41

TEMA 5 FORMA I MICRILE PMNTULUI

Introducere: n acest capitol sunt prezentate trsturile planetare principale ale Pmntului. Este vorba de forma, dimensiunile i micrile planetei noastre. Accentul este pus pe explicarea consecinelor geografice ale formei sferice, ale micrii de rotaie i micrii de revoluie.

Cuprins: 1. Forma Pmntului i consecinele geografice

1.1. Sferoidul de rotaie 1.2. Elipsoidul terestru 1.3. Geoidul

2. Micrile Pmntului i consecinele geografice 2.1. Micarea de rotaie 2.2. Micarea de revoluie 2.3. Micrile de nutaie i precesie

3. Test de evaluare 4. Bibliografie 5. Sintez

1. Forma Pmntului i consecinele geografice

1.1. Sferoidul de rotaie este modelul pe care l-ar fi luat planeta n ipoteza

Pmntul neomogen, adic a eterogenitii verticale. Prin acest model se ncearc o apropiere mai mare de realitatea fizic a interiorului globului, cci Pmntul omogen este o ficiune. Prin rotaie, sub aciunea cmpului gravific, o asemenea distribuie a materiei duce la un corp de forma unui sferoid de rotaie.

Sferoidul de rotaie se adapteaz mai bine la suprafaa real a Pmntului, n sensul c ea corespunde nivelului mediu al Oceanului planetar n repaus perfect. Sferoidul de rotaie mai poart denumirea de sferoid normal sau sferoid terestru.

1.2. Elipsoidul de rotaie terestru: Globul terestru, avnd o aplatizare la

poli (mai pronunat la Polul Sud) i o bombare la ecuator, este asimilat unui elipsoid de rotaie (elipsoid de revoluie), corp care rezult prin rotirea unei elipse n jurul uneia dintre axele sale.

Elipsoidul de rotaie este o suprafa perfect definit matematic i corespunde cel mai bine formei generale a Pmntului. El este modelul matematic al planetei noastre.

Obiective - Cunoaterea noiunilor legate de forma Pmntului i a

consecinelor legate de aceasta - Cunoaterea principalelor dimensiuni ale Pmntului - Definirea micrii de rotaie i consecinele acestei micri - Definirea micrii de revoluie, a consecinelor acesteia i a

termenilor de solstiiu, echinociu - Explicarea noiunilor de precesie i nutaie

sferoid de rotaie

42

Elipsoidul de rotaie terestru este elipsoidul care are dimensiunile aproape egale cu dimensiunile Pmntului. Geodezii au calculat serii de valori tot mai precise ale dimensiunilor elipsoidului de rotaie pmntesc, obinndu-se diferii elipsoizi numii elipsoizi de referin, adoptai de diferite state sau grupuri de state pentru lucrrile geodezice, topografice i cartografice efectuate pe teritoriul acestora. Aadar, elipsoizii de referin redau tot mai exact forma i dimensiunile Pmntului.

Din necesitatea realizrii i utilizrii de ctre toate statele a unui elipsoid terestru cu caracteristici unice (ntr-un singur sistem de referin) a fost determinat elipsoidul terestru general.

Elipsoidul terestru general este un elipsoid de rotaie cu dimensiuni ct mai apropiate de dimensiunile Pmntului i ct mai apropiat ca form de figura geoidului n ntregul su. Caracteristicile elipsoidului terestru general:

Centrul geometric al elipsoidului coincide cu centrul de mas al Pmntului

Planul ecuatorului elipsoidului coincide cu planul ecuatorial al Pmntului

Axa de rotaie a elipsoidului coincide cu axa de rotaie a Pmntului Volumul elipsoidului este foarte apropiat de volumul geoidului Suma ptratelor abaterilor elipsoidului de la geoid este minim

(Todera, Dragomir, 2002) Cu ajutorul sateliilor geodezici i prin metode de poziionare global

(G.P.S.), S.U.A. i alte ri occidentale au realizat n 1984 un elipsoid terestru general avnd caracteristicile de mai sus. Acesta este un elipsoid geocentric echipotenial numit elipsoidul WGS 84 (World Geodesic System 84).

Elipsoidul WGS 84 este definit de urmtorii parametrii fundamentali: - Semiaxa mare a = 6.378.137,0 m - Semiaxa mic b = 6.356.753,3 m

1.3. Geoidul Geoidul este corpul geometric care red forma fizic real, particular, a

Pmntului. Este modelul fizic al Pmntului. Suprafaa (suprafaa nchis) care delimiteaz acest corp geometric este o

suprafa echipotenial a gravitaiei, o suprafa normal (perpendicular), n orice punct al Terrei, la verticala locului (adic la direcia forei gravitaionale indicat de direcia firului cu plumb). Aceasta se caracterizeaz prin constana potenialului gravitaional terestru, n sensul c toate punctele sale au aceeai valoare a potenialului. Este o suprafa foarte neregulat, cu convexiti i concaviti, care reflect variaiile regionale i locale ale gravitaiei. Aadar, cmpul gravitaional red forma fizic real a Pmntului.

Suprafaa geoidului coincide cu nivelul mediu al Oceanului Planetar (adic oceanul n repaus, fcnd abstracie de valuri maree i cureni), prelungit imaginar pe sub continente pe ntreg Globul.

Geoidul corespunde n mod convenional cu altitudinea zero (suprafaa de nivel zero). De aceea, geoidul constituie suprafaa de referin pentru msurarea altitudinilor n geodezie (lucrri de nivelment).

elipsoidul de rotaie

elipsoidul

de rotaie terestru

elipsoidul

terestru general

geoidul

43

Harta geoidului. Sunt evideniate variaiile de mare regionalitate ale cmpului gravitaional prin

izoliniile care contureaz abaterile altitudinale, (n metri) pozitive i negative, n raport cu suprafaa sferoidului terestru (dup Airinei t., 1982; preluat dup H.R. Rapp, 1968).

Convexiti de mare regionalitate (excedente n cmpul gravitaional)

ntre Australia i Arhipelagul Japonez, unde geoidul se ridic cu 81 m n raport cu elipsoidul (Papua Noua Guinee). Sud estul Africii de Sud ntre Europa i Groenlanda Pe teritoriul Romniei, gravitaia terestr este mai puternic dect normal n M-ii Climani, M-ii Apuseni, M-ii Parng. Din punct de vedere fizic, Parngul Mare este cel mai nalt vrf din Carpai.

Concaviti de mare regionalitate (deficite n cmpul gravitaional)

ntre Peninsula India i Australia unde geoidul coboar cu 105 m sub suprafaa elipsoidului (la sudul Indiei) ntre America de Nord i America de Sud De-a lungul Arhipelagului Bahamas i Arhipelagul Antilele Mici Sud vestul Americii de Nord n Romnia, gravitaia terestr este mai slab dect normal n Nord Estul Brganului, Nordul Olteniei i Cmpia Transilvaniei.

Figura Pmntului (seciune): geoidul (linie continu exagerat

trasat), cu abateri, n metri fa de sferoidul normal cu o turtire de 1/298,25 (linie ntrerupt) (dup

Airinei t., 1982)

convexiti de mare regionalitate

concaviti de mare regionaltate

44

Forma geoidului, n ntregul su, este apropiat de cea a unui elipsoid de rotaie sau elipsoid de revoluie. Ecartul fa de elipsoidul de rotaie este destul de mic (maximum 103 m).

Geoidul este intermediarul dintre elipsoidul de rotaie i suprafaa fizic a Pmntului (suprafaa topografic).

Msurtorile gravimetrice fcute la sol i cu ajutorul sateliilor geodezici au determinat asimetriile Pmntului, care constau n ndeprtarea figurii sale de la sfericitate nu numai la poli ci i la ecuator, n alternarea unor suprafee convexe i cu altele concave. Aceste deformri au fost puse n eviden prin analiza ecarturilor dintre traiectoria real i traiectoria teoretic (calculat) a sateliilor geodezici.

Cea mai important consecin a formei Pmntului o constituie variaia zonal a cantitii de radiaie solar care ajunge pe suprafaa terestr, ceea ce determin distribuie inegal a cldurii n sens latitudinal, astfel nct pe suprafaa globului se identific cinci zone calorice: una cald (ntre tropice), dou temperate (ntre tropice i cercurile polare) i dou reci (ntre cercurile polare i poli). Aceast dispunere latitudinal a cantitii de energie caloric a impus zonalitatea tuturor celorlalte componente fizico-geografice.

1.4. Proiecii cartografice Proiecie prin care se reprezint pe o suprafaa plan, integral sau parial,

unul din modele Pmntului (sfera sau elipsoidul). ntr-o proiecie cartografic, fiecrui punct de pe globul terestru i

corespunde un punct de pe planul de proiecie, fiindc prin acest procedeu matematic se transpun coordonatele geografice.

Cele mai multe proiecii se realizeaz n doi timpi: reprezentarea suprafeei Pmntului pe un con sau un cilindru i desfurarea acestor corpuri n plan (proiecii conice, proiecii cilindrice). Altele presupun proiectarea sferei sau elipsoidului direct pe un plan tangent la unul din poli (proieciile azimutale).

Reeaua de meridiane i paralele care rezult din orice proiecie este reeaua cartografic sau canevasul hrii.

Deoarece sferoidul i elipsoidul, ca modele matematice ale globului terestru (ca suprafee de referin), nu sunt desfurate n plan, prin proiectare acestea (respectiv reeaua cartografic) sufer deformri de lungimi, unghiuri i suprafee.

Dup caracterul deformaiilor suferite, respectiv dup aspectul reelei cartografice, se cunosc mai multe tipuri de proiecii: proiecii azimutale (proiectarea se realizeaz pe un plan tangent la Polul Nord sau Polul Sud), proiecii cilindrice (proiectarea se face pe un cilindru), proiecii conice (proiectarea se produce pe suprafaa unui con), proiecii policonice (proiectare pe suprafaa mai multor conuri), proiecii poliedrice (ochiurile reelei cartografice devin trapeze), proiecii convenionale (pseudocilindrice, pseudoconice, circulare), proiecii derivate.

Unele proiecii cartografice sunt cunoscute prin numele celor care le-au imaginat: proiecia cilindric Mercator (1569), caracterizat printr-o suprafa de proiecie a unui cilindru tangent la ecuatorul sferic, prin meridiane succesive reprezentate prin drepte paralele echidistante, iar paralelele, tot echidistante, au caracterul unor drepte perpendiculare la precedentele; proiecia conic Lambert, un sistem de proiecie conform destinat reprezentrii unei regiuni a suprafeei terestre; proiecie cilindric transversal Gauss, o proiecie conform, cilindrul fiind tangent la un meridian (proiecie se face pe fuse de 6 long); proiecia Peters (1974).

45

1. Proiecie cilindric Mercator; 2. Proiecie conic Lambert; 3. Proiecie azimutal

Proieciile cartografice folosite cel mai frecvent n Romnia sunt proiecia

Gauss, n care este construit harta de baz a rii noastre (meninnd unghiurile, este folosit pentru construcia hrilor topografice, astfel fiind posibil racordarea foilor) i proiecia conic Lambert

Mercator Gerhard Kremer (1512 1594)

Celebrul cartograf belgian Gerhard Kremer (Grard Crmer), zis Mercator, este cunoscut prin modul cum, la 1569, a construit harta lumii (planisfera Mercator). Proiecia Mercator const n a proiecta suprafaa Terrei pe un cilindru tangent la ecuator. Acesta are avantajul c toate distanele nord-sud (meridianele) sunt corecte, dar paralelele sunt deformate, n afar de ecuator. n consecin, toate suprafeele sunt i ele deformate. Pe harta lui Mercator, continentele nordice sunt mai extinse dect cele sudice. Canada, Scandinavia i Rusia, de exemplu, par gigantice n raport cu India, Indonezia sau China, numai pentru c acestea din urm sunt mai aproape de ecuator. De asemenea, ecuatorul se afl la partea inferioar a hrii (2/3). Nordul pare de dou ori mai important dect Sudul. Apoi, n mijlocul exact al hrii Mercator apare Roma, centrul lumii catolice.

Arno Peters (n. 1916)

Arno Perets este istoric german (n. 1916) care n 1974 a propus o alternativ la proiecia Mercator. n harta lui Peters meridianele sunt micorate pe msura apropierii de poli, paralelele rmn paralele, nct se restabilete veridicitatea suprafeelor. n plus, ecuatorul este plasat n mijlocul hrii, pentru ca emisfera nordic i emisfera sudic s ocupe aceeai suprafa. Ca urmare, n mujlocul lumii nu mai este Roma sau Europa mediteranean) i Mbandaka (Congo) sau Africa central.

Planisfera (Mapamondul Mercator) Planisfera Arno Peters

46

2. Micrile Pmntului

Cea mai mare importan pentru apariia i dezvoltarea vieii pe Pmnt o are raportul dintre acesta i Soare. n aceast relaie este foarte important s se cunoasc totalitatea micrilor celor dou corpuri cereti, ct i poziia relativ a Pmntului fa de Soare, poziie influenat de micrile Pmntului i de nclinarea axei polilor.

Pmntul execut un numr important de micri (circa 14) n cadrul Sistemului Solar i n Galaxie. Dintre acestea patru au o nsemntate deosebit:

2.1. Micarea de rotaie este micarea pe care Pmntul o execut n jurul

axei polilor. O rotaie complet se efectueaz n 24 ore (mai exact 23 ore; 56 minute; 4,09 secunde), interval denumit zi sideral. Sensul de deplasare este de la vest spre est, astfel nct micarea aparent a Soarelui pe bolta cereasc este de la est ctre vest. Viteza de rotaie este viteza cu care un punct de la suprafaa scoarei se deplaseaz de la Vest spre Est. Dac se consider circumferina Pmntului de 40.000 km i durata unei rotaii complete de 24 ore, rezult c viteza de deplasare a unui punct de pe ecuator este de aproximativ 1670 km/h. Viteza de rotaie scade de la ecuator spre poli, deoarece circumferinele paralele cu ecuatorul sunt din ce n ce mai mici. Aa nct pe paralela de 60 viteza de rotaie ajunge la 850 km/h iar la poli aceasta este nul.

Evidenierea micrii de rotaie a Pmntului s-a realizat n mai multe moduri de-a lungul timpului:

Experimentul lui Foucault Forma de sfer turtit a Pmntului dat de fora

centrifug Toate corpurile cereti efectueaz o micare de rotaie Observaii asupra Pmntului fcute din spaiul cosmic

Experimentul lui Foucault

Fizicianul francez Lon Foucault n 1851 a suspendat sub bolta pantheonului din Paris cu ajutorul unui cablu de 200 picioare o bil de fier prevzut la partea inferioar cu un ac, astfel nct oscilnd, bila s traseze o urm n stratul de nisip aezat dedesubt. Foucault a imprimat pendulului astfel creat o micare oscilatorie pe direcia N-S. n timp, pendulul i-a modificat direcia de oscilaie de la direcia N-S spre NE-SV, mai trziu E-V, planul de oscilaie deplasndu-se n sensul acelor de ceasornic. Cunoscndu-se faptul c un pendul i pstreaz ntotdeauna planul de oscilaie, rezult c cea care s-a deplasat a fost suprafaa pe care au fost trasate urmele, adic suprafaa Terrei.

Pendulul lui Foucault (sursa: www.princeton.edu)

Principalele consecine ale micrii de rotaie:

micarea de rotaie

47

Determin succesiunea zi noapte (n timp ce o jumtate a Pmntului este luminat, cealalt rmne n umbr)

Oscilaia temperaturii de la zi la noapte Apariia fusurilor orare (variaia orei dup longitudine) Datorit micrii de rotaie, n timp, s-a produs turtirea

Pmntului la poli i bombarea la ecuator Formarea valului mareic Fora Coriolis.

Efectul Coriolis a fost descris pentru prima oar de omul de tiin francez

Gaspard Coriolis n 1835 i const n abaterea corpurilor n micare ctre dreapta n emisfera nordic i spre stnga n emisfera sudic. Acest lucru se datoreaz faptului c viteza de rotaie scade de la ecuator spre poli astfel nct un corp n micare trece succesiv prin zone cu viteze de deplasare diferite.

Fora Coriolis determin printre altele abaterea alizeelor de la direcia iniial (pe direcia NE SV n emisfera nordic i SE NV n emisfera sudic), precum i abaterea curenilor oceanici (Ex. Curentul Glofului).

Fora Coriolis se manifest i pe alte planete care au viteze mari de rotaie. De exemplu, planeta Jupiter relev n atmosfera se numeroase turbulene atmosferice datorate efectului Coriolis, inclusiv Marea Pat Roie, care este o furtun mai mare dect Pmntul.

Manifestarea forei Coriolis (sursa: NASA)

Exemplu: Un proiectil lansat dinspre ecuator spre polul Nord se va deplasa spre Est mai rapid dect pmntul de sub el i din aceast cauz se va orienta ctre Est. Acelai proiectil tras spre ecuator dinspre polul Nord se va mica spre Est mai ncet dect pmntul de sub el i de aceea se va orienta ctre Vest.

consecinele micrii de rotaie

fora Coriolis

48

Marea Pat Roie de pe Jupiter (sursa: NASA)

2.2. Micarea de revoluie. mpreun cu micarea de rotaie, Pmntul

efectueaz micarea de revoluie, n sens antiorar. n timpul acestei rotaii complete, axa terestr rmne mereu nclinat la 66 33I pe planul orbitei i aceasta determin succesiunea anotimpurilor.

Orbita Pmntului n jurul Soarelui are form de elips puin turtit, Soarele ocupnd unul din focare. Ca urmare, n cursul micrii sale, Pmntul se afl la distane diferite fa de Soare. Axa mare a elipsei se numete linia apsizilor i are aproximativ 300 milioane km. Poziia cea mai apropiat, numit periheliu, se nregistreaz la nceputul lunii ianuarie, Pmntul aflndu-se la 146.993.000 km. fa de Soare. Punctul cel mai ndeprtat al eclipticii fa de Soare se numete afeliu i este atins la nceputul lunii iulie. Diferena distanelor dintre periheliu i afeliu raportat la suma distanei dintre ele, corespunde excentricitii turtirii eclipticii. n prezent valoarea ei este de 0,17. Are ns oscilaii ntre 0,0033 i 0,0780 realizabile ntr-un interval apreciat ntre 100.000 ani i 400.000 ani. Dac excentricitatea crete, lunile de var din emisfera nordic devin mai reci. Viteza medie a deplasrii Pmntului pe orbit este de 28,9 km/s. n 365 zile i 6 ore (mai exact 356 zile, 6 ore, 9 minute, 9 secunde), interval denumit anul solar.

Micarea de revoluie a Pmntului

Datorit micrii de revoluie i nclinrii axei polilor Pmntului (23 ),

n timpul unui an Pmntul nregistreaz n raport cu Soarele poziii diferite, din care patru sunt cele mai importante:

micarea de revoluie

49

solstiiul de var 22 iunie (razele soarelui cad perpendicular pe Tropicul Racului, n emisfera nordic este var, dincolo de cercul polar de nord se nregistreaz ziua polar, n emisfera sudic este iarn iar dincolo de cercul polar de sud este noaptea polar)

solstiiul de iarn 22 decembrie (razele soarelui cad perpendicular pe Tropicul Capricornului, n emisfera nordic este iarn, dincolo de cercul polar de nord se nregistreaz noaptea polar, n emisfera sudic este var iar dincolo de cercul polar de sud este ziua polar)

echinociile de primvar 21 martie i toamn 23 septembrie (razele Soarelui cad perpendicular pe Ecuator, astfel nct n aceste situaii ziua este egal pe tot Globul) Consecinele micrii de revoluie:

inegalitatea zilelor i nopilor pe parcursul anului nclzirea inegal a suprafeei Pmntului n timp de un an rsritul i apusul soarelui la ore diferite de la o zi la alta pe

parcursul uni an variaiile poziiei Soarelui pe bolta cereasc n timpul unui

an formarea i alternana anotimpurilor

2.3. Micrile de nutaie i precesie Sunt micri care se realizeaz foarte lent, ceea ce face ca efectele lor s

nu fie unele imediate, ci la scara timpului geologic. Precesia este o micare ce se realizeaz ntr-un interval de circa 26.000 ani

i const n o deplasare a axei terestre n jurul axei medii perpendiculare pe orbita terestr, astfel nct axa polilor va genera un con cu vrful n centrul Pmntului i cu o deschidere de 47.

Nutaia este o micare a planului ecuatorial de o parte i de alta a unei poziii mijlocii (o micare oscilatorie) efectuat n interval de 18 ani i 8 luni, determinat fiind de micarea de precesie.

Una din consecinele probabile ale micrilor de precesie i nutaie a fost exprimat de Milutin Milankovici care le-a inclus ntr-o ecuaie (ciclul Milankovici) care ncerca s explice apariia glaciaiilor cuaternare pe baza raporturilor dintre Soare i Pmnt.

3. Test de evaluare

1. Care este forma fizic a Pmntului? 2. Care sunt cele mai mari deformri pozitive i negative ale geoidului fa

de elipsoidul de referin? 3. Cum este generat suprafaa geoidului? 4. Care sunt consecinele micrii de rotaie a Pmntului? 5. Explicai experimentul lui Foucault. 6. Enunai caracteristicile forei Coriolis 7. Care sunt consecinele micrii de revoluie a Pmntului? 8. Menionai situaia emisferei nordice la cele dou solstiii i cele dou

echinocii.

consecinele micrii de revoluie

micarea de nutaie

micarea de precesie

50

4. Bibliografie

Amat J.-P., Le Coeur Gh., Dorize L., lments de geographie physique, Edit.

Bral, Rosny Ielenicz M., (2000), Geografie general. Geografie fizic, Edit. Fundaiei

Romnia de Mine, Bucureti Loghin V., (2000), Elemente de geografie fizic, Edit, Sfinx 2000, Trgovite Mrenne E., (1981), Dictionnaire de termes gographiques, Fdration des

Professeurs de Gographie (FEGEPRO), Bruxelles Posea Gr., Arma I., (1998), Geografie fizic, Edit. Enciclopedic, Bucureti Todera T., Dragomir V., (2002), Teledetecie i fotointerpretare, Edit.

Universitii Lucian Blaga, Sibiu *** (1972), Micul dicionar enciclopedic, Edit. Enciclopedic Romn, Bucureti *** (1986), Geografia de la A la Z, Edit. tiinific i Enciclopedic, Bucureti *** (1993), Le petit Larousse. Dictionnaire encyclopdique, Larousse, Paris *** (1986), Geografia de la A la Z, Edit. tiinific i Enciclopedic, Bucureti *** (1993), Le petit Larousse, Dictionaire encyclopdique, Paris

5. Sintez

Pmntul, a treia planet de la Soare, are o serie de caracteristici prin care

se difereniaz de celelalte planete ale Sistemului Solar. Dintre acestea, forma i micrile au o importan deosebit.

Forma real a Pmntului este aceea de geoid, adic nivelul mediu al Oceanului Planetar (oceanul n repaus, fcnd abstracie de valuri, maree i cureni), prelungit imaginar pe sub continente pe ntreg Globul.

Sferoidul terestru ar fi fost forma ideal a Pmntului n condiiile unei eterogeniti verticale a materiei, iar elipsoidul de rotaie este forma matematic a Pmntului, identificat din necesitatea calculelor matematice privitoare la dimensiunile Pmntului. Cu ajutorul elipsoidului WG 84 au putut fi calculate dimensiunile reale ale Terrei

- Semiaxa mare a = 6.378.137,0 m - Semiaxa mic b = 6.356.753,3 m

De asemenea, Pmntul este ntr-o continu dinamic n cadrul Sistemului Solar, efectund un numr de micri, att n raport cu Soarele, ct i mpreun cu acesta n cadrul galaxiei Calea Lactee i n Univers.

Cele mai importante micri ale Pmntului sunt micarea de rotaie, care asigur ciclul diurn (lumin ntuneric, zi noapte, nclzire rcire) i genereaz o serie de alte efecte (fora Coriolis), micarea de revoluie, care asigur ciclul anual (formarea anotimpurilor, inegalitatea zi noapte n interval de un an) i micrile de nutaie i precesie, micri cu efecte la scara timpului geologic.