Земля: форма, размеры, изображение на картах

С обострением конфликта человечества со средой обитания становится всё более ясным, что проблема взаимоотношений человека и природы не может быть решена без понимания Земли как системы многообразных связей и взаимодействий. Единая наука о Земле органично объединяющая географию, геологию, геофизику, геохимию, планетологию, экологию, должна занять центральное положение в современном естествознании. Название этой науки предложено ещё в конце XIX в. Геономия – наука о Земле как целостной системе. Меня очень давно заинтересовала такая наука как геодезия, а она связана с геономией. Я считаю, что Земля является одной из ближайших к геодезии тем, в географии. Изучив данный материал, не только я, но и многие другие, будут знать общую картину о Земле.

Форма и строение Земли.

Первая приведённая выше фраза представляет собой удивительный скачок человеческого воображения. Она заменила вселенную хаоса вселенной порядка. Вселенная – судьба человечества – перестала быть счастливой причудой неисчислимого множества известных неизвестных богов, но оказалась сотворена в стремлении к одной всеобъемлющей цели, которой подчинены светила, справедливым (хотя иногда и мстительным) Богом. Как следует из этой фразы, Солнце поднимается рано утром и приносит свет и тепло, необходимые для жизни человека, не потому, что бог Шамаш любит ездить на своей колеснице по небу, но потому, что Солнце было создано Господом в незапамятные времена для того, чтобы светить нам днём. Оно существует именно для этой цели и будет появляться всегда. Оказалось уже не надо волноваться каждую ночь, не раздумает ли шаман выехать утром. Не надо вырезать птичьи желудки или сердца дев и приносить их на алтари, чтобы Ушас ниспослала заход Солнца, Энки послал рыбу на завтрак, а Иммер напоил поле дождём. Во Вселенной есть порядок, дисциплина, цель, как и у нас. Первая фраза легла в основу представлений о Вселенной, доступной пониманию, и стала фундаментом системы моральных или религиозных ценностей, сохранившихся тысячелетия, которые, хотя на практике и часто нарушаются, но, тем не менее, служат подкладкой ткани нашей цивилизации.

Вторая фраза ещё более удивительна. Эта формулировка стала возможной лишь во вторую половину нашего века: как это не удивительно, теперь мы можем сказать нечто определённое о сотворении нашего мира. Мы определённо знаем, что Земля родилась далеко не сразу; в действительности прошло много миллиардов лет между началом вселенной и рождением Земли. Множество звёзд сгорело и кануло в небытие задолго до того, как, выражаясь символически, взгляд создателя упал на Землю,

Которая была тогда сгустком пыли.

Сведения об этом пришли из разных областей знания – из ядерной физики, геологии, а также астрономии. Все эти сведения объединяются в единое целое, так что для сомнений не остаётся разумных оснований.

2. 2. Земля - планета солнечной системы.

Земля в Солнечной системе. Планета Земля - одна из планет Солнечной системы. Кроме Земли, вокруг Солнца обращаются восемь больших планет со спутниками, тысячи астероидов (малых планет), имеющих в поперечнике от 1 до 1000 км, менее крупные тела – метеориты, облака космической пыли.

Земля находится на расстоянии в среднем 150 млн. км. , от Солнца. Ближайшая к Солнцу планета – Меркурий в 2,5 раза ближе к нему, чем Земля, а самая удалённая – Плутон в 40 раз дальше от него.

Вместе с Меркурием, Венерой и Марсом Земля входит во внутреннюю (земную) группу планет, резко отличающихся от планет внешней группы – планет-гигантов: Юпитера, Сатурна, Урана, Нептуна. Эти планеты представляют собой огромные шарообразные тела, состоящие почти полностью из водорода и гелия. Значительно меньшие по размерам планеты внутренней группы имеют высокую плотность и твёрдую поверхность. Их газовые оболочки (атмосферы) различны по составу и по мощности. У Меркурия атмосферы вообще нет. Среди планет внутренней группы нет двух совершенно одинаковых, несмотря на общие черты. Особо выделяется Земля, на которой развилась жизнь.

Открытый позже других планет (в 1930 г. ) Плутон не может быть отнесён не к одной из групп. У шести из десяти планет Солнечной системы есть спутники. Всего их открыто уже более 50. Луна занимает пятое место среди всех спутников по величине и первое – по отношению массы к массе планеты. Её масса только в 81,3 раза меньше массы Земли, тогда как у других спутников это отношение не составляет и тысячной доли. Близость массивного спутника оказывает на землю большое влияние, проявляющееся, например, в приливно-отливных движениях, охватывающих всю Землю от ядра до поверхности.

Знания о планетах и других телах Солнечной системы необходимы для понимания истории Земли, процессов, происходивших и происходящих внутри планеты и на её поверхности.

1). Земля – «младшая сестра Солнца»

Первая по-настоящему серьёзная с научной точки зрения попытка воссоздать картину того, как произошла и развивалась Солнечная система, была сделана французским математиком Пьером Лапласом и немецким философом Иммануилом Кантом в конце XVIII в. Они полагали, что Солнечная система существовала не вечно. Её прародительницей была газовая туманность, имеющая форму сплюснутого шара и медленно вращающаяся вокруг плотного ядра в центре. Основная часть этой туманности сосредоточилась в центре и стала Солнцем. Таким образом, если применить к небесным телам степени родства, по гипотезе Канта – Лапласа, Земля является «младшей сестрой Солнца».

2). Земля – «племянница Солнца».

Несколько иначе представлял себе развитие Солнечной системы советский геофизик Отто Шмидт. В 20-х гг. он предложил следующую гипотезу: Солнце, путешествуя по нашей Галактике, прошло сквозь газопылевое облако и увлекло часть его за собой. Вещество первоначальной туманности вокруг раскаленного газового ядра системы не было горячим. Разогревание их произошло позже в результате сжатия и поступления солнечной энергии. Землю, согласно этой гипотезе, можно считать «попавшей в плен» к Солнцу.

3). Земля – «дочь Солнца».

Далеко не все приняли эволюционный сценарий происхождения планет вокруг Солнца. В XVIII в. Французский естествоиспытатель Жорж Бюффон высказал предположение, развитое в последствии американскими физиками Чемберленом и Мультоном, что некогда в окрестностях Солнца, тогда ещё одинокого, пронеслась другая звезда. Её притяжение вызвало на Солнце огромную приливную волну, вытянувшуюся в пространство на сотни миллионов километров. Оторвавшись, этот «язык» солнечного вещества стал закручиваться вокруг Солнца и распадаться на капли, каждая из которых сформировала планету. В этом случае Землю можно было бы считать «дочерью Солнца».

4). Земля – «племянница Солнца».

Ещё одну гипотезу предложил английский астрофизик Фред Хойл в середине ХХ в. Согласно ей, у Солнца была звезда-близнец, которая взорвалась как сверхновая. Большая часть осколков унеслась в космическое пространство, меньшая – осталась на орбите Солнца и образовала планетные системы (т. е. планеты со спутниками). По этому сценарию Земля приходится Солнцу «племянницей».

Занимая среднее положение в ряду планет по размеру и массе, Земля в тоже время оказалась уникальной как прибежище для будущей жизни. «Освободившись» от части сверхлетучих газов (к таковым относятся водород и гелий), она удержала остальные ровно настолько, чтобы создать воздушный экран, способный защитить обитателей планеты от смертоносных космических излучений и бесчисленных метеоритов, ежесекундно сгорающих в верхних слоях атмосферы. В то же время атмосфера не настолько плотна, чтобы полностью заслонить Землю от живительных лучей Солнца.

Воздушную оболочку Земли образовали газы, поступающие из её недр во время вулканических извержений. Таково же происхождение всех вод: океанов, рек, ледников, которые тоже когда-то были заключены в земной тверди.

Планета Земля.

Земля – самая крупная из внутренних планет и самая массивная. Разница в размерах и массах Земли и Венеры невелика (отношение масс – 1:0,82), но Марс уже на много меньше, а Меркурий скорее сравним с Луной, чем с Землёй.

При сравнении Земли с соседними планетами отмечаются как общи характерные особенности, так и различия. Разумеется, от других планет Землю отличает наличие богатой кислородом атмосферы и температура, делающая возможным существование жизни в том виде, в каком мы понимаем это слово. Если бы Земля находилась чуть ближе к Солнцу или чуть дальше от него, жизнь на ней не смогла бы развиваться.

Движение Земли. Земля обращается вокруг Солнца (орбитальное движение) почти по круговой орбите, проходя её за год. При этом в январе она оказывается несколько ближе к Солнцу, чем в июле. Незначительное, казалось бы, изменение расстояния до Солнца влияет на скорость вращения Земли: чем дальше от Солнца, тем меньше скорость. Поэтому в северном полушарии зима короче лета, а в южном, наоборот, короче лето.

Обращаясь вокруг Солнца, Земля одновременно вращается вокруг мнимой оси (осевое движение) с запада на восток (в том же направлении, в каком перемещается по орбите), совершая полный оборот за сутки. Ось вращения постоянно наклонена к плоскости орбиты на 66,5 градусов. Главные следствия орбитального и осевого движения Земли - смена дня и ночи и смена времён года.

Смена дня и ночи и смена времён года. Смена дня и ночи происходит на земле непрерывно. Но только два раза в год – в дни весеннего и осеннего равноденствий (21 марта,23 сентября) их продолжительность на всех широтах одинакова – 12 часов. В эти дни Солнце находится в зените над экватором. Светораздельная линия, делящая поверхность Земли на освещённую и не освещённую половины, проходит через полюса, совпадая с направлением меридианов. Северное и южное полушарие получает одинаковое количество тепла. Наибольшее его количество поступает на экватор, где угол падения лучей в это время 90 градусов. От экватора к полюсам этот угол уменьшается до 0. Соответственно уменьшается и количество солнечного тепла.

Самый длинный день и самая короткая ночь – в дни летнего солнцестояния: в северном полушарии 22 июня, в южном – 22 декабря. 22 июня земная ось наклонена в сторону Солнца северным концом. Солнечные лучи попадают отвесно на северный тропик (23. 5 градуса с. ш. ). Светораздельная линия проходит так, что большая часть северного полушария освещена и на всех широтах в этом полушарии день длиннее ночи. К северу от Северного полярного круга (66,5 гр. с. ш. ) – полярный день продолжается от 24 часов на полярном круге до полугода – на Северном полюсе. В Южном полушарии 22 июня на всех широтах день короче ночи, а южнее Южного полярного круга (66,5 гр. ю. ш. ) – полярная ночь. Северное полушарие получает в это время больше тепла, чем южное. Соответственно в северном полушарии – лето, а в южном – зима.

После 22 июня, вследствие перемещения Земли по орбите, в северном полушарии высота Солнца постепенно уменьшается, дни становятся короче, а ночи длиннее. В Южном полушарии, наоборот, Солнце поднимается всё выше, дни удлиняются, ночи становятся короче. 22 сентября – день равноденствия, после которого южное полушарие получает всё больше солнечного тепла (там – весеннее равноденствие), а северное всё меньше (здесь – осеннее равноденствие). 22 декабря – день солнце стояния, когда максимальное количество тепла – в южном полушарии. В это время там лето, в северном полушарии зима.

На экваторе день всегда равен ночи. Угол падения солнечных лучей на поверхность (высота Солнца) и длина дня изменяются там, в течение года очень мало, поэтому смена времён года не выражена. На полюсах, где полгода день и полгода ночь, времён года и смена дня и ночи, в общем, совпадают. Смена дня и ночи и смена времён года обуславливают суточные и годовые ритмы в природе.

2. 3. Строение Земли.

Возраст Земли, как и всей Солнечной системы, около 5 млрд. лет. Её современное строение – результат всей истории формирования планеты. Первоначально Земля, образовавшаяся из протопланетного облака, была холодной. Выделение тепла при сжатии и при радиоактивном распаде привело к разогреванию вещества. При его разделении более тяжёлые компоненты опускались к центру планеты, легкие поднимались к поверхности. В результате Земля состоит из ядра, мощной внутренней оболочки – мантии и тонких наружных оболочек: земной коры, гидросферы и атмосферы.

Земное ядро радиусом 3500 км состоит (предположительно) из железа с примесью более лёгких элементов. Внешний слой ядра находится в жидком, расплавленном состоянии. Внутреннее ядро радиусом 1250 км твёрдое. Движение вещества во внешнем слое ядра – причина существования магнитного поля Земли (магнитосферы), надёжно предохраняющего всё живое на поверхности Земли от губительного воздействия заряженных космических частиц.

Мантия имеет мощность 2900 км, объём составляет 83% объёма планеты. Несмотря на высокую температуру (выше 2000 градусов), вещество мантии вследствие огромного давления находится в твёрдом кристаллическом состоянии. В верхней мантии, всего на глубине 50 – 70 км под океанами и более 100 км под материками, обнаружен размягчённый, пластичный слой мантии – астеносфера (слабая сфера). Толщина астеносферы – 200 – 250 км. Над ним – менее горячий, жёсткий, хрупкий слой мантии и земная кора, образующие вместе литосферу. Вещество астеносферы, проникающая в земную кору и изливающееся на поверхность, называется магмой (густая мазь).

Земная кора – твёрдая, слоистая внешняя оболочка Земли мощностью от 5 км под океаном до 70 км под горными сооружениями материков. По массе земная кора состоит на 90% из восьми химических элементов: кислорода, кремния, алюминия, железа, кальция, калия, натрия и магния.

Недра Земли – это загадочный и гораздо более доступный мир, чем окружающее нас космическое пространство. Самая глубокая шахта достигает приблизительно 4 км, наиболее глубокая скважина – чуть более 11 км. Земля отнюдь не представляет собой однородный монолит. Известно, что недра её нагреты до температур в несколько тысяч градусов и по большей части находятся в расплавленном состоянии или в близком к нему вязкопластичном. Земля в значительной степени не каменная, а металлическая планета: её массивное ядро на 98% состоит из железоникелевого сплава. К этому выводу пришли геофизики на основании изучения сейсмических волн, которые проходят через тело планеты после сильных землетрясений. Косвенное подтверждение тому дают метеориты: количественное соотношение между каменными и железными метеоритами примерно равно соотношению между прочими оболочками Земли (чей состав близок к каминному материалу) и ядром.

2. 4. Форма Земли.

Форма и размеры Земли. Земля, как и другие планеты, имеет шарообразную форму. В результате вращения вокруг оси она слабо приплюснута у полюсов. Если Землю принять за шар, то её радиус равен 6371 км. В действительности полярная полуось равна 6356 км, а экваториальная 6379 км. Длина экватора составляет 40000 км.

Пренебрегая локальными неровностями типа гор и долин, можно считать Землю сфероидом, полярный диаметр которого примерно на 1/300 меньше, чем экваториальный. Для оценки величины момента сил можно представить Землю в виде сферы (для которой момент внешних сил равен нулю), окруженной тонким экваториальным выступом, состоящим из вещества, «изъятого» с полюсов. Рассчитать момент сил, действующих на кольцо экваториального выступа со стороны Луны и Солнца, не составляет особого труда. Однако выясняется, что вычисленное значение момента сил дает скорость процессии, в три раза меньшую, чем следует из наблюдений. Причину расхождения нетрудно понять из приведенного здесь рисунка: при оценки момента сил мы должны учитывать не только избыток массы на экваторе, но и ее дефицит на полюсах. Полярные шапки «отрицательной массы» дают вклад в момент внешних сил в два раза больший, чем экваториальный выступ.

Сколько до центра Земли?

Измерение Земли очень сложно, у разных ученых получаются разные результаты; в России применяется эллипсоид, вычисленный в 1940 г. Феодосием Николаевичем Красовским. Малая полуось эллипсоида Красовского (расстояние от центра до полюса) R = 6 356 853 м, большая полуось (от центра до экватора) R = 6 378 245 м.

Поверхность эллипсоида Красовского не более чем на первые десятки метров отстоит от уровня океана, форму которого принимают за истинную форму Земли.

2. 5. Изображение Земли на планах и картах.

На Протяжении всей истории человечества одной из форм сбора, анализа и передачи информации была карта. Древнейшие из известных карт относятся к 3000 г. до н. э. : они выцарапаны на вавилонских глиняных табличках и, подобно многим сохранившимся древним картам, изображают лишь отдельные участки суши. Первые попытки создать карту мира были вызваны развитием древнегреческой философии в V в. до н. э. К сожалению, эти попытки больше опирались на философские теории, чем на географические знания.

Современная топографическая съемка.

На небольшие участки суши обычно составляются планы местности, но при современном картографировании более значительных площадей не обойтись без геодезии, учитывающей кривизну поверхности Земли. Сущность картографического процесса – определение с помощью различных инструментов и приборов местоположения, высоты и размеров форм земной поверхности. Для измерения расстояний применяются стальные мерные ленты, цепи и портативные радары или радиопередатчики; для измерения углов служат теодолиты.

Новая карта Земли.

Даже если мысленно убрать с поверхности Земли все горы и засыпать все глубоководные впадины, наша планета все равно не примет идеальную форму, то есть форму шара. Земля будет изобиловать мелкими «вмятинами» и «шишками». Их высота или глубина может достигать 200 м. Однако протяженность делает их незаметными для нас. Лишь спутниковые наблюдения помогли составить карту подобных аномалий. Кстати, ни один из многих тысяч спутников, выведенных на околоземную орбиту, не двигался по идеальной эллиптической траектории, отвечающей законам небесной механики. Ведь аномалии рельефа Земли вызывают изменения её гравитационного поля, а эти изменения сказываются и в околоземном пространстве. Пролетая над аномальной зоной, спутник отклоняется от расчетной траектории.

Заключение.

Проведя исследовательскую работу, я пришла к следующим выводам.

Земля, третья от Солнца планета Солнечной системы, обращаются вокруг него по эллиптической орбите (близкой к круговой) со средней скоростью 29,765 км/с на среднем расстоянии 149,6 млн. км за период, равный 365,24 средних солнечных суток. Имеет спутник – Луну, обращающуюся вокруг Земли на среднем расстоянии 384 400 км. Форма Земли – геоид, приближенно – трехосный эллипсоид, сфероид.

По современным космогоническим представлениям, Земля образовалась около 4,7 млрд. лет назад из рассеянного в протосолнечной системе газово-пылевого вещества.

Земля как средство производства, относится к числу невоспроизводимых. В сельском и лесном хозяйствах земля – главное средство производства. Сведения о природном, хозяйственном и правовом положении земель систематизируются земельном кадастре. Различия в плодородии и местоположении земельных участков создают основу для образования дифференцированной ренты.