ЮЛ.Мельчаков
Лекции по общему землеведению
Екатеринбург 2011
Мельчаков ЮЛ . Лекции по общему землеведению.
Екатеринбург, 2011.
В пособии освещены некоторые важные вопросы курса «Общее землеведение». Адресовано студентам г еографобиологического факультета УрГПУ, а также всем инте ресующимся актуальными естественно-научными про блемами.
1. Земля во Вселенной
Раздел включает несколько вопросов1, из которых рассмот рим два особенно важных для географов: «Форма и размеры Зем ли» и «Движения Земли».
Форма и размеры Земли
Вопрос о форме Земли отнюдь не так прост, как это может показаться неискушенному читателю. Правильные представления о форме Земли были получены в итоге многовековых исследова ний. В древности даже культурные народы имели фантастические представления о форме нашей планеты (диск, окруженный рекой, лепешка, покоящаяся на трех китах и т.д.). Представление о пло ской форме легко объяснимо: где бы люди не находились, они ви дели землю в виде плоского круга (как, впрочем, и в настоящее время). Затем жители прибрежных районов заметили, что круг не
1 Рамки данного пособия не позволяют даже упомянуть очень много интерес нейших вопросов. Например, одним из важных открытий последних лет являет ся нахождения конца пути солнечного ветра (истечения плазмы солнечной ко роны в межпланетное пространство) или границы гелиосферы. Для достижения этой цели «Вояджеру-2» потребовалось 34 года. Другой пример: изучение со става кометы Темпеля-1. Космический аппарат НАСА Stardust передал на Зем лю снимки кометы Темпеля-1, пролетев 15 февраля 2011 года на расстоянии всего 181 километр от неё Для кометы Темпеля-1 это было уже второе «сви дание» с аппаратами Земли: в июле 2005 года зонд Deep Impact пролетел рядом с кометой и отправил в её ядро медный ударник весом 370 килограммов. Анали зируя возникшее после удара облако осколков, исследователи изучают состав кометы - кусок первичного вещества солнечной системы. Сам пылевой выброс состоял, главным образом, из водяного льда (~ 5 миллионов тонн) и пыли (10-15 миллионов тонн). Однако самое интересное состоит в том, что среди этих впол не обычных веществ было обнаружено неожиданно большое количество орга нических молекул и в частности - метилцианида (нитрила уксусной кислоты, CH3C N ).
3
плоский, а выпуклый: при удалении корабля или лодки с мачтой в последнюю очередь исчезала из виду их верхняя часть.
Идея шарообразности Земли впервые была высказана древ негреческими учеными Парменидом и Пифагором, причем первый пришел к этой мысли на основе философских рассуждений, а вто рой - на основе математических заключений. Аристотель же при вел первое фактическое доказательство шарообразности планеты: лунные затмения. По Аристотелю, тень от Земли во время лунных затмений всегда круглая, а круглую тень могут дать только шаро образные предметы. Справедливости ради заметим, что круглая тень может быть вызвана и круглым, но плоским предметом; но если это плоское тело вращается, то тень нс будет всегда круглой (попробуйте поэкспериментировать с подручными средствами). Отказывать великому ученому в такой простой мысли нет основа ний, следовательно, Аристотель в своих логических построениях исходил из факта вращающейся планеты. Однако в известных нам литературных источниках таких сведений нет.
Геродоту была неизвестна идея шарообразности Земли, по этому он не поверил рассказу прославленных мореплавателейфиникийцев, которые, следуя мимо южной оконечности Африки с востока на запад, видели в полдень Солнце на севере, т.е. справа от корабля.
В настоящее время даже школьнику известны и другие дока зательства шарообразности Земли: повсеместно круговая форма открытого горизонта, увеличение дальности видимого горизонта с высотой и постоянство этих расстояний, изменение высоты звезд и в частности Солнца над горизонтом по меридиану и, наконец, воз можно самое убедительное, фотографирование Земли из космоса. В литературе и школьной практике часто приводятся и кругосвет ные путешествия как доказательство шарообразности Земли, но последние доказывают лишь единство Мирового океана.
Правильное представление о форме Земли явилось необхо димым условием решения задачи об ее размерах. Древнегреческий ученый Эратосфен в III в. до н.э. поразительно точно для того вре
4
мени определил длину окружности и радиус. Интересно, что толч ком для размышления Эратосфена стал случайно услышанный им очень эмоциональный спор двух торговцев на базаре: один утвер ждал, что Солнце может отразиться на дне глубокого колодца, и он такое сам наблюдал, а второй считал подобное невозможным (любопытно узнать, кого из спорщиков поддержали бы Вы).
Согласно господствующим в исторической науке представ лениям, в период средневековья достижения древнегреческой нау ки были во многом забыты. Вновь учение о шарообразности вос торжествовало в период Ренессанса. Доказанным фактом является то, что одной из предпосылок Великих географических открытий была идея шарообразности планеты: размышляя о форме планеты, X. Колумб поверил в то, что в восточную Азию можно попасть за падным путем (хотя в литературных источниках можно найти и то, что Колумб читал о фигуре Земли в форме груши, но это принци пиально ничего не меняет).
Во второй половине XVII в. были высказаны сомнения в том, что Земля является правильным шаром. Поводом послужило сле дующее обстоятельство: из Парижа в Кайенну (город в Ю.Америке, вблизи экватора) перевезли точные астрономические часы, которые там стали отставать на 2,5 мин. в сутки. Замедлен ное качание маятника свидетельствует об уменьшении силы тяже сти. И. Ньютон предположил, что планета сплюснута с полюсов. Однако французские ученые замедление хода часов объяснили вы сокими температурами на экваторе, что явилось основанием для Ньютона высмеять «континентальных» коллег. Для решения во проса о форме Земли Парижской Академией Наук были организо ваны две экспедиции: на север и на юг. «Северная» экспедиция измерила в Лапландии вблизи полярного круга длину дуги мери диана в 1 градус, а другая сделала то же самое в Перу. Очень инте ресный научно-популярный фильм об экспедиции молодых фран цузских ученых в Южную Америку при определенном упорстве можно найти в Интернете. Не будет преувеличением утверждать, что ученые совершили настоящий научный подвиг, причем жизнь
5
их не раз подвергалась смертельной опасности (хотя, справедливо сти ради, отметим, что не всегда риск был обусловлен решением сугубо научных задач). Главный результат двух экспедиций - бы ло доказано, что длина градуса меридиана увеличивается от эква тора к полюсам, что неопровержимо доказывает сплюснутость Земли с полюсов.
Здесь же отметим немаловажный факт эволюции Земли. Превращение из шара в эллипсоид шло до тех пор, пока центро бежная сила не была скомпенсирована силой тяжести. Не зная это го, можно строить неверные предположения о дальнейшей эволю ции формы Земли.
В конце XIX в. было установлено, что Земля имеет более сложную форму - геоида. Геоид - тело, ог раниченное главной уровенной поверхностью, т.е. поверхностью океанов и морей в спокойном состоянии, мысленно продолженной под материками.
Таким образом, взгляды на форму Земли изменялись сле дующим образом: плоское тело - выпуклое тело - шар - сфероид (сплюснутый у полюсов шар) - геоид.
Выделяют два важнейших географических следствия фигуры Земли. 1. Наличие дня и ночи. 2. На шарообразную поверхность в зависимости от широты места солнечные лучи надают под разны ми углами, следовательно, тепло распределяется неравномерно, а это в конечном счете определяет зональность земных процессов, а также компонентов и ландшафтов.
Размеры Земли также имеют важное значение. 1. Именно размеры ограничивают распространение органической жизни и оказывают влияние на ее плотность, что исключительно важно в частности для человеческой популяции. 2. Размеры планеты во многом определяют ее массу. Масса планеты, несущей жизнь, не может выходить за определенные пределы. Небесные тела сущест венно более легкие, чем Земля, не обладают достаточной гравита ционной энергией для удержания около себя атмосферы, масса же больших планет создает атмосферу слишком высокой плотности. Рассмотренное следствие выходит за рамки чисто географических
6