big-archive.ru

Большой информационный архив

                       

Суточное вращение Земли вокруг оси

Земля, вращаясь вокруг оси, совершает полный оборот за 23 час 56 мин 4 сек. Это вращение обусловливает смену дня и ночи.

В результате смены дня и ночи возникает суточный ритм процессов в географической оболочке (суточный ход температуры почвы

Возникновение отклоняющей силы вращения Земли

и воздуха, жизненных процессов и т. д.). Если бы не было суточного вращения Земли, то одна сторона ее непрерывно нагревалась бы, а другая охлаждалась, и это отразилось бы на всех природных процессах земной поверхности.

Весьма существенны механические следствия вращения Земли. Проявляется действие так называемой отклоняющей силы вращения Земли, возникает переменная приливообразующая сила, происходит деформация фигуры Земли.

Отклоняющая сила вращения Земли, или сила Кориолиса проявляется в том, что все движущиеся по земной поверхности или параллельно ей тела отклоняются от своего первоначального направления в северном полушарии вправо, а в южном полушарии влево. Действие силы Кориолиса основано на законе инерции, по которому каждое тело стремится сохранить направление и скорость своего движения. Это и происходит, если рассматривать движение тела относительно мировых координат. Координата же земной поверхности при суточном вращении Земли (широта и долгота) перемещаются в мировом пространстве, что и вызывает кажущееся отклонение направления движущегося тела (рис. 1). Как видно из рисунка, точка А поверхности через какой-то промежуток времени переместилась в точку Б. Направление движения тела АВ переместилось по инерции параллельно и стало БГ. Направление же меридиана (полуденной линии) изменилось с АВ на БВ. Следовательно, в действительности изменилось направление меридиана в мировом пространстве.

Сила Кориолиса выражается формулой

где ώ — угловая скорость вращения Земли, v — скорость движущегося тела и φ — широта. Из формулы видно, что сила Кориолиса

Возникновение центробежной силы вследствие вращения Земли вокруг центра масс системы Земля - Луна

пропорциональна v и φ. На экваторе она равна нулю, на полюсе достигает максимума.

Сила Кориолиса оказывает действие на движение воздуха и воды и поэтому имеет большое значение в жизни атмосферы и гидросферы (см. гл. II и III).

Приливообразующая сила и ее роль в движении Земли. Между небесными телами солнечной системы действуют две взаимно противоположные механические силы: сила притяжения и центробежная сила. Если рассматривать изолированную систему Земля — Луна, то сила притяжения, существующая между ними, направлена к их центрам тяжести, а величина ее определяется из закона всемирного тяготения Ньютона. Центробежная сила направлена в противоположную сторону. Последняя возникает в связи с вращением системы Земля — Луна вокруг общего центра тяжести. Так как масса Земли в 81,5 раз больше массы Луны, то центр тяжести расположен внутри Земли на расстоянии 0,73 земного радиуса от ее центра. Величина центробежной силы и ее направление в любой точке Земли равны и параллельны друг другу. Это видно на рис. 2, где дуги ОО1, АА1, ВВ1 и другие равны и параллельны между собой, а следовательно, должны быть равны и параллельны силы, вызывающие вращение системы.

Напротив, величина и направление силы тяжести, вызванные Луной, в разных точках Земли будут не одинаковы, что следует из закона всемирного тяготения (рис. 3). Сложение центробежной силы и силы тяжести дает равнодействующую, которая называется приливообразующей силой.

Из рис. 3 видно, что приливообразующие силы в точках Z и N (там, где Луна в зените и в надире) направлены от центра Земли, а в точках А и В — к центру Земли. Приливообразующие силы смещают частицы от точек А и В в сторону точек Z и N и создают два приливных выступа и две отливные впадины.

В результате суточного вращения Земли приливные выступы перемещаются вслед за видимым движением Луны. Приливная волна обходит Землю и в каждом месте прилив и отлив периодически меняют друг друга. За 6 час Земля совершает четверть оборота и в том месте, где сейчас прилив, через 6 час должен быть отлив и т. д. Но так как Луна перемещается в ту же сторону, в которую вращается Земля, лунные сутки оказываются длиннее солнечных на 50 мин. и промежуток времени между последовательными приливом и отливом равен 6 час 12 мин 30 сек.

Сложение центробежной силы и силы тяготения к Луне

Одновременно с лунными приливами существуют солнечные приливы с полным периодом 24 час. Солнце имеет массу в 30 млн. раз больше, чем масса Луны, но оно в 390 раз дальше от Земли. Поэтому приливообразующая сила Солнца в 2,17 раза меньше приливообразующей силы Луны. Лунные и солнечные приливообразующие силы могут складываться или вычитаться в зависимости от взаимоположения Солнца, Земли и Луны, что вызывает неравенство приливов.

Приливы возникают во всей толще Земли. Поверхностные слои опускаются, поднимаются и наклоняются. На экваторе размах колебаний поверхности достигает 55 см, на полюсах близок к нулю. Изучение твердых приливов очень важно для суждения о внутреннем строении Земли. Приливы в атмосфере обнаруживаются в периодических изменениях атмосферного давления, максимальная амплитуда которого у экватора достигает 1,25 мб. Наибольшие приливы, достигающие величины нескольких метров, а в исключительных случаях до 20 м, наблюдаются в гидросфере (см. гл. III).

Притяжение Луны, вызывая прилив, тормозит вращение Земли. В связи с этим угловая скорость вращения Земли уменьшается и земные сутки удлиняются на 0,001 сек за 100 лет. Механическая сила торможения вращения Земли превращается в тепловую энергию, влияющую на нагревание Земли.

Деформация фигуры Земли. Линейная скорость вращения Земли вокруг оси изменяется с широтой. На экваторе она равна 464 м/сек, на широте φ скорость равна 464 cosφ. Различие скорости вращения на разных широтах вызывает неравномерное значение механического напряжения в разных зонах земной коры, которое разряжается путем образования хребтов и впадин, вытянутых вдоль параллелей.

Вращение Земли вокруг оси вызвало ее полярное сжатие. Но скорость вращения уменьшалась под влиянием приливного трения. По мере уменьшения скорости вращения Земля приобретала все более шаровидную форму. Экваториальная выпуклость уменьшалась, полярная увеличивалась. Происходило перемещение вещества от экватора к полюсу, которое вызывало концентрацию напряжения на так называемых критических параллелях. К ним относятся экватор и параллели ±35°, ±61—62°. На экваторе происходило наибольшее понижение, что соответствует большому развитию там океанических пространств и низменностей. На параллелях ±35° происходила смена опускания поднятием, что вызвало разломы и образование широтного пояса гор и впадин северного полушария. На параллелях ±61—62° (±700) происходило наибольшее поднятие, что вызвало широкое континентальное развитие Азии, Северной Америки и Антарктиды (Г. Н. Каттерфельд, 1958). Не полное проявление такой закономерности в южном полушарии, очевидно, связано с явлением асимметрии, происхождение которой не вполне ясно, но в какой-то степени зависит от гравитационного поля Галактики.

 

Предыдущая глава ::: К содержанию ::: Следующая глава

 

                       

  Рейтинг@Mail.ru    

Внимание! При копировании материалов ссылка на авторов книги обязательна.