Загальна характеристика Сонця

У центрі Сонячної системи знаходиться Сонце – зірка, яка не належить до зіркової асоціації. Це рядова одиночна зірка, яка повільно обертається у центральній площині Галактики на відстані 2/3 її радіусу. Вік Сонця – до 5 млрд. років. Відстань до найближчих зірок (Проксима Центавра – 1,31 п), а тим більше до туманностей дуже велика, тому нашу систему планет можна вважати значною мірою ізольованою і розглядати її еволюцію лиш під впливом внутрішніх чинників.

Сонце –зірка середньої величини і світимості, величезна газова куля, котра складається із водню(70%) і гелію(29%). Діаметр Сонця – 1 392 000 км (109 радіусів Землі), середня густина – 1,41г/см³(у внутрішніх частинах більше 100г/см³, у зовнішніх менше, ніж у атмосфері). Температура поверхні – 6 000, у внутрішніх часинах – 16 000 000.

Сонце випромінює енергію – ультрафіолетову, видимі та теплові промені та рентгенівське випромінювання. Із Сонця весь час витікає плазма швидкістю 300-400 км/сек. Це сонячний вітер, який під час спалахів на Сонці досягає Землі. Видиме випромінювання постійне, а ультрафіолетове й рентгенівське змінюється при зміні активності Сонця. Сонячні спалахи приводять до посилення ультрафіолетового, рентгенівського випромінювання, радіовипромінювання, викидаються корпускули – частки сонячної речовини. Все це впливає на земні процеси. Сонячна активність має періодичність – 11 років, 22 (магнітний цикл), 80-90 років.

Земля постійно знаходиться під дією Сонця – єдиного джерела енергії. Циклічність сонячної активності має наслідком циклічність географічної оболонки. У причинну залежність від ступеня напруженості сонячної активності поставлені такі явища: магнітні бурі, частота полярного сяяння, кількість ультрафіолетової радіації, інтенсивність грозової діяльності, температура повітря, атмосферний тиск, опади, рівень озер, рік, ґрунтових вод, солоність та льодовитість морів, землетруси. У періоди сонячної активності поглиблюються циклони і посилюються антициклони.

Корпускулярний потік збільшує добову різницю тиску, порушує стійкість атмосфери. тобто спусковим механізмом для тропосферних процесів. Сонячна активність впливає на організми: відбувається масова поява шкідників лісу й сільськогосподарських культур (сарани), розмноження і міграція гризунів, промислових риб, хутрових звірів. Посилення сонячної активності впливає на хвороби: вірусні, серцево-судинні, повторюваність епідемій, урожайність сільськогосподарських культур.

2.2.2. Склад та будова Сонячної системи

У Сонці зосереджено 99,86 % маси системи і лише 2 % загального моменту кількості руху. Крім Сонця, у системі 8 великих планет, які мають 54 супутники, тисячі малих планет (астероїдів) – між орбітами Марса і Юпітера. Великі планети розташовані у такому порядку – Меркурій, Венера, Земля, Марс, Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун. Проміжки між орбітами планет по мірі віддалення від Сонця зростають. Сонце і планети рухаються навколо спільного для них центру тяжіння, але планети описують великий еліпс, а Сонце – дуже маленький.

Основна сила, яка керує рухом тіл Сонячної системи сила, це сила тяжіння. Тобто сила тяжіння Сонця впливає на швидкість руху Землі по орбіті. Крім того, впливає сила тяжіння Місяця на утворення припливів і відпливів. У меншій мірі діють на Землю інші планети. На далекій периферії Сонячної системи знаходиться кометна хмара Оорта.

Закони руху планет Кеплера

Кеплер установив закони руху планет:

1-й закон: усі планети рухаються по еліпсах, в одному із фокусів яких знаходиться Сонце;

2-й закон: радіус–вектор планети за рівні проміжки часу описує рівновеликі площі;

3-й закон: квадрати часу обертання планет навколо Сонця пропорційні кубам великих напівосей їх орбіт або середніх відстаней від Сонця.

2.2.4. Походження Сонячної системи

О.Ю. Шмідт автор гіпотези про походження Сонячної системи, яка згодом перетворилася у загальноприйняту космогонічну теорію. У відповідності з цією теорією під дією довільного ущільнення або імпульсу ззовні (вибух поблизу однієї або кількох понаднових зірок) утворюються протозірки з планетними системами. Нові дані підтвердили висновок Шмідта про те, що Сонячна система утворилася із газопилової туманності 5 млрд. років тому. Сонячна система сформувалася в екваторіальній площині Галактики із газопилової хмари масою, яка в 2 рази більша маси сучасного Сонця. Хмара складалася із летких компонентів – водню, гелію, азоту, кисню, парів води, метану, вуглецю, пилинок з оксидів кремнію, марганцю, заліза. Утворилось воно в результаті вибуху понаднової зірки і своєрідного вприскування в первісний газ із водню та гелію більш важких елементів. Температура хмари досягала 220^0С. Під дією ударної хвилі, виникаючих ущільнень і поля гравітацій з них утворилися Сонце і планети. Сонячне ядро утворилося у результаті осідання речовин, проходять ядерні реакції і за 50 млн. років зірка перетворилася у справжнє Сонце.

Молоде Сонце з сучасною масою було оточене дископодібною газопиловою хмарою розміру сучасної Сонячної системи яка оберталася навколо Сонця.(зі масою 3-5% маси Сонця). На першій стадії пиловий шар розпадався на пилові згущення. Ці згустки при обертанні ущільнюються, а при зіткненні об’єднуються. Таким чином, створюється рій до планетних тіл. Більші тіла притягують менші, і менші падають на них, або при зіткненні розпадаються на більш дрібні фрагменти. В результаті залишаються найбільш великі тіла, які зростають за рахунок сусідніх малих. І так до тих пір, поки відстані між великими планетними тілами не стануть достатньо великими, щоб взаємні гравітаційні впливи не змогли порушити стійкість їх орбіт на протязі млрд. років. Це і визначало відстань між планетами та їх масу.

Землеподібні планети формувалися 100 млн. років, Юпітер, Сатурн – 500 млн. років, Уран, Нептун – 1млрд. років тому. Астероїди відкрили тому, що вчені повірили в закон планетних відстаней Тіціуса – Боде і на конгресі в 1796 році прийняли проект пошуків планети якої не вистачало. 1 січня 1801 року була відкрита Церера (діаметром більше 800 км), а в 1802 році – Паллада. Утворення планети в поясі астероїдів було перервано на проміжній стадії із-за близькості масивного Юпітера, який встиг вирости раніше і своїм гравітаційним впливом зробив більшою швидкість руху, а тому об’єднання часток перейшло у дроблення та руйнування.

2.2.5. Обертання Сонячної системи навколо центру Галактики

Сонячна система обертається навколо ядра Галактики за 176 млн. років – аномалістичний або галактичний рік. При віддаленні від ядра Галактики Сонце і планети стискуються за рахунок зменшення галактичного гравітаційного поля. Унаслідок стиснення надра Землі розігріваються. При цьому дрейф літосферних плит мінімальний, але активізуються тектонічні процеси, гори підвищуються, йде зледеніння планети – цикл 88 млн. років.

При наближенні до ядра зростає гравітаційне поле Галактики, йде розширення Сонця і планет. Дрейф літосферних плит максимальний, рельєф знижується, площа зледеніння зменшується, альбедо Землі знижується, відбувається потепління.

2.2.6.Характеристика планет Сонячної системи

Планети поділяються на дві групи. Перша група планети земного типу: Меркурій, Венера, Земля, Марс. Складаються із Fe і Ni. Чим ближче до Сонця, тим більша частка цих металів у тілі планети. Наприклад, Меркурій на 2/3 складається із Fe, Марс - на 1/4. Вони порівняно невеликі, по орбіті рухаються швидше, більш щільні. Оскільки вони формувалися поблизу Сонця, то під дією його випромінювання леткі речовини (водень, гелій та інші) були «видуті» на периферію Сонячної системи. Тому ці планети сформовані із силікатів та інших важких елементів та їх сполук.

Планети-гіганти (Юпітер, Сатурн, Уран, Нептун) мають великі розміри, велику масу, але малу щільність. Для них характерна більша швидкість осьового руху, менша орбітальна швидкість. Вони одержують менше сонячної енергії, складаються із водню, гелію, легко летючих сполук.

Планета Меркурій

Найближча до Сонця планета Меркурій менше Землі приблизно у три рази. Меркуріанська доба більше земної у 176 разів. Доба на Меркурії у два рази довша, ніж його рік. Сонячного тепла ця планета одержує приблизно у 7 разів більше, ніж Земля. Удень температура підвищується до +400 С⁰ і вище, а вночі знижується до – 200 С⁰. Такі величезні перепади температур зумовлюють інтенсивне фізичне вивітрювання.

Оскільки сила тяжіння на Меркурії у 3 рази менше, ніж на Землі, то він може утримати лише дуже розріджену атмосферу. Вона має густину приблизно як на Землі на висоті 50 кілометрів і складається із гелію. Припускають, що вона утворена із корпускул «сонячного вітру», захопленого гравітаційним полем планети.

Розріджена атмосфера не забезпечує захисту від метеоритів. Поверхня Меркурія зрита кратерами різних розмірів і разюче схожа на поверхню Місяця. Меркурій складається із гірських порід із великою густиною (5,44 г/см³) і має розплавлене залізо-нікелеве ядро.

Планета Венера

Друга від Сонця планета – Венера – обертається навколо нього по майже круговій орбіті. Рік триває 225 земних діб, а венеціанська доба - 243 земних діб. Навколо своєї осі Венера обертається за годинниковою стрілкою. тобто у напрямку, протилежному осьовому обертанню Землі.

Вісь Венери майже перпендикулярна площині її орбіти, тому на планеті зміна пір року не виражена. Раз у півтора роки відстань між Венерою і Землею скорочується до 39 млн. км. При кожному зближенні Венера повернута до Землі однією і тією ж стороною (нічною).

Венера має щільну атмосферу, яка складається переважно із вуглекислого газу. Такий склад забезпечує сильний «парниковий ефект», що обумовлює дуже високу температуру венеціанської атмосфери +400С⁰, + 500С⁰. На Венері багато хмар, утворених парами сірчаної, азотної і хлорводневої кислот. Із-за великої густини атмосфери її тиск біля поверхні становить 100 земних атмосфер.

Тести для самоконтролю до тем 2.1; 2.2.

1. Швидкість розширення Всесвіту становить:

а) 100 м/сек;

б) 176 м/сек;

в) 30 км/сек;

г) 24 км/сек;

д) 1500 км/год

2. Скільки часток – нейтрино містить кожен см³ космічного простору:

а) 500

б) 450

в) 176000

г) 26000

д) 150

3. Видима частка Всесвіту називається:

а) зоряним небом;

б) нашою Галактикою;

в) Метагалактикою;

г) сузір’ям;

д) туманністю

4. Наша Галактика утворилася:

а) 100 млрд. років тому;

б) 15 млрд. років тому;

в) 10 млрд. років тому;

г) 5 млрд. років тому;

д) 100 млн. років тому

5. Сонце складається з:

а) кисню та гелію;

б) заліза та магнію;

в) водню та гелію;

г) водню та заліза;

д) алюмінію та кисню

6. Температура на поверхні Сонця становить:

а) 16000000⁰С;

б) 20000⁰ С;

в) 6000⁰ С;

г) 1500⁰ С;

д)10000⁰ С

7. Що із наведеного далі не є ознаками, спільними для планет земної групи:

а) мають невеликі розміри;

б) складаються із важких елементів та їх сполук;

в) знаходяться на найдальших відстанях від Сонця;

г) мають невелику швидкість руху по орбіті;

д) мають довгий рік

8. Сонячна система обертається навколо центру Галактики за період:

а)250000 років;

б) 176000000;

в) 40700років;

г) 220000000 років;

д) 1500000років

9. На якій планеті немає зміни пір року:

а) Марс;

б) Юпітер;

в) Уран;

г)Нептун;

д) Меркурій

10. На якій планеті немає зміни дня і ночі:

а) Меркурій;

б) Венера;

в) Сатурн;

г) Уран;

д) Юпітер

2.3. Особливості Землі як планети

2.3. 1. Гравітаційне поле Землі

Гравітаційне поле Землі утворюється силою ваги, що є рівнодійною сили тяжіння та відцентрової сили осьового обертання Землі. Відцентрова сила збільшується від полюсів до екватора. Ця сила обумовлює зменшення сили ваги і, отже, величини гравітаційного поля. Тому величина гравітаційного поля найменша на екваторі і збільшується до полюсів, де досягає найбільшого значення. Гравітаційне поле, яке могло б бути у Землі, якби вона мала реально математично правильну фігуру двохосного еліпсоїда і рівномірний розподіл мас називають нормальним.

Різниця між нормальним (теоретичним) та реальним гравітаційними полями називається аномалією сили тяжіння. Аномалії сили тяжіння обумовлюються рельєфом та складом гірських порід. Зокрема, під молодими горами існують значні додатні аномалії сили тяжіння. У місцях концентрації речовини з більшою питомою вагою теж виникають додатні аномалії сили тяжіння, і навпаки.

2.3.2. Географічне значення гравітаційного поля Землі:

Уплив гравітаційного поля на фігуру та оболонкову будову Землі

а. Фігура Землі – двохосний еліпсоїд, геоїд, кардіоїд.

б. Гравітаційна диференціація речовини зумовила поділ планети Земля на геосфери: внутрішні та зовнішні.У гравітаційному полі Землі речовина, що має більшу густину, прагне опуститися вниз, а легша речовина підіймається угору. Унаслідок розташування земної кори відповідно до її густини на Землі утворилися ядро, мантія, земна кора, гідросфера, атмосфера.

в. Земне тяжіння ущільнило внутрішню речовину Землі і сформувало щільне ядро.

г. Ядро при обертанні Землі навколо своєї осі створило магнітосферу.

д. Величина гравітаційного поля така, що утримує газову оболонку Землі, дозволяючи «вислизати» лише легким елементам – водню і гелію.

Уплив гравітаційного поля Землі на літосферу та мантію

а. Існування астеносфери, пластичного розплавленого шару, по якому рухаються літосферні плити, також є функцією сили тяжіння. Плавлення речовини відбувається при певному співвідношенні кількості теплоти й величини тиску. Остання визначається силою тяжіння на відповідній глибині.

б. Сила тяжіння обумовлює прагнення земної кори до ізостатичної рівноваги.

в. Гравітаційне поле Землі зумовлює формування рельєфу. Оскільки розвиток рельєфу є переміщенням речовини, то сила тяжіння грає у ньому провідну роль. Це стосується як ендогенних, так і екзогенних процесів рельєфоутворення.

г. Вертикальне переміщення речовини у надрах Землі під дією сили тяжіння обумовлює виділення значної кількості енергії, яку називають внутрішньою енергією Землі.

д. Величина гравітаційного поля Землі визначає верхню межу висоти гірських хребтів. Вони не можуть бути вищими за 9 кілометрів.

Уплив гравітаційного поля Землі на атмосферу, гідросферу та кругообіг речовин

а. Сферична форма гравітаційного поля зумовлює дві універсальні форми симетрії – конічну та білатеральну. До кожної ділянки земної поверхні приурочене конусоподібне поле земного тяжіння. Воно впливає на усі тіла на Землі. Якщо тіло «росте» вгору або вниз, воно набуває форму близьку до конічної (гірські вершини, вулканічні конуси, карстові лійки, піщані форми рельєфу, дерева, чагарники тощо). Якщо тіло росте горизонтально, то гравітаційне поле робить його листоподібним: дельти, акумулятивні рівнини, поверхні вирівнювання тощо.

Перехід конічних форм у плоскі утворює схили. Весь рельєф Землі – це поєднання схилів різної крутизни й експозиції.

б. Сила тяжіння необхідна для перебігу процесів циркуляції атмосфери. Згадайте, що нагріте повітря піднімається вгору, бо внаслідок зменшення його маси на нього діє менша сила тяжіння, і навпаки.

в. Дія гравітаційного поля Землі зумовлює вертикальні рухи води в об’єктах гідросфери, призводить до формування певних видів течій.

г. Без гравітаційного поля неможливі кругообіги речовини на Землі.

д. Атмосферне прикриття забезпечує існування гідросфери, інакше вода випарувалася б і зникла в глибинах Космосу.

2.3.3.. Фігура та розміри Землі

У давнину Землю вважали випуклим диском, у VII ст. до н.е. уже вважали, що Земля – куля. Ньютон довів, що Земля – еліпсоїд обертання з полярним стисненням. Сучасні уявлення: з одного боку, дійсна форма Землі – геоїд. Це фігура Землі, обмежена рівневою поверхнею, яка співпадає із спокійною поверхнею Світового океану, продовженою під материки. В кожній точці рівневої поверхні прямовисні лінії їй перпендикулярні. Геоїд не є чітко визначеною геометричною фігурою, його неможливо описати математичними формулами.

Для різних обрахунків, прикладних задач використовується поняття про чітко визначену геометричну фігуру максимально наближену до дійсної фігури Землі. Це трьохосний еліпсоїд Красовського з полярним та екваторіальним стисненням. Його розміри:

Екваторіальний радіус (велика напіввісь) a=6 378,245км,

Полярний радіус (мала напіввісь) b= 6 356, 863км,

Середній радіус =6 371,11км.

Полярне стиснення 1/298,3 (21,36км)

Екваторіальне стиснення 1/30 000 (213м)

Довжина меридіану – 40 008,55км

Довжина екватору – 40 075,696км

Площа поверхні – 510 х 10⁶ км ² .

2.3.4. Внутрішня будова Землі

Атмосфера, гідросфера, земна кора (об’єм 1,2%, маса = 0,5%), мантія (об’єм 83%, маса = 67%),ядро (об’єм16%, маса = 31,5%).

Земна кора відділена від мантії поверхнею Мохо, котра під горами опускається на глибину 80 км, під рівнинами 30 – 40 км, а під океанами піднімається до 10 км. Океанічна кора в 5 разів тонша, складається з базальтового шару (середня густина – 2,85г/см³), та осадового чохла.

У континентальній корі є базальтовий, гранітний та осадовий шари. Мантія до глибини 2900 км, t^о від 100^о на її поверхні до 3 800^о на межі з ядром. Густина – від 3,5 г/см³ до 5,2.

У верхній мантії на глибині 100 – 200 км під континентами і 50 – 60 під океанами знаходиться астеносфера. Її температура близька до плавлення, але високий тиск не дозволяє плавитись, тому речовина повільно тече. Таким чином земна кора разом із твердою верхньою частиною мантії називається літосферою. Літосфера поділена на блоки, котрі рухаються по поверхні астеносфери, обумовлюючи тектонічні процеси Землі.

Земне ядро (радіус якого становить 3 500 км) має щільність 12,3 г/см³, температуру 4 000 – 5 000^о, тиск 3,6 млн. атмосфер. У ядрі виділяють зовнішнє ядро, проміжну сферичну зону, внутрішнє ядро. Вважають, що зовнішнє ядро рідке, а внутрішнє тверде.

І зараз йдуть процеси розшарування речовини, легкі речовини піднімаються, важкі йдуть вниз з виділенням та поглинанням величезної кількості енергії. Енергія виділяється при радіоактивному розпаді, ущільненні. Якби Земля мала меншу масу й щільність, то вона б не змогла вдержати водну та повітряну оболонки. Якщо Земля була б масивнішою, то до складу атмосфери увійшли б водень та метан.

2.3.5. Магнітосфера та її показники

Існує міжпланетне магнітне поле. На його фоні виділяється певний простір навколо Землі, пронизаний полем магнітних силових ліній, набагато сильнішим, ніж у сусідньому космосі. Таким чином, простір, де діє магнітне поле Землі, називається магнітосферою. Ясна річ, побачити цю сферу не можна. Геомагнітне поле наочно проявляється у впливі на стрілку компаса, яка весь час прагне розташуватися вздовж силових ліній. Стрілка вказує на магнітні полюси, а не на географічні.

Магнітне схилення – кут, на який відхиляється магнітний меридіан від географічного. Лінії, які з’єднують точки із однаковим магнітним схиленням – ізогони. Агонічна лінія – нульова ізогона (компас там показує на географічний полюс). Магнітні полюси не співпадають з географічними і постійно переміщуються. Зараз північний магнітний полюс має координати 77⁰ північної широти, 122⁰ західної довготи, а південний – 65⁰ південної широти, 139⁰ східної довготи.

Кут між горизонтальною площиною і стрілкою компаса – магнітне нахилення. Лінії, котрі з’єднують точки із однаковим магнітним нахиленням – ізокліни. Магнітний екватор має нульове нахилення. Сила магнітного поля характеризується напруженістю, яка зростає від екватора до полюсів.

Будова магнітосфери

Якби не було впливу Сонця, магнітосфера була б симетричною. З одного полюсу виходять силові лінії, в інший входять. Сонячний вітер, який наштовхується на перепону у вигляді магнітного поля Землі, обтікає її. При цьому на відстані 2-4 земних радіуса від межі магнітосфери виникає ударна хвиля. Сонячна плазма, проходячи через неї, ущільнюється, нагрівається. Під її тиском геомагнітне поле стискується тим більше, чим сильніший вітер. Зі протилежного, нічного, боку під впливом сонячного вітру силові лінії витягуються паралельно одна одній та утворюють «хвіст» магнітосфери діаметром 40 радіусів Землі та довжиною 100 земних радіусів.

У магнітосферу проникають космічні промені, які не можуть вирватися з неї і рухаються туди-сюди вздовж силових ліній мільярди разів. Ця захоплена радіація утворює радіаційний пояс на екваторі до 600-1000 км висоти, а на широтах біля 65⁰ = 90-120 км висоти, де утворюється зона полярних сяйв. Заряджені частинки, конкретно електрони, висипаються у дзеркальних точках повороту і їх потік викликає полярні сяйва.

 

2.3.6. Зміни магнітного поля Землі

Геомагнітне поле поділяють на постійне (головне), викликане магнетизмом планети, і перемінне, утворене в результаті впливу Сонця. Складаються карти магнітного поля, які дійсні 5 років, тобто упродовж магнітної епохи. На карті добре видно відхилення магнітного поля від звичайної величини – це аномалії. Є світові аномалії (Східносибірська) та локальні (КМА, Криворізька, Кременчуцька тощо). Магнітні полюси Землі не лише дрейфують, а й міняються місцями за 3600 років. Навіть за добу магнітні полюси змінюються, а за рік вони описують еліпс діаметром ≈ 20 км. Зараз магнітне поле Землі зменшується на 5 % за 100 років і через 1200 років може зникнути. Вважають, що такі явища були в минулі геологічні епохи. Період зміни полярності 700 тисяч років. Після таких епох проходить інверсія магнітного поля – полюси міняються місцями.

2.3.7. Магнітні бурі та полярні сяйва

На постійне магнітне поле накладаються зміни, пов’язані з діяльністю Сонця. Так утворюється перемінне магнітне поле. Швидкі варіації магнітного поля мають періоди від часток секунди до декількох днів. Періодичні швидкі варіації – доба, 14 діб. Серед нерегулярних збурень геомагнітного поля найбільш відомі магнітні бурі. Вони починаються на всій Землі і тривають по декілька днів. Сильні бувають раз на рік, менш сильні – декілька разів на місяць. Причина – вплив корпускулярного випромінювання Сонця (сонячний вітер – потік електронів, протонів і α-частинок) під час сонячних спалахів на магнітне поле Землі. Космічні частинки рухаються навколо Землі по спіралі від полюса до полюса.

Магнітні бурі супроводжуються полярними сяйвами, погіршенням радіозв’язку тощо. Наприклад, під час магнітної бурі 11 лютого 1958 року у Швеції в деяких місцях загорався ізоляційний матеріал на кабелях, згорали запобіжники і навіть трансформатори. При магнітних бурях спочатку різко зростає, а потім спадає напруженість магнітного поля. При цьому усталений рух частинок у магнітному полі змінюється, дзеркальні точки спускаються нижче і частинки витрушуються в атмосферу. На висоті 100 км «витрушені» частинки стикаються з атомами газів повітря, які починають світитися (зелений і червоний дає атмосферний кисень, помаранчевий і фіолетовий азот тощо).

Полярні сяйва – дуже красиве явище природи. Воно триває від декількох хвилин до декількох годин. Сяйва бувають променеві і безструктурні (дуги). Променеві – смуги, драпрі, корони. Інколи форма полярного сяйва повторює контури берегів морів. Переважає колір зеленувато-жовтий, іноді червоний, блакитно-білий, під час значної сонячної активності – густо-червоний.

Полярні сяйва – це світіння верхніх шарів атмосфери в частині спектру, зокрема в лініях та смугах атомів і молекул кисню й азоту. Їх більше всього на висотах від 50-80 км (протони) до 150 км (електрони). Від висоти залежить колір сяйва. На всій землі сяйва проходять одночасно. Але найбільша частота появи сяйва відмічається біля широти 67⁰, де буває більше 200 днів у рік з полярними сяйвами. Максимум сяйв – за 22⁰ від магнітних полюсів (Чукотка, Таймир, Північна Якутія тощо). Це зона полярних сяйв. На північ і на південь їх частота зменшується. Наприклад, на екваторі буває 1 сяйво на 10 років у момент великої сонячної активності.

В середні віки полярні сяйва вважали передвісниками війн, голоду, епідемій. Перед падінням Єрусалиму, перед смертю Юлія Цезаря спостерігалися полярні сяйва. Вважали, що це прояв гніву богів. Полярні сяйва зображали навіть у вигляді цілих армій, озброєних піками, які б’ються до смерті. Для того, щоб точніше зрозуміти механізм полярного сяйва, слід згадати будову магнітосфери.

2.3.8.Значення геомагнітного поля

Охороняє від космічного випромінювання поверхню Землі й усе живе на нашій планеті. Впливає на характеристики рідин, а оскільки кров людини – рідина, то магнітні бурі дуже впливають на людину. Вивчення геомагнітного поля необхідне в навігації, для геодезистів, при пошуках нафти, бокситів, алмазів, золота. Припускають, що тварини (ссавці, а особливо птахи) при міграціях орієнтуються саме за допомогою силових ліній магнітного поля Землі. Тварини при відпочинку та сні, зазвичай, розташовуються у напрямку північ – південь, тобто вздовж силових ліній геомагнітного поля.

2.4. Географічні наслідки параметрів Землі як планети

2.4.1. Географічні наслідки участі Землі у рухах Сонячної системи у Всесвіті

Земля разом з усією Сонячною системою обертається навколо центра Галактики. Період обертання становить 176 млн. років і називається галактичним роком. Участь у цьому русі призводить до дуже сильних комплексних змін у природі географічної оболонки упродовж усієї історії Землі.

Унаслідок різнорідності будови Галактики космічне гравітаційне поле в її межах неоднорідне. При віддалені від ядра Галактики Сонячна система проходить через ділянки з меншим гравітаційним полем. У результаті цього відбувається стиснення Сонця і планет (під дією власних сил притягання, для Землі — земного тяжіння). За рахунок стиснення надра Землі розігріваються, дрейф плит мінімальний, тектонічні процеси активізуються, відбуваються інтенсивні процеси горотворення, висхідний розвиток рельєфу. Останній зумовлює розвиток зледеніння.

Перший (висхідний) етап циклу розвитку рельєфу обумовлює інтенсивну денудацію внаслідок посилення екзогенних процесів рельєфоутворення (ерозії, діяльності льодовиків тощо) при піднятті поверхні. Поступове зниження і вирівнювання рельєфу складає суть другого — низхідного — етапу в циклі розвитку рельєфу в період відносного тектонічного спокою. Через 88 млн. років Сонячна система проходить через ділянки з найбільшим гравітаційним полем у межах Галактики (при найменшій відстані до її центру). Внаслідок цього відбувається зростання тектонічної активності, (магматизму внутрішнього і зовнішнього, землетрусів, розломної тектоніки, горизонтальних рухів літосферних плит тощо). При цьому рельєф не підвищується, але розчленовується. Це — третій етап циклу розвитку рельєфу. Далі триває четвертий етап — вирівнювання та зниження рельєфу суходолу. Таким чином, завершується один геологічний цикл розвитку рельєфу тривалістю 200-220 млн. років і розпочинається другий. Таких циклів в історії розвитку географічної оболонки виділяється кілька, зокрема у фанерозії (останні 600 млн. років) — три (герцинський, мезозойський, альпійський).

2.4.2. Уплив сонячно-земних взаємодій на природу нашої планети

До сонячно-земних зв’язків відносять:

а. Сукупність явищ, пов’язаних із обертанням Землі навколо Сонця, тобто сезонна ритміка у географічній оболонці. Наприклад, шторми сильніші взимку, мусони, течії, явища в гідросфері, морозне вивітрювання, багаторічна мерзлота,

б. Сукупність явищ, пов’язаних із зміною положення земної осі під впливом Сонця, тобто прецесією тривалістю 26 000 років.

в. Енергія, за рахунок якої відбувається більшість процесів у географічній оболонці, це сонячна енергія. На верхній межі атмосфери на 1 см² площі надходить біля 2 ккал сонячної радіації за хвилину.

г. Вплив сонячної активності на перебіг процесів в атмосфері, гідросфері, літосфері, біосфері.

д. Вплив сонячної активності на магнітосферу Землі.

е. Речовинний потік a і b - частинок, тобто протонів і електронів сонячного вітру створює радіаційний пояс в атмосфері, формує іоносферу і екзосферу.

2.4. 3. Уплив Місяця на природу Землі

Загальна характеристика Місяця

Хоча Місяць далеко не найбільший супутник (у Сатурна – Титан діаметром – 5 000 км, у Юпітера Ганімед (4 940км) і Калісто (4 690км), у Нептуна – Тритон (4 000км), але за співвідношенням мас Місяць не має рівних – 1/81.

Місяць – це тверде, сильно зрите ударними кратерами кам’янисте тіло, без атмосфери, із середнім радіусом 1 738км і середньою щільністю – 3,3 г/см³. Лише центральні області Місяця глибше 800 – 1 000км під поверхнею знаходяться у напіврозплавленому стані. Зараз Місяць – тектонічно мертве тіло, ніколи він не був у розплавленому стані повністю. Із-за приливного тертя осьове обертання Місяця синхронізовано з його обертанням навколо Землі, тобто Місяць завжди повернутий до Землі однією півкулею. Приливне тертя примушує Місяць віддалятись від Землі зі швидкістю 3см на рік. За тисячоліття унаслідок цього земна доба збільшилася на декілька годин. Навколо Землі Місяць обертається за 27,32 доби, навколо осі за 24 години в тому ж напрямку, що і Земля.

Місяць однорідний за щільністю, він не має залізного ядра (2 – 4 % маси Місяця), збіднений на летючі та легкоплавкі елементи (Pb, Bi, Hg, Zn, Cl, Br.) збагачений на тугоплавкі. На Місяці немає води та льоду. Він утворився в період активного

Місяць своїм притяганням (разом із росту Землі, як рій з невеликих тіл і часток. Потім система сформувалася система протомісяців, а із них власне Місяць.

Значення Місяця для природи Землі

Місяць своїм притяганням (разом із притяганням Сонця) спричинює припливно-відпливні рухи у кожній точці планети, включаючи атмосферу.

а. Унаслідок цих рухів відбувається припливне гальмування швидкості обертання Землі навколо своєї осі. Так, за останній мільярд років земна доба збільшилась від 18 до 24 годин. Зараз її тривалість продовжує зростати.

б. Сповільнення осьового обертання Землі спричинює зменшення полярного стиснення фігури Землі. При цьому у тілі Землі відбувається перетікання мас і деформації у літосфері.

в. У результаті активізується тектонічна активність (гороутворення, землетруси, вулканізм). Підрахували, що збільшення тривалості доби на 1/2 години призводить до звільнення енергії, достатньої для утворення величезної смуги хребтів, що майже повністю перетинають земну кулю.

г. Унаслідок припливного тертя у надрах Землі виділяється величезна кількість енергії, яка є одним із видів внутрішньої енергії Землі.

д. Припливне гальмування зменшує силу Коріоліса. Ця сила впливає на рухи в атмосфері та гідросфері. Відповідно, зменшення сили Коріоліса призводить до зміни циркуляції атмосфери й гідросфери, клімату Землі тощо.

е. Місяць робить положення земної осі стабільним і Земля не розкачується як дзиґа.

2.4. 4. Географічні наслідки параметрів Землі як планети

Параметри Землі як планети мають географічні наслідки.

1. Відстань від Сонця до Землі визначає її велику масу, за рахунок якої формується гравітаційне поле Землі з усіма аспектами його географічного значення.

2. Кулеподібна форма при мінімальному об’ємі концентрує максимальну масу речовини. Велика маса Землі обумовлює дію не лише сил зчеплення, а більшої за них – сили тяжіння. Сила тяжіння ущільнила земну речовину, обумовила її гравітаційну диференціацію й оболонкову будову:

а. Сила тяжіння сформувала щільне ядро, яке разом з обертанням створило магнітосферу.

б. Величина сили земного тяжіння дозволяє утримати атмосферу, яка у свою чергу забезпечує існування гідросфери (інакше остання б випарувалася і зникла з Землі).

в. Сила тяжіння створює тиск глибинних мас і обумовлює їх гравітаційну диференціацію і вертикальне переміщення, у результаті чого виділяється енергія – один із видів внутрішньої енергії Землі.

3. Відстань від Землі до Сонця визначає кількість сонячної радіації, котра надходить на Землю. Обумовлені сонячним теплом температури створюють унікальні умови існування на Землі води одночасно в 3 ^х агрегатних станах.

4. Кулеподібна форма Землі визначає нерівномірний розподіл сонячної радіації біля земної поверхні – зменшення її від екватора до полюсів, що обумовлює виділення теплових поясів, кліматичних поясів.

Цим обумовлюється зональний характер природи географічної оболонки. В.В.Докучаєв писав: Усі земні стихії: вода, земля (розуміємо гірські породи і ґрунт), вогонь (тепло і світло), повітря, а також рослинний і тваринний світ завдяки астрономічному положенню, кулеподібній формі Землі несуть на собі явні, різкі риси світової зональності.

Комплексний вираз її – поділ географічної оболонки на географічні пояси і природні зони, котрі мають переважно широтне простягання.

5. Кулеподібна форма Землі при постійному осьовому обертанні обумовлює постійний поділ її поверхні на освітлену та неосвітлену частини, що спричинює добову ритміку у географічній оболонці.

6. Незмінний кут нахилу земної осі до екліптики обумовлює зміну пір року в орбітальному русі Землі і сезонну ритміку у географічній оболонці.

7. Сферична форма Землі спричинює сферичність геосфер і географічної оболонки в цілому. Тому вони безперервні та єдині вздовж поверхні Землі, тобто процеси в них не мають меж у горизонтальних (точніше у латеральних) напрямках – довжині і ширині. Наприклад: рухи внутрішньої речовини Землі, циркуляція атмосфери й океанічної води, розселення живих організмів.

8. Унаслідок кулеподібної форми Землі формується її сферичне гравітаційне поле.

Ця форма обумовлює дві універсальних форми симетрії на Землі – конічну і білатеральну (горизонтальну). Розглянемо географічні об’єкти котрі ростуть вгору або вниз: дерева, квітки, плоди, насіння, гірські вершини, вулкани, карстові лійки, бархани, дюни, атмосферні вихори – циклони, антициклони тощо. Усі вони мають форму близьку до конічної. Якщо тіло «росте» горизонтально, сила тяжіння робить його листоподібним – листки рослин, тварини (плазуни), акумулятивні рівнини, дельти, поверхні вирівнювання тощо.

Тести для самоконтролю до тем 2.3; 2.4

1. Величина гравітаційного поля найбільша:

а) на екваторі;

б) на полюсах;

в) на тропіках;

г) на полярних колах;

д) на паралелях 45⁰

2. Що із наведеного далі є географічними наслідками гравітаційного поля Землі:

а) кулеподібна форма Землі;

б) полярні сяйва;

в) виділення енергії при вертикальному переміщенні речовини у надрах Землі;

г) припливи і відпливи у геосферах;

д) конічна та білатеральна симетрія географічних об’єктів

3. Унаслідок величини гравітаційного поля Землі гірські хребти на ній не можуть бути вищими за:

а) 9 км;

б) 21 км;

в) 19 км;

г) 45 км;

д) 10 км

4. Фігура Землі, обмежена рівневою поверхнею, яка співпадає із спокійною поверхнею Світового океану, продовженою під материками, називається:

а) геоїд;

б) еліпс;

в) двохосний еліпсоїд;

г) кардіоїд;

д) куля

5. Середній радіус Землі становить:

а) 63711 км;

б) 5875 км;

в) 1975 км;

г) 40008 км;

д) 6371 км

6. Земне ядро має температуру:

а) 10000⁰ С;

б) 5000⁰ С;

в) 330⁰ С;

<