Климатическая зональность.

В природные циклы массообмена, охватывающие экогеосистемы крупных регионов, ощутимый дисбаланс вносят отходы промышленных предприятий и транспорта. Более 95 % техногенных выбросов соединений серы приходится на химически весьма агрессивный диоксид серы. При сжигании каменных углей, содержащих сульфиды железа, и нефти, в которой постоянно присутствуют серусодержащие органические соединения, происходит основная эмиссия SO₂. При выплавке металлов также выделяются в атмосферу крупные массы диоксида серы. Общемировой техногенный выброс серы в атмосферу в 1990 г. оценивается в 100–110 млн. тонн. Осаждаясь с атмосферными осадками, оксиды серы поражают растительность, почвенную биоту, подкисляют водоемы, вызывают заболевания населения.

Вследствие неравномерного распределения техногенных оксидов серы поражаются отдельные территории. Жидкие (в виде дождей) кислые осадки выпадают преимущественно в скандинавских странах и Канаде, в сухом виде (аэрозоли) – на среднем западе США, в Чехословакии. Наиболее сильно загрязнена SO₂ атмосфера в Финляндии, Люксембурге, Чехословакии, Венгрии, Канаде. В Финляндии, Швеции, Норвегии, Нидерландах и Австрии загрязнение атмосферы оксидами серы вследствие трансграничного переноса намного превышает выбросы их собственной промышленности. От кислотных дождей в ФРГ погибло 1500 га леса, в Швеции в 2000 озер исчез лосось. На территории бывшего СССР площадь существенного закисления от дождей и снега достигла 46 млн. га – в основном за счет переноса подкисленных осадков из Западной Европы в Прибалтику, Карелию, на весь Северо-Запад России. Очень опасно подкисление океанических мелководий, ведущее к невозможности размножения многих беспозвоночных животных, что может вызвать разрыв пищевых сетей и глубокое нарушение экологического равновесия в Мировом океане.

Сельскохозяйственное производство оказывает существенное влияние на природные биогеохимические циклы некоторых химических элементов. В сфере земледелия в настоящее время находится около 15 млн. км², т.е. около 10 % от площади всей суши. Опасность агрогенных геохимических аномалий связана с большими масштабами проявления их и охватом практически всей сельскохозяйственной продукции. Попадающие в почву при ее обработке выхлопы техники, износ орудий; внесение удобрений и других химических веществ – главный вид агрогенного воздействия. Хотя удобрения увеличивают урожайность наполовину, но это меняет химический состав почв, повышает концентрацию токсичных и канцерогенных соединений азота, фосфора и других химических элементов (30 элементов в апатите).

Структура биологического круговорота на площади земледелия трансформирована. Находившаяся в биогеохимическом равновесии с окружающей средой природная растительность заменена сельскохозяйственными культурами, которые способны существовать в условиях данных экогеосистем лишь благодаря человеку. Образующаяся продукция возвращается в почву не полностью, так как частично удаляется в виде урожая. В систему биологического круговорота искусственно вводятся значительные массы азота, калия, фосфора и воды. Одновременно в результате механического нарушения почвы активизируются процессы эрозии и выноса химических элементов за пределы обрабатываемых площадей.

Обеспечение растущего населения Земли продуктами питания – одна из актуальных проблем современности. Поэтому расширяются старые и строятся новые горные предприятия, химические комбинаты для переработки горно-химического сырья в минеральные удобрения. Главным мероприятием в повышении урожайности является увеличение доз вносимых минеральных удобрений, т.е. искусственное включение масс химических элементов в биологический круговорот. Анализ масс миграционных потоков азота и фосфора показал, что количество этих элементов, искусственно включаемых в систему биологического круговорота, уже в 1970 г. превышало соответствующие массы, вовлекаемые в водную миграцию естественным путем (табл. 2.1).

Привлекает внимание сложившееся распределение масс азота в мировом сельском хозяйстве. Из табл. 2.1 и 2.2 видно, что в обрабатываемые почвы мира вносилось с минеральными удобрениями в 1970 г. около 30 млн. т/год азота, в 1990 г. – около 60 млн. тонн, а в 2000 г. прогнозируется внесение 120 млн. тонн.

Агрохимическая интенсификация сельского хозяйства породила проблему азота, имеющую особое биогеохимическое и экологическое значение. Во-первых, искусственное введение крупных масс азота в обрабатываемые почвы ведет к разбалансированности массообмена элемента в системе «почва – растительность». Не вовлеченные в биологический круговорот избыточные массы азота в виде нетратов активно участвуют в водной миграции. В результате соединения азота аккумулируются в геохимически подчиненных экогеосистемах (отрицательных элементах рельефа, озерах, а также водохранилищах, образованных плотинами гидроэлектростанций). Повышение концентрации азота вызывает усиленный рост водной растительности, зарастание водоемов, перегрузку их мертвыми растительными остатками и продуктами разложения. Во-вторых, аномально высокая концентрация в почве растворимых соединений азота влечет за собой повышенное их содержание в сельскохозяйственных продуктах питания и питьевой воде.

Имеющиеся данные говорят о том, что в настоящее время нормальное функционирование глобального цикла азота сохраняется благодаря незамкнутости природных циклов массообмена, связывающих отдельные экогеосистемы. Вместе с тем в некоторых сельскохозяйственных регионах избыточные массы азота не могут быть вовлечены в биологический круговорот и захватываются в водную миграцию, что нарушает нормальное функционирование биогеохимически подчиненных экогеосистем в районах интенсивного сельскохозяйственного производства.

 

 

93 Локальные антропогенные биогеохимические аномалии тяжелых металлов

 

Среди последствий хозяйственной деятельности человеческого общества особо важное значение имеет процесс прогрессирующего накопления металлов в окружающей среде. Различные металлы (как использовавшиеся с отдаленного времени, так и получившие применение недавно) используются в индустриальном производстве в нарастающем количестве

 

Самая главная, на первый взгляд парадоксальная, особенность использования металлов в мировом хозяйстве заключается в их активном рассеянии. Пути техногенного рассеяния металлов разнообразны; важнейшим служит выброс в атмосферу при металлургическом переделе руд. Значительная часть металлов теряется еще раньше — при транспортировке, обогащении, сортировке руды. Как указывает А. А. Беус с соавторами (1976), таким путем в 1965 — 1975 гг. во всем мире было рассеяно (тыс. т): меди — 600, цинка — 500, свинца — 300, молибдена — 50.

После получения металлов вся технология современного производства сопровождается их рассеиванием в окружающей среде. Огромные массы металлов используются в химической, бумажной, электротехнической и других отраслях промышленности и уходят с промышленными стоками. Столь же крупные массы металлов истираются и рассеиваются во время работы различных машин и механизмов. Значительная часть некоторых металлов и других рассеянных элементов добывается лишь для того, чтобы их рассеять на поверхности Земли. Примером могут служить производство алкидов свинца, применяющихся в качестве добавок в бензин для автомобилей, а также использование ртути и мышьяка для изготовления ядохимикатов в сельском хозяйстве.

Кроме отраслей промышленности, производящих или использующих металлы, существуют и другие пути их техногенного рассеяния, среди которых особенно важную роль играет сжигание минерального топлива, главным образом каменного угля.

Массы тяжелых металлов, ежегодно поступающие в окружающую среду в результате хозяйственной деятельности человечества, сопоставимы с количеством металлов, участвующих в глобальных процессах массообмена.

Годовая добыча некоторых металлов, прежде всего меди и свинца, значительно превышает и вынос растворимых форм, и годовой захват растительностью.

 

В степных ландшафтах протяженность техногенных геохимических аномалий увеличивается — заводы цветной металлургии сопровождаются ореолами рассеяния свинца, цинка, меди, мышьяка с радиусом от 5 до 20 км. Вокруг крупного Чимкентского свинцово-плавильного завода, расположенного в условиях сухих степей Южного Казахстана, ореол техногенного рассеяния распространяется до 25 — 30 км. Содержание металлов-загрязнителей от источника к фону убывает в степенной зависимости независимо от того, является металл главным компонентом или примесью в руде

 

 

94 Климатическая, ландшафтная, почвенная, геохимическая зональность.

 

ЗОНАЛЬНОСТЬ КЛИМАТИЧЕСКАЯ

— подразделение земной поверхности по общности климатических условий на крупные зоны, представляющие собой части поверхности земного шара, имеющие более или менее широтное протяжение и выделенные по определенным климатическим показателям. З. к. не обязательно должна охватывать по широте все полушарие. В климатических зонах выделяются климатические обл. Различают вертикальные зоны, выделяемые в горах и лежащие одна над другой. Каждая из этих зон обладает определенным климатом. В разных широтных зонах одноименные вертикальные климатические зоны будут различны по особенностям климата.

 

 

95 Климатическая, ландшафтная, почвенная, геохимическая зональность

 

97 Приходно-расходный бюджет тепла и влаги - основа зональности.

 

98 Секторальность и особенности вертикальной поясности

 

 

99 Современные проблемы охраны природы

 

 

100 Принципы и правила охраны природы

 

Форма

Форма Земли (геоид) близка к сплюснутому эллипсоиду. Расхождение геоида с аппроксимирующим его эллипсоидом достигает 100 метров^[92]. Средний диаметр планеты составляет примерно 12 742 км, а окружность — 40 000 км, поскольку метр в прошлом определялся как 1/10 000 000 расстояния от экватора до северного полюса через Париж^[93] (из-за неправильного учёта полюсного сжатия Земли эталон метра 1795 года оказался короче приблизительно на 0,2 мм, отсюда неточность).

Вращение Земли создаёт экваториальную выпуклость, поэтому экваториальный диаметр на 43 км больше, чем полярный^[94]. Высочайшей точкой поверхности Земли является гора Эверест (8848 м над уровнем моря), а глубочайшей — Марианская впадина (10 994 м под уровнем моря)^[95]. Поэтому, по сравнению с идеальным эллипсоидом, Земля имеет допуск в пределах 0,17 % (1/584), что меньше 0,22 % — допустимого допуска для бильярдного шара^[96]. Из-за выпуклости экватора самыми удалёнными точками поверхности от центра Земли являются вершина вулкана Чимборасо в Эквадоре и гора Уаскаран вПеру^[97][98][99].

 

 

8 Земля – эллипсоид вращения, кардиоид, геоид

 

Земля не является правильной геометрической фигурой. Под действием неравномерно размещенных масс в земной коре изменяется направление сил тяготения

геоид ввел немецкий физик И. Листинг в 1873 году для обозначения формы Земли. Итак геоид - это геометрическое тело, ограниченное уровневой поверхностью, которая совпадает с поверхностью морей и океанов при спокойном состоянии водных масс и мысленно продолжиться под материками так, чтобы направления сил тяготения пересекали ее под прямым углом. Поверхность геоид нельзя описать ни одной из математических формул. Из-за неравномерного размещения масс внутри Земли поверхность геоид имеет сложную, неправильную форму. Поэтому за математическую фигуру для Земли принимают эллипсоид вращения, наиболее приближенный к геоид. Размеры и форма эллипсоида вращения характеризуется параметрами:
- А - длиной большой (экваториальной) полуоси
- В - длиной малой (полярной) полуоси
-? - коэффициентом полярного сжатия;? = (а-в) / а
- Е и с - эксцентриситетом; е2 = (а2 - В2) / а; с2 = (а2 - В2) / в
Эллипсоид вращения еще называют сфероид. Максимальное отклонение поверхности геоид от эллипсоида не превышает 150 м.
Земная ось - это воображаемая линия, которая проходит через полюса, и вокруг которой Земля за 24 часа делает один оборот.
Меридианы - линии пересечения поверхности сфероид плоскостями, которые проходят через ось вращения и представляются на сфероид эллипсами.
Параллели - линии пересечения плоскостями, перпендикулярными к оси вращения и является кругами.
Экватор - это параллель, плоскость которого проходит через центр сфероид. Экватор - круг, радиус которого равен большой полуоси.
Полюса - неподвижные точки, через которые проходит воображаемая земная ось.
Линии ОQ = a, OP = b называются большой и малой полуосей сфероид (а - радиус экватора, b - полуось вращения Земли).
Размеры земной сфероид определяются длинами этих полуосей. Изучение фигуры математической поверхности Земли сводится к определению размеров полуось и сжатие эллипсоида, наилучшей степени подходящего к геоид и правильно расположенного в теле Земли. Такой эллипсоид называется референц - эллипсоидом.
То есть референц - эллипсоид - это земной эллипсоид с определенными размерами и сориентирован так, чтобы его поверхность ближе подходила к поверхности геоид.
В течение трех последних столетий ученые разных стран, используя различные данные измерений, вычисляли размеры земного эллипсоида. В нашей стране с 1946 года приняты размеры земного эллипсоида, исчисленные в 1940 году учеными - геодезистами Ф.Н. Красовским и А.А. Изотов.
- Малая полуось b = 6356363 м, (полярный радиус)
- Большая полуось а = 6378245 м, (экваториальный радиус)
- Полярное сжатие? = 1:298,3
- Первый эксцентриситет е2 = 0, 0066934
- Второй эксцентриситет с2 = 0,0067385
Физическая поверхность Земли, на которой выполняют геодезические измерения, в значительной мере отличаются от референц- эллипсоида. При топографических и картографических работах Землю часто принимают за шар,

 

9 Вращение Земли вокруг Солнца

 

Земля совершает полный оборот вокруг Солнца за 365 суток и 6 часов. Для удобства считают, что в году 365 дней, а через каждые четыре года, когда из 6 часов “накопится” 24 часа, в году бывает не 365, а 366 дней. Этот год называется високосным, а один день прибавляют к февралю. Земная ось наклонена под углом 66,5° и перемещается в пространстве параллельно самой себе в течение года: Поэтому освещается то северная, то южная полярные области Земли, что приводит к смене времен года и неравенству дня и ночи в течение года на всех широтах, кроме экватора. Началом астрономической весны и осени считаются дни весеннего и осеннего равноденствий (когда солнечные лучи под углом 90° падают на экватор и касаются полюсов – 21 марта и 23 сентября). А началом лета и зимы – дни соответствующих солнцестояний (когда высота Солнца над горизонтом в полдень наибольшая – 22 июня и 22 декабря). Поэтому освещается то северная, то южная полярные области Земли, что приводит к смене времен года и неравенству дня и ночи в течение года на всех широтах, кроме экватора. Началом астрономической весны и осени считаются дни весеннего и осеннего равноденствий (когда солнечные лучи под углом 90° падают на экватор и касаются полюсов – 21 марта и 23 сентября). А началом лета и зимы – дни соответствующих солнцестояний (когда высота Солнца над горизонтом в полдень наибольшая – 22 июня и 22 декабря).

Полярный день – это период, когда Солнце не опускается за горизонт. Чем ближе к полюсу от полярного круга, тем длиннее полярный день. На широте Северного полярного круга он длится одни сутки, на Северном полюсе – 189 суток.

В Северном полушарии на широте Северного полярного круга полярный день начинается
22 июня – в день летнего солнцестояния, а в более высоких широтах раньше.

Аналогичное явление наблюдается в Южном полушарии, но в другое полугодие.

 

10. Николай Коперник и законы Кеплера

 

Никола́й Копе́рник - известен как автор гелиоцентрической системы мира, Размышляя о Птолемеевой системе мира, Коперник поражался её сложности и искусственности, и, изучая сочинения древних философов, особенно Никиты Сиракузского и Филолая, он пришёл к выводу, что не Земля, а Солнце должно быть неподвижным центром Вселенной^[17]. Исходя из этого предположения, Коперник весьма просто объяснил всю кажущуюся запутанность движений планет, но, не зная ещё истинных путей планет и считая их окружностями, он был вынужден сохранить эпициклы идеференты древних для объяснения неравномерности движений.

Создавая свою гелиоцентрическую систему, Коперник опирался на математический и кинематический аппарат теории Птолемея, на полученные последним конкретные геометрические и числовые закономерности. Так, в модели Птолемея все планеты подчинялись общему (хотя и непонятному в рамках геоцентризма) закону: радиус-вектор любой планеты в эпицикле всегда совпадал с радиус-вектором Земля — Солнце, а движение по эпициклу для верхних планет (Марс, Юпитер, Сатурн) и по деференту для нижних (Меркурий, Венера) происходило с единым для всех планет годичным периодом. В модели Коперника данный закон получил простое и логичное объяснение^[18].

Гелиоцентрическая система в варианте Коперника может быть сформулирована в семи утверждениях:

· орбиты и небесные сферы не имеют общего центра;

· центр Земли — не центр Вселенной, но только центр масс и орбиты Луны;

· все планеты движутся по орбитам, центром которых является Солнце, и поэтому Солнце является центром мира;

· расстояние между Землёй и Солнцем очень мало по сравнению с расстоянием между Землёй и неподвижными звёздами;

· суточное движение Солнца — воображаемо, и вызвано эффектом вращения Земли, которая поворачивается один раз за 24 часа вокруг своей оси, которая всегда остаётся параллельной самой себе;

· Земля (вместе с Луной, как и другие планеты), обращается вокруг Солнца, и поэтому те перемещения, которые, как кажется, делает Солнце (суточное движение, а также годичное движение, когда Солнце перемещается по Зодиаку) — не более чем эффект движения Земли;

· это движение Земли и других планет объясняет их расположение и конкретные характеристики движения планет.

ЗАКОНЫ КЕПЛЕРА

Первый закон Кеплера (закон эллипсов)

Первый закон Кеплера.

Каждая планета Солнечной системы обращается по эллипсу, в одном из фокусов которого находится Солнце.

 

Второй закон Кеплера (закон площадей)

Второй закон Кеплера.

Каждая планета движется в плоскости, проходящей через центр Солнца, причём за равные промежутки времени радиус-вектор, соединяющий Солнце и планету, описывает равные площади.

Третий закон Кеплера (гармонический закон)

Квадраты периодов обращения планет вокруг Солнца относятся, как кубы больших полуосей орбит планет.

 

10 орбита Земли. Наклон земной оси

Орбита Земли - это путь в пространстве, по которому Земля движется вокруг Солнца

 

Орбита Земли - собственное движение Земли вокруг Солнца, на среднем расстоянии около 150 миллионов километров (152 098 232 км в афелии, 147 098 290 км в перигелии). Орбита является эллиптической, в одном из фокусов которого находится материнская звезда. Один оборот, так называемый сидерический год продолжается 365.256363 суток. ^{[прим. 1]} Вследствие данного движения, Солнце для земного наблюдателя смещается на восток примерно на 1 ° или два своих диаметра сутки. Воображаемая линия которую определяет Солнце на небесной сфере называется эклиптикой. Средняя скорость движения планеты вокруг светила составляет 108 тысяч километров в час или 30 км / сек (в афелии скорость движения Земли уменьшается до 29,3 км / с, в перигелии растет до 30,3 км / с), таким образом за семь минут Земля перемещается на один свой ​​диаметр (около 12 750 км).

Климатическая зональность.

Положение границ климатических зон зависит от наклона земной оси к плоскости эклиптики. Северный полярный круг проходит по широте 66°33ўс.ш., а Южный полярный круг – по широте 66°33ў ю.ш. Полярные круги отделяют, соответственно, северную и южную полярные зоны от умеренных зон Северного и Южного полушарий. Северный тропик (23°27ўс.ш.) и Южный тропик (23°27ў ю.ш.) являются границами между северной и южной умеренными зонами и внутритропической зоной. Таким образом, последняя охватывает по широте 46°54ў.

Часть года в полярных областях Солнце не заходит и движется по кругу почти параллельно горизонту (полярный день). В другое время года в тех же областях Солнце не восходит (полярная ночь). Продолжительность полярного дня и полярной ночи вблизи полюсов шесть месяцев, она сокращается по мере удаления от полюсов и приближения к Северному или Южному полярному кругу. На 78° северной и южной широты полярный день и полярная ночь продолжаются по четыре месяца, а на широтах Северного и Южного полярных кругов – по 24 часа.

В умеренных зонах Солнце никогда не достигает зенита и никогда не описывает полного круга на небосводе. В пределах этих зон, но ближе к тропикам Солнце в полдень приближается к зениту. Вблизи полярных кругов Солнце описывает на небосводе почти полный круг или даже видимый полный круг из-за влияния атмосферной рефракции и некоторой сплюснутости Земли у полюсов.