§ 18. Пояси освітленості на Землі. Визначення висоти Сонця над горизонтом та тривалості дня. Орбітальний рух Землі: основні характеристики. Географічні наслідки обертання Землі навколо Сонця

1. ПОЯСИ ОСВІТЛЕНОСТІ НА ЗЕМЛІ. Нахил земної осі відносно площини орбіти і рух Землі навколо Сонця еліпсоїдною траєкторією визначають умови формування на планеті п’яти поясів освітленості. Різниця між ними полягає у висоті полуденного Сонця над горизонтом, довжині світлового дня й, відповідно, теплових умовах (мал. 1).

За допомогою мал. 1 поясніть, як і чому змінюється кут падіння сонячних променів на поверхню Землі й що від цього залежить.

Межі поясів освітленості й теплових поясів на Землі не збігаються переважно через вплив рельєфу, підстилаючої поверхні на розподіл температур повітря, а в океані та біля його берегів — ще й через морські течії.

За допомогою мал. 1 визначте умовні межі поясів освітленості.

Кожен пояс освітленості має свої особливості через різну поведінку Сонця протягом року над цими поясами. У тропічному поясі воно хоча б раз буває в зеніті. У помірних поясах Сонце ніколи не буває в зеніті й тут відсутні полярні дні й ночі. У полярних поясах у літній час спостерігаються полярні дні, коли Сонце не ховається за горизонт, а взимку — полярні ночі, коли воно взагалі не сходить.

За допомогою мал. 1 визначте на прикладі Південної Америки, де й коли Сонце буває в зеніті.

2. ВИЗНАЧЕННЯ ВИСОТИ СОНЦЯ НАД ГОРИЗОНТОМ ТА ТРИВАЛОСТІ ДНЯ. Ви знаєте, що кількість тепла, яке Сонце посилає на земну поверхню, залежить від величини кута падіння його променів (він може бути від 0 до 90°). Кут 0° може бути на полюсах та на території від них до полярних кіл. За цих умов сонячні промені лише «ковзають» поверхнею Землі, слабко її нагріваючи. Під кутом 90° (Сонце в зеніті) сонячні промені падають на поверхню Землі між двома тропіками та сильно нагрівають поверхню Землі.

Отже, чим ближче до екватора, тим більше кут падіння сонячних променів і, відповідно, земна поверхня сильніше нагрівається.

Наведіть докази змін кута падіння сонячних променів на поверхню Землі в різні пори року.

Мал. 1. Пояси Сонячної освітленості Землі.

Висоту Сонця над лінією горизонту можна виміряти за допомогою секстанта, астролябії, квадранта й гномона. Гномон є дуже давнім астрономічним приладом, його вік — щонайменше декілька тисяч років (мал. 2).

Найпростіший гномон може зробити кожен: довгу палицю встромляємо в землю так, щоб над поверхнею залишився рівно один метр. У сонячний день опівдні тінь від цієї палиці буде найменшою. Кут між кінцем тіні та відрізком, що з’єднує палицю з ним, є кутом, під яким на земну поверхню падає сонячне проміння.

3. ОРБІТАЛЬНИЙ РУХ ЗЕМЛІ: ОСНОВНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ. Ви вже знаєте тривалість періоду часу, за який Земля обертається навколо Сонця. Це рік, який приблизно визначають у 365 днів. Із 48 хв 46 с, які для зручності не враховують кожного року, «набігає» ще один день, який додають до високосного року (раз на чотири роки).

Земна орбіта має довжину понад 936 млн км. Швидкість Землі (понад 108 тис. км/год), із якою вона рухається навколо Сонця, ми не відчуваємо. Земля то віддаляється від Сонця (у точці орбіти, яка має назву афелій) на 5 млн км (орбіта еліпсоїдна), то знову до нього наближається (у точці орбіти, яка має назву перигелій). Збільшення відстані до Сонця призводить до зменшення швидкості руху Землі власною орбітою. Сонце ніби постійно тримає нашу планету на повідку, то підтягуючи її до себе, то знову відпускаючи.

Використовуючи знання із фізики, поясніть, завдяки чому ми не відчуваємо швидкість, із якою Земля рухається навколо Сонця.

Мал. 2. а) Сонячний гномон; б) використання астролябії; в) квадрант; г) секстант.

Мал. 3. Рух Землі відповідно до II закону Кеплера.

Відповідно до законів Кеплера, в афелії Земля рухається зі швидкістю 29,3 км/с, у перигелії — 30,3 км/с. Отже, у нас, у Північній півкулі, літо — найдовша пора року, а зима — найкоротша; перевищення становить 7 діб 14 год, а в Південній півкулі все навпаки (мал. 3).

Поясніть за допомогою мал. 3, у якій частині земної орбіти планета рухається з більшою швидкістю. Порівняйте з мал. 2 а (с. 49) і вкажіть пори року, коли це відбувається.

У результаті руху Землі навколо Сонця й нахилу екліптики відбувається зміна пір року. Утворення й наявність тропіків і полярних кіл є також наслідком руху та положення Землі навколо і відносно Сонця. Тропіки — це паралелі, проведені по 23°27′ на північ і південь від екватора. Це природна межа положення Сонця в зеніті: на північ і на південь від тропіків Сонце ніколи не буває прямо над головою. Між тропіками розташований жаркий пояс, який займає майже 40% земної поверхні. Сонце тут буває в зеніті двічі на рік і лише безпосередньо над тропіками один раз у дні сонцестоянь. Ця особливість відрізняє тропіки від усіх інших паралелей. На екваторі день завжди дорівнює ночі.

Полярні кола (Північне і Південне) — паралелі, які віддалені від екватора на 66°33′ на південь і північ. У Північній півкулі в день зимового сонцестояння (22 грудня) на північ від Полярного кола Сонце не сходить над горизонтом, і чим далі на північ, тим довше триває Полярна ніч, а починаючи із дня літнього сонцестояння (22 червня) — не заходить. Аналогічне явище спостерігається і в Південній півкулі.

Між Полярними колами і тропіками розташовані два помірні пояси, де Сонце ніколи не буває в зеніті, а протягом доби день обов’язково змінює ніч. Загальна площа цих поясів становить майже 52% земної поверхні.

У минулі геологічні епохи, імовірно, Земля рухалася інакше навколо Сонця і навколо своєї осі. Наслідком цього були зовсім інші природні умови на нашій планеті. Наприклад, на землях сучасної України мільйони років тому був тропічний клімат, були поширені теплолюбні рослини й тварини. Підтвердженням цього є знахідки студентів географічного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка під час практики в Каневі зубів акул, які мешкали в теплому морі.

Спостереження вчених довели, що магнітні полюси нашої планети в останній час зрушили зі свого традиційного місця. Деякі науковці пояснюють це явище зміною впливу Сонця на Землю. Цілком можливо, що і в минулому географічні полюси були не в тому місці, де вони є зараз.

• Протягом року Сонце по-різному освітлює поверхню Землі, тому на планеті утворилося п’ять поясів освітленості.
• Унаслідок руху Землі навколо Сонця, нахилу земної осі до площини екліптики на нашій планеті відбувається зміна пір року. Протягом дня і року висота Сонця над лінією горизонту постійно змінюється.
• Земля робить повний оберт навколо Сонця за 365 днів 48 хв 46 с. Щоб «наздогнати» постійне щорічне відставання на 48 хв 46 с, кожен четвертий рік називається високосним і триває 366 днів.

ЗАПИТАННЯ ТА ЗАВДАННЯ

• 1. Обґрунтуйте наявність на Землі саме п’яти поясів освітленості.
• 2. Складіть простий гномон і визначте висоту Сонця у вашій місцевості опівдні в день зимового сонцестояння.
• 3. Проаналізуйте наслідки орбітального руху Землі протягом року відповідно до законів Кеплера.
• 4. Доведіть, що клімат України в минулому був зовсім іншим, ніж зараз.

Географія 6 клас – В. М. Бойко

✵ Пригадайте, як температура повітря залежить від кута падіння сонячних променів на поверхню.

✵ Чому температура повітря змінюється в напрямку від екватора до полюсів?

На глобусі видно, що земна вісь має нахил. Підчас руху Землі навколо Сонця кут нахилу 66,5° між віссю і площиною орбіти не змінюється. Завдяки цьому Земля повертається до Сонця більше то Північною, то Південною півкулями.

Відповідно більше освітлюється і нагрівається то одна, то друга півкуля (мал. 133).

ЯК ОСВІТЛЮЄТЬСЯ І НАГРІВАЄТЬСЯ ПОВЕРХНЯ ЗЕМЛІ ПРОТЯГОМ РОКУ.

Ви вже знаєте, що по поверхні кулястої Землі сонячне світло і тепло розподіляються нерівномірно. Це пояснюється тим, що кут падіння сонячних променів нарізних широтах неоднаковий (мал, 132).

Коли Земля повернута до Сонця Північним полюсом, тоді воно більше освітлює і нагріває Північну півкулю. Дні там стають довшими за ночі. Настає тепла пора року — літо. На полюсі й у приполярній частині Сонце світить цілодобово і не заходить за горизонт (ніч не настає). Це явище називається полярним днем. На полюсі він триває 180діб (півроку). Але що далі від полюса на південь, то тривалість полярного дня зменшується, і на паралелі 66,5° пн. ш. триває одну добу. Цю паралель називають Північним полярним колом. На південь від цієї лінії Сонце вже опускається за горизонт, і зміна дня і ночі відбувається в звичному для нас порядку — щодоби. 22 червня сонячні промені падають прямовисно (під найбільшим кутом — 90°) на паралель 23,5° пн. ш. Цей день буде найдовшим, а ніч найкоротшою в році. Паралель 23,5° пн. ш. називають Північним тропіком, а день 22 червня — літнім сонцестоянням (для Північної півкулі).

Мал. 132. Зміна кута падіння сонячних променів залежно від географічної широти

Мал. 133. Річний рух Землі навколо Сонця

Maл. 134. Видимий добовий рух Сонця над горизонтом на різних широтах

У цей час Південний полюс повернутий від Сонця, і воно менше освітлює і нагріває Південну півкулю. Там зима. На полюс і приполярну частину протягом доби сонячні промені зовсім не потрапляють. Сонце не з’являється з-за горизонту, і день не настає. Це явище називається полярною ніччю. На самому полюсі вона триває 180 днів, а що далі від полюса на північ, то стає коротшою. На паралелі 66,5° пд. ш. вона досягає однієї доби. Цю паралель називають Південним полярним колом. На північ від неї Сонце вже з’являється на горизонті, і зміна дня і ночі відбувається щодоби. 22 червня, коли день найкоротший у році, для Південної півкулі є днем зимового сонцестояння.

Через три місяці, 23 вересня, Земля займає таке положення відносно Сонця, коли сонячні промені однаково освітлюють як Північну, так і Південну півкулю. Прямовисно промені падають на екваторі. На всій Землі день дорівнює ночі (по 12 год). Це день осіннього рівнодення.

Ще через три місяці, 22 грудня, до Сонця повертається Південна півкуля. Там настає літо. Цей день є найдовшим, а ніч — найкоротшою. У приполярній області настає полярний день. Промені Сонця прямовисно падають на паралель 23,5° пд. ш. У Північній півкулі в цей час — зима, і день 22 грудня — найкоротший, а ніч — найдовша. Паралель 23,5° пд. ш. називають Південним тропіком, а 22 грудня — днем зимового сонцестояння (для Північної півкулі).

Ще через три місяці, 21 березня, знову обидві півкулі освітлюються однаково, день дорівнює ночі. Промені сонця прямовисно падатимуть на екваторі. Цей день називають весняним рівноденням.

ТЕПЛОВІ ПОЯСИ ЗЕМЛІ. Лінії тропіків і полярних кіл є межами смуг (поясів) освітленості на поверхні Землі. Пояси освітленості визначають смуги з певними температурами повітря. їх називають тепловими (або температурними) поясами, оскільки вони різняться між собою за кількістю тепла, що надходить від Сонця. Простягання теплових поясів залежно від розподілу температур повітря добре показують ізотерми — лінії на карті, що з’єднують місця з однаковою температурою (мал. 135).

Жаркий пояс розміщений обабіч екватора, між Північним і Південним тропіками. Він обмежений з обох боків ізотермою +20 °С. Тут земна поверхня одержує найбільше сонячного тепла. Двічі на рік (22 грудня і 22 червня) опівдні сонячні промені падають майже прямовисно (під кутом 90°). Повітря від поверхні дуже нагрівається. Тому там жарко протягом року.

Помірні пояси (північний і південний) прилягають до жаркого поясу. Вони простяглися в обох півкулях між полярним колом і тропіком. Сонячні промені там падають на земну поверхню з деяким нахилом. Причому, що далі на північ, то нахил більший. Тому сонячне проміння менше нагріває поверхню. Внаслідок цього менше нагрівається і повітря. Ось чому в помірних поясах холодніше, ніж у жаркому. Сонце там ніколи не буває в зеніті. Чітко виражені пори року: зима, весна, літо, осінь. Що ближче до тропіка, то тривалішим і теплішим є літо. Помірні пояси з боку полюсів обмежує ізотерма найтеплішого місяця +10 °С.

Холодні пояси обох півкуль лежать між ізотермами +10 °С і нижчими за 0 °С найтеплішого місяця. Сонце там узимку по кілька місяців не з’являється над горизонтом. А влітку, хоча й не заходить за горизонт місяцями, проте розташоване дуже низько над горизонтом. Його промені лише ковзають по поверхні Землі й нагрівають її слабко. Поверхня не тільки не нагріває, а й охолоджує повітря.

Мал. 135. Карта теплових поясів

Слово ізотерма походить від грецьких слів ізо — однаковий, терма — тепло.

Екваторіальні широти — це смуга земної поверхні обабіч екватора, тропічні широти — смуга поверхні обабіч тропіків, помірні широти лежать приблизно між тропіками й полярними колами, полярні широти — в районі полярних кіл.

Тому температури повітря там низькі. Зими холодні та суворі, а літо коротке і прохолодне.

Пояси вічного холоду в обох півкулях опоясує ізотерма з температурами всіх місяців, нижчими за 0 °С. Це царство вічних снігів і льоду.

Отже, освітлення і нагрівання кожної місцевості залежать від її положення в тепловому поясі, тобто — від географічної широти. Що ближче до екватора, то більший кут падіння сонячних променів, то сильніше нагрівається поверхня і вища температура повітря. І навпаки, з віддаленням від екватора до полюсів кут падіння променів зменшується, відповідно температура повітря знижується.

Важливо пам’ятати, що лінії тропіків і полярних кіл як межі теплових поясів є умовними, оскільки насправді температура повітря залежить і від інших чинників.

Стародавні слов’яни бога світла і Сонця називали Дажбогом. За стародавніми міфами, його в небі супроводжують три сонячні побратими: Ярило — бог весняного рівнодення, Семиярило — бог літнього сонцестояння та Коляда — бог зимового сонцестояння. Днем народження молодого Сонця вважали день зимового сонцестояння.

✵ Протягом року розрізняють дні сонцестояння: зимового (22 грудня) і літнього (22 червня), дні рівнодення: весняного (21 березня) і осіннього (23 вересня) (для Північної півкулі, в Південній — навпаки).

✵ Полярні кола — це паралелі 66,5° пн. ш. і 66,5° пд. ш., які обмежовують відповідно північну і південну області, де бувають полярні дні і полярні ночі.

✵ Тропіки — це паралелі 23,5° пн. ш. і 23,5° пд. ш., над якими раз на рік полуденне Сонце буває в зеніті.

✵ Теплові пояси — смуги з певними температурами повітря, які різняться між собою за кількістю тепла; їх на Землі сім: жаркий, два помірних, два холодних, два вічного холоду.

1. Знайдіть на карті теплових поясів (мал. 135) міста Сінгапур і Париж. У якому з них середня річна температура повітря буде вищою?

2. Чому середні річні температури знижуються від екватора до полюсів?

3. У якому тепловому поясі розташована територія України?

4. Поміркуйте, якою півкулею буде повернута до Сонця Земля, коли в Україні полудень 22 грудня.

Користуючись мал. 135, перелічіть теплові пояси, в яких розташовані материки:

група 2 — Північна Америка;

Як на них змінюється температура повітря?

✅Чим відрізняються пояса освітленості

Клімат і погода формуються за рахунок різних факторів, серед яких – пояси освітленості. Їх утворення викликано нахилом земної осі щодо Сонця, що впливає на обсяг тепла, що потрапляє на ту чи іншу ділянку планети. Існує п’ять поясів освітленості, які суттєво відрізняються між собою за умовами розподілу сонячного тепла і світла, середньорічній температурі:

• Жаркий (тропічний пояс);
• Помірні (північний і південний пояс);
• Полярні (північний і південний пояс).

Жаркий пояс освітленості знаходиться в тропіках і займає близько 40 відсотків земної поверхні. Тривалість світлового дня і ночі тут приблизно збігається (по 12 годин). Двічі на рік сонце тут буває в зеніті, тобто у вищій точці свого місцеперебування на небі.

Між жарким і тропічним поясом знаходяться помірні пояси, що займають понад половини поверхні земної кулі.

Тривалість дня тут залежить від таких факторів, як географічна широта, а також сезон.

На помірних поясах поблизу полярних кіл у літній період спостерігається таке явище, як білі ночі, що пов’язано зі злиттям вечірньої і ранкової зорі. Спостерігати його можна, наприклад, в Санкт-Петербурзі, а також в інших північних містах.

Що стосується полярних поясів, то тут умови розподілу тепла і сонячного освітлення найцікавіші. Взимку сонце не показується за обрію, і полярна ніч триває від декількох днів до декількох місяців. Влітку сонце не встигає сховатися за горизонт, і спостерігається полярний день.

Такі пояси займають всього 8 відсотків земної поверхні. Тривалість полярного дня і полярної ночі залежить від широти. На полюсах рік ділиться навпіл – на день і ніч.

Різниця між поясами освітленості полягає в наступному:

• Розташування. Жаркий пояс знаходиться між тропіками, холодні – всередині північного і південного полярного кола, помірні – між жаркими і холодними поясами.
• Тривалість світлового дня. На жаркому поясі тривалість дня і ночі становить приблизно по 12 годин, на поміркованих – значення пропорційні і залежать від широти і пори року. На холодних поясах спостерігається полярна ніч і день.
• Режим тепла. Надлишок сонця на жаркому поясі зумовив теплу погоду 12 місяців в році. На помірних сонячна активність визначає велику тривалість дня влітку, і малу – взимку, що відбивається і на режимі тепла. На полярних поясах холодно і взимку, і влітку, повітря практично не прогрівається, що пов’язано з кутом падіння сонячних променів.
• Вища точка знаходження Сонця опівдні. У жаркому поясі сонце буває в зеніті двічі на рік, в помірному – жодного разу, а в холодних взагалі може не показуватися над горизонтом деяку кількість часу в році.
• Вплив на людину. Відзначено, що людина найкомфортніше почувається на помірних поясах освітленості ближче до спекотних. Холодні пояси малопридатні для життя, в той час, як на жарких завжди відчувається надлишок енергії.