ОРИЕНТИРОВАНИЕ НА МЕСТНОСТИ И ПО КАРТЕ

Ориентирование – это установление своего местонахождения. Для ориентирования на местности и по карте необходимо знать, где находятся стороны горизонта. Горизонт – это часть земной поверхности, видимая наблюдателем на открытой местности. На открытой местности, например, в степи наблюдатель видит земную поверхность до линии, где ему кажется, что небо сходится с землей. Кажущаяся линия схождения неба и земли называется линией горизонта. Дальность видимого горизонта на ровной и открытой местности у человека среднего роста составляет около 5 км. Чем выше мы поднимемся над поверхностью Земли, тем будет больше дальность видимого горизонта.

Если наблюдатель повернется вокруг себя на 360°, то горизонт примет форму круга, а линия горизонта будет окружностью. Разделим этот круг на 4 равные части так, чтобы один диаметр совпал с меридианом, а другой был бы ему перпендикулярен. Тогда на одном конце линии, совпадающей с меридианом, будет север, а на другом – юг. На концах линии, перпендикулярной к меридиану и являющейся не чем иным, как параллелью будут запад и восток. Север, восток, юг и запад являются основными (главными) сторонами горизонта и обозначаются заглавными буквами: соответственно С, В, Ю и З (в латинском написании – соответственно N, O (E), S и W) . Если мы каждую четверть круга разделим еще на 2 равные части, то эти дополнительные линии укажут нам промежуточные стороны горизонта: северо-восток (СВ), юго-восток (ЮВ), юго-запад (ЮЗ) и северо-запад (СЗ). Можно произвести деление получившихся частей и дальше, получая дополнительные промежуточные стороны горизонта, например, север северо-восток (ССВ), восток северо-восток (ВСВ) и т.д. В мореплавании вместо сторон горизонта используют румбы. Румб – это направление, соответствующее главным, промежуточным или дополнительным промежуточным сторонам горизонта. Поэтому румбы называются также как и стороны горизонта и имеют такие же буквенные обозначения.

Если наблюдатель встанет лицом к северу, то сзади него будет юг, слева – запад и справа – восток. То есть, чтобы сориентироваться на местности достаточно знать направление на север. Днем узнать его можно с помощью Солнца. В Северном полушарии днем Солнце всегда находится на южной половине небосвода. Следовательно, ровно в полдень по местному времени тень падает строго на север по линии, совпадающей с меридианом. Такая линия называется полуденной линией. Ночью направление на север можно узнать по Полярной звезде, которая находится над Северным полюсом. Но погода часто бывает пасмурной, и плотный слой облаков закрывает и солнце и звезды. В любом случае надежнее ориентироваться по компасу.

Северный конец магнитной стрелки компаса указывает на северный магнитный полюс Земли, который находится рядом с географическим полюсом, но не совпадает с ним. Поэтому, чтобы точно сориентироваться на местности, то есть найти точное направление на север, необходимо учитывать угол между магнитным меридианом и географическим (истинным) меридианом. Угол между магнитным и географическим меридианами в какой-либо точке земной поверхности называется магнитным склонением.

Магнитное склонение зависит от местоположения точки. Чем ближе точка находится к экватору, тем угол будет меньше. И наоборот, чем ближе точка находится к северу, тем угол будет больше. Если в данной точке земной поверхности конец магнитной стрелки отклоняется к востоку от географического меридиана, то магнитное склонение называется восточным, и оно принимается положительным (со знаком плюс). Если же стрелка отклоняется к западу от истинного меридиана, то магнитное склонение будет западное и ему присваиваются отрицательные значения (со знаком минус). На топографических картах внизу под рамкой карты всегда указывается величина магнитного склонения. В связи с медленным изменением положения магнитного полюса магнитное склонение меняется во времени. Поэтому его величины периодически пересматриваются.

Для того чтобы сориентироваться по карте, то есть определить по карте свое местоположение, необходимо использовать ориентиры на местности и их азимуты. Ориентирами считаются обязательно нанесенные на карту и хорошо заметные, выделяющиеся на местности объекты: отдельно стоящие здания, характерные изгибы дорог, русел рек или линий электропередачи, геодезические знаки, формы рельефа и т.п.

Азимут – это угол между географическим меридианом и линией направления на объект (ориентир). Вершиной угла является точка земной поверхности, где стоит наблюдатель. Понятно, что объект может находиться в любом месте от меридиана, проходящего через точку наблюдения, и даже на самом меридиане к северу или к югу от наблюдателя, то есть азимут может меняться от 0° до 360°. Отсчитывается азимут от северного конца географического меридиана на восток, то есть по часовой стрелке.

Азимуты могут быть географическими (истинными), отсчитываемые от географического меридиана, и магнитными, отсчитываемые от магнитного меридиана. Для определения с помощью компаса истинного азимута необходимо прибавить к нему магнитное склонение. Но поскольку магнитное склонение может быть положительным (восточным) и отрицательным (западным), то по алгебраическим законам для определения географического (истинного) азимута при восточном склонении мы вычитаем его от магнитного азимута: А_г=А_м─(+с_в), а при западном склонении – прибавляем: А_г=А_м─(─с_з). (Где А_г – географический (истинный) азимут, А_м – магнитный азимут, с_в – восточное склонение, с_з – западное склонение.)

Для определения своего местоположения на карте с помощью компаса берут магнитные азимуты на два ориентира (лучше на три). Стоя лицом к ориентиру, северный конец магнитной стрелки совмещают с севером на компасе и по воображаемой линии, соединяющей ориентир и центр компаса, снимают на его циферблате отсчет в градусах. Затем высчитывается с помощью магнитного склонения истинный азимут. Далее на карте с помощью транспортира откладывают соответствующий угол от истинного меридиана и проводят линию, проходящую через ориентир. Пересечение линий, проходящих через два ориентира, покажет на карте место, где находится наблюдатель.

Вопросы для самоконтроля.

1. Что такое горизонт?

1. Что такое линия горизонта?
2. Назовите основные (главные) и промежуточные стороны горизонта.
3. Что такое полуденная линия?
4. Что называется магнитным склонением?
5. Какое бывает магнитное склонение?
6. Что такое «азимут»?
7. Как отсчитывается азимут и как он изменяется?

4. ОБРАЗОВАНИЕ ЗЕМЛИ И ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ЕЕ СТРОЕНИЯ

Возраст Земли, как и всей Солнечной системы, оценивается в 4,6 млрд. лет. Такой возраст был определен у метеоритов по результатам анализов содержащихся в них радиоактивных элементов и продуктов их распада, позволяющих получить абсолютный возраст. Считается, что метеориты являются осколками столкнувшихся планет, образовавшихся на ранней стадии развития Солнечной системы.

По одной из космогонических[2] теорий происхождения планет Солнечной системы Земля образовалась из относительно холодного пылегазового облака. В этом облаке сначала возникли, вероятно, путем слипания, бесформенные сгустки первичного космического вещества. Некоторые из них в результате столкновений с другими сгустками и притяжения рассеянной пыли росли наиболее быстро. Они и явились зародышами будущих планет. В дальнейшем их рост происходил до тех пор, пока они не поглотили почти все твердое вещество, находившееся в зоне их орбит. Эти протопланеты (предшественники современных планет) были неправильной формы, пока их масса не достигла критической величины 10²⁰ кг, поскольку именно при достижении такой массы в результате действия гравитации (силы тяжести) происходит переформирование тела в шар.

С ростом массы увеличивалось под действием гравитации уплотнение (сжимание) вещества в центральной части протопланеты. В результате сжатия вещества выделялась энергия в виде тепла, которая приводила к частичному размягчению вещества и увеличению скорости протекания химических реакций.

При этом новообразованные более тяжелые химические соединения, главным образом содержащие железо, тяготели к центру шара, а более легкие, силикатные соединения как бы всплывали, тяготея к его периферии. Такой процесс распределения вещества называется гравитационной дифференциацией вещества, то есть разделение вещества внутри тела, происходящее под действием силы тяжести, на более плотное и менее плотное вещество. Причем в результате гравитационной дифференциации вещества выделяется энергии даже больше, чем при простом его сжатии. При массе протопланеты, достигшей 10²² кг такой энергии достаточно для частичного плавления большинства минералов, входящих в состав метеоритов. Таким образом, в результате совместных процессов гравитации (уплотнения) и гравитационной дифференциации вещества происходил внутренний разогрев нашей протопланеты.

Этот разогрев выразился в многочисленных, если не повсеместных вулканических извержениях, сопровождавшихся излияниями огромных масс магмы из трещин, возникавших на поверхности Земли. В результате таких извержений сформировалась первичная земная кора, а за счет дифференциации глубинного вещества, образовались ядро и мантия Земли.

Подобно современным извержениям вулканов, выбрасывалось огромное количество газов и паров воды. Сила притяжения планеты не позволила им улетучиться в космос, и они образовали ее первичную атмосферу. В последствие, 3,8 млрд. лет назад при остывании поверхности планеты произошла конденсация паров воды в атмосфере и выпадение ее в виде ливневых дождевых осадков, которые еще сильнее охладили первичную земную поверхность. Вода, заполнив углубления на поверхности Земли, образовала первичную гидросферу.

В результате, примерно через 1 млрд. лет после возникновения Земли, вещество планеты закономерно распределилось по плотности, образовав концентрические слои – геосферы, вещество которых различается по своему агрегатному состоянию, химическому составу и своим физическим свойствам. Газы образовали атмосферу, вода – гидросферу, твердые легкоплавкие вещества, выделившиеся из мантии в результате ее плавления – земную кору, а внутри Земли сформировались мантия и ядро. Таким образом, Земля приобрела сферическое строение. Это не означает, что процесс гравитационной дифференциации вещества внутри Земли на этом прекратился. Он длился на протяжении всей геологической истории развития Земли и продолжается до сих пор, выражаясь в современном вулканизме и землетрясениях, а также в тепловом потоке, идущим из недр Земли. Атмосферу и гидросферу принято считать внешними оболочками Земли, а земную кору, мантию и ядро – внутренними.

Внутреннее строение Земли изучается с помощью сейсмических волн[3]. Различают продольные сейсмические волны, когда твердые частицы колеблются вдоль направления распространения волны, и поперечные сейсмические волны, когда колебания частиц происходят поперек направления распространения волны. Скорость сейсмических волн зависит от плотности вещества, она возрастает с увеличением его плотности. Поперечные сейсмические волны не проходят сквозь жидкие среды, а продольные проходят, но при этом скорость их резко падает.

С помощью сейсмических волн были определены поверхности раздела основных (главных) внутренних геосфер Земли:ядра, слагающего ее центральную часть, мантии, располагающейся вокруг ядра, и земной коры, покрывающей мантию. Граница земной коры и мантии устанавливается по резкому скачкообразному повышению скорости как продольных, так и поперечных волн. Эта сейсмическая поверхность раздела называется поверхностью Мохоровичича[4] или сокращенно поверхностью Мохо. Поверхность раздела ядра и мантии выражается в исчезновении поперечных волн и резком скачкообразном падении скорости продольных волн, что указывает на расплавленное (жидкое) состояние вещества во внешней части ядра. Поверхности раздела земной коры, мантии и ядра прослеживаются по всему земному шару. Кроме того, изучение сейсмических волн показало, что основные внутренние геосферы не являются однородными и в них присутствуют слои, вещество которых обладает различными свойствами.

Ядро занимает центральную часть Земли и имеет радиус около 3500 км. Плотность вещества в центре ядра составляет 12,5 т/м³, что говорит об огромном давлении, температура сугубо предположительно может достигать 5000°С, вещество в ядре характеризуется высокой электропроводностью. По сейсмическим данным выделяют внешнее и внутреннее ядро. Исчезновение на границе ядра и мантии поперечных волн и очень резкое падение скорости продольных волн указывает на жидкое состояние вещества внешнего ядра. Внутреннее ядро имеет радиус 1250 км. Утверждение о твердом состоянии вещества во внутреннем ядре основывается на основе скачкообразного повышения скорости продольных сейсмических волн на границе внешнего и внутреннего ядра и плавного возрастания ее к центру Земли. Возможно, это указывает на переход вещества из жидкого в твердое состояние. Предполагают, что ядро состоит из железа с примесью более легких элементов. Это предположение строится на находках железных метеоритов, содержащих большое количество Fe с примесью Ni. Считается, что они являются осколками ядра планеты, прошедшей начальную стадию гравитационной дифференциации вещества. Утверждается, что, именно благодаря движению вещества в жидком внешнем ядре, возникающего из-за осевого вращения планеты, на Земле существует магнитное поле, которое является экраном от заряженных космических частиц, уничтожающих все живое.

Мантия является как по объему, так и по массе самой большой внутренней геосферой. Верхней границей мантии является поверхность Мохо, лежащая на глубине от 5 км под океаническим дном до 75 км под горами на суше. Нижняя граница представляет собой сейсмическую поверхность раздела ядра и мантии на глубине около 2900 км. Вещество в мантии, в основном, находится в твердом состоянии. Предполагается, что она сложена силикатным веществом схожим по составу с каменными метеоритами, являющимися осколками внешней (мантийной) оболочки планеты, прошедшей начальную стадию гравитационной дифференциации вещества.

Плотность вещества мантии постепенно изменяется от 3,1 т/м³ на верхней границе до 5,6 т/м³ на границе с ядром. Температура достигает 2000°С, но из-за большого давления вещество находится в твердом состоянии. Примерно до глубины 1000 км скорость сейсмических волн возрастает быстро, но не всегда равномерно, а после этой глубины скорость их растет относительно медленно, но очень плавно вплоть до границы с ядром. Это указывает на разницу в свойствах вещества по разные стороны от этой поверхности раздела. Поэтому здесь проводят границу между верхней и нижней мантией.

Внутри верхней мантии существует слой, где наблюдается понижение скоростей сейсмических волн относительно вышележащих и нижележащих слоев верхней мантии. Верхняя граница слоя под континентами находится в среднем на глубине 100-150 км, а под океанами – на глубине 50-80 км. Нижняя граница располагается на глубине около 350 км, т.е. его толщина составляет 250-300 км. Понижение в этом слое скоростей сейсмических волн связывают с повышенной пластичностью вещества, возникающей в результате высоких температур, близких к температуре плавления. К нему часто приурочены отдельные очаги питания вулканов. Этот слой назвали астеносферой, т. е. слабый слой. Перемещение вещества в астеносфере вызывают тектонические процессы, приводящие к перемещению вышележащих масс вещества, например, литосферных плит, и как следствие, к образованию глубинных разрывов (разломов) в земной коре.

Земная кора слагает самую верхнюю часть "твердой" Земли и образует по сравнению с другими внутренними геосферами по существу очень тонкий слой. Ее мощность (толщина) под равнинами континентов составляет 35-40 км, под горами – в среднем 65 км, максимально до 75 км, а под океанами –всего 5-15 км. Плотность горных пород, слагающих земную кору, меняются от 2.4 до 2,9 т/м³. Скачкообразное изменение скорости сейсмических волн указывает на слоистое строение (слоистую структуру) земной коры. В зависимости от структуры различают океанический и континентальный типы земной коры.

Континентальный тип земной коры по сейсмическим данным имеет трехслойное строение. Верхний слой – осадочный, потому что его слагают осадочные породы, мощностью до 20 км. Средний слой называют "гранитным", а нижний слой – "базальтовым". Последние два слоя называют так потому, что породы, слагающие их, по своим сейсмическим и физическим характеристикам схожи с известными на поверхности породами: гранитом и базальтом. Между "гранитным" и "базальтовым" слоями проходит сейсмическая граница, которая называется поверхность Конрада[5]. Пересекая эту поверхность, продольные сейсмические волны скачкообразно увеличивают свою скорость. Увеличение скорости наиболее вероятно связано с появлением более плотных пород базальтового типа.

Океанический тип земной коры имеет двухслойное строение[6]. Верхний слой является осадочным, но в отличие от континентального типа он маломощный (не более 1 км, чаще всего первые сотни метров) и представлен рыхлыми, а не сцементированными осадочными породами. Нижний слой является "базальтовым". "Гранитный" слой отсутствует.

В местах сочленения континентального и океанического типов земной коры наблюдаются переходные типы земной коры.

Вопросы для самоконтроля.

1. Каков возраст Земли?
2. В результате каких процессов произошел внутренний разогрев Земли?
3. Перечислите внешние и внутренние сферы Земли?
4. Как образовалась первичная атмосфера?
5. Как образовалась первичная гидросфера?
6. Что такое «сейсмические волны»? Какие они бывают?
7. Что разделяет поверхность Мохо (Мохоровичича)?
8. В каком состоянии находится внешнее ядро Земли? Как это было установлено?
9. Что такое астеносфера?
10. Перечислите главные типы земной коры. В чем их отличие?
11. Какова максимальная и минимальная мощность земной коры?

5. ЛИТОСФЕРА[7]

Литосферу не следует путать с земной корой[8]. Литосфера по объему больше, чем земная кора. Нижняя граница земной коры проходит по сейсмической границе Мохоровичича, т.е. по сейсмической поверхности, разделяющей земную кору и мантию, а нижней границей литосферы является верхняя граница астеносферы, находящейся в верхней мантии. Верхняя граница у литосферы и земной коры одинаковая – это твердая поверхность Земли. Таким образом, литосфера – это геосфера, включающая в себя земную кору и часть верхней мантии выше астеносферы.

Литосфера сложена горными породами. Горная порода – это естественное твердое тело в литосфере, состоящее из определенного сочетания минералов и имеющее свойственное только ему строение. Минералы – это природные химические соединения или самородные химические элементы, возникшие в литосфере[9]. Минералы – твердые тела. В абсолютном большинстве они являются кристаллическими телами или, как говорят, обладают кристаллической структурой, т.е. составляющие их атомы химических элементов образуют кристаллическую решетку. Исключение составляют аморфные минералы, например, такие как опал, лимонит и др. По своему происхождению горные породы делятся на магматические, осадочные и метаморфические.