это обнаружили по окончании первого кругосветного путешествия Магеллана. Несмотря на то, что на корабле строго велся календарь и исчисление времени, моряки «потеряли» одни сутки, так как, двигаясь на запад, в итоге попали в завтрашний день.

Разберем типовую задачу. На 150° восточной долготы 6 часов 20 сентября. Какое время и какой день на 150° западной долготы? Исчисляя время по разнице долготы, двигаясь на запад и на восток, мы должны получить одинаковый результат.

При движении на восток мы имеем разницу в 60 долготы, т.е. в 4 часа, причем время суток должно наращиваться. Это значит, что на 150° западной долготы 10 часов, при этом мы  пересекли, двигаясь  на восток, линию смены дат и попали во вчерашний день и получаем ответ: 10 часов 19 сентября.

Решим задачу, двигаясь на запад, при этом мы уменьшаем время до 0 часов и далее во вчерашний день. Разница в долготе при движении на запад составляет 300°, поделив это число на 15°, получаем разницу во времени 20 часов. Двигаясь назад по времени от условия, получим через 6 часов - 0 часов 20 сентября или 24 часа 19 сентября, двигаясь назад еще на 14 часов, получим ответ: 10 часов 19 сентября.