Земля как снежный ком
В настоящее время парниковый эффект разогревает земную поверхность все более заметно для обитателей Земли. А в доисторические времена планете приходилось переживать прямо противоположный процесс - замораживание. 750 миллионов лет назад вся Земля превратилась в один сплошной ледник, и внеземной наблюдатель увидел бы из космоса нашу планету в виде безжизненного ледяного шара. Земля пережила полное оледенение по меньшей мере два раза.
Примерно 750 миллионов лет назад вся поверхность Земли, континенты и Мировой океан, представляла собой однообразную заснеженную пустыню - ледник от полюсов до экватора. Группа французских исследователей опубликовала в научно-популярном журнале Nature статью о ледниковом прошлом нашей голубой планеты. Французские ученые создали геоклиматическую модель, чтобы выяснить причины внезапного оледенения. Оказалось, что температура резко упала вследствие катастрофического разрушения гигантского континента.
550-800 миллионов лет назад Земля дважды превращалась в обледенелый шар. Ученые-климатологи на основании результатов новейших исследований полагают, что какая-то одна, даже очень серьезная причина сама по себе не могла бы привести к полному обледенению Земли. Скорее всего произошло роковое совпадение двух важных обстоятельств: солнечное излучение в тот период, по-видимому, было примерно на 6% слабее, чем сейчас; одновременно концентрация в атмосфере углекислого газа (С02), создающего парниковый эффект, упала до минимального уровня.
При нормальных условиях углекислый газ действует в масштабах планеты как стеклянная крыша в парнике: он не дает теплу беспрепятственно уходить в космическое пространство. Без крыши в парнике станет холодно, и без углекислого газа в атмосфере температура поверхности планеты обязательно понизится.
Колебания солнечной активности объясняются довольно просто, чего нельзя сказать о необыкновенно низком уровне содержания углекислого газа в атмосфере. Французские климатологи решили найти удовлетворительное объяснение этого природного явления. Яник Донадье, сотрудник лаборатории исследования климата Французского научно-исследовательского центра, создал вместе с группой коллег компьютерную модель, в которой скомбинированы климатические и геологические факторы. Ученые принимали во внимание круговорот воды в природе и последовательно ввели в компьютер большой объем точных сведений.
Компьютер обработал полученную информацию и в результате выдал, что 750 лет назад на Земле произошла катастрофа: древнейший континент, названный учеными Родиния, со страшным грохотом развалился. Крах огромного участка суши, центр которого находился в районе современной Северной Америки, выбросил из земных недр колоссальные массы базальта. Каменные глыбы, оказавшиеся на поверхности, постепенно выветривались, и при этом они забирали из атмосферы большое количество углекислого газа.
Катастрофа в северной части Западного полушария, по всей вероятности, положила конец периоду экстремально сухого климата, долгое время господствовавшего на этом континенте. Дождей стало больше, по равнинам потекли океан глубокие полноводные реки. Из-за таких перемен поглощение углекислого газа увеличилось, усилилось и выветривание базальтовых скал, которое сопровождалось значительной убылью двуокиси углерода.
Согласно вычислениям Донадье, из-за катастрофы Родинии средние температуры на Земле снизились более чем на восемь градусов по Цельсию. Исследователи пришли к выводу, что значительные тектонические изменения превратили Землю из теплого парника в настоящий морозильник. Планета надолго покрылась толстой коркой льда и снега.
Последний ледниковый период случился значительно позднее. Изучение каменных осыпей в Южной Америке доказало, что ледяные массы в то время тоже покрывали всю планету, а не только Северное полушарие, как долгое время считали ученые.
Определение возраста каменной гряды, оставленной в Андах отступившим ледником, обнаружило интересный факт: преобладающая часть Южного полушария во время последнего ледникового периода была ледяной заснеженной пустыней. Возглавляемый Майклом Капланом научный коллектив геологов Университета штата Висконсин представил результаты своей работы в специальном журнале Американского геологического общества.
Это ледниковый период не обошел стороной Южное полушарие, ученые знали уже давно - по следам, оставленным в Южной Америке массами льда. Сползая по поверхности суши, ледники двигали вместе со льдами огромное количество валунов, песка и глины. Потом льды таяли, и после них оставались характерные каменные гряды, называемые моренами. Однако геологи могли только уточнить место, где образовался ледник. Для них оставалось тайной, когда именно произошло оледенение.
С помощью нового метода ученые точно установили время ледникового периода на территории современной Южной Америки. Метод основан на том, что на поверхность Земли постоянно попадают энергетически заряженные частицы из космоса. Благодаря «вмешательству» этих частиц в земные дела атомы кислорода химически преобразуются в молекулы кварца, который входит в состав песка и камней. По количеству в определенной пробе грунта изотопов (так называют измененные ядра атомов) можно узнать, с какого времени этот грунт подвергался космическому облучению.
Камни в моренной гряде открылись потокам лучей только с того момента, когда растаял ледник. Поэтому Каплан и его коллеги смогли рассчитать, что обледенение в Андах закончилось 16 тысяч лет назад. Точно такой же возраст имеют морены в Северной Америке. Это значит, что последний ледниковый период закончился одновременно и в Северном, и в Южном полушариях.
Эти результаты расчетов, по мнению авторов работы, доказывают, что похолодание, которое стало причиной наступления ледникового периода, затронуло всю планету, а не какую-то ее часть. Майкл Каплан и его коллеги надеются, что их исследования помогут лучше понять климатические изменения, которые происходят на Земле в настоящее время.
Времена года
| СИДЕРИЧЕСКИЕ И СОЛНЕЧНЫЕ СУТКИ |
|
Рассмотрим два положения (1 и 2), которые Земля занимает, совершая продвижение по своей орбите вокруг Солнца, “А” – место наблюдателя на земной поверхности. 1 – положение, которое занимает Земля (При начале отсчёта суток) либо от Солнца, либо от какой – либо звезды, которую мы определим как точку отсчёта. 2 – положение нашей планеты после совершения оборота вокруг собственной оси относительно этой звезды: свет этой звезды, а она находится на большом удалении, дойдёт до нас параллельно направлению 1. Когда Земля займёт положение 2, можно говорить о “сидерических сутках”, т.к. Земля совершила полный оборот вокруг своей оси относительно дальней звезды, но пока ещё не относительно Солнца. Направление наблюдения за Солнцем несколько изменилось из-за обращения Земли. Для того что бы Земля совершила полный оборот вокруг собственной оси относительно Солнца (“солнечные сутки”), нужно подождать, когда она повернётся ещё примерно на 1° (эквивалент ежедневного перемещения Земли под углом – она проходит 360° за 365 суток), это займёт плюс – минус четыре минуты.
|
Смена времён года – следствие обращения Земли вокруг Солнца. Причиной сезонных изменений является наклон оси вращения Земли к плоскости её орбиты. Двигаясь по эллиптической орбите, Земля в январе находится в самой близкой к Солнцу точке (перигелий), а в июле в самой отдалённой от него точке – афелий.
Неверно утверждение о том, что времена года как-то связаны с изменением расстояния до Солнца, хотя до сих пор существуют сторонники этой теории. На самом деле причина смены времён года – наклон орбиты, в результате чего Земля наклоняется к Солнцу то одним полушарием, то другим и, соответственно, получает разное количество солнечных лучей. Летом Солнце достигает высшей точки эклиптики.
Это означает, что Солнце осуществляет над горизонтом самое длинное движение за сутки, и продолжительность дня максимальна.
Зимой, напротив, Солнце находится низко над горизонтом, солнечные лучи падают на Землю не прямо, а косо. Продолжительность дня короткая.
Основная точка
Плоскость эклиптики пересекает плоскость небесного экватора (т.е. проекцию земного экватора на небесной сфере) под углом 27°27’. На пересечении этих двух плоскостей находятся две точки равноденствия, её также называют восходящим узлом (потому что Солнце пересекает её в направлении с юга на север). Это точка Овна (Солнце заходило в районе звёзд созвездия Овна), или точка буквы гамма (эта греческая буква имеет сходство с рогом барана, овна). Вторая точка – точка осеннего равноденствия, её ещё называют заходящим углом, так как Солнце проходит через неё в направлении с севера к югу.
Точка гаммы занимает важное положение в иерархии небесной сферы, так как именно от неё начинается отсчёт прямого восхождения, - это координата, аналогичная земной долготе. С помощью этой точки и склонения (аналог широты) можно определить на небе с большой точностью положение небесных тел.
Весеннему равноденствию соответствует положение Солнца, которое оно занимает 21 марта. Осеннему равноденствию – соответственно положение, занимаемое им 23 сентября. 21 марта Солнце пересекает небесный экватор и переходит из Южного полушария в Северное, таким образом для объектов северного полушария начинается весна. 23 сентября происходит движение в обратном направлении, и в северное полушарие приходит осень.
Во время равноденствия и особенно в фиксированные дни продолжительность дня и ночи одинакова в определённых местах земного шара: 12 часов света и 12 часов темноты. В течении этих двух дней Солнце одинаково освещает и Северный, и Южный полюса.
21-22 июня (летнее солнцестояние) Солнце находится в 23°27’ к северу от экватора и перпендикулярно тропику Рака. 22 декабря (зимнее солнцестояние) Солнце располагается в 23°27’ у югу от экватора, в зените тропика Козерога.
В дни солнцестояния в полдень Солнце достигает максимальной (летом) и минимальной (зимой) высоты горизонта (следует учитывать, что в южном полушарии времена года не совпадают с нашими, всё наоборот).
Год – критерий времени
Время, в течении которого наша планета совершает оборот по орбите вокруг Солнца, называется годом и длится около 365 дней.
Год можно рассматривать как промежуток времени, при котором Солнце два раза совмещается с какой – либо планетой или другим небесным телом, принятым за точку отсчёта. Под термином “совмещение” имеется в виду расположение Солнца, Земли и какого – либо третьего небесного тела по условно прямой линии.
Есть понятие “сидерический год”, соответствующий одному обороту Солнца по небесной сфере относительно какой – либо звезды. Он равен 365 суткам 6 часам 9 минутам и 10 секундам. За это время и Земля совершает полный оборот вокруг Солнца.
“Солнечный год” – это промежуток времени между двумя последовательными прохождениями Солнца через точку весеннего равноденствия. Его продолжительность составляет 365 суток 5 часов 48 минут 46 секунд.
Учитывая, что продолжительность времён года находится в тесной связи с Солнцем, при составлении календарей за основу берётся именно “солнечный год”.
Основные движения Земли
Наша Земля, как и другие планеты Солнечной системы, совершает 2 основных движения: вокруг собственной оси и вокруг Солнца. С древнейших времён именно на этих двух регулярных движениях основывались расчёты времени и способность составлять календари.
Сутки – это время вращения вокруг собственной оси. Год – обращения вокруг Солнца. Деление на месяцы также находится в прямой связи с астрономическими феноменами – их продолжительность связана с фазами Луны.
Вращение Земли вокруг собственной оси
Наша планета вращается вокруг собственной оси с запада на восток, то есть против часовой стрелки (если смотреть со стороны Северного полюса.) Ось – это виртуальная прямая линия, пересекающая земной шар в районе Северного и Южного полюсов, т.е. полюса имеют фиксированное положение и не участвуют во вращательном движении, в то время как все другие точки расположения на земной поверхности вращаются, причём скорость вращения не идентична и зависит от их положения по отношению к экватору – чем ближе к экватору, тем скорость вращения выше.
Например, в районе Италии скорость вращения составляет примерно 1200 км\ч. Следствиями вращения Земли вокруг своей оси являются смена дня и ночи и видимое движение небесной сферы.
Действительно, создаётся впечатление, что звёзды и другие небесные тела ночного неба движутся в противоположном нашему с планетой движению направлении (то есть с востока на запад).
Кажется, что звёзды находятся вокруг Полярной звезды, которая расположена на воображаемой линии – продолжении земной оси в северном направлении. Движение звёзд не является доказательством того, что Земля вращается вокруг своей оси, ведь это движение могло бы быть следствием вращения небесной сферы, если считать, что планета занимает фиксированное, неподвижное положение в пространстве.
Маятник Фуко
Неопровержимое доказательство того, что Земля вращается вокруг собственной оси, было представлено в 1851 г. Фуко, который провёл известнейший эксперимент с маятником.
Представим, что, находясь на Северном полюсе, мы привели в колебательное движение маятник. Силой извне, действующей на маятник, является гравитация, при этом она не влияет на изменение направления колебаний. Если подготовить виртуальный маятник, оставляющий следы на поверхности, мы сможем удостоверится, что через некоторое время следы переместятся в направлении часовой стрелки.
Это вращение может быть связано с двумя факторами: или с вращением плоскости, на которой совершает колебательные движения маятник, или с вращением всей поверхности.
Первую гипотезу можно отбросить, принимая во внимание, что на маятнике нет сил, способных изменить плоскость колебательных движений. Отсюда следует, что вращается именно Земля, причём она совершает движения вокруг собственной оси. Этот эксперимент был проведён в Париже Фуко, он использовал огромный маятник в виде сферы из бронзы весом около 30 кг, подвешенный к 67-метровому тросу. На поверхности пола Пантеона была зафиксирована отправная точка колебательных движений.
Итак, вращается именно Земля, а не небесная сфера. Люди, ведущие с нашей планеты наблюдение за небом, фиксируют движение и Солнца, и планет, т.е. во Вселенной движутся все объекты.
Критерий времени – сутки
Сутки – это отрезок времени, за который Земля совершает полный оборот вокруг собственной оси. Существует два определения понятия “сутки”. “Солнечный сутки” – это промежуток времени вращения Земли, при котором за отправную точку берётся Солнце. Другое понятие – “сидерические сутки” – подразумевает другую отправную точку – любую звезду. Продолжительность двух видов суток неидентична. Долгота сидерических суток составляет 23 ч 56 мин 4 с, долгота же солнечных суток равна 24 часам.
Различная продолжительность связана с тем, что Земля, вращаясь вокруг собственной оси, совершает и орбитальное вращение вокруг Солнца.
В принципе, продолжительность солнечных суток (хотя и принимается за 24 часа) – величина непостоянная. Это связано с тем, что движение Земли по орбите происходит с переменной скоростью. Когда Земля находится ближе к Солнцу, скорость её движения по орбите выше, по мере удаления от светила скорость понижается. В связи с этим введено такое понятие, как “средние солнечные сутки”, именно их продолжительность 24 часа.
Обращение вокруг Солнца со скоростью 107 000 км/ч
Скорость обращения Земли вокруг Солнца – второе основное движение нашей планеты. Земля движется по эллиптической орбите, т.е. орбита имеет форму эллипса. Когда Луна находится в непосредственной близости от Земли и попадает в её тень, случаются затмения. Среднее расстояние между Землёй и Солнцем составляет примерно 150 миллионов километров. В астрономии используется единица измерения расстояний внутри Солнечной системы; её называют “астрономическая единица” (а.е.).
Скорость с которой Земля движется по орбите, равна примерно 107 000 км/ч.
Угол, образованный земной осью и плоскостью эллипса, составляет примерно 66°33’, это величина постоянная.
Если наблюдать за Солнцем с Земли, создаётся впечатление, что именно оно движется по небосклону в течении года, проходя через звёзды и созвездия, составляющие Зодиак. На самом деле Солнце также проходит и через созвездие Змееносца, но оно не относится к Зодиакальному кругу.
