Kaj je geoid v geografiji. Kaj je geoid? Fizična površina Zemlje

O tem, kakšen je naš planet, je človek začel razmišljati že v davnini. Ljudje, ki so poskušali razložiti nove pojave, so se zatekali k njim dostopnim konceptom in risali vzporednice z okolico in naravo. Ohranjeno do našega časa zgodovinski viri pomagajo razumeti, kako so se med evolucijo spreminjale predstave ljudi o obliki in mestu našega planeta v vesolju.

Predstave ljudi v starih časih

Prvi viri so podobe in risbe v jamah, zareze na kosteh in kamnih. V starih časih ljudje niso imeli ene same predstave o obliki našega planeta - vse je bilo odvisno od regije bivanja, narave, podnebnih razmer in terena.

Predpostavke prebivalcev Babilona

Najdragocenejše znanje so zapustile civilizacije, katerih ozemlje prebivališča je bilo med rekama Tigris in Evfrat. Stare so več kot šest tisoč let. Prebivalci Babilona so poosebljali Zemljo kot »svetovno goro«. Njihova dežela Babilonija je zasedala zahodno pobočje, na vzhodu so njihove dežele mejile na neizmerno visoke gore, čez katere se je zdelo nemogoče. Na jugu države se je raztezalo morje, ki je z vseh strani umivalo "goro".

Zemlja za Palestince

Ravna ozemlja države so prispevala k dejstvu, da je Zemlja v glavah njenih prebivalcev izgledala kot ravnina, na kateri niso bile izključene gore.

Legende Japonske, Indije in Kitajske

Ideje starih Indijancev so neverjetno zanimive in jih odlikujejo posebno slikovite podobe. Ljudstva teh držav so bila prepričana, da je oblika Zemlje polobla, ki počiva na hrbtih štirih velikanov - slonov. Sloni stojijo na hrbtu ogromne želve, ki živi v morju mleka. Vsa bitja so prepletena s črno kobro Sheshu, ki ima na tisoče glav, ki podpirajo vesolje.

Prebivalci starodavne Japonske so našemu planetu predpisali kubično obliko. Za potrese, ki so bili na ozemlju države pogost pojav, se je našla zanimiva razlaga. Potrese je po njihovem prepričanju povzročilo divjanje zmaja, ki bruha ogenj, ki živi v globokem drobovju Zemlje.

Na Kitajskem so planet videli kot raven pravokotnik s štirimi stebri na vseh vogalih. Torej, stebri podpirajo konveksno kupolo nebes. Enega od njih je že davno poškodovala pošast - zmaj, kar je pripeljalo do dejstva, da se Zemlja nenehno nagiba proti vzhodu, nebo pa ima nagnjenost proti zahodu. Ta teorija je jasno pojasnila gibanje nebesnih teles in tokove rek, ki so usmerjene proti vzhodu.

_
Verovanja Aztekov in Majev

Te starodavne civilizacije so bile prepričane, da je oblika Zemlje kvadratna. V središču figure raste Primordialno drevo, v vogalih je drugo drevo, od katerih ima vsako svojo oznako. Pred Zemljo sta obstajala samo Nebo in Voda; bogovi so seveda sodelovali pri ustvarjanju zemlje; Quetzalcoatl je postal glavna figura.

Stara Grčija

Na ozemlju Stara Grčija na splošno je veljalo, da je planet izbočen disk, ki spominja na ščit bojevnika. Sonce se giblje po bakrenem nebu, kopno z vseh strani obdaja voda – Ocean.

srednji vek

Potovanje z ladjo, videz podrobni zemljevidiŽe v srednjem veku je bilo mogoče sklepati, da ima Zemlja sferično obliko. V tem zgodovinskem obdobju je bilo ugotovljeno, da vsi planeti sončni sistem, vključno z našimi, se vrtijo okoli Sonca. Zahvaljujoč raziskavam znanih Nikolaja Kopernika in Galilea Galileja.

Sodobnost

Leta 1873 je bil koncept prvič predstavljen "geoid". Njen avtor je bil fizik in matematik Johann Listing. Ta izraz je bil uveden za označevanje oblike našega planeta, ki je čim bližje elipsoidu vrtenja.

Raziskave znanstvenikov o tem vprašanju so vitalnega pomena, z vsako novo potrjeno informacijo smo vse bližje naslednjemu odkritju. Posedovanje natančnega znanja prispeva k pravilnemu izračunu koordinat nebesnih in zemeljskih teles. To je še posebej potrebno za plovbo po morju in vesolju, pri gradnji, geodetskih delih in na mnogih drugih področjih človekove dejavnosti.

Kakšno obliko ima Zemlja? Žoga, elipsa, geoid(ge – zemlja + eidos – pogled)… Zagotovo vemo, da Zemlja ni ravna. In vse stopnje verovanj in znanstvenih raziskav so nas pripeljale do najbolj pravilne formulacije: Zemlja ima nepravilne oblike, oblika geoida (podobna zemlji).

Regija Kaluga, okrožje Borovsky, vas Petrovo

_
Kako pridobivamo znanje, je odvisno, kako ga absorbiramo. V ETNOMIR-ju si lahko žejo po znanju potešiš tako, da postaneš udeleženec enega izmed. Ko učenci prejmejo te ali one informacije o svetu okoli sebe, vse spoznavajo kot od znotraj: osnova učenja je načelo jasnosti. Smo za to, da je izobraževanje del tega osebna rast: s preučevanjem sveta spoznavamo sebe!

Otroški izobraževalni izleti in izleti so odličen način za združevanje posla z užitkom. Vsi programi so zasnovani ob upoštevanju starostne značilnosti– za mlajše in starejše razrede. Komunikacija je seveda vključena v učni proces šolskih izletov. Naj bo to zgodovina, geografija, biologija ali literatura – v kateri koli šolski predmet Lahko uvedete element igre, skozi katerega se informacije bolje zaznavajo.

V prvem približku lahko Zemljo štejemo za kroglo. V drugem približku je Zemlja vzeta kot krožni elipsoid; v nekaterih študijah velja za dvoosni elipsoid. Geoid- telo, sprejeto kot teoretični lik Zemlje, omejeno s površjem oceanov v njihovem mirnem stanju, se nadaljuje pod celinami. Zaradi neenakomerne porazdelitve mase v zemeljski skorji ima geoid nepravilno geometrijsko obliko in njegova. površine ni mogoče izraziti matematično, kar je potrebno za reševanje geodetskih problemov. Pri reševanju geodetskih problemov se geoid nadomesti z geometrijsko pravilnimi ploskvami, ki so mu blizu. Torej, za približne izračune je Zemlja vzeta kot krogla s polmerom 6371 km. Elipsoid se približa obliki geoida - figure, ki jo dobimo z vrtenjem elipse (slika 2.1) okoli svoje male osi. Za dimenzije zemeljskega elipsoida so značilni naslednji osnovni parametri: a- velika pol os, b mala pol os,   polarna kompresija in e– prva ekscentričnost meridianske elipse, kjer in.

Razlikujemo med običajnim terestričnim elipsoidom in referenčnim elipsoidom.

Center navadni zemeljski elipsoid postavljena v središče mase Zemlje, os vrtenja je poravnana s povprečno osjo vrtenja Zemlje, dimenzije pa so vzete tako, da zagotavljajo največjo bližino površine elipsoida površini geoida. Globalni elipsoid se uporablja pri reševanju globalnih geodetskih problemov, predvsem pa pri obdelavi satelitskih meritev. Trenutno se široko uporabljata dva globalna elipsoida: PZ-90 (Zemeljski parametri 1990, Rusija) in WGS-84 (Svetovni geodetski sistem 1984, ZDA).

Referenčni elipsoid– elipsoid, sprejet za geodetska dela v posamezni državi. Koordinatni sistem, sprejet v državi, je povezan z referenčnim elipsoidom. Parametri referenčnega elipsoida so izbrani pod pogojem najboljšega približka določenemu delu zemeljske površine. V tem primeru središči elipsoida in Zemlje niso poravnani.

V Rusiji se od leta 1946 uporablja referenčni elipsoid Elipsoid Krasovskega s parametri: A= 6.378.245 m, a = 1/298,3.

2.Koordinatni sistemi v geodeziji. Absolutne in relativne višine.

Koordinatni sistemi, ki se uporabljajo v geodeziji

Za določanje položaja točk v geodeziji se uporabljajo prostorske pravokotne, geodetske in ravne pravokotne koordinate.

Prostorske pravokotne koordinate. Izhodišče koordinatnega sistema se nahaja v središču O zemeljski elipsoid (slika 2.2).

os Z usmerjen vzdolž osi vrtenja elipsoida proti severu. os X leži na presečišču ekvatorialne ravnine z greenwiškim začetnim poldnevnikom. os Y usmerjena pravokotno na osi Z in X proti vzhodu.

Geodetske koordinate. Geodetske koordinate točke so njena širina, dolžina in višina (slika 2.2).

Geodetska širina točkeM imenovan kot IN, ki ga tvori normala na površino elipsoida, ki poteka skozi to točko, in ravnino ekvatorja.

Zemljepisna širina se meri od ekvatorja proti severu in jugu od 0 do 90 in se imenuje sever ali jug. Severna zemljepisna širina velja za pozitivno, južna širina pa za negativno.

Prečne ravnine elipsoida, ki potekajo skozi os OZ, se imenujejo geodetski meridiani.

Geodetska dolžina točke M imenujemo diedrski kot L, ki ga tvorita ravnini začetnega (greenwiškega) geodetskega poldnevnika in geodetskega poldnevnika dane točke.

Zemljepisna dolžina se meri od začetnega poldnevnika v območju od 0 do 360 vzhodno ali od 0 do 180 vzhodno (pozitivno) in od 0 do 180 zahodno (negativno).

Višina geodetske točke M je njegova višina n nad površino zemeljskega elipsoida.

Geodetske koordinate in prostorske pravokotne koordinate so povezane s formulami

X =(N+H) cos B cos L, Y=(N+H) cos B greh L, Z=[(1  e 2 )N+H] greh B,

kje eprvo ekscentričnost meridianske elipse in n  polmer zakrivljenosti prve vertikale. Ob istem času n= a/ (1e 2 greh 2 B) 1/2 . Geodetske in prostorske pravokotne koordinate točk določamo s pomočjo satelitskih meritev, pa tudi tako, da jih z geodetskimi meritvami povežemo s točkami z znanimi koordinatami. Upoštevajte, da poleg geodezij obstajata tudi astronomska širina in dolžina. Astronomska širinato je kot, ki ga sklene navpična črta v dani točki z ravnino ekvatorja. Astronomska dolžina – kot med ravninama greenwiškega poldnevnika in astronomskega poldnevnika, ki poteka skozi navpično črto v dani točki. Astronomske koordinate se določijo na terenu iz astronomskih opazovanj. Astronomske koordinate se razlikujejo od geodetskih koordinat, ker se smeri navpičnih črt ne ujemajo s smermi normal na površino elipsoida. Kot med smerjo normale na površino elipsoida in navpično črto na dani točki zemeljske površine imenujemo odstopanje navpične črte.

Posplošitev geodetskih in astronomskih koordinat je izraz - geografske koordinate.

Ravninske pravokotne koordinate. Za reševanje problemov inženirske geodezije prehajajo s prostorskih in geodetskih koordinat na enostavnejše - ravne koordinate, ki omogočajo upodabljanje terena na ravnini in določanje položaja točk z dvema koordinatama. X in pri.

Ker konveksne površine Zemlje ni mogoče prikazati na ravnini brez popačenja, uvod ravninske koordinate je možno le na omejenih področjih, kjer so popačenja tako majhna, da jih je mogoče zanemariti. V Rusiji je bil sprejet sistem pravokotnih koordinat, katerega osnova je enakokotna prečna cilindrična Gaussova projekcija. Površina elipsoida je prikazana na ravnini v delih, imenovanih cone. Območja so sferični trikotniki, omejeni z meridiani in se raztezajo od severnega pola proti jugu (slika 2.3).

Velikost cone po zemljepisni dolžini je 6. Osrednji meridian vsakega območja se imenuje aksialni meridian. Območja so oštevilčena od Greenwicha proti vzhodu.

Dolžina aksialnega poldnevnika cone s številko N je enaka:

 0 = 6 N  3 . Aksialni meridian cone in ekvator sta na ravnini prikazana z ravnimi črtami (slika 2.4). Aksialni meridian je vzet kot abscisna os x , ekvator pa je za ordinatno osjo. l O Njihovo presečišče (točka

) služi kot izhodišče koordinat za to območje. Aksialni meridian cone in ekvator sta na ravnini prikazana z ravnimi črtami (slika 2.4). Aksialni meridian je vzet kot abscisna os 0 = 0, , ekvator pa je za ordinatno osjo Da bi se izognili negativnim ordinatnim vrednostim, se upoštevajo koordinate presečišča X 0 = 500 km, kar je enakovredno premiku osi

500 km zahodno. , ekvator pa je za ordinatno osjo Tako da je po pravokotnih koordinatah točke mogoče presoditi, v katerem območju se nahaja, na ordinato

levo je dodeljena številka koordinatnega območja. Naj bodo na primer koordinate točke A

Aksialni meridian cone in ekvator sta na ravnini prikazana z ravnimi črtami (slika 2.4). Aksialni meridian je vzet kot abscisna os Naj bodo na primer koordinate točke imajo obliko: , ekvator pa je za ordinatno osjo Naj bodo na primer koordinate točke= 6.276.427 m,

= 12.428.566 m Naj bodo na primer koordinate točke Te koordinate kažejo, da je točka , ekvator pa je za ordinatno osjo 500 km) 12. koordinatnega pasu, na razdalji 500000  428566 = 71434 m od aksialnega poldnevnika. Za prostorske pravokotne, geodetske in ravne pravokotne koordinate v Rusiji je bil sprejet enoten koordinatni sistem SK-95, pritrjen na tla s točkami državne geodetske mreže in zgrajen po satelitskih in zemeljskih meritvah od leta 1995.

Višinski sistemi

Višine se v inženirski geodeziji računajo od ene od ravnih ploskev. Višina točke imenujemo razdaljo vzdolž navpične črte od točke do ravne površine, ki se šteje za začetek izračuna višin.

Višine so absolutne,če jih merimo od glavne ravninske ploskve, to je od ploskve geoida. Na sl. 2,5 odsekov navpične črte Ahh in Vv- absolutne višine točk Naj bodo na primer koordinate točke in IN.

Višine imenujemo pogojno,če je za izhodišče za izračun višin izbrana katera koli druga ravna površina. Na sl. 2,5 odsekov navpične črte Ahh in Vv - pogojne višine točk Naj bodo na primer koordinate točke in IN.

Sprejeto v Rusiji Baltski višinski sistem. Absolutne višine se izračunajo iz ravne površine. Običajno se imenuje številčna vrednost višine označiti. Na primer, če je višina točke Naj bodo na primer koordinate točke enako H Naj bodo na primer koordinate točke= 15,378 m, potem pravimo, da je višina točke 15,378 m.

Razlika v višini dveh točk se imenuje preseganje. Torej, preseganje točke IN nad točko Naj bodo na primer koordinate točke enako

h AB = H IN  H A .

Poznavanje višine točke Naj bodo na primer koordinate točke, za določitev višine točke IN preseganje se meri na terenu h AB. Višina točke IN izračunano po formuli

H IN = H A + h AB .

Merjenje višin in kasnejši izračun višin točk se imenuje izravnavanje.

Absolutno višino točke je treba razlikovati od njene geodetski višina, to je višina, merjena od površine zemeljskega elipsoida (glej poglavje 2.2). Geodetska višina se razlikuje od absolutne višine za višino odstopanja ploskve geoida od ploskve elipsoida..

Geoid je model zemeljskega lika (tj. njegovega analoga po velikosti in obliki), ki sovpada s povprečno gladino morja, na celinskih območjih pa je določen z alkoholno stopnjo. Služi kot referenčna površina, s katere se merijo topografske višine in globine oceana. Znanstvena disciplina o natančni obliki Zemlje (geoidu), njegovi definiciji in pomenu se imenuje geodezija. več podrobne informacije to je predstavljeno v članku.

Konstantnost potenciala

Geoid je povsod pravokoten na smer gravitacije in se po obliki približuje pravilnemu sploščenemu sferoidu. Vendar to ne velja povsod zaradi lokalnih koncentracij akumulirane mase (odstopanja od homogenosti v globini) in zaradi razlik v nadmorski višini med celinami in morskim dnom. Matematično gledano je geoid ekvipotencialna ploskev, tj. označena s konstantno potencialno funkcijo. Opisuje kombinirane učinke gravitacijska privlačnost masa Zemlje in centrifugalni odboj, ki ga povzroča vrtenje planeta okoli svoje osi.

Poenostavljeni modeli

Geoid zaradi neenakomerne porazdelitve mase in posledičnih težav ni preprosta matematična površina. Ne ustreza čisto standardu geometrijski lik Zemlja. Za to (vendar ne za topografijo) se preprosto uporabljajo približki. V večini primerov je zadosten geometrijski prikaz Zemlje krogla, za katero je treba določiti le polmer. Kadar je potreben natančnejši približek, uporabimo vrtilni elipsoid. To je površina, ki nastane z vrtenjem elipse za 360° okoli njene male osi. Elipsoid, ki se uporablja v geodetskih izračunih za predstavitev Zemlje, se imenuje referenčni elipsoid. Ta oblika se pogosto uporablja kot preprosta osnovna površina.

Vrtilni elipsoid je določen z dvema parametroma: z veliko pol osjo (ekvatorialni radij Zemlje) in s pomožno pol osjo (polarni radij). Sploščenje f je definirano kot razlika med veliko pol in malo pol osjo, deljeno z velikim f = (a - b)/a. Zemljini polosi se razlikujeta za približno 21 km, eliptičnost pa je približno 1/300. Odstopanja geoida od elipsoida vrtenja ne presegajo 100 m.

Koncept geoida

Gladina morja, tudi če ni učinkov valov, vetrov, tokov in plimovanja, ni preprosta matematična številka. Nemotena površina oceana mora biti ekvipotencialna površini gravitacijskega polja, in ker slednje odraža gostotne nehomogenosti znotraj Zemlje, velja enako za ekvipotenciale. Del geoida je ekvipotencialna površina oceanov, ki sovpada z nemoteno srednjo gladino morja. Pod celinami geoid ni neposredno dostopen. Namesto tega predstavlja raven, do katere bi se voda dvignila, če bi prerezali ozke kanale čez celine od oceana do oceana. Lokalna smer težnosti je pravokotna na površino geoida, kot med to smerjo in normalo na elipsoid pa imenujemo odklon od navpičnice.

Odstopanja

Morda se zdi, da je geoid teoretični koncept z malo praktične vrednosti, zlasti v zvezi s točkami na kopnem na celinah, vendar ni tako. Višine točk na terenu se določijo z geodetsko izravnavo, pri kateri se z vodno tehtnico vzpostavi tangenta na ekvipotencialno ploskev, umerjeni stebri pa se poravnajo z navpično črto. Posledično so višinske razlike definirane glede na ekvipotencial in zato zelo blizu geoida. Tako je določitev 3 koordinat točke na celinskem površju s klasičnimi metodami zahtevala poznavanje 4 količin: zemljepisne širine, dolžine, višine nad zemeljskim geoidom in odstopanja od elipsoida na tem mestu. Navpično odstopanje je imelo veliko vlogo, saj so njegove komponente v pravokotnih smereh povzročale enake napake kot pri astronomskih določitvah zemljepisne širine in dolžine.

Čeprav je geodetska triangulacija zagotovila relativne vodoravne položaje z visoko natančnostjo, so se triangulacijske mreže v vsaki državi ali celini začele s točkami z ocenjenimi astronomskimi položaji. Edini način za združitev teh omrežij v globalni sistem je bil izračun vseh odstopanj izhodišča. Sodobne metode Geodetsko določanje položaja je spremenilo ta pristop, vendar geoid ostaja pomemben koncept z nekaj praktične uporabe.

Definicija oblike

Geoid je v bistvu ekvipotencialna površina dejanskega gravitacijskega polja. V bližini lokalne odvečne mase, ki normalnemu potencialu Zemlje v točki doda potencial ΔU, se mora površina deformirati navzven, da bi ohranila konstanten potencial. Valovanje je podano s formulo N= ΔU/g, kjer je g lokalna vrednost gravitacijskega pospeška. Masni učinek nad geoidom zaplete preprosto sliko. To je mogoče rešiti v praksi, vendar je priročno upoštevati točko na morski gladini. Prva težava je določitev N ne preko ΔU, ki se ne meri, ampak z odstopanjem g od normalne vrednosti. Razlika med lokalno in teoretično gravitacijo na isti zemljepisni širini elipsoidne Zemlje brez sprememb gostote je Δg. Ta anomalija se pojavi iz dveh razlogov. Prvič, zaradi privlačnosti odvečne mase, katere učinek na gravitacijo je določen z negativnim radialnim odvodom -∂(ΔU) / ∂r. Drugič, zaradi učinka višine N, ker se gravitacija meri na geoidu, in teoretična vrednost se nanaša na elipsoid. Navpični gradient g na morski gladini je -2g/a, kjer je a polmer Zemlje, tako da je učinek višine podan z (-2g/a) N = -2 ΔU/a. Če torej združimo oba izraza, je Δg = -∂/∂r(ΔU) - 2ΔU/a.

Formalno enačba vzpostavlja razmerje med ΔU in merljivo vrednostjo Δg, po določitvi ΔU pa bo enačba N= ΔU/g dala višino. Ker pa Δg in ΔU vsebujeta učinke masnih anomalij v celotnem nedefiniranem območju Zemlje in ne samo pod postajo, slednje enačbe ni mogoče rešiti na eni točki brez sklicevanja na druge.

Problem razmerja med N in Δg je rešil britanski fizik in matematik sir George Gabriel Stokes leta 1849. Dobil je integralno enačbo za N, ki vsebuje vrednosti Δg s funkcijo njihove sferične oddaljenosti od postaje. Pred izstrelitvijo satelitov leta 1957 je bila Stokesova formula glavna metoda za določanje oblike geoida, vendar je njena uporaba predstavljala velike težave. Funkcija sferične razdalje, ki jo vsebuje integrand, konvergira zelo počasi in pri poskusu izračuna N na kateri koli točki (tudi v državah, kjer je bil g izmerjen v velikem obsegu), se pojavi negotovost zaradi prisotnosti neraziskanih območij, ki so lahko precej oddaljena od postaje.

Satelitski prispevek

Videz umetni sateliti, katerega orbite lahko opazujemo z Zemlje, je popolnoma spremenil izračun oblike planeta in njegovega gravitacijskega polja. Nekaj ​​tednov po izstrelitvi prvega sovjetskega satelita leta 1957 je bila pridobljena vrednost eliptičnosti, ki je nadomestila vse prejšnje. Od takrat naprej so znanstveniki geoid večkrat izpopolnili z opazovalnimi programi iz orbite blizu Zemlje.

Prvi geodetski satelit je bil Lageos, ki so ga ZDA izstrelile 4. maja 1976 v skoraj krožno orbito na nadmorski višini približno 6 tisoč km. Bila je aluminijasta krogla s premerom 60 cm s 426 reflektorji laserskega žarka.

Oblika Zemlje je bila določena s kombinacijo Lageosovih opazovanj in površinskih meritev gravitacije. Odstopanja geoida od elipsoida dosežejo 100 m, najbolj izrazita notranja deformacija pa se nahaja južno od Indije. Med celinami in oceani ni očitne neposredne korelacije, obstaja pa povezava z nekaterimi osnovnimi značilnostmi svetovne tektonike.

Radarska višinometrija

Zemeljski geoid nad oceani sovpada s srednjo gladino morja, če ni dinamičnih učinkov vetrov, plimovanja in tokov. Voda odbija radarske valove, zato lahko satelit, opremljen z radarskim višinomerom, uporabimo za merjenje razdalje do gladine morij in oceanov. Prvi tovrstni satelit je bil Seasat 1, ki so ga ZDA izstrelile 26. junija 1978. Na podlagi pridobljenih podatkov je bil izdelan zemljevid. Odstopanja od rezultatov izračunov po prejšnji metodi ne presegajo 1 m.

Zemlja je največji od notranjih planetov in najbolj masiven. Pri neposrednem opazovanju s tal se površje Zemlje zdi ravno. Tako je veljalo v starih časih. Človeštvo je potrebovalo veliko časa in truda, da se je prepričalo, da je Zemlja sferična. Kdaj in kdo je to prvi razumel, se ne ve natančno;

Pomen sferičnosti Zemlje. Do 5. stoletja pr. ideja o obliki Zemlje je temeljila na čutnem zaznavanju: veljala je za ravno, v obliki diska, obdano z mitsko reko Ocean. V 4. stol. pr. n. št Pitagorejci so ustvarili doktrino o sferičnosti Zemlje. Ni izhajal iz eksperimentalnih opazovanj, temveč je temeljil na logiki: Zemlja kot popolno telo mora imeti tudi »popolno« obliko - kroglasto. Ideja o sferični obliki Zemlje se ni uveljavila takoj.

Nastali so po tem, ko je Aristotel (IV. stoletje pr. n. št.) dokazal, da je Zemlja krogla. Eratosten (3. stoletje pr. n. št.) je izračunal njegove dimenzije in dobil presenetljivo blizu dejanske dolžine velikega kroga - približno 40.000 km. Izhajal je iz dejstva, da je na dan poletnega solsticija v mestu Siena (danes Azucene, Egipt). , Sonce, ki je v zenitu, se odseva v globoki vodnjaki. V Aleksandriji (790 km severno od Syene) v tem času sončni žarki ne padajo navpično, ampak pod kotom 7 do 12 "(kot je bil določen s skafisom). Eratosten je razdaljo med Aleksandrijo in Syene obravnaval kot del loka zemeljskega oboda, ki je enak 790 km, in določil dolžino loka 1 o - 107 km, nato pa ugotovil, čemu je enakih vseh 360 o, torej dobil 39500 km.

Koncept sferične Zemlje je revolucioniral svetovni nazor ideje o vesolju in je bil zelo pomemben pri razvoju naravoslovja in filozofije.

1. Krogla z najmanjšo prostornino koncentrira največjo maso snovi. Snov planeta je stisnjena, v notranjosti se oblikujejo osrednje jedro in lupine. Struktura lupine Zemlje je ena njenih najbolj temeljnih lastnosti. V notranjosti Zemljinega telesa prevladujejo gravitacijske sile, v ozračju pa kohezijske sile.

2. Sončni žarki padajo na sferično površino na različnih zemljepisnih širinah, pod različnimi koti (slika 1.3). Tako nastane sferično toplotno polje Zemlje - količina toplote od ekvatorja do polov se zmanjša, nastanejo toplotna območja - vroče, dve zmerni in dve hladni. Porazdelitev toplote po zemeljski površini - glavni razlog oblikovanje klime.

Sferična oblika planeta določa njegovo stalno delitev na osvetljeno dnevno in neosvetljeno nočno polovico. To skupaj z vrtenjem okoli osi določa dnevni ritem toplotni režim geografska lupina.

Zemlja je sferoid. Figure planetov so ustvarjene z delovanjem sil dveh vrst:

a) gravitacija, ki tvori sferično obliko (na Zemlji so gravitacijske sile stokrat večje od adhezije jekla; na majhna nebesna telesa, kot so asteroidi, delujejo adhezijske sile, zato ta telesa nimajo sferične oblike);

b) centrifugalne iz aksialne rotacije, ki povzročajo polarno kompresijo (sploščenost) in določajo sferoidno obliko.

riž. 1.3. Koti sončnih žarkov na žogo
Zemljina površina

Centrifugalna sila je dala Zemlji obliko vrtilnega elipsoida, katerega površina je na polih bližje središču Zemlje in dlje od njega na ekvatorju, kot je površina obročev, ki se stisnejo med vrtenjem.

Odstopanje elipsoida od krogle je majhno - le 21,5 km na polih (slika 1.4). Za procese, ki se dogajajo v geografski ovoj, porazdelitev toplote, gibanje zračne mase, razširjenost rastlin in živali - ni pomembno.

riž. 1.4. Oblika zemeljskega elipsoida. Rn – 6356,8 km; Re – 6378,3 km; Re – Rn = 6378,2– 6356,8 = 21,5 km

Toda sferična deformacija vpliva na tektoniko zemeljska skorja in torej na terenu.

Že leta 1754 je I. Kant govoril o plimskem trenju, ki upočasnjuje vrtenje Zemlje. Kasneje je bilo dokazano, da se je dan v geološkem času (od arheja naprej) podaljšal za približno 4 ure. Obstaja sekularna upočasnitev Zemljine osne rotacije. Čez milijardo let se bo dolžina dneva povečala na 31 ur. Polarno sploščenost Zemlje je bila odkrita že v 17. stoletju. Leta 1672 so iz Pariza v Coenno prepeljali uro, katere nihalo je imelo tako dolžino, da je bila v Parizu nihajna doba enaka sekundi. Blizu ekvatorja so ure začele zaostajati za 2 minuti na dan in nihalo je bilo treba skrajšati za 2 mm. Newton je ta pojav pojasnil z zmanjšanjem gravitacije na ekvatorialnih širinah v primerjavi s povprečjem, ki je posledica stiskanja Zemlje s polov in umika vzdolž ekvatorja.

Geodetska dela pod vodstvom F.N. Krasovski je pokazal, da ideja o obliki Zemlje kot sferoida ni dovolj. Ekvatorialni pol-osi ali polmeri zemeljskega sferoida niso enaki.

Plime in oseke opazimo ne le na morju, ampak tudi na kopnem. V moskovski regiji se na primer površina zemlje dvakrat na dan dvigne in spusti za približno 1040 cm, a tega ne čutimo.

Zemlja je geoid. Podobo Zemlje poleg gravitacijskih sil določa tudi razporeditev težkih in razmeroma lahkih kamnin v njenem telesu, saj je vrednost gravitacije povezana z njihovo gostoto. Na mestih, kjer so nakopičene težke kamnine, se mora površina figure umakniti proti središču planeta, in kjer so se nakopičile kamnine manjše gostote - od središča.

Figura planeta ne imenuje se njegova fizična površina z gorami in nižinami; to je teoretično ravna površina, ki je povsod pravokotna na smer težnosti ali navpično. Imenuje se geoid (kar dobesedno pomeni oblika Zemlje); oblika Zemlje ne sovpada z nobeno matematični lik in zelo individualno.

IN zadnja leta odkrili, da je Zemlja rahlo hruškaste oblike: v srednjih zemljepisnih širinah južni polobli Površina geoida je nekoliko (20 m) višja od sferoida. Na ekvatorju se ujemajo, na srednjih širinah severna polobla Geoid je pod sferoidom. Severni pol dvignjen za 15 m, Južni pol znižana za 20 m In vsa Antarktika je 30 m pod elipsoidom.

Vrtenje Zemlje okoli svoje osi ustvarja centrifugalno silo: bližje kot je ekvator, močneje se material našega planeta vleče "navzven".

Skozi milijone let je vrtenje Zemlje okoli svoje osi spremenilo svojo obliko – kot leteča kapljica vode. Leta 1924 je Mednarodna geodetska in geofizikalna zveza odločila, da obliko našega planeta najnatančneje opiše simetrična geometrijska površina – mednarodni elipsoid.

Vendar je že nekaj let znano, da pravi še zdaleč ni elipsoiden. To dokazujejo satelitski podatki, ki so zagotovili natančnejše slike njegove površine.

Zemeljski geoid je kot kaplja vode

Ker je zaradi štrlečih območij težko natančno določiti njeno obliko, so znanstveniki glede na srednjo gladino morja razvili teoretični model Zemlje, popolnoma prekrite z vodo. Površina takega telesa je, tako kot površina vode, gladka in enotna. Imenovali so ga geoid zemlje.

Nenavadno je, da ima celo tako abstraktno telo precej kompleksna oblika- z izboklinami in vdolbinami z amplitudo do 100 m Na primer, jug je v stometrski luknji, Indonezija pa na hribu, visokem 75 m; v sredini Tihi ocean druga polica je 100 m nad okolico.

Znanstveniki podrobno preučujejo strukturo in sestavo jedra, zlasti njegovo gravitacijsko heterogenost, ki se lahko kaže od zunaj. Znano je, da je masa zemeljske skorje porazdeljena neenakomerno, to vpliva tudi na silo gravitacije. Ponekod, na primer pod oceani, je debelina skorje le nekaj kilometrov, pod gorskimi verigami pa je veliko večja.

Na nekaterih območjih so skale težke (imajo visoka gostota), na drugih pa so veliko lažji. Na kopnem je gravitacija nadpovprečna. Tu geoid zemlje tvori vdolbine, v oceanskem pasu pa izbokline.