* Механические взаимодействия в планетарных физико-географических процессах подчинены закону всемирного тяготения. * В мире макротел, которыми являются. - презентация

1

2 * Механические взаимодействия в планетарных физико-географических процессах подчинены закону всемирного тяготения. * В мире макротел, которыми являются небесные тела, этот закон играет основополагающую роль, определяя их взаимодействие и эволюцию.

3 На Земле выражениями этого закона являются: * гравитационное поле Земли (поле силы тяжести); * гравитационная дифференциация земного веще­ства, приводящая к образованию геосфер, изостатическому уравновешиванию литосферы, тепловой конвекции в ядре и мантии, океане и атмосфере; * движения земных масс и их перемещения внутри планеты и на её поверхности; * образование приливов.

4 * Это поле силы тяжести – равнодействующей силы тяготения и центробежной силы вращения Земли. * Так как сила тяготения зависит от радиуса Земли, который наименьший на полюсах, то эта сила наибольшая на полюсах. * Центробежная сила наибольшая на экваторе. * Результирующая этих сил (сила тяжести) воз­ растает по этим причинам от экватора к полюсам соответственно от 978 до 983 галов (гл, 1 гал = 1 см / с²). * Сила тяжести убывает от земной поверхности вверх на 0,3 мгл на каждый метр высоты и несколько возрастает по мере увеличения в глубь Земли в пределах литосферы. * Гравитационное поле – потенциальное.

5 * Значения поля силы тяжести Земли отображаются изогалами (линиями равных значений силы тяжести). * На карте изогал экватору соответствует ложбина, а полюсам – выпуклости. * Наряду с этой общей закономерностью наблюдаются региональные и локальные особенности, связанные с неоднородностью Земли. * Они называются гравитационными аномалиями и специально изучаются геофизикой.

6 * История Земли, начиная от её возникновения как небесного тела, тесно связана с тяготением. * Сила тяготения была одной из главных в образовании Земли из протопланетного облака. * В соответствии с разными гипотезами Земля возникла изна­чально как двухслойное тело (т. е. ядро Земли и других планет образовалось на более ранней стадии, мантия – на более поздней), или как однослойная масса. * В последнем случае считается, что главным в истории планеты с геофизической точки зрения является процесс гравитационной дифференциации вещества, т. е. его расслоение в соответствии с плотностью вещества в поле силы тяжести. * В результате такого расслоения возникли геосферы, каждая из которых сложена веществом одного типа (одного агрегатного состояния и сходной плотности).

7 * С процессом гравитационной дифференциации связано множество проявлений. * В литосфере это вертикальные тектонические движения блоков земной коры. * В атмосфере гравитационная дифференциация приводит к неустойчивости воздушного столба вследствие различных температур и влажности. * В тропосфере, воздух нагревается от земной поверхности и испытывает импульс движения, направленный вверх («всплывает»). * Гравитационная неустойчивость атмосферы обычна, поэтому в метеорологии уменьшение температуры от земной поверхности вверх считают нормой, а убывание температуры к земной поверхности называется инверсией. * В гидросфере гравитационная дифференциация, зависящая как от температуры, так и солёности водных масс, также приводит к их перемещению и залеганию в соответствии с их плотностью (процесс подъёма вод в океанологии называется апвеллинг, процесс опускания – даунвеллинг).

8 * Процессы плотностной дифференциации реализуются в виде изостатического уравновешивания в окружающей среде. * Изостатическое равновесие – это уравновешивание тел на субстрате в соответствии с плотностью вещества и толщиной тела. Это хорошо иллюстрируют две простые модели изостатического уравновешивания тел, плавающих на водной поверхности. * На рисинке б различная плотность вещества при одинаковом размере плавающих кубиков, поэтому кубики погружаются в воду пропорционально отношению собственной плотности; на рисунке а плотность вещества одинакова, но размеры кубиков различны, поэтому каждый кубик погружен в воду на величину, равную отношению масс. Принцип изостазии: а – уравновешивание кубиков по объёму при одинаковой плотности вещества; б – уравновешивание кубиков по плотности при одинаковых объёмах вещества (цифры даны в единицах условной плотности)

9 * Обычно понятие изостатического равновесия употребляется по отношению к литосфере, но эффект проявляется в любых средах. * Материковая кора как бы всплывает вместе с частью верхней мантии, поскольку сложена веществом менее плотным, чем океаническая, и имеет большую мощность. * Океаническая кора погружается относительно материковой по тем же причинам, ибо плотность её выше, а толщина меньше. * Благодаря изостазии в истории Земли поддерживается закономерное соотношение высот суши и глубин океана

10 * Изостатическое уравновешивание литосферы является важным системообразующим свойством Географической оболочки. * Оно определяет конфигурацию континентов и океанов, распределение высот и глубин, а через них – поступление и перераспределение теплоты, циркуляцию водных и воздушных масс и обусловливает неповторимую организацию современной географической обстановки на земной поверхности.

11 * Взаимодействия гравитационных и иных сил внутри планеты и различные контакты с явлениями космического окружения приводят к движению земных масс, «старающихся» занять наиболее устойчивое положение в пространстве. * Непосредственным географическим выражением этих смещений являются вулканические процессы – выбросы в Географическую оболочку глубинных масс вещества, сейсмические – резкие смещения внутриземных масс со встряхиванием и обычно с разрывами сплошности земной коры, тектонические – перемещения земных масс внутри планеты или с отражением на земной поверхности. * Все они активно влияют на функционирование Географической оболочки. * Основная причина их проявления видится в необходимости уравновешивания результатов фундаментальных взаимодействий внутри Земли, в связи с чем из недр выбрасывается «излишек» энергетических масс с трансформацией земной коры и её поверхности, которая препятствует этим выбросам. * Движения земных масс являются важной характеристикой планеты, так как свидетельствуют об активности её недр и самосто­ятельной жизнеспособности планеты к развитию и совершенствованию.

12 * Океанские приливы зависят главным образом от взаимодействия Земли, Луны и Солнца. * Главную роль при этом играет ближе расположенная Луна: её притяжение в 2,17 раза превосходит солнечное. * Весь приливо-отливной цикл по продолжительности соответствует лунным суткам (24 ч. 51 м.), которые не совпадают с солнечными и за счёт этого образуются приливные неравенства. * Масса Солнца несопоставимо велика по сравнению с массой Луны. * В то же время расстояние от Земли до Солнца также значительно больше, чем до Луны, поэтому величина солнечного прилива приблизительно в 2,2 раза меньше, чем лунного. * Так как взаимное положение Земли, Луны и Солнца постоянно меняется, то изменяются и величины солнечных и лунных приливов.

13 * Солнечные приливы изменяют величину лунных приливов. * Если приливные волны лунного и солнечного происхождения суммируются, а три светила располагаются по одной прямой, то прилив называется сизигийным; если вычитаются, а Солнце и Луна относительно Земли образуют прямой угол, то прилив называется квадратурным. * Высота сизигийного прилива в океане приблизительно в 1,5 раза выше лунного, а квадратурного – вполовину меньше последнего.

14 * Приливы оказывают воздействие на все оболочки Земли независимо от среды или состояния вещества. * Величина приливной силы одинакова и на суше, и на море. * Однако способность сопротивления этой силе (вязкость, упругость) и деформация различных сред неодинаковы. * Не только океан, но и поверхность литосферы, а также недра испытывают периодические деформации за счёт пробегания приливных волн. * На суше нет точки отсчёта, каковой в океане является береговая линия, поэтому литосферный прилив неза­метен. Но незаметность не означает отсутствия.

15 * Приливо-отливные движения имеют для Земли важное географическое следствие. * В деформируемом приливом теле Земли (во всех средах – тврдой, жидкой, газообразной) происходит внутреннее трение, приводящее к преобразованию энергии суточного вращения Земли в механическую. * Суточное вращение Земли по этой причине замедляется на 1/ секунду в год, то есть сутки удлиняются на 1 секунду за лет * Замедление суточного вращения Земли уменьшает силу Кориолиса, воздействует на фигуру эллипсоида вращения (чем медленнее осевое вращение, тем меньше полярная сплюснутость Земли и тем ближе её модель к форме сферы).

16 * Напряжения в литосфере и земной коре, которые обусловлены приливами, могут создавать новые тектонические структуры вследствие изменения перемещения литосферных плит. * Например, по одному из расчётов, замедление осевого вращения, приводящее к удлинению суток на 0,5 часа, должно высвободить энергию, достаточную для образования всей Альпийской горной системы. * Но и сами морские приливы – источник ещё невостребованной энергии приливных волн. Альпы

17 * Приливы играют важную роль в формировании специфических природных ландшафтов на довольно обширных низменных побережьях континентов. * При выходе к мелководью прилив может существенно нарушать гидрологический режим в эстуариях рек, впадающих в море или океан (Амазонка, Хуанхэ и др.) и даже поворачивать их вверх по течению. * Такое явле­ние получило название: приливной бор. * Океанологические условия во многих районах Мирового океана в значительной степени определяются приливо-отливной изменчивостью уровня и течений, существенно влияющих на гидрологический режим (особенно проливов), интенсивность и характер переноса вод.

18 * Приливообразующая сила представляет пример образования сложных причинно-следственных связей в Географической оболочке и самоусиления незначительных изначальных изменений, называемых синергизмом. * Синергизм – это способность системы самопроизвольно усиливать внешнее воздействие. * Он свойствен неравновесным системам, к которым относится и Географическая оболочка.

19 * Основу этих движений составляет одна из сил инерции – сила Кориолиса, обусловленная вращением Земли вокруг оси. * Она равна произведению массы точки т на её поворотное ускорение и направлена противоположно этому ускорению. F k = - 2 т V ώ Sin φ, * где V – скорость движения точки, ώ – угловая скорость вращения Земли, φ – угол, между направлением движения точки со скоростью V и угловой скоростью ώ (географическая широта). * На экваторе (φ = 0°) сила Кориолиса отсутствует. * Величина 2ώ Sin φ называется параметром Кориолиса.

20 * Влияние силы Кориолиса состоит в том, что во вращающейся системе отсчёта материальная точка, движущаяся не параллельно оси вращения, а отклоняется по направлению, перпендикулярному к её относительной скорости, или оказывает давление на тело, препятствующее такому отклонению. * На Земле этот эффект, заключается в том, что свободно падающие тела отклоняются по вертикали к востоку, а тела, движущиеся вдоль земной поверхности, отклоняются в Северном полушарии вправо, а в Южном – влево от направления их движения. Изменение силы Кориолиса с широтой

21 * Вследствие медленного вращения Земли такие отклонения весьма малы и заметно сказываются или при очень больших скоростях движения, или когда движение длится очень долго, например, подмыв соответствующих берегов рек (закон Бэра, согласно которому правые берега рек Северного полушария круче левых, а в Южном полушарии наоборот), а также изнашивание железнодорожных рельсов. * Кориолисова сила проявляется во всех средах, даже при движении литосферных плит. * Так как разные части плиты находятся на разной широте, а иногда даже в разных полушариях, что может служить причиной сквозных разломов, пересекающих дно океана и особенно хорошо заметных в экваториальной области.

22 * Действия силы Кориолиса распространяются на многие явления в Географической оболочке. * В атмосфере под влиянием отклоняющей силы вращения Земли ветры умеренных широт обоих полушарий принимают преимущественно западное направление, а в тропических широтах – восточное (пассатное). * Вращением Земли вызваны и иные эффекты в океане, в частности – боковой нагон воды в океанском течении, проявляющийся аналогично закону Бэра на суше.

23