tập bài giảng khoa học trái đất

Đối tượng nghiên cứu Khoa học Trái Đất nghiên cứu về mọi đặc trưng, các yếu tố, thành phần cấu tạo cũng như sự vận động và các mối quan hệ qua lại của các thành phần tự nhiên trên Trái

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUI NHƠN KHOA ĐỊA LÍ - ĐỊA CHÍNH

TRƯỜNG ĐẠI HỌCQUY NHƠN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐỊA LÍ – ĐỊA CHÍNH Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

-

ĐỀ CƯƠNG HỌC PHẦN: KHOA HỌC TRÁI ĐẤT

Mã học phần: 04-301-20 (Tên tiếng Anh: Earth Scienses)

1 Thông tin chung về học phần

- Tên học phần: Khoa học Trái Đất

- Mã học phần: 04-301-20 Số tín chỉ: 2

- Yêu cầu của học phần: Bắt buộc

- Điều kiện tiên quyết: Không

- Các yêu cầu khác đối với học phần: Có phương tiện, thiết bị, mô hình hỗ trợ cho giảng dạy

- Phân giờ tín chỉ đối với các hoạt động:

+ Nghe giảng lý thuyết: 25

- Kỹ năng: Vận dụng những kiến thức từ việc nghiên cứu Khoa học Trái Đất vào chuyên ngành của mình để lí giải mọi vấn đề liên quan đến sự phát triển theo quy luật tự nhiên Nâng cao kĩ năng phân tích, tổng hợp, liên hệ trong nghiên cứu các vấn đề của tự nhiên

- Thái độ, chuyên cần: Thái độ học tập nghiêm túc, nghiên cứu thực tế để có được kỹ năng cần thiết Để đảm bảo nắm vững các kiến thức và kỹ năng phục cho học tập và nghiên cứu người học phải lên lớp ít nhất 90% số giờ lí thuyết

3 Giáo trình, bài giảng, tài liệu tham khảo

* Giáo trình:

1 Phan Thái Lê, Khoa học Trái Đất, 2005 (Tập bài giảng)

* Tài liệu tham khảo:

1 Nguyễn Hữu Danh, Tìm hiểu Trái Đất, NXB thanh niên, 2000

2 Nguyễn Hữu Danh, Tìm hiểu Hệ Mặt Trời, NXBGD, 2001

3 Nguyễn Dược - Trung Hải, Sổ tay thuật ngữ địa lý, NXBGD, 2001

4 Donat G.wentzel, Nguyễn Quang Riệu, Thiên văn vật lý, NXBGD, 2000

5 Hoàng Ngọc Oanh, Đại cương khoa học Trái Đất, NXBĐHQGHN, 1998

6 Lê Bá Thảo (chủ biên), Cơ sở địa lý tự nhiên (tâp I, II), NXBGD, 1988

7 Nguyễn Hữu Xuân – Phan Thái Lê, giáo trình Địa lí tự nhiên (Trái Đất và Thạch quyển), Trường ĐH QN, 2009

8 Trang web Khoa học tự nhiên, web Bách khoa toàn thư mở Wikipedia…

MỞ ĐẦU

Chương 1 MỞ ĐẦU 1

1.1 Đối tượng, nội dung, phương pháp nghiên cứu Khoa học Trái Đất 1

1.1.1 Đối tượng nghiên cứu 1

1.1.2 Nội dung nghiên cứu 1

1.1.3 Phương pháp nghiên cứu 1

1.2 Vai trò của Khoa học Trái Đất 1

Chương 2 ĐẶC ĐIỂM CỦA HỆ MẶT TRỜI VÀ TRÁI ĐẤT 2

2.1 Hệ Mặt Trời 2

2.1.1 Đặc điểm chung của Hệ Mặt Trời 2

2.1.2 Mặt Trời 3

2.2 Trái Đất 4

2.2.1 Hình dạng, kích thước Trái Đất và hệ quả của nó 4

2.2.2 Các vận động cơ bản của Trái Đất và hệ quả của các vận động đó 5

2.2.3 Thành phần và cấu trúc của Trái Đất 14

2.2.4 Khoáng vật và đá 28

Chương 3 CÁC HOẠT ĐỘNG ĐỊA CHẤT VÀ NHỮNG QUY LUẬT ĐỊA LÍ CHUNG CỦA TRÁI ĐẤT 33

3.1 Hoạt động địa chất 33

3.1.1 Phân loại các hoạt động địa chất 33

3.1.2 Hoạt động địa chất nội sinh (nội lực) 33

3.1.3 Hoạt động địa chất ngoại sinh (ngoại lực) 35

3.2 Các quy luật địa lí chung của Trái Đất 39

3.2.1 Tính thống nhất và hoàn chỉnh của lớp vỏ địa lí 39

3.2.2 Tuần hoàn vật chất và năng lượng trong lớp vỏ địa lí 40

3.2.3 Các hiện tượng nhịp điệu 40

3.2.4 Tính địa đới và phi địa đới 40

Chương 4 MÔI TRƯỜNG VÀ CON NGƯỜI 41

4.1 Các khái niệm cơ bản 41

4.1.1 Môi trường 41

4.1.2 Tài nguyên 41

4.1.3 Phát triển 41

4.2 Vai trò của môi trường tự nhiên 41

4.2.1 Môi trường là không gian sống cho con người và sinh vật 41

4.2.2 Môi trường là nơi cung cấp nguồn tài nguyên cần thiết 42

4.2.3 Môi trường chứa đựng các chất phế thải do con người tạo ra 42

4.2.4 Môi trường lưu giữ và cung cấp thông tin cho con người 42

4.3 Tác động của con người đến môi trường tự nhiên 42

4.4 Vấn đề bảo vệ, sử dụng và cải tạo tự nhiên 42

4.4.1 Vấn đề bảo vệ 42

4.4.2 Vấn đề sử dụng 43

4.4.3 Vấn đề cải tạo 44

4.5 Một số vấn đề đang được quan tâm hiện nay 44

4.5.1 Vấn đề dân số 44

4.5.2 Vấn đề lương thực và thực phẩm 44

4.5.3 Vấn đề năng lượng và nhiên liệu 44

4.5.4 Vấn đề nước ngọt 44

4.5.5 Ô nhiễm môi trường 44

Chương 1 MỞ ĐẦU 1.1 Đối tượng, nội dung, phương pháp nghiên cứu Khoa học Trái Đất

1.1.1 Đối tượng nghiên cứu

Khoa học Trái Đất nghiên cứu về mọi đặc trưng, các yếu tố, thành phần cấu tạo cũng như sự vận động và các mối quan hệ qua lại của các thành phần tự nhiên trên Trái Đất và mối quan hệ giữa con người với tự nhiên Các thành phần, yếu tố đó cùng tồn tại, phát triển với sự phát triển của Trái Đất

1.1.2 Nội dung nghiên cứu

- Vị trí của Trái Đất và quan hệ của nó với các thiên thể khác trong không gian

Vũ trụ;

- Hình dạng, kích thước, khối lượng, các vận động và các hệ quả địa lí do hình dạng, kích thước, vận động của nó gây ra;

- Thành phần cấu trúc của Trái Đất và các hợp phần của nó;

- Mối quan hệ giữa các hợp phần thông qua các quá trình trao đổi vật chất và năng lượng;

- Thể tổng hợp tự nhiên, các quy luật chung trong lớp vỏ cảnh quan;

- Mối quan hệ giữa con người và tự nhiên

1.1.3 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp lí thuyết: Căn cứ vào vật lí lí thuyết, nghiên cứu những vấn đề

cụ thể nhằm hoàn thiện các phương trình lí thuyết để tính toán, xây dựng các giả thuyết nói lên các quá trình đã xảy ra trong quá khứ, hiện tại và dự đoán tương lai

- Phương pháp bán thực nghiệm: Căn cứ vào các lí thuyết chung và các kết quả

đo đạc quan sát được, thiết lập nên mối quan hệ qua lại giữa các hiện tượng, các yếu tố bên trong cũng như bên ngoài Trái Đất, xây dựng được các công thức bán thực nghiệm

để tính toàn các yếu tố cần thiết

- Phương pháp thực nghiệm: Là phương pháp trực tiếp đo đạc được hay trực

tiếp lấy được các mẫu vật phân tích tổng kết, từ đó rút ra các kết luận, phát hiện ra các quy luật chung cho toàn Trái Đất hoặc cho từng lãnh thổ cụ thể

1.2 Vai trò của Khoa học Trái Đất

- Cung cấp các kiến thức đại cương về Trái Đất giúp chúng ta hiểu biết về nơi

chúng ta đang sống

- Cung cấp những kiến thức cơ bản về Trái Đất, từ đó xây dựng ý thức cho mọi người trong sử dụng, bảo vệ, cải tạo tự nhiên và duy trì sự phát triển bền vững của xã hội loài người

* CÂU HỎI HƯỚNG DẪN HỌC BÀI

1 Khoa học Trái Đất nghiên cứu những gì?

2 Các phương pháp nghiên cứu khoa học Trái Đất

3 Phân tích vai trò của khoa học Trái Đất đối với sự phát triển xã hội

Chương 2 ĐẶC ĐIỂM CỦA HỆ MẶT TRỜI VÀ TRÁI ĐẤT

2.1 Hệ Mặt Trời

2.1.1 Đặc điểm chung của Hệ Mặt Trời

- Hệ Mặt Trời là một tập đoàn thiên thể gồm sao, hành tinh, tiểu hành tinh, sao chổi, thiên thạch, bụi đã được hình thành cách đây khoảng 6 - 7 tỉ năm

- Hệ Mặt Trời có thiên thể lớn ở trung tâm là Mặt Trời, quay xung quanh có các thiên thể nhỏ hơn thuộc Hệ Mặt Trời

- Tất cả các hành tinh đều quay xung quanh Mặt Trời theo một quỹ đạo gần tròn Quỹ đạo của tất cả các hành tinh đều nằm gần như cùng một mặt phẳng

- Tất cả các hành tinh đều quay xung quanh Mặt Trời theo cùng một hướng ngược chiều kim đồng hồ nếu nhìn từ Bắc Thiên Cực xuống mặt phẳng quỹ đạo

- Tất cả các hành tinh (trừ Kim Tinh và Thiên Vương Tinh) và phần lớn các vệ tinh cũng đều quay quanh trục của chúng ngược chiều kim đồng hồ

- Tất cả các thành viên trong hệ Mặt Trời đều có cấu tạo bởi các nguyên tố hóa học có trong bảng tuần hoàn của Mendeleev, tuy nhiên trạng thái vật chất và nồng độ khối lượng các nguyên tố không giống nhau ở các thành viên trong hệ

Hình 2.1 Mặt phẳng quỹ đạo, hướng chuyển động các thiên thể quanh Mặt Trời

- Các hành tinh của hệ Mặt Trời có thể chia thành 2 nhóm:

+ Nhóm các hành tinh bên trong (kiểu Trái Đất): Thuỷ Tinh - Kim Tinh - Trái Đất

- Hoả Tinh Chúng có kích thước nhỏ, tỉ trọng trung bình lớn, quay chậm quanh trục, có

Hình 2.2 Nhóm các hành tinh

2.1.2 Mặt Trời

- Mặt Trời là thiên thể duy nhất trong Hệ Mặt Trời tự phát sáng nhờ những phản ứng nhiệt hạch xảy ra bên trong, vì thế Mặt Trời được gọi là một ngôi sao Mặt Trời nằm ở trung tâm và cũng là hạt nhân của Hệ Mặt Trời, đồng thời là nguồn cung cấp năng lượng chủ yếu và là động lực của mọi quá trình tự nhiên xảy ra trên Trái Đất

- Mặt Trời chiếm 99,86% tổng khối lượng toàn Hệ, đường kính 1.329,000km (gấp 109 lần đường kính Trái Đất), có diện tích bề mặt 6,0877 x 1012 km2 (gấp Trái Đất 11.900 lần), thể tích Mặt Trời bằng 1,4122 x 1018 km³ (gấp 1,3 triệu lần thể tích Trái Đất) Khối lượng Mặt Trời khoảng 1,9891 x 1030 kg (gấp 332.946 lần khối lượng Trái Đất)

- Nguồn năng lượng Mặt Trời phát ra là do phản ứng tổng hợp nhiệt hạch 4H2 = 1heli phát ra dưới dạng các tia bức xạ và nó tạo ra độ sáng 827 x 1026 W Mỗi giây Mặt Trời tiêu hủy khoảng 600 - 700 triệu tấn hydro, trong đó khoảng 4 triệu tấn biến thành năng lượng

- Mặt Trời có các chu kỳ hoạt động mạnh và yếu xen kẽ nhau với chu kỳ khoảng 11,3 năm, sự biến đổi có tính chu kỳ đó làm ảnh hưởng đến thời tiết và khí hậu trên Trái Đất

- Mặt Trời cấu tạo chủ yếu bằng khí, với khoảng 74% khối lượng là khí hyđrô (khoảng 92% thể tích), 24% khối lượng là khí heli (khoảng 7% thể tích), 2% là các nguyên tố khác gồm sắt, niken, oxy, silicon, sulfur, magnesium, carbon, neon, calcium

và chromium Mật độ khí giảm từ trung tâm ra ngoài

2.2 Trái Đất

2.2.1 Hình dạng, kích thước Trái Đất và hệ quả của nó

Hình 2.3 Hình dạng Giêôit của Trái Đất Trái Đất nhìn từ Vũ trụ

2.2.1.1 Hình dạng, kích thước của Trái Đất

Trái Đất không phải là một hình cầu hoàn hảo, nó có hình dạng phức tạp và đặc

biệt nên gọi là “Hình Trái Đất” hay hình Giêôit (geoid) Tuy nhiên, do sự chênh lệch

giữa bán kính xích đạo và bán kính cực không lớn (21,3km) so với kích thước rất lớn của Trái Đất, nên nhìn chung vẫn có dạng hình cầu

* Hiện nay kích thước Trái Đất được sử dụng các số liệu sau:

- Bán kính xích đạo hay bán trục lớn (a) = 6378,245 km;

- Bán kính cực hay bán trục nhỏ (b) = 6356,863 km;

- Chiều dài trung bình vòng kinh tuyến = 40.008,5 km;

- Chiều dài xích đạo = 40.075,7 km;

2.2.1.2 Hệ quả của hình dạng và kích thước Trái Đất

- Do bề mặt Trái Đất thường xuyên được chiếu sáng một nửa là ngày và một nửa nằm trong bóng tối là đêm, hiện tượng này là Hiện tượng ngày đêm

Hình 2.4 Hiện tượng ngày đêm vào các ngày chí và ngày phân

- Do hình cầu nên gây ra sự phân bố bức xạ theo vĩ độ, kinh độ, theo thời gian trong ngày khác nhau

- Hình cầu của Trái Đất làm cho tầm nhìn khi

lên cao được mở rộng

- Hình cầu nên xích đạo chia Trái Đất thành 2

nửa đối xứng qua xích đạo, sự đối xứng này gây ra

sự đối xứng và ngược nhau về địa lí như: các vòng

đai nhiệt, gió, áp, mùa

Hình 2.5 Các vành đai nhiệt

- Độ dẹt của Trái Đất khi đi về 2 cực đã

gây ra sự khác biệt trong đo đạc độ dài của các

cung vĩ độ Càng lên những vĩ độ cao, độ dài

của các cung vĩ độ càng tăng

- Trái Đất có thể tích tối đa so với các

- Kích thước và khối lượng vật chất của Trái Đất đã

sinh ra một sức hút đủ lớn để giữ các vật và giữ được một

lớp không khí bên ngoài, nên mọi vật đều bị Trái Đất hút

vào tâm

2.2.2 Các vận động cơ bản của Trái Đất và hệ quả của

các vận động đó

2.2.2.1 Nguồn gốc vận động

Do có động lượng góc nguyên thuỷ của đám khí và

bụi ban đầu khi co lại thành các hành tinh nên Trái Đất tự

Bảng 2.3 Sự thay đổi độ dài cung vĩ độ

Cung vĩ độ Độ dài của cung 1 o

0o - 1o 110.576 km

4o - 5o 110.583 km

44o - 45o 111.134 km

Hình 2.6 Hướng vận động

Hình 2.7 Trục nghiêng Trái Đất; mặt phẳng Hoàng đạo và mặt phẳng xích đạo

- Trái Đất hoàn thành một vòng tự quay quanh trục trong khoảng thời gian một ngày đêm, quy ước 24 giờ (ngày đêm theo Mặt Trời) Khoảng đó là vị trí của Mặt Trời 2 lần chiếu thẳng góc trên kinh tuyến có địa điểm quan sát quy ước 24 giờ Thời gian thực

mà Trái Đất quay tròn một vòng là 23 giờ 56 phút 4 giây (ngày đêm theo sao)

- Tốc độ góc quay của Trái Đất: ω =

- Nhịp điệu ngày, đêm

Trái Đất hình khối cầu, một nửa được chiếu sáng là ngày, một nửa bị khuất là đêm, nhưng do Trái Đất tự quay quanh trục nên đã tạo nên nhịp điệu ngày - đêm trên Trái Đất

Hình 2.8 Sự luân phiên ngày đêm

- Giờ trên Trái Đất: Có 3 loại giờ

+ Giờ địa phương: Giờ của các địa phương ở trên cùng một kinh tuyến

Trong một ngày đêm các địa điểm cùng nằm trên một kinh tuyến có một lần Mặt trời lên cao nhất trên đường chân trời lúc 12 giờ trưa, các địa phương ở trên cùng một kinh tuyến có giờ giống nhau Giờ này gọi là giờ địa phương hay giờ Mặt Trời

+ Giờ khu vực (múi giờ): Giờ địa phương của kinh tuyến đi qua chính giữa khu vực

Người ta chia bề mặt Trái Đất làm 24 múi tương ứng với 24 khu vực bổ dọc theo kinh tuyến tương đương 15 kinh độ bằng 1 giờ Giờ chính thức của toàn khu vực là giờ địa phương của kinh tuyến đi qua chính giữa khu vực

+ Giờ Quốc tế (G.M.T): Nghĩa là giờ trung bình ở kinh tuyến Greenwich, ranh

giới của múi giờ này là 7o 30’Đ và 7o 30’T Số thứ tự múi giờ được đánh từ múi giờ gốc sang phía Đông lần lượt là 0, 1, 2, 3,…, 23 Các kinh tuyến giữa múi tương ứng là 0o,

15o Đ, 30o Đ, 450 Đ…180o, 165o T, 150o T, 135o T… 15o T; mỗi múi cách nhau 1 giờ

Hình 2.9 Múi giờ và Đường đổi ngày quốc tế

- Đường đổi ngày quốc tế

Người ta quy ước lấy khu vực giờ 12 có kinh

tuyến 180o đi qua giữa múi làm kinh tuyến chuyển

ngày quốc tế Nếu đi theo hướng từ tây sang đông

(cùng chiều quay Trái Đất) qua đường kinh tuyến

này phải chuyển lùi lại một ngày lịch và đi theo

hướng từ Đông sang Tây (ngược chiều quay Trái

Đất) thì ngược lại, hay khi đi từ phía tây (bán cầu

Tây) sang phía đông (bán cầu Đông) qua kinh

tuyến này phải chuyển sớm lên một ngày, còn nếu

đi từ phía đông (bán cầu Đông) sang phía tây (bán

cầu Tây) qua kinh tuyến này phải lùi lại một ngày

Trong thực tế đường đổi ngày này không phải trùng hoàn toàn với đường kinh tuyến mà

nó được xây dựng mà theo sự thống nhất về ngày

của một số quốc gia

- Lực Côriôlit: Là lực làm lệch hướng

chuyển động của các vật thể do sự tự quay của Trái Đất

F = 2 .v.sin hay F = 2 m .v.sin 

Trong đó, : vận tốc quay của Trái Đất; v:

vận tốc của vật; m: khối lượng vật; : vĩ độ địa lý

Ở Xích đạo sin  = 0 nên F = 0 và tăng dần

về hai cực

Mọi vật thể chuyển động theo chiều kinh

tuyến khi nhìn theo hướng chuyển động đều bị lệch hướng về bên phải ở nửa cầu Bắc, bên trái nửa cầu Nam Các vật thể nhìn thấy rõ nhất như dòng khí quyển, nước trong các dòng sông, dòng biển…

- Mạng lưới tọa độ trên Trái Đất: Là đường giao nhau giữa các đường kinh

tuyến và vĩ tuyến địa lý trên bề mặt Trái Đất tạo thành một mạng lưới tọa độ, nhờ đó mà xác định vị trí các điểm trên bề mặt Trái Đất Hà Nội: φ = 21o 01’B; λ = 105o 52’Đ

Hình 2.12 Mạng lưới tọa độ trên Trái Đất

Hình 2.10 Đường đổi ngày

Hình 2.11 Biểu diễn lực Côriôlit

2.2.2.3 Vận động tự quay quanh Mặt Trời của Trái Đất

Hình 2.13 Quỹ đạo chuyển động của Trái Đất quanh Mặt Trời

 Đặc điểm vận động

- Trái Đất vận động quanh Mặt Trời theo quỹ đạo hình elip gần tròn, có hai tiêu điểm cách nhau khoảng 5 triệu km Đường elip chuyển động của Trái Đất có độ dài khoảng 943.040.000 km

- Do chuyển động trên quỹ đạo elip nên trong khi chuyển động có lúc Trái Đất đến gần Mặt Trời nhất là điểm cận nhật, cách Mặt Trời 147 triệu km, lúc ở xa Mặt Trời nhất là điểm viễn nhật, cách Mặt Trời 152 triệu km

- Mặt phẳng chứa quỹ đạo chuyển động của Trái Đất là mặt phẳng Hoàng Đạo

Hình 2.14 Quỹ đạo Trái Đất, mặt phẳng Hoàng đạo, Hoàng đạo, thiên cầu

- Hướng chuyển động Trái Đất quanh Mặt Trời cũng là hướng từ Tây sang Đông

- Trái Đất chuyển động một vòng trên quỹ đạo hết 365 ngày 5h 48’ 46’’ với vận tốc trung bình 29,8km/s

- Mặt phẳng xích đạo so với mặt phẳng Hoàng đạo nghiêng 23o 27' Địa cầu nghiêng trên mặt phẳng hoàng đạo 66o 33'

- Trong khi chuyển động trên quỹ đạo, trục Trái Đất không đổi hướng, gọi là chuyển động tịnh tiến của Trái Đất quanh Mặt trời

 Hệ quả của vân động

- Chuyển động biểu kiến của Mặt trời giữa hai chí tuyến: Sự chuyển động ảo

giác của Mặt Trời trong một năm giữa khu vực nội chí tuyến gọi là chuyển động biểu kiến của Mặt trời (chuyển động nhìn thấy nhưng không có thực)

Trong năm ánh sáng Mặt Trời chiếu thẳng góc xuống chí tuyến một lần, nội chí

tuyến 2 lần (Hà Nội hai lần Mặt Trời chiếu thẳng góc là 12 tháng VI và 1 tháng VII)

Hình 2.15 Vận động biểu kiến của Mặt Trời

- Sự thay đổi các thời kì nóng - lạnh: Do trục của Trái Đất nghiêng trên mặt

phẳng Hoàng đạo nên khi chuyển động tịnh tiến quanh Mặt Trời có sự luân phiên các thời kì nóng, lạnh ở hai nửa cầu Bắc - Nam

+ Từ 21/3 đến 23/9, nửa cầu Bắc là thời kỳ nóng còn nửa cầu Nam là thời kì lạnh;

từ 23/9 - 21/3 thì lại ngược lại ở bán cầu Bắc và Nam

+ Ở khu vực xích đạo do góc tới của Mặt Trời thay đổi không đáng kể, nên không phân biệt được thời kỳ nóng lạnh

+ Trên qũy đạo của Trái Đất có 2 vị trí xuân phân (21/3) và thu phân (23/9) là mốc đánh dấu thời kỳ nóng lạnh trong năm

Cách tính góc nhập xạ Mặt Trời

Trường hợp vĩ độ φ lớn hơn xích vĩ của MT δ (φ ≥ δ)

+ hA = 90o - φA + δ (tại bán cầu mùa hạ)

+ hB = 90o - φA - δ (tại bán cầu mùa đông)

Trường hợp vĩ độ φ nhỏ hơn xích vĩ của MT δ (φ ≤ δ)

+ hA = 90o + φA - δ (tại bán cầu mùa hạ)

+ hB = 90o - φA - δ (tại bán cầu mùa đông)

- Hiện tượng ngày đêm dài ngắn khác nhau: từ 21/3 - 23/9 ngày ở bán cầu Bắc

dài hơn ngày ở bán cầu Nam Từ 23/9 - 21/3 ngược lại

Nguyên nhân là từ 21/3 - 23/9 Trái Đất nghiêng bán cầu Bắc về phía Mặt Trời, làm cho Mặt Trời nằm cao trên đường chân ở nửa cầu Bắc, nên thời gian chiếu sáng dài (ngày dài); ở nửa cầu Nam Mặt Trời nằm thấp trên đường chân trời nên góc nhập xạ nhỏ, thời gian chiếu sáng ngắn (ngày ngắn) Từ 23/9 - 21/3 ngược lại

Hình 2.16 Hiện tượng ngày đêm dài ngắn khác nhau Bảng 2.4 Thời gian ngày dài nhất trong năm ở Bắc và Nam bán cầu vào ngày 22/6

Vĩ độ Thời gian ngày dài nhất

ở nửa cầu Bắc

Thời gian ngày dài nhất

ở nửa cầu Nam

0h 0 phút 2h 51 phút 5h 30 phút 7h 42 phút 9h 09 phút 10h 04 phút 10h 47 phút 11h 25 phút 12h 0 phút

- Các vành đai nhiệt trên Trái Đất: Do trục Trái Đất nghiêng trên mặt phẳng

quỹ đạo (66o 33') nên có sự phân bố năng lượng Mặt Trời theo các vĩ độ khác nhau giảm dần từ xích đạo về hai cực tạo nên các vành đai nhiệt đối xứng nhau qua xích đạo

+ Vùng nội chí tuyến 23o 27' Bắc và Nam nhận được nhiệt độ của Mặt Trời nhiều nhất, nóng quanh năm gọi là vành đai nhiệt đới

+ Vùng từ chí tuyến đến vòng cực (23o 27' - 66o 33') quanh năm nhận được lượng nhiệt trung bình, nên ôn hòa gọi là vành đai ôn hòa

+ Vùng từ 66o33' đến cực, nhận được lượng nhiệt của Mặt Trời nhỏ nhất nên lạnh giá quanh năm gọi là vành đai hàn đới

Dựa vào đường đẳng nhiệt hàng năm để phân chia: Vành đai nóng, giới hạn bởi đường đẳng nhiệt hàng năm + 20o ở mỗi bán cầu; Vành đai ôn hòa: nằm giữa đường

đẳng nhiệt hàng năm + 20o và + 100; Vành đai lạnh nằm giữa đường đẳng nhiệt +10o và

0o; Vành đai băng giá vĩnh viễn, nhiệt độ trung bình 0o

Hình 2.17 Vòng đai nhiệt theo vĩ độ (a) và theo đường đẳng nhiệt (b)

- Lịch: Để tính toán thời gian người Cổ đại đã dựa vào thiên văn để làm lịch, đến

nay biết được 3 loại lịch: âm lịch, dương lịch và âm dương lịch

+ Âm lịch: là loại lịch cổ căn cứ vào vận động của Mặt Trăng quanh Trái Đất để tính năm, tháng Một năm có 12 tháng với 354 - 355 ngày;

+ Dương lịch: căn cứ vào sự vận động của Trái Đất quanh Mặt Trời Một năm có

12 tháng với 365 - 366 ngày;

+ Âm - dương lịch: dựa trên cơ sở cả 2 vận động của Mặt Trăng quanh Trái Đất

và Trái Đất quanh Mặt Trời Một năm Âm dương lịch cũng có 12 tháng, nhưng chỉ có

354 hoặc 355 ngày cho nên cứ 3 năm lại có một năm nhuận 13 tháng

- Sự phân chia các mùa trong năm: Ở bán cầu Bắc

+ Mùa xuân từ 21- 3 đến 22 - 6,

lúc này Mặt Trời bắt đầu chuyển động

biểu kiến từ xích đạo lên chí tuyến Bắc

nên thời tiết ấm áp, ôn hòa

+ Mùa Hạ từ 22 - 6 đến 23 - 9 lúc

này Mặt Trời chuyển động biểu kiến từ

chí tuyến và Xích đạo có thời tiết nóng

nực

+ Mùa Thu 23 - 9 đến 22 - 12 lúc

này Mặt Trời chuyển động biểu kiến

xuống chí tuyến Nam có thời tiết mát mẻ

+ Mùa đông 22 - 12 đến 21- 3 Mặt

Trời đang chuyển động biểu kiến ở bán

cầu Nam nên nhiệt độ ở Bắc bán cầu

xuống thấp nhất thời tiết lạnh giá

Vùng ôn đới nửa bán cầu Nam thì ngược lại, ở những nước nằm nội chí tuyến và ngoài vòng cực Bắc và Nam biểu hiện mùa không hoàn toàn rõ rệt

Hình 2.18 Phân chia mùa theo

Dương lịch và âm lịch

Theo lịch Phương Đông 4 ngày chính đó là những ngày giữa mùa của 4 mùa + Mùa xuân 5 - 2 lập xuân đến 6 - 5; mùa hạ 6 - 5 đến 8 - 8; mùa thu 8 - 8 đến 8 -11; mùa đông 8 - 11 đến 5 - 2

Trong thực tế người ta còn chia ra các mùa: Mùa khí hậu: mùa nóng, mùa lạnh, mùa mưa, mùa khô; Mùa thủy văn: mùa mưa, mùa cạn; Mùa nông nghiệp (theo thời vụ):

- Mặt Trăng quay quanh Trái Đất một vòng hết 29,5 ngày tương ứng với một Chu

kỳ tuần trăng; quay quanh trục một vòng hết 27 ngày 20’ Chiều quay quanh trục, quanh Trái Đất trùng hướng từ Tây sang Đông vì vậy một ngày đêm trên Mặt Trăng khoảng gần 1 tháng trên Trái Đất Nên trong quá trình chuyển động chỉ một phía Mặt Trăng hướng về Trái Đất

 Hệ quả của vận động

- Tuần trăng: Tuần trăng là chu kỳ biến đổi các pha nhìn thấy Trăng Đó là Chu kì lặp lại của pha Mặt Trăng dài 29,5306 ngày; sự biến đổi các pha không trăng, thượng huyền, trăng tròn, hạ huyền

Hình 2.19 Chu kì tuần Trăng

- Hiện tượng Nhật thực: Nhật thực là hiện tượng Mặt Trời bị Mặt Trăng che

khuất Khi Mặt Trăng đi vào giữa Mặt Trời và Trái Đất che ánh sáng Mặt Trời lên Trái Đất và bóng Mặt Trăng in lên một vùng tối trên Mặt Trời

- Nguyệt thực: Là hiện tượng Mặt trăng bị bóng tối của Trái Đất che khuất Khi

Trái Đất nằm giữa Mặt Trời và Mặt Trăng, Mặt Trăng bị bóng của Trái Đất che khuất

Hình 2.20 Nhật thực

Hình 2.21 Nguyệt

thực

- Hiện tượng sóng triều trên Trái Đất: Tác động qua lại giữa lực hút của Mặt

Trăng và lực li tâm đó sinh ra hiện thượng sóng triều Kết quả là vật chất trên Trái Đất

có xu hướng dâng cao cả hai phía (phía hướng về Mặt Trăng và phía đối diện)

Hình 2.22 Hiện tượng thủy triều

Thuỷ triều là một biểu hiện của sóng triều đối với bề mặt nước trên Trái Đất Thủy triều lên cao nhất khi Mặt Trời, Trái Đất và Mặt Trăng thẳng hàng mà Mặt Trăng

ở giữa (ngày sóc) Thuỷ triều nhỏ (nước kém) những lúc Mặt Trời, Trái Đất và Mặt Trăng ở vị trí vuông góc với nhau

2.2.3 Thành phần và cấu trúc của Trái Đất

2.2.3.1 Thành phần cấu tạo vỏ Trái Đất

Dựa vào địa chấn học và thiên thạch học để nghiên cứu người ta thấy rằng vỏ Trái Đất chủ yếu: 8 nguyên tố chính và ít các nguyên tố khác

Bảng 2.5 Tỉ lệ các thành phần vật chất vỏ Trái Đất Các nguyên tố F Clark (1920) A Fersman (1933) A.Vinogradov (1950)

Bảng 2.6 Thành phần các chất khí trong khí quyển tính theo phần trăm (%)

- Cấu trúc khí quyển: Khí quyển Trái Đất bao gồm nhiều nhiều lớp, tính từ mặt

biển trở lên theo thứ tự là tầng đối lưu, tầng bình lưu, tầng giữa, tầng điện ly, tầng ngoài

Bảng 2.7 Cấu trúc khí quyển theo chiều thẳng đứng Tầng

Bề dày trung bình

tính từ mặt đất (km)

Khối lượng (%)

Đặc điểm

Không khí chuyển động theo chiều thẳng đứng, nhiệt giảm theo chiều cao trung bình 6o/1km Quyết định khí hậu, thời tiết mặt đất Bình lưu 65 - 70 - 80 19

Không khí chuyển động theo chiều ngang, nhiệt độ có sự tăng giảm theo độ cao, áp suất giảm mạnh

Có khả năng khuếch tán các chất khí vào

vũ trụ, không khí rất loãng

- Thời tiết và khí hậu

+ Khái niệm: Thời tiết là trạng thái của khí quyển trên lãnh thổ nào đó vào một

thời gian nhất định được thể hiện bởi các trị số của nhiệt độ không khí, ẩm, gió ; Khí hậu là chế độ thời tiết của một địa phương trong nhiều năm

Khí hậu của một địa phương phụ thuộc vào vị trí, các dòng hải lưu, địa hình và vào sự thay đổi thường xuyên của các khối khí có tính chất khác nhau

Theo Alixôp ở cả hai bán cầu có 7 đới khí hậu chính và 6 đới khí hậu phụ:

Hình 2.23 Các đới khí hậu theo Alixôp

Các đới khí hậu chính: 1 đới khí hậu xích đạo, 2 đới khí hậu nhiệt đới, 2 đới khí hậu ôn đới và 2 đới khí hậu cực đới; Các đới khí hậu phụ: 2 đới khí hậu cận xích đạo, 2 đới khí hậu cận nhiệt và 2 đới khí hậu cận cực

+ Các yếu tố tạo thành thời tiết và khí hậu: Khí hậu được xác định bởi các vòng

tuần hoàn cơ bản đó là tuần hoàn nhiệt, tuần hoàn ẩm và hoàn lưu khí quyển gọi là các quá trình hình thành khí hậu

 Tuần hoàn nhiệt: Khí quyển hấp thụ một phần các tia mặt trời xuyên qua nó và biến chúng thành nhiệt, một phần khuếch tán và làm biến đổi thành phần quang phổ của chúng

Bảng 2.8 Phân phối bức xạ Mặt Trời tại một số vĩ độ hằng năm Kcal/cm2/năm

Lục địa

Trung bình

Vĩ độ nam

Đại dương

Lục địa

Trung bình

 Hoàn lưu khí quyển: Toàn bộ hệ thống những dòng khí quy mô lớn trên Trái Đất là hoàn lưu chung khí quyển Những sự biến đổi cơ bản của thời tiết có liên quan với sự di chuyển của không khí trong hoàn lưu chung khí quyển, vì các khối khí di chuyển từ khu vực này sang khu vực khác mang theo những điều kiện mới của nhiệt độ,

độ ẩm, lượng mây và các yếu tố khác

Ngoài hoàn lưu chung, trong khí quyển còn có hoàn lưu địa phương quy mô nhỏ hơn nhiều như gió đất – gió biển (brizơ), gió núi – thung lũng và các loại gió khác

- Khí áp và gió

+ Khí áp: là sức nén của không khí lên mọi vật trên bề mặt Trái Đất Do không

khí có trọng lượng: 1,3g/lít, nên sức nén của nó vào khoảng 1,033g/cm2

Đơn vị khí áp: atmôtphe; miliba (mb) (1 atmôtphe bằng 1013mb); hextô Paxcan:

1 mb = 1hPa; 1 atm = 101325 Pa

+ Gió: là sự chuyển động của không khí theo chiều ngang tương đối từ nơi có khí

áp cao về nơi khí áp thấp gọi là gió Gió được đặc trưng bởi tốc độ, cường độ và hướng gió

 Tốc độ gió tính bằng m/giây hay km/giờ Vòng quay của không khí trong khí quyển được biểu hiện bằng hệ thống gió có quy mô hành tinh

Bảng 2.10 Bảng cấp độ gió của Beaufort Cấp

Beaufort

Vận tốc gió ở 10m trên

mực nước biển (hải lý, km/h)

Mô tả đặc điểm gió

Độ cao sóng

Tình trạng mặt biển

Tình trạng đất liền

0 nhỏ hơn 1 /nhỏ hơn 1 / 1 Êm đềm 0 Phẳng lặng Êm đềm

1 2 / 4 / 2 Gió rất nhẹ 0,1 Sóng lăn tăn, không có ngọn gió thấy được trong Chuyển động của

khói

2 5 / 9 / 6

Gió thổi nhẹ vừa phải 0,2 Sóng lăn tăn

Cảm thấy gió trên

da trần Tiếng lá xào xạc

3 9 / 17 / 11 Gió nhẹ nhàng 0,6 Sóng lăn tăn lớn chuyển động theo Lá và cọng nhỏ

gió

4 13 / 24 / 15 Gió vừa phải 1 Sóng nhỏ

Bụi và giấy rời bay lên Những cành cây nhỏ chuyển động

5 19 / 35 / 22 Gió mạnh vừa phải 2

Sóng dài vừa phải (1,2 m) Có một chút bọt và bụi nước Cây nhỏ đu đưa

6 24 / 44 / 27 Gió mạnh 3 Sóng lớn với chỏm bọt và bụi nước Cành lớn chuyển động Sử dụng ô

khó khăn

7 30 / 56 / 35 Gió mạnh 4 Biển cuộn sóng và bọt bắt đầu có vệt

Cây to chuyển động Phải có sự gắng sức khi đi ngược gió

8 37 / 68 / 42 Gió mạnh hơn 5,5

Sóng cao vừa phải với ngọn sóng gẫy tạo ra nhiều bụi Các vệt bọt nước

Cành nhỏ gẫy khỏi cây

9 44 / 81 / 50 Gió rất mạnh 7

Sóng cao (2,75 m) với nhiều bọt hơn Ngọn sóng bắt đầu cuộn lại

Nhiều bụi nước

Một số công trình xây dựng bị hư hại nhỏ

10 52 / 96 / 60 Gió bão 9

Sóng rất cao Mặt biển trắng xóa và xô mạnh vào bờ Tầm nhìn bị giảm

Cây bật gốc Một số công trình xây dựng

hư hại vừa phải

11 60 / 111 / 69 Gió bão dữ dội 11,5 Sóng cực cao xây dựng hư hỏng Nhiều công trình

12 64 / 118 / 73 và cao hơn cực mạnh Gió bão 14+

Nhiều công trình hư hỏng nặng

 Cường độ hay sức gió là áp suất của không khí chuyển động, tác động lên vật, được đo bằng kg/m2 Sức gió phụ thuộc vào tốc độ gió

Tính bằng P = 0,25.V2 kg/m2, P: sức gió; V: tốc độ gió; 0,25: hệ số

 Hướng gió: Chỉ hướng gió từ đâu thổi tới Người ta phân biệt 8 hướng chính trên đường chân trời: bắc, đông bắc; đông, đông nam, nam, tây nam, tây, tây bắc và 8 hướng phụ giữa chúng: bắc đông bắc, đông đông bắc, đông đông nam, nam đông nam, nam tây nam, tây tây nam, tây tây bắc, bắc tây bắc

* Các đới gió chính: Các vòng đai khí áp đã tạo nên các đới gió chính

 Gió Tín phong (gió mậu

dịch): Ở Bắc bán cầu có hướng đông

bắc, Nam bán cầu có hướng đông

nam

 Gió Tây ôn đới: Bắc bán

cầu có hướng tây nam, Nam bán cầu

có hướng tây bắc

 Đới gió Đông ở miền cực:

Bắc bán cầu có hướng đông bắc,

nam bán cầu có hướng đông nam

* Các loại gió địa phương và khu vực:

 Gió mùa: Là gió có hướng thay đổi theo mùa, mùa hè gió thổi từ đại dương vào lục địa, mùa đông thổi ngược lại từ lục địa ra đại dương

 Gió bờ ri (brizơ): Thay đổi hướng theo nhịp điệu ngày đêm, điển hình gió đất – gió biển

 Gió núi và gió thung lũng: Thay đổi hướng theo nhịp điệu ngày đêm, ngày thổi

từ thung lũng theo sườn núi lên gọi là gió thung lũng; ban đêm thổi từ sườn núi xuống thung lũng gọi là gió núi

 Gió phơn: Gió khô nóng do quá trình đoạn nhiệt ẩm (6o/1km) và đoạn nhiệt khô (10o/1km)

Hình 2.25 Quá trình hình thành gió phơn

Hình 2.24 Các đai khí áp và gió trên Trái Đất

- Các đặc tính của nước:

+ Trạng thái tồn tại: Hơi, lỏng, rắn

+ Nước có tính linh động cao, đặc biệt khi ở trạng thái khí và lỏng

+ Nước nguyên chất gồm 2 nguyên tố chủ yếu là oxy (88,81%) và hidro (11,19%)

+ Thành phần của thuỷ quyển: Có 96% khối lượng là nước, khoảng 3% các chất hoà tan và các chất rắn như bùn, cát, chất hữu cơ khác

- Phân bố nước:

+ Trong thuỷ quyển 1.362254,090 x 103 km3 (chiếm 98,2879%)

+ Thạch quyển 23716,500 x 103 km3 (chiếm 1,7111%)

+ Khí quyển 12,900 x 103 km3 (chiếm 0,0009%)

+ Sinh quyển 1,120 x 103 km3 (chiếm 0,0001%)

- Các vòng tuần hoàn nước trên Trái Đất: Có 2 vòng tuần hoàn lớn và nhỏ

+ Vòng tuần hoàn nhỏ: nước bốc hơi – bốc lên cao đến nhiệt độ dưới điểm sương – ngưng kết – mưa

+ Vòng tuần hoàn lớn: bốc hơi từ đại dương – gió di chuyển vào đất liền – qua đối lưu gặp lạnh ngưng thành mây – mưa xuống đất – theo dòng ngầm, chảy tràn, theo sông suối về đại dương

Hình 2.26 Vòng tuần hoàn nước