Масса и объем земли


Вспомните! Как доказать, что Земля шарообразна? Как развивались знания о форме Земли в процессе её истории? Какие учёные внесли вклад в изучение формы нашей планеты? Почему Земля – планета? Что изменилось бы на Земле, если бы она была плоской, расположилась дальше или ближе от Солнца? На эти и другие вопросы нам поможет ответить тема урока: «Размеры и форма Земли».

 

Есть несколько типов космических тел: звёзды, планеты, астероиды, кометы. По всем признакам Земля – планета, она не раскалённое космическое тело, вращается вокруг звезды по эллиптической орбите и т.д. Как и другие планеты, она имеет шарообразную форму. Диаметр Земли приблизительно равен 12 750 км. Но так как мы, находясь на Земле, не можем видеть её полностью, а замечаем только её часть, то поверхность кажется нам плоским кругом, ограниченным горизонтом. Поэтому многим древним народам Земля виделась плоской. Размеры и форма Земли изучались многие столетия.


Какой видели Землю древние индийцы фото
Представление о форме Земли Древних индийцев

Как изменялись представления о форме Земли?

В Древней Греции в IX-VIII вв. до н. э. (время Гомера) Землю стали представлять выпуклой полусферой, похожей на щит воина. Греки считали, что сушу со всех сторон омывает океан.

Форма Земли по Гомеру фото
Представление о Земле и Вселенной во времена Гомера

Пифагор и его ученики (VI в. до н. э.) провозгласили Землю шаром. Считается, что Пифагор заимствовал эти знания у египетских жрецов, которые в отличие от философов Древней Греции скрывали свои открытия. Но он не смог доказать своей гипотезы. Первые доказательства шарообразности Земли привёл Аристотель (IV в. до н. э.). Одни из них абсолютно верны, другие ошибочны. Об этом мы поговорим позже. Аристотель доказывал, что Земля – шар следующими результатами наблюдений:


  • во время лунных затмений, каким бы боком не была повёрнута Земля, тень от неё на поверхности Луны всегда круглая, а ведь только шар может отбрасывать всегда круглую тень;
  • корабли, уплывая вдаль, не постепенно удаляются, оставаясь видимыми полностью, а почти мгновенно «тонут» за линией горизонта;
  • при поднятии горизонт расширяется;
  • при движении по меридиану видимые звёзды на небе меняются: некоторые звёзды можно увидеть из одних районов Земли, а в других они не видны никогда.
Доказательства шарообразности Земли по Аристотелю фото
Доказательства шарообразности Земли по Аристотелю

Со временем представления о шарообразности Земли стали основываться не на наблюдениях, а на точных расчетах. Впервые высчитал размер Земли древнегреческий учёный Эратосфен (III-II вв. до н. э.). Он рассчитал длину дуги 1° меридиана.


Эратосфен заметил, что в Сиене (Асуане) в день летнего солнцестояния (21 июня) Солнце освещает дно самых глубоких колодцев, следовательно стоит в зените и угол падения его лучей равен 90°. В Александрии в это время Солнце отстоит от зенита на угол 7°12′, что составляет 1/50 часть окружности. Измерив расстояние между Сиеной и Александрией и умножив на 50, Эратосфен высчитал длину меридиана Земли, а следовательно и её радиус. Полученные им размеры расходятся с результатами современных вычислений меньше чем на 25 км.

Рассчёты Эратосфена Киренского фото
Рассчёты Эратосфена Киренского

Следовательно учёные Древней Греции имели в целом правильные представления о форме и размерах Земли. Но их географические карты были несовершенными из-за недостатка знаний и малоизученности суши и океана в тот период времени.

В Средние века, вплоть до XV в., из-за господства церкви большая часть научных знаний античных народов отрицалась. После уничтожения александрийской библиотеки почти все научные работы были прерваны. Учение о шарообразности Земли считалось ересью и категорически отвергалось. Измерения длины меридиана заново проводились арабами и китайцами, а европейцами они открывались заново, благодаря знаниям, полученным от этих народов.


Средневековые представления о Земле фото
Представления европейцев о форме Земли в Средневековье

В конце XV в. началась эпоха Возрождения, а вскоре и усиленное навёрстывание получения знаний во всех научных сферах того времени. Наступившая эпоха Великих географических открытий расширяла горизонты Земли.

  • Х. Колумб, пытаясь найти западный путь в Индию, открыл Новый Свет (Америку) в 1497 г.
  • Васко-да-Гама проложил путь в Индию вокруг Африки (1497).
  • Ф. Магеллан и его команда осуществили первое кругосветное плавание (1519-15220).

Карты становились всё точнее и подробнее, а сомнений о форме планеты не осталось. Землю «признали» шаром и стали изображать в виде объёмной модели – глобуса. Первый глобус был диаметром в 0,5 м, он был сделан в 1492 году. Его изготовил Мартин Бехайм – немецкий мореплаватель и учёный.


Первый глобус фото
«Земное яблоко» Мартина Бехайма

Из-за развития знаний о Земле представления о её форме совершенствовались. В конце XVII в., благодаря работам И. Ньютона, возникло предположение, что Земля из-за осевого вращения должна быть сжатой с полюсов. На вращение Земли действует сила притяжения и центробежная сила, величина и направление силы тяжести зависит от сложения этих сил. На полюсе центробежная сила равна нулю, поэтому сила тяжести равна силе притяжения и величина её самая большая. На экваторе возрастает центробежная сила и уменьшается сила тяжести. Равнодействующая силы притяжения и центробежной силы – сила тяжести – направлена к экватору. Под её влиянием масса планеты перемещается к экватору, и Земля приобретает форму эллипсоида.

Подтверждением этого теоретического предположения послужил такой факт. В 1672 году из Франции в Кайенну (Французская Гвиана) для изучения Марса в год Великого противостояния был отправлен астроном Ж. Рише. Он взял с собой часы, маятник которых отбивал секунды, т. е. период качания маятника был равен одной секунде. В Кайенне часы стали отставать и длину маятника пришлось укоротить. В Париже часы начали спешить. Замедление качания маятника при перемещении его из умеренных широт в экваториальные И. Ньютон объяснил уменьшением силы тяжести из-за увеличения центробежной силы.


<!— Реклама —>

Для измерения длины дуги 1° меридиана Французская академия наук в IXX в. отправила две экспедиции: одну к Северному полярному кругу, другую в экваториальные районы. У полюса длина меридиана оказалась равной 11,7 км, на экваторе – 110,6 км. Предположение Ньютона было доказано.

Шар, равномерно сплюснутый у полюсов, называется сфероидом, или эллипсоидом вращения. Сжатие Земли невелико, её экваториальный радиус всего на 21,4 км длиннее полярного.

Земля - эллипсоид вращения фото
Размеры и форма Земли. Эллипсоид вращения

Но истинная фигура не полностью соответствует эллипсоиду вращения. Эллипсоид вращения – фигура правильная, возникающая при вращении тела, имеющего однородное строение.  Фигура Земли сложнее из-за неоднородности её состава и неравномерного распределения масс. В 1873 году И. Листинг ввёл для обозначения названия фигуры Земли слово «геоид».


Истинная геометрическая фигура Земли была названа геоидом («землеподобным»). Геоид определяется как фигура, поверхность которой всюду перпендикулярна направлению силы тяжести, т. е. отвесу. Поверхность геоида совпадает с уровенной поверхностью Мирового океана. Поднятия и опускания геоида над эллипсоидом составляет  плюс-минус 50-60 м.

Геоид фото
Геоид

Размеры и форма Земли и другие её характеристики

Истинная поверхность Земли со всеми её горами и впадинами не совпадает с поверхностью геоида и отступает от него на несколько километров. Действительная поверхность планеты с её горами и впадинами постоянно подвергается силе тяжести, которая стремится выровнять её и привести в соответствие с уровенной поверхностью.

Работы по вычислению размеров Земли, выполненные под руководством Ф.Н. Красовского (1940-1946) показали, что разница между геоидом и сфероидом невелика и для картографических и геодезических работ в СССР были приняты величины земного эллипсоида названные по имени руководителя исследований. Размеры эллипсоида Красовского следующие:


  • экваториальный радиус – а=6378,2 км;
  • полярный радиус – b=6356,8 км;
  • полярное сжатие — (a-b):а =1/298;
  • длина меридиана – 40008,5 км;
  • длина экватора – 40075,7 км;
  • площадь поверхности Земли – 510 млн. км².

Размеры и форма Земли: эддипсоид Красовского фото

При анализе космических снимков Земли выяснилось, что северный полярный радиус больше южного на 30-100 м., что незначительно отличается от данных эллипсоида Красовского и для практического применения значения не имеет. Но благодаря уточнению размеров оказалось, что Земля имеет форму кардиоида. Однако для анализа большей части географических процессов Землю вообще можно принимать за шар.

Доказательства шарообразности Земли

В настоящее время научными доказательствами шарообразности Земли считаются следующие.

  1. Фотографии и измерения из Космоса с искусственных спутников Земли с разных расстояний и точек траекторий полётов.
  2. Градусные измерения по поверхности Земли.
  3. Лунные затмения.

Размеры и форма Земли: снимок из космоса фото
Снимок Земли из Космоса

Доказательства шарообразности Земли, сформулированные в древности: постепенное сокрытие предметов за горизонт, увеличение площади обзора при подъёме, изменение видимого звёздного неба при передвижении вдоль меридиана, кругосветные путешествия, освещение высоких предметов после захода и перед восходом Солнца, говорят только о выпуклости Земли, а не о её шарообразности.

Значение шарообразной формы Земли

Размеры и форма Земли имеют важное географическое значение. Её шарообразность обуславливает уменьшение угла падения солнечных лучей от низких широт (экватора) к высоким (полюсам). Вследствие этого образуется главная географическая закономерность – зональность комплексов (тепловые пояса) географической оболочки. Тепловые пояса совместно с другими причинами (расстоянием Земли от Солнца, её массой и размерами) обуславливает закономерное изменение природных явлений и процессов от экватора к полюсам.


Угол падения солнечных лучей на Землю фото
Угол падения солнечных лучей на Землю

Масса и размер Земли определяют силу земного притяжения, которая удерживает водную и воздушную оболочки, позволяя жизни развиваться на планете. Расстояние до Солнца – ещё одна счастливая для всего живого на Земле случайность. При более близком положении, чем теперь, наша планета могла бы превратиться в раскалённую пустыню, при более удалённом – приобрести постоянный ледяной панцирь.

Шаровая фигура при минимальном объёме концентрирует максимальную массу материи. Вещество планеты сжимается, внутри формируется центральное ядро, снаружи оболочки. Оболочечное строение Земли – одно из самых фундаментальных её свойств. Сферическая форма оболочек, в том числе и географической, обуславливает бесконечность и единство пространства.

Отклонение истинной формы Земли (геоид) от эллиптической обуславливает стремление вещества Земли растечься, чтобы приобрести фигуру равновесия. В результате на земной поверхности возникают секторы с тенденцией к опусканию и поднятию, а между ними формируются зоны разломов.

В настоящее время из-за замедления вращения Земли, фигура планеты стремится приобрести форму шара. В результате начинается переток земного вещества к полюсам и активация тектонических движений.

Вопросы и задания:

  1. Какова форма Земли? Сколько ответов можно дать на этот вопрос?
  2. Какими доказательствами шарообразности Земли располагает современная наука?
  3. Расскажите об основных величинах, характеризующих размеры Земли?
  4. Как изменилась бы природа Земли, если бы она была значительно меньших или больших размеров при той же плотности вещества?

 

Используемая литература:

  1. Физическая география: Справ. пособие для подгот. отд. вузов/ Г.В. Володина, И.В. Душина, С.Г. Любушкина и др.; Под ред. К.В. Пашканга. – М.: Высш. шк.. 1991.
  2. Мильков Ф.Н. Общее землеведение: Учеб. для студ. географ. спец. вузов. М.: Высш. шк. 1990.
  3. Савцова Т.М. Общее землеведение: Учеб. для студ. высш. педагог. учеб. заведений / Татьяна Михайловна Савцова. М.: Издательский центр «Академия», 2003.

 

Источник: tvoiklas.ru

Историческая справка

Конечно же, люди далеко не сразу выяснили, что наша планета имеет круглую форму. В глубокой древности наши далекие предки считали, что она представляет собой диск, покоящийся на черепахах и слонах. Объяснялось это, прежде всего тем, что из-за огромных размеров планеты, ее «кривизна» зрительно не заметна человеческому глазу, и поэтому Земля производит впечатление плоской, относительно ровной поверхности. А небольшой сдвиг линии горизонта можно увидеть лишь с огромной высоты.

Соответственно, в древности многие люди даже и мысли не допускали о том, что Земля может иметь форму шара и искренне верили, что есть та точка, где она заканчивается. Самые отчаянные путешественники на протяжении долгих столетий предпринимали попытки достичь края Земли и посмотреть что же находится за гранью… Но как вы сами понимаете, никому из них это не удалось.

Впервые люди стали задумываться о том, что Земля имеет форму шара в VII в до н.э., в древней Греции. Известно, что одним из приверженцев данной теории, которая многим тогда казалась невероятной, был Аристотель. Ученный в течение многих лет собирал доказательства, желая убедить своих современников в верности данного предположения.

В качестве основных аргументов он использовал не только свидетельства различных путешественников, но и то, что пейзаж звездного неба над головами людей постоянно менялся, а во время затмений на луну ложилась круглая, а не плоская тень от Земли. Более того со временем в правоту данной теории стало верить все больше и больше путешественников, которым удавалось уйдя из одной точки планеты вернутся туда, и при этом ни разу не увидеть так называемый мифический край Земли.

Форма Земли

Спустя столетия ученные все таки доказали правоту Аристотеля и других его научных соратников.

Сейчас шарообразная форма Земли является неоспоримым научными фактом, как и то, что она все время движется вокруг солнца по орбите Венеры и Марса со средней скоростью чуть менее 30 км/с.

Для многих станет откровением факт, что на самом деле Земля совершает полный оборот вокруг своей оси не за сутки, как принято считать, а за 23 часа 56 минут и 4,1 секунды.

Понимание о том какова форма Земли и ее размеры сформировалось также не сразу, а в течение длительных исследований. И самое интересное здесь то, что вопреки всеобщему мнению планета имеет форму более похожую не на шар, а на эллипс. Сейчас доподлинно известно, что Земля похожа на огромный объемный овал немного «придавленный» в районе полюсов и растянутый в экваториальной зоне.

В 1873 году было предложенное условное название для данной фигуры «Геоид» (что в переводе означает землеподобный), которое используется и по сей день. Геоид планеты это геометрически сложная поверхность, чья форма близка к эллипсоиду, но не является идеально ровной фигурой. Она просто максимально близка к эллипсоиду со сжатием 1:298,2.

Планета вращается по своей оси таким образом, что точки ее полюсов остаются, практически, не подвижны. Условную линию, опоясывающую земной «шар» на одинаковом расстоянии от полюсов принято называть экватором, серединой Земли. Те линии, которые на различных картах оплетают планету параллельно экватору, называют параллелями, а те, что соединяют полюса – меридианами.

По данным линиям специалисты определяют географические координаты той или иной точки, то есть ее широту(по параллелям) и долготу (по меридианам).

При этом широта определяет расстояние от точки до экватора и подразумевает показатели от 90º северной широты до 90º южной широты. Долгота в свою очередь может быть западной или восточной и измеряется от 0 до 180°.

Размер Земли

Со временем ученные нашли ответы на все вопросы, которые не давали покоя нашим древним предкам. Они не только доказали, что Земля круглая, но и смогли ее измерить.

Как стало известно благодаря исследованиям, длина радиусов Земли различается:

  • Средний радиус планеты равен 6371 км.;
  • Длинна полярного радиуса составляет 6356 км;
  • Экваториальный радиус – 6378 км.

Мы уже говорили, что Земля представляет собой фигуру похожую на эллипс, с самым широким обхватом в районе экватора, длина которого составляет суть более 40 тысяч км.

Как вы видите. Наша планета огромна. Ее площадь составляет 510,2 млн. км2., а вес — 5,976·1024 кг.

Известна даже средняя плотность планеты — 5518 кг на один кубический метр.

Стал известен также и возраст планеты. В соответствии с актуальными сейчас научными теориями Земля образовалась порядка 4,5-4,7 миллиардов лет назад, а возраст наиболее древних горных пород превышает 200 миллионов лет.

Теперь вы знаете точный размер планеты Земля, а также то, что она имеет форму эллипса, а не шара.

Источник: razmery.qoon.ru

Со временем увеличиваются радиус земного шара, площадь поверхности, масса. И чем больше становится Земля, тем с большей скоростью она растет. Эмпирически, по разным данным, установлен экспоненциальный закон увеличения радиуса земного шара от времени. В настоящее время скорость роста Земли является максимальной, а радиус Земли увеличивается как минимум на 2 сантиметра за год.

Если бы все слои земного шара росли с одинаковой скоростью, то его рост не скоро бы обнаружился. Но замечательной особенностью роста Земли является то, что объем более глубоких слоев увеличивается с большей скоростью, чем менее глубоких. Почему так происходит пока не известно, но результат такого роста налицо: твердая земная кора не вмещает в себя распухающие земные внутренности и лопается. Черепки старой земной коры расползаются по Земному шару в виде современных континентов, а между ними появляется и нарастает новая, т.н. океаническая, молодая кора.

Кора океанов отличается от коры континентов по возрасту, составу, плотности, строению, толщине. Возраст наиболее древних пород континентальной коры превышает 4 миллиарда лет. Возраст наиболее древних пород океанической коры всего около 200 миллионов лет. Кора континентов состоит из гранитного слоя и базальтового, кора океанов – только из базальтового. Плотность базальтов больше, чем плотность гранитов, а плотность подстилающей кору мантии еще больше. По этой причине земная кора располагается поверх мантии, а не наоборот. Толщина континентальной коры 35-70 км, толщина океанической коры 5-10 км.

Если взять глобус и вырезать с него все океаны, то оставшиеся материки почти без зазоров легко соединяются в единый материк на шаре, радиус которого почти в полтора раза меньше нынешнего радиуса Земли. Когда-то, около 200 млн. лет назад, Земля такой и была. Океанов не было. Были мелкие моря, дно которых было того же континентального типа.

Так много воды как сейчас, 200 млн. лет назад на Земле не было. Когда вещество мантии поднимается к поверхности Земли и преобразуется в земную кору происходит его дегазация и обезвоживание. Газы пополняют атмосферу, а вода пополняет океан. Около 10% веса вещества мантии составляет вода. При образовании некоторой площади океанической коры из вещества мантии толщиной в 10 км выделяется столько воды, что она покрывает эту площадь слоем, толщиной около 3 км. Таким образом, одновременно с наращиванием площади океанической коры происходит и наращивание водной толщи океанов.

Материки древние, а океаны, их дно и вода, возникли геологически недавно. Но Земля росла и до появления на ней океанов, хотя и медленнее. В доокеанический этап роста Земли кора материкового типа просто утоньшалась без выхода вещества мантии на поверхность Земли. Зоны растяжения коры только приводили к понижению в рельефе. Это понижение, окруженное почти со всех сторон возвышенностями, быстро заполнялось осадками, песком и глиной. Мощность осадочных слоев достигала десятков километров. На глубине эти осадки превращались в твердую, не рыхлую, породу. Эти мощные кристаллизованные и сцементированные осадочные толщи пород наращивали площадь континентальной коры.

На всех материках имеются т.н. ядра очень древних пород, к которым подобно кольцам на срезе ствола дерева примыкают кольца и линзы континентальной коры более молодых возрастов, указывая на постепенное увеличение площади Земного шара в доокеанический период роста Земли. Впервые, 200 млн. лет назад, скорость роста Земли достигает такой величины, что скорость наращивания площади континентальной коры стала меньше скорости наращивания площади Земного шара. В районе нынешнего Тихого океана впервые поднимается к поверхности вещество мантии Земли.

С этого момента начинается океанический этап роста Земли. Формируется глобальная система т.н. срединно-океанических хребтов, в которых старая земная кора расходится в стороны, а вещество мантии выходит прямо на поверхность Земли, дегазируется, обезвоживается и застывает, образуя полосу новой коры вдоль такого хребта.

Замечательным свойством застывших пород является то, что они запоминают направление магнитного поля Земли в момент затвердевания. А замечательным свойством магнитного поля Земли является то, что северный и южный полюса довольно часто, по геологическим масштабам, меняются местами. Это позволяет довольно точно определить, где и сколько наросло океанической коры за тот или иной промежуток геологического времени, а также определить скорость ее нарастания в то или иное геологическое время.

В настоящее время в Срединно-Атлантическом хребте за год нарастает полоса новой коры шириной до 1,5 см, а в тихоокеанской системе срединно-океанических хребтов скорость раздвижения земной коры достигает 9 см за год.

Если предположить, что при увеличении размеров Земли ее масса не увеличивается, то по мере увеличения радиуса земного шара сила тяжести на поверхности Земли должна уменьшаться. Изменение силы тяжести, при этом, должно быть очень заметным. Например, 200 млн лет назад, когда радиус Земли был в 1,5 раза меньше, сила тяжести на поверхности земли должна быть более, чем в 2 раза больше. Но именно в это время на Земле был расцвет огромных динозавров, которые на нынешней Земле весили бы десятки тонн, некоторые — до 80 тонн, и при своем, для такого веса, хрупком скелете могли бы перемещаться по нынешней земле с большим трудом, если вообще смогли бы перемещаться не в воде. А дайте им в 2 раза большую силу тяжести!

Не было в древности большей силы тяжести на поверхности земли. Наоборот. И гигантизм древних животных, и гигантизм древних растений, когда растения с травянистым стволом достигали высоты в несколько десятков метров, и более крутые ископаемые углы откоса песков и ряд других фактов свидетельствуют, что сила тяжести на поверхности древней Земли была существенно меньше, как она меньше, например, на поверхности Луны. В ряду планет нашей Солнечной системы мы видим ту же закономерность – чем крупнее планета земного типа, тем больше сила тяжести на ее поверхности.

Предполагается, что рост Земли – не уникальное явление во Вселенной. В ряду других планет Земля ничем особенным не выделяется. Растут все планеты… и вырастают в звезды.

Почему растут планеты, — неизвестно. Возможно, наряду с «черными дырами», поглощающими материю, существуют «белые дыры», порождающие материю. И такая «белая дыра», может, находится в центре Земли. Возможно, всякое вещество способно поглощать какие-либо тонкие формы материи и порождать из них вещество, дублировать себя, подобно живой клетке (см.также: В.Васильев. Энергетика планеты Земля. Анализ и прогноз, 2006 г.).

(По книге В.Ф. Блинова «Растущая Земля: из планет в звезды», 2003 г.).

Источник.

Источник: www.drive2.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.