Previous PageNext Page

4. Föld pályaelemei, alakja, felszíne és külső övei

A Föld pályaelemei, sűrűsége

Föld sugara  
 az Egyenlítőn6378 km
 a sarkokon6357 km
 közepes hossz6371 km
a Föld lapultsága 1/297
Egyenlítő hossza 40 076 km
Délkör hossza 40 009 km
Hosszúsági ívfok hossza  
 az Egyenlítőn111 km
 a térítőkön102 km
 sarkkörökön44 km
Szélességi fok hossza 111 km
Föld felszíne 510 millió km2
Tömege 5,97 x 1024 kg
Közepes sűrűség 5,5 g/cm3
Nehézségi gyorsulásEgyenlítőn978 cm/sec2

A Föld gömb alakjából következően alakulnak ki az éghajlati övek. A pólusokon a beesési szög kicsi, a kis beesési szög alatt érkező hőmennyiség is kicsi, és jelentős részben visszaverődik. Az Egyenlítőn a beesési szög nagy, ezért itt a felmelegedés erősebb. Az éghajlati övek határait meghatározott szélességi köröknél vettük fel: ezek a térítők és sarkkörök. A legtöbb energiát a két térítő közötti trópusi öv, ezen belül az Egyenlítő kapja.

A Föld részben tengelykörüli forgást, részben a Nap körüli keringést végez. A pályaelemek első modern magyarázatát Kepler, a mozgás fizikai hátterét Newton általános tömegvonzás törvénye adta.

A Kepler-féle mozgástörvények szerint

Ekliptikának nevezzük a földpálya keringési síkjának az éggömbbel alkotott metszésvonalát. A Föld forgástengelye az ekliptika síkjával 23,5 fokos állandó szöget zár be, ezért a keringés egy éve alatt a Nap a Ráktérítő és Baktérítő között változó szélességi körökön delel a zeniten. A déli és északi féltekén ezért aszimmetrikus a Nap évi látszólagos körpályájának szöge a keringési idő alatt. A beesési szögek szempontjából kitüntetett időpontok vannak a keringési pályán. A Baktérítőn való (legdélebbi) zeniten delelés a téli napforduló (december 22.), a Ráktérítőn való (legészakabbi) zeniten delelés a nyári napforduló (június 22.) napja, március 21. és szeptember 23. a tavaszi és őszi napéjegyenlőségek időpontja. Napközelségbe (perihélium) a téli napforduló után kb. két héttel, január 4-én, naptávolba (afélium) július 4-én kerül a Föld.

A pálya excentricitásának hatására az északi féltekén a téli, a déli féltekén a nyári félév rövidebb 8 nappal.

A Föld tengely körüli forgása az óramutató járásával ellentétes irányú (nyugatról kelet felé). Szögsebessége hozzávetőleg azonos, az időben igen kis mértékben lassul, az árapályerők keltette súrlódás miatt.

A tengelykörüli forgás alakítja ki a földi napot. A nap hosszának változásai az Egyenlítő síkjához viszonyítva a Nap látszólagos pályaszögének változásából (azaz valójában a Föld pályán lévő helyzetéből) adódik.


Coriolis hatás

A Föld tengelykörüli forgásának tulajdoníthatók a víz- és levegőtömegek uralkodó cirkulációi, áramlásai. Ennek oka a Coriolis-erő, amely forgó rendszerekben mozgó testekre hat. Ez abból fakad, hogy a vonatkoztatási felületünk, a Föld forog. Egy olyan tárgy, amely a Newton törvények értelmében egyenes vonalú egyenletes mozgást végez, egy nem forgó megfigyelő szempontjából görbe pályát fut be abban az esetben, ha a megfigyelő (és a vonatkoztatási hálózat) forog. A görbét a Coriolis-erő (egy fiktív, az elmozdulásra merőleges, munkát nem végző erő) és a tényleges erőhatás eredője hozza létre. A Coriolis erő nagysága 2v x w, azaz a mozgási sebesség és a Föld forgási szögsebességének szorzata. Egy adott szélességen egy v sebességgel kelet felé mozgó testre az Egyenlítő felé mutató erő hat. A pólus felé mozgó testet az azonos nagyságrendű erő keletre téríti el. A mozgás irányába néző megfigyelő számára a kitérés mindig jobb oldali irányú az északi és bal oldali irányú a déli féltekén.

Lapultság

A Föld közelítőleg gömb alakú. A gravitációs erő és a centrifugális erő kölcsönhatásaként É-D irányban lapúlt, ebben az irányban sugara 21 km-rel rövidebb. Az egyenlítői metszete is ellipszis, nagytengelye itt 400 m-rel hosszabb, mint kistengelye. Ezért alakja semmilyen szabályos alakzattal nem egybevágó, neve geoid. Legjobban háromtengelyű forgási ellipszoiddal közelíthető.

A Föld felszíne

Szárazulatok:
Felszínük aránya a tengerekhez viszonyítva kb 1/3. Átlagos magasság 875 m tszf. Hat kontinens és számtalan sziget alkot szárazulatot. Arányuk az északi féltekén nagyobb. Az északi póluson tenger, a déli póluson szárazulat található. A szárazulatok lehetnek kontinentális vagy óceáni kéreglemezek részei is.

Tengerek:
Átlagos mélységük 3750 méter. Három nagy óceán, ehhez kapcsolódó kisebb tengerrész, és néhány nagy beltenger alkotja. A világóceán legmélyebb pontja a Mariana árokban van, a Challenger-mélység kb. -10920 +-50 m tszf. (1984-es mérés szerint).

A tengerek és szárazulatok közötti elválasztó határ a partvonal. A magasságmérések referencia szintjeként a tengerszint. Magyarországon ma a Balti-, régebben az Adriai-tenger szintjéhez viszonyítottuk a magasság-értékeket (ez az ottani vízállásmérések egyezményes vízmércéjén lévő 0 érték), a két érték között 0,7 m különbség van.

Magnetoszféra

A földfelszín felett a Nap felőli oldalon 4-10 földsugár, az ellenkező oldalon 60 földsugár hosszú csóvával rendelkező zóna, amelyben a Föld mágneses tere érvényesül. Deformációját a napszél - 300-700 km/sec sebességű, cm3-ként 1-10 protont tartalmazó interplanetáris gáz - hatása okozza.

Légkör

A Föld légköre több tízezer kilométer vastag, együtt forog a Földdel. A földi felszíni viszonyok alakulása és az élet szempontjából alapvető jelentőségű. Különböző gázok keveréke, melyek sűrűsége és nyomása a Földtől távolodva exponenciálisan csökken. A légkör alsó rétegeiben a jellemző összetétel:

N278,05 v%
O221,00 v%
Ar0,93 v%
Egyéb0,02 v%

A légkör összetétele a földfelszíntől távolodva változik, a legkülső övben már 100 %-ban hidrogénből áll.

A légkör legalsó rétegében, a troposzférában található a légkör tömegének 80%-a. Itt a vízgőz 0,1-4 v%, és a széndioxid 0,3-0,4 v% is jelentős mennyiségű. Nyugalmi állapotban a hőmérséklet 100 m-ként 0,65oC-kal csökken, ez a csökkenés a tropopauza felületig tart (-60oC). A troposzférában függőleges és vízszintes irányú légmozgások egyaránt jelentősek.

A sztratoszféra a tropopauzától 50 km-ig - a sztratopauzáig - terjed. Alsó határától felfelé a hőmérséklet emelkedik, felső határán 0 - +10oC. A hőmérséklet emelkedését a felső zónájában keletkező ózon okozza. Az oxigénmolekulák elnyelik a rövid hullámhosszú beérkező röntgen és UV sugárzást, és kötéseik felbomlanak. A szabad oxigénatomok meglévő kétatomos molekulákhoz kapcsolódnak, ózon keletkezik; eközben hő szabadul fel, és a levegő felmelegszik. Az ozonoszféra pólusok közeli kivékonyodását nevezzük ózonlyuknak. Ennek rendkívüli élettani jelentősége van, mivel a beérkező többlet UV és röntgensugárzás káros élettani folyamatokat indít meg - emiatt növekszik a bőr rosszindulatú daganatos megbetegedéseinek aránya. Különösen jelentős ez a hatás a déli féltekén, ahol az ózonlyuk jelentősebb méretű.

Itt dúsulnak fel az ún. üvegház-hatást (légköri felmelegedést) okozó gázok (széndioxid, metán), amelyek azzal fejtik ki hatásukat, hogy a Földről kisugárzódó hőenergiát ernyőként visszaverik. A klímaváltozást okozó hatás miatt arányuk csökkentésére ma már több nemzetközi egyezmény született (Kyotoi egyezmény 1999), s ez a környezetvédelem egyik legfontosabb hosszú távú feladata.

A sztratoszférában vízszintes irányú áramlások uralkodnak, az áramlási sebesség 300-500 km/h is lehet.

A mezoszféra 50-80 km övet foglalja el, a hőmérsékelt ismét csökken -90oC-ig. A következő öv a termoszféra/ionoszféra - 1000 km-ig. Hőmérséklete 1000oC. A Nap sugárzása a gázatomokat ionizálja. Az O és N atomos állapotban fordul elő. Erős ionizáció esetén a pólusok környékén látható az un. sarki fény. A legkülső öv (exoszféra) átlagosan szintén 1000oC körüli, H és He alkotja.

A vertikális hőmérsékleteloszlást az alábbi ábra foglalja össze:

A hidroszféra

A földfelszín környezetében kialakult öv, az atmoszféra és a litoszféra határán, részben azokat átfedve. A Föld vízkészletének 97 %-a a tengerekben és óceánokban van, 3 %-a édesvíz. A víz mintegy 3,7 milliárd éve a lehűlés során az ős-atmoszférából kondenzálódott.

A hidroszféra egyensúlyi rendszer, amely a litoszféra és az atmoszféra között állandó körforgásban van:

A körforgás során a csapadékképződés, beszivárgás, lefolyás, párolgás helyi, regionális és szezonális változásai az éghajlat alakitásának fő elemei, s az éghajlat alakításán, a víz mozgásán keresztül a felszínformálás legfontosabb tényezői.

Az állandó leszálló légáramlások övében száraz, sivatagi éghajlat, a felszálló légáramlások övében csapadékos zóna alakul ki. A sivatagi éghajlati zónák földi eloszlását mutatja be az alábbi ábra.

Víz a légkörben - csapadék

A levegő a növekvő hőmérséklet függvényében növekvő mennyiségű, csökkenő hőmérséklet mellett csökkenő mennyiségű vízpára befogadására képes. Ezért felszálló légáramlásnál (ciklon) (alacsony nyomású öv) csapadékképződés, leszálló légáramlásnál (magas nyomású öv) (anticiklon) csapadékmentes idő alakul ki.

Az adott hőmérséklethez tartozó maximum értékhoz viszonyított %-os arányban kifejezett páratartalom a relatív páratartalom. 100 % telítési értéknek megfelelő hőmérséklet a harmatpont. A harmatpont alá hűlő levegőből a vízgőz arányos része vízzé alakul - ez a felhőképződés.

Alacsony és magas nyomású centrumok között vízszintes légáramlás, szél keletkezik. A nyomáskülönbségek miatt kialakuló szélrendszerek a nagy földi légkörzés részei, s egyik fő szerepük a nedves, illetve száraz éghajlati zónák kialakulásában van. Vannak időszakos széljárások, amelyek főleg kontinens-óceán találkozásoknál alakulnak ki, a kőzetek és a víz eltérő hővezetőképessége következtében.

Víz a felszínen - szárazulaton és tengeren

Szárazulatok

A szárazulatok vize javarészt édesvíz - azaz oldott szilárdanyag tartalma 0,3-0,5 g/l alatt marad. Lefolyástalan tavak vizében a párolgás erősségétől függően magas lehet a sótartalom - a Holt tengeré pl. 25 %.

A szárazulatok felszínére hulló csapadék a felszíni hőmérséklettől függően víz vagy hó/jég formájában éri el a felszínt. A hó fagypont alatti hőmérsékleteken megmarad, felhalmozódik, jéggé alakul és szárazulati jégtakarót alkothat. Ha a hőmérséklet fagypont feletti, a csapadék vagy hó formájában éri el a felszínt és elolvad, vagy vízként érkezik a felszínre. Egy része beszivárog a talajba, egy része a gravitációs gradienst követve lefolyik, egy része elpárolog. A mérsékelt égövben ez az arány kb 1/3-1/3-1/3. A víz útját mutatja be az alábbi blokkdiagram.

Tengerek, óceánok

A tengerek, óceánok vizének sótartalma átlagosan 3,5 - 3,8 %. Sótartalma uralkodóan Na, Mg, Cl, SO4 ionokból áll. Oldott oxigén és CO2 tartalma van. A tengeri élethez szükséges tápanyagokat és vázépitő anyagokat P, N, CaCO3, SiO2 szállítja. A tengervíz sótartalma a paleozoikum kezdete óta viszonylag állandó. A sótartalom valószínűleg a kontinensek kezdeti anyagának lepusztulásából származik. A tengerek közül a sótartalom a legmagasabb a Vörös-tengerben (4,4 %), a legalacsonyabb a Balti-tengerben (0,1-0,7 %). A tengervíz sűrűsége egyenesen arányos a sótartalommal és fordítottan a hőmérséklettel, 3,5 % sótartalomnál 20oC fokon 1,025 g/cm3. Nyomása 10 m-ként 100 kPa-lal nő. Fajhője 3x nagyobb mint a kőzeteké - hőakkumulátor. Hőmérséklete a trópusi övben (7 szélesség) 25oC, a sarkokhoz közel -2oC. Fagyáspontja -2oC.

Felszín alatti vizek

A beszivárgó vizek táplálják a felszín alatti vízkészleteket. A magyar szóhasználatban a felszín alatti első víztorló réteget talajvíznek, a többit rétegvíznek nevezzük.

A talajvíz a talajban többféle formában tárolódó víz. A tárolás különböző módjait az alábbi diagram mutatja.

Az elraktározott víz a talajszemcséket hártyaszerűen veszi körül, s nehézségi erő hatására sem szivárog mélyebbre. Ez a talajnedvesség, aszály idején ezt veszti el a talaj. A beszivárgó víz többi része az első vízzáróig teljesen kitölti a talaj hézagait. (Vízzáró a kőzet, ha nyitott pórustérfogata elenyészően kicsi, pl. az agyagos kőzeteké). A talajvíz felső határfelületét talajvízszintnek nevezzük. A talajvíz a vízszintkülönbségek, hőmérséklet különbségek, stb. hatására áramlik.

Rétegvíz a két vízzáró réteg közötti víz. Artézi víz a nyomás alatti rétegvíz. Termálvíz a 20-25oC feletti hőmérsékletű víz. Ásványvíz a legalább 1 % (10000 mg/l) oldott anyagot tartalmazó víz. Gyógyvíz az olyan ásványvíz, amelynek gyógyhatása bizonyított.

Résvíz az, amelyet kőzetek repedései tárolnak. Karsztvíz az olyan résvíz, amely karbonátos kőzetek kioldott üregrendszerében tározódik.

Kérdések:

  1. Mekkora a hosszúsági ívfok hossza a 44 fokos szélességen?
  2. Hányadrésze Magyarország területe a Föld felszínének?
  3. Milyen ásvány fajsúlya hasonlít legjobban a Föld közepes sűrüségéhez?
  4. Ha eladnád az aranygyűrűdet, hol tennéd szívesebben a mérlegre - az Egyenlítőn vagy a sarkokon?
  5. Melyik szélességen gazdaságosabb az űreszközök felbocsátása?
  6. Miért van hidegebb ha közelebb vagyunk a Naphoz?
  7. Melyik félgömbön van a Baktérítő?
  8. Melyik nap déli órájában esik be merőlegesen a Nap a Ráktérítőn?
  9. Milyen hosszú a júniusi éjszaka a 70 fok déli szélességen?
  10. Milyen hónapokban nagyobb a Föld kerületi sebessége?
  11. Hat-e a szárazföldön az árapály erő?
  12. A Föld forgástengelye mihez képest dől 23,5 fokra?
  13. Mi a Coriolis erő?
  14. Mi az összefüggés a Föld lapultsága és forgása között?
  15. Miben különbözik a geoid és a szferoid?
  16. A Bakony hegység a Föld szárazulatainál magasabb vagy alacsonyabb térszínt képvisel?
  17. Az Északi és a Déli pólus egyaránt gyalogszerrel közelithető meg. Mi a különbség a földrajzi helyzetükben?
  18. A légkör főbb alkotórészeinek változása cimű ábrán a légkörben látsz egy O2 és egy O jelzésű zónát. Mi a különbség?
  19. Miért tűnik el a vízgőz a troposzféra magasabb rétegeiben?
  20. Miért a légkör alsó rétegeiben helyezkedik el a széndioxid?
  21. Mi a védelmi szerepe az ózonpajzsnak?
  22. Mi az ózonlyuk?
  23. Mik az üvegház gázok és miért?
  24. Mit korlátoz a kyotoi egyezmény?
  25. Miért emelkednek a hosszútávú légijáratok a troposzféra felső szintjeibe?
  26. Mi a különbség az édesvíz és a sósvíz között?
  27. Miért nagyobb a Vörös tenger sótartalma mint a Balti tengeré?
  28. Miért sózzák az utakat télen?
  29. Mi a különbség a talajvíz és a rétegvíz között?
  30. A folyótorkolatoknál hogyan rétegződik a sósvíz és az édesvíz?

Ajánlott weboldalak

http://pubs.usgs.gov/publications/text/dynamic.html
http://edc.usgs.gov/

Irodalom, ha többet akarsz tudni:

Némedi Varga Z. (1990): Általános és szerkezeti földtan. Tankönyvkiadó, Budapest, 336 p.
Steiner F (1969): A Föld fizikája. Tankönyvkiadó, Budapest 1969, 245 p.