2. Рівнодення і сонцестояння. Тропіки і полярні кола

1. На північному полюсі додатне схилення Сонця триває з 21.03 по 23.09, а від'ємне з – 23.09 по 21.03. Тобто, там приблизно півроку Сонце не заходить і півроку не сходить. В день літнього сонцестояння 22.06 Сонце досягає максимальної висоти (23⁰27') після цього поступово наближається до горизонту і 23.09 ховається за горизонт. В день зимового сонцестояння воно опускається на 23⁰27' за горизонт. Для спостерігача на південному полюсі добовий рух Сонця відбувається таким же чином. Лише тут Сонце сходить 23.09, а заходить 21.03 і тому, коли на північному полюсі ніч, на південному – день і навпаки.

2. На північному полярному колі (66⁰23') Сонце не заходить в день літнього сонцестояння і не сходить в день зимового сонцестояння. В решті діб року воно тут сходить і заходить. На південному полярному колі Сонце не заходить в день зимового сонцестояння і не сходить в день літнього. Отже, північне і південне полярні кола є теоретичними границями тих географічних широт, де можливі полярні дні і ночі.

3. На північному тропіку (23⁰27') Сонце завжди сходить і заходить. В день літнього сонцестояння воно опівдні стоїть в зеніті. В решті днів року воно кульмінує на південь від північного тропіка. У день зимового сонцестояння його мінімальна полуденна висота +43⁰6'. На південному тропіку Сонце теж завжди сходить і заходить. Але в зеніті воно буває в день зимового сонцестояння. Мінімальна висота – в день зимового сонцестояння (+43⁰06').

На всіх широтах, що лежать між тропіками і полярними колами Сонце сходить і заходить кожного дня року. Пів-року тут тривалість дня більша тривалості ночі і навпаки. Полуденна висота Сонця менша 90⁰ і більша 0⁰. У зоні, що лежать між обома тропіками Сонце буває в зеніті два рази на рік в ті дні, коли його схилення дорівнює географічній широті місця.

4. На екваторі Землі всі світила, в тому числі Сонце, сходять і заходять. 12 годин вони знаходяться над горизонтом, і 12 під горизонтом. Отже, на екваторі тривалість дня завжди дорівнює тривалості ночі. Два рази на рік тут Сонце буває в зеніті.

На основі цього можна сформулювати такі астрономічні ознаки теплових поясів:

1. У холодних поясах (90⁰- 66⁰33') Сонце може бути незаходячим і несходячим світилом. Полярний день і полярна ніч можуть тривати від 24 годин до півроку.

2. У помірних поясах (66⁰33' —23⁰27') Сонце кожен день сходить і заходить , але ніколи не буває в зеніті. Полярних днів і ночей не буває. Тривалість дня і ночі зокрема менша 24 годин.

3. У жаркому поясі (23⁰27' пн. ш.- 23⁰27' пд. ш.) Сонце також завжди сходить і заходить і два рази на рік опівдні буває в зеніті в різних місцях, в різні дні року, а на екваторі у дні рівнодень.

Астрономічне положення Землі по відношенню до Сонця зумовлює зміну пір року. А зміна пір року призводить до річної ритміки в географічній оболонці, зокрема в літосфері, гідросфері, атмосфері та біосфері. (Навести приклади).

3. Магнітне поле Землі

Земля – великий магніт, що зміщений приблизно на 400 км від центра в бік Тихого океану і нахилений від осі обертання на 11⁰30^'

Магнітне поле Землі (рис. 9) уявляється у вигляді таких елементів: магнітного схилення – Д, магнітного нахилення – І, напруги магнітного поля – Z, горизонтальної складової магнітного поля – H, напруги магнітного поля Землі – T.

За одиницю напруги магнітного поля приймають напруги такого поля, при якому сила, що діє на одиницю магнітної маси дорівнює одній дині. Вона називається ерстедом (по імені відомого датського фізика Х.К.Ерстеда). Магнітна стрілка на магнітному екваторі розташовується горизонтально, на магнітному полюсі – вертикально. Магнітне поле складне, бо воно містить велику кількість аномалій. Геомагнітне поле з точністю до 30% можна прийняти за поле однорідно намагніченої кулі. Інтенсивність геомагнітного поля порівняно невелика. На магнітних полюсах Землі T=0,6-0,7 е, на магнітному екваторі – 0,4 е. Там, де магнітна вісь (уявно) пересікає поверхню Землі розташовані геомагнітні полюси Землі. Вони не співпадають з географічними полюсами. У північній півкулі розташований південний геомагнітний полюс, а в південній – північний геомагнітний полюс. Силові лінії геомагнітного поля виходять з південної півкулі і прямують, оминаючи землю, в північну півкулю. Це дипольне магнітне поле.

Н

Рис. 9. Елементи магнітного поля Землі

асправді розрізняють реальні магнітні полюси Землі де магнітна стрілка під дією магнітного поля Землі займає вертикальне положення, тобто нахилення дорівнює 90⁰. Північний магнітний полюс знаходиться на одному з островів Канадського архіпелагу і має координати 75⁰42' пн.ш. і 101⁰30 зх.д. Південний магнітний полюс розташований в Антарктиді – 65⁰30' пд.ш. і 140⁰18' сх.д. Північний магнітний полюс віддалений від північного географічного полюса на 1000 км, а південний – на 800 км від південного географічного полюса. На північному магнітному полюсі Т=0,6 е, на південному – 0,7 е.

Структура магнітного поля ускладнена наявністю на земній поверхні магнітних аномалій. Розрізняють аномалії локальні, регіональні і глобальні. Локальні аномалії досягають в поперечнику кілька км, регіональні декілька сотень км, глобальні декілька тисяч км. Інтенсивність аномалій теж різна. Так, в районі Курської магнітної аномалії схилення змінюється в межах +-180⁰, тоді як нормальне значення схилення повинно складати в цих місцях всього декілька градусів. Вертикальна складова земного магнітного поля складає тут 1-2 е. Найсильніші магнітні аномалії створюються залізними рудами. Магнітні властивості мають магнезити, титан, кобальт, нікель та ін., що теж створюють магнітні аномалії.

Відмінність магнітних властивостей порід, глибина їх залягання, потужність та форма геологічних утворень створюють всю різноманітність магнітних аномалій. (Унікальність Ангаро-Ілімських магнітних аномалій).

КАРТИ. Складаються карти напруги геомагнітного поля для всієї земної кулі, карти магнітного схилення. Магнітне схилення Землі змінюється в широких межах – від —180⁰ (західне) до +180⁰(східне). На картах нанесені лише загальні риси геомагнітного поля. З цієї карти видно, що на Землі є три великі області, де вертикальна складова (Z) магнітного поля досягає найбільших значень (0,6-0,7 е): в Канаді, Антарктиді та між р. Єнісеєм і Леною. Магнітні карти допомагають в пошуках корисних копалин.

Магнітне поле Землі з плином часу змінюється: в одних областях воно зменшується, в інших – збільшується. Але у віковому ході магнітного поля спостерігається періодичність – тобто воно не зникає і не зростає до безмежності.

Ще у XVIII столітті було встановлено, що магнітне поле Землі може зазнавати короткочасних змін. Схилення і нахилення раптово змінюються і коливаються іноді протягом багатьох годин, а потім відновлюються до попереднього рівня. Таке явище називається магнітною бурею. Вони часто починаються раптово і одночасно по всьому світі. Причиною магнітних бур є сильні вибухи на Сонці, що викидають потужні потоки заряджених частин, які досягають Землі, де захоплюються магнітним полем. І тоді навколо Землі утворюється гігантський круговий електричний струм, радіусом 20-25 тис. км. Магнітне поле цього струму в основному і створює світову магнітну бурю, що охоплює одночасно всю земну кулю. В цей час посилюється іонізація атмосфери, зростає її провідність, виникають сильні порівняно короткочасові електричні струми, які і виявляються на Землі у вигляді магнітних збурень. Магнітні бурі сильно впливають на радіозв'язок, лінії електрозв'язку та на силові електричні установки. Так, у 1958 році електричні струми, викликані магнітною бурею, були у Швеції настільки потужні, що загорявся ізоляційний матеріал на кабелях, згорали запобіжники і навіть трансформатори. За рік може відбутись від 1 до 30-40 сильних світових магнітних бур, а помірних та слабких буває більше. Тривалість бур в середньому 4-5 діб. Під час магнітних бур в полярних областях спостерігаються сильні полярні сяйва. Спектр полярних сяйв складається з емісійних ліній і смуг. У спектрі посилюються насамперед зелена і червона лінії.

Було встановлено, що частинки високих енергій заповнюють немов би великі кільця чи пояси, що огортають Землю навколо геомагнітного екватора. Виявлені два основні радіаційні пояси. Внутрішній пояс починається на висоті 2400 км і закінчується на висоті 5600 км. Зовнішній пояс радіації розташований на висотах від 12000 км до 20000 км. На висотах 50-60 тис. км розташований третій пояс радіації або кільцевий струм.

Всю область біляземного простору, заповнену зарядженими час­тинками, що рухаються в магнітне поле Землі, називають магніто­сферою. Від космічного простору вона відділена магнітопаузою. Вздовж магнітопаузи сонячний вітер обтікає атмосферу.

Палеомагнетизм. Магнітне поле Землі протягом її історії розвитку зазнавало значних змін. Так, у палеозої магнітні полюси Землі були розташовані поблизу екватора, потім поступово зміщувались на північ і південь.

Магнітне поле впливає на органічний світ. Наприклад, кров дуже чутлива до впливу електричних і магнітних полів. Під час магнітних бур, збільшується кількість серцево-судинних захворювань, підвищується смертність таких хворих, погіршується стан у гіпертоніків. Під впливом магнітного поля змінює свої фізико-хімічні властивості вода, які зберігаються протягом кількох днів. Обмагнічена вода прискорює ріст рослин.

Сфера навколоземного простору, в якому знаходяться заряджені частинки, захоплені магнітним полем Землі, має назву магнітосфери (рис. 10).