7 Годовое движение земли и его следствия

Земля вращается вокруг Солнца по эллиптической орбите со скоростью 29,8 км\с, делая полный оборот за 365 сут. 6 час. 9 мин. 9,6 сек. Это звездный, или сидерический, год – промежуток времени между двумя последовательными прохождениями Земли через одну и ту же точку орбиты. По истечении звездного года наблюдатель увидит Солнце около той же звезды, где оно было год назад. Однако деятельность людей связано не с звездным временем: она подчинена солнечному времени. Промежуток времени между двумя последовательными прохождениями Солнца через точку весеннего равноденствия называют тропическим годом, продолжительность которого равна 365 сут. 5 час. 48 мин. 46сек.

Длина орбиты – 940 млн. км. Солнце расположено в одном из фокусов орбиты Земли, вследствие чего расстояние между Землей и Солнцем в течение года меняется от 152 (афелий – 5 июля) до 149 (перигелий – 3 января) млн. км.

Ось Земли наклонена к плоскости орбиты под углом 66 30. В процессе движения ось перемещается поступательно и параллельно самой себе, поэтому Земля занимает 4 характерных положения: равноденствий и солнцестояний. В дни равноденствий, 21 марта и 23 сентября, зенитальный луч Солнца падает на экватор, граница света и тени проходит через полюсы и делит каждую параллель на равные части, поэтому день равен ночи на всех широтах. При этом северное и южное полушария получают тепло и свет поровну.

В день летнего солнцестояния, 22 июня, Солнце в зените над северным тропиком, граница света и тени является касательной к линиям полярных кругов. Свет и тепло получает большая часть северного полушария, поэтому здесь лето, а все заполярье его освещено, поэтому – полярный день. Южное полушарие получает минимум тепла и света, поэтому там зима, а его заполярье находится в положении полярной ночи.

В день зимнего солнцестояния, 22 декабря, Солнце в зените над южным тропиком и освещение полушарий меняется противоположно.

Таким образом, смена времен года обусловлена вращением Земли вокруг Солнца при наклонном положении оси. Со сменой времен года связана сезонная ритмика процессов и явлений в географической оболочке.

8 Геомагнитное поле

Земля представляет собой огромный двухполюсный магнит, диполь. Теоретически идеальные силовые линии, выходящие из южного полюса в Северный, образуют дипольное магнитное поле. Однако реальное магнитное поле Земли следует дипольному полю лишь приблизительно. В действительности геомагнитное поле сложнее, чем поле магнита или намагниченного шара, так как содержит значительное количество аномалий.

По данным космических измерений магнитное поле Земли простирается за пределы планеты до 10 – 14 земных радиусов. Область околоземного пространства, в которой находятся заряженные частицы, захваченные магнитным полем земли, называют магнитосферой. Магнитная ось не совпадает с осью вращения Земли, образуя с ней угол в 12, поэтому магнитные полюсы не совпадают с географическими. Более того, магнитные полюсы мигрируют, а их знак неоднократно менялся в геологической истории Земли. Так, в 1970 г. положение северного магнитного полюса определялось  с. ш. и 70 01 з. д., южного - 7831 ю.ш. и 10959 в. д.; в 1985 г. координаты полюсов установились следующие: северного полюса - 7736 с. ш., 102 48 з. д., южного - 65 06 ю.ш., 13900 в. д.

Поскольку магнитные полюса не совпадают с географическими, меридианы данного места с направлением магнитной стрелки образуется угол, который называется склонением. Если магнитная стрелка отклоняется к востоку от меридиана, склонение называется восточным или отрицательным, отклонение к западу называют западным, или положительным. Для характеристики склонения составляют специальные карты, на которые наносятся изогоны – линии соединяющие точки с одинаковым склонением магнитной стрелки.

Стрелка в магнитном поле устанавливается параллельно силовым линиям, поэтому на экваторе она находится в горизонтальном положении или параллельно плоскости горизонта, на магнитном полюсе – в вертикальном, на остальных широтах – образуется угол с горизонтальной поверхностью, который называется наклонением. Углы наклонения также наносятся на карту с помощью изоклин, линий, соединяющих точки, с одинаковыми углами наклонов.

Сила магнитного поля характеризуются его напряженностью. За единицу напряженности принимают эрстед, т. е. напряженность такого магнитного поля, которое на единицу магнитной массы действует с силой в одну длину. Линии равного напряжения магнитного поля – изодинамы.

В распределении элементов земного магнетизма наблюдаются отклонения от их средних значений. Их называют магнитными аномалиями. С учетом размера аномалии подразделяют на региональные и местные. Региональные распространены на огромных площадях. Причины их распространения полностью не выяснены. Примером может служить Западно - Сибирская аномалия. Образование местных аномалий, связано с залежами магнитных и железистых кварцитов. Крупнейшей в мире аномалией является Курская. Напряжение магнитного поля ее в пять раз превышает среднее.

Изучение магнитных аномалий имеет большое практическое значение. Магнитная съемка в настоящее время широко применяется для поисков и разведки магнитных руд, бокситов, полиметаллических сульфидных руд, содержащих ферромагнитные минералы.

Элементы земного магнетизма: склонение, наклонение, напряженность – из года в год меняются. Эти вариации земного магнетизма носят названия вековых вариаций, причем, в этих изменениях проявляется некоторая закономерность . причинами вариаций могут быть годичная периодичность, смена дня и ночи, приливы в атмосфере и ряд других, еще не вполне выясненных. 11- летние вариации связаны с периодическим изменением солнечной активности. Резкие и сильные, но кратковременные возмущения магнитного поля называют магнитными бурями. Они вызваны действием солнечного ветра в период вспышек на Солнце. Бури вызывают резкие отклонения магнитной стрелки, нарушают работу радиостанций.

Под воздействием солнечного ветра, который, наталкиваясь на препятствие в виде магнитного опля Земли, отекает его, формируется несимметричная форма магнитосферы. Чем сильнее солнечный ветер, тем больше отжимается магнитосфера к земной поверхности с дневной стороны и наоборот. На противоположной стороне Земли магнитные силовые линии вытягиваются параллельно друг другу, образуя длинный хвост магнитосферы.

С магнитными бурями связаны полярные сияния в высоких широтах, которые вызваны попаданием в атмосферу заряженных частиц, излучаемых Солнцем.

Магнитное поле Земли простирается до высоты 90 тыс. км, где утрачивается способность притягивать заряженные частицы. С захватом магнитным полем заряженных частиц (электронов и протонов) связано наличие радиационного пояса ( или двух радиационных поясов) Земли, обнаруженного при запуске ИЗС и космических кораблей. Главная особенность радиационного пояса – ионизация, обусловленная действием космических лучей. Во время магнитных бурь радиационный пояс подвергается особенно резким изменениям.

Гипотезы, объясняющие образование магнитного поля Земли, разнообразны. Широким признанием пользуется теория происхождения земного магнетизма Эльзасера – Френкеля (1956), согласно которой жидкое ядро вращающейся Земли действует как «самовозбуждающаяся динамомашина».

Влияние магнитного поля на природные явления географической оболочки очень велико. Магнитосфера выполняет защитную роль, предохраняя оболочку от воздействия солнечного ветра, проникновения в нижние слои атмосферы электронов и протонов высоких энергий.

Вариаций геомагнитного поля оказывают существенное влияние на погодные условия. Так, с возмущением магнитного поля связано увеличение холодных зим и сильных засух в европейской части России и Западной Сибири. Климатические колебания, изменения стока рек хорошо согласуются с 11 – летними вариациями геомагнитного поля.

Одним из первых применений на практике земного магнетизма явился компас. С древних времен он служил для определения положения судна в открытом море, когда не видно берегов и нет ориентиров. В настоящее время на морских судах вместо магнитных компасов устанавливают гироскопические компасы (гироскопы), в авиации применяют гиромагнитные компасы, которые состоят из гироскопа и магнитного компаса, действующих совместно.

Внешние оболочки Земли - литосфера, гидросфера, атмосфера формировались одновременно и всегда были тесно взаимосвязаны посредством обмена веществом и энергией, в результате чего сформировалась ГО. Прежде, чем приступить к ее характеристике, необходимо рассмотреть основные особенности ее составляющих – литосферы, гидросферы, атмосферы.