Bản thảo giáo trình Khoa học trái đất

191 96 lượt tải Tải xuống

Chia sẻ Báo cáo tài liệu

RÁI ĐẤT TRONG VŨ TRỤ VÀ HỆ MẶT TRỜI.................

TS. LÊ VĂN NHƯƠNG (chủ biên)

ThS. LÊ THÀNH NGHỀ, TS. PHAN HOÀNG LINH, ThS. HUỲNH HOANG KHẢ, ThS. LÊ ĐÌNH

QUẾ

GIÁO TRÌNH

KHOA HỌC TRÁI ĐẤT

(Bản thảo)

CẦN THƠ – 2020

MỤC

LỤC

DANH MỤC HÌNH .................................................................................................. 5

DANH

MỤC

BẢNG ................................................................................................. 7

GIỚI

THIỆU .............................................................................................................. 8

Chương 1 – NHẬP MÔN KHOA HỌC TRÁI ĐẤT ................................................ 9

1.1. QUAN NIỆM VỀ KHOA HỌC TRÁI ĐẤT .................................................. 9

1.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRÁI ĐẤT .................... 10

1.3. MỐI QUAN HỆ GIỮA KHOA HỌC TRÁI ĐẤT VÀ

CÁC KHOA HỌC KHÁC .......................................................................... 10 1.4. Ý

NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA KHOA HỌC TRÁI ĐẤT12 Chương

2 – T ....... 15 2.1. VŨ

 
TRỤ .......................................................................................................... 15 
2.1.1.  Quan niệm  về Vũ Trụ .............................................................................. 15 
2.1.2.  Nguồn  gốc Vũ Trụ .................................................................................... 15 
2.1.3.  Các mô hình Vũ Trụ ................................................................................ 18 
2.1.4. Hiện tượng giãn nở Vũ Trụ ..................................................................... 20 
2.2.  THIÊN
 
HÀ.......................................................................................................20 
2.2.1.  Khái
 
niệm .................................................................................................. 20 
2.2.2.  Phân  loại .................................................................................................... 21 
2.2.3. Cụm thiên hà và quần thiên hà ............................................................... 22 
2.3. VẬT CHẤT TỐI TRONG THIÊN HÀ VÀ VŨ TRỤ ................................ 22 
2.4. HỆ MẶT TRỜI ............................................................................................. 24 
2.4.1. Nguồn gốc Hệ Mặt Trời Và Trái Đất ..................................................... 24 2.4.2. 
Cấu trúc.................................................................................................. 28 2.4.3. Vận 
động của Hệ Mặt Trời .................................................................... 29 2.4.4. Phân bố 
khối lượng trong Hệ Mặt Trời ................................................. 29 2.4.5. Đặc điểm các 
thiên thể trong Hệ Mặt Trời ............................................. 29 Chương 3 - CÁC ĐẶC 
TRƯNG CƠ BẢN CỦA TRÁI ĐẤT ............................. 41 3.1. HÌNH DẠNG, 
KÍCH THƯỚC VÀ TUỔI TRÁI ĐẤT............................. 41 3.1.1. Hình 
dạng...............................................................................................  41  3.1.2.  Kích 
thước ............................................................................................. 43 3.1.3. Tuổi của 
Trái Đất .................................................................................... 43 
1 
3.2. CẤU TRÚC  CỦA TRÁI  ĐẤT ...................................................................... 45 
3.2.1.  Vỏ  Trái  Đất ................................................................................................ 46 
3.2.2.  Bao  Manti ..................................................................................................51 
3.2.3. Nhân ........................................................................................................ 52 
3.3.  ĐẶC TÍNH VẬT  LÍ  CỦA TRÁI  ĐẤT ........................................................ 52 
3.3.1.  Nhiệt
 
độ .................................................................................................... 52 
3.3.2.  Tỷ  trọng  và  áp suất .................................................................................. 53 
3.3.3. Từ trường ................................................................................................. 53 
3.4. THÀNH  PHẦN  HÓA HỌC  CỦA TRÁI  ĐẤT ........................................... 54 
3.4.1. Thành phần hóa học của vỏ Trái Đất ...................................................... 55 
3.4.2. Thành phần hóa học của bao Manti ........................................................ 56 
3.5.  SỰ PHÂN  BỐ  LỤC  ĐỊA VÀ  ĐẠI  DƯƠNG  TRÊN TRÁI  ĐẤT .............. 57 
3.5.1.  Đất  nổi ....................................................................................................... 57 
3.5.2.  Đại dương .................................................................................................. 58 
3.5 3. Một số quy luật trong sự phân bố các lục địa và đại dương trên Trái Đất59 

Chương 4 - CÁC VẬN ĐỘNG CỦA TRÁI ĐẤT VÀ HỆ QUẢ ....................... 61

4.1. VẬN ĐỘNG TỰ QUAY QUANH TRỤC VÀ HỆ QUẢ ............................ 61

4.1.1. Vận động ................................................................................................. 61

4.1.2. Hệ quả ..................................................................................................... 62 4.2.

VẬN ĐỘNG QUAY QUANH MẶT TRỜI VÀ HỆ QUẢ ........................ 68 4.2.1.

Vận động................................................................................................ 68 4.2.2. Hệ

quả .................................................................................................... 69 4.3. VẬN

ĐỘNG TRÁI ĐẤT - MẶT TRĂNG VÀ HỆ QUẢ.......................... 79 4.3.1. Vận

động của Mặt Trăng ....................................................................... 79 4.3.2. Hệ

quả ..................................................................................................... 79 Chương 5 –

LỚP VỎ ĐỊA LÍ CỦA TRÁI ĐẤT .............................................. 85 5.1. KHÁI

NIỆM VÀ GIỚI HẠN ....................................................................... 85 THẠCH

QUYỂN ................................................................................................. 85 5.1.1.

Thành phần khoáng vật .......................................................................... 86 5.1.2.

Thành phần thạch học ............................................................................ 89 5.1.3. Hoạt

động địa chất ngoại sinh ............................................................... 93 5.1.4. Hoạt động

địa chất nội sinh .................................................................... 94

5.2. KHÍ QUYỂN ................................................................................................... 96

5.2.1. Khái

niệm................................................................................................. 96

5.2.2. Cấu trúc khí quyển .................................................................................. 96

5.2.3. Thành phần của khí quyển ...................................................................... 98

5.2.4. Hoàn lưu khí quyển ............................................................................... 100

5.2.5. Nhiệt độ Khí quyển và biển đổi khí hậu .............................................. 104

5.3. THỦY QUYỂN .............................................................................................. 113

5.3.1. Khái

quát ................................................................................................113

5.3.2. Chu trình hoạt động của nước ............................................................... 114

5.3.3. Thành phần Thủy quyển ......................................................................... 115

5.3.4. Sự phân bố của Thủy quyển .................................................................. 116

5.3.5. Nước biển và các hoạt động địa chất của biển ...................................... 120

5.4. THỔ NHƯỠNG QUYỂN ........................................................................... 126

5.4.1. Khái

niệm ............................................................................................... 126

5.4.2. Cấu trúc và nguồn gốc ........................................................................... 127

5.4.3. Vai trò và chức năng ............................................................................ 132

5.5. SINH QUYỂN ............................................................................................... 134

5.5.1. Khái

niệm ............................................................................................... 134

CHƯƠNG 6 CÁC QUY LUẬT CHUNG CỦA TRÁI ĐẤT

.......................................................

142

6.1. QUY LUẬT THỐNG NHẤT VÀ HOÀN CHỈNH ................................... 142

6.1.1. Khái niệm .............................................................................................. 142

6.1.2. Sự thống nhất của hệ thống vật liệu ...................................................... 142

6.1.3. Ý nghĩa thực tiễn .................................................................................. 143 6.2.

QUY LUẬT TUẦN HOÀN VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG .............. 143 6.2.1.

Khái niệm............................................................................................. 143 6.2.2. Các

vòng tuần hoàn.............................................................................. 144 6.3. QUY

LUẬT NHỊP ĐIỆU .......................................................................... 148 6.3.1. Khái

niệm............................................................................................. 148 6.3.2. Nguyên

nhân ........................................................................................ 149 6.3.3. Biển

hiện .............................................................................................. 149 6.3.4. Ý nghĩa

thực tiễn .................................................................................. 152

6.4. QUY LUẬT ĐỊA ĐỚI ................................................................................. 153

6.4.1. Khái

niệm ............................................................................................... 153

6.4.2. Nguyên nhân ........................................................................................... 153

6.4.3. Biểu hiện ................................................................................................ 153

6.5. QUY LUẬT PHI ĐỊA ĐỚI ........................................................................ 156

6.5.1. Khái niệm ............................................................................................. 156

6.5.2. Nguyên nhân ......................................................................................... 156

6.5.3. Biểu hiện ............................................................................................... 156

6.5.4. Ý nghĩa................................................................................................. 158 TÀI

LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 160

.......................................................

ngày...................................................

DANH MỤC HÌNH

Tên hình ................................................................................................................. Trang

Hình 2.1. Mô hình Vũ Trụ của C.Ptôlêmée ................................................................... 18

Hình 2.2. Mô hình Vũ Trụ của N.Copecnic .................................................................. 19

Hình 2.3. Kích thước của một thiên hà .......................................................................... 20

Hình 2.4. Ánh sáng từ các thiên hà bị bẻ cong bởi túi vật chất tối ............................... 23

Hình 2.5. Sự va chạm giữa Mặt Trời và sao chổi theo giả thuyết của Buffon .............. 25

Hình 2.6. Sự hạ nhiệt của một thiên thể quay chậm theo giả thuyết của Laplace ......... 26

Hình 2.7. Sức hút của ngôi sao lạ với Mặt Trời theo giả thuyết của Jeans ................... 27

Hình 2.8. Sức hút của Mặt Trời đối với đám mây bụi theo giả thuyết của O.Y. Schmid 28

Hình 2.9. Sơ đồ Hệ Mặt Trời với các hành tinh, vệ tinh, vành đai, .............................. 29

Hình 2.10. Các vệ tinh tự nhiên và tỉ lệ của nó so với Mặt Trăng của Trái Đất ........... 37

Hình 2.11. Vành đai Kuiper so với đám mây Oort....................................................... 38

Hình 2.12. Đường đi và cấu trúc của sao chổi Halley năm 1986 .................................. 39

Hình 3.1. Dạng Ellipsoid của Trái Đất .......................................................................... 41

Hình 3.2. Dạng Geoid của Trái Đất ............................................................................. 42

Hình 3.3. Đường kính của Trái Đất so với các hành tinh ............................................. 45

Hình 3.4. Cấu trúc của Trái Đất ................................................................................... 46

Hình 3.5. Các mảng kiến tạo của Trái Đất theo thuyết “Địa kiến tạo mảng” ............... 51

Hình 3.6. Cấu trúc quyển Manti .................................................................................... 52

Hình 3.7. Bắc Từ và Bắc Địa lí lệch nhau 11,5

(nguồn của NASA) .......................... 54

Hình 3.8. Sơ đồ đường cong độ cao và độ sâu của địa hình lục địa và đại dương ...... 59

Hình 4.1. Thí nghiệm con lắc đơn của Foucault .......................................................... 61

Hình 4.2. Hiện tượng luân phiên ngày đêm trên Trái Đất ............................................. 62

Hình 4.3. Bản đồ múi giờ theo giờ quốc tế ................................................................. 63

Hình 4.4. Ranh giới các múi giờ trên Trái Đất .............................................................. 65

Hình 4.5. Tác động của lực Coriolis ............................................................................ 67

Hình 4.6. Vị trí điểm Cận nhật và Viễn nhật của Trái Đất ........................................... 69

Hình 4.7. Chuyển động biểu kiến quanh Mặt Trời ...................................................... 70

Hình 4.8. Địa đồ cầu ...................................................................................................... 73

Hình 4.9. Diện tích chiếu sang vào ngày 22/6 và 22/12 ................................................ 75

Hình 4.10. Vành đai nhiệt theo vĩ độ (Trái) và theo đường đẳng nhiệt (Phải) ............. 76

Hình 4.11. Vận động của Trái Đất và các mùa trong năm ............................................ 78

Hình 4.12. Nhật thực toàn phần và bán phần trên Trái Đất .......................................... 79

Hình 4.13. Nguyệt thực toàn phần và bán phần trên Trái Đất ...................................... 80

Hình 4.14. Hệ thống Trái Đất - Mặt Trăng .................................................................. 81

Hình 4.15.

Hình 4.16.

. ....................... 82

Hình 4.17. Thuỷ triều và tuần trăng .............................................................................. 83

Hình 5.1. Sơ đồ phân biệt cấu trúc lớp vỏ Trái Đất và Thạch quyển ............................ 85

Hình 5.2. Thành phần và tỉ lệ các chất khí trong Khí quyển ........................................ 99

Hình 5.3. Các đới gió và đới khí áp hành tinh ở mặt đất ............................................ 101

Hình 5.4. Vòng tuần hoàn nước trên Trái Đất ............................................................. 115

Hình 5.5. Tỉ lệ tổng lượng nước và nước ngọt trên Trái Đất...................................... 116

Hình 5.6. Vị trí của 10 con sống dài nhất thế giới...................................................... 117

Hình 5.7. Vị trí của 10 hồ lớn nhất thế giới ............................................................... 119

Hình 5.8. Các sống núi đại dương ............................................................................... 123

Hình 5.9. Vị trí lớp vỏ thổ nhưỡng ở lục địa ............................................................... 127

Hình 5.10. Thành phần vật chất trong đất ................................................................... 127

Hình 5.11. Sơ đồ quá trình hình thành đất.................................................................. 131

Hình 5.13. Phạm vi của sinh quyển ............................................................................. 135

Hình 6.1. Vòng tuần hoàn của đá ............................................................................... 144

Hình 6.2. Sự di chuyển của các khối khí ..................................................................... 145

Hình 6.3. Vòng tuần hoàn của nước ............................................................................ 146

DANH MỤC BẢNG

Tên bảng ................................................................................................................... Trang

Bảng 2.1. Quá trình tiến hóa của Vũ Trụ ....................................................................... 17

Bảng 2.2. Phân loại thiên hà theo hình thái của E. Hubble .......................................... 21

Bảng 2.3. Một số thông tin cơ bản về các hành tinh trong hệ Mặt Trời ........................ 33

Bảng 2.4. Khoảng cách và vệ tinh của các hành tinh trong Hệ Mặt Trời .................... 36

Bảng 3.1. So sánh dạng geoid và dạng ellipsoid của Trái Đất ...................................... 42

Bảng 3.3. Tỉ trọng và áp suất theo độ sâu bên trong lòng Trái Đất ............................... 53

Bảng 3.4. Thành phần hóa học của Trái Đất theo một số tác giả nghiên cứu ............... 54

Bảng 3.5. Bảng trị số Clack của các nguyên tố học học trên Trái Đất .......................... 56

Bảng 3.6. Thành phần hóa học của Manti .................................................................... 57

Bảng 3.7. Diện tích các lục địa và châu lục trên Trái Đất ............................................. 58

Bảng 3.8. Diện tích của các đại dương lớp trên Trái Đất .............................................. 58

Bảng 4.1. Góc nhập xạ vào những ngày 21/3, 22/6, 23/9, 22/12 tại một số vĩ độ ....... 72

Bảng 4.2. Thời gian ngày dài nhất trong năm ở các vĩ độ thuộc Bán cầu Bắc và Bán cầu

Nam vào ngày 22/6 ................................................................................................. 75

Bảng 4.3. Số ngày hoặc đêm dài 24h ở các vĩ độ từ các vòng cực về các cực .............. 75

Bảng 5.1. Nhiệt độ và hướng gió ở một số vĩ độ trên Trái Đất ................................... 100

Bảng 5.2. Biến đổi khí hậu từ sau Công nguyên đến thế kỉ XIX................................ 109

Bảng 5.3. Các thông số của 4 đại dương lớn trên Trái Đất ........................................ 114

Bảng 5.4. Thành phần không khí trong đất và trong khí quyển (%) ........................... 129

Bảng 5.5. Các sinh đới lớn trên đất li

GIỚI THIỆU

Giáo trình Khoa học Trái Đất được biên soạn hướng đến mục tiêu cung cấp tài liệu

giảng dạy cho sinh viên chuyên ngành Sư phạm Địa lí, đồng thời là tài liệu tham khảo cho

các chuyên ngành có liên quan đến mảng nội dung về Khoa học Trái Đất. Bên cạnh đó,

giáo viên ở các trường phổ thông cũng có thể sử dụng như một dạng học liệu để hỗ trợ

dạy học, đặc biệt là các hình ảnh, bảng số liệu, sơ đồ…

Giáo trình Khoa học Trái Đất gồm 6 chương:

Chương 1 – Nhập môn Khoa học Trái Đất: Chương này khái quát những vấn đề

chung nhất về Khoa học Trái Đất, định hướng nội dung nghiên cứu các chương khác và

khái quát về những bộ môn khoa học có liên quan.

Chương 2 - Trái Đất trong Vũ Trụ và Hệ Mặt Trời: Chương này khái quát các vấn đề

cơ bản về V giả thuyết về

nguồn gốc t của các tác giả

C. Buffon, Jeans, Laplace, O. Y. Scmidth.

Chương 3 – Các đặc trưng cơ bản của Trái Đất: Chương này cung cấp cho người

học kiến thức về hình dạng, kích thước của Trái Đất; cấu tạo, các đặc tính vật lí, sự phân

bố của lục địa và đại dương trên Trái Đất

Chương 4 – Vận động của Trái Đất: Chương này cung cấp cho người học kiến thức

về các chuyển động của Trái Đất và hệ quả của nó bao gồm: vận động tự quay quanh trục,

vận động quanh Mặt Trời và sự vận động của hành tinh đôi Trái Đất - Mặt Trăng.

Chương 5 – Các hợp phần của Trái Đất: Chương này cung cấp cho người học kiến

thức về đặc điểm các quyển của Trái Đất bao gồm Thạch quyển, Khí quyển, Thủy quyển,

Thổ Nhưỡng quyển và Sinh quyển.

Chương 6 – Các quy luật chung của Trái Đất: Chương này cung cấp cho người học

kiến thức về khái niệm, nguyên nhân, biểu hiện và ý nghĩa của các quy luật chung trên

Trái Đất bao gồm: quy luật hoàn chỉnh và thống nhất, quy luật tuần hoàn vật chất và năng

lượng, quy luật nhịp điệu, quy luật địa đới và phi địa đới.

Bên cạnh các kiến thức đã cung cấp, người học còn được rèn luyện kĩ năng thông qua

các hoạt động học tập gắn với từng chương, từ đó, phát triển được các năng lực tự học,

tính toán, ngôn ngữ, giải quyết vấn đề,… và các năng lực đặc thù của khoa học Địa lí như:

năng lực tổng hợp lãnh thổ, năng lực sử dụng số liệu thống kê, năng lực sử dụng bản đồ,

năng lực sử dụng biểu đồ - tranh ảnh,…

Nhóm tác giả

Chương 1 – NHẬP MÔN KHOA HỌC TRÁI ĐẤT

1.1. QUAN NIỆM VỀ KHOA HỌC TRÁI ĐẤT

Khoa học Trái Đất hay Các Khoa học về Trái Đất (“Geosciences” hoặc “Earth

Sciences”) là ngành khoa học đa lĩnh vực bao gồm tất cả các khoa học liên quan đến Trái

Đất. Có rất nhiều cách tiếp cận khác nhau trong nghiên cứu về Khoa học Trái Đất vì Trái

Đất vốn dĩ là một hệ thống phức tạp, giống như cơ thể con người, bao gồm đa dạng các

thành phần và chúng tương tác với nhau theo những cách rất phức tạp. Trong các nghiên

cứu phổ biến về Khoa học Trái Đất, các nhà khoa học thường tiếp cận dưới dạng nghiên

cứu chuyên sâu Khí quyển, Thạch quyển, Thủy quyển, Thổ nhưỡng quyển và Sinh quyển,

… của Trái Đất như một hệ thống nhất. Trái Đất của chúng ta đã và đang thay đổi trên tất

cả các thước đo không gian và thời gian. Vì vậy nghiên cứu Khoa học Trái Đất có ý nghĩa

rất quan trọng giúp con người hiều biết sâu sắc hơn về nơi mà chúng ta đang sinh sống, từ

đó có những ứng xử phù hợp hơn. Ngày nay, nghiên cứu về khoa học về Trái Đất được

chia thành nhiều ngành, trong đó có sáu nhóm lớn:

– Nghiên cứu nước và không khí trong hoặc trên bề mặt rắn của Trái Đất, bao gồm

nghiên cứu nước trên và trong lòng đất (Thủy văn), sông băng và chỏm băng Băng

hà), đại dương (Hải dương học), bầu khí quyển và các hiện tượng của nó (Khí tượng

học), và khí hậu trên thế giới (Khí hậu học). Các lĩnh vực nghiên cứu này được nhóm

lại ở 2 ngành: khoa học Khí quyển và khoa học Thủy quyển.

– Các nghiên cứu liên quan đến cấu tạo vật lí - hóa học ở bề mặt rắn của Trái Đất, bao

gồm nghiên cứu về khoáng vật (Khoáng vật học), ba nhóm đá chính (đá badan, trầm

tích và biến chất), hóa học của đá (Địa hóa học), các cấu trúc bên trong các lớp đá

(Địa chất cấu trúc), và các đặc tính vật lí của đá trên và bên trong

bề mặt Trái Đất (Địa vật lí).

– Nghiên cứu về địa mạo (Địa mạo), liên quan đến việc mô tả các đặc điểm của các dạng

địa hình trên bề mặt Trái Đất và phân tích các quá trình hình thành chúng.

– Các nghiên cứu liên quan đến lịch sử địa chất của Trái Đất, bao gồm nghiên cứu hóa

thạch và ghi chép hóa thạch (Cổ sinh vật học), sự phát triển của các tầng trầm tích

được lắng đọng thường xuyên qua hàng triệu năm (Địa tầng), hóa học đồng vị và xác

định niên đại của đá (Địa chất học).

– Các nghiên cứu ứng dụng Khoa học Trái Đất để giải quyết các vấn đề trong thực tiễn

cuộc sống, bao gồm nghiên cứu về nhiên liệu hóa thạch (dầu mỏ, khí đốt tự nhiên và

than đá); hồ chứa dầu; mỏ khoáng sản; năng lượng địa nhiệt; cấu trúc và thành phần

của nền móng cho vị trí của lò phản ứng hạt nhân, đường xá, đập, và các tòa nhà chọc

trời; các nguy cơ liên quan đến tuyết lở đá và bùn, núi lửa phun, động đất và sự cố sập

hầm mỏ; xói mòn ven biển, vách đá và đất...

– Nghiên cứu về hồ sơ đá trên Mặt Trăng, các hành tinh và vệ tinh của chúng (địa chất

học chiêm tinh). Lĩnh vực này bao gồm việc điều tra các đặc điểm có liên

quan trên mặt đất — cụ thể là tektites (các vật thể thủy tinh do tác động của thiên

thạch) và astrobleme (hố thiên thạch).

1.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRÁI ĐẤT

Phương pháp nghiên cứu Khoa học Trái Đất rất đa dạng, tùy thuộc vào bản chất của

các đối tượng được nghiên cứu mà lựa chọn phương pháp phù hợp. Các nghiên cứu phổ

biến trong Khoa học Trái Đất thường tập trung vào ba nhóm: lí thuyết, quan sát và thực

nghiệm.

− Nhóm phương pháp nghiên cứu lí thuyết: được tiến hành chủ yếu bằng cách tổng hợp,

phân tích các nguồn tài liệu đã nghiên cứu khác nhau để hình thành nên hệ thống lí

thuyết mới. Chẳng hạn, dựa vào các tài liệu Địa vật lí, người ta nghiên cứu được cấu

trúc của thạch quyển, manti và nhân Trái Đất; hoặc nghiên cứu biến thiên thế kỉ chu kì

ngắn trường địa từ và mối quan hệ giữa biến thiên thế kỉ chu kì ngắn trường địa từ và

các hiện tượng vật lí địa cầu khác (động đất, trọng lực, mực nước biển, sự quay trái

đất,...). Bên cạnh đó còn có các nghiên cứu lí thuyết nền tảng cho các hoạt động quan

sát, thực nghiệm. Chẳng hạn, nghiên cứu các thuật toán xử lí số liệu trong địa chấn

thăm dò, ra đa xuyên đất, thăm dò điện, từ, trọng lực; phát triển các kĩ thuật xử lí mới

nhằm cải thiện chất lượng hình ảnh của mặt cắt địa vật lí, tăng tỉ số tín hiệu trên nhiễu

và biểu diễn đúng hơn cấu trúc môi trường bên dưới mặt đất.

− Nhóm phương pháp nghiên cứu qua quan sát: nhóm này thường áp dụng đối với các

đối tượng tồn tại trên bề mặt Trái Đất. Người nghiên cứu có thể quan sát trực tiếp

ngoài thực địa hoặc gián tiếp qua ảnh vệ tinh, viễn thám,…

− Nhóm phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: bao gồm phương pháp thăm dò địa chấn,

từ, trọn trong khảo

sát và

thăm dò

ình, nghiên

cứu ô

nhiễm môi trường, khảo sát cấu trúc địa chất, đánh giá tai biến địa chất (đứt gãy, sạt

lở), khảo sát địa chất thủy văn, đo vẽ bản đồ công trình ngầm đô thị và đánh giá chất

lượng công trình.

Bên cạnh những phương pháp trên, trong nghiên cứu Khoa học Trái Đất người ta còn

áp dụng nhiều phương pháp khác như: mô hình hóa (mô hình toán học, mô sinh vật lí, mô

hình hóa học, mô hình sinh học,…), phân tích dữ liệu trên máy tính,..

1.3. MỐI QUAN HỆ GIỮA KHOA HỌC TRÁI ĐẤT VÀ CÁC KHOA HỌC

KHÁC

Khoa học Trái Đất có mối quan hệ chặt chẽ với các ngành khoa học khác như Thiên

văn học, Vật lí học, Hóa học, Sinh học, Toán học, Tin học... Kết quả nghiên cứu của các

ngành khoa học khác là tiền đề cho Khoa học Trái Đất; ngược lại, Khoa học Trái Đất làm

sáng tỏ những lí thuyết của các khoa học khác và đặt ra những vấn đề để các khoa học

khác tiếp tục nghiên cứu giải quyết.

− Thiên văn học (Astronomy) là lĩnh vực khoa học nghiên cứu các thiên thể và các hiện

tượng tự nhiên có nguồn gốc từ Vũ Trụ. Trong mối quan hệ với Khoa học Trái Đất,

Thiên văn học nghiên cứu những yếu tố Vũ Trụ tác động trực tiếp đến Trái Đất như:

sự phát triển, tính chất vật lí, hóa học, chuyển động, khí tượng học của các vật thể Vũ

Trụ và sự hình thành Vũ Trụ. Nội dung nghiên cứu Thiên văn học được chia làm 3

phần chính là: Quy luật chuyển động của các thiên thể trong mối quan hệ giữa Trái

Đất và bầu trời, cấu trúc cũng như bản chất vật lí của các thiên thể và các quá trình

xảy ra trong Vũ Trụ, nguồn gốc hình thành và phát triển của thiên thể.

− Vật lí học (Physics) là lĩnh vực khoa học nghiên cứu về vật chất và chuyển động của

nó trong không gian và thời gian, cùng với những khái niệm liên quan như năng

lượng và lực. Ở góc độ khái quát, Vật lí học là khoa học nghiên cứu về vật chất và sự

tương tác của vật chất. Ở góc độ chi chi tiết, Vật lí học là khoa học nghiên cứu về các

quy luật vận động của tự nhiên, từ thang vi mô (các hạt cấu tạo nên vật chất) cho đến

thang vĩ mô (các hành tinh, thiên hà và Vũ Trụ). Đối tượng nghiên cứu chính của vật

lí hiện nay bao gồm vật chất, năng lượng, không gian và thời gian. Kết quả nghiên

cứu của vật lí học là cơ sở để giải thích hiện tượng tự nhiên trên Trái Đất như: hình

dạng Trái Đất, thủy triều trên Trái Đất, tính chất của các loại đá,…

− Hóa học (Chemistry) là khoa học nghiên cứu về thành phần, cấu trúc, tính chất, và sự

thay đổi của vật chất. Hóa học nghiên cứu về các nguyên tố, hợp chất, nguyên tử,

phân tử, và các phản ứng hóa học xảy ra giữa những thành phần đó. Nhờ các thành

tựu nghiên cứu trong lĩnh vực hóa học, các thành phần vật chất của lớp vỏ, lớp Manti,

lớp Nhân của Trái Đất được mô tả rất chi tiết hơn. Bên cạnh đó tỉ lệ của các nguyên tố

trong các quyển của Trái Đất được phân tích một cách chi tiết và ngày càng chính xác

hơn.

− Sinh học (Biological) là khoa học nghiên cứu về đặc điểm cấu tạo và hoạt động của

các cơ thể sống, giải thích bản chất của các hiện tượng sống, cơ chế của các quá trình

diến ra trong các tổ chức sống, khám phá các quy luật phát sinh phát triển của sinh

giới trên Trái Đất. Các thành tựu nghiên cứu của lĩnh vực sinh học không chỉ giúp con

người nhận thức đúng nguồn gốc tự nhiên của sự sống mà còn giúp con người vận

dụng có hiệu quả các quy luật đó vào thực tiễn điều khiển, cải biến sinh vật phục vụ

cho mục đích của mình. Đối tượng của sinh học là sự sống, một dạng vật chất phức

tạp, vì, địa chất

học thì sinh học đã ra đời sau và phát triển muộn hơn, tuy nhiên thành tựu nghiên cứu

của sinh học góp phần rất lớn trong việc giải quyết mối quan hệ giữa sinh quyển với

các quyển khác của Trái Đất.

− Bên cạnh các ngành khoa học trên thì Toán học (Math) và Tin học (Information

Technology) cũng là những bộ môn khoa học có nhiều đóng góp chi sự phát triển của

khoa học Trái Đất, đặc biệt trong lĩnh vực đo đạc, số hóa và phân tích các dữ liệu, các

lĩnh vực đòi hỏi độ chính xác cao.

Ngoài mối liên hệ với các ngành khoa học khác thì bản thân các ngành khoa học Trái

Đất cũng rất đa dạng, về mặt lí thuyết lẫn ứng dụng nhằm xây dựng một sự hiểu biết định

lượng về các yếu tố chính (hay còn gọi là các quyển) của Trái Đất và sự tương tác giữa

chúng.

1.4. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA KHOA HỌC TRÁI ĐẤT

Khoa hoc Trái Đất có nhiều đóng góp cho khoa học, kiến thức thu được từ các nghiên

cứu của Khoa hoc Trái Đất giúp xã hội thích ứng tốt hơn với môi trường theo nhiều cách.

Kiến thức nghiên cứu về cấu trúc, địa tầng và thành phần hóa học của vỏ Trái Đất giúp

chúng ta xác định được các nguồn tài nguyên giúp duy trì và nâng cao chất lượng cuộc

sống. Hiểu được các lực trong lớp vỏ và các quá trình tự nhiên trên bề mặt cho phép

chúng ta dự đoán các thảm họa tự nhiên như núi lửa và động đất cũng như môi trường địa

chất; chẳng hạn như các hoạt động khai thác gây hại hoặc xử lí chất thải không đúng cách,

cung cấp cho chúng ta thông tin để điều chỉnh các hoạt động như vậy và thiết kế thêm thủ

tục lành tính cho tương lai. Việc nhận thức toàn diện về hành tinh sẽ cho phép chúng ta dự

đoán những thay đổi lớn của môi trường toàn cầu và kiểm soát hoặc thích nghi với những

thay đổi đó. Có thể thấy Khoa học Trái Đất có rất nhiều ý nghĩa, điển hình như:

− Vẽ lại bức tranh thế giới cổ đại: Khoa học Trái Đất mô tả quá trình hình thành và vận

động của vỏ trái đất từ cách đây 4-5 tỉ năm cho đến cấu tạo bình ổn hiện nay chứng

minh sự hội tụ và di chuyển các mảng thạch quyển là nguyên nhân dẫn đến quá trình

hình thành các hoạt động tạo núi, tạo sông, phát sinh núi lửa, động đất… Thế giới cổ

đại đã từng có những loài sinh vật nào từng tồn tại – các nhà Cổ sinh vật học đã, đang

và sẽ trả lời qua việc nghiên cứu các hóa thạch (hóa đá của các sinh vật). Các nền văn

minh của con người đều phụ thuộc vào điều kiện khí hậu, điều kiện sinh thái mà phát

triển hoặc suy thoái, vì vậy, các kết quả nghiên cứu cổ sinh thái khí hậu đã làm sáng tỏ

bức tranh tiến hóa của con người.

− Nghiên cứu và dự báo sự biến đổi của khí hậu: Biến đổi khí hậu, sự ấm dần lên của Trái

Đất và ô nhiễm môi trường đang là những chủ đề thu hút sự quan tâm của toàn nhân

loại. Các nhà khoa học Trái Đất đang nỗ lực để tìm ra nguyên nhân và biện pháp khắc

phục, dự báo xu thế biến đối để giúp con người kịp thời ứng phó với biến đổi khắc

nghiệt của thiên nhiên.

− Nghiên cứu và dự báo thiên tai: Việc lắp đặt và phân tích các thông tin thu nhận từ hàng

trăm trạm địa chấn đặt khắp nơi trên thế giới đã giúp con người ngày càng hiểu rõ hơn

về nguyên nhân của những thiên tai khủng khiếp như động đất, núi lửa và sóng thần.

Kết hợp với việc phân tích các dữ liệu từ các nguồn đo đạc và quan trắc Trái Đất khác

như GPS (hệ thống định vị toàn cầu), địa hóa... con người đang cố gắng tăng dần khả

năng dự Đoán chính xác thiên tai.

− Thăm dò tài nguyên và khoáng sản: Các chuyên ngành khoa học Trái Đất như Địa vật lí,

Địa hóa học và Địa chất được sử dụng rất rộng rãi trong việc thăm dò tài nguyên và

khoáng sản. Các phương pháp địa vật lí như địa chấn khúc xạ và phản xạ, các phương

pháp từ và trọng lực... là công cụ đắc lực giúp con người tìm ra các nguồn nguyên liệu

cơ bản như dầu khí, than đá, các khoáng sản như vàng, đồng, đá quý... trên đất liền

cũng như ngoài khơi.

− Khảo sát, quy hoạch công trình, du lịch sinh thái: Tại mọi nơi từ đồi núi, đồng bằng hay

trên biển, đại dương, mọi hoạt động của con người đều dựa trên nền tảng hạ tầng cơ sở.

Hơn ai hết những người nghiên cứu, làm việc trong các ngành Khoa học Trái Đất hiểu

rõ tính chất và đặc điểm của môi trường để từ đó vạch ra được những kế hoạch phát

triển mang tính khoa học và bền vững. Từ việc xây dựng các công trình nhà ở, nhà

máy, thủy điện, đê sông, đê biển, hải cảng, bến tàu, giàn khoan dầu, ống dẫn dưới lòng

biển…, đến việc quy hoạch vùng khai thác nước ngọt, khai thác thủy sản, vùng du lịch

và bảo tồn sinh thái…

− GIS: Hệ thống thông tin địa lí (Geographic Information System, viết tắt là GIS) sử dụng

các ứng dụng của tin học để tích hợp, phân tích, minh họa dữ liệu; nhận dạng mối quan

hệ, mô hình, xu hướng và tìm ra các giải pháp giải quyết một vấn đề nào đó. Hệ thống

GIS được thiết kế nhằm nhập dữ liệu, cất giữ, cập nhật, quản lí, tính toán, phân tích và

hiển thị kết quả ở dạng địa lí hay là các bản đồ kết quả.

− Viễn Thám: Công nghệ Viễn thám (Remote Sensing RS) giúp thu thập và phân tích các

thông tin về môi trường và bề mặt Trái Đất thông qua các ảnh số thu thập được từ các

vệ tinh, máy bay, các cảm biến mặt đất. Dữ liệu thu thập được từ các thiết bị trên

thường được lưu trữ dưới dạng số, hoặc thể hiện năng lượng bức xạ hoặc phản xạ của

vật thể trên bề mặt Trái Đất hoặc năng lượng bức xạ hoặc phản xạ của tầng khí quyển;

hoặc thể hiện tín hiệu được truyền từ vệ tinh sau đó phản xạ lại.

Như vậy, Khoa học Trái Đất giúp đánh giá, khai thác và giữ gìn các nguồn tài

nguyên: đánh giá trữ lượng, chất lượng và khai thác khoáng sản, bảo vệ nguồn tài nguyên

nước sạch, phát triển du lịch sinh thái, sử dụng tài nguyên trong các lĩnh vực công nghệ…

Phát triển bền vững: Đánh giá, quản lí, quy hoạch và đưa ra các giải pháp phát triển bền

vững: các vấn đề về môi trường, quy hoạch đô thị và nông thôn, xây dựng các công trình

nhân sinh... Hạn chế rủi ro: Dự báo, đánh giá các hiểm họa thiên nhiên: động đất, núi

lửa, bão lụt… cũng như những rủi ro do hậu quả của hành vi nhân sinh: ô nhiễm môi

trường đất, nước, không khí... Và nâng cao sự hiểu biết của chúng ta về Trái Đất.

Hướng dẫn nghiên cứu tài liệu chương 1:

1. Trình bày quan niệm về Khoa học Trái Đất.

2. Sơ đồ hóa các lĩnh vực nghiên cứu của Khoa học Trái Đất.

3. Cho ví dụ về việc áp dụng các phương pháp nghiên cứu Khoa học Trái Đất.

4. Sơ đồ hóa mối liên hệ giữa Khoa học Trái Đất với các khoa học khác. 5.

Nghiên cứu Khoa học Trái Đất mang lại ý nghĩa khoa học và thực tiễn gì?

Chương 2 – TRÁI ĐẤT TRONG VŨ TRỤ VÀ HỆ MẶT TRỜI

2.1. VŨ TRỤ

2.1.1. Quan niệm về Vũ Trụ

Từ khi loài người xuất hiện, Vũ Trụ đã trở thành một bức màn bí ẩn chứa đựng nhiều

điều là xã hội loài người muốn khám phá, giải thích. Việc tìm hiểu về nguồn gốc Vũ Trụ

đã được con người quan tâm từ rất sớm. Ở mỗi quốc gia, khu vực, tôn giáo lại có một cách

hiểu khác nhau về Vũ Trụ. Vì vậy, đã có nhiều quan niệm về Vũ Trụ như sau:

Theo Triết học phương Tây: “Vũ Trụ là toàn bộ thế giới hiện hữu mà con người nhận

thức được”.

Theo Triết học phương Đông: “Tứ phương, thượng hạ viết vũ, vãng cổ lai kim viết

trụ”. Có nghĩa: bốn phương, trên dưới là Vũ, từ cổ đến nay là Trụ”. Vậy, có thể hiểu Vũ

Trụ là không gian và thời gian, đây là hai yếu tố vĩnh cửu.

Theo NASA (National Aeronautics and Space Administration):“Vũ Trụ là tất cả vật

chất và năng lượng, bao gồm cả Trái Đất, các thiên hà, và những gì chứa đựng trong

không gian”.

Những kết quả quan trắc và nghiên cứu hiện nay cho thấy Vũ Trụ là vô tận. Vũ Trụ mà

con người biết hiện nay có bán kính đến hàng tỉ năm ánh sáng (*1 năm ánh sáng = 9,46

ngàn tỉ km, tương đương 6.300 đơn vị thiên văn, 1 đơn vị thiên văn = 150 triệu km ), vật

chất ở đây tồn tại dưới dạng các sao và có khả năng tự phát sáng, các sao này phân bố

không đều trong không gian, tập trung thành những hệ sao có hình dạng khác nhau được

gọi là các thiên hà. Nguyên tố hóa học phổ biến trong Vũ Trụ là H và He,

chúng tạo nên 98% khối lượng các ngôi sao và thiên hà.

Các sao phân bố không đều trong không gian, tập trung thành những hệ có hình dạng

xác định gồm hàng tỉ sao và được gọi là Thiên hà. Các thiên hà thường có dạng Ellip,

dạng đĩa xoắn với đường kính hàng trăm ngàn năm ánh sáng.

Như vậy, có thể hiểu Vũ Trụ là khoảng không gian vô cùng vô tận chứa các Thiên hà

(trong đó có Thiên hà chứa Hệ Mặt Trời gọi là Ngân hà) với hàng tỉ ngôi sao và vật chất

Vũ Trụ.

2.1.2. Nguồn gốc Vũ Trụ

a. Một số giả thuyết của phương Đông và phương Tây

* Các giả thuyết của phương Đông

- Thuyết Ngũ hành: Theo Triết học cổ Trung Hoa, tất cả vạn vật đều phát sinh từ 5

nguyên tố cơ bản và luôn luôn trải qua 5 trạng thái được gọi là: Mộc, Hỏa, Thổ, Kim và

Thủy. Năm trạng thái này được gọi là Ngũ hành (không phải là vật chất như cách hiểu đơn

giản theo nghĩa đen trong tên gọi của chúng mà đúng hơn là cách quy ước của người

Trung Hoa cổ đại để xem xét mối tương tác và quan hệ của vạn vật).

- Thuyết về khí: Coi sinh khí nguyên thủy là cơ sở hình thành Vũ Trụ. Theo thuyết này

thì phần nhẹ và trong suốt của khí là “nguyên thể dương” tức là trời, phần đục và nặng của

khí là “nguyên thể âm” tức là đất. Âm và dương tương tác tạo thành vạn vật.

- Talet (Thales VII – VI trước CN) nhà Toán học, Triết học Hy Lạp cho rằng nước là

nguyên tố cơ bản của Vũ Trụ, nước luôn vận động nhưng trước sau không thay đổi và do

đó hòa tan mọi vật. Bởi vậy nước là nguồn gốc của Vũ Trụ.

- Anaximăngđrơ (Anaximangdre 611 – 547 trước CN) nhà Triết học Hy Lạp cho rằng

nguồn gốc của Vũ Trụ là vô cực. Vũ Trụ chia thành 2 mặt như khô và ướt, nóng và lạnh,

rồi kết hợp với nhau phức tạp mà thành mọi vật như đất, nước, không khí, lửa… Đồng

thời ông cho rằng Vũ Trụ không ngừng phát triển, không ngừng hình thành, không ngừng

sản sinh ra những vật mới.

- Arixtôt (Aristote 384 – 322 trước CN) nhà Triết học Hy Lạp tin rằng Vũ Trụ được tạo

nên bởi sự vận động của 4 yếu tố ban đầu: Đất, nước, không khí và lửa. Mỗi chuyển động

và biến đổi của Vũ Trụ có thể được giải thích trên cơ sở vận động của các yếu tố này.

Từ những quan niệm trên, chúng ta thấy mỗi tôn giáo, tín ngưỡng, thời đại và khu vực

lại có những quan niệm khác nhau về Vũ Trụ, nhưng đến khoa học hiện đại ngày nay đã

chỉ ra rằng những quan niệm đó còn rất mơ hồ và có ít cơ sở khoa học. Đến đầu thế kỉ XX

một thuyết mới về Vũ Trụ ra đời đó là thuyết Big bang, thuyết này đã nhanh

chóng được nhiều người quan tâm.

b. Giả thuyết Vụ nổ lớn (Big Bang)

Theo nhà vật lí thiên văn và toán học G.Le Maitre (người Bỉ - 1927) thì: Vũ Trụ là

“Trứng Vũ Trụ”, “Trứng” này là một nguyên tử nguyên thủy, chứa đựng toàn bộ vật chất

bị nén ép trong một không gian cực kì nhỏ bé, nên nó đậm đặc và nhiệt độ vô cùng cao.

Nó ở trạng thái không ổn định và đột nhiên tạo ra một vụ nổ vĩ đại vào khoảng 15 tỉ năm

trước đây. Vụ nổ đã làm cho vật chất bắn tung ra tứ phía, tạo nên những đám khí và bụi

khổng lồ. Hàng tỉ năm sau khi nhiệt độ giảm thì ánh sáng mới xuất hiện, rồi hàng tỉ năm

sau những đám khí và bụi mới dần dần co lại dưới tác động của lực hấp dẫn, chúng tự

quay và cuộn xoáy lên, tạo thành những thiên hà hình xoắn ốc với vô vàn hệ sao.

Thuyết Big bang mở ra một cách tiếp cận mới trong nghiên cứu Vũ Trụ và đã được

nhiều nhà khoa học hưởng ứng rộng rãi. Hiện nay, thuyết này đang được kiểm nghiệm và

đã có những cơ sở khoa học đầu tiên, đặc biệt là bằng cỗ máy gia tốc khổng lồ được đặt ở

biên giới giữa Thụy Sỹ và Pháp.

Như vậy, theo lí thuyết Big Bang, Vũ Trụ ra đời từ một vụ nổ lớn diễn ra trong quá

khứ cách hiện tại khoảng 15 tỉ năm. Quá trình tiến hóa của Vũ Trụ từ đó đến nay như bảng

dưới đây:

Bảng 2.1. Quá trình tiến hóa của Vũ Trụ

Mốc thời gian

Đặc điểm Vũ Trụ và quá trình tiến hóa

t=0

Vũ Trụ ra đời, nhiệt độ và mật độ vật chất vô cùng lớn.

t=10-43s

Nhiệt độ T≥10-32K, kích thước Vũ Trụ d=10-32cm, mật độ vật

chất m=1094g/cm

t=10-35s

Nhiệt độ T=1027K, thể tích tăng lên 10150 lần, kích thước tăng

1050 lần, Vũ Trụ giãn nở theo hàm số mũ, hình thành các hạt

quark, leptron (electron và nơtrino) và các phản hạt của chúng,

các hạt ánh sáng (photon) chiếm ưu thế.

T=10-6s

Nhiệt độ T=1013 K, kích thước Vũ Trụ xấp xỉ kích thước Hệ Mặt

Trời, các hạt quark và phản quark kết hợp thành các hadron

(proton, nơtron và các phản hạt của chúng), các hadron chiếm ưu

thế.

T=10-3s

Nhiệt độ T=1012 K, các leptron (electron và nơtrino) chiếm ưu

thế và cân bằng với các photon.

T=1s

T=6.109K – 1010K, mật độ vật chất m=100kg/cm

, Vũ Trụ chấm

dứt thời kì hạt, bước vào thời kì bức xạ kéo dài 380.000 năm, Vũ

Trụ giãn nở với căn bậc 2 của thời gian, proton và nơtron bắt đầu

kết hợp với nhau để tạo ta dôton (hạt nhân dơteri).

T=100s

T=109K, thời kì tổng hợp hạt nhân dơteri kết hợp với nơtron tạo

ra He3, He3 kết hợp với proton tạo ra He4. Vũ Trụ bao gồm các hạt

hidro (chiếm ¾) và Heli (1/4)

t=15 phút

T=106K, kết thúc thời kì tổng hợp hạt nhân nguyên thủy, Vũ Trụ

tiếp tục nở và lạnh đi.

T= 300.000

đến

400.000 năm

T=3.000K, bắt đầu thời kì vật chất, electron kết hợp với các hạt

nhân để tạo ra các nguyên tử (hidro và heli) vật chất và bức xạ tách

rời nhau, Vũ Trụ giãn nở theo hàm lũy thừa của thời gian t2/3.

T=200 triệu năm

Những ngôi sao đầu tiên ra đời

t= 1 tỉ năm

Hình thành các thiên hà và các quark đầu tiên.

T=10,4 tỉ năm

Hình thành Hệ Mặt Trời.

Hiện nay,

t= 15 tỉ năm

T = 2,7535 – 3K

(Nguồn: Lưu Đức Hải – Trần Nghi, 2000)

Sự ủng hộ của cộng đồng khoa học cho lí thuyết Big Bang dựa trên ba bằng chứng

khoa học lớn của thế kỉ: kết quả quan sát sự dịch chuyển về phía vạch đỏ của quang phổ từ

các thiên hà, bức xạ tàn dư hay bức xạ phông Vũ Trụ, khả năng tiên đoán của lí thuyết. Vũ

Trụ hiện nay có vẻ như bị thống trị bởi một dạng năng lượng bí ẩn được gọi là năng lượng

tối. Khoảng 70% năng lượng toàn phần của Vũ Trụ tồn tại ở dạng này.

Sự có mặt của dạng năng lượng này được suy ra từ sai khác giữa sự giãn nở của Vũ

Trụ và công thức liên hệ giữa tốc độ - khoảng cách làm cho thời gian giãn nở nhanh hơn

trông đợi tại các khoảng cách lớn. Năng lượng tối xuất hiện như một hằng số Vũ Trụ trong

các phương trình Einstein của lí thuyết tương đối rộng. Nhưng bản chất chi tiết về phương

trình trạng thái và mối liên hệ với mô hình chuẩn của vật lí hạt vẫn chưa sáng tỏ, cần được

nghiên cứu cả về lí thuyết lẫn thực nghiệm.

2.1.3. Các mô hình Vũ Trụ

a. Mô hình Vũ Trụ Địa tâm của Clôt Ptôlêmê (Claude Ptolêmée)

Clôt Ptôlêmê (100 – 170 sau CN), nhà toán học, thiên văn học Hy Lạp đã đưa ra mô

hình Vũ Trụ Địa tâm để giải thích đặc điểm chuyển động của các thiên thể. Clôt Ptôlêmê

cho rằng Trái Đất là trung tâm Vũ Trụ. Vũ Trụ bị giới hạn bởi một mặt cầu chứa các ngôi

sao cố định, mặt cầu quay xung quanh một trục qua tâm Trái Đất. Mặt Trời, Mặt Trăng và

các hành tinh quay xung quanh Trái Đất. Người Hy Lạp cổ đại và các nhà triết học thời

Trung Cổ thường quy mô hình Địa tâm đi cùng với Trái Đất hình cầu. Vì thế nó không

giống với mô hình Trái Đất phẳng từng được đưa ra trong một số thần thoại.

Hình 2.1. Mô hình Vũ Trụ của C.Ptôlêmée

Mô hình Vũ Trụ Địa tâm không thể hiện đúng bản chất của Vũ Trụ, nhưng lại phù hợp

với hiện tượng quay nhìn thấy của bầu trời. Bởi hàng ngày chúng ta thấy Mặt Trời, các vì

sao cứ mọc ở phía đông đi qua đầu chúng ta rồi lại lặn ở phía tây, hiện tượng này là do

chúng ta đứng trên Trái Đất đang quay quanh trục rất nhanh theo hướng từ tây qua đông

nhìn về các thiên thể khác gần như đứng yên. Vì vậy, có cảm nhận như là các thiên thể

đang quay quanh chúng ta chứ không phải chúng ta đang quay (hiện tượng này giống như

chúng ta ngồi trên tàu hỏa nhìn qua cửa kính khi tàu chạy, ta thấy mọi vật chạy ngược lại

với chúng ta chứ không phải tàu chạy). Một thực tế là thời bấy giờ chưa có một quan niệm

hay chứng minh nào về hiện tượng quay của Trái Đất. Ngoài ra, mô hình này còn phù hợp

với giáo lí của nhà thờ, nên được Giáo hội bảo vệ. Vì vậy, đã chi phối nền thiên văn học

châu Âu trong suốt 14 thế kỉ, mãi tới thời kì Phục hưng thuyết này mới bị đánh đổ bởi

thuyết Nhật tâm của Côpecnic.

b. Mô hình Vũ Trụ Nhật tâm của N. Côpecnic (N.Copernic 1473 – 1543)

Mô hình Vũ Trụ Nhật tâm của N.Côpecnic ra đời vào năm 1543. Mô hình cho rằng

Mặt Trời nằm yên ở trung tâm Vũ Trụ, các hành tinh chuyển động quanh Mặt Trời trên

các quỹ đạo tròn. Trái Đất quay quanh trục của nó trong khi chuyển động quanh Mặt Trời.

Mô hình này đã mô tả đúng về cấu trúc của Hệ Mặt Trời, người ta đã giải thích một

cách dễ dàng các đặc điểm chuyển động nhìn thấy của các thiên thể. Tuy nhiên, ngày nay

chúng ta đạo chuyển động

của hành tinh quanh Mặt Trời không phải là quỹ đạo tròn. Nhưng mô hình Vũ Trụ Nhật

tâm đã đánh dấu bước ngoặt trong nhận thức của con người về Vũ Trụ và được coi là cuộc

cách mạng khoa học kĩ thuật lần thứ nhất của loài người.

Hình 2.2. Mô hình Vũ Trụ của N.Copecnic

2.1.4. Hiện tượng giãn nở Vũ Trụ

Năm 1929 nhà thiên văn người Mỹ Hơpbơn (Hubble) trong khi quan sát các thiên hà

trong Vũ Trụ đã phát hiện ra sự thay đổi khoảng cách của 24 thiên hà đã được đo tính kĩ từ

trước, đó là các thiên hà đều rời ra xa nhau, tốc độ rời xa của chúng tỉ lệ thuận với khoảng

cách đến người quan sát. Đó là hiện tượng rời ra xa nhau của các thiên hà và mở rộng

khoảng cách giữa chúng, tốc độ chuyển động rời xa và mở rộng

khoảng cách giữa chúng tỉ lệ thuận với cự ly giữa chúng với chúng ta và giữa chúng với

nhau (tuân theo định luật Hubble), điều này chứng tỏ Vũ Trụ đang giãn nở.

Hiện các thiên hà vẫn tiếp tục giãn nở, có lẽ còn giãn nở cho đến một lúc nào đó lực

đẩy ra phía ngoài bị lực hấp dẫn triệt tiêu, lúc đó sự co lại và bị ép trong một khoảng

không gian nhỏ hẹp sẽ làm chúng bùng nổ trở lại.

2.2. THIÊN HÀ

2.2.1. Khái niệm

Thiên hà là một tập hợp gồm hàng tỉ ngôi sao có kích thước khác nhau phân bố theo

hình dạng xác định.

Các sao trong mỗi thiên hà phân bố cũng không đều, đa số tập trung trong một mặt

phẳng được gọi là mặt phẳng chính hoặc mặt phẳng quỹ đạo của thiên hà.

* Kích thước của

Hình 2.3. Kích thước của một thiên hà

(Nguồn: NASA)

Các thiên hà khá đa dạng về kích thước và số lượng các sao bên trong nó. Một thiên hà

có thể chứa hàng chục triệu đến hàng ngàn tỉ ngôi sao. Thiên hà có kích thước thay đổi từ

1.500 đến 300.000 năm ánh sáng (0,5-100kpc

Trung bình một thiên hà chứa khoảng 200 tỉ ngôi sao, khối lượng mỗi thiên hà gấp

khoảng 100.000 đến hàng ngàn tỉ lần khối lượng Mặt Trời.

Trong thiên hà, ngoài các ngôi sao còn có vật chất giữa các ngôi sao: khí, bụi và các

bức xạ Vũ Trụ. Người ta ước tính có khoảng 100 tỉ thiên hà, trong đó có 100 triệu có thể

quan.

2.2.2. Phân loại

Dựa vào hình thái của thiên hà, E.Hubble đã chia thành các kiểu: thiên hà dạng xoắn

(chiếm 60%), thiên hà ellip (15%), thiên hà dạng thấu kính (20%), thiên hà không định

hình (3%) và 2% dạng đặc biệt gọi là các thiên hà lùn.

Bảng phân loại thiên hà theo hình thái:

Bảng 2.2. Phân loại thiên hà theo hình thái của E. Hubble

Thiên hà

Tiếng Anh

Kí hiệu

Đặc điểm

Xoắn

Spiral

galaxy

- Sa

- Sb

- Sc

Có phần bầu hình cầu ở giữa (gồm các sao già) và

phần đĩa (sao trẻ, bụi, khí) xòe ra thành các nhánh

xoắn theo cùng 1 chiều.

- Bầu sáng rõ và to

- Bầu kém rõ hơn, các tay xoắn khá rõ

- Bầu mờ yếu, các tay xoắn rõ nhất

Xoắn

có thanh

Barred

Spiral

galaxy

- Sba

-SBb

Xoắn có một thanh ngang bằng các sao đi qua tâm,

nối với 2 tay xoắn ở 2 đầu.

Tùy theo sự phát triển của tay xoắn và kích thước

của bầu

- SBc

Ellip

Elliptical

galaxy

E0 E7

Có dạng hình cầu và ellip, gồm các sao già (nền có

màu đỏ), rất ít khí và không có bụi.

E0 tròn nhất E7 là thuôn nhất.

Thấu kính

Lenticular

galaxy

Có dạng 2 đĩa úp vào nhau, là trung gian giữa thiên

hà xoắn và ellip.

Pc (Parsec) là thị sai của một giây cung - khoảng cách từ Trái Đất đến sao khi thị sai ngôi

sao là một giây. 1pc có giá trị là (light

year - năm ánh sáng), 1 kpc = 10

pc. Không có một ngôi sao nào có thị sai năm lớn hơn 1″.

Thiên hà

Tiếng Anh

Kí hiệu

Đặc điểm

Không

định hình

Irregular

galaxy

Có dạng búi, hình thù không rõ ràng, có khối lượng

nhỏ, nhiều sao trẻ, có nhiều khí giữa các sao và có

vài trung tâm tạo sao.

Lùn

Dwarf

galaxy

- dE

- dSph

- dIr

- dBGC

Có kích thước và khối lượng nhỏ hơn các thiên hà

thông thường vài chục lần, có mật độ thấp, có tay

xoắn không phát triển.

- Ellip, gồm các sao già

- Cầu, gồm các sao già

- Không định hình, có nhiều khí

- Thiên hà lùn nhỏ gọn màu xanh lam, có nhiều khí

Các dạng

đặc biệt

- Bức xạ

- Quada

- Tương tác

Sayfert

galaxy

Quasar

QSO

Phần lớn năng lượng từ vùng tâm rất nhỏ, ở các dải

sóng nằm khu vực ánh sáng nhìn thấy.

Đường kính nhỏ (dưới 1nas) nhưng bức xạ vô

tuyến mạnh nhất trong Vũ Trụ.

Một số thiên hà kết thành nhóm, đồng thời bị biến

dạng do chúng tương tác với nhau.

Nguồn: E.Hubble, 1937

2.2.3. Cụm thiên hà và quần thiên hà

a. Cụm thiên hà (local group)

Các thiên hà không phân bố đồng đều trong không gian mà thường tập hợp thành

nhóm (cặp, cụm), rồi đến quần thể (đám), gắn kết bởi lực hấp dẫn. Thiên hà chứa Hệ Mặt

Trời (Ngân Hà) cùng với các thiên hà lân cận tập hợp thành 1 Cụm thiên hà có dạng ellip

với đường kính khoảng 7 – 10 triệu NAS. Trong Cụm thiên hà này có khoảng 30 thiên hà

lớn nhỏ.

b. Quần thiên hà, siêu quần thiên hà (Super Cluster)

Tập hợp dày đặc gồm hàng nghìn thiên hà liên kết với nhau tạo thành quần thiên hà

(galaxy cluster), có kích thức 5 – 60 triệu nas, khối lượng trung bình khoảng vài triệu tỉ

tấn. Quần thiên hà Trinh Nữ chứa Ngân Hà có kích thước khoảng 40 – 50 triệu năm ánh

sáng.

2.3. VẬT CHẤT TỐI TRONG THIÊN HÀ VÀ VŨ TRỤ

2.3.1. Khái quát

Những ngôi sao, hành tinh và các vật thể phát sáng nổi bật trên bầu trời chỉ chiếm một

tỷ lệ nhỏ trong Vũ Trụ. Trên thực tế, vật chất tối – nằm trong khoảng không giữa các thiên

thể - mới chiếm phần lớn khối lượng và định hình cấu trúc của Vũ Trụ.

Vật chất tối vô hình chiếm khoảng 23% Vũ Trụ. Vật chất nhìn thấy được tham gia cấu

tạo nên những ngôi sao, các hành tinh và thậm chí cả sự sống trên Trái Đất chỉ chiếm

khoảng 4%. Phần còn lại là năng lượng tối. Giả thuyết được chấp nhận rộng rãi hiện nay

cho rằng vật chất tối là tàn tích của Vũ Trụ, mang tính ổn định kể từ khi hình thành sau vụ

nổ Big Bang.

Vật chất tối vô hình và rất khó nắm bắt. Nó không tương tác với các hạt khác trong

không gian, cũng không phát ra, hấp thụ hay phản xạ ánh sáng. Các nhà thiên văn học đã

tìm kiếm vật chất bí ẩn này trong hàng thập kỉ, nhưng cách duy nhất để nghiên cứu nó là

thông qua lực hấp dẫn.

Lực hấp dẫn của vật chất tối tác động lên những thứ có thể nhìn thấy được như cụm

thiên hà, một trong những cấu trúc lớn nhất trong Vũ Trụ bao gồm vô số thiên hà riêng lẻ.

Vật chất tối liên kết các thiên hà lại với nhau và bản thân mỗi thiên hà cũng chứa rất nhiều

vật chất tối. Về cơ bản, chúng giống như một mạng lưới liên kết.

Vì vậy, một trong những cách mà các nhà thiên văn học sử dụng để phát hiện vật chất

tối là thông qua thấu kính hấp dẫn, trong đó lực hấp dẫn làm biến dạng không gian. Điều

này xảy ra khi lực hấp dẫn của vật chất tối trong cụm thiên hà hoạt động giống như một

chiếc kính lúp. Nó bẻ cong và phóng đại ánh sáng của các thiên hà.

Mặt Trời và khối lượng tập trung chủ yếu vào 8 hành tinh c

g quỹ đạo gần trùng khít với nhau gọi là mặt phẳng hoàng

Hình 2.4. Ánh sáng từ các thiên hà (cụm MACS J1206) bị bẻ cong bởi túi vật chất tối.

(Nguồn: Hubble)

2.3.2. Các loại vật chất tối

− Khí giữa các sao: chủ yếu là các nguyên tử và phân tử hidro (chiếm 90%), rồi đến

heli. Ngoài ra, còn các nguyên tử trung hòa (Ca, Na, K), các ion (Ca, Fe, Ti) và

các loại phân tử (CN, CH, CO,..), các khí này chiếm khoảng 1% khối lượng thiên hà,

mật độ 10-24g/cm

− Bụi giữa các sao: trong khí giữa các sao có lẫn bụi (chiếm khoảng 1% khối lượng khí).

Kích thước của bụi thường khoảng vài phần vạn mm. Có hai loại bụi: bụi graphic (C)

và silicat (hợp chất chứa silic). Bụi hấp thụ và phản xạ ánh sáng các sao, mạnh nhất là

màu đỏ, do đó, các sao ở xa trở nên đỏ hơn do có bụi.

− Từ trường giữa các sao: không gian giữa các sao có từ trường rất yếu (yếu hơn từ

trường Trái Đất 100.000 lần) và phân bố không đều. Từ trường này hầu như không

ảnh hưởng đến các sao và các hành tinh nhưng lại có tác động đến các tia tong Vũ Trụ.

− Các tia Vũ Trụ: là các dòng hạt tích điện có năng lượng cao, gồm proton (chiếm 90%),

electron (1%) và hạt nhân các nguyên tố khác (7% là hạt nhân của nguyên tử heli, 2%

là hạt nhân nguyên tử nặng hơn heli). Các tia Vũ Trụ được chia thành 2 loại: tia Vũ

Trụ Mặt Trời (được tạo ra trong các vụ bùng sáng của Mặt Trời) và Gió Mặt Trời.

2.4. HỆ MẶT TRỜI

2.4.1. Nguồn gốc Hệ Mặt Trời Và Trái Đất

Hệ Mặt Trời (hay Thái Dương Hệ) là 1 hệ hành tinh có Mặt Trời ở trung tâm và các

thiên thể nằm trong phạm vi lực hấp dẫn của Mặt Trời, tất cả chúng được hình thành từ sự

sụp đổ của 1 đám mây phân tử khổng lồ cách đây gần 4,6 tỷ năm. Đa phần các thiên thể

quay quanh ó quỹ đạo gần tròn

và mặt

này được hành tinh bên ngoài.

Nhóm hành tinh bên trong (còn được gọi là nhóm hành tinh thuộc kiểu Trái Đất) gồm:

Thủy tinh, Kim tinh, Trái Đất và Hỏa tinh. Vật chất cấu tạo nên các hành tinh này có thành

phần chủ yếu từ đá và kim loại. Nhóm hành tinh bên ngoài (còn được gọi là nhóm hành

tinh thuộc kiểu Mộc tinh) gồm: Mộc tinh, Thổ tinh, Thiên Vương tinh và Hải Vương tinh.

Các hành tinh này có kích thước và khối lượng lớn hơn rất nhiều so với 4 hành tinh thuộc

kiểu Trái Đất. Mộc tinh và Thổ tinh có thành phần chủ yếu từ heli và hiđrô; Thiên Vương

tinh và Hải Vương tinh có thành phần chính từ băng, như nước, amoniac và mêtan, và đôi

khi người ta lại phân loại chúng thành các hành tinh băng khổng lồ. Ngoài ra còn có 6

hành tinh và 3 hành tinh lùn có các vệ tinh tự nhiên quay quanh. Các vệ tinh này được gọi

là “Mặt Trăng” theo tên gọi của Mặt Trăng của Trái Đất. Mỗi hành tinh vòng ngoài còn có

các vành đai hành tinh chứa bụi, hạt và vật thể nhỏ quay xung quanh.

Hệ Mặt Trời còn chứa 2 vùng tập trung các thiên thể nhỏ hơn. Vùng thứ nhất nằm giữa

Hỏa tinh và Mộc tinh được gọi là vành đai tiểu hành tinh. Vùng thứ 2 nằm ngoài quỹ đạo

của Hải Vương tinh được cấu tạo chủ yếu từ băng như nước, amoniac, mêtan. Trong 2

vùng này có 5 thiên thể điển hình về kích cỡ, Ceres, Pluto, Haumea, Makemake và Eris,

được coi là đủ lớn đủ để có dạng hình cầu dưới ảnh hưởng của

chính lực hấp dẫn của chúng, và được các nhà thiên văn phân loại thành hành tinh lùn.

Ngoài ra có hàng nghìn thiên thể nhỏ nằm giữa 2 vùng này, có kích thước thay đổi, như

sao chổi, centaurs và bụi liên hành tinh, chúng di chuyển tự do giữa 2 vùng này.

Lí thuyết về nguồn gốc Hệ Mặt Trời gắn liền với lí thuyết về nguồn gốc Trái Đất, đồng

thời phải thỏa mãn một số đặc trưng của Hệ Mặt Trời, cụ thể:

− Tuổi của thiên thể trong Hệ Mặt Trời (4,5 tỉ đến 5,5 tỉ năm) thấp hơp nhiều tuổi của Vũ

Trụ (khoảng 15 tỉ năm). Các hành tinh trong Hệ chia làm 2 nhóm có sự khác biệt nhau

về kích thước và khối lượng.

− Quỹ đạo của các hành tinh nằm gần trong mặt phẳng xích đạo của Mặt Trời, chiều tự

quay, chiều chuyển động của đa số các đối tượng trong Hệ là từ tây sang đông.

− Khối lượng Mặt Trời chiếm 99,8% khối lượng của Hệ, trong khi các momen động lực

của các hành tinh chiếm 98%.

Ba giả thuyết đáng chú ý là giả thuyết của Kant, của Laplace và của Otto Smidth. Cả 3

đều không đề cập đến thành phần và nguồn gốc vật chất tạo nên Hệ Mặt Trời ban đầu,

xem nó là những thứ có sẵn của Vũ Trụ trước đó.

2.4.1.1. Giả thuyết của Buffon

Comte de Buffon (1707-1788) là nhà Tự nhiên học, nhà Toán học và Vũ Trụ học

người Pháp. Buffon có những công trình đồ sộ về thế giới sinh vật làm nền tảng cho các

nghiên cứu của thế hệ sau.

Trong lĩnh vực Vũ Trụ, Buffon dựa trên các lí thuyết Vật lí của Isaac Newton để đưa ra

các giả thuyết về nguồn gốc của Vũ Trụ. Ông cho rằng các hành tinh là những mảnh vật

chất của Mặt Trời bị văng ra khi có một ngôi sao chổi lớn va chạm vào.

* Đánh giá: Giả thuyết thay thế sự sáng tạo huyền bí bằng một quá trình tự nhiên

khác hẳn nhận thức thời kì bấy giờ. Tuy nhiên có hạn chế là sao chổi không có khả năng

làm điều đó.

khỏi nó. Phần vật chất tiếp tục quay quanh Mặt Trời chịu s

tục bị chia thành những khối nhỏ để tạo thành các hành tin

Hình

2.5. Sự va chạm giữa Mặt Trời và sao chổi theo giả thuyết của Buffon

2.4.1.2. Giả thuyết của Laplace

Năm 1796, trong cuốn “Luận về hệ thống thế giới” Laplace cho rằng: Hệ Mặt Trời

được hình thành từ một thiên thể nóng bỏng khổng lồ quay chậm. Dưới tác động của lực

hấp dẫn, thiên thể ban đầu co nén lại, quay nhanh dần và chuyển động dạng dẹt như quả

bàng. Khi trọng lực ở xích đạo cân bằng với lực li tâm thì một phần vật chất của thiên thể

từ vùng xích đạo tách ra thành một vành đai bao quanh và quay quanh thiên thể. Phần

thiên thể còn lại tạo nên Mặt Trời, còn vành đai nguội dần, bị đứt ra và tích tụ lại thành

hành tinh. Quá trình này lập lại để tạo thành các hành tinh và các vệ tinh trong toàn bộ Hệ

Mặt Trời. Giả thuyết của Kant và Laplace giải quyết tốt đặc điểm quỹ đạo và chiều chuyển

động của các hành tinh và vệ tinh, nhưng không lí giải được sự phân chia 2 nhóm kiểu

hành tinh trong Hệ Mặt Trời.

* Đánh giá

Tích cực: Giải thích được cấu trúc cơ bản của hệ Mặt Trời phù hợp với trình độ nhận

thức khoa học của thế kỉ XVIII.

Hạn chế: Việc cô đặc các khí nóng để tạo các hành tinh như trên theo các kết quả

nghiên cứu gần đây cho thấy không thể thực hiện được, các núi của Trái Đất không chỉ do

vỏ Trái Đất nhăn lại mà không ít do các đá trầm tích tạo nên, không giải thích được tại sao

hành tinh Kim có chiều tự quay ngược với chiều quay chung, với tốc độ tự quay chậm (25

– 30 ngày) thì tại sao trước đây nó lại sinh ra một lực li tâm đủ lớn để tách vật chất tạo ra

các hành tinh, độ dẹt của Mặt Trời sinh ra do lực li tâm không quan sát thấy.

Hình 2.6. Sự hạ nhiệt của một thiên thể quay chậm theo giả thuyết của Laplace 2.4.1.3.

Giả thuyết của Jeans

Jeans là nhà bác học người Anh. Năm 1916, Jeans đưa ra giả thuyết về sự hình thành

Hệ Mặt Trời, theo đó trong quá khứ Mặt Trời và một ngôi sao lớn hơn đi lại gần nhau với

khoảng cách bằng bán kính Mặt Trời. Sức hút của ngôi sao đã kéo một phần vật chất của

Mặt Trời ra ự hấp dẫn của Mặt

Trời và tiếp

các hành tinh kéo ra những lõi vật chất để tạo thành các vệ tinh.

* Đánh giá: Gải thuyết của Jeans đã giải thích được một số đặc điểm của Hệ Mặt Trời.

Khối lượng tổng hợp của các hành tinh nhỏ hơn khối lượng của Mặt Trời (khối lưọng Mặt

Trời bằng 99,8% khối lượng toàn hệ). Khối lượng vật chất tách ra có cơ sở khoa học hơn

so với vòng hơi của Laplace. Hành tinh Kim tự quay quanh trục ngược với chiều quay

chung là do ma sát triều lực. Mặt phẳng tâm của các hành tinh không trùng mặt phẳng

xích đạo của Mặt Trời mà thường lệch dưới 4

vì khi đi qua Mặt Trời, tâm của ngôi sao

không nằm trên mặt phẳng xích đạo của Mặt Trời mà nằm chếch lên.

Hình

2.7. Sức hút của ngôi sao lạ với Mặt Trời theo giả thuyết của Jeans

Tuy nhiên, giả thuyết của Jeans cũng bộ lộ nhiều hạn chế như: Sự gặp gỡ gần đụng nhau

như trên trong hệ Ngân hà khó xảy ra vì theo tính toán khoảng cách giữa các thiên thể

trong hệ Ngân hà rất lớn. Giả sử đường kính của Mặt Trời là 1mm thì khoảng cách tới

ngôi sao gần nhất là 20 – 25 km. Với khoảng cách trên thì một ngôi sao lạ khó có cơ

may đến gần Mặt Trời với khoảng cách như trên. Theo tính toán Mặt Trời và ngôi sao lạ

phải gặp nhau với tốc độ gần 5000km/giây mới đủ khả năng tạo thành các hành tinh,

trong khi đó tốc độ các ngôi sao trong Ngân hà chỉ khoảng 250 – 300 km/giây. Mặt khác

khi khối vật chất tách ra khỏi Mặt Trời thì nó sẽ bị Mặt Trời cuốn hút trở lại hoặc bị ngôi

sao lạ cuốn theo mà không thể chuyển động xung quanh Mặt Trời để tạo các hành tinh.

2.4.1.4. Giả thuyết của Otto Yulyevich Schmidt

Otto Yulyevich Schmidt sinh ra ở Mogilev, thời Nga Hoàng (nay là Belarus). Năm

1913, ông tốt nghiệp từ các trường Đại học Kiev và làm việc Hội đồng khoa học Nhà

nước Liên Xô và Học viện Cộng sản. Vào giữa những năm 1940, Schmidt đề xuất một giả

thuyết mới về sự hình thành của Trái Đất và các hành tinh trong Hệ Mặt Trời. O.Y.

Schmidt cho rằng thiên thể ban đầu của Hệ Mặt Trời là Mặt Trời, trong khi chuyển động

quanh tâm thiên hà đã bắt gặp một đám mây bụi vật chất và đã lôi kéo đám mây bụi này

chuyển động quanh mình. Trong quá trình tiếp theo, bụi vật chất trong đám mây va chạm,

hấp dẫn nhau hình thành nên các tâm hành tinh và vệ tinh trong Hệ Mặt Trời. Giả thuyết

của O.Y Schmidt có khả năng giải thích được chiều chuyển động của các hành tinh và

thực tế khác biệt của 2 nhóm hành tinh kiểu Trái Đất và kiểu Mộc tinh, nhưng khó giải

thích được việc quỹ đạo của các hành tinh nằm gần như trong mặt phẳng xích đạo của Mặt

Trời,…

Hình

2.8. Sức hút của Mặt Trời đối với đám mây bụi theo giả thuyết của O.Y. Schmidt Kết

luận khoa học rút ra từ các giả thuyết:

Các giả thuyết về nguồn gốc Hệ Mặt Trời chưa ngừng lại và còn nhiều vấn đề tranh cãi

về nguồn gốc, về vật chất ban đầu, về quá trình hình thành… nhưng qua các giả thuyết có

thể rút ra được rằng:

− Do cấu trúc của Hệ Mặt Trời và vị trí đặc biệt của Trái Đất, sự xuất hiện lớp vỏ địa lí và

sự sống trên Trái Đất là một điều hợp với quy luật phát triển của tự nhiên, không có

yếu tố huyền bí, siêu nhiên ở đây.

− Mặt Trời là một nguồn năng lượng vô tận, có vai trò rất lớn trong lịch sử hình thành

Trái đất và lớp vỏ địa lí. Trong lớp vỏ địa lí, chỉ một phần nhỏ năng lượng của Mặt

Trời tích lũy lại đã đủ bảo đảm cho sự phát triển của toàn bộ tự nhiên trên bề mặt Trái

đất. Sự tồn tại của sinh quyển đã làm cho hành tinh của chúng ta khác với các hành

tinh khác.

2.4.2. Cấu trúc

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

thể nhỏ hơn gồm các hành tinh, tiểu hành tinh, các sao chổi, thiên thạch, khí và bụi. Hệ

Mặt Trời gồm:

− Tám hành tinh: Thủy tinh (Mercury), Kim tinh (Venus), Trái Đất (Earth), Hỏa tinh

(Mars), Mộc tinh (Jupiter), Thổ tinh (Saturn), Thiên Vương tinh (Uranus), Hải Vương

tinh (Neptune). Các hành tinh có các vệ tinh quay xung quanh, một số hành tinh (Mộc

tinh và Thổ tinh) còn có vành đai bụi bao quanh.

− Bốn hành tinh lùn: Ceres, Diêm Vương tinh (Pluto), Eris và Makemake. −

Vành đai Kuiper và đám mây Oort ở ngoài cùng.

− Xen kẽ giữa các hành tinh là các thiên thạch, bụi và sao chổi.

Các hành tinh trong Thái Dương hệ quay quanh Mặt Trời gần như theo một mặt phẳng

hình đĩa gọi là Hoàng đạo, có bán kính khoảng 6 tỉ km.

Khoảng cách trung bình (D) của các hành tinh tới Mặt Trời tính bằng đơn vi thiên văn

theo biểu thức: D = 0,4 + 0,3.2n (n lần lượt theo thứ tự các hành tinh là ∞, 0, 1- Trái Đất =

149.598.000km, 2…)

Hình 2.9. Sơ đồ Hệ Mặt Trời với các hành tinh, vệ tinh, vành đai,.. (Nguồn: NASA)

2.4.3. Vận động của Hệ Mặt Trời

Hệ Mặt Trời là một phần của thiên hà có tên gọi là Ngân Hà. Đây là một thiên hà xoắn

ốc với đường kính khoảng 100.000 năm ánh sáng chứa khoảng 300 tỷ ngôi sao, trong đó

Mặt Trời của chúng ta là một ngôi sao điển hình.

Hệ Mặt Trời nằm trong cánh tay xoắn ốc của Hệ Ngân Hà. Khoảng cách từ Hệ Mặt

Trời tới tâm Ngân Hà khoảng từ 25.000 đến 28.000 năm ánh sáng. Vận tốc của Hệ Mặt

Trời trên quỹ đạo là khoảng 251km/s, và nó hoàn thành một chu kì quay quanh tâm Ngân

Hà khoảng 225 – 250 triệu năm.

2.4.4. Phân bố khối lượng trong Hệ Mặt Trời

Trong Hệ Mặt Trời, Mặt Trời chiếm khoảng 99,86% khối lượng của cả Hệ Mặt Trời.

Hai vật thể có đường kính lớn nhất của Hệ Mặt Trời (sau Mặt Trời) là Mộc tinh và Thổ

tinh chiếm 91%, các hành tinh còn lại và các sao chổi, vệ tinh, thiên thạch, bụi… chiếm

phần còn lại chỉ khoảng 0,1274% khối lượng cả Hệ. Đám mây Oort có thể chiếm một

phần đáng kể, nhưng hiện nay sự hiện diện của nó còn chưa được xác định.

2.4.5. Đặc điểm các thiên thể trong Hệ Mặt Trời

a. Mặt Trời

Trong Hệ Mặt Trời, Mặt Trời là thiên thể duy nhất 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 tham gia

vào nhiều chuyển động, nhưng có hai chuyển động chính là chuyển động quanh trục và

chuyển động xung quanh tâm Ngân Hà.

Mặt Trời vận động tự quay quanh trục theo hướng từ tây sang đông. Trục nghiêng với

mặt phẳng Hoàng đạo một góc gần 7,25

, với mặt phẳng Ngân Hà 67,23

. Vận tốc tự quay

quanh trục 7,284 km/giờ. Do Mặt Trời cấu tạo bằng chất khí nên tốc độ tự quay khác nhau

ở mỗi khu vực, ở xích đạo quay hết 25,05 ngày một vòng, tại 16

là 25 ngày 9 giờ 7 phút

13 giây, còn ở gần cực là 34,3 ngày. Trung bình 25,38 ngày.

Mặt Trời quay quanh tâm Ngân Hà theo quỹ đạo hình gần ellíp và phải mất khoảng

225 – 250 triệu năm để quay quanh tâm Ngân Hà (thời gian này gọi là năm Ngân hà), vì

thế trong thời gian tồn tại của Mặt Trời nó thực hiện khoảng 20-25 vòng quay và đã thực

hiện được 1/1250 vòng từ khi loài người xuất hiện. Tốc độ quỹ đạo của Hệ Mặt Trời so

với trung tâm Ngân Hà khoảng 251km/s. Sự vận động của Hệ kéo theo các hành tinh của

nó vận động gần 20km/s về phía sao Chức Nữ, thuộc chòm sao Thiên Cầm. Dưới đây là

một số thông tin cơ bản về Mặt Trời:

− Khối lượng: Chiếm 99% khối lượng vật chất của Thái Dương hệ, khoảng 2.10

tấn,

gấp khoảng 330.000 khối lượng Trái Đất.

− Khối lượng riêng: 1,409 g/cm

, tương ứng 0,265 khối lượng riêng của Trái Đất. −

Bán kính: 696.000 km, gấp 110 lần bán kinh Trái Đất.

− Nhiệt độ: ở tâm Mặt Trời khoảng 15 triệu độ C, bề ngoài 5.500 – 6.000

C. −

Áp suất: ở tâm là 3,4.10

Pa.

− Gia tốc trọng trường: ở bề mặt là 274m/s

, gấp 28 lần ở bề mặt Trái Đất. −

Vận tốc Vũ Trụ cấp II: ở bề mặt là 617,7

− Trục nghiêng so với mặt phẳng Hoàng đạo: 7,2

− Tốc độ ở xích đạo: 2,025 km/s

− Chu kì quay trung bình: 28 ngày

− Thành phần hóa học: có 67 nguyên tố, chủ yếu là hidro (92,19% số nguyên tử), He

(7,8% số nguyên tử), các nguyên tố khác rất ít: oxi 0,061%, C 0,03%, N 0,0084%, Fe

0,0037%, Ne 0,0076%, Si 0,0031%, Mg 0,0024%, S 0,0015%, các

nguyên tố còn lại

0,0015%.

− Mỗi giây có khoảng 628,3 triệu tấn H biến thành He, như vậy sau mỗi giây, khối lượng

Mặt Trời giảm đi 4,3 triệu tấn do nguyên liệu ban đầu biến thành năng lượng thuần

túy, cùng với 600.000 tấn khí thoát ra dưới dạng hạt trong gió Mặt Trời.

− Năng lượng bức xạ: 3,86.10

J/s (W). Trái Đất nhận được từ Mặt Trời 751.10

kWh

(0,5 phần tỉ công suất bức xạ toàn phần của Mặt Trời), trong số đó, 50% bị mây phản

xạ vào khoảng không, 15% bị phản xạ từ bề mặt, 5,3% được bề mặt hấp thụ. Năng

lượng Mặt Trời truyền qua 1m

diện tích vuông góc với tia sáng tới Trái Đất ở bên

ngoài khí quyển Trái Đất được gọi là hằng số Mặt Trời, có giá trị theo số hiệu của

NASA năm 1991 là 1.353 W/m

. Trong đó, giá trị vùng cực tím là 105,8 W/m

, vùng

ánh sáng nhìn thấy là 640,4 W/m

, trong vùng hồng ngoại là 606,8 m

− Cấu trúc:

+) Các lớp bên trong: nhân (hay lõi Mặt Trời có bán kính khoảng 200.000km, chiếm

mọt nửa khối lượng, là nơi diễn ra các phản ứng tổng hợp hạt nhân, có nhiệt độ 25

triệu độ), vùng bức xạ (dày khoảng 325.000 – 380.000km bao quanh nhân, là nơi

truyền năng lượng ra bên ngoài chủ yếu dưới dạng bức xạ, có nhiệt độ 3-8 triệu

độ), vùng đối lưu (dày khoảng 140.000 – 200.000 km, là nơi truyền năng lượng

chủ yế bằng đối lưu)

+) Các

nhiệt độ thay đổi từ 5.800

C ở mép trong tới 4.500

C ở mép ngoài), sắc cầu (là lớp

khí quyển dưới của Mặt Trời, dày 5.000 – 10.000km, có màu hồng đỏ khi nhật

thực, nhiệt độ tăng từ 4.500

C ở bên trong đến 20.000

C ở bên ngoài. Sắc cầu chứa

các lưỡi lửa, chân các tai lửa) và vành nhật hoa (là lớp khí quyển ngoài của Mặt

Trời, vươn xa đến nhiều triệu km ngoài không gian. Nhiệt độ của nhật hoa khoảng

1 – 2 triệu độ C, thành phần là các khí rất loãng).

Trên Mặt Trời thường xảy ra các hiện tượng chủ yếu:

− Vết đen: là vùng khí lạnh, có từ trường mạnh, ngăn cản luồng nhiệt đối lưu qua Mặt

Trời. Phần giữa vết đen thường tối nhất, có nhiệt độ thấp 3.000 – 4.500

C, phần sáng

hơn bao quanh có nhiệt độ 4.500 – 5.000

C. Vết đen xuất hiện trong khoảng thời gian

vài ngày cho tới vài tháng, kích thước thay đổi từ 2.000km đến 30.000km, rồi lan

thành nhóm kéo dài 100.000km. Mỗi năm tối thiểu có 50 nhóm vết đen, tối đa 500

nhóm. Số vết đen biến thiên theo chu kì 11 năm và 100 năm.

− Các vết bừng sáng: xuất hiện khoảng vài phút đến một giờ trong sắc cầu, phóng vào

không gian các hạt nhân nguyên tử khoảng 1 – 100 MeV, được gọi là các tia Vũ Trụ

của Mặt Trời.

− Gió Mặt Trời: là các dòng hạt nhân nguyên tử, các hạt tích điện, chủ yếu là proton và

electron có năng lượng khoảng 1.000 eV/nucleon, với tốc độ 400 – 500km/s. Gió Mặt

Trời thổi các khí trong sao chổi, tạo ra đuôi sao chổi ngược với Mặt Trời, cũng như

nhiễu loạn từ trường Trái Đất, thường gọi là bão từ.

b. Các hành tinh

* Định nghĩa: Có những quan niệm khác nhau về hành tinh, như hành tinh là các thiên

thể chuyển động xung quanh một ngôi sao; hành tinh là các thiên thể lạnh, hình

cầu quay xung quanh Mặt Trời và không tự phát ra ánh sáng; một hành tinh là một thiên

thể, có kích thước đáng kể, xoay xung quanh một ngôi sao…

Tháng 24/8/2006 gần 2000 nhà nghiên cứu thiên văn tập trung ở Prague (thủ đô cộng

hòa Czech) đã đưa ra định nghĩa về hành tinh của Hệ Mặt Trời:

+ Phải có quỹ đạo quay xung quanh Mặt Trời

+ Phải có khối lượng đủ lớn để lực hấp dẫn (trọng lực) của chính nó chiến thắng sức

hút của các thiên thể khác sao cho nó có dạng cân bằng thủy tinh (gần như hình cầu).

+ Lực hấp dẫn của hành tinh phải hút sạch các vật thể nhỏ hơn nó nằm trong quỹ đạo

của hành tinh (ngoại trừ các vệ tinh của chính nó).

Tại hội nghị này cũng đã thống nhất xem Diêm Vương tinh là hành tinh lùn. Vì Diêm

Vương tinh có kích thước và khối lượng quá nhỏ nên không có dạng hình cầu, là một

phần của vành đai Kuiper, quỹ đạo có lúc cắt qua quỹ đạo của Hải Vương Tinh.

* Đặc điểm chung:

− Tất cả các hành tinh đều quay xung quanh Mặt Trời theo một quỹ đạo gần tròn (tâm

sai nhỏ chưa đến 0,1).

− Mặt phẳng quỹ đạo của tất cả các hành tinh gần trùng khớp nhau, phần lớn chúng tạo

với mặt phẳng Hoàng đạo một góc không quá 40 (trừ Thủy là 709’).

− Tất cả ngược

chiều

sáu tính từ Mặt Trời trở ra và cũng là hành tinh lớn thứ nhì

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 theo chiều từ tây qua đông (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 Mặt Trời.

− Dựa vào một số thuộc tính, các hành tinh của Hệ Mặt Trời có thể chia thành 2 nhóm:

+ Nhóm hành tinh bên trong (Thủy, Kim, Đất và Hỏa) có các đặc điểm sau: kích thước

và khối lượng nhỏ, cấu tạo bằng các loại đá nhưng tỉ trọng lớn hơn tỉ trọng các loại

đá cấu tạo vỏ Trái Đất (2,7 – 3g/ cm3), quay quanh trục chậm và có ít vệ tinh.

+ Nhóm hành tinh bên ngoài (Mộc, Thổ, Thiên và Hải) có các đặc điểm sau: kích

thước và khối lượng lớn, cấu tạo bằng các chất khí hóa lỏng và nước đá, tỷ trọng

tương đương với tỷ trọng của nước, quay quanh trục nhanh và có nhiều vệ tinh.

* Một số thông tin cơ bản về các hành tinh:

Từ thời cổ đại, người ta quan sát bằng mắt thường đã phát hiện 5 hành tinh: Thủy,

Kim, Hỏa, Mộc và Thổ tinh; sau đó nhờ kính thiên văn đã phát hiện Thiên Vương tinh

(1781), Hải Vương tinh (1846), hành tinh lùn Diêm Vương (1930)

− Thủy tinh (Mercury) – Hành tinh nóng bỏng và lạnh buốt. Thủy tinh là hành tinh gần

Mặt Trời nhất và cũng là hành tinh nhỏ nhất trong Thái Dương Hệ (chỉ lớn hơn hành

tinh lùn Diêm Vương). Thủy tinh không có vệ tinh. Nhiệt độ tại bề mặt Thủy tinh

ngày tối đa 427

C; đêm hạ xuống tối thiểu -183

C).

− Kim tinh (Venus) – Nữ thần sắc đẹp (Việt Nam gọi là sao Hôm và sao Mai). Đây là

hành tinh gần Mặt Trời thứ hai, cũng là loại hành tinh có đất và đá giống như Trái

Đất.Là ngôi sao sáng nhất trên bầu trời đêm. Kim tinh có kích thước khối lượng và

trọng lực xấp xỉ với Trái Đất, nên cũng có quan niệm cho rằng đây là hai hành tinh

sinh đôi.

− Hỏa tinh (Mars) – Hành tinh màu lửa. Hỏa tinh là hành tinh thứ tư ở gần Mặt Trời và

cũng là hành tinh đầu tiên có quỹ đạo nằm ở ngoài quỹ đạo của Trái Đất. Hỏa tinh

giống Trái Đất về nhiều điểm như có bốn mùa, hai cực có băng đá, một bầu khí quyển

có mây, gió, bão, cát, một ngày dài độ 24 giờ, … Hỏa tinh có một bầu khí quyển

tương đối dày, nên nhiều người tin là có thể có sự sống ở đây. Cũng vì sự hiện diện

của nhiều lòng sông khô, nên nhiều nhà khoa học chắc chắn rằng trong quá khứ đã có

một thời nước chảy trên bề mặt của Hỏa tinh. Vì vậy, đang có nhiều cuộc tìm kiếm về

sự sống của như lịch sử phát triển của Hỏa tinh. Hỏa tinh phản chiếu ánh sáng có màu

đỏ trên bầu trời, do đất đá có chứa nhiều oxyt sắt và khí quyển chứa rất nhiều bụi.

− Mộc tinh (Juputer) – Hành tinh khổng lồ đỏ. Mộc tinh là hành tinh khí lớn nhất trong

Hệ Mặt Trời, gấp 317,8 lần khối lượng Trái Đất. Cách Mặt Trời 776 triệu km. Đây là

hành tinh lạnh lẽo, nhiệt độ khí quyển trung bình -121

C, bao phủ bởi một lớp mây

dày chứa nước đá phản chiếu có màu sáng bạc.

− Thổ tinh (Saturn) – Hành tinh đeo khuyên. Thổ tinh hay còn gọi là sao Thổ là hành

tinh thứ của Hệ Mặt Trời.

Đây là có

ánh sáng

rực rỡ, có vành khuyên nhiều màu xung quanh xích đạo, nhưng mỏng.

− Thiên Vương tinh (Uranus) – Hành tinh màu lá biếc. Thiên Vương tinh là hành tinh

thứ 7 tính từ Mặt Trời ra và cũng là hành tinh lớn thứ 3 của Hệ Mặt Trời nếu theo

đường kính hay thứ 4 nếu theo khối lượng. Hành tinh có màu lá biếc do phản chiếu

bầu khí quyển có chứa hidro (83%), heli (14%), metan (1,99%)

− Hải Vương tinh (Neptune) – Hành tinh màu xanh thẫm. Hải Vương tinh là hành tinh

thứ 8 tính từ Mặt Trời trở ra và cũng là hành tinh nặng thứ 3 trong Hệ Mặt Trời. Hải

Vương tinh còn là hành tinh xa Mặt Trời nhất.

Bảng 2.3. Một số thông tin cơ bản về các hành tinh trong hệ Mặt Trời

Thông sôố

Thủy tinh

Kim tinh

Trái Đâốt

Hỏa

tinh

Mộc tinh

Thổ tinh

Thiên

Vương

tinh

Hải

Vương

tinh

Thông sôố

Thủy tinh

Kim tinh

Trái Đâốt

Hỏa

tinh

Mộc tinh

Thổ tinh

Thiên

Vương

tinh

Hải

Vương

tinh

Tiếếng

Anh

Mercury

Venus

Earth

Mars

Jupiter

Saturn

Uranus

Nepturn

Đường kính xích

đạo - Tính bằằng

4.878

0,38

12.105

0,95

12.756

6.794

0,53

142.974

11,21

120.536

9,46

51.118

4,01

49.528

3,88

- So với Trái Đâốt

Thể tích so với TĐ

0,055

0,86

0,15

1.300

770

57,7

Khôối

lượng

với

TĐ

0,0553

0,815

0,1074

317,892

9,186

14,54

17,23

Khôối

lượng

riêng

(g/cm

)

5,44

5,24

5,52

3,94

1,33

0,69

1,28

1,66

Gia tôốc ở bêằ mặt

xích đạo so với TĐ

0,28

0,85

0,38

2,35

1,2

0,9

1,15

Tôốc

độ

thoát

(tôốc

độ Vũ Trụ câốp II)

(km/s)

4,25

10,36

11,18

5,02

59,85

35,37

21,55

23,27

Hằằng

sôố

Mặt

Trời

910

261

136

5,0

1,5

0,37

0,15

- Tính bằằng

6,7

1,9

0,43

0,037

0,011

0,0027

1,0011

MW/cm

- So với

TĐ

Albedo

0,07

0,65

0,37-

0,39

0,14-

0,16

0,45

0,5

0,42-0,93

0,49-0,83

Chu kì xoay quanh

trục (đơn vị TĐ)

58,65

ngày

243 ngày

23h56’

4’’

24h27’

23’’

9h50’30’’

10h14’

17h14’

16h07’

Chu kì quay quanh

Mặt Trời

87,97

0,241

224,7

0,615

365,26

1,0

686,98

1,881

4.332,59

11,826

10.759

29,46

30.685

164,79

90.465

247,7

- Tính theo ngày TĐ

Tính

bằằng

nằm

TĐ

Khoảng cách trung

bình

đêốn

Mặt

Trời

0,387

57,9

0,723

108,2

149,6

1,524

227,9

5,203

778,3

9,539

1.427

19,18

2.869,5

30,06

4.497

Tính

bằằng

đvtv

Tính

bằằng

triệu

Độ nghiêng quyỹ đạo

so với Hoàng đạo

00’

24’

51’

18’

29’

46’

Vận tôốc quay

quanh Mặt Trời

(km/s)

47,89

35,03

29,79

24,13

13,06

9,64

6,81

5,43

Sôố vệ tinh đã biêốt

(Nguồn: Lưu Đức Hải – Trần Nghi, 2000)

+ Vành đai tiểu hành tinh, nằm ở ranh giới ngăn cách giữa nhóm trong và nhóm ngoài

(giữa quỹ đạo của Hỏa tinh và Mộc tinh, khoảng giữa 2,3 – 3,3 đơn vị thiên văn tính từ

Mặt Trời). Vành đai tiểu hành tinh bao gồm các tiểu hành tinh là các thiên thể nhỏ hơn

hành tinh, thường không có khối lượng đủ lớn để lực hấp dẫn làm cho nó có hình dạng

cầu. Vành đai chính có hàng nghìn các tiểu hành tinh có đường kính lớn hơn 1km, các tiểu

hành tinh với đường kính nhỏ hơn 500m được gọi là thiên thạch và hàng triệu các vật thể

bé như bụi. Đặc biệt, tiểu hành tinh lớn nhất Ceres có đường kính khoảng 1000km, đủ lớn

để có dạng hình cầu, làm nó có thể trở thành một hành tinh theo một số định nghĩa. Cấu

tạo vật chất của vành đai tiểu hành tinh chủ yếu từ các khoáng chất không bay hơi. Nguồn

gốc của nó theo các nhà khoa học, các tiểu hành tinh được cho là những gì còn sót lại của

một hành tinh kiểu Trái đất, hoặc nhỏ hơn đã không thể kết hợp lại từ khi Hệ Mặt Trời

mới hình thành, vì sự gây nhiễu của lực hấp dẫn từ Sao Mộc. Cũng có ý kiến cho rằng là

sản phẩm còn lại của một hành tinh đá bị phá hủy do va đập.

c. Các vệ tinh

Một vệ tinh tự nhiên có thể là bất kì một vật thể tự nhiên nào quay quanh một hành tinh

hay tiểu hành tinh. Thuật ngữ vệ tinh tự nhiên cũng có thể được dùng để chỉ một hành tinh

quay quanh một ngôi sao, như trong trường hợp Trái Đất và Mặt Trời. Nguồn gốc của các

vệ tinh thuộc Hệ Mặt Trời đang có nhiều giả thuyết, như cho rằng đa số các vệ tinh tự

nhiên có lẽ đã được tạo nên từ vùng sụp đổ của đĩa tiền hành tinh; nhiều vệ tinh tự nhiên

được cho là những tiểu hành tinh bị bắt giữ; những vệ tinh tự nhiên khác có thể là những

mảnh của những vệ tinh tự nhiên lớn bị vỡ ra bởi va chạm, hay có thể là một phần của

chính hành tinh bị bắn vào quỹ đạo bởi một vụ va chạm lớn. Vì còn ít thông tin, nên đa số

các lí thuyết về nguồn gốc của chúng hiện vẫn còn chưa chắc chắn. Đặc điểm dễ nhận diện

nhất về các vệ tinh là: hầu hết các vệ tinh trong Hệ Mặt Trời đều có một mặt luôn hướng

về phía hành tinh, các vệ tinh có rất ít vệ tinh con.

tiểu hành tinh, và có lẽ rất nhiều các vật thể khác quay xung quanh các hành tinh hay các

ngôi sao khác. Hầu hết các vệ tinh trong Hệ Mặt Trời đều có 1 mặt luôn hướng về phía

hành tinh. Trừ Thủy tinh và Kim tinh, các hành tinh khác đều có vệ tinh quay quanh.

Bảng 2.4. Khoảng cách và vệ tinh của các hành tinh trong Hệ Mặt Trời

Hành tinh

Khoảng cách

đến Mặt Trời

(AU)

Số lượng vệ tinh

(mặt trăng – moon)

Sao Thủy

0.39

Sao Kim

0.72

Trái Đất

Sao Hỏa

1.52

Sao Mộc

5.20

Sao Thổ

9.54

Sao Thiên Vương

19.18

Sao Hải Vương

30.06

Mặt Trăng là vệ tinh tự nhiên duy nhất của Trái Đất tính đến thời điểm hiện tại. Khoảng

cách trung bình tính từ Trái Đất đến Mặt Trăng là 384.403 km, lớn khoảng 30 lần đường

kính Trái Đất. Trong Hệ Mặt Trời, ngoài Trái Đất còn có rất nhiều hành tinh có vệ tinh

(mặt trăng), điển hình như Sao Thổ có đến 82 mặt trăng, Sao Mộc có 79 mặt trăng. Những

vệ tinh tự nhiên lớn nhất trong Hệ Mặt Trời (những vệ tinh có đường kính lớn hơn 2000

km) là Mặt Trăng của Trái Đất; Io, Galileo, Europa, Ganymede và Callisto của Sao Mộc;

Titan của Sao Thổ cùng với vệ tinh tự nhiên mà Sao Hải Vương bắt được là Triton. Bên

cạnh đó, có rất nhiều vệ tinh có đường kính nhỏ hơn 10 km.

* Mặt Trăng của Trái Đất

- Đường kính trung bình: 3.474 – 3.476 km, xấp xỉ 0,2725 đường kính Trái Đất. -

Mặt Trời của các tiều hành tinh thường là 3 – 9 năm Trái Đấ

Khối lượng: 7,34.10

kg, tương đương 0,0123 khối lượng Trái Đất. - Thể tích:

2,2.10

, tương đương 0,0203 thể tích Trái Đất.

- Diện tích bề mặt 37,96 triệu km

, tương ứng 7,43% diện tích Trái Đất. - Gia tốc

trọng trường 1,623 m/s

, tương ứng 16,6% gia tốc trọng trường của Trái Đất. - Tốc độ

Vũ Trụ cấp II là 2,38km/s.

Hình 2.10. Các vệ tinh tự nhiên và tỉ lệ của nó so với Mặt Trăng của Trái Đất (Nguồn:

NASA)

d. Các vành đai

* Vành đai các tiểu hành tinh

Tiểu hành tinh là các hành tinh nhỏ bằng đá và sắt, có kích thước gấn 1.000km, quay

quanh Mặt Trời theo quỹ đạo hình Ellip. Các vật thế nhỏ hơn 100m thương được gọi là

Vân tinh.

Trong Hệ Mặt Trời, người ta tìm ra khoảng hơn 30 tiểu hành tinh có đường kính trên

200km, 800 tiểu hành tinh đường kính 80 – 200km. Đến cuối năm 2005, người ta đã xác

định quỹ đạo của hơn 120.000 tiểu hành tinh. Lúc đầu chúng được đặt tên theo tên các vị

thần, phụ nữ, đàn ông, các nhà khoa học và ký hiệu. Khoảng 98% tiểu hành tinh tập trung

ở vành đai tiểu hành tinh nằm giữa quỹ đạo sao Hỏa và sao Mộc, một số khác nằm ở vành

đai Kuiper phía ngoài quỹ đạo sao Hải Vương.

Quỹ đạo các tiểu hành tinh tương đối thuôn dài, tuy nhiên tâm sai ít khi vượt quá 0,4

(trung bình là 1,5). Độ nghiêng của chúng so với mặt phẳng Hoàng đạo chỉ vài độ. Chu kì

quay quanh t..

Có thể vành đai tiểu hành tinh là một hành tinh chưa hoàn thành (không thể kết tụ nổi

do sức hút cản phá mạnh của sao Mộc). Toàn bộ khối lượng của tiểu hành tinh khoảng

2,3.10

tấn (bằng 3% khối lượng của Mặt Trăng).

* Vành đai Kuiper (Kuiper Belt)

Là khu vực vành đai chứa các thiên thể đá và băng (sao chổi và các tiểu hành tinh)

nằm cách Mặt Trời 4,5 – 7,5 tỉ km. Hiện nay người ta phát hiện ra vành đai này có khoảng

70.000 thiên thể đường kính lớn hơn 100km.

Hình 2.11. Vành đai Kuiper so với đám mây Oort

(Nguồn: NASA)

Vành đai Kuiper có hình xuyến cầu, chứa khoảng vài tỉ sao chổi. Vành đai này thực tế

bắt đầu từ quỹ đạo của sao Hải Vương, gồm những mảnh vỡ giống với vành đai các tiểu

hành tinh nhưng được tạo thành chủ yếu từ băng và rộng lớn hơn. Nó nằm ở khoảng giữa

30AU và 50AU tính từ Mặt Trời. Vùng này được cho là nơi khởi nguồn của các sao chổi

ngắn hạn như sao chổi Halley. Nhiều vật chất của vành đai Kuiper có quỹ đạo bên ngoài

mặt phẳng Hoàng đạo. Sao Viêm Dương được coi như một phần của vành đai Kuiper.

Diêm Vương tinh (Pluto có khoảng cách trung bình đến Mặt Trời là 39 AU) là 1 hành

tinh lùn, và là thiên thể lớn nhất đã từng được biết tới trong vành đai Kuiper. Khi được

phát hiện ra vào năm 1930, nó đã được coi là hành tinh thứ 9 trong hệ Mặt Trời; nhưng

điều này đã thay đổi vào năm 2006 với định nghĩa mới về hành tinh. Diêm Vương tinh có

quỹ đạo với độ lệch tâm lớn và nghiêng 170 so với mặt phẳng hoàng đạo với điểm cận

nhật cách Mặt Trời 29,7 AU (nằm bên trong quỹ đạo của Hải Vương tinh) và điểm viễn

nhật cách Mặt Trời 49,5 AU.

e. Sao chổi

Sao chổi (comet) là các thiên thể nhỏ bằng băng và bụi chuyển động trên những quỹ

đạo thuôn dài, khi đến gần Mặt Trời thì hình thành đuôi sáng. Các sao chổi chủ yế được

tạo thành từ băng dễ bay hơi và có quỹ đạo rất lệch tâm, thường điểm cận nhật ở

bên trong quỹ đạo của các hành tinh vòng trong và điểm viễn nhật xa bên ngoài sao Diêm

Vương. Các sao chổi có chu kì ngắn có điểm viễn nhật gần hơn, tuy nhiên các sao chổi già

thường bay hơi hết những gì có thể khi đi qua gần Mặt Trời. Một số sao chổi có chu kì kéo

dài hàng nghìn năm. Một số sao chổi có quỹ đạo Hyperbol có thể có nguồn gốc bên ngoài

Hệ Mặt Trời.

Khi ở xa Mặt Trời, sao chổi chỉ gồm một nhân bằng băng “bẩn” và bụi, đôi khi có cả

thăng hoa, khí bụi thoát ra từ nhân tạo thành lớp vỏ sáng, tạo thành đầu và tóc sao chổi, đó

chính là khí quyển sao chổi. Gió Mặt Trời thổi tóc sao chổi về hướng đối diện tạo thành

đuôi sao chổi (khí dạng plasma) mảnh, thẳng và có màu hơi xanh, kéo dài hàng triệu km.

Khi tiến lại gần Mặt Trời, đuôi sao chổi đi sau đầu nhưng khi xa Mặt Trời, đuôi của nó lại

đi trước.

Hình 2.12. Đường đi và cấu trúc của sao chổi Halley năm 1986

(nguồn: NASA, dự báo xuất hiện năm 2061, 2136,…)

Nhân của sao chổi có kích thước khoảng 1 tới vài chục km. Đầu và tóc sao chổi

thường có kích thước 50.000 – 250.000 km. Khối lượng sao chổi rất bé, chỉ bằng một

phần triệu khối lượng Trái Đất. Các sao chổi dài hạn (có chu kì trên 200 năm) cư trú ở

đám mây Oort rìa Hệ Mặt Trời. Trong vành đai Kuiper cũng có khoảng 100 triệu sao chổi

ngắn hạn.

Vận tốc của sao chổi thay đổi từ 1000km/h ở khoảng cách xa Mặt Trời đến 2 triệu

km/h khi đến gần Mặt Trời. Từ thời thượng cổ đến này đã ghi nhận được 1.200 – 1.800 lần

sao chổi xuất hiện. Hiện nay, hàng năm người ta tìm ra được 20 – 30 sao chổi mà phần lớn

không nhìn thấy được bằng mắt thường. Sao chổi được hình thành ở rìa Hệ Mặt Trời, phía

ngoài sao Hải Vương.

f. Thiên thạch

Thiên thạch (Meteorite) là phần còn sót lại (chưa cháy hết) rơi xuống Trái Đất của các

tiểu hành tinh. Hàng năm có tới 200.000 thiên thạch rơi xuống Trái Đất. Trung bình cứ 30

năm lại có một thiên thạch nặng 50 tấn rơi xuống Trái Đất. Thiên thạch hầu hết là các

mảnh sao của các tiểu hành tinh, một số là mảnh nhân của sao chổi bị vỡ thành nhiều

mảnh trước khi rơi xuống Trái Đất. Người ta chia thiên thạch ra làm 3 loại:

− Thiên thạch đá: thường cấu tạo từ các khoáng silicat (chiếm 92%) − Thiên thạch

sắt: thành phần chủ yếu là sắt (92%), niken (7%). Dạng này chiếm 6%.

− Thiên thạch sắt – đá: là loại trung gian giữa thiên thạch đá và thiên thạch sắt. Trong đó

sắt và niken chiếm một nửa, silicat chiếm một nửa. Dạng này chiếm 2%.

Ngoài ra, người ta còn xác định được tectit là các mảnh đá của Trái Đất bị bắn lên

không trung rồi rơi trở lại Trái Đất chứ không có nguồn gốc từ bên ngoài Trái Đất.

Hướng dẫn nghiên cứu tài liệu chương 2:

1. Trình bày khái niệm và nguồn gốc hình thành Vũ Trụ.

2. Trình bày hiểu biết về Thiên hà và sự phân loại thiên hà trong Vũ Trụ. 3. Giải thích

sự hình thành Vũ Trụ và các Thiên hà theo lí thuyết Big bang. 4. Trình bày các giả

thuyết về nguồn gốc Thái Dương hệ (nội dung, ưu và nhược). 5. Nêu đặc điểm nhận

biết 1 ngôi Sao. Tại sao Mặt Trời được xem là 1 ngôi sao?

6. Nguồn năng lượng của Mặt Trời được sinh ra nhờ phản ứng gì? Phát ra dưới dạng

nào?

7. Hành tinh là gì? Trình bày đặc điểm chung của các hành tinh trong Hệ Mặt Trời.

8. Trình bày cơ sở phân chia các hành tinh Hệ Mặt Trời ra làm hai nhóm. 9. Tại sao

Viêm Dương tinh bị loại khỏi nhóm hành tinh?

10. Nêu đặc điểm của vành đai Kuiper?

11. Hiện tượng mưa sao băng xảy ra khi nào?

Học liệu số hỗ trợ tham khảo trong chương 2:

1. Bài giảng về Vũ Trụ (Youtube)

2. 10 điều lạ nhất về Vũ Trụ (Khoahoc.com.vn)

3. Nguồn gốc Vũ Trụ (Khoahoc.tv)

Chương 3 - CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA TRÁI ĐẤT

3.1. HÌNH DẠNG VÀ KÍCH THƯỚC TRÁI ĐẤT

3.1.1. Hình dạng

a. Quan điểm về dạng cầu

Vào thế kỉ V-IV trước CN (khoảng 580-500) nhà toán học Pythagoras (sống ở đảo

Samos - Hy Lạp, trên biển Aegean) dựa vào lôgíc học cho rằng: “Trái Đất là một vật thể

hoàn hảo do đó phải có dạng hoàn hảo là dạng cầu”.

Vào thế kỉ IV-III trước CN (khoảng 310-230) nhà triết học Aristotle (sống ở đảo

Samos) dựa vào hiện tượng nguyệt thực mà ông quan sát, đã chứng minh được Trái Đất có

dạng cầu.

Vào thế kỉ III-II trước CN (284-192) nhà Thiên văn học, Toán học, Địa lí học

Eratosthenes (ở Alexandre của Ai cập ngày nay) đã tính được độ dài của vòng kinh tuyến

Trái Đất theo phương pháp hình học thông thường với kết quả bằng 250.000 stadia

(khoảng 46.000 km). Kết quả này lớn hơn so với con số thực tế hiện nay (40 008,5 km).

Sở dĩ như vậy là do một số dữ liệu khi ông đưa vào không chính xác.

Vào nửa đầu thế kỉ XVI (1519- 1521) với cuộc hành trình của Magellan vòng quanh

thấp hơn

thế giới con người mới tin Trái Đất có dạng cầu.

b. Quan điểm về dạng Ellipsoid

Vào nửa cuối thế kỉ XVII (1672) dạng cầu chuẩn của Trái Đất được xem xét lại khi

chiếc đồng hồ quả lắc thiên văn của Richer đưa từ Paris (vĩ độ trung bình -49

B) tới

Cayene (vĩ độ thấp (5

B ) thì thấy mỗi ngày đồng hồ ở Cayene chạy chậm 2’28’’so với

Paris. Hiện tượng trên được Newton (1690) giải thích là do sức hút của Trái Đất giảm từ

các cực về xích đạo (do Trái Đất tự quay sinh ra lực ly tâm).

Như vậy Trái Đất không phải là một hình cầu chuẩn mà là hình cầu dẹt ở 2 cực và

phình ra ở xích đạo ( hình Ellipsoid – phỏng cầu).

Hình 3.1. Dạng Ellipsoid của Trái Đất

Giữa thế kỉ XIX (1859) Suber - nhà địa lí học người Nga cho rằng Trái Đất không chỉ

dẹt ở 2 cực mà còn dẹt ở cả xích đạo (Ellipsoid 3 trục).

Như vậy, Trái Đất hơi dẹt ở 2 cực – có dạng Ellip tròn xoay hay hình phỏng cầu. Năm

1964, Hội Thiên văn học quốc tế đã công nhận các giá trị sau: bán kính ở xích đạo là

a=6378,16 km, bán kính ở cực là b=6356,78 km.Vậy, độ dẹt:

Trong hình trên, khoảng cách từ Bắc Cực đến Nam Cực (b) là 7.900 dặm (12.714 km) là

26 dặm (42 km) ngắn hơn so với khoảng cách đường xích đạo (a) là 7,926 dặm (12.756

km).

c. Hình dạng thật của Trái Đất (Geoid )

Ngày nay từ những số liệu thu được từ việc đo đạc và quỹ đạo của các vệ tinh nhân tạo,

người ta nhận thấy Trái Đất không giống bất cứ một hình dạng toán học nào mà có dạng

đặc biệt là Geoid (gồ ghề). Bề mặt Geoid trùng với bề mặt thế năng của trọng lực.

Bảng 3.1. So sánh dạng geoid và dạng ellipsoid của Trái Đất

Vị trí

Dạng

So sánh

Dạng

(m)

Cực Bắc

Geoid

cao hơn

Ellipsoid

Ở vĩ độ 35

vĩ Bắc

Geoid

Ellipsoid

Ở Xích đạo

Geoid

trùng

Ellipsoid

Ở vĩ độ 35

vĩ Nam

Geoid

cao hơn

Ellipsoid

Ở cực Nam

Geoid

thấp hơn

Ellipsoid

Hình 3.2. Dạng Geoid của Trái Đất

Ở khu vực cực Bắc nó cao hơn, còn ở khu vực cực Nam nó thấp hơn bề mặt Ellipsoid

15m; ở khu vực 35

Bắc nó thấp hơn, còn ở khu vực 35

Nam nó cao hơn Elliposid 20m;

Riêng ở xích đạo 2 bề mặt này trùng nhau.

Mặt Geoid là mặt nước biển trung bình yên tĩnh, kéo dài xuyên qua các lục địa, làm thành

mặt cong khép kín, mặt này có đặc điểm là tại bất kì một điểm nào trên đó, pháp tuyến

cũng trùng với phương dây dọi. .

3.1.2. Kích thước

Nếu lấy thể tích của Trái Đất để so sánh với thể tích của Mặt Trời và các hành tinh

khác, kết quả như sau: thể tích của Mặt Trời bằng khoảng hơn 1,3 triệu lần thể tích Trái

Đất, thể tích Sao Mộc bằng 1.321 lần thể tích Trái Đất, các hành tinh khác lần lượt là Sao

Thổ bằng 764 lần, Sao Thiên Vương bằng 63,1, Sao Hải Vường bằng 57,7 lần, Sao Kim

bằng 0,857 lần, Sao Hỏa bằng 0,151 lần và Sao Thủy bằng 0,056 lầ thể tích Trái Đất. Có

thể thấy trong Hệ Mặt Trời, trừ Mặt Trời thì Sao Mộc và Sao Thổ là hành tinh có thể tích

lớn nhất, Sao Thủy và Sao Hỏa là hai hành tinh có thể tích nhỏ nhất.

3.1.3. Tuổi của Trái Đất

So với câu hỏi Trái Đất hình thành từ đâu câu hỏi này có vẻ dễ trả lời hơn nhưng thực

ra không dễ cho một số chính xác, mặc dù ngày nay chúng ta có nhiều phương pháp xác

định tuổi của đất đá tạo nên Trái Đất, cũng như các phương pháp gián tiếp khác căn cứ

theo các quy luật của các quá trình Vật lí xảy ra trên Trái Đất từ khi hình thành đến nay.

a. Các quan niệm và phương pháp xác định trước đây

Thần thoại cổ Iran kể rằng Vũ Trụ được sáng tạo ra từ 12.000 năm trước đây. Những vị

tăng lữ Babylon thì cho rằng tuổi Trái Đất gần 2 triệu năm. Các nhà thần học thời trung

đại dựa vào kinh thánh kết luận Vũ Trụ sáng tạo ra cách đây khoảng 6.000 năm.

Thế kỉ thứ XVII, G. Galilei đã xác định tuổi Trái Đất bằng phương pháp “Đồng hồ

muối”. Ông giả thiết biển và đại dương khi mới hình thành chứa toàn nước ngọt, nước

sông mang theo muối ra đại dương tạo độ mặn cho đại dương. Sau khi tính toán lượng

muối hàng năm nước sông mang ra đại dương và tổng lượng muối của đại dương (đã chú

ý đến Trái Đất phải già hơn các đại dương) ông đã tính được tuổi của Trái Đất khoảng 90

– 350 triệu năm. Giả thuyết của G. Galilei thiếu căn cứ để xác định sự tích lũy muối trong

đại dương luôn xảy ra với tốc độ như hiện nay (không lọai trừ khả năng tích lũy trước đây

chậm hơn), việc hàng ngàn tấn chất khoáng do sự phun trào của núi lửa ngầm liệu có thể

bỏ qua được không.

Đầu thế kỉ XVIII, Buffon trên cơ sở giả thiết lúc đầu Trái Đất là một quả cầu nóng rực

tách ra khỏi Mặt Trời khi nó chạm phải một ngôi sao chổi lớn và ông đã tiến hành một thí

nghiệm mô phỏng như vậy. Ông lấy những viên đạn đại bác bằng đá nung cho nóng trắng

lên và theo dõi chúng nguội lạnh trong không khí sau bao nhiêu

thời gian. Sau khi tính toán theo tỉ lệ giữa Trái Đất và viên đạn đại bác, ông rút ra thời

gian cần thiết để Trái Đất nguội lạnh hoàn toàn là 75.000 năm. Giới tu hành phản đối vì

thời gian lớn hơn so với quan niệm của nhà thờ, còn giới khoa học thì cho tới ngày nay

vẫn chưa biết được chắc chắn là Trái Đất đang nóng lên hay nguội lạnh đi.

Năm 1862, nhà vật lí học William Thomson đã tính toán tuổi của Trái Đất vào khoảng

20 đến 400 triệu năm. Ông giả định rằng Trái Đất được hình thành từ một vật thể hoàn

toàn nóng chảy, và xác định rằng nó cần một khoảng thời gian để lớp gần bề mặt nó nguội

lạnh như hiện nay.

Năm 1869, Thomas H. Huxley, cho rằng tính toán của Thomson là chính xác như dựa

trên giả định sai. Nhà vật lí học Hermann von Helmholtz (năm 1856) và nhà thiên văn học

Simon Newcomb (năm 1892) đã đưa ra hai giá trị tuổi theo cách tính của họ lần lượt là 22

và 18 triệu năm: họ tính toán một cách độc lập thời gian cần để Mặt Trời co lại đến kích

thước (bán kính) và độ sáng hiện tại từ tinh vân khí và bụi khi nó được hình thành.

b. Phương pháp xác định tuổi Trái Đất hiện nay

Sự phân rã phóng xạ xảy ra liên tục trong toàn bộ vỏ Trái Đất và mọi tầng sâu trong

Trái Đất. Như vậy nếu biết được tốc độ phân rã của các nguyên tố phóng xạ và lượng chì

tích tụ trong khoáng vật thì có thể tính được thời gian thành tạo khoáng vật này. Các nhà

Địa chất học và các nhà Địa vật lí hiện đại cho rằng tuổi của Trái Đất khoảng 4,54 tỷ năm

(4,54 × 10

năm ± 1%). Giá trị này được xác định bằng tuổi đồng vị phóng xạ của các

thiên thạch và vật liệu có tuổi cổ nhất trên Trái Đất đã được biết đến cũng như các mẫu

trên Mặt Trăng.

Hình 3.3. Đường kính của Trái Đất so với các hành tinh

Hiện nay trong những tính toán về kích thước của Trái Đất người ta thường dùng các

số liệu sau:

Bảng 3.2. Các số liệu cơ bản về kính thước Trái Đất

Các yếu tố

Kích thước

Bán kính xích đạo hay bán trục lớn

6378,245 km

Bán kính cực hay bán trục nhỏ

6356,863 km

Bán kính trung bình

6371 km

Độ dẹt ở cực

1:29 hay 21,36 km

Độ dẹt ở xích đạo

1:30.000 hay 213 m

Bán kính xích đạo lớn nằm ở

Kinh tuyến 15

Bán kính kính xích đạo nhỏ nằm ở

Kinh tuyến 105

Chiều dài trung bình của vòng kinh tuyến

40.008,5 km

Chiều dài của xích đạo

40.075,7 km

Diện tích bề mặt Trái Đất

510.083.000 km

Hình 3.4. Cấu trúc của Trái Đất

Thể tích của Trái Đất

1.083 x 1012 km

Khối lượng

5,9736 x 10

Mật độ trung bình

5,5153g/cm

3.2. CẤU TRÚC CỦA TRÁI ĐẤT

(Nguồn: NASA)

Trái Đất có cấu tạo phân đới và đồng tâm từ ngoài vào trong có 3 đới cơ bản: vỏ Trái

Đất, manti và nhân. Ở giữa vỏ Trái Đất và manti trên ở độ sâu trung bình 35 km là bề mặt

Mohorovic, còn ranh giới giữa manti dưới và nhân ngoài là bề mặt Wiechert – Gutenberg.

Nhân Trái Đất là một lớp rất dày từ độ sâu 6400 km đến 2900 km, trong

đó ranh giới giữa nhân trong và nhân ngoài nằm ở độ sâu khoảng 5100 km (khoảng cách

tính từ mặt đất).

Cần phân biệt rõ vỏ Trái Đất là vỏ Thạch quyển. Vỏ Trái Đất (bao gồm vỏ lục địa và

vỏ đại dương) ở phía trên cộng thêm manti trên ở phía dưới mới cấu thành vỏ Thạch

quyển có độ sâu khoảng 100 km. Vỏ Thạch quyển chuyển động trên quyển mềm thuộc

manti trên có độ sâu từ 100 km đến 400 km.

3.2.1. Vỏ Trái Đất

Người ta dùng phương pháp địa Vật lí để nghiên cứu cấu trúc sâu của Trái Đất. Đo tốc

độ truyền sóng địa chấn (sóng dọc – P) cho phép xác định được thể trọng các đá mà sóng

đo qua và dự đoán về thành phần thạch học của chúng.

Theo tài liệu địa vật lí, lớp vỏ cứng ngoài được cấu tạo từ đá trầm tích và đá kết tinh

thành lớp vỏ ngoài của hành tinh gọi là vỏ Trái Đất. Lớp vỏ này ở đại dương và lục địa

khác nhau về chiều dày. Năm 1909, khi nghiên cứu sóng địa chấn dọc do động đất ở châu

Âu, Mohorovic – nhà địa vật lí người Nam Tư đã ghi nhận thực tế sóng đi qua 2 môi

trường có tốc độ truyền sóng khác nhau. Đó là ranh giới của vỏ và ranh giới

trên của manti – gọi là mặt Moho (M). Khi đi qua ranh giới này tốc độ sóng cao tới

7,6km/s và cao hơn. Trong phạm vi vỏ Trái Đất, tốc độ sóng P rất nhỏ và đá có thể trọng

nhỏ hơn 3,3 (tương tự như thể trọng đá Mặt Trăng), trong khi đó, thể trọng toàn Trái Đất

là 5,52. Các đất đá dưới lớp vỏ thuộc manti trên có thể trọng gần 3,3 và khi qua đây sóng

P có tốc độ lớn hơn 7,6 km/s.

Đa số các nhà địa chất, địa vật lí chia vỏ Trái Đất ra hai kiểu là vỏ lục địa và vỏ đại

dương. Trung gian giữa chúng là loại vỏ chuyển tiếp. O.K. Leochev (1983) đã chia ra 5

loại vỏ: ngoài 2 loại cơ bản trên còn có kiểu rift và kiểu địa máng.

a. Vỏ lục địa và đại dương

* Vỏ lục địa

Có chiều dày trung bình 35km đến 40 km, chúng thay đổi ở các vùng khác nhau trong

khoảng 10 – 60km. Có nơi vỏ lục địa dày gấp đôi số liệu trung bình, ở đó mặt Moho chìm

xuống khá sâu dưới những công trình tạo núi đồ sộ, chiều dày 70 – 80km và ranh giới đó

được coi là “chân núi”. Ngược lại, ở các vùng rift lục địa và chân lục địa lớp vỏ lục địa có

chiều dày nhỏ nhất. Vỏ lục địa không chỉ thay đổi chiều dày mà còn thay đổi tốc độ địa

chấn đi qua chúng.

Vỏ lục địa gồm 3 lớp:

- Trên cùng là đá trầm tích, có bề dày 3-5km, tỉ trọng 1,8-2,5g/cm

, tốc độ truyền

sóng chấn động là 3-5km/s.

- Ở giữa là lớp granit có bề dày 20-70km, tỉ trọng 2,5-2,7 g/cm

, tốc độ truyền sóng

chấn động là 5,5-6,0km/s.

- Dưới cùng là lớp badan dày trung bình 20km, tỉ trọng 2,7-3,9g/cm

, tốc độ truyền

sóng chấn động là 6,1-7,0km/s. Mặt phân cách giữa lớp granit và badan không liên tục

(mặt Conrad).

Vỏ đại Dương

Vỏ đại dương khác hẳn vỏ lục địa. Dưới đại dương, lớp vỏ có chiều dày khá nhỏ, trung

bình khoảng 7km. Trên đó là nước biển có độ sâu khoảng 5km. Về thành phần hóa học, sự

khác nhau cơ bản giữa vỏ lục địa và đại dương là lượng SiO2: vỏ lục địa chứa 60%, vỏ đại

dương ít hơn 50%. Vỏ đại dương được chia thành 3 lớp:

− Lớp 1: Gồm các trầm tích bở rời không gắn kết, có độ dày tương đối nhỏ. Phần lớn các

trầm tích đại dương tập trung ở những vùng rìa lục địa và một lớp rất mỏng phủ trên ở

ngoài lớp vỏ đại dương thực thụ. Ở sống núi đới trung tâm đại dương, chiều dày lớp

phủ trầm tích tăng dần về phía các bồn trũng sâu đại dương. Ở đó một vài lớp phủ đạt

tới 2.000 – 3.000m, trung bình khoảng 300m, tỉ trọng 1,93- 2,3g/cm

, tốc độ truyền

sóng 2km/s.

− Trầm tích bị biến dạng dọc theo đứt gãy và sườn lục địa. Ở các nơi khác của đáy đại

dương chúng hầu như không bị biến dạng. Đó là căn cứ khá tin cậy cho cơ chế kiến

tạo mảng. Nét đặc trưng là trầm tích đại dương khá trẻ, đến nay ở đại dương mới tìm

thấy đá tuổi cổ nhất là kỉ Jura, còn trầm tích Trias chỉ thấy ven rìa lục địa.

− Lớp 2: Lớp “móng” hay lớp “bazan” có bề dày từ 1,7±0,8km, tốc độ truyền sóng là 4-

6km/s, tỉ trọng là 2,59g/cm

, thành phần chủ yếu là bazan. Trên bề mặt đại dương lớp

bazan nhiều nơi là các núi ngầm nổi cao. Bazan thuộc loại dung nham phun nổ và

dòng chảy.

− Rõ ràng, lớp 2 được tạo thành do núi lửa phun dưới nước. Các dòng dung nham núi

lửa bao lấy các lớp trầm tích trong khi tạo lớp vỏ đại dương ở các đới sống núi trung

tâm đại dương.

− Lớp 3: thường được gọi là lớp “đại dương” có thành phần là serpetin, được hình thành

do quá trình hydrat hoá của phần trên Manti. Lớp này có bề dày 4,8±1,4km, tốc độ

truyền sóng chấn động là 6,7km/s, tỉ trọng là 2,95g/cm

. Quá trình phân dị mắc-ma

mãnh liệt dẫn đến không chỉ nóng chảy bazan mà còn tạo nên loại đá có thành phần

giàu mafic (kumuliat giàu olivin và plagioclaz) tham gia tạo lớp thứ 3.

Hiện nay, theo nhiều tài liệu nghiên cứu có khoảng 60% mặt đất có mặt vỏ kiểu đại

dương và sự phân bố của chúng trùng với những vùng Trái Đất mà hiện nay đại dương

bao phủ. Ở các đới va chạm các mảng, vở đại dương bị ép kiến tạo, có thể xảy ra trường

hợp các khối vỏ này bị nén ép trồi lên các tầng trên và đi vào vỏ lục địa.

* Lớp vỏ kiểu chuyển tiếp

Ở các đới rìa lục địa mặt Moho nằm sâu ở đại dương. Ở đây, nơi rìa nối tiếp các cấu

trúc khác nhau vở Trái Đất mang đặc tính pha trộn giữa hai loại vỏ nêu trên mặc dù chưa

ai biết được quá trình chuyển tiếp xảy ra như thế nào. Ở đới rìa lục địa, nhất là rìa lục địa

thụ động, các lớp trầm tích dày hàng chục kilomet nên khó lòng khoan xuyên ra nó. Do

đó, các nhà địa chất và địa vật lí nêu lên mô hình lí thuyết như sau:

Tốc độ truyền sóng P qua các đá móng nói chung dao động trong khoảng 6,5 – 6,8

km/s. Điều này chứng tỏ sự giống nhau của các đá thuộc đới này với các đá thuộc lớp

dưới của vỏ lục địa (lớp bazan). Với cách so sánh như vậy cho phép giả thuyết rằng đã có

sự nhấn chìm vỏ lục địa và sự phá hủy granit do kết quả hoạt động rift. Vì vậy, có thể xem

vỏ chuyển tiếp như một loại vỏ lục địa, chỉ khác là bị nhấn chìm sâu và bị biến chất cao.

* Lớp vỏ kiểu rift sinh

Ở sống núi trung tâm Đại Tây Dương lớp vỏ cấu tạo từ trên xuống bao gồm: −

Lớp trầm tích bở rời mỏng nằm giữa các sống núi.

− Lớp thứ 2: có P= 4,5 – 5,8 km/s và chiều dày thay đổi từ vào trăm mét đến 3 km.

− Lớp thứ 3: có tốc độ truyền sóng cao, với P = 7,2 – 7,8 km/s, cao hơn lớp bazan, thấp

hơn ranh giới Moho.

Ở rìa các sống núi hay hai cánh của rift đại dương lớp vỏ này chuyển sang lớp vỏ đại

dương. Khoan ở sống núi Đại Tây Dương lạp được mặt cắt như sau: lớp một là trầm tích

dày 250 m; lớp hai gồm các toleit (bazan chứa ít kim loại kiềm) xen kẽ trầm tích biến

chất; dưới nữa là hỗn hợp dăm tảng peridotit bị secpentia hóa, gabro olivin và dăm kết của

chúng.

* Lớp vỏ kiểu địa máng

Theo O.K. Leochev (1983), thực ra lớp vỏ kiểu địa máng chỉ là lớp vở chuyển tiếp phát

triển ở đới hút chìm, là các đới địa máng hiện đại nằm sát các cung đảo (máng Nhật, máng

Curin, máng Marian,..). Ở đây, chiều dày lớp bazan rất lớn song ranh giới giữa lớp granit

và bazan không rõ ràng. Dưới các cung đảo có lớp vỏ á lục địa, còn dưới máng sâu là lớp

vỏ á đại dương.

Hiện nay, người ta nhận thấy các quá trình magma ở đới chuyển tiếp cũng như ở các

sống núi đại dương, có nguồn gốc liên quan tới các quá trình luân chuyển vật liệu từ đới

sâu của manti

b. Thuyết kiến tạo mảng

* Quá trình phát triển thuyết “Địa kiến tạo mảng”

Trước đây “Thuyết tĩnh” của các nhà địa chất “Cổ điển” (đại diện là Boris Pavlovich

Belousov, 1893 – 1970, nhà bác học người Nga) cho rằng các vận động kiến tạo xảy ra

trên bề mặt lục địa chủ yếu là do những vận động thẳng đứng. Các lục địa có thể trồi lên

hay sụt xuống, bờ biển có thể bị phá hủy hay bồi tụ nhưng các lục địa vẫn nằm yên tại

chỗ.

Đầu thế kỉ XX (1912) “Thuyết tĩnh” được thay thế bằng “Thuyết động” của

Weghener với thuyết “Lục địa trôi” dựa vào sự trùng khớp của các dạng bờ biển Nam Mĩ

với Tây Phi, lục địa Australia với Ấn Độ và Đông Phi dọc vịnh Aráp… và sự trùng hợp về

giới sinh vật ở Nam Mĩ với Châu Phi, ở Bắc Mĩ với Châu Âu…

Theo ông trước đây các lục địa trên là một lục địa duy nhất (Pangea) sau đó tách ra

thành 2 lục địa là Lawrasia và Gondwana (cách đây khoảng 240 triệu năm). Đợt phân chia

đầu tiên của lục địa Gondwana diễn ra vào khoảng giữa hai kỉ Triat và Jura (190- 195 triệu

năm trước đây). Đến khoảng cách đây 135-140 triệu năm, lục địa Nam Mỹ lại bị tách khỏi

lục địa Phi. Đến khoảng giữa hai kỉ Creta và Paleogen (65-70 triệu năm trước đây), mảng

Ấn Độ lại va chạm vào lục địa Á làm nổi lên dải núi trẻ Himalaya.

Lịch sử phân chia lục địa cổ Lawrasia còn chưa được nghiên cứu kĩ như lịch sử phát triển

của lục địa Gondwana.

Nửa đầu thế kỉ XIX nhiều tài liệu đã chứng minh được sự trôi dạt lục địa là có thật,

nhưng tại sao các lục địa lại trôi dạt.

ở các đứt gãy lớn ở các đại dương làm cho vật chất mới đùn ra 2 bên tạo lớp vỏ mới gây ra

sự trôi dạt lục địa – thuyết “Tách giãn đáy đại dương” ra đời.

Năm 1972 hội nghị địa chất thế giới ở Montreal (Canada) đã đưa ra thuyết mới là

“Địa kiến tạo mảng” là thuyết kế thừa 2 thuyết trên.

* Nội dung của thuyết “Địa kiến tạo mảng”

Hình 3.5. Các mảng kiến tạo của Trái Đất theo thuyết “Địa kiến tạo mảng”

Thạch quyển gồm 7 mảng kiến tạo lớn và 1 số mảng kiến tạo nhỏ. Bảy mảng kiến tạo

chính: Mảng Thái Bình Dương, Mảng Á-Âu, Mảng Ấn-Úc, Mảng châu Phi, Mảng Bắc

Mỹ, Mảng Nam Mỹ, Mảng Nam Cực. Và Sáu mảng kiến tạo phụ: Mảng Ả Rập (bán đảo

Ả Rập), Mảng Caribe (Trung Mỹ và biển Caribe), Mảng Cocos (phía tây Mexico), Mảng

Nazca (phía tây châu Nam Mỹ), Mảng Philippines, Mảng Scotia (phía đông nam mũi

Horn). Ngoài ra, còn một số mảng nhỏ khác.

Mỗi mảng kiến tạo này bao gồm cả phần lục địa và phần Đai dương trừ mảng Thái

Bình Dương chỉ có phần Đại dương. Các mảng liến tạo nhẹ, nổi lên trên 1 lớp vật chất

quánh dẻo thuộc phần trên của lớp Manti, chúng không đứng yên mà di chuyển trên lớp

quánh dẻo này. Nguyên nhân tạo nên sự di chuyển là do hoạt động của các dòng đối lưu

vật chất quánh dẻo đậm đặc và có nhiệt độ cao trong tầng Manti trên. Trong khi di chuyển

các mảng kiến tạo sẽ tiếp xúc với nhau, vùng tiếp xúc của các mảng kiến tạo là những

vùng bất ổn kèm theo là hiện

tượng động đất và núi lửa.

3.2.2. Bao Manti

Ranh giới của manti với vỏ Trái đất là bề mặt Moho (tên nhà địa chấn học người Nam

tư Mohosovisic), sóng địa chấn dọc tăng đột ngột từ 6,5 lên 8,2km/s. Thành phần hóa học

chủ yếu là Si và Mg, chia ra thành hai lớp là manti trên và manti dưới.

− Manti trên có độ sâu từ ranh giới Moho đến độ sâu khoảng 950 km, bao gồm 3 lớp:

Lớp 1- Mái Manti (manti thuộc Thạch quyển), lớp 2 - Quyển mềm (100 – 400 km) –

lớp hạ tốc và lớp 3 - Lớp tăng tốc độ sóng dọc, nằm giữa quyển mềm và manti dưới

(400 – 950 km).

− Manti dưới có độ sâu từ 950 – 2.900km. Thành phần hóa học của manti được xác định

gián tiếp qua tài liệu địa vật lí, thành phần thiên thạch và thành phần của các thể tù

(xenolit) và bao thể trong đá siêu mafic. Vì vậy, thành phần hóa học của manti tương

tự với thành phần hóa học của manti tương tự với thành phần hóa học của thiên thạch,

các thể tù trong đá siêu mafic ở sống núi giữa đại dương.

Lớp manti là lớp có độ nhớt cao nhất nằm phía dưới lớp vỏ và phía trên nhân ngoài.

Đây là lớp vật chất lớn nhất của Trái Đất, chiếm khoảng gần 70% thể tích của nó. Các giai

đoạn nóng chảy và các hoạt động của macma đã hình thành nên vỏ Trái Đất và các loại

khí thoát ra trong quá trình nóng chảy này đã bổ sung một lượng lớn các chất khí vào khí

của Trái Đất.

Hình 3.6. Cấu trúc quyển Manti

3.2.3. Nhân

Nhân Trái Đất là đới lõi trong cùng của Trái Đất, có độ sâu từ 2.900km đến 6.400km.

Nhân Trái Đất và manti dưới được ngăn cách bởi bề mặt gián đoạn Wiechert – Gutenberg,

tại đó tốc độ truyền sóng dọc P giảm đột ngột và chấm dứt sự truyền sóng ngang S. Theo

Bullen (1963), gián đoạn truyền sóng dọc ở độ sâu 5100km chứng tỏ rằng có sự thay đổi

từ nhân ngoài có trạng thái lỏng sang nhân trong có trạng thái rắn. Nghiên cứu thực

và Ni. Vì

vậy, Trái Đất có từ trường mạnh hơn các hành tinh khác. Nhân chia ra thành hai lớp là

Nhân ngoài và Nhân trong:

− Nhân ngoài nằm ở độ sâu khoảng 2.900 km phía dưới bề mặt Trái Đất và dày

khoảng

2.260 km. Nhiệt độ của lõi ngoài Trái Đất nằm trong khoảng từ 4.400 °C ở phần trên

và lên đến 5.000 °C ở phần dưới. Lớp chất lỏng và nóng bao gồm sắt và niken này của

lớp lõi ngoài có tính dẫn điện, kết hợp với sự tự quay của Trái Đất, sinh ra hiệu ứng

dynamo (xem thuyết Geodynamo), duy trì các dòng điện và sinh ra từ trường của Trái

Đất. Toàn bộ khối lượng của nhân chiếm khoảng 30,8% khối lượng Trái Đất.

− Lõi (nhân trong) của Trái Đất là phần trong cùng nhất của Trái Đất là một quả cầu chủ

yếu ở dạng rắn có bán kính khoảng 1.220 km, chỉ bằng 70% bán kính của Mặt Trăng.

Nó được cho là chứa hợp kim sắt-niken (hay còn gọi là nhân Nife), và nhiệt độ của nó

tương đương nhiệt độ bề mặt của Mặt Trời, tức khoảng 50.000C.

3.3. ĐẶC TÍNH VẬT LÍ CỦA TRÁI ĐẤT

3.3.1. Nhiệt độ

Trái Đất có 2 nguồn nhiệt cơ bản: Nguồn nhiệt bên ngoài và nguồn nhiệt bên trong.

Nguồn nhiệt bên ngoài (do bức xạ Mặt Trời): có xu hướng giảm theo chiều sâu, tới một

độ sâu nhất định (tùy mỗi nơi do khác nhau về vĩ độ, độ cao bề mặt Trái Đất, các dòng

không khí, dòng biển, lớp phủ thực vật… không tiếp tục giảm nữa và có trị số nhiệt độ

bằng nhiệt độ trung bình hàng năm trên bề mặt Trái Đất. Giới hạn này gọi là tầng đẳng

nhiệt (tầng thường ôn). Độ sâu trung bình từ 2 – 40m.

Nguồn nhiệt bên trong (do sự phân rã của nguyên tố phóng xạ, các phản ứng hóa

học…) từ tầng thường ôn nhiệt độ tăng dần theo chiều sâu trung bình 1

C/33m (cấp địa

nhiệt hay địa nhiệt cấp - số m xuống sâu để nhiệt độ tăng thêm 1

); 3,33

C/100m (Radian

địa nhiệt hay độ nhiệt xuất - số độ bách phân tăng lên khi xuống sâu một đơn vị chiều dài).

Tuy nhiên cấp địa nhiệt khác nhau ở mỗi khu vực vì nó còn phụ thuộc vào nguồn cung cấp

nhiệt, vào tính dẫn nhiệt, thế nằm và các tính chất khác của đá bên trong Trái Đất.

Theo suy đoán của các nhà Địa vật lí thì ở tâm Trái Đất nhiệt độ khoảng 5000

C. Nguồn

nhiệt trong Trái Đất là nguồn năng lượng vô tận để con người sử dụng trong tương lai.

3.3.2. Tỷ trọng và áp suất

Tỉ trọng và áp suất của Trái Đất tăng theo chiều sâu. Tỉ trọng và áp suất trong Trái Đất

được thể hiện qua bảng sau:

Bảng 3.3. Tỉ trọng và áp suất theo độ sâu bên trong lòng Trái Đất

Quyển

Khoảng độ sâu (km)

Tỉ trọng (g/cm

)

Áp suất

(10

atm)

SiAl (vỏ Trái Đất)

0 – 33

2,7 – 3

SiMa (bao

33 – 400

3,32 – 3,65

31 – 100

manti) - Trên

400 – 900

3,65 – 4,68

100 – 340

- Giữa

900 – 2900

4,68 – 5,69

340 – 1320

- Dưới

NiFe (nhân)

2900 – 5100

9,3 – 12,0

1320 – 1370

- Ngoài

5100 – 6371

12,0 – 12,3

1370 - 3510

- Trong

3.3.3. Từ trường

Trái Đất là một khối nam châm khổng lồ nên đã tạo ra một khoảng không gian từ trường

bao quanh bằng 10 lần bán kính của Trái Đất. Khoảng không gian này gọi là từ quyển. Nó

có vai trò ngăn chặn sự xâm nhập của bức xạ hạt từ Vũ Trụ và từ Mặt Trời (gió Mặt Trời)

nguy hiểm tới sự sống

Vị trí của cực từ không trùng với cực Địa lí, nên tại các địa điểm trên bề mặt Trái Đất

kim địa bàn luôn hợp với đường kinh tuyến thành các góc có trị số khác nhau và

được gọi là độ từ thiên. Đường nối các trị số góc bằng nhau được gọi là đường đẳng thiên,

đường đẳng thiên có trị số bằng 0 gọi là kinh tuyến từ.

Các địa điểm (trừ xung quanh xích đạo) trên bề mặt Trái Đất, kim địa bàn đều hợp với bề

mặt nằm ngang một góc nhất định, trị số góc này được gọi là độ từ khuynh. Các địa điểm

ở xích đạo có trị số bằng 0, đường nối các trị số này được gọi là xích đạo từ. Độ từ khuynh

tăng từ xích đạo đến 2 cực (0

đến 90

Trong thực tế trị số đo các điểm trên bề mặt Trái Đất thường lệch với trị số tính toán, sự

chênh lệch này được gọi là dị thường từ. Nguyên nhân do đá nhiễm từ, động đất, núi lửa

và các hoạt động kiến tạo.

h phần hóa học của vỏ Trái Đất

Hình 3.7. Bắc Từ và Bắc Địa lí lệch nhau 11,5

(nguồn của NASA) 3.4. THÀNH

PHẦN HÓA HỌC CỦA TRÁI ĐẤT

Thành phần hóa học của Trái Đất có sự thay đổi từ ngoài vào trong nhân theo quy luật:

Vỏ Trái Đất giàu Si, Al và nguyên tố kiềm, vì vậy các đá của vỏ Trái Đất thường nhẹ và có

màu sáng; Manti giàu Fe và Mg, vì vậy các đá mafic và siêu mafich thường có màu đen và

nặng; Nhân Trái Đất giàu Fe và Ni.

Thành phần hóa học trung bình của Trái Đất cho thấy nguyên tố Fe, Si và O là chủ yếu;

tiếp theo là các nguyên tố như Mg, Ca và Al. Tất cả các nguyên tố còn lại chỉ dao động

dưới 1%.

Thành phần hóa học trung bình của Trái Đất được thể hiện ở bảng 2.4 dưới đây:

Bảng 3.4. Thành phần hóa học của Trái Đất theo một số tác giả nghiên cứu

Nguyên tố

G.Washington

Niggli

A.Fecman

F. Smidt

B. Mason

27,71

29,30

28,56

29,56

29,53

0,39

0,90

0,52

0,56

0,57

8,96

6,73

11,03

11,28

12,70

1,79

3,01

1,22

1,24

1,09

14,53

14,90

14,47

14,67

15,20

0,11

0,15

0,12

0,15

0,10

0,64

0,73

1,44

3,29

1,93

0,11

0,29

1,38

1,40

1,13

2,52

2,99

1,38

1,40

1,13

0,02

0,54

0,07

0,05

0,20

0,13

0,26

0,07

0,14

0,18

0,22

39,76

36,9

40,61

34,82

34,63

0,23

0,18

0,06

0,17

0,13

(Nguồn: Đặng Trung Thuận (2005) – đơn vị %)

3.4.1. Thàn

của chúng rất khác nhau. Chẳng hạn, các nguyên tốc O, Si, Al, Fe có số Clark gấp 10

–

lần nguyên tố hiếm như Au, Bi, Pd, Pa,… Nếu tính tổng 3 nguyên tố đầu (O, Si, Al)

theo thứ tự hàm lượng giảm dần đã chiếm 82,5%; tổng số 12 nguyên tố đầu (O, Si, Al, Fe,

Ca, Na, K, Mg, H, Ti, C, Cl) chiếm 99,21%. Tất cả các nguyên tố còn lại chỉ chiếm 0,71%

trọng lượng của của vỏ Trái Đất.

Trị số Clark

được xem như hàm lượng nền đối với các nguyên tố. Theo các vùng lãnh

thổ hàm lượng nguyên tố có thể rất cao so với Clark tạo thành dị thường và mỏ, ngược lại

có nơi rất thấp so với giá trị Clark.

Bảng 3.5. Bảng trị số Clack của các nguyên tố học học trên Trái Đất

Nguyê

n tố

Trị số

Clark

Nguyê

n tố

Trị số

Clark

Nguyê

n tố

Trị số

Clark

Nguyê

n tố

Trị số

Clark

49,3

0,12

0,01

4. 10-4

26,0

0,10

0,01

10-4

7,45

0,10

0,003

10-4

4,20

0,03

0,007

10-4

3,25

0,05

0,003

8. 10-5

2,40

0,40

0,002

5. 10-5

2,35

0,035

0,0016

3,2. 10-5

2,35

0,03

0,001

2,4. 10-5

1,00

0,025

0,001

2. 10-5

0,61

0,02

5.10-4

10-5

0,35

0,02

4. 10-4

10-5

0,20

0,02

10-5

(Nguồn: Lưu Đức Hải – Trần Nghi (2000))

3.4.2. Thành phần hóa học của bao Manti

Thành phần hóa học của của manti Trái Đất có nhiều nét tương đồng với các thiên thể

khác. Tuy nhiên, các nguyên tố bay hơi và khí trơ của Trái Đất nhỏ hơn Vũ Trụ và

các

thiên thể khác hàng trăm đến hàng nghìn lần. Điều đó chứng tỏ Trái Đất có sự phân dị rõ

rệt trong suốt lịch sử tiến hóa 5 tỉ năm. Thành phần hóa học của manti Trái Đất được thể

hiện qua bảng dưới đây:

Năm 1889 W. Clark (Mỹ) đã lần đầu tiên phân tích và tính toán hàm lượng trung bình, trị số % trọng lượng

nguyên tử của nguyên tố trong vỏ trái đất của 50 nguyên tố chủ yếu nhất trong vỏ trái đất. Nhiều nhà khoa học

khác cũng tiến hành phân tích, tính toán và cho kết quả không quá sai khác giá trị trung bình trên được gọi là trị

số Clark. Ngày nay trị số Clark được tính cho nhiều nguyên tố khác.

Bảng 3.6. Thành phần hóa học của Manti

Đới Manti

Thành

phần

khoáng

vật

Thành phần hóa học của Manti

Các

chỉ

tiêu

Ocid

Thiên

thạch

(Mason,

1996)

Thể tù siêu

mafic

(Huchison,

1974)

Siêu mafic

(Dimonitrie

v, 1996)

Moho

Mái

Olivin

SiO2

48,1

45,0

45,5

Manti

Pyroxen

MgO

31,1

39,0

42,2

100

Quyển

Granat

FeO

12,7

8,0

8,3

mềm

Spinen

Al2O3

3,1

3,5

3,8

Đới

chuyể

tiếp

Amphib

CaO

2,3

3,25

2,1

Na2O

1,1

0,28

0,4

Hogopit

Cr2O3

0,55

0,41

MnO

P2O5

K2O

TiO2

0,42

0,34

0,12

0,11

0,04

0,09

0,2

0,1

2900

Pyroxen

Biến thể

Inmenit

và

Pericla

NiO

0,25

Tổng

99,95

99,93

102,6

cộng

(Nguồn: Lưu Đức Hải – Trần Nghi (2000))

3.5. SỰ PHÂN BỐ LỤC ĐỊA VÀ ĐẠI DƯƠNG TRÊN TRÁI ĐẤT

Bề mặt Trái Đất có diện tích khoảng 510 triệu km

trong đó đất nổi chiếm 29% (149

triệu km

) và đại dương 71% (361 triệu km

3.5.1.

Đất nổi

Đất nổi gồm các lục địa (lục địa là những bộ phận đất nổi rộng lớn liền thành một khối

và thường có những đặc điểm riêng về địa chất và Địa lí; châu lục là bộ phận của thế giới

bao gồm nhiều quốc gia nằm trên các đại lục và các đảo phụ thuộc) và các đảo (đảo là

những bộ phận của đất nổi có nguồn gốc từ lục địa hoặc có nguồn gốc núi lửa hoặc san

hô).

Như vậy đại lục là một khái niệm về tự nhiên còn châu lục là một khái niệm về chính trị,

lịch sử.

Bảng 3.7. Diện tích các lục địa và châu lục trên Trái Đất

Lục địa

Diện tích (triệu km

)

Lục địa

Diện tích (triệu km

)

Á – Âu

50,7

Nam Mỹ

18,1

Phi

29,2

Nam Cực

13,9

Bắc Mỹ

20,3

Ôxtrâylia

7,7

Châu lục

Diện tích (triệu km

)

Châu lục

Diện tích (triệu km

)

43,6

Nam Cực

14,0

Mỹ

42,5

Âu

10,0

Phi

30,0

Đại dương

8,9

3.5.2. Đại dương

Đại dương là bộ phận nước bao phủ trên bề mặt Trái Đất có diện tích rất lớn. Dựa vào

một số khác biệt về độ sâu, thời tiết, độ mặn, chế độ thủy triều, dòng biển… đại dương thế

giới được chia thành 4 đại

dương theo bảng bên

dưới:

Bảng 3.8. Diện tích của

các đại dương

lớp trên Trái Đất

Đại dương

Diện tích

(triệu km

)

Thái Bình Dương

179,6

Đại Tây Dương

93,4

ương. Nó biểu hiện rõ rệt nhất ở các dải núi trẻ, những khu

Ấn Độ Dương

74,9

Bắc Băng Dương

13,1

Hình 3.8. Sơ đồ đường cong độ cao và độ sâu của địa hình lục địa và đại dương 3.5.3.

Một số quy luật trong sự phân bố các lục địa và đại dương trên Trái Đất

Phần lớn các lục địa trên Trái Đất đều tập trung ở Bán cầu Bắc (39%), còn đại dương

tập trung ở Bán cầu Nam (81%). Các lục địa phân bố trên Trái Đất thành 2 dải: dải Bắc

gồm có lục địa Á-Âu, Bắc Mỹ và dải gần xích đạo gồm có lục địa Nam Mỹ, Phi và Úc.

Lục địa Nam Cực nằm ra ngoài 2 dải trên. Các lục địa thuộc dải Bắc có địa hình cắt xẻ

phức tạp, thềm lục địa rộng, đường bờ biển khúc khuỷu. Tất cả những đặc tính đó phụ

thuộc vào cấu trúc địa chất phức tạp của lục địa cổ Lawrasia. Các lục địa thuộc dải gần

xích đạo có địa hình tương đối đơn giản, đường bờ biển ít khúc khuỷu và thềm lục địa hầu

như không có. Điều đó phù hợp với tính chất tương đối đồng nhất về cấu trúc địa chất của

lục địa cổ Gondwana. Các lục địa và đại dương nói chung đều có vị trí đối chân ngược

nhau. Mỗi lục địa tương ứng với một đại dương ở phía đối diện và ngược lại. Biểu hiện rõ

nhất là vị trí của lục địa Nam Cực và Bắc Băng Dương, Lục địa Bắc Mỹ với Ấn Độ

Dương, lục địa Phi và Á-Âu với Thái Bình Dương. Riêng phần nam của lục địa Nam Mỹ

đối chân với vùng Đông Nam Á.

Hầu hết các lục địa đều có dạng tam giác quay mũi nhọn về phía nam. Tiêu biểu hơn

cả là các lục địa Nam Mỹ, Phi, lục địa Á-Âu ít rõ hơn. Riêng lục địa Úc không đúng quy

luật. Các dạng địa hình kéo dài theo kinh tuyến thường có dạng hình chữ S. Tiêu biểu nhất

là hướng của các dãy núi dọc bờ tây châu Mỹ, dải núi ngầm trong Địa Tây Dương và dải

quần đảo cũng như bờ biển phía đông châu Á. Các lục địa đều phân bố tập trung ở khu

vực hai đầu trục ngắn xích đạo (của hình ellipsoid).

Trên bề mặt Trái Đất có 3 vòng đai đứt gãy lớn:

− Vòng đai đứt gãy Địa Trung Hải gần như men theo vĩ tuyến 350B qua Địa Trung Hải,

hệ núi Anpi - Bắc Phi và Nam Âu, các dải núi Kavkaz, Tiểu Á, Himalaia và

Đông D

biển sụt lún,

những khu vực núi lửa và động đất.

− Vòng đai đứt gãy ở Bán cầu Nam men theo vĩ tuyến 35

N. Nó biểu hiện ở chỗ các lục

địa gần như kết thúc ở đây.

− Vòng đai Thái Bình Dươngdọc theo 2 bờ lục địa Á - Mỹ theo hướng kinh tuyến. Ở đây

nó cũng được biểu hiện bằng các dải núi trẻ, các dãy đảo hình cung, các núi lửa và

động đất.

Đường bờ một số lục địa có hình dạng lồi, lõm khớp với nhau, chẳng hạn: bờ tây lục

địa Phi với bờ đông lục địa Nam Mỹ, bờ đông lục địa Á với các đảo ở tây nam Thái Bình

Dương…Đây cũng là cơ sơ để xây dựng giả thuyết lục địa trôi.

Hướng dẫn nghiên cứu tài liệu chương 3:

1. Chứng minh Trái Đất có dạng Ellipsoid.

2. Tại sao trong đo vẽ Trắc Địa, người ta lại dùng dạng Geoid của Trái Đất.

3. Vẽ hình và mô tả cấu trúc 3 lớp của Trái Đất

4. Tại sao ở tâm Trái Đất lại tồn tại ở thể rắn mặc dù nhiệt độ nơi đây rất lớn? 5.

Cho biết mối quan hệ giữa nhiệt độ và áp suất trong lòng đất và trên bề mặt đất.

6. Nguyên tố hóa học chủ yếu của lớp Vỏ, Manti và Nhân của Trái Đất. 7. Phân

tích đặc điểm phân bố lục địa và đại dương trên Trái Đất.

Học liệu số hỗ trợ tham khảo cho chương 3:

1. Hình dạng và kích thước Trái Đất (acacdemia.edu).

2. Phương pháp địa chấn (Youtube).

3. Trái Đất hình thành như thế nào (Youtube).

4. Cấu tạo bên trong của Trái Đất (Youtube).

5. Cấu tạo và thành phần bên trong của Trái Đất (Youtube).

Chương 4 - CÁC VẬN ĐỘNG CỦA TRÁI ĐẤT VÀ HỆ QUẢ

4.1. VẬN ĐỘNG TỰ QUAY QUANH TRỤC VÀ HỆ QUẢ 4.1.1. Vận

động

Thế kỉ thứ IX trước CN trường phái toán học Pithagore đã biết Trái Đất quay quanh

trục và sinh ra ngày đêm. Thế kỉ thứ II sau công nguyên nhà thiên văn học Ptolémeé (Hi

Lạp) với thuyết “Địa tâm hệ” coi Trái Đất là trung tâm, MT và các sao quay xung quanh

nó. Học thuyết này phù hợp với quan niệm của nhà thờ.

Thế kỉ XV – XVI nhà thiên văn học Balan Copernic cho ra đời thuyết “Nhật tâm hệ” –

coi Mặt Trời là trung tâm, Trái Đất và các hành tinh vừa chuyển động quanh Mặt Trời vừa

chuyển động quanh trục. Đây là học thuyết chống lại học thuyết của Ptolémeé do đó nó bị

cấm phổ biến.

Đầu thế kỉ XVII hai nhà thiên văn ý Bruno và Galilée đã truyền bá học thuyết

Copernic và số phận là một người phải lên giàn hỏa còn một người phải quỳ gối trước tòa

án của giáo hội phủ nhận Trái Đất tự quay. Song sự vận động tự quay của Trái Đất là một

hiện tượng khách quan và một chỉ thời gian sau với thí nghiệm của mình Foucault đã

chứng minh được hiện tượng đó.

Ông dùng một quả lắc nặng 28kg có đầu nhọn treo bằng một sợi dây dài 40m trên trần

điện Pantheon (Paris) và ở dưới là một bàn cát phẳng. ông cho con lắc dao động, sau một

thời gian nó vạch trên bàn cát những đường thẳng AA’, BB’ ,CC ‘… những đường vạch đó

làm cho chúng ta có cảm giác hình như mặt phẳng dao động của con lắc chuyển dịch từ

Đông sang Tây. Theo nguyên lí cơ học thì mặt phẳng dao động của con lắc không bao giờ

đổi hướng. Như vậy hiện tượng trên chính là do bàn cát đã chuyển động hay Trái Đất đã

chuyển động tự quay từ tây sang đông.

Hình 4.1. Thí nghiệm con lắc đơn của Foucault

Đặc điểm vận động, vận tốc gốc, vận tốc dài

4.1.2. Hệ quả

a. Ngày và đêm

* Sự luân phiên ngày đêm

Hình khối cầu của Trái Đất luôn được Mặt Trời chiếu sáng một nửa, còn một nửa

không được chiếu sáng, vì thế đã sinh ra ngày và đêm. Tuy nhiên, do Trái Đất tự quay

quanh trục, nên mọi nơi ở bề mặt Trái Đất đều lần lượt được Mặt Trời chiếu sáng rồi lại

chìm trong bóng tối, gây nên hiện tượng luân phiên ngày và đêm trên Trái Đất.

Hình 4.2. Hiện tượng luân phiên ngày đêm trên Trái Đất

* Sự điều hòa nhiệt giữa ngày và đêm

Nhờ vận động tự quay mà mọi địa điểm trên bề mặt Trái Đất trong 24 giờ đều luân

phiên có ngày và đêm (ngày là thời gian được chiếu sáng, đêm là thời gian trong bóng

tối), nhờ đó mà nhiệt độ mặt đất được điều hòa, sự sống phát triển tương đối thuận lợi.

b. Giờ và đường đổi ngày quốc tế

* Hệ tọa độ địa lí

Trong quá trình tự quay mọi địa điểm trên Trái Đất đều di chuyển khỏi vị trí của nó –

trừ hai điểm quay tại chỗ đó là cực Bắc và cực Nam (cực Bắc là cực mà từ đó nhìn thấy

Trái Đất quay ngược chiều kim đồng hồ). Từ 2 cực kẻ đường thẳng xuyên tâm nối liền 2

cực đó là trục Trái Đất, nó luôn nghiêng trên mặt phẳng Hoàng đạo một góc là 66

33’. Từ

các yếu tố trên người ta tiếp tục xây dựng quy ước các yếu tố còn lại.

Vòng xích đạo (đường xích đạo) là vòng tròn lớn nhất có mặt phẳng vuông góc với trục

Trái Đất và chia Trái Đất thành 2 bán cầu bằng nhau (bán cầu Bắc chứa cực Bắc, bán cầu

Nam chứa cực Nam). Vĩ tuyến là các vòng tròn nhỏ có mặt phẳng song song với mặt

phẳng xích đạo. Các vĩ tuyến ở Bán cầu Bắc gọi là vĩ tuyến Bắc, ở Bán cầu

Nam gọi là vĩ tuyến Nam. Theo quy ước mỗi bán cầu được chia thành 90 vòng vĩ tuyến

mỗi vòng cách nhau 1

Vĩ độ Địa lí (ϕ) là khoảng cách đo bằng cung tính từ các vĩ tuyến đến xích đạo hay đó

là độ lớn của các góc có một cạnh là đường bán kính xích đạo, còn cạnh kia là đường bán

kính có đầu ra trên vĩ tuyến.

Đường kinh tuyến là đường cong chạy trên bề mặt Trái Đất nối liền 2 cực.

Vòng kinh tuyến là 2 đường kinh tuyến đối nhau tạo thành một vòng tròn đi qua 2 cực.

Các vòng kinh tuyến đều bằng nhau.

Kinh độ Địa lí (λ) là khoảng cách biểu hiện bằng cung đo từ các kinh tuyến đến kinh

tuyến gốc hay đó cũng là độ lớn của các góc nhị diện do các mặt phẳng của 2 vòng kinh

tuyến tạo nên, trong đó có một mặt phẳng của kinh tuyến gốc. Kinh tuyến gốc là kinh

tuyến đi qua đài thiên văn Greenwich ở ngoại ô thủ đô London của nước Anh. Kinh tuyến

đó được đánh số 0

, từ đó đi về phía Đông đến kinh tuyến 180

là các kinh tuyến Đông, đi

về phía Tây đến 180

là các kinh tuyến Tây.

Giờ

trên

Trái Đất chuyển động tự quay một vòng (360

) trong một khoảng thời gian nhất định,

khoảng thời gian đó là 1 ngày. Để tiện tính toán thời gian trên thế giới, Hội nghị thiên văn

quốc tế năm 1884 ở Washington, Hoa Kì đã quy ước chia Trái Đất thành 24 khu vực giờ

(giờ múi, mỗi múi bằng 15

= 360

: 24 giờ) và đánh số từ 0 đến 23. Giờ của múi số 0 được

gọi là giờ quốc tế.

Hình 4.3. Bản đồ múi giờ theo giờ quốc tế

Giờ quốc tế (GMT – Greenwich Mean Time) là giờ của đường kinh tuyến gốc – đường

kinh tuyến trung tâm của múi giờ 0. Trên bản đồ múi giờ, nếu các múi mang giá trị +1, +2,

+3… sẽ tương ứng lần lượt các múi giờ 1, 2, 3…; nhưng nếu các múi

mang giá trị -1, -2, -3… thì sẽ tương ứng lần lượt các múi giờ 23 (24-1), 22 (24-2), 21 (24-

3)… Ranh giới của múi giờ 0 giới hạn ở 7

30’ Tây và 7

30’ Đông. Như vậy giờ của 2 múi

liền nhau sẽ chênh nhau 1 giờ. Trên thực tế người ta sử dụng ranh giới các múi giờ không

phải là những đường cong hoàn hảo dọc theo các kinh tuyến, ranh giới các múi giờ được

chia sao cho việc quan lí hành chính của các quốc gia được thuận lợi nên nó thường là

những đường gấp khúc, dọc theo chiều kinh tuyến. Lãnh thổ của các quốc gia có thể trải

dài qua nhiều múi giờ nhưng người ta thường lấy múi giờ đi qua thủ

đô là giờ quốc tế chính thức của quốc gia đó.

- Giờ: là một đơn vị thời gian nhỏ dùng để đo lường những khoảng thời gian ngắn và

xác định thời điểm của một ngày, nó chỉ đúng vị trí của Mặt Trời trên bầu trời địa phương.

Như vậy cùng một thời điểm, mỗi địa phương có một giờ riêng – đó là giờ địa phương.

- Giờ địa phương: là giờ đúng giờ thật của tất cả các địa điểm nằm trên cùng một kinh

tuyến. Nếu dùng giờ địa phương sẽ rất phức tạp bởi vì chỉ cần cách nhau một khoảng cách

ngắn đã có giờ khác nhau. Để tránh tình trạng lộn xộn người ta phải quy định giờ thống

nhất cho từng khu vực – đó là giờ khu vực.

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

Cách tính giờ múi: Trái Đất được chia thành 24 khu vực bổ dọc theo kinh tuyến (giống

như múi cam nên gọi là múi giờ), mỗi múi bằng 15

(360

:24h). Như vậy giờ của 2 múi

liền nhau chênh nhau 1 giờ.

quyết định

của múi giờ 0

được gọi là giờ quốc tế.

- Giờ quốc tế (GMT – Greenwich Mean Time): là giờ của đường kinh tuyến gốc –

đường kinh tuyến trung tâm của múi giờ 0. Các múi giờ được tính theo thứ tự về phía

Đông 1, 2, 3… Ranh giới của múi giờ 0 giới hạn ở 7

30’ Tây và 7

30’ Đông, múi 1 sẽ có

ranh giới 7

30’ Đông và 22

30’ Đông và kinh tuyến giữa múi này là 15

Đông, múi 2 sẽ có

ranh giới 22

30’ Đông và 37

30’ Đông và kinh tuyến giữa múi này là 30

Đông,… múi 12 sẽ có ranh giới 172

30’ Đông và 172

30’ Tây và kinh tuyến giữa múi này

là 180

, múi 13 sẽ có ranh giới 172

30’ Tây và 157

30’ Tây và kinh tuyến giữa múi này là

165

Tây,…

Mọi múi giờ

trên Trái Đất

đều được xác

định dựa và

giờ

GMT,

tức là lấy

tương đối so

với giờ tại

kinh tuyến 0

qua đài thiên

văn

Greenwich,

Luân Đôn,

Anh. Việt

Nam có kinh

tuyến 105

Đông chạy dọc theo chiều dài đất nước nên phần lớn lãnh thổ nước ta nằm trên

múi giờ số 7 (GMT+7); tuy nhiên lãnh thổ trên đất liền của nước ta trải rộng từ 102

09’

Đông đến 109

24’ Đông nên giờ tại các địa phương sẽ khác nhau, mặc dù sự chênh lệch

này là không lớn (chỉ giây hoặc vài phút).

Trái Đất chia

thành 24 múi

giờ/360

Hình 4.4. Ranh giới các múi giờ trên Trái Đất

- Đường đổi ngày quốc tế: là đường kinh tuyến mà khi vượt qua nó thời gian phải cộng

thêm hoặc bớt đi một ngày. Do Trái Đất có hình khối cầu nên khu vực giờ gốc số 0 trùng

với khu vực 24, nên 24h của ngày hôm trước sẽ là 0h của ngày hôm sau (chẳng hạn, 24h

ngày 01/01/2015 sẽ là 0h của ngày 02/01/2015). Do vậy trên Trái Đất bao giờ cũng có một

khu vực mà ở đó có thể chỉ 2 ngày khác nhau. Để tránh tình trạng phiền phức trong vấn đề

giao thông quốc tế, người ta quy ước lấy kinh tuyến 180

ở múi giờ số 12 trong Thái Bình

Dương làm đường chuyển ngày quốc tế.

* Cách tính giờ:

- Tính giờ theo giờ múi

Ta có công thức tính giờ của một điểm theo giờ múi trên Trái Đất như sau:

Tm = To + M

Trong đó: Tm là giờ của địa điểm cần tính

To là giờ GMT

M là số thứ tự của múi giờ.

Ví dụ: Việt Nam nằm ở múi giờ thứ 7, nếu giờ GMT đang lúc 5 giờ thì giờ của Việt

Nam sẽ là

Tm = To + M = 5 + 7 = 12 giờ

- Tính giờ địa phương dựa vào giờ múi:

Giờ của một múi chính là giờ địa phương của kinh tuyến giữa múi. Như vậy khi biết

giờ múi của một kinh độ, có thể xác định được giờ địa phương hoặc ngược lại biết giờ địa

phương xác định được giờ múi.

TM = Tm ± Dt

Hay Tm = TM ± Dt

Trong đó: TM là giờ múi

Tm là giờ địa phương

Dt là khoảng chênh lệch thời gian giữa kinh độ giữa múi.

Căn

cứ

vào

kinh

độ

đứng

(lớn

hơn) hay

sau (nhỏ

hơn)

kinh độ

giữa

múi

đồng

thời

kinh độ

đó ở

bán cầu

Đông

hay bán

cầu

Tây mà

có thể cộng (+)

hay trừ (–). Nếu ở bán cầu

Đông, kinh độ của điểm

cần tính đứng trước kinh

độ giữa múi thì (+), đứng

sau thì (–); ở bán cầu Tây

ngược lại, đứng trước thì

(–), đứng sau thì (+).

Ví dụ: Việt Nam nằm

ở múi giờ thứ 7 đang lúc 9

giờ và kinh tuyến giữa múi

này là 105

, xác định giờ

địa phương của Điện Biên

102

Đông và Đà Nẵng ở

108

Đông.

Cách xác định giờ:

- Điện Biên cách kinh tuyến giữa múi 7 là: 105

– 102

= 3

- Đà Nẵng cách kinh tuyến giữa múi 7 là: 108

– 105

= 3

- 3

tương đương 3x60’/15 = 12 phút

- Giờ của Điện Biên là: Tm = TM – Dt = 9h – 0h12p = 8h48p

- Giờ của Đà Nẵng là: Tm = TM +Dt = 9h + 0h12p = 9h12p

Dựa vào kinh tuyến để xác định múi

ầu Bắc, nếu các đoàn tàu hỏa di chuyển theo hướng Bắc Na

Khi Trái Đất tự quay quanh trục, mọi địa điểm thuộc các vĩ độ khác nhau ở bề mặt Trái

Đất (trừ hai cực) đều có vận tốc dài khác nhau và hướng chuyển động từ tây sang đông.

Do vậy, các vật thể chuyển động trên bề mặt Trái Đất sẽ bị lệch so với hướng ban đầu (vì

phải giữ nguyên chuyển động thẳng hướng theo quán tính). Lực làm lệch

hướng đó được gọi là lực Coriolis. Ở bán cầu Bắc, vật chuyển động bị lệch về bên phải; ở

bán cầu Nam bị lệch về bên trái theo hướng chuyển động.

Hình 4.5. Tác động của lực Coriolis

Lực Coriolis tác động mạnh tới hướng chuyển động của các khối khí, các dòng biển,

dòng sông, đường đạn bay trên bề mặt đất…

- Trên bán cầu Bắc gió thổi có xu hướng vòng phải, còn ở bán cầu Nam thì vòng trái.

Chẳng hạn, nếu từ một miền nào đó trên bán cầu Bắc có luồng gió bắt đầu thổi thẳng về

phía Cực Bắc, thay vì gió thổi theo hướng Bắc thì dưới tác dụng của lực Coriolis luồng

gió này sẽ thổi lệch về hướng Đông Bắc. Nếu từ một miền nào đó trên bán cầu Bắc có

luồng gió bắt đầu thổi thẳng về phía xích đạo, thay vì gió thổi theo hướng Nam thì dưới

tác dụng của lực Coriolis luồng gió này sẽ thổi lệch về hướng Tây Nam. Bán cầu Nam, gió

thổ về Cực Nam thay vì sẽ thổi thẳng hướng Nam thì sẽ lệch về hướng Đông Nam, gió

thổi về xích đạo thay vì thổi thẳng về hướng Bắc sẽ bị lệch về phía Tây Bắc.

- Ở bán cầu Bắc, các con sông chảy theo hướng Bắc – Nam thì bờ Tây bị xói mòn là

chủ yếu và ngược lại các con sông chảy theo hướng Nam – Bắc thì bờ Đông bị xói mòn

nhiều hơn. Ở Bán cầu Nam thì ngược lại, các cong sông chảy theo hướng Bắc – Nam bờ

Đông bị xói mòn là chủ yếu, các con sông chảy theo hướng Nam – Bắc thì bờ Tây bị xói

mòn nhiều hơn. Các con sông chảy theo hướng từ Tây sang Đông thường là các con sông

lớn hơn các con sông chảy theo hướng ngược lại. Trên thực tế, các con sông lớn có dòng

chảy chủ yếu gần song song với xích đạo theo hướng Tây - Đông thường là sông lớn:

Sông Trường Giang, Sông Amazon, Sông Hoàng Hà...

- Các dòng biển chảy từ xích đạo về hướng Bắc như Gulfstream, Bắc Đại Tây Dương,

Curosivo,… đều lệch sang phía Đông. Các dòng biển chảy từ xích đạo về hướng Nam như

dòng ven bờ Đông Brasil, Madagasca, Đông Úc… đều lệch sang phía Tây.

- Ở bán c

m thì đường ray sẽ

bị mòn nhiều hơn ở phần phía Tây, di chuyển ngược lại theo hướng Nam Bắc thì đường

ray sẽ mòn nhiều hơn ở phần phía Đông. Ở bán cầu Nam, nếu các đoàn tàu hỏa di chuyển

theo hướng Bắc Nam thì đường ray sẽ bị mòn nhiều hơn về phía Đông, di chuyển ngược

lại, đường ray sẽ mòn nhiều hơn về phía Tây.

4.2. VẬN ĐỘNG QUAY QUANH MẶT TRỜI VÀ HỆ QUẢ

4.2.1. Vận động

a. Nhận thức về vận động

Cùng với nhận thức về vận động tự quay quanh trục của Trái Đất, các nhà khoa học

thời cổ đại cũng đã có những nhận định về vận động quay quanh Mặt Trời của Trái Đất.

Các nhận định này được thể hiện thông qua các học thuyết như “Thuyết Địa tâm hệ”,

“Thuyết Nhật tâm hệ”,… Tuy nhiên vẫn chưa có sự thống nhất trong các trường phái trên.

Đầu thế kỉ XVII, nhà thiên văn học người Áo, Kepler đã nêu ra định luật chuyển động của

các hành tinh gồm:

- Các hành tinh chuyển động quanh Mặt Trời theo các quỹ đạo hình elíp với Mặt Trời

nằm ở một tiêu điểm.

- Đường nối một hành tinh với Mặt Trời quét qua những diện tích bằng nhau trong

những khoảng thời gian bằng nhau.

- Bình phương chu kì quỹ đạo của một hành tinh tỷ lệ với lập phương bán trục lớn của

quỹ đạo elip của hành tinh đó.

b. Đặc điểm của vận động

Vận động quay quanh Mặt Trời của Trái Đất có một số đặc điểm sau:

- Trái Đất chuyển động theo một quỹ đạo hình Elip gần tròn có khoảng cách giữa 2 tiêu

điểm là 5 triệu km với độ dài của quỹ đạo là 940 triệu km.

- Trái Đất chuyển động trên quỹ đạo cùng hướng với hướng tự quay với tốc độ trung

bình là 29,8km/giây và hoàn thành một vòng trên quỹ đạo hết 365 ngày 5h 48’56’’

(365, 2422 ngày).

- Khoảng cách tới Mặt Trời và tốc độ trên quỹ đạo có sự thay đổi:

+ Ngày 3/1: Trái Đất ở điểm cận nhật, khoảng cách tới Mặt Trời là 147 triệu km, tốc

độ chuyển động trên quỹ đạo là 30,3km/giây.

+ Ngày 5/7: Trái Đất ở điểm viễn nhật, khoảng cách tới Mặt Trời là 152 triệu km, tốc

độ chuyển động trên quỹ đạo là 29,3 km/giây.

- Trái Đất chuyển động tịnh tiến quanh Mặt Trời, trục luôn nghiêng trên mặt phẳng

hoàng đạo một góc là 66

33’.

Hình 4.6. Vị trí điểm Cận nhật và Viễn nhật của Trái Đất

4.2.2. Hệ quả

a. Chuyển động biểu kiến quanh Mặt Trời

Hiện tượng Mặt Trời ở đúng đỉnh đầu lúc 12 giờ trưa (tia sáng Mặt Trời chiếu thẳng

góc với tiếp tuyến ở bề mặt đất) được gọi là Mặt Trời lên thiên đỉnh. Ở Trái Đất, ta thấy

hiện tượng này chỉ lần lượt xảy ra tại các địa điểm từ vĩ tuyến 23

27’N (ngày 22/12) cho

tới 23

27’B (ngày 22/6) rồi lại xuống vĩ tuyến 23

27’N. Điều đó làm ta có ảo giác là Mặt

Trời di chuyển. Nhưng trong thực tế, không phải Mặt Trời di chuyển mà là Trái Đất

chuyển động tịnh tiến xung quanh Mặt Trời. Chuyển động không có thực đó của Mặt Trời

được gọi là chuyển động biểu kiến hằng năm của Mặt Trời.

- Vào ngày 22/6: Trái Đất ở vị trí gần mút Hoàng đạo – gọi là hạ chí. Lúc này trục Trái

Đất có đầu bắc nghiêng về phía Mặt Trời, ánh sáng Mặt Trời chiếu thẳng góc trên bề

mặt Trái Đất ở vĩ độ 23

27’B. Vòng vĩ tuyến đó gọi là chí tuyến Bắc.

- Vào ngày 22/12: Trái Đất ở vị trí gần mút kia của Hoàng đạo – gọi là đông chí. Lúc

này trục Trái Đất có đầu nam nghiêng về phía có Mặt Trời, ánh sáng Mặt Trời chiếu

thẳng góc trên bề mặt Trái Đất ở 23

27’ Nam. Vòng vĩ tuyến đó gọi là chí tuyến Nam.

- Vào ngày 23/9 và 21/3: Trái Đất ở vị trí trung gian giữa 2 đầu mút của Hoàng đạo - gọi

là thu phân và xuân phân, trục Trái Đất không có đầu nào nghiêng về phía Mặt Trời,

ánh sáng Mặt Trời chiếu thăng góc ở xích đạo.

Như vậy, khi Mặt Trời chuyển động trọn một vòng trên quĩ đạo thì khu vực giữa hai

chí tuyến (23

27’B – 23

27’N) khu vực có tia sáng Mặt Trời chiếu vuông góc với mặt đất

hai lần trong năm, còn từ các chí tuyến về các cực, tia sáng Mặt Trời không bao giờ chiếu

thẳng với góc với bề mặt Trái Đất, góc tới giảm dần về 2 cực.

Hình 4.7. Chuyển động biểu kiến quanh Mặt Trời

Trên bề mặt Trái Đất chúng ta thấy dường như Mặt Trời chỉ di chuyển lên xuống giữa 2

chí tuyến. Đó là chuyển động biểu kiến của Mặt Trời - chuyển động không có thực. Dựa

vào chuyển động biểu kiến của Mặt Trời chúng ta có thể tính được độ cao của Mặt Trời

lúc giữa trưa ở các vĩ độ khác nhau (từ xích đạo tới các vòng cực) theo công thức:

* Vào 2 ngày 21/3 và 23/9, Mặt trời chiếu thẳng góc tại xích đạo. Góc nhập xạ tại các

điểm trên mặt đất (h (0

≤ h ≤ 90

) lúc 12 giờ trưa được tính như sau:

- Tại xích đạo: h=90

- Tại các điểm khác: h=90

- φ

Với φ là vĩ độ của điểm khảo sát (0

≤ φ ≤ 90

)

* Khi mặt trời chiếu thẳng góc tại một điểm bất kì trong thời gian từ 21/3 đến 23/9:

Giả sử vào một ngày bất kì (từ 21/3 đến 23/9), mặt trời chiếu thẳng góc tại điểm N, Gọi

δ (0

≤ δ ≤ 23

’

) là khoảng cách góc từ Mặt trời tại điểm N tới mặt phẳng xích đạo

(xích vĩ của Mặt trời tại điểm N); ϕ(0

≤ φ ≤ 90

) là góc hợp bới đường dây dọi qua φ N

≤ φN ≤

’

) là vĩ độ của điểm N. Góc nhập xạ tại các điểm trên bề mặt đất h (0

≤ h ≤ 90

lúc 12 giờ trưa được xác định như sau:

- Tại điểm N (ϕ

): h=90

Các điểm từ N đến cực Bắc (từϕ

đến 90

B): h = 90

– φ + δ (

≤ h ≤ 90) -

Các điểm từ cực Bắc về phía bắc bán cầu đối diện (từ 90

B đến 90

B +ϕ

): h = φ -

+ δ (≤ h ≤ ϕ

Các điểm từ N về xích đạo (ϕ

về 0

): h = 90

+ φ – δ (

0 0

−ϕ

≤

)

- Tại các điểm từ xích đạo về phía bán cầu Nam (từ 0

đến 90

N - φN ): h = 90

– φ –

δ (≤ h ≤ −ϕ

0 90)

0 0

* Khi mặt trời chiếu thẳng góc tại một điểm bất kì trong thời gian từ 23/9 đến 21/3:

Trong thời gian từ 23/9 đến 21/3 mặt trời lần lượt chiếu thẳng góc tại các điểm từ xích

đạo đến chí tuyến Nam và ngược lại. Tương tự như thời gian từ 21/3 đến 23/9, góc nhập

xạ tại các điểm trên bề mặt đất được xác định như sau:

- Tại điểm N (φN): h=90

- Tại các điểm từ xích đạo về phía bán cầu bắc (từ 0

đến 90

B -ϕ

): h = 90

– φ – δ

(≤ h ≤ −ϕ

0 90).

0 0

- Tại các điểm từ N đến xích đạo (từ ϕ

đến 0

): h = 90

+ φ – δ (

0 0

90 −ϕ

≤ h ≤

90).

- Tại các điểm từ N đến cực Nam (từ φN đến 90

N): h = 90

– φ + δ (

≤ h ≤ 90).

- Tại các điểm từ cực Nam về phía bán cầu Nam đối diện (từ 90

N đến 90

N +ϕ

(≤

≤

0).

Bảng 4.1

Ngày

Vĩ độ

21/3

22/6

23/9

22/12

Công thức

Góc

Nhập

xạ

Công thức

Góc

Nhập

xạ

Công thức

Góc

Nhập xạ

Công thức

Góc

Nhập

xạ

’

B *

Không có tia

sáng Mặt trời

h = - 90

+23

’

Không có tia sáng

Mặt trời

B *

’

Không có tia sáng

h = 90

- φ

’

h = 90

- φ

Mặt trời

’

h = 90

– φ

’

+23

’

h = 90

- φ

’

- 23

’

h = 90

’

h = 90

φ -

’

h = 90

’

h = 90

φ -

’

h = 90

- φ

’

h = 90

φ+23

’

- 23

’

h = 90-

’

h = 90

-φ

’

- Công thức tính độ cao vào một ngày bất kì trong năm

Trừ những ngày đặc biệt, trong năm ta có thể tính độ cao Mặt Trời vào các ngày bất

kì ở những vĩ độ bất kì. Để tính được độ cao này ta có thể dựa vào địa đồ cầu để biết ngày

đó Mặt Trời đang chiếu vuông góc ở vĩ độ nào. Từ vĩ độ đó, ta có thể tính độ cao Mặt Trời

cho các vĩ độ còn lại ở Bắc và Nam bán cầu theo công thức công thức:

H = 90 - ϕ, trong đó ϕlà khoảng cách vĩ độ từ vĩ độ Mặt Trời đang chiếu vuông góc

đến vĩ độ cần tính góc tới của tia sáng Mặt Trời.

Ví dụ: Tính độ cao Mặt Trời vào ngày 15/11 ở vĩ độ 10

Dựa trên Địa đồ cầu ta thấy, ngày 15/11, Mặt Trời chiếu vuông góc ở vĩ độ 19

N. Do

vậy khoảng cách đến 10

B là 29 vĩ tuyến. Vậy độ cao Mặt Trời ở 10

B vào ngày 15/11 là:

H10B = 90 – 29 = 61

’

Không có tia sáng

’

Mặt trời

* Bán cầầu đốếi diện

’

Không có tia

sáng Mặt trời

Không có tia sáng

Mặt trời

h = φ -

+23

’

Hình 4.8. Địa đồ cầu

Công thức tính

Bên cạnh đó, ta cũng có thể tính toán được vĩ độ mà Mặt Trời đang chiếu vuông góc

mà không cần dựa vào Địa đồ cầu. Cách tính như sau, Mặt Trời chuyển động từ

Xích Đạo đến Chí tuyến mất khoảng thời gian là trung bình là 3 tháng. Như vậy

trong vòng 3 tháng đó, Mặt Trời sẽ di chuyển được 23,5 vĩ tuyến. Tính trung bình mỗi vĩ

tuyến Mặt Trời mất khoảng 4 ngày để di chuyển qua. Do đó, từ ngày 21/3 đến 22/6, Mặt

Trời sẽ di chuyển trong khoảng vĩ độ từ Xích đạo đến Chí tuyến Bắc. Dựa vào khoảng

thời gian đó, ta sẽ tìm được Mặt Trời hiện đang chiếu vuông góc ở vĩ tuyến bao nhiêu và

sẽ tính được độ cao Mặt Trời ở các vĩ tuyến còn lại. Tương tự, ta sẽ tìm được độ cao Mặt

Trời trong khoảng thời gian từ 22/6 đến 23/9, từ 23/9 đến 22/12 và từ 22/12 đến 21/3.

b. Sự thay đổi các thời kì nóng lạnh trong năm và hiện tượng ngày đêm dài ngắn

khác nhau trên Địa cầu

Trong năm giữa 2 bán cầu luôn có sự luân phiên các thời kì nóng lạnh và ngày đêm dài

ngắn khác nhau. Thời kì nóng lạnh phụ thuộc vào góc nhập xạ (độ cao Mặt Trời) và thời

gian chiếu sáng, còn ngày đêm dài ngắn khác nhau phụ thuộc vào thời gian chiếu sáng.

dài của ngày hoặc đêm có sự thay đổi lớn từ xích đạo về 2 v

Thời gian từ 21/3 đến 23/9: bán cầu Bắc nghiêng về về phía Mặt Trời, Mặt Trời chuyển

động biểu kiến từ xích đạo lên chí tuyến Bắc và trở về xích đạo nên mọi địa điểm ở bán

cầu Bắc đều có góc nhập xạ lớn hơn và thời gian chiếu sáng dài hơn bán cầu Nam (xét

cùng vĩ độ và cùng thời điểm)

Ví dụ: vào ngày 22/6, h(52

B) = 90

– 52

+ 23

27’ = 61

27’; h(52

N) =

- 52

– 23

27’= 14

33’

Thời gian chiếu sáng: ở bán cầu Bắc cung chiếu sáng dài hơn (ngày dài), còn ở bán cầu

Nam cung được chiếu sáng ngắn hơn (ngày ngắn). Ở xích đạo ngày đêm bằng nhau. Như

vậy thời

kì

21/3 –

23/9 mọi

địa

điểm ở

bán cầu

Bắc

đều có

góc nhập xạ lớn

hơn và thời gian chiếu

sáng dài hơn các địa

điểm ở bán cầu Nam.

Đó là

thời kì

nóng và

có ngày

dài hơn

đêm ở

bán cầu

Bắc

(ngày

dài,

đêm ngắn), còn ở bán

cầu Nam thì ngược lại.

Thời gian từ 23/9 –

21/3: hiện tượng trên

ngược lại.

Hình 4.9. Diện tích chiếu sang vào ngày 22/6 và 22/12

Kết luận. Trên quỹ đạo chuyển động của Trái Đất quanh Mặt Trời:

- Ngày 21/3 và 23/9 là những vị trí mốc đánh dấu bước vào thời kì nóng hay lạnh,

ngày dài hay ngắn giữa hai bán cầu.

- Ngày 22/6 và 22/12: Là những thời điểm nóng nhất hay lạnh nhất, ngày dài nhất

hay ngắn nhất giữa hai bán cầu

Độ òng cực.

Bảng 4.2.

Bán

cầu Nam vào ngày 22/6

Vĩ độ

Ngày

dài

nhâốt

ở

Bán

câằu

Băốc

Ngày

dài

nhâốt

ở

Bán

câằu

Nam

33’

24h0’

0h0’

21h9’

2h51’

18h30’

5h30’

16h8’

7h52’

14h51’

9h9’

13h56’

10h4’

13h13’

10h47’

12h35’

11h25’

12h0’

Từ các vòng cực về các cực số ngày là 24h toàn ngày hoặc đêm khác nhau.

Bảng 4.3. Số ngày hoặc đêm dài 24h ở các vĩ độ từ các vòng cực về các cực

Bán

câằu

Băốc

33’

Bán

câằu

Nam

Sô ố ngày có 24h toàn ngày

186

161

134

103

Sôố ngày có 24h toàn đêm

Sô ố ngày có 24h toàn đêm

179

153

127

Sôố ngày có 24h toàn ngày

Như vậy số ngày có 24h toàn ngày ở Bán cầu Bắc nhiều hơn Bán cầu Nam. Sở dĩ có

hiện tượng trên là do Trái Đất chuyển động trên quỹ đạo hình ellip. Từ 21 tháng 3 đến 23

tháng 9, đây là thời kì có 24h toàn ngày ở Bán cầu Bắc. Thời kì này Trái Đất chuyển động

trên quỹ đạo gần với điểm viễn nhật (5/7), lực hút của Mặt Trời giảm, nên tốc độ chuyển

động trên quỹ đạo giảm. Do đó số ngày có 24h toàn ngày tăng

lên. Từ 23 tháng 9 đến 21 tháng 3, đây là thời kì có 24h toàn ngày ở Bán cầu Nam. Thời kì

này Trái Đất chuyển động trên quỹ đạo gần với điểm cận nhật (3/1), lực hút của Mặt Trời

tăng, nên tốc độ chuyển động trên quỹ đạo tăng. Do đó số ngày có 24h toàn ngày giảm

bớt.

c. Sự hình thành các vành đai chiếu sáng và nhiệt trên Trái Đất

Trái Đất chuyển động trên một trục nghiêng, nên vùng được ánh sáng Mặt Trời chiếu

thẳng góc trên bề mặt Trái Đất được mở rộng tới các chí tuyến (23

27’B và 23

27’N). Bức

xạ Mặt Trời không chỉ tập trung ở xích đạo mà được phân bố rộng trong vùng nội chí

tuyến (nếu trục Trái Đất thẳng đứng thì chỉ vùng xích đạo nhận được nhiều ánh sáng và

nhiệt nhất, vùng cực nhận được ít nhiệt nhất). Do đó, đây là vùng nhận được nhiều nhiệt

uận vì 17, 18, 19 không chia hết cho 4. lịch này gọi là lịch

n ngày nay.

cực (23

27’ – 66

33’) lượng nhiệt nhận được trung bình nên ấm áp gọi là ôn đới, còn từ

các vòng cực tới các cực (66

33’ – 90

) nhận được lượng nhiệt nhỏ nhất nên lạnh giá

quanh năm gọi là hàn đới.

Hình 4.10. Vành đai nhiệt theo vĩ độ (Trái) và theo đường đẳng nhiệt (Phải)

Sự phân chia như trên mang tính chất lí thuyết vì mới chỉ căn cứ vào một nhân tố là sự

phân bố bức xạ Mặt Trời.

d. Lịch và sự phân mùa

* Dương lịch

Dương lịch là lịch của các dân tộc sống về trồng trọt, nó được xây dựng trên cơ sở

chuyển động của Trái Đất quanh Mặt Trời. Trái Đất chuyển động một vòng quanh Mặt

Trời hết 365 ngày 5h 48’ 46’’ – được gọi là Năm thiên văn. Dương lịch có thời gian lẻ nên

khó tính toán và không thuận tiện cho sinh hoạt. Do đó, người ta quy định lấy 365 ngày

làm một năm lịch. Như vậy, năm lịch ngắn hơn năm thiên văn khoảng 1/4 ngày, sau một

số năm lịch sẽ không đúng với những biểu hiện của thời tiết và khí hậu.

Năm 45 sau CN, lịch trên được sửa lại bằng cách cứ sau 3 năm thì thêm một ngày vào

năm thứ 4, năm đó là năm nhuận (có 366 ngày). Năm nhuận được quy định là năm

mà con số cuối của năm chia hết cho 4 và cũng được quy định mỗi năm có 12 tháng, tháng

lẻ có 31 ngày và tháng chẵn có 30 ngày (riêng tháng 2 có 29 ngày) và được gọi là lịch

Julius. Sau đó, hoàng đế Augustus lại cắt bớt một ngày của tháng 2 (còn 28 ngày) đưa vào

tháng 8 (31 ngày) và thay đổi số ngày của các tháng còn lại. Năm nhuận tháng 2 có 29

ngày. Với cách tính này thì mỗi năm thật chậm hơn năm lịch là 11’14’’, tuy nhiên sau 384

năm lịch sai mất 3 ngày.

Năm 325 sau công nguyên, hội nghị Kitô giáo họp ở Venice quy định việc sử dụng lịch

này và lấy ngày 21/3 hàng năm làm ngày lễ phục sinh.

Đến năm 1582 tức sau 1257 năm (sau hội nghị ở Venice), lịch đã sai mất 10 ngày. Do

đó, giáo hoàng Gregoa XIII (Grégoire XIII) quyết định sửa lại lịch để cho ngày lễ phục

sinh trùng ngày 21/3 bằng cách bỏ 10 ngày trong lịch – đổi ngày 15/10 thành 5/10 và từ

đó trở đi cứ 100 lần nhuận trong 400 năm lại bỏ đi 3 lần.

Để dễ nhớ những năm bỏ nhuận được quy định là những năm cuối thế kỉ mà con số

hàng trăm không chia hết cho 4 (1700, 1800, 1900…). Lịch này gọi là lịch Gregoa và được

dùng cho đến ngày nay. Ví dụ: Năm 1600, 1700, 1800, 1900… thì 1700, 1800, 1900

không có nh Gregoire và được

dùng cho đế

Ở nước Nga do sự bất hòa với giáo hoàng La Mã nên vẫn theo lịch Julien. Do đó khi cách

mạng Tháng10 nổ ra năm 1917 đã bị chênh lệch mất 13 ngày (7/11) nhưng theo lịch cũ

vẫn là ngày 25/10 – gọi là cách mạng Tháng10.

* Mùa

Cách tính các mùa trong dương lịch và âm dương lịch có khác nhau. Ở các nước ôn

đới, vì sự phân hóa về khí hậu 4 mùa rõ rệt nên theo dương lịch thời gian tính như sau:

* Bán cầu Bắc:

Từ 21/3 – 22/6 (mùa xuân) thời gian này Mặt Trời chuyển động biểu kiến từ xích đạo

lên chí tuyến bắc, nhiệt tăng do góc nhập xạ tăng và thời gian chiếu sáng kéo dài. Tuy

nhiên, mặt đất mới bị mất hết nhiệt trước đó khi Mặt Trời còn ở NBC, nên nhiệt độ không

cao thời tiết mát.

Từ 22/6 đến 23/9 (mùa hạ) thời gian này Mặt Trời chuyển động biểu kiến từ chí tuyến

bắc về xích đạo, nhiệt giảm nhưng không đáng kể do góc nhập xạ vẫn còn lớn và thời gian

chiếu sáng vẫn còn kéo dài. Cùng với lượng nhiệt dự trữ qua mùa xuân nên nhiệt độ cao,

thời tiết nóng.

Từ 23/9 – 22/12 (mùa thu) thời gian này Mặt Trời chuyển động biểu kiến từ xích đạo

xuống chí tuyến nam, nhiệt giảm do góc nhập xạ và thời gian chiếu sáng giảm. Tuy nhiên,

lượng nhiệt dự trữ qua mùa hạ vẫn còn nên nhiệt độ không thấp, thời tiết mát.

Từ 22/12 – 21/3 (mùa đông) thời gian này Mặt Trời chuyển động biểu kiến từ chí tuyến

nam về xích đạo, nhiệt tăng nhưng không đáng kể do góc nhập và thời gian

chiếu sáng được cải thiện. Tuy nhiên lượng nhiệt dự trữ qua mùa thu đã hết nên nhiệt độ

thấp, thời tiết lạnh

* Bán cầu Nam: ngược lại

Ở các nước nhiệt đới (khu vực nội chí tuyến) do sự biểu hiện của các mùa không rõ nên

cách tính mùa khác ở các nước ôn đới. Mỗi năm cũng có 4 mùa, nhưng có thêm 24 tiết khí

(gọi tắt là tiết), mỗi tiết cách nhau 15 ngày phù hợp với vị trí của Trái Đất trên quỹ đạo.

Các mùa sớm hơn trong dương lịch 45 ngày.

Hình 4.11. Vận động của Trái Đất và các mùa trong năm

Các tiết trong âm dương lịch: lập xuân (đầu xuân), vũ thủy (mưa rào), kinh trập (sâu

vũ (mưa

tốt lúa),

lập hạ (đầu hạ), tiểu mãn (thu hoạch sớm), mang chủng (gieo mạ), hạ chí (giữa hạ), tiểu

thử (nóng ít), đại thử (nóng nhiều), lập thu (đầu thu), xử thử (hết nóng), bạch lộ (sương

móc trắng), thu phân (giữa thu), hàn lộ (sương móc lạnh), sư ơng giáng (sương rơi), lập

đông (đầu đông), tiểu tuyết (tuyết rơi ít), đại tuyết (tuyết rơi dày).

Các mùa: mùa xuân tính từ tiết lập xuân (4 hoặc 5/2) đến tiết lập hạ (5 hoặc 6 tháng 5);

mùa hạ tính từ tiết lập hạ (5 hoặc 6/5) đến tiết lập thu (7 hoặc 8/8); mùa thu tính từ tiết lập

thu (7 hoặc 8/8) đến tiết lập đông (7 hoặc 8/11); mùa đông tính từ tiết lập đông (7 hoặc

8/11) đến tiết lập xuân (4 hoặc 5/2).

Các tiết (lập…) chỉ thời gian bắt đầu một mùa mới và đồng thời kết thúc mùa cũ còn

tiết (xuân…) chỉ thời gian giữa các mùa.

Ở nước ta tuy có chia ra 4 mùa nhưng ở miền Bắc 2 mùa xuân và thu ngắn và không rõ

như ôn đới, còn ở miền Nam 2 mùa trên hầu như không có mà thay vào đó là 2 mùa khô

và mưa.

Bấm Tải xuống để xem toàn bộ.

Thông tin :

78 trang 10 tháng trước

Môn:

Khoa học trái đất

Trường:

Đại học Cần Thơ

Tác giả:

Thu Hoàn

| 1/78

| | Tải xuống

Preview text:

TS. LÊ VĂN NHƯƠNG (chủ biên)
ThS. LÊ THÀNH NGHỀ, TS. PHAN HOÀNG LINH, ThS. HUỲNH HOANG KHẢ, ThS. LÊ ĐÌNH QUẾ GIÁO TRÌNH
KHOA HỌC TRÁI ĐẤT (Bản thảo)
CẦN THƠ – 2020 MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH .................................................................................................. 5
DANH MỤC BẢNG ................................................................................................. 7
GIỚI THIỆU .............................................................................................................. 8
Chương 1 – NHẬP MÔN KHOA HỌC TRÁI ĐẤT ................................................ 9
1.1. QUAN NIỆM VỀ KHOA HỌC TRÁI ĐẤT .................................................. 9
1.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRÁI ĐẤT .................... 10
1.3. MỐI QUAN HỆ GIỮA KHOA HỌC TRÁI ĐẤT VÀ
CÁC KHOA HỌC KHÁC .......................................................................... 10 1.4. Ý
NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA KHOA HỌC TRÁI ĐẤT12 Chương 2 – R
T ÁI ĐẤT TRONG VŨ TRỤ VÀ HỆ MẶT TRỜI................. ....... 15 2.1. VŨ
TRỤ .......................................................................................................... 15
2.1.1. Quan niệm về Vũ Trụ .............................................................................. 15
2.1.2. Nguồn gốc Vũ Trụ .................................................................................... 15
2.1.3. Các mô hình Vũ Trụ ................................................................................ 18
2.1.4. Hiện tượng giãn nở Vũ Trụ ..................................................................... 20
2.2. THIÊN HÀ.......................................................................................................20
2.2.1. Khái niệm .................................................................................................. 20
2.2.2. Phân loại .................................................................................................... 21
2.2.3. Cụm thiên hà và quần thiên hà ............................................................... 22
2.3. VẬT CHẤT TỐI TRONG THIÊN HÀ VÀ VŨ TRỤ ................................ 22
2.4. HỆ MẶT TRỜI ............................................................................................. 24
2.4.1. Nguồn gốc Hệ Mặt Trời Và Trái Đất ..................................................... 24 2.4.2.
Cấu trúc.................................................................................................. 28 2.4.3. Vận
động của Hệ Mặt Trời .................................................................... 29 2.4.4. Phân bố
khối lượng trong Hệ Mặt Trời ................................................. 29 2.4.5. Đặc điểm các
thiên thể trong Hệ Mặt Trời ............................................. 29 Chương 3 - CÁC ĐẶC
TRƯNG CƠ BẢN CỦA TRÁI ĐẤT ............................. 41 3.1. HÌNH DẠNG,
KÍCH THƯỚC VÀ TUỔI TRÁI ĐẤT............................. 41 3.1.1. Hình
dạng............................................................................................... 41 3.1.2. Kích
thước ............................................................................................. 43 3.1.3. Tuổi của
Trái Đất .................................................................................... 43 1
3.2. CẤU TRÚC CỦA TRÁI ĐẤT ...................................................................... 45
3.2.1. Vỏ Trái Đất ................................................................................................ 46
3.2.2. Bao Manti ..................................................................................................51
3.2.3. Nhân ........................................................................................................ 52
3.3. ĐẶC TÍNH VẬT LÍ CỦA TRÁI ĐẤT ........................................................ 52
3.3.1. Nhiệt độ .................................................................................................... 52
3.3.2. Tỷ trọng và áp suất .................................................................................. 53
3.3.3. Từ trường ................................................................................................. 53
3.4. THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA TRÁI ĐẤT ........................................... 54
3.4.1. Thành phần hóa học của vỏ Trái Đất ...................................................... 55
3.4.2. Thành phần hóa học của bao Manti ........................................................ 56
3.5. SỰ PHÂN BỐ LỤC ĐỊA VÀ ĐẠI DƯƠNG TRÊN TRÁI ĐẤT .............. 57
3.5.1. Đất nổi ....................................................................................................... 57
3.5.2. Đại dương .................................................................................................. 58
3.5 3. Một số quy luật trong sự phân bố các lục địa và đại dương trên Trái Đất59
Chương 4 - CÁC VẬN ĐỘNG CỦA TRÁI ĐẤT VÀ HỆ QUẢ ....................... 61
4.1. VẬN ĐỘNG TỰ QUAY QUANH TRỤC VÀ HỆ QUẢ ............................ 61
4.1.1. Vận động ................................................................................................. 61
4.1.2. Hệ quả ..................................................................................................... 62 4.2.
VẬN ĐỘNG QUAY QUANH MẶT TRỜI VÀ HỆ QUẢ ........................ 68 4.2.1.
Vận động................................................................................................ 68 4.2.2. Hệ
quả .................................................................................................... 69 4.3. VẬN
ĐỘNG TRÁI ĐẤT - MẶT TRĂNG VÀ HỆ QUẢ.......................... 79 4.3.1. Vận
động của Mặt Trăng ....................................................................... 79 4.3.2. Hệ
quả ..................................................................................................... 79 Chương 5 –
LỚP VỎ ĐỊA LÍ CỦA TRÁI ĐẤT .............................................. 85 5.1. KHÁI
NIỆM VÀ GIỚI HẠN ....................................................................... 85 THẠCH
QUYỂN ................................................................................................. 85 5.1.1.
Thành phần khoáng vật .......................................................................... 86 5.1.2.
Thành phần thạch học ............................................................................ 89 5.1.3. Hoạt
động địa chất ngoại sinh ............................................................... 93 5.1.4. Hoạt động
địa chất nội sinh .................................................................... 94 2
5.2. KHÍ QUYỂN ................................................................................................... 96
5.2.1. Khái niệm................................................................................................. 96
5.2.2. Cấu trúc khí quyển .................................................................................. 96
5.2.3. Thành phần của khí quyển ...................................................................... 98
5.2.4. Hoàn lưu khí quyển ............................................................................... 100
5.2.5. Nhiệt độ Khí quyển và biển đổi khí hậu .............................................. 104
5.3. THỦY QUYỂN .............................................................................................. 113
5.3.1. Khái quát ................................................................................................113
5.3.2. Chu trình hoạt động của nước ............................................................... 114
5.3.3. Thành phần Thủy quyển ......................................................................... 115
5.3.4. Sự phân bố của Thủy quyển .................................................................. 116
5.3.5. Nước biển và các hoạt động địa chất của biển ...................................... 120
5.4. THỔ NHƯỠNG QUYỂN ........................................................................... 126
5.4.1. Khái niệm ............................................................................................... 126
5.4.2. Cấu trúc và nguồn gốc ........................................................................... 127
5.4.3. Vai trò và chức năng ............................................................................ 132
5.5. SINH QUYỂN ............................................................................................... 134
5.5.1. Khái niệm ............................................................................................... 134
CHƯƠNG 6 CÁC QUY LUẬT CHUNG CỦA TRÁI ĐẤT ....................................................... 142
6.1. QUY LUẬT THỐNG NHẤT VÀ HOÀN CHỈNH ................................... 142
6.1.1. Khái niệm .............................................................................................. 142
6.1.2. Sự thống nhất của hệ thống vật liệu ...................................................... 142
6.1.3. Ý nghĩa thực tiễn .................................................................................. 143 6.2.
QUY LUẬT TUẦN HOÀN VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG .............. 143 6.2.1.
Khái niệm............................................................................................. 143 6.2.2. Các
vòng tuần hoàn.............................................................................. 144 6.3. QUY
LUẬT NHỊP ĐIỆU .......................................................................... 148 6.3.1. Khái
niệm............................................................................................. 148 6.3.2. Nguyên
nhân ........................................................................................ 149 6.3.3. Biển
hiện .............................................................................................. 149 6.3.4. Ý nghĩa
thực tiễn .................................................................................. 152 3
6.4. QUY LUẬT ĐỊA ĐỚI ................................................................................. 153
6.4.1. Khái niệm ............................................................................................... 153
6.4.2. Nguyên nhân ........................................................................................... 153
6.4.3. Biểu hiện ................................................................................................ 153
6.5. QUY LUẬT PHI ĐỊA ĐỚI ........................................................................ 156
6.5.1. Khái niệm ............................................................................................. 156
6.5.2. Nguyên nhân ......................................................................................... 156
6.5.3. Biểu hiện ............................................................................................... 156
6.5.4. Ý nghĩa................................................................................................. 158 TÀI
LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 160 4
DANH MỤC HÌNH Tên
hình ................................................................................................................. Trang
Hình 2.1. Mô hình Vũ Trụ của C.Ptôlêmée ................................................................... 18
Hình 2.2. Mô hình Vũ Trụ của N.Copecnic .................................................................. 19
Hình 2.3. Kích thước của một thiên hà .......................................................................... 20
Hình 2.4. Ánh sáng từ các thiên hà bị bẻ cong bởi túi vật chất tối ............................... 23
Hình 2.5. Sự va chạm giữa Mặt Trời và sao chổi theo giả thuyết của Buffon .............. 25
Hình 2.6. Sự hạ nhiệt của một thiên thể quay chậm theo giả thuyết của Laplace ......... 26
Hình 2.7. Sức hút của ngôi sao lạ với Mặt Trời theo giả thuyết của Jeans ................... 27
Hình 2.8. Sức hút của Mặt Trời đối với đám mây bụi theo giả thuyết của O.Y. Schmid 28
Hình 2.9. Sơ đồ Hệ Mặt Trời với các hành tinh, vệ tinh, vành đai, .............................. 29
Hình 2.10. Các vệ tinh tự nhiên và tỉ lệ của nó so với Mặt Trăng của Trái Đất ........... 37
Hình 2.11. Vành đai Kuiper so với đám mây Oort....................................................... 38
Hình 2.12. Đường đi và cấu trúc của sao chổi Halley năm 1986 .................................. 39
Hình 3.1. Dạng Ellipsoid của Trái Đất .......................................................................... 41
Hình 3.2. Dạng Geoid của Trái Đất ............................................................................. 42
Hình 3.3. Đường kính của Trái Đất so với các hành tinh ............................................. 45
Hình 3.4. Cấu trúc của Trái Đất ................................................................................... 46
Hình 3.5. Các mảng kiến tạo của Trái Đất theo thuyết “Địa kiến tạo mảng” ............... 51
Hình 3.6. Cấu trúc quyển Manti .................................................................................... 52
Hình 3.7. Bắc Từ và Bắc Địa lí lệch nhau 11,50(nguồn của NASA) .......................... 54
Hình 3.8. Sơ đồ đường cong độ cao và độ sâu của địa hình lục địa và đại dương ...... 59
Hình 4.1. Thí nghiệm con lắc đơn của Foucault .......................................................... 61
Hình 4.2. Hiện tượng luân phiên ngày đêm trên Trái Đất ............................................. 62
Hình 4.3. Bản đồ múi giờ theo giờ quốc tế ................................................................. 63
Hình 4.4. Ranh giới các múi giờ trên Trái Đất .............................................................. 65
Hình 4.5. Tác động của lực Coriolis ............................................................................ 67
Hình 4.6. Vị trí điểm Cận nhật và Viễn nhật của Trái Đất ........................................... 69
Hình 4.7. Chuyển động biểu kiến quanh Mặt Trời ...................................................... 70
Hình 4.8. Địa đồ cầu ...................................................................................................... 73
Hình 4.9. Diện tích chiếu sang vào ngày 22/6 và 22/12 ................................................ 75
Hình 4.10. Vành đai nhiệt theo vĩ độ (Trái) và theo đường đẳng nhiệt (Phải) ............. 76
Hình 4.11. Vận động của Trái Đất và các mùa trong năm ............................................ 78
Hình 4.12. Nhật thực toàn phần và bán phần trên Trái Đất .......................................... 79 5
Hình 4.13. Nguyệt thực toàn phần và bán phần trên Trái Đất ...................................... 80
Hình 4.14. Hệ thống Trái Đất - Mặt Trăng .................................................................. 81 Hình 4.15.
....................................................... . ....................... 82 Hình 4.16.
ngày................................................... . ....................... 82
Hình 4.17. Thuỷ triều và tuần trăng .............................................................................. 83
Hình 5.1. Sơ đồ phân biệt cấu trúc lớp vỏ Trái Đất và Thạch quyển ............................ 85
Hình 5.2. Thành phần và tỉ lệ các chất khí trong Khí quyển ........................................ 99
Hình 5.3. Các đới gió và đới khí áp hành tinh ở mặt đất ............................................ 101
Hình 5.4. Vòng tuần hoàn nước trên Trái Đất ............................................................. 115
Hình 5.5. Tỉ lệ tổng lượng nước và nước ngọt trên Trái Đất...................................... 116
Hình 5.6. Vị trí của 10 con sống dài nhất thế giới...................................................... 117
Hình 5.7. Vị trí của 10 hồ lớn nhất thế giới ............................................................... 119
Hình 5.8. Các sống núi đại dương ............................................................................... 123
Hình 5.9. Vị trí lớp vỏ thổ nhưỡng ở lục địa ............................................................... 127
Hình 5.10. Thành phần vật chất trong đất ................................................................... 127
Hình 5.11. Sơ đồ quá trình hình thành đất.................................................................. 131
Hình 5.13. Phạm vi của sinh quyển ............................................................................. 135
Hình 6.1. Vòng tuần hoàn của đá ............................................................................... 144
Hình 6.2. Sự di chuyển của các khối khí ..................................................................... 145
Hình 6.3. Vòng tuần hoàn của nước ............................................................................ 146 6
DANH MỤC BẢNG
Tên bảng ................................................................................................................... Trang
Bảng 2.1. Quá trình tiến hóa của Vũ Trụ ....................................................................... 17
Bảng 2.2. Phân loại thiên hà theo hình thái của E. Hubble .......................................... 21
Bảng 2.3. Một số thông tin cơ bản về các hành tinh trong hệ Mặt Trời ........................ 33
Bảng 2.4. Khoảng cách và vệ tinh của các hành tinh trong Hệ Mặt Trời .................... 36
Bảng 3.1. So sánh dạng geoid và dạng ellipsoid của Trái Đất ...................................... 42
Bảng 3.3. Tỉ trọng và áp suất theo độ sâu bên trong lòng Trái Đất ............................... 53
Bảng 3.4. Thành phần hóa học của Trái Đất theo một số tác giả nghiên cứu ............... 54
Bảng 3.5. Bảng trị số Clack của các nguyên tố học học trên Trái Đất .......................... 56
Bảng 3.6. Thành phần hóa học của Manti .................................................................... 57
Bảng 3.7. Diện tích các lục địa và châu lục trên Trái Đất ............................................. 58
Bảng 3.8. Diện tích của các đại dương lớp trên Trái Đất .............................................. 58
Bảng 4.1. Góc nhập xạ vào những ngày 21/3, 22/6, 23/9, 22/12 tại một số vĩ độ ....... 72
Bảng 4.2. Thời gian ngày dài nhất trong năm ở các vĩ độ thuộc Bán cầu Bắc và Bán cầu
Nam vào ngày 22/6 ................................................................................................. 75
Bảng 4.3. Số ngày hoặc đêm dài 24h ở các vĩ độ từ các vòng cực về các cực .............. 75
Bảng 5.1. Nhiệt độ và hướng gió ở một số vĩ độ trên Trái Đất ................................... 100
Bảng 5.2. Biến đổi khí hậu từ sau Công nguyên đến thế kỉ XIX................................ 109
Bảng 5.3. Các thông số của 4 đại dương lớn trên Trái Đất ........................................ 114
Bảng 5.4. Thành phần không khí trong đất và trong khí quyển (%) ........................... 129
Bảng 5.5. Các sinh đới lớn trên đất li 7 GIỚI THIỆU
Giáo trình Khoa học Trái Đất được biên soạn hướng đến mục tiêu cung cấp tài liệu
giảng dạy cho sinh viên chuyên ngành Sư phạm Địa lí, đồng thời là tài liệu tham khảo cho
các chuyên ngành có liên quan đến mảng nội dung về Khoa học Trái Đất. Bên cạnh đó,
giáo viên ở các trường phổ thông cũng có thể sử dụng như một dạng học liệu để hỗ trợ
dạy học, đặc biệt là các hình ảnh, bảng số liệu, sơ đồ…
Giáo trình Khoa học Trái Đất gồm 6 chương:
Chương 1 – Nhập môn Khoa học Trái Đất: Chương này khái quát những vấn đề
chung nhất về Khoa học Trái Đất, định hướng nội dung nghiên cứu các chương khác và
khái quát về những bộ môn khoa học có liên quan.
Chương 2 - Trái Đất trong Vũ Trụ và Hệ Mặt Trời: Chương này khái quát các vấn đề cơ bản về V giả thuyết về
nguồn gốc t của các tác giả
C. Buffon, Jeans, Laplace, O. Y. Scmidth.
Chương 3 – Các đặc trưng cơ bản của Trái Đất: Chương này cung cấp cho người
học kiến thức về hình dạng, kích thước của Trái Đất; cấu tạo, các đặc tính vật lí, sự phân
bố của lục địa và đại dương trên Trái Đất
Chương 4 – Vận động của Trái Đất: Chương này cung cấp cho người học kiến thức
về các chuyển động của Trái Đất và hệ quả của nó bao gồm: vận động tự quay quanh trục,
vận động quanh Mặt Trời và sự vận động của hành tinh đôi Trái Đất - Mặt Trăng.
Chương 5 – Các hợp phần của Trái Đất: Chương này cung cấp cho người học kiến
thức về đặc điểm các quyển của Trái Đất bao gồm Thạch quyển, Khí quyển, Thủy quyển,
Thổ Nhưỡng quyển và Sinh quyển.
Chương 6 – Các quy luật chung của Trái Đất: Chương này cung cấp cho người học
kiến thức về khái niệm, nguyên nhân, biểu hiện và ý nghĩa của các quy luật chung trên
Trái Đất bao gồm: quy luật hoàn chỉnh và thống nhất, quy luật tuần hoàn vật chất và năng
lượng, quy luật nhịp điệu, quy luật địa đới và phi địa đới.
Bên cạnh các kiến thức đã cung cấp, người học còn được rèn luyện kĩ năng thông qua
các hoạt động học tập gắn với từng chương, từ đó, phát triển được các năng lực tự học,
tính toán, ngôn ngữ, giải quyết vấn đề,… và các năng lực đặc thù của khoa học Địa lí như:
năng lực tổng hợp lãnh thổ, năng lực sử dụng số liệu thống kê, năng lực sử dụng bản đồ,
năng lực sử dụng biểu đồ - tranh ảnh,…
Nhóm tác giả 8
Chương 1 – NHẬP MÔN KHOA HỌC TRÁI ĐẤT
1.1. QUAN NIỆM VỀ KHOA HỌC TRÁI ĐẤT
Khoa học Trái Đất hay Các Khoa học về Trái Đất (“Geosciences” hoặc “Earth
Sciences”) là ngành khoa học đa lĩnh vực bao gồm tất cả các khoa học liên quan đến Trái
Đất. Có rất nhiều cách tiếp cận khác nhau trong nghiên cứu về Khoa học Trái Đất vì Trái
Đất vốn dĩ là một hệ thống phức tạp, giống như cơ thể con người, bao gồm đa dạng các
thành phần và chúng tương tác với nhau theo những cách rất phức tạp. Trong các nghiên
cứu phổ biến về Khoa học Trái Đất, các nhà khoa học thường tiếp cận dưới dạng nghiên
cứu chuyên sâu Khí quyển, Thạch quyển, Thủy quyển, Thổ nhưỡng quyển và Sinh quyển,
… của Trái Đất như một hệ thống nhất. Trái Đất của chúng ta đã và đang thay đổi trên tất
cả các thước đo không gian và thời gian. Vì vậy nghiên cứu Khoa học Trái Đất có ý nghĩa
rất quan trọng giúp con người hiều biết sâu sắc hơn về nơi mà chúng ta đang sinh sống, từ
đó có những ứng xử phù hợp hơn. Ngày nay, nghiên cứu về khoa học về Trái Đất được
chia thành nhiều ngành, trong đó có sáu nhóm lớn:
– Nghiên cứu nước và không khí trong hoặc trên bề mặt rắn của Trái Đất, bao gồm
nghiên cứu nước trên và trong lòng đất (Thủy văn), sông băng và chỏm băng Băng
hà), đại dương (Hải dương học), bầu khí quyển và các hiện tượng của nó (Khí tượng
học), và khí hậu trên thế giới (Khí hậu học). Các lĩnh vực nghiên cứu này được nhóm
lại ở 2 ngành: khoa học Khí quyển và khoa học Thủy quyển.
– Các nghiên cứu liên quan đến cấu tạo vật lí - hóa học ở bề mặt rắn của Trái Đất, bao
gồm nghiên cứu về khoáng vật (Khoáng vật học), ba nhóm đá chính (đá badan, trầm
tích và biến chất), hóa học của đá (Địa hóa học), các cấu trúc bên trong các lớp đá
(Địa chất cấu trúc), và các đặc tính vật lí của đá trên và bên trong
bề mặt Trái Đất (Địa vật lí).
– Nghiên cứu về địa mạo (Địa mạo), liên quan đến việc mô tả các đặc điểm của các dạng
địa hình trên bề mặt Trái Đất và phân tích các quá trình hình thành chúng.
– Các nghiên cứu liên quan đến lịch sử địa chất của Trái Đất, bao gồm nghiên cứu hóa
thạch và ghi chép hóa thạch (Cổ sinh vật học), sự phát triển của các tầng trầm tích
được lắng đọng thường xuyên qua hàng triệu năm (Địa tầng), hóa học đồng vị và xác
định niên đại của đá (Địa chất học).
– Các nghiên cứu ứng dụng Khoa học Trái Đất để giải quyết các vấn đề trong thực tiễn
cuộc sống, bao gồm nghiên cứu về nhiên liệu hóa thạch (dầu mỏ, khí đốt tự nhiên và
than đá); hồ chứa dầu; mỏ khoáng sản; năng lượng địa nhiệt; cấu trúc và thành phần
của nền móng cho vị trí của lò phản ứng hạt nhân, đường xá, đập, và các tòa nhà chọc
trời; các nguy cơ liên quan đến tuyết lở đá và bùn, núi lửa phun, động đất và sự cố sập
hầm mỏ; xói mòn ven biển, vách đá và đất...
– Nghiên cứu về hồ sơ đá trên Mặt Trăng, các hành tinh và vệ tinh của chúng (địa chất
học chiêm tinh). Lĩnh vực này bao gồm việc điều tra các đặc điểm có liên 9
quan trên mặt đất — cụ thể là tektites (các vật thể thủy tinh do tác động của thiên
thạch) và astrobleme (hố thiên thạch).
1.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRÁI ĐẤT
Phương pháp nghiên cứu Khoa học Trái Đất rất đa dạng, tùy thuộc vào bản chất của
các đối tượng được nghiên cứu mà lựa chọn phương pháp phù hợp. Các nghiên cứu phổ
biến trong Khoa học Trái Đất thường tập trung vào ba nhóm: lí thuyết, quan sát và thực nghiệm.
− Nhóm phương pháp nghiên cứu lí thuyết: được tiến hành chủ yếu bằng cách tổng hợp,
phân tích các nguồn tài liệu đã nghiên cứu khác nhau để hình thành nên hệ thống lí
thuyết mới. Chẳng hạn, dựa vào các tài liệu Địa vật lí, người ta nghiên cứu được cấu
trúc của thạch quyển, manti và nhân Trái Đất; hoặc nghiên cứu biến thiên thế kỉ chu kì
ngắn trường địa từ và mối quan hệ giữa biến thiên thế kỉ chu kì ngắn trường địa từ và
các hiện tượng vật lí địa cầu khác (động đất, trọng lực, mực nước biển, sự quay trái
đất,...). Bên cạnh đó còn có các nghiên cứu lí thuyết nền tảng cho các hoạt động quan
sát, thực nghiệm. Chẳng hạn, nghiên cứu các thuật toán xử lí số liệu trong địa chấn
thăm dò, ra đa xuyên đất, thăm dò điện, từ, trọng lực; phát triển các kĩ thuật xử lí mới
nhằm cải thiện chất lượng hình ảnh của mặt cắt địa vật lí, tăng tỉ số tín hiệu trên nhiễu
và biểu diễn đúng hơn cấu trúc môi trường bên dưới mặt đất.
− Nhóm phương pháp nghiên cứu qua quan sát: nhóm này thường áp dụng đối với các
đối tượng tồn tại trên bề mặt Trái Đất. Người nghiên cứu có thể quan sát trực tiếp
ngoài thực địa hoặc gián tiếp qua ảnh vệ tinh, viễn thám,…
− Nhóm phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: bao gồm phương pháp thăm dò địa chấn, từ, trọn trong khảo sát và thăm dò ình, nghiên cứu ô
nhiễm môi trường, khảo sát cấu trúc địa chất, đánh giá tai biến địa chất (đứt gãy, sạt
lở), khảo sát địa chất thủy văn, đo vẽ bản đồ công trình ngầm đô thị và đánh giá chất lượng công trình.
Bên cạnh những phương pháp trên, trong nghiên cứu Khoa học Trái Đất người ta còn
áp dụng nhiều phương pháp khác như: mô hình hóa (mô hình toán học, mô sinh vật lí, mô
hình hóa học, mô hình sinh học,…), phân tích dữ liệu trên máy tính,..
1.3. MỐI QUAN HỆ GIỮA KHOA HỌC TRÁI ĐẤT VÀ CÁC KHOA HỌC KHÁC
Khoa học Trái Đất có mối quan hệ chặt chẽ với các ngành khoa học khác như Thiên
văn học, Vật lí học, Hóa học, Sinh học, Toán học, Tin học... Kết quả nghiên cứu của các
ngành khoa học khác là tiền đề cho Khoa học Trái Đất; ngược lại, Khoa học Trái Đất làm
sáng tỏ những lí thuyết của các khoa học khác và đặt ra những vấn đề để các khoa học
khác tiếp tục nghiên cứu giải quyết. 10
− Thiên văn học (Astronomy) là lĩnh vực khoa học nghiên cứu các thiên thể và các hiện
tượng tự nhiên có nguồn gốc từ Vũ Trụ. Trong mối quan hệ với Khoa học Trái Đất,
Thiên văn học nghiên cứu những yếu tố Vũ Trụ tác động trực tiếp đến Trái Đất như:
sự phát triển, tính chất vật lí, hóa học, chuyển động, khí tượng học của các vật thể Vũ
Trụ và sự hình thành Vũ Trụ. Nội dung nghiên cứu Thiên văn học được chia làm 3
phần chính là: Quy luật chuyển động của các thiên thể trong mối quan hệ giữa Trái
Đất và bầu trời, cấu trúc cũng như bản chất vật lí của các thiên thể và các quá trình
xảy ra trong Vũ Trụ, nguồn gốc hình thành và phát triển của thiên thể.
− Vật lí học (Physics) là lĩnh vực khoa học nghiên cứu về vật chất và chuyển động của
nó trong không gian và thời gian, cùng với những khái niệm liên quan như năng
lượng và lực. Ở góc độ khái quát, Vật lí học là khoa học nghiên cứu về vật chất và sự
tương tác của vật chất. Ở góc độ chi chi tiết, Vật lí học là khoa học nghiên cứu về các
quy luật vận động của tự nhiên, từ thang vi mô (các hạt cấu tạo nên vật chất) cho đến
thang vĩ mô (các hành tinh, thiên hà và Vũ Trụ). Đối tượng nghiên cứu chính của vật
lí hiện nay bao gồm vật chất, năng lượng, không gian và thời gian. Kết quả nghiên
cứu của vật lí học là cơ sở để giải thích hiện tượng tự nhiên trên Trái Đất như: hình
dạng Trái Đất, thủy triều trên Trái Đất, tính chất của các loại đá,…
− Hóa học (Chemistry) là khoa học nghiên cứu về thành phần, cấu trúc, tính chất, và sự
thay đổi của vật chất. Hóa học nghiên cứu về các nguyên tố, hợp chất, nguyên tử,
phân tử, và các phản ứng hóa học xảy ra giữa những thành phần đó. Nhờ các thành
tựu nghiên cứu trong lĩnh vực hóa học, các thành phần vật chất của lớp vỏ, lớp Manti,
lớp Nhân của Trái Đất được mô tả rất chi tiết hơn. Bên cạnh đó tỉ lệ của các nguyên tố
trong các quyển của Trái Đất được phân tích một cách chi tiết và ngày càng chính xác hơn.
− Sinh học (Biological) là khoa học nghiên cứu về đặc điểm cấu tạo và hoạt động của
các cơ thể sống, giải thích bản chất của các hiện tượng sống, cơ chế của các quá trình
diến ra trong các tổ chức sống, khám phá các quy luật phát sinh phát triển của sinh
giới trên Trái Đất. Các thành tựu nghiên cứu của lĩnh vực sinh học không chỉ giúp con
người nhận thức đúng nguồn gốc tự nhiên của sự sống mà còn giúp con người vận
dụng có hiệu quả các quy luật đó vào thực tiễn điều khiển, cải biến sinh vật phục vụ
cho mục đích của mình. Đối tượng của sinh học là sự sống, một dạng vật chất phức tạp, vì, địa chất
học thì sinh học đã ra đời sau và phát triển muộn hơn, tuy nhiên thành tựu nghiên cứu
của sinh học góp phần rất lớn trong việc giải quyết mối quan hệ giữa sinh quyển với
các quyển khác của Trái Đất.
− Bên cạnh các ngành khoa học trên thì Toán học (Math) và Tin học (Information
Technology) cũng là những bộ môn khoa học có nhiều đóng góp chi sự phát triển của
khoa học Trái Đất, đặc biệt trong lĩnh vực đo đạc, số hóa và phân tích các dữ liệu, các
lĩnh vực đòi hỏi độ chính xác cao. 11
Ngoài mối liên hệ với các ngành khoa học khác thì bản thân các ngành khoa học Trái
Đất cũng rất đa dạng, về mặt lí thuyết lẫn ứng dụng nhằm xây dựng một sự hiểu biết định
lượng về các yếu tố chính (hay còn gọi là các quyển) của Trái Đất và sự tương tác giữa chúng.
1.4. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA KHOA HỌC TRÁI ĐẤT
Khoa hoc Trái Đất có nhiều đóng góp cho khoa học, kiến thức thu được từ các nghiên
cứu của Khoa hoc Trái Đất giúp xã hội thích ứng tốt hơn với môi trường theo nhiều cách.
Kiến thức nghiên cứu về cấu trúc, địa tầng và thành phần hóa học của vỏ Trái Đất giúp
chúng ta xác định được các nguồn tài nguyên giúp duy trì và nâng cao chất lượng cuộc
sống. Hiểu được các lực trong lớp vỏ và các quá trình tự nhiên trên bề mặt cho phép
chúng ta dự đoán các thảm họa tự nhiên như núi lửa và động đất cũng như môi trường địa
chất; chẳng hạn như các hoạt động khai thác gây hại hoặc xử lí chất thải không đúng cách,
cung cấp cho chúng ta thông tin để điều chỉnh các hoạt động như vậy và thiết kế thêm thủ
tục lành tính cho tương lai. Việc nhận thức toàn diện về hành tinh sẽ cho phép chúng ta dự
đoán những thay đổi lớn của môi trường toàn cầu và kiểm soát hoặc thích nghi với những
thay đổi đó. Có thể thấy Khoa học Trái Đất có rất nhiều ý nghĩa, điển hình như:
− Vẽ lại bức tranh thế giới cổ đại: Khoa học Trái Đất mô tả quá trình hình thành và vận
động của vỏ trái đất từ cách đây 4-5 tỉ năm cho đến cấu tạo bình ổn hiện nay chứng
minh sự hội tụ và di chuyển các mảng thạch quyển là nguyên nhân dẫn đến quá trình
hình thành các hoạt động tạo núi, tạo sông, phát sinh núi lửa, động đất… Thế giới cổ
đại đã từng có những loài sinh vật nào từng tồn tại – các nhà Cổ sinh vật học đã, đang
và sẽ trả lời qua việc nghiên cứu các hóa thạch (hóa đá của các sinh vật). Các nền văn
minh của con người đều phụ thuộc vào điều kiện khí hậu, điều kiện sinh thái mà phát
triển hoặc suy thoái, vì vậy, các kết quả nghiên cứu cổ sinh thái khí hậu đã làm sáng tỏ
bức tranh tiến hóa của con người.
− Nghiên cứu và dự báo sự biến đổi của khí hậu: Biến đổi khí hậu, sự ấm dần lên của Trái
Đất và ô nhiễm môi trường đang là những chủ đề thu hút sự quan tâm của toàn nhân
loại. Các nhà khoa học Trái Đất đang nỗ lực để tìm ra nguyên nhân và biện pháp khắc
phục, dự báo xu thế biến đối để giúp con người kịp thời ứng phó với biến đổi khắc nghiệt của thiên nhiên.
− Nghiên cứu và dự báo thiên tai: Việc lắp đặt và phân tích các thông tin thu nhận từ hàng
trăm trạm địa chấn đặt khắp nơi trên thế giới đã giúp con người ngày càng hiểu rõ hơn
về nguyên nhân của những thiên tai khủng khiếp như động đất, núi lửa và sóng thần.
Kết hợp với việc phân tích các dữ liệu từ các nguồn đo đạc và quan trắc Trái Đất khác
như GPS (hệ thống định vị toàn cầu), địa hóa... con người đang cố gắng tăng dần khả năng dự Đoán chính xác thiên tai. 12
− Thăm dò tài nguyên và khoáng sản: Các chuyên ngành khoa học Trái Đất như Địa vật lí,
Địa hóa học và Địa chất được sử dụng rất rộng rãi trong việc thăm dò tài nguyên và
khoáng sản. Các phương pháp địa vật lí như địa chấn khúc xạ và phản xạ, các phương
pháp từ và trọng lực... là công cụ đắc lực giúp con người tìm ra các nguồn nguyên liệu
cơ bản như dầu khí, than đá, các khoáng sản như vàng, đồng, đá quý... trên đất liền cũng như ngoài khơi.
− Khảo sát, quy hoạch công trình, du lịch sinh thái: Tại mọi nơi từ đồi núi, đồng bằng hay
trên biển, đại dương, mọi hoạt động của con người đều dựa trên nền tảng hạ tầng cơ sở.
Hơn ai hết những người nghiên cứu, làm việc trong các ngành Khoa học Trái Đất hiểu
rõ tính chất và đặc điểm của môi trường để từ đó vạch ra được những kế hoạch phát
triển mang tính khoa học và bền vững. Từ việc xây dựng các công trình nhà ở, nhà
máy, thủy điện, đê sông, đê biển, hải cảng, bến tàu, giàn khoan dầu, ống dẫn dưới lòng
biển…, đến việc quy hoạch vùng khai thác nước ngọt, khai thác thủy sản, vùng du lịch và bảo tồn sinh thái…
− GIS: Hệ thống thông tin địa lí (Geographic Information System, viết tắt là GIS) sử dụng
các ứng dụng của tin học để tích hợp, phân tích, minh họa dữ liệu; nhận dạng mối quan
hệ, mô hình, xu hướng và tìm ra các giải pháp giải quyết một vấn đề nào đó. Hệ thống
GIS được thiết kế nhằm nhập dữ liệu, cất giữ, cập nhật, quản lí, tính toán, phân tích và
hiển thị kết quả ở dạng địa lí hay là các bản đồ kết quả.
− Viễn Thám: Công nghệ Viễn thám (Remote Sensing RS) giúp thu thập và phân tích các
thông tin về môi trường và bề mặt Trái Đất thông qua các ảnh số thu thập được từ các
vệ tinh, máy bay, các cảm biến mặt đất. Dữ liệu thu thập được từ các thiết bị trên
thường được lưu trữ dưới dạng số, hoặc thể hiện năng lượng bức xạ hoặc phản xạ của
vật thể trên bề mặt Trái Đất hoặc năng lượng bức xạ hoặc phản xạ của tầng khí quyển;
hoặc thể hiện tín hiệu được truyền từ vệ tinh sau đó phản xạ lại.
Như vậy, Khoa học Trái Đất giúp đánh giá, khai thác và giữ gìn các nguồn tài
nguyên: đánh giá trữ lượng, chất lượng và khai thác khoáng sản, bảo vệ nguồn tài nguyên
nước sạch, phát triển du lịch sinh thái, sử dụng tài nguyên trong các lĩnh vực công nghệ…
Phát triển bền vững: Đánh giá, quản lí, quy hoạch và đưa ra các giải pháp phát triển bền
vững: các vấn đề về môi trường, quy hoạch đô thị và nông thôn, xây dựng các công trình
nhân sinh... Hạn chế rủi ro: Dự báo, đánh giá các hiểm họa thiên nhiên: động đất, núi
lửa, bão lụt… cũng như những rủi ro do hậu quả của hành vi nhân sinh: ô nhiễm môi
trường đất, nước, không khí... Và nâng cao sự hiểu biết của chúng ta về Trái Đất.
Hướng dẫn nghiên cứu tài liệu chương 1:
1. Trình bày quan niệm về Khoa học Trái Đất.
2. Sơ đồ hóa các lĩnh vực nghiên cứu của Khoa học Trái Đất. 13
3. Cho ví dụ về việc áp dụng các phương pháp nghiên cứu Khoa học Trái Đất.
4. Sơ đồ hóa mối liên hệ giữa Khoa học Trái Đất với các khoa học khác. 5.
Nghiên cứu Khoa học Trái Đất mang lại ý nghĩa khoa học và thực tiễn gì? 14
Chương 2 – TRÁI ĐẤT TRONG VŨ TRỤ VÀ HỆ MẶT TRỜI 2.1. VŨ TRỤ
2.1.1. Quan niệm về Vũ Trụ
Từ khi loài người xuất hiện, Vũ Trụ đã trở thành một bức màn bí ẩn chứa đựng nhiều
điều là xã hội loài người muốn khám phá, giải thích. Việc tìm hiểu về nguồn gốc Vũ Trụ
đã được con người quan tâm từ rất sớm. Ở mỗi quốc gia, khu vực, tôn giáo lại có một cách
hiểu khác nhau về Vũ Trụ. Vì vậy, đã có nhiều quan niệm về Vũ Trụ như sau:
Theo Triết học phương Tây: “Vũ Trụ là toàn bộ thế giới hiện hữu mà con người nhận
thức được”.
Theo Triết học phương Đông: “Tứ phương, thượng hạ viết vũ, vãng cổ lai kim viết
trụ”. Có nghĩa: bốn phương, trên dưới là Vũ, từ cổ đến nay là Trụ”. Vậy, có thể hiểu Vũ
Trụ là không gian và thời gian, đây là hai yếu tố vĩnh cửu.
Theo NASA (National Aeronautics and Space Administration):“Vũ Trụ là tất cả vật
chất và năng lượng, bao gồm cả Trái Đất, các thiên hà, và những gì chứa đựng trong không gian”.
Những kết quả quan trắc và nghiên cứu hiện nay cho thấy Vũ Trụ là vô tận. Vũ Trụ mà
con người biết hiện nay có bán kính đến hàng tỉ năm ánh sáng (*1 năm ánh sáng = 9,46
ngàn tỉ km, tương đương 6.300 đơn vị thiên văn, 1 đơn vị thiên văn = 150 triệu km ), vật
chất ở đây tồn tại dưới dạng các sao và có khả năng tự phát sáng, các sao này phân bố
không đều trong không gian, tập trung thành những hệ sao có hình dạng khác nhau được
gọi là các thiên hà. Nguyên tố hóa học phổ biến trong Vũ Trụ là H và He,
chúng tạo nên 98% khối lượng các ngôi sao và thiên hà.
Các sao phân bố không đều trong không gian, tập trung thành những hệ có hình dạng
xác định gồm hàng tỉ sao và được gọi là Thiên hà. Các thiên hà thường có dạng Ellip,
dạng đĩa xoắn với đường kính hàng trăm ngàn năm ánh sáng.
Như vậy, có thể hiểu Vũ Trụ là khoảng không gian vô cùng vô tận chứa các Thiên hà
(trong đó có Thiên hà chứa Hệ Mặt Trời gọi là Ngân hà) với hàng tỉ ngôi sao và vật chất Vũ Trụ.
2.1.2. Nguồn gốc Vũ Trụ
a. Một số giả thuyết của phương Đông và phương Tây
* Các giả thuyết của phương Đông
- Thuyết Ngũ hành: Theo Triết học cổ Trung Hoa, tất cả vạn vật đều phát sinh từ 5
nguyên tố cơ bản và luôn luôn trải qua 5 trạng thái được gọi là: Mộc, Hỏa, Thổ, Kim và
Thủy. Năm trạng thái này được gọi là Ngũ hành (không phải là vật chất như cách hiểu đơn
giản theo nghĩa đen trong tên gọi của chúng mà đúng hơn là cách quy ước của người
Trung Hoa cổ đại để xem xét mối tương tác và quan hệ của vạn vật). 15
- Thuyết về khí: Coi sinh khí nguyên thủy là cơ sở hình thành Vũ Trụ. Theo thuyết này
thì phần nhẹ và trong suốt của khí là “nguyên thể dương” tức là trời, phần đục và nặng của
khí là “nguyên thể âm” tức là đất. Âm và dương tương tác tạo thành vạn vật.
- Talet (Thales VII – VI trước CN) nhà Toán học, Triết học Hy Lạp cho rằng nước là
nguyên tố cơ bản của Vũ Trụ, nước luôn vận động nhưng trước sau không thay đổi và do
đó hòa tan mọi vật. Bởi vậy nước là nguồn gốc của Vũ Trụ.
- Anaximăngđrơ (Anaximangdre 611 – 547 trước CN) nhà Triết học Hy Lạp cho rằng
nguồn gốc của Vũ Trụ là vô cực. Vũ Trụ chia thành 2 mặt như khô và ướt, nóng và lạnh,
rồi kết hợp với nhau phức tạp mà thành mọi vật như đất, nước, không khí, lửa… Đồng
thời ông cho rằng Vũ Trụ không ngừng phát triển, không ngừng hình thành, không ngừng
sản sinh ra những vật mới.
- Arixtôt (Aristote 384 – 322 trước CN) nhà Triết học Hy Lạp tin rằng Vũ Trụ được tạo
nên bởi sự vận động của 4 yếu tố ban đầu: Đất, nước, không khí và lửa. Mỗi chuyển động
và biến đổi của Vũ Trụ có thể được giải thích trên cơ sở vận động của các yếu tố này.
Từ những quan niệm trên, chúng ta thấy mỗi tôn giáo, tín ngưỡng, thời đại và khu vực
lại có những quan niệm khác nhau về Vũ Trụ, nhưng đến khoa học hiện đại ngày nay đã
chỉ ra rằng những quan niệm đó còn rất mơ hồ và có ít cơ sở khoa học. Đến đầu thế kỉ XX
một thuyết mới về Vũ Trụ ra đời đó là thuyết Big bang, thuyết này đã nhanh
chóng được nhiều người quan tâm.
b. Giả thuyết Vụ nổ lớn (Big Bang)
Theo nhà vật lí thiên văn và toán học G.Le Maitre (người Bỉ - 1927) thì: Vũ Trụ là
“Trứng Vũ Trụ”, “Trứng” này là một nguyên tử nguyên thủy, chứa đựng toàn bộ vật chất
bị nén ép trong một không gian cực kì nhỏ bé, nên nó đậm đặc và nhiệt độ vô cùng cao.
Nó ở trạng thái không ổn định và đột nhiên tạo ra một vụ nổ vĩ đại vào khoảng 15 tỉ năm
trước đây. Vụ nổ đã làm cho vật chất bắn tung ra tứ phía, tạo nên những đám khí và bụi
khổng lồ. Hàng tỉ năm sau khi nhiệt độ giảm thì ánh sáng mới xuất hiện, rồi hàng tỉ năm
sau những đám khí và bụi mới dần dần co lại dưới tác động của lực hấp dẫn, chúng tự
quay và cuộn xoáy lên, tạo thành những thiên hà hình xoắn ốc với vô vàn hệ sao.
Thuyết Big bang mở ra một cách tiếp cận mới trong nghiên cứu Vũ Trụ và đã được
nhiều nhà khoa học hưởng ứng rộng rãi. Hiện nay, thuyết này đang được kiểm nghiệm và
đã có những cơ sở khoa học đầu tiên, đặc biệt là bằng cỗ máy gia tốc khổng lồ được đặt ở
biên giới giữa Thụy Sỹ và Pháp.
Như vậy, theo lí thuyết Big Bang, Vũ Trụ ra đời từ một vụ nổ lớn diễn ra trong quá
khứ cách hiện tại khoảng 15 tỉ năm. Quá trình tiến hóa của Vũ Trụ từ đó đến nay như bảng dưới đây: 16
Bảng 2.1. Quá trình tiến hóa của Vũ Trụ
Mốc thời gian
Đặc điểm Vũ Trụ và quá trình tiến hóa t=0
Vũ Trụ ra đời, nhiệt độ và mật độ vật chất vô cùng lớn. t=10-43s
Nhiệt độ T≥10-32K, kích thước Vũ Trụ d=10-32cm, mật độ vật chất m=1094g/cm3 t=10-35s
Nhiệt độ T=1027K, thể tích tăng lên 10150 lần, kích thước tăng
1050 lần, Vũ Trụ giãn nở theo hàm số mũ, hình thành các hạt
quark, leptron (electron và nơtrino) và các phản hạt của chúng,
các hạt ánh sáng (photon) chiếm ưu thế. T=10-6s
Nhiệt độ T=1013 K, kích thước Vũ Trụ xấp xỉ kích thước Hệ Mặt
Trời, các hạt quark và phản quark kết hợp thành các hadron
(proton, nơtron và các phản hạt của chúng), các hadron chiếm ưu thế. T=10-3s
Nhiệt độ T=1012 K, các leptron (electron và nơtrino) chiếm ưu
thế và cân bằng với các photon. T=1s
T=6.109K – 1010K, mật độ vật chất m=100kg/cm3, Vũ Trụ chấm
dứt thời kì hạt, bước vào thời kì bức xạ kéo dài 380.000 năm, Vũ
Trụ giãn nở với căn bậc 2 của thời gian, proton và nơtron bắt đầu
kết hợp với nhau để tạo ta dôton (hạt nhân dơteri). T=100s
T=109K, thời kì tổng hợp hạt nhân dơteri kết hợp với nơtron tạo
ra He3, He3 kết hợp với proton tạo ra He4. Vũ Trụ bao gồm các hạt
hidro (chiếm ¾) và Heli (1/4) t=15 phút
T=106K, kết thúc thời kì tổng hợp hạt nhân nguyên thủy, Vũ Trụ
tiếp tục nở và lạnh đi. T= 300.000
T=3.000K, bắt đầu thời kì vật chất, electron kết hợp với các hạt đến
nhân để tạo ra các nguyên tử (hidro và heli) vật chất và bức xạ tách
rời nhau, Vũ Trụ giãn nở theo hàm lũy thừa của thời gian t2/3. 400.000 năm T=200 triệu năm
Những ngôi sao đầu tiên ra đời t= 1 tỉ năm
Hình thành các thiên hà và các quark đầu tiên. T=10,4 tỉ năm
Hình thành Hệ Mặt Trời. Hiện nay, T = 2,7535 – 3K t= 15 tỉ năm
(Nguồn: Lưu Đức Hải – Trần Nghi, 2000) 17
Sự ủng hộ của cộng đồng khoa học cho lí thuyết Big Bang dựa trên ba bằng chứng
khoa học lớn của thế kỉ: kết quả quan sát sự dịch chuyển về phía vạch đỏ của quang phổ từ
các thiên hà, bức xạ tàn dư hay bức xạ phông Vũ Trụ, khả năng tiên đoán của lí thuyết. Vũ
Trụ hiện nay có vẻ như bị thống trị bởi một dạng năng lượng bí ẩn được gọi là năng lượng
tối. Khoảng 70% năng lượng toàn phần của Vũ Trụ tồn tại ở dạng này.
Sự có mặt của dạng năng lượng này được suy ra từ sai khác giữa sự giãn nở của Vũ
Trụ và công thức liên hệ giữa tốc độ - khoảng cách làm cho thời gian giãn nở nhanh hơn
trông đợi tại các khoảng cách lớn. Năng lượng tối xuất hiện như một hằng số Vũ Trụ trong
các phương trình Einstein của lí thuyết tương đối rộng. Nhưng bản chất chi tiết về phương
trình trạng thái và mối liên hệ với mô hình chuẩn của vật lí hạt vẫn chưa sáng tỏ, cần được
nghiên cứu cả về lí thuyết lẫn thực nghiệm.
2.1.3. Các mô hình Vũ Trụ
a. Mô hình Vũ Trụ Địa tâm của Clôt Ptôlêmê (Claude Ptolêmée)
Clôt Ptôlêmê (100 – 170 sau CN), nhà toán học, thiên văn học Hy Lạp đã đưa ra mô
hình Vũ Trụ Địa tâm để giải thích đặc điểm chuyển động của các thiên thể. Clôt Ptôlêmê
cho rằng Trái Đất là trung tâm Vũ Trụ. Vũ Trụ bị giới hạn bởi một mặt cầu chứa các ngôi
sao cố định, mặt cầu quay xung quanh một trục qua tâm Trái Đất. Mặt Trời, Mặt Trăng và
các hành tinh quay xung quanh Trái Đất. Người Hy Lạp cổ đại và các nhà triết học thời
Trung Cổ thường quy mô hình Địa tâm đi cùng với Trái Đất hình cầu. Vì thế nó không
giống với mô hình Trái Đất phẳng từng được đưa ra trong một số thần thoại.
Hình 2.1. Mô hình Vũ Trụ của C.Ptôlêmée 18
Mô hình Vũ Trụ Địa tâm không thể hiện đúng bản chất của Vũ Trụ, nhưng lại phù hợp
với hiện tượng quay nhìn thấy của bầu trời. Bởi hàng ngày chúng ta thấy Mặt Trời, các vì
sao cứ mọc ở phía đông đi qua đầu chúng ta rồi lại lặn ở phía tây, hiện tượng này là do
chúng ta đứng trên Trái Đất đang quay quanh trục rất nhanh theo hướng từ tây qua đông
nhìn về các thiên thể khác gần như đứng yên. Vì vậy, có cảm nhận như là các thiên thể
đang quay quanh chúng ta chứ không phải chúng ta đang quay (hiện tượng này giống như
chúng ta ngồi trên tàu hỏa nhìn qua cửa kính khi tàu chạy, ta thấy mọi vật chạy ngược lại
với chúng ta chứ không phải tàu chạy). Một thực tế là thời bấy giờ chưa có một quan niệm
hay chứng minh nào về hiện tượng quay của Trái Đất. Ngoài ra, mô hình này còn phù hợp
với giáo lí của nhà thờ, nên được Giáo hội bảo vệ. Vì vậy, đã chi phối nền thiên văn học
châu Âu trong suốt 14 thế kỉ, mãi tới thời kì Phục hưng thuyết này mới bị đánh đổ bởi
thuyết Nhật tâm của Côpecnic.
b. Mô hình Vũ Trụ Nhật tâm của N. Côpecnic (N.Copernic 1473 – 1543)
Mô hình Vũ Trụ Nhật tâm của N.Côpecnic ra đời vào năm 1543. Mô hình cho rằng
Mặt Trời nằm yên ở trung tâm Vũ Trụ, các hành tinh chuyển động quanh Mặt Trời trên
các quỹ đạo tròn. Trái Đất quay quanh trục của nó trong khi chuyển động quanh Mặt Trời.
Mô hình này đã mô tả đúng về cấu trúc của Hệ Mặt Trời, người ta đã giải thích một
cách dễ dàng các đặc điểm chuyển động nhìn thấy của các thiên thể. Tuy nhiên, ngày nay
chúng ta đạo chuyển động
của hành tinh quanh Mặt Trời không phải là quỹ đạo tròn. Nhưng mô hình Vũ Trụ Nhật
tâm đã đánh dấu bước ngoặt trong nhận thức của con người về Vũ Trụ và được coi là cuộc
cách mạng khoa học kĩ thuật lần thứ nhất của loài người.
Hình 2.2. Mô hình Vũ Trụ của N.Copecnic 19
2.1.4. Hiện tượng giãn nở Vũ Trụ
Năm 1929 nhà thiên văn người Mỹ Hơpbơn (Hubble) trong khi quan sát các thiên hà
trong Vũ Trụ đã phát hiện ra sự thay đổi khoảng cách của 24 thiên hà đã được đo tính kĩ từ
trước, đó là các thiên hà đều rời ra xa nhau, tốc độ rời xa của chúng tỉ lệ thuận với khoảng
cách đến người quan sát. Đó là hiện tượng rời ra xa nhau của các thiên hà và mở rộng
khoảng cách giữa chúng, tốc độ chuyển động rời xa và mở rộng
khoảng cách giữa chúng tỉ lệ thuận với cự ly giữa chúng với chúng ta và giữa chúng với
nhau (tuân theo định luật Hubble), điều này chứng tỏ Vũ Trụ đang giãn nở.
Hiện các thiên hà vẫn tiếp tục giãn nở, có lẽ còn giãn nở cho đến một lúc nào đó lực
đẩy ra phía ngoài bị lực hấp dẫn triệt tiêu, lúc đó sự co lại và bị ép trong một khoảng
không gian nhỏ hẹp sẽ làm chúng bùng nổ trở lại. 2.2. THIÊN HÀ
2.2.1. Khái niệm
Thiên hà là một tập hợp gồm hàng tỉ ngôi sao có kích thước khác nhau phân bố theo hình dạng xác định.
Các sao trong mỗi thiên hà phân bố cũng không đều, đa số tập trung trong một mặt
phẳng được gọi là mặt phẳng chính hoặc mặt phẳng quỹ đạo của thiên hà.
* Kích thước của
Hình 2.3. Kích thước của một thiên hà (Nguồn: NASA) 20
Các thiên hà khá đa dạng về kích thước và số lượng các sao bên trong nó. Một thiên hà
có thể chứa hàng chục triệu đến hàng ngàn tỉ ngôi sao. Thiên hà có kích thước thay đổi từ
1.500 đến 300.000 năm ánh sáng (0,5-100kpc1).
Trung bình một thiên hà chứa khoảng 200 tỉ ngôi sao, khối lượng mỗi thiên hà gấp
khoảng 100.000 đến hàng ngàn tỉ lần khối lượng Mặt Trời.
Trong thiên hà, ngoài các ngôi sao còn có vật chất giữa các ngôi sao: khí, bụi và các
bức xạ Vũ Trụ. Người ta ước tính có khoảng 100 tỉ thiên hà, trong đó có 100 triệu có thể quan.
2.2.2. Phân loại
Dựa vào hình thái của thiên hà, E.Hubble đã chia thành các kiểu: thiên hà dạng xoắn
(chiếm 60%), thiên hà ellip (15%), thiên hà dạng thấu kính (20%), thiên hà không định
hình (3%) và 2% dạng đặc biệt gọi là các thiên hà lùn.
Bảng phân loại thiên hà theo hình thái:
Bảng 2.2. Phân loại thiên hà theo hình thái của E. Hubble Thiên hà Tiếng Anh Kí hiệu Đặc điểm Xoắn Spiral S
Có phần bầu hình cầu ở giữa (gồm các sao già) và galaxy
phần đĩa (sao trẻ, bụi, khí) xòe ra thành các nhánh xoắn theo cùng 1 chiều. - Bầu sáng rõ và to - Sa
- Bầu kém rõ hơn, các tay xoắn khá rõ - Sb
- Bầu mờ yếu, các tay xoắn rõ nhất - Sc Xoắn Barred SB
Xoắn có một thanh ngang bằng các sao đi qua tâm, Spiral
nối với 2 tay xoắn ở 2 đầu. có thanh - Sba galaxy
Tùy theo sự phát triển của tay xoắn và kích thước -SBb của bầu - SBc Ellip Elliptical E
Có dạng hình cầu và ellip, gồm các sao già (nền có galaxy
màu đỏ), rất ít khí và không có bụi.
E0 tròn nhất E7 là thuôn nhất. E0 E7 Thấu kính Lenticular SO
Có dạng 2 đĩa úp vào nhau, là trung gian giữa thiên galaxy hà xoắn và ellip.
1 Pc (Parsec) là thị sai của một giây cung - khoảng cách từ Trái Đất đến sao khi thị sai ngôi
sao là một giây. 1pc có giá trị là (light
year - năm ánh sáng), 1 kpc = 103pc. Không có một ngôi sao nào có thị sai năm lớn hơn 1″. 21 Thiên hà Tiếng Anh Kí hiệu Đặc điểm Không Irregular Ir
Có dạng búi, hình thù không rõ ràng, có khối lượng
nhỏ, nhiều sao trẻ, có nhiều khí giữa các sao và có định galaxy hình vài trung tâm tạo sao. Lùn Dwarf d
Có kích thước và khối lượng nhỏ hơn các thiên hà galaxy
thông thường vài chục lần, có mật độ thấp, có tay xoắn không phát triển. - Ellip, gồm các sao già - dE - Cầu, gồm các sao già - dSph
- Không định hình, có nhiều khí - dIr
- Thiên hà lùn nhỏ gọn màu xanh lam, có nhiều khí - dBGC Các dạng Sayfert QSO
Phần lớn năng lượng từ vùng tâm rất nhỏ, ở các dải
sóng nằm khu vực ánh sáng nhìn thấy. đặc biệt galaxy
Đường kính nhỏ (dưới 1nas) nhưng bức xạ vô - Bức xạ
tuyến mạnh nhất trong Vũ Trụ. Quasar
Một số thiên hà kết thành nhóm, đồng thời bị biến - Quada
dạng do chúng tương tác với nhau. - Tương tác
Nguồn: E.Hubble, 1937
2.2.3. Cụm thiên hà và quần thiên hà
a. Cụm thiên hà (local group)
Các thiên hà không phân bố đồng đều trong không gian mà thường tập hợp thành
nhóm (cặp, cụm), rồi đến quần thể (đám), gắn kết bởi lực hấp dẫn. Thiên hà chứa Hệ Mặt
Trời (Ngân Hà) cùng với các thiên hà lân cận tập hợp thành 1 Cụm thiên hà có dạng ellip
với đường kính khoảng 7 – 10 triệu NAS. Trong Cụm thiên hà này có khoảng 30 thiên hà lớn nhỏ.
b. Quần thiên hà, siêu quần thiên hà (Super Cluster)
Tập hợp dày đặc gồm hàng nghìn thiên hà liên kết với nhau tạo thành quần thiên hà
(galaxy cluster), có kích thức 5 – 60 triệu nas, khối lượng trung bình khoảng vài triệu tỉ
tấn. Quần thiên hà Trinh Nữ chứa Ngân Hà có kích thước khoảng 40 – 50 triệu năm ánh sáng.
2.3. VẬT CHẤT TỐI TRONG THIÊN HÀ VÀ VŨ TRỤ
2.3.1. Khái quát
Những ngôi sao, hành tinh và các vật thể phát sáng nổi bật trên bầu trời chỉ chiếm một
tỷ lệ nhỏ trong Vũ Trụ. Trên thực tế, vật chất tối – nằm trong khoảng không giữa các thiên
thể - mới chiếm phần lớn khối lượng và định hình cấu trúc của Vũ Trụ. 22
Vật chất tối vô hình chiếm khoảng 23% Vũ Trụ. Vật chất nhìn thấy được tham gia cấu
tạo nên những ngôi sao, các hành tinh và thậm chí cả sự sống trên Trái Đất chỉ chiếm
khoảng 4%. Phần còn lại là năng lượng tối. Giả thuyết được chấp nhận rộng rãi hiện nay
cho rằng vật chất tối là tàn tích của Vũ Trụ, mang tính ổn định kể từ khi hình thành sau vụ nổ Big Bang.
Vật chất tối vô hình và rất khó nắm bắt. Nó không tương tác với các hạt khác trong
không gian, cũng không phát ra, hấp thụ hay phản xạ ánh sáng. Các nhà thiên văn học đã
tìm kiếm vật chất bí ẩn này trong hàng thập kỉ, nhưng cách duy nhất để nghiên cứu nó là thông qua lực hấp dẫn.
Lực hấp dẫn của vật chất tối tác động lên những thứ có thể nhìn thấy được như cụm
thiên hà, một trong những cấu trúc lớn nhất trong Vũ Trụ bao gồm vô số thiên hà riêng lẻ.
Vật chất tối liên kết các thiên hà lại với nhau và bản thân mỗi thiên hà cũng chứa rất nhiều
vật chất tối. Về cơ bản, chúng giống như một mạng lưới liên kết.
Vì vậy, một trong những cách mà các nhà thiên văn học sử dụng để phát hiện vật chất
tối là thông qua thấu kính hấp dẫn, trong đó lực hấp dẫn làm biến dạng không gian. Điều
này xảy ra khi lực hấp dẫn của vật chất tối trong cụm thiên hà hoạt động giống như một
chiếc kính lúp. Nó bẻ cong và phóng đại ánh sáng của các thiên hà.
Hình 2.4. Ánh sáng từ các thiên hà (cụm MACS J1206) bị bẻ cong bởi túi vật chất tối.
(Nguồn: Hubble)
2.3.2. Các loại vật chất tối
− Khí giữa các sao: chủ yếu là các nguyên tử và phân tử hidro (chiếm 90%), rồi đến
heli. Ngoài ra, còn các nguyên tử trung hòa (Ca, Na, K), các ion (Ca, Fe, Ti) và 23
các loại phân tử (CN, CH, CO,..), các khí này chiếm khoảng 1% khối lượng thiên hà, mật độ 10-24g/cm3.
− Bụi giữa các sao: trong khí giữa các sao có lẫn bụi (chiếm khoảng 1% khối lượng khí).
Kích thước của bụi thường khoảng vài phần vạn mm. Có hai loại bụi: bụi graphic (C)
và silicat (hợp chất chứa silic). Bụi hấp thụ và phản xạ ánh sáng các sao, mạnh nhất là
màu đỏ, do đó, các sao ở xa trở nên đỏ hơn do có bụi.
− Từ trường giữa các sao: không gian giữa các sao có từ trường rất yếu (yếu hơn từ
trường Trái Đất 100.000 lần) và phân bố không đều. Từ trường này hầu như không
ảnh hưởng đến các sao và các hành tinh nhưng lại có tác động đến các tia tong Vũ Trụ.
− Các tia Vũ Trụ: là các dòng hạt tích điện có năng lượng cao, gồm proton (chiếm 90%),
electron (1%) và hạt nhân các nguyên tố khác (7% là hạt nhân của nguyên tử heli, 2%
là hạt nhân nguyên tử nặng hơn heli). Các tia Vũ Trụ được chia thành 2 loại: tia Vũ
Trụ Mặt Trời (được tạo ra trong các vụ bùng sáng của Mặt Trời) và Gió Mặt Trời.
2.4. HỆ MẶT TRỜI
2.4.1. Nguồn gốc Hệ Mặt Trời Và Trái Đất
Hệ Mặt Trời (hay Thái Dương Hệ) là 1 hệ hành tinh có Mặt Trời ở trung tâm và các
thiên thể nằm trong phạm vi lực hấp dẫn của Mặt Trời, tất cả chúng được hình thành từ sự
sụp đổ của 1 đám mây phân tử khổng lồ cách đây gần 4,6 tỷ năm. Đa phần các thiên thể
quay quanh Mặt Trời và khối lượng tập trung chủ yếu vào 8 hành tinh c ó quỹ đạo gần tròn và mặt
g quỹ đạo gần trùng khít với nhau gọi là mặt phẳng hoàng
này được hành tinh bên ngoài.
Nhóm hành tinh bên trong (còn được gọi là nhóm hành tinh thuộc kiểu Trái Đất) gồm:
Thủy tinh, Kim tinh, Trái Đất và Hỏa tinh. Vật chất cấu tạo nên các hành tinh này có thành
phần chủ yếu từ đá và kim loại. Nhóm hành tinh bên ngoài (còn được gọi là nhóm hành
tinh thuộc kiểu Mộc tinh) gồm: Mộc tinh, Thổ tinh, Thiên Vương tinh và Hải Vương tinh.
Các hành tinh này có kích thước và khối lượng lớn hơn rất nhiều so với 4 hành tinh thuộc
kiểu Trái Đất. Mộc tinh và Thổ tinh có thành phần chủ yếu từ heli và hiđrô; Thiên Vương
tinh và Hải Vương tinh có thành phần chính từ băng, như nước, amoniac và mêtan, và đôi
khi người ta lại phân loại chúng thành các hành tinh băng khổng lồ. Ngoài ra còn có 6
hành tinh và 3 hành tinh lùn có các vệ tinh tự nhiên quay quanh. Các vệ tinh này được gọi
là “Mặt Trăng” theo tên gọi của Mặt Trăng của Trái Đất. Mỗi hành tinh vòng ngoài còn có
các vành đai hành tinh chứa bụi, hạt và vật thể nhỏ quay xung quanh.
Hệ Mặt Trời còn chứa 2 vùng tập trung các thiên thể nhỏ hơn. Vùng thứ nhất nằm giữa
Hỏa tinh và Mộc tinh được gọi là vành đai tiểu hành tinh. Vùng thứ 2 nằm ngoài quỹ đạo
của Hải Vương tinh được cấu tạo chủ yếu từ băng như nước, amoniac, mêtan. Trong 2
vùng này có 5 thiên thể điển hình về kích cỡ, Ceres, Pluto, Haumea, Makemake và Eris,
được coi là đủ lớn đủ để có dạng hình cầu dưới ảnh hưởng của 24
chính lực hấp dẫn của chúng, và được các nhà thiên văn phân loại thành hành tinh lùn.
Ngoài ra có hàng nghìn thiên thể nhỏ nằm giữa 2 vùng này, có kích thước thay đổi, như
sao chổi, centaurs và bụi liên hành tinh, chúng di chuyển tự do giữa 2 vùng này.
Lí thuyết về nguồn gốc Hệ Mặt Trời gắn liền với lí thuyết về nguồn gốc Trái Đất, đồng
thời phải thỏa mãn một số đặc trưng của Hệ Mặt Trời, cụ thể:
− Tuổi của thiên thể trong Hệ Mặt Trời (4,5 tỉ đến 5,5 tỉ năm) thấp hơp nhiều tuổi của Vũ
Trụ (khoảng 15 tỉ năm). Các hành tinh trong Hệ chia làm 2 nhóm có sự khác biệt nhau
về kích thước và khối lượng.
− Quỹ đạo của các hành tinh nằm gần trong mặt phẳng xích đạo của Mặt Trời, chiều tự
quay, chiều chuyển động của đa số các đối tượng trong Hệ là từ tây sang đông.
− Khối lượng Mặt Trời chiếm 99,8% khối lượng của Hệ, trong khi các momen động lực
của các hành tinh chiếm 98%.
Ba giả thuyết đáng chú ý là giả thuyết của Kant, của Laplace và của Otto Smidth. Cả 3
đều không đề cập đến thành phần và nguồn gốc vật chất tạo nên Hệ Mặt Trời ban đầu,
xem nó là những thứ có sẵn của Vũ Trụ trước đó.
2.4.1.1. Giả thuyết của Buffon
Comte de Buffon (1707-1788) là nhà Tự nhiên học, nhà Toán học và Vũ Trụ học
người Pháp. Buffon có những công trình đồ sộ về thế giới sinh vật làm nền tảng cho các
nghiên cứu của thế hệ sau.
Trong lĩnh vực Vũ Trụ, Buffon dựa trên các lí thuyết Vật lí của Isaac Newton để đưa ra
các giả thuyết về nguồn gốc của Vũ Trụ. Ông cho rằng các hành tinh là những mảnh vật
chất của Mặt Trời bị văng ra khi có một ngôi sao chổi lớn va chạm vào.
* Đánh giá: Giả thuyết thay thế sự sáng tạo huyền bí bằng một quá trình tự nhiên
khác hẳn nhận thức thời kì bấy giờ. Tuy nhiên có hạn chế là sao chổi không có khả năng làm điều đó. Hình
2.5. Sự va chạm giữa Mặt Trời và sao chổi theo giả thuyết của Buffon 25
2.4.1.2. Giả thuyết của Laplace
Năm 1796, trong cuốn “Luận về hệ thống thế giới” Laplace cho rằng: Hệ Mặt Trời
được hình thành từ một thiên thể nóng bỏng khổng lồ quay chậm. Dưới tác động của lực
hấp dẫn, thiên thể ban đầu co nén lại, quay nhanh dần và chuyển động dạng dẹt như quả
bàng. Khi trọng lực ở xích đạo cân bằng với lực li tâm thì một phần vật chất của thiên thể
từ vùng xích đạo tách ra thành một vành đai bao quanh và quay quanh thiên thể. Phần
thiên thể còn lại tạo nên Mặt Trời, còn vành đai nguội dần, bị đứt ra và tích tụ lại thành
hành tinh. Quá trình này lập lại để tạo thành các hành tinh và các vệ tinh trong toàn bộ Hệ
Mặt Trời. Giả thuyết của Kant và Laplace giải quyết tốt đặc điểm quỹ đạo và chiều chuyển
động của các hành tinh và vệ tinh, nhưng không lí giải được sự phân chia 2 nhóm kiểu
hành tinh trong Hệ Mặt Trời.
* Đánh giá
Tích cực: Giải thích được cấu trúc cơ bản của hệ Mặt Trời phù hợp với trình độ nhận
thức khoa học của thế kỉ XVIII.
Hạn chế: Việc cô đặc các khí nóng để tạo các hành tinh như trên theo các kết quả
nghiên cứu gần đây cho thấy không thể thực hiện được, các núi của Trái Đất không chỉ do
vỏ Trái Đất nhăn lại mà không ít do các đá trầm tích tạo nên, không giải thích được tại sao
hành tinh Kim có chiều tự quay ngược với chiều quay chung, với tốc độ tự quay chậm (25
– 30 ngày) thì tại sao trước đây nó lại sinh ra một lực li tâm đủ lớn để tách vật chất tạo ra
các hành tinh, độ dẹt của Mặt Trời sinh ra do lực li tâm không quan sát thấy.
Hình 2.6. Sự hạ nhiệt của một thiên thể quay chậm theo giả thuyết của Laplace 2.4.1.3.
Giả thuyết của Jeans
Jeans là nhà bác học người Anh. Năm 1916, Jeans đưa ra giả thuyết về sự hình thành
Hệ Mặt Trời, theo đó trong quá khứ Mặt Trời và một ngôi sao lớn hơn đi lại gần nhau với
khoảng cách bằng bán kính Mặt Trời. Sức hút của ngôi sao đã kéo một phần vật chất của
Mặt Trời ra khỏi nó. Phần vật chất tiếp tục quay quanh Mặt Trời chịu s ự hấp dẫn của Mặt
Trời và tiếp tục bị chia thà
nh những khối nhỏ để tạo thành các hành tin
các hành tinh kéo ra những lõi vật chất để tạo thành các vệ tinh.
* Đánh giá: Gải thuyết của Jeans đã giải thích được một số đặc điểm của Hệ Mặt Trời.
Khối lượng tổng hợp của các hành tinh nhỏ hơn khối lượng của Mặt Trời (khối lưọng Mặt
Trời bằng 99,8% khối lượng toàn hệ). Khối lượng vật chất tách ra có cơ sở khoa học hơn 26
so với vòng hơi của Laplace. Hành tinh Kim tự quay quanh trục ngược với chiều quay
chung là do ma sát triều lực. Mặt phẳng tâm của các hành tinh không trùng mặt phẳng
xích đạo của Mặt Trời mà thường lệch dưới 4o vì khi đi qua Mặt Trời, tâm của ngôi sao
không nằm trên mặt phẳng xích đạo của Mặt Trời mà nằm chếch lên. Hình
2.7. Sức hút của ngôi sao lạ với Mặt Trời theo giả thuyết của Jeans
Tuy nhiên, giả thuyết của Jeans cũng bộ lộ nhiều hạn chế như: Sự gặp gỡ gần đụng nhau
như trên trong hệ Ngân hà khó xảy ra vì theo tính toán khoảng cách giữa các thiên thể
trong hệ Ngân hà rất lớn. Giả sử đường kính của Mặt Trời là 1mm thì khoảng cách tới
ngôi sao gần nhất là 20 – 25 km. Với khoảng cách trên thì một ngôi sao lạ khó có cơ
may đến gần Mặt Trời với khoảng cách như trên. Theo tính toán Mặt Trời và ngôi sao lạ
phải gặp nhau với tốc độ gần 5000km/giây mới đủ khả năng tạo thành các hành tinh,
trong khi đó tốc độ các ngôi sao trong Ngân hà chỉ khoảng 250 – 300 km/giây. Mặt khác
khi khối vật chất tách ra khỏi Mặt Trời thì nó sẽ bị Mặt Trời cuốn hút trở lại hoặc bị ngôi
sao lạ cuốn theo mà không thể chuyển động xung quanh Mặt Trời để tạo các hành tinh.
2.4.1.4. Giả thuyết của Otto Yulyevich Schmidt
Otto Yulyevich Schmidt sinh ra ở Mogilev, thời Nga Hoàng (nay là Belarus). Năm
1913, ông tốt nghiệp từ các trường Đại học Kiev và làm việc Hội đồng khoa học Nhà
nước Liên Xô và Học viện Cộng sản. Vào giữa những năm 1940, Schmidt đề xuất một giả
thuyết mới về sự hình thành của Trái Đất và các hành tinh trong Hệ Mặt Trời. O.Y.
Schmidt cho rằng thiên thể ban đầu của Hệ Mặt Trời là Mặt Trời, trong khi chuyển động
quanh tâm thiên hà đã bắt gặp một đám mây bụi vật chất và đã lôi kéo đám mây bụi này
chuyển động quanh mình. Trong quá trình tiếp theo, bụi vật chất trong đám mây va chạm,
hấp dẫn nhau hình thành nên các tâm hành tinh và vệ tinh trong Hệ Mặt Trời. Giả thuyết
của O.Y Schmidt có khả năng giải thích được chiều chuyển động của các hành tinh và
thực tế khác biệt của 2 nhóm hành tinh kiểu Trái Đất và kiểu Mộc tinh, nhưng khó giải
thích được việc quỹ đạo của các hành tinh nằm gần như trong mặt phẳng xích đạo của Mặt Trời,… 27 Hình
2.8. Sức hút của Mặt Trời đối với đám mây bụi theo giả thuyết của O.Y. Schmidt Kết
luận khoa học rút ra từ các giả thuyết:
Các giả thuyết về nguồn gốc Hệ Mặt Trời chưa ngừng lại và còn nhiều vấn đề tranh cãi
về nguồn gốc, về vật chất ban đầu, về quá trình hình thành… nhưng qua các giả thuyết có
thể rút ra được rằng:
− Do cấu trúc của Hệ Mặt Trời và vị trí đặc biệt của Trái Đất, sự xuất hiện lớp vỏ địa lí và
sự sống trên Trái Đất là một điều hợp với quy luật phát triển của tự nhiên, không có
yếu tố huyền bí, siêu nhiên ở đây.
− Mặt Trời là một nguồn năng lượng vô tận, có vai trò rất lớn trong lịch sử hình thành
Trái đất và lớp vỏ địa lí. Trong lớp vỏ địa lí, chỉ một phần nhỏ năng lượng của Mặt
Trời tích lũy lại đã đủ bảo đảm cho sự phát triển của toàn bộ tự nhiên trên bề mặt Trái
đất. Sự tồn tại của sinh quyển đã làm cho hành tinh của chúng ta khác với các hành tinh khác.
2.4.2. Cấu trúc
Hệ Mặt Trời có thiên thể lớn ở trung tâm là Mặt Trời, quay xung quanh có các thiên
thể nhỏ hơn gồm các hành tinh, tiểu hành tinh, các sao chổi, thiên thạch, khí và bụi. Hệ Mặt Trời gồm:
− Tám hành tinh: Thủy tinh (Mercury), Kim tinh (Venus), Trái Đất (Earth), Hỏa tinh
(Mars), Mộc tinh (Jupiter), Thổ tinh (Saturn), Thiên Vương tinh (Uranus), Hải Vương
tinh (Neptune). Các hành tinh có các vệ tinh quay xung quanh, một số hành tinh (Mộc
tinh và Thổ tinh) còn có vành đai bụi bao quanh.
− Bốn hành tinh lùn: Ceres, Diêm Vương tinh (Pluto), Eris và Makemake. −
Vành đai Kuiper và đám mây Oort ở ngoài cùng.
− Xen kẽ giữa các hành tinh là các thiên thạch, bụi và sao chổi.
Các hành tinh trong Thái Dương hệ quay quanh Mặt Trời gần như theo một mặt phẳng
hình đĩa gọi là Hoàng đạo, có bán kính khoảng 6 tỉ km. 28
Khoảng cách trung bình (D) của các hành tinh tới Mặt Trời tính bằng đơn vi thiên văn
theo biểu thức: D = 0,4 + 0,3.2n (n lần lượt theo thứ tự các hành tinh là ∞, 0, 1- Trái Đất = 149.598.000km, 2…)
Hình 2.9. Sơ đồ Hệ Mặt Trời với các hành tinh, vệ tinh, vành đai,.. (Nguồn: NASA)
2.4.3. Vận động của Hệ Mặt Trời
Hệ Mặt Trời là một phần của thiên hà có tên gọi là Ngân Hà. Đây là một thiên hà xoắn
ốc với đường kính khoảng 100.000 năm ánh sáng chứa khoảng 300 tỷ ngôi sao, trong đó
Mặt Trời của chúng ta là một ngôi sao điển hình.
Hệ Mặt Trời nằm trong cánh tay xoắn ốc của Hệ Ngân Hà. Khoảng cách từ Hệ Mặt
Trời tới tâm Ngân Hà khoảng từ 25.000 đến 28.000 năm ánh sáng. Vận tốc của Hệ Mặt
Trời trên quỹ đạo là khoảng 251km/s, và nó hoàn thành một chu kì quay quanh tâm Ngân
Hà khoảng 225 – 250 triệu năm.
2.4.4. Phân bố khối lượng trong Hệ Mặt Trời
Trong Hệ Mặt Trời, Mặt Trời chiếm khoảng 99,86% khối lượng của cả Hệ Mặt Trời.
Hai vật thể có đường kính lớn nhất của Hệ Mặt Trời (sau Mặt Trời) là Mộc tinh và Thổ
tinh chiếm 91%, các hành tinh còn lại và các sao chổi, vệ tinh, thiên thạch, bụi… chiếm
phần còn lại chỉ khoảng 0,1274% khối lượng cả Hệ. Đám mây Oort có thể chiếm một
phần đáng kể, nhưng hiện nay sự hiện diện của nó còn chưa được xác định.
2.4.5. Đặc điểm các thiên thể trong Hệ Mặt Trời
a. Mặt Trời 29
Trong Hệ Mặt Trời, Mặt Trời là thiên thể duy nhất 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 tham gia
vào nhiều chuyển động, nhưng có hai chuyển động chính là chuyển động quanh trục và
chuyển động xung quanh tâm Ngân Hà.
Mặt Trời vận động tự quay quanh trục theo hướng từ tây sang đông. Trục nghiêng với
mặt phẳng Hoàng đạo một góc gần 7,250, với mặt phẳng Ngân Hà 67,230. Vận tốc tự quay
quanh trục 7,284 km/giờ. Do Mặt Trời cấu tạo bằng chất khí nên tốc độ tự quay khác nhau
ở mỗi khu vực, ở xích đạo quay hết 25,05 ngày một vòng, tại 160là 25 ngày 9 giờ 7 phút
13 giây, còn ở gần cực là 34,3 ngày. Trung bình 25,38 ngày.
Mặt Trời quay quanh tâm Ngân Hà theo quỹ đạo hình gần ellíp và phải mất khoảng
225 – 250 triệu năm để quay quanh tâm Ngân Hà (thời gian này gọi là năm Ngân hà), vì
thế trong thời gian tồn tại của Mặt Trời nó thực hiện khoảng 20-25 vòng quay và đã thực
hiện được 1/1250 vòng từ khi loài người xuất hiện. Tốc độ quỹ đạo của Hệ Mặt Trời so
với trung tâm Ngân Hà khoảng 251km/s. Sự vận động của Hệ kéo theo các hành tinh của
nó vận động gần 20km/s về phía sao Chức Nữ, thuộc chòm sao Thiên Cầm. Dưới đây là
một số thông tin cơ bản về Mặt Trời:
− Khối lượng: Chiếm 99% khối lượng vật chất của Thái Dương hệ, khoảng 2.1027 tấn,
gấp khoảng 330.000 khối lượng Trái Đất.
− Khối lượng riêng: 1,409 g/cm3, tương ứng 0,265 khối lượng riêng của Trái Đất. −
Bán kính: 696.000 km, gấp 110 lần bán kinh Trái Đất.
− Nhiệt độ: ở tâm Mặt Trời khoảng 15 triệu độ C, bề ngoài 5.500 – 6.0000C. −
Áp suất: ở tâm là 3,4.1016 Pa.
− Gia tốc trọng trường: ở bề mặt là 274m/s2, gấp 28 lần ở bề mặt Trái Đất. −
Vận tốc Vũ Trụ cấp II: ở bề mặt là 617,7
− Trục nghiêng so với mặt phẳng Hoàng đạo: 7,20
− Tốc độ ở xích đạo: 2,025 km/s
− Chu kì quay trung bình: 28 ngày
− Thành phần hóa học: có 67 nguyên tố, chủ yếu là hidro (92,19% số nguyên tử), He
(7,8% số nguyên tử), các nguyên tố khác rất ít: oxi 0,061%, C 0,03%, N 0,0084%, Fe
0,0037%, Ne 0,0076%, Si 0,0031%, Mg 0,0024%, S 0,0015%, các nguyên tố còn lại 0,0015%.
− Mỗi giây có khoảng 628,3 triệu tấn H biến thành He, như vậy sau mỗi giây, khối lượng
Mặt Trời giảm đi 4,3 triệu tấn do nguyên liệu ban đầu biến thành năng lượng thuần
túy, cùng với 600.000 tấn khí thoát ra dưới dạng hạt trong gió Mặt Trời. 30
− Năng lượng bức xạ: 3,86.1029J/s (W). Trái Đất nhận được từ Mặt Trời 751.1015 kWh
(0,5 phần tỉ công suất bức xạ toàn phần của Mặt Trời), trong số đó, 50% bị mây phản
xạ vào khoảng không, 15% bị phản xạ từ bề mặt, 5,3% được bề mặt hấp thụ. Năng
lượng Mặt Trời truyền qua 1m2 diện tích vuông góc với tia sáng tới Trái Đất ở bên
ngoài khí quyển Trái Đất được gọi là hằng số Mặt Trời, có giá trị theo số hiệu của
NASA năm 1991 là 1.353 W/m2. Trong đó, giá trị vùng cực tím là 105,8 W/m2, vùng
ánh sáng nhìn thấy là 640,4 W/m2, trong vùng hồng ngoại là 606,8 m2.
− Cấu trúc:
+) Các lớp bên trong: nhân (hay lõi Mặt Trời có bán kính khoảng 200.000km, chiếm
mọt nửa khối lượng, là nơi diễn ra các phản ứng tổng hợp hạt nhân, có nhiệt độ 25
triệu độ), vùng bức xạ (dày khoảng 325.000 – 380.000km bao quanh nhân, là nơi
truyền năng lượng ra bên ngoài chủ yếu dưới dạng bức xạ, có nhiệt độ 3-8 triệu
độ), vùng đối lưu (dày khoảng 140.000 – 200.000 km, là nơi truyền năng lượng
chủ yế bằng đối lưu) +) Các
nhiệt độ thay đổi từ 5.8000C ở mép trong tới 4.5000C ở mép ngoài), sắc cầu (là lớp
khí quyển dưới của Mặt Trời, dày 5.000 – 10.000km, có màu hồng đỏ khi nhật
thực, nhiệt độ tăng từ 4.5000C ở bên trong đến 20.0000C ở bên ngoài. Sắc cầu chứa
các lưỡi lửa, chân các tai lửa) và vành nhật hoa (là lớp khí quyển ngoài của Mặt
Trời, vươn xa đến nhiều triệu km ngoài không gian. Nhiệt độ của nhật hoa khoảng
1 – 2 triệu độ C, thành phần là các khí rất loãng).
Trên Mặt Trời thường xảy ra các hiện tượng chủ yếu:
− Vết đen: là vùng khí lạnh, có từ trường mạnh, ngăn cản luồng nhiệt đối lưu qua Mặt
Trời. Phần giữa vết đen thường tối nhất, có nhiệt độ thấp 3.000 – 4.5000C, phần sáng
hơn bao quanh có nhiệt độ 4.500 – 5.0000C. Vết đen xuất hiện trong khoảng thời gian
vài ngày cho tới vài tháng, kích thước thay đổi từ 2.000km đến 30.000km, rồi lan
thành nhóm kéo dài 100.000km. Mỗi năm tối thiểu có 50 nhóm vết đen, tối đa 500
nhóm. Số vết đen biến thiên theo chu kì 11 năm và 100 năm.
− Các vết bừng sáng: xuất hiện khoảng vài phút đến một giờ trong sắc cầu, phóng vào
không gian các hạt nhân nguyên tử khoảng 1 – 100 MeV, được gọi là các tia Vũ Trụ của Mặt Trời.
− Gió Mặt Trời: là các dòng hạt nhân nguyên tử, các hạt tích điện, chủ yếu là proton và
electron có năng lượng khoảng 1.000 eV/nucleon, với tốc độ 400 – 500km/s. Gió Mặt
Trời thổi các khí trong sao chổi, tạo ra đuôi sao chổi ngược với Mặt Trời, cũng như
nhiễu loạn từ trường Trái Đất, thường gọi là bão từ.
b. Các hành tinh
* Định nghĩa: Có những quan niệm khác nhau về hành tinh, như hành tinh là các thiên
thể chuyển động xung quanh một ngôi sao; hành tinh là các thiên thể lạnh, hình 31
cầu quay xung quanh Mặt Trời và không tự phát ra ánh sáng; một hành tinh là một thiên
thể, có kích thước đáng kể, xoay xung quanh một ngôi sao…
Tháng 24/8/2006 gần 2000 nhà nghiên cứu thiên văn tập trung ở Prague (thủ đô cộng
hòa Czech) đã đưa ra định nghĩa về hành tinh của Hệ Mặt Trời:
+ Phải có quỹ đạo quay xung quanh Mặt Trời
+ Phải có khối lượng đủ lớn để lực hấp dẫn (trọng lực) của chính nó chiến thắng sức
hút của các thiên thể khác sao cho nó có dạng cân bằng thủy tinh (gần như hình cầu).
+ Lực hấp dẫn của hành tinh phải hút sạch các vật thể nhỏ hơn nó nằm trong quỹ đạo
của hành tinh (ngoại trừ các vệ tinh của chính nó).
Tại hội nghị này cũng đã thống nhất xem Diêm Vương tinh là hành tinh lùn. Vì Diêm
Vương tinh có kích thước và khối lượng quá nhỏ nên không có dạng hình cầu, là một
phần của vành đai Kuiper, quỹ đạo có lúc cắt qua quỹ đạo của Hải Vương Tinh.
* Đặc điểm chung:
− Tất cả các hành tinh đều quay xung quanh Mặt Trời theo một quỹ đạo gần tròn (tâm sai nhỏ chưa đến 0,1).
− Mặt phẳng quỹ đạo của tất cả các hành tinh gần trùng khớp nhau, phần lớn chúng tạo
với mặt phẳng Hoàng đạo một góc không quá 40 (trừ Thủy là 709’).
− Tất cả 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 theo chiều từ tây qua đông (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 Mặt Trời.
− Dựa vào một số thuộc tính, các hành tinh của Hệ Mặt Trời có thể chia thành 2 nhóm:
+ Nhóm hành tinh bên trong (Thủy, Kim, Đất và Hỏa) có các đặc điểm sau: kích thước
và khối lượng nhỏ, cấu tạo bằng các loại đá nhưng tỉ trọng lớn hơn tỉ trọng các loại
đá cấu tạo vỏ Trái Đất (2,7 – 3g/ cm3), quay quanh trục chậm và có ít vệ tinh.
+ Nhóm hành tinh bên ngoài (Mộc, Thổ, Thiên và Hải) có các đặc điểm sau: kích
thước và khối lượng lớn, cấu tạo bằng các chất khí hóa lỏng và nước đá, tỷ trọng
tương đương với tỷ trọng của nước, quay quanh trục nhanh và có nhiều vệ tinh.
* Một số thông tin cơ bản về các hành tinh:
Từ thời cổ đại, người ta quan sát bằng mắt thường đã phát hiện 5 hành tinh: Thủy,
Kim, Hỏa, Mộc và Thổ tinh; sau đó nhờ kính thiên văn đã phát hiện Thiên Vương tinh
(1781), Hải Vương tinh (1846), hành tinh lùn Diêm Vương (1930) 32
− Thủy tinh (Mercury) – Hành tinh nóng bỏng và lạnh buốt. Thủy tinh là hành tinh gần
Mặt Trời nhất và cũng là hành tinh nhỏ nhất trong Thái Dương Hệ (chỉ lớn hơn hành
tinh lùn Diêm Vương). Thủy tinh không có vệ tinh. Nhiệt độ tại bề mặt Thủy tinh
ngày tối đa 4270C; đêm hạ xuống tối thiểu -1830C).
− Kim tinh (Venus) – Nữ thần sắc đẹp (Việt Nam gọi là sao Hôm và sao Mai). Đây là
hành tinh gần Mặt Trời thứ hai, cũng là loại hành tinh có đất và đá giống như Trái
Đất.Là ngôi sao sáng nhất trên bầu trời đêm. Kim tinh có kích thước khối lượng và
trọng lực xấp xỉ với Trái Đất, nên cũng có quan niệm cho rằng đây là hai hành tinh sinh đôi.
− Hỏa tinh (Mars) – Hành tinh màu lửa. Hỏa tinh là hành tinh thứ tư ở gần Mặt Trời và
cũng là hành tinh đầu tiên có quỹ đạo nằm ở ngoài quỹ đạo của Trái Đất. Hỏa tinh
giống Trái Đất về nhiều điểm như có bốn mùa, hai cực có băng đá, một bầu khí quyển
có mây, gió, bão, cát, một ngày dài độ 24 giờ, … Hỏa tinh có một bầu khí quyển
tương đối dày, nên nhiều người tin là có thể có sự sống ở đây. Cũng vì sự hiện diện
của nhiều lòng sông khô, nên nhiều nhà khoa học chắc chắn rằng trong quá khứ đã có
một thời nước chảy trên bề mặt của Hỏa tinh. Vì vậy, đang có nhiều cuộc tìm kiếm về
sự sống của như lịch sử phát triển của Hỏa tinh. Hỏa tinh phản chiếu ánh sáng có màu
đỏ trên bầu trời, do đất đá có chứa nhiều oxyt sắt và khí quyển chứa rất nhiều bụi.
− Mộc tinh (Juputer) – Hành tinh khổng lồ đỏ. Mộc tinh là hành tinh khí lớn nhất trong
Hệ Mặt Trời, gấp 317,8 lần khối lượng Trái Đất. Cách Mặt Trời 776 triệu km. Đây là
hành tinh lạnh lẽo, nhiệt độ khí quyển trung bình -1210C, bao phủ bởi một lớp mây
dày chứa nước đá phản chiếu có màu sáng bạc.
− Thổ tinh (Saturn) – Hành tinh đeo khuyên. Thổ tinh hay còn gọi là sao Thổ là hành
tinh thứ sáu tính từ Mặt Trời trở ra và cũng là hành tinh lớn thứ nhì của Hệ Mặt Trời. Đây là có ánh sáng
rực rỡ, có vành khuyên nhiều màu xung quanh xích đạo, nhưng mỏng.
− Thiên Vương tinh (Uranus) – Hành tinh màu lá biếc. Thiên Vương tinh là hành tinh
thứ 7 tính từ Mặt Trời ra và cũng là hành tinh lớn thứ 3 của Hệ Mặt Trời nếu theo
đường kính hay thứ 4 nếu theo khối lượng. Hành tinh có màu lá biếc do phản chiếu
bầu khí quyển có chứa hidro (83%), heli (14%), metan (1,99%)
− Hải Vương tinh (Neptune) – Hành tinh màu xanh thẫm. Hải Vương tinh là hành tinh
thứ 8 tính từ Mặt Trời trở ra và cũng là hành tinh nặng thứ 3 trong Hệ Mặt Trời. Hải
Vương tinh còn là hành tinh xa Mặt Trời nhất.
Bảng 2.3. Một số thông tin cơ bản về các hành tinh trong hệ Mặt Trời Thông s ô ố Thủy tinh Kim tinh Trái Đâốt Hỏa Mộc tinh Thổ tinh Thiên Hải tinh Vương Vương tinh tinh 33 Thông s ô ố Thủy tinh Kim tinh Trái Đâốt Hỏa Mộc tinh Thổ tinh Thiên Hải tinh Vương Vương tinh tinh Tiếếng Anh Mercury Venus Earth Mars Jupiter Saturn Uranus Nepturn Đường kính xích 4.878 12.105 12.756 6.794 142.974 120.536 51.118 49.528 đạo - Tính bằằng 0,38 0,95 1 0,53 11,21 9,46 4,01 3,88 km - So với Trái Đâốt Thể tích so với TĐ 0,055 0,86 1 0,15 1.300 770 61 57,7
Khôối lượng so với TĐ 0,0553 0,815 1 0,1074 317,892 9,186 14,54 17,23 Khôối lượng riêng 5,44 5,24 5,52 3,94 1,33 0,69 1,28 1,66 (g/cm3) Gia tôốc ở bêằ mặt 0,28 0,85 1 0,38 2,35 1,2 0,9 1,15 xích đạo so với TĐ
Tôốc độ thoát ly (tôốc 4,25 10,36 11,18 5,02 59,85 35,37 21,55 23,27 độ Vũ Trụ câốp II) (km/s)
Hằằng s ô ố Mặt Trời 910 261 136 59 5,0 1,5 0,37 0,15 - Tính bằằng 6,7 1,9 1 0,43 0,037 0,011 0,0027 1,0011 MW/cm3 - So với TĐ Albedo 0,07 0,65 0,37- 0,14- 0,45 0,5 0,42-0,93 0,49-0,83 0,39 0,16 Chu kì xoay quanh 58,65 243 ngày 23h56’ 24h27’ 9h50’30’’ 10h14’ 17h14’ 16h07’ trục (đơn vị TĐ) ngày 4’’ 23’’ Chu kì quay quanh 87,97 224,7 365,26 686,98 4.332,59 10.759 30.685 90.465 Mặt Trời 0,241 0,615 1,0 1,881 11,826 29,46 164,79 247,7 - Tính theo ngày TĐ - Tính bằằng nằm TĐ Khoảng cách trung 0,387 0,723 1 1,524 5,203 9,539 19,18 30,06 bình đêốn Mặt Trời 57,9 108,2 149,6 227,9 778,3 1.427 2.869,5 4.497 - Tính bằằng đvtv - Tính bằằng triệu km Độ nghiêng quyỹ đạo 7000’ 3024’ 0 1051’ 1018’ 2029’ 0046’ 1046’ so với Hoàng đạo Vận tôốc quay 47,89 35,03 29,79 24,13 13,06 9,64 6,81 5,43 quanh Mặt Trời (km/s)
S ô ố vệ tinh đã biêốt 0 0 1 2 63 47 27 13
(Nguồn: Lưu Đức Hải – Trần Nghi, 2000) 34
+ Vành đai tiểu hành tinh, nằm ở ranh giới ngăn cách giữa nhóm trong và nhóm ngoài
(giữa quỹ đạo của Hỏa tinh và Mộc tinh, khoảng giữa 2,3 – 3,3 đơn vị thiên văn tính từ
Mặt Trời). Vành đai tiểu hành tinh bao gồm các tiểu hành tinh là các thiên thể nhỏ hơn
hành tinh, thường không có khối lượng đủ lớn để lực hấp dẫn làm cho nó có hình dạng
cầu. Vành đai chính có hàng nghìn các tiểu hành tinh có đường kính lớn hơn 1km, các tiểu
hành tinh với đường kính nhỏ hơn 500m được gọi là thiên thạch và hàng triệu các vật thể
bé như bụi. Đặc biệt, tiểu hành tinh lớn nhất Ceres có đường kính khoảng 1000km, đủ lớn
để có dạng hình cầu, làm nó có thể trở thành một hành tinh theo một số định nghĩa. Cấu
tạo vật chất của vành đai tiểu hành tinh chủ yếu từ các khoáng chất không bay hơi. Nguồn
gốc của nó theo các nhà khoa học, các tiểu hành tinh được cho là những gì còn sót lại của
một hành tinh kiểu Trái đất, hoặc nhỏ hơn đã không thể kết hợp lại từ khi Hệ Mặt Trời
mới hình thành, vì sự gây nhiễu của lực hấp dẫn từ Sao Mộc. Cũng có ý kiến cho rằng là
sản phẩm còn lại của một hành tinh đá bị phá hủy do va đập.
c. Các vệ tinh
Một vệ tinh tự nhiên có thể là bất kì một vật thể tự nhiên nào quay quanh một hành tinh
hay tiểu hành tinh. Thuật ngữ vệ tinh tự nhiên cũng có thể được dùng để chỉ một hành tinh
quay quanh một ngôi sao, như trong trường hợp Trái Đất và Mặt Trời. Nguồn gốc của các
vệ tinh thuộc Hệ Mặt Trời đang có nhiều giả thuyết, như cho rằng đa số các vệ tinh tự
nhiên có lẽ đã được tạo nên từ vùng sụp đổ của đĩa tiền hành tinh; nhiều vệ tinh tự nhiên
được cho là những tiểu hành tinh bị bắt giữ; những vệ tinh tự nhiên khác có thể là những
mảnh của những vệ tinh tự nhiên lớn bị vỡ ra bởi va chạm, hay có thể là một phần của
chính hành tinh bị bắn vào quỹ đạo bởi một vụ va chạm lớn. Vì còn ít thông tin, nên đa số
các lí thuyết về nguồn gốc của chúng hiện vẫn còn chưa chắc chắn. Đặc điểm dễ nhận diện
nhất về các vệ tinh là: hầu hết các vệ tinh trong Hệ Mặt Trời đều có một mặt luôn hướng
về phía hành tinh, các vệ tinh có rất ít vệ tinh con.
tiểu hành tinh, và có lẽ rất nhiều các vật thể khác quay xung quanh các hành tinh hay các
ngôi sao khác. Hầu hết các vệ tinh trong Hệ Mặt Trời đều có 1 mặt luôn hướng về phía
hành tinh. Trừ Thủy tinh và Kim tinh, các hành tinh khác đều có vệ tinh quay quanh. 35
Bảng 2.4. Khoảng cách và vệ tinh của các hành tinh trong Hệ Mặt Trời TT Hành tinh Khoảng cách
Số lượng vệ tinh
đến Mặt Trời
(mặt trăng – moon) (AU) 1 Sao Thủy 0.39 0 2 Sao Kim 0.72 0 3 Trái Đất 1 1 4 Sao Hỏa 1.52 2 5 Sao Mộc 5.20 79 6 Sao Thổ 9.54 82 7 Sao Thiên Vương 19.18 27 8 Sao Hải Vương 30.06 14
Mặt Trăng là vệ tinh tự nhiên duy nhất của Trái Đất tính đến thời điểm hiện tại. Khoảng
cách trung bình tính từ Trái Đất đến Mặt Trăng là 384.403 km, lớn khoảng 30 lần đường
kính Trái Đất. Trong Hệ Mặt Trời, ngoài Trái Đất còn có rất nhiều hành tinh có vệ tinh
(mặt trăng), điển hình như Sao Thổ có đến 82 mặt trăng, Sao Mộc có 79 mặt trăng. Những
vệ tinh tự nhiên lớn nhất trong Hệ Mặt Trời (những vệ tinh có đường kính lớn hơn 2000
km) là Mặt Trăng của Trái Đất; Io, Galileo, Europa, Ganymede và Callisto của Sao Mộc;
Titan của Sao Thổ cùng với vệ tinh tự nhiên mà Sao Hải Vương bắt được là Triton. Bên
cạnh đó, có rất nhiều vệ tinh có đường kính nhỏ hơn 10 km.
* Mặt Trăng của Trái Đất
- Đường kính trung bình: 3.474 – 3.476 km, xấp xỉ 0,2725 đường kính Trái Đất. -
Khối lượng: 7,34.1022kg, tương đương 0,0123 khối lượng Trái Đất. - Thể tích:
2,2.1010 km3, tương đương 0,0203 thể tích Trái Đất.
- Diện tích bề mặt 37,96 triệu km2, tương ứng 7,43% diện tích Trái Đất. - Gia tốc
trọng trường 1,623 m/s2, tương ứng 16,6% gia tốc trọng trường của Trái Đất. - Tốc độ
Vũ Trụ cấp II là 2,38km/s. 36
Hình 2.10. Các vệ tinh tự nhiên và tỉ lệ của nó so với Mặt Trăng của Trái Đất (Nguồn: NASA)
d. Các vành đai
* Vành đai các tiểu hành tinh
Tiểu hành tinh là các hành tinh nhỏ bằng đá và sắt, có kích thước gấn 1.000km, quay
quanh Mặt Trời theo quỹ đạo hình Ellip. Các vật thế nhỏ hơn 100m thương được gọi là Vân tinh.
Trong Hệ Mặt Trời, người ta tìm ra khoảng hơn 30 tiểu hành tinh có đường kính trên
200km, 800 tiểu hành tinh đường kính 80 – 200km. Đến cuối năm 2005, người ta đã xác
định quỹ đạo của hơn 120.000 tiểu hành tinh. Lúc đầu chúng được đặt tên theo tên các vị
thần, phụ nữ, đàn ông, các nhà khoa học và ký hiệu. Khoảng 98% tiểu hành tinh tập trung
ở vành đai tiểu hành tinh nằm giữa quỹ đạo sao Hỏa và sao Mộc, một số khác nằm ở vành
đai Kuiper phía ngoài quỹ đạo sao Hải Vương.
Quỹ đạo các tiểu hành tinh tương đối thuôn dài, tuy nhiên tâm sai ít khi vượt quá 0,4
(trung bình là 1,5). Độ nghiêng của chúng so với mặt phẳng Hoàng đạo chỉ vài độ. Chu kì quay quanh M
ặt Trời của các tiều hành tinh thường là 3 – 9 năm Trái Đấ t.. 37
Có thể vành đai tiểu hành tinh là một hành tinh chưa hoàn thành (không thể kết tụ nổi
do sức hút cản phá mạnh của sao Mộc). Toàn bộ khối lượng của tiểu hành tinh khoảng
2,3.1018 tấn (bằng 3% khối lượng của Mặt Trăng).
* Vành đai Kuiper (Kuiper Belt)
Là khu vực vành đai chứa các thiên thể đá và băng (sao chổi và các tiểu hành tinh)
nằm cách Mặt Trời 4,5 – 7,5 tỉ km. Hiện nay người ta phát hiện ra vành đai này có khoảng
70.000 thiên thể đường kính lớn hơn 100km.
Hình 2.11. Vành đai Kuiper so với đám mây Oort (Nguồn: NASA)
Vành đai Kuiper có hình xuyến cầu, chứa khoảng vài tỉ sao chổi. Vành đai này thực tế
bắt đầu từ quỹ đạo của sao Hải Vương, gồm những mảnh vỡ giống với vành đai các tiểu
hành tinh nhưng được tạo thành chủ yếu từ băng và rộng lớn hơn. Nó nằm ở khoảng giữa
30AU và 50AU tính từ Mặt Trời. Vùng này được cho là nơi khởi nguồn của các sao chổi
ngắn hạn như sao chổi Halley. Nhiều vật chất của vành đai Kuiper có quỹ đạo bên ngoài
mặt phẳng Hoàng đạo. Sao Viêm Dương được coi như một phần của vành đai Kuiper.
Diêm Vương tinh (Pluto có khoảng cách trung bình đến Mặt Trời là 39 AU) là 1 hành
tinh lùn, và là thiên thể lớn nhất đã từng được biết tới trong vành đai Kuiper. Khi được
phát hiện ra vào năm 1930, nó đã được coi là hành tinh thứ 9 trong hệ Mặt Trời; nhưng
điều này đã thay đổi vào năm 2006 với định nghĩa mới về hành tinh. Diêm Vương tinh có
quỹ đạo với độ lệch tâm lớn và nghiêng 170 so với mặt phẳng hoàng đạo với điểm cận
nhật cách Mặt Trời 29,7 AU (nằm bên trong quỹ đạo của Hải Vương tinh) và điểm viễn
nhật cách Mặt Trời 49,5 AU. e. Sao chổi
Sao chổi (comet) là các thiên thể nhỏ bằng băng và bụi chuyển động trên những quỹ
đạo thuôn dài, khi đến gần Mặt Trời thì hình thành đuôi sáng. Các sao chổi chủ yế được
tạo thành từ băng dễ bay hơi và có quỹ đạo rất lệch tâm, thường điểm cận nhật ở 38
bên trong quỹ đạo của các hành tinh vòng trong và điểm viễn nhật xa bên ngoài sao Diêm
Vương. Các sao chổi có chu kì ngắn có điểm viễn nhật gần hơn, tuy nhiên các sao chổi già
thường bay hơi hết những gì có thể khi đi qua gần Mặt Trời. Một số sao chổi có chu kì kéo
dài hàng nghìn năm. Một số sao chổi có quỹ đạo Hyperbol có thể có nguồn gốc bên ngoài Hệ Mặt Trời.
Khi ở xa Mặt Trời, sao chổi chỉ gồm một nhân bằng băng “bẩn” và bụi, đôi khi có cả
thăng hoa, khí bụi thoát ra từ nhân tạo thành lớp vỏ sáng, tạo thành đầu và tóc sao chổi, đó
chính là khí quyển sao chổi. Gió Mặt Trời thổi tóc sao chổi về hướng đối diện tạo thành
đuôi sao chổi (khí dạng plasma) mảnh, thẳng và có màu hơi xanh, kéo dài hàng triệu km.
Khi tiến lại gần Mặt Trời, đuôi sao chổi đi sau đầu nhưng khi xa Mặt Trời, đuôi của nó lại đi trước.
Hình 2.12. Đường đi và cấu trúc của sao chổi Halley năm 1986
(nguồn: NASA, dự báo xuất hiện năm 2061, 2136,…)
Nhân của sao chổi có kích thước khoảng 1 tới vài chục km. Đầu và tóc sao chổi
thường có kích thước 50.000 – 250.000 km. Khối lượng sao chổi rất bé, chỉ bằng một
phần triệu khối lượng Trái Đất. Các sao chổi dài hạn (có chu kì trên 200 năm) cư trú ở
đám mây Oort rìa Hệ Mặt Trời. Trong vành đai Kuiper cũng có khoảng 100 triệu sao chổi ngắn hạn.
Vận tốc của sao chổi thay đổi từ 1000km/h ở khoảng cách xa Mặt Trời đến 2 triệu
km/h khi đến gần Mặt Trời. Từ thời thượng cổ đến này đã ghi nhận được 1.200 – 1.800 lần
sao chổi xuất hiện. Hiện nay, hàng năm người ta tìm ra được 20 – 30 sao chổi mà phần lớn
không nhìn thấy được bằng mắt thường. Sao chổi được hình thành ở rìa Hệ Mặt Trời, phía ngoài sao Hải Vương.
f. Thiên thạch 39
Thiên thạch (Meteorite) là phần còn sót lại (chưa cháy hết) rơi xuống Trái Đất của các
tiểu hành tinh. Hàng năm có tới 200.000 thiên thạch rơi xuống Trái Đất. Trung bình cứ 30
năm lại có một thiên thạch nặng 50 tấn rơi xuống Trái Đất. Thiên thạch hầu hết là các
mảnh sao của các tiểu hành tinh, một số là mảnh nhân của sao chổi bị vỡ thành nhiều
mảnh trước khi rơi xuống Trái Đất. Người ta chia thiên thạch ra làm 3 loại:
− Thiên thạch đá: thường cấu tạo từ các khoáng silicat (chiếm 92%) − Thiên thạch
sắt: thành phần chủ yếu là sắt (92%), niken (7%). Dạng này chiếm 6%.
− Thiên thạch sắt – đá: là loại trung gian giữa thiên thạch đá và thiên thạch sắt. Trong đó
sắt và niken chiếm một nửa, silicat chiếm một nửa. Dạng này chiếm 2%.
Ngoài ra, người ta còn xác định được tectit là các mảnh đá của Trái Đất bị bắn lên
không trung rồi rơi trở lại Trái Đất chứ không có nguồn gốc từ bên ngoài Trái Đất.
Hướng dẫn nghiên cứu tài liệu chương 2:
1. Trình bày khái niệm và nguồn gốc hình thành Vũ Trụ.
2. Trình bày hiểu biết về Thiên hà và sự phân loại thiên hà trong Vũ Trụ. 3. Giải thích
sự hình thành Vũ Trụ và các Thiên hà theo lí thuyết Big bang. 4. Trình bày các giả
thuyết về nguồn gốc Thái Dương hệ (nội dung, ưu và nhược). 5. Nêu đặc điểm nhận
biết 1 ngôi Sao. Tại sao Mặt Trời được xem là 1 ngôi sao?
6. Nguồn năng lượng của Mặt Trời được sinh ra nhờ phản ứng gì? Phát ra dưới dạng nào?
7. Hành tinh là gì? Trình bày đặc điểm chung của các hành tinh trong Hệ Mặt Trời.
8. Trình bày cơ sở phân chia các hành tinh Hệ Mặt Trời ra làm hai nhóm. 9. Tại sao
Viêm Dương tinh bị loại khỏi nhóm hành tinh?
10. Nêu đặc điểm của vành đai Kuiper?
11. Hiện tượng mưa sao băng xảy ra khi nào?
Học liệu số hỗ trợ tham khảo trong chương 2:
1. Bài giảng về Vũ Trụ (Youtube)
2. 10 điều lạ nhất về Vũ Trụ (Khoahoc.com.vn)
3. Nguồn gốc Vũ Trụ (Khoahoc.tv) 40
Chương 3 - CÁC ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA TRÁI ĐẤT
3.1. HÌNH DẠNG VÀ KÍCH THƯỚC TRÁI ĐẤT
3.1.1. Hình dạng
a. Quan điểm về dạng cầu
Vào thế kỉ V-IV trước CN (khoảng 580-500) nhà toán học Pythagoras (sống ở đảo
Samos - Hy Lạp, trên biển Aegean) dựa vào lôgíc học cho rằng: “Trái Đất là một vật thể
hoàn hảo do đó phải có dạng hoàn hảo là dạng cầu”.
Vào thế kỉ IV-III trước CN (khoảng 310-230) nhà triết học Aristotle (sống ở đảo
Samos) dựa vào hiện tượng nguyệt thực mà ông quan sát, đã chứng minh được Trái Đất có dạng cầu.
Vào thế kỉ III-II trước CN (284-192) nhà Thiên văn học, Toán học, Địa lí học
Eratosthenes (ở Alexandre của Ai cập ngày nay) đã tính được độ dài của vòng kinh tuyến
Trái Đất theo phương pháp hình học thông thường với kết quả bằng 250.000 stadia
(khoảng 46.000 km). Kết quả này lớn hơn so với con số thực tế hiện nay (40 008,5 km).
Sở dĩ như vậy là do một số dữ liệu khi ông đưa vào không chính xác.
Vào nửa đầu thế kỉ XVI (1519- 1521) với cuộc hành trình của Magellan vòng quanh
thế giới con người mới tin Trái Đất có dạng cầu.
b. Quan điểm về dạng Ellipsoid
Vào nửa cuối thế kỉ XVII (1672) dạng cầu chuẩn của Trái Đất được xem xét lại khi
chiếc đồng hồ quả lắc thiên văn của Richer đưa từ Paris (vĩ độ trung bình -49 oB) tới
Cayene (vĩ độ thấp (5oB ) thì thấy mỗi ngày đồng hồ ở Cayene chạy chậm 2’28’’so với
Paris. Hiện tượng trên được Newton (1690) giải thích là do sức hút của Trái Đất giảm từ
các cực về xích đạo (do Trái Đất tự quay sinh ra lực ly tâm).
Như vậy Trái Đất không phải là một hình cầu chuẩn mà là hình cầu dẹt ở 2 cực và
phình ra ở xích đạo ( hình Ellipsoid – phỏng cầu).
Hình 3.1. Dạng Ellipsoid của Trái Đất 41
Giữa thế kỉ XIX (1859) Suber - nhà địa lí học người Nga cho rằng Trái Đất không chỉ
dẹt ở 2 cực mà còn dẹt ở cả xích đạo (Ellipsoid 3 trục).
Như vậy, Trái Đất hơi dẹt ở 2 cực – có dạng Ellip tròn xoay hay hình phỏng cầu. Năm
1964, Hội Thiên văn học quốc tế đã công nhận các giá trị sau: bán kính ở xích đạo là
a=6378,16 km, bán kính ở cực là b=6356,78 km.Vậy, độ dẹt:
Trong hình trên, khoảng cách từ Bắc Cực đến Nam Cực (b) là 7.900 dặm (12.714 km) là
26 dặm (42 km) ngắn hơn so với khoảng cách đường xích đạo (a) là 7,926 dặm (12.756 km).
c. Hình dạng thật của Trái Đất (Geoid )
Ngày nay từ những số liệu thu được từ việc đo đạc và quỹ đạo của các vệ tinh nhân tạo,
người ta nhận thấy Trái Đất không giống bất cứ một hình dạng toán học nào mà có dạng
đặc biệt là Geoid (gồ ghề). Bề mặt Geoid trùng với bề mặt thế năng của trọng lực.
Bảng 3.1. So sánh dạng geoid và dạng ellipsoid của Trái Đất Vị trí Dạng So sánh Dạng (m) Cực Bắc Geoid cao hơn Ellipsoid 15 Ở vĩ độ 35o vĩ Bắc Geoid thấp hơn Ellipsoid 15 Ở Xích đạo Geoid trùng Ellipsoid 0 Ở vĩ độ 35o vĩ Nam Geoid cao hơn Ellipsoid 20 Ở cực Nam Geoid thấp hơn Ellipsoid 30
Hình 3.2. Dạng Geoid của Trái Đất 42
Ở khu vực cực Bắc nó cao hơn, còn ở khu vực cực Nam nó thấp hơn bề mặt Ellipsoid
15m; ở khu vực 35o Bắc nó thấp hơn, còn ở khu vực 35o Nam nó cao hơn Elliposid 20m;
Riêng ở xích đạo 2 bề mặt này trùng nhau.
Mặt Geoid là mặt nước biển trung bình yên tĩnh, kéo dài xuyên qua các lục địa, làm thành
mặt cong khép kín, mặt này có đặc điểm là tại bất kì một điểm nào trên đó, pháp tuyến
cũng trùng với phương dây dọi. .
3.1.2. Kích thước
Nếu lấy thể tích của Trái Đất để so sánh với thể tích của Mặt Trời và các hành tinh
khác, kết quả như sau: thể tích của Mặt Trời bằng khoảng hơn 1,3 triệu lần thể tích Trái
Đất, thể tích Sao Mộc bằng 1.321 lần thể tích Trái Đất, các hành tinh khác lần lượt là Sao
Thổ bằng 764 lần, Sao Thiên Vương bằng 63,1, Sao Hải Vường bằng 57,7 lần, Sao Kim
bằng 0,857 lần, Sao Hỏa bằng 0,151 lần và Sao Thủy bằng 0,056 lầ thể tích Trái Đất. Có
thể thấy trong Hệ Mặt Trời, trừ Mặt Trời thì Sao Mộc và Sao Thổ là hành tinh có thể tích
lớn nhất, Sao Thủy và Sao Hỏa là hai hành tinh có thể tích nhỏ nhất.
3.1.3. Tuổi của Trái Đất
So với câu hỏi Trái Đất hình thành từ đâu câu hỏi này có vẻ dễ trả lời hơn nhưng thực
ra không dễ cho một số chính xác, mặc dù ngày nay chúng ta có nhiều phương pháp xác
định tuổi của đất đá tạo nên Trái Đất, cũng như các phương pháp gián tiếp khác căn cứ
theo các quy luật của các quá trình Vật lí xảy ra trên Trái Đất từ khi hình thành đến nay.
a. Các quan niệm và phương pháp xác định trước đây
Thần thoại cổ Iran kể rằng Vũ Trụ được sáng tạo ra từ 12.000 năm trước đây. Những vị
tăng lữ Babylon thì cho rằng tuổi Trái Đất gần 2 triệu năm. Các nhà thần học thời trung
đại dựa vào kinh thánh kết luận Vũ Trụ sáng tạo ra cách đây khoảng 6.000 năm.
Thế kỉ thứ XVII, G. Galilei đã xác định tuổi Trái Đất bằng phương pháp “Đồng hồ
muối”. Ông giả thiết biển và đại dương khi mới hình thành chứa toàn nước ngọt, nước
sông mang theo muối ra đại dương tạo độ mặn cho đại dương. Sau khi tính toán lượng
muối hàng năm nước sông mang ra đại dương và tổng lượng muối của đại dương (đã chú
ý đến Trái Đất phải già hơn các đại dương) ông đã tính được tuổi của Trái Đất khoảng 90
– 350 triệu năm. Giả thuyết của G. Galilei thiếu căn cứ để xác định sự tích lũy muối trong
đại dương luôn xảy ra với tốc độ như hiện nay (không lọai trừ khả năng tích lũy trước đây
chậm hơn), việc hàng ngàn tấn chất khoáng do sự phun trào của núi lửa ngầm liệu có thể bỏ qua được không.
Đầu thế kỉ XVIII, Buffon trên cơ sở giả thiết lúc đầu Trái Đất là một quả cầu nóng rực
tách ra khỏi Mặt Trời khi nó chạm phải một ngôi sao chổi lớn và ông đã tiến hành một thí
nghiệm mô phỏng như vậy. Ông lấy những viên đạn đại bác bằng đá nung cho nóng trắng
lên và theo dõi chúng nguội lạnh trong không khí sau bao nhiêu 43
thời gian. Sau khi tính toán theo tỉ lệ giữa Trái Đất và viên đạn đại bác, ông rút ra thời
gian cần thiết để Trái Đất nguội lạnh hoàn toàn là 75.000 năm. Giới tu hành phản đối vì
thời gian lớn hơn so với quan niệm của nhà thờ, còn giới khoa học thì cho tới ngày nay
vẫn chưa biết được chắc chắn là Trái Đất đang nóng lên hay nguội lạnh đi.
Năm 1862, nhà vật lí học William Thomson đã tính toán tuổi của Trái Đất vào khoảng
20 đến 400 triệu năm. Ông giả định rằng Trái Đất được hình thành từ một vật thể hoàn
toàn nóng chảy, và xác định rằng nó cần một khoảng thời gian để lớp gần bề mặt nó nguội lạnh như hiện nay.
Năm 1869, Thomas H. Huxley, cho rằng tính toán của Thomson là chính xác như dựa
trên giả định sai. Nhà vật lí học Hermann von Helmholtz (năm 1856) và nhà thiên văn học
Simon Newcomb (năm 1892) đã đưa ra hai giá trị tuổi theo cách tính của họ lần lượt là 22
và 18 triệu năm: họ tính toán một cách độc lập thời gian cần để Mặt Trời co lại đến kích
thước (bán kính) và độ sáng hiện tại từ tinh vân khí và bụi khi nó được hình thành.
b. Phương pháp xác định tuổi Trái Đất hiện nay
Sự phân rã phóng xạ xảy ra liên tục trong toàn bộ vỏ Trái Đất và mọi tầng sâu trong
Trái Đất. Như vậy nếu biết được tốc độ phân rã của các nguyên tố phóng xạ và lượng chì
tích tụ trong khoáng vật thì có thể tính được thời gian thành tạo khoáng vật này. Các nhà
Địa chất học và các nhà Địa vật lí hiện đại cho rằng tuổi của Trái Đất khoảng 4,54 tỷ năm
(4,54 × 109 năm ± 1%). Giá trị này được xác định bằng tuổi đồng vị phóng xạ của các
thiên thạch và vật liệu có tuổi cổ nhất trên Trái Đất đã được biết đến cũng như các mẫu trên Mặt Trăng. 44
Hình 3.3. Đường kính của Trái Đất so với các hành tinh
Hiện nay trong những tính toán về kích thước của Trái Đất người ta thường dùng các số liệu sau:
Bảng 3.2. Các số liệu cơ bản về kính thước Trái Đất
Các yếu tố Kích thước
Bán kính xích đạo hay bán trục lớn 6378,245 km
Bán kính cực hay bán trục nhỏ 6356,863 km Bán kính trung bình 6371 km Độ dẹt ở cực 1:29 hay 21,36 km Độ dẹt ở xích đạo 1:30.000 hay 213 m
Bán kính xích đạo lớn nằm ở Kinh tuyến 150Đ
Bán kính kính xích đạo nhỏ nằm ở Kinh tuyến 1050Đ
Chiều dài trung bình của vòng kinh tuyến 40.008,5 km
Chiều dài của xích đạo 40.075,7 km
Diện tích bề mặt Trái Đất 510.083.000 km2
Thể tích của Trái Đất 1.083 x 1012 km3 Khối lượng 5,9736 x 1024kg Mật độ trung bình 5,5153g/cm3 (Nguồn: NASA)
3.2. CẤU TRÚC CỦA TRÁI ĐẤT
Trái Đất có cấu tạo phân đới và đồng tâm từ ngoài vào trong có 3 đới cơ bản: vỏ Trái
Đất, manti và nhân. Ở giữa vỏ Trái Đất và manti trên ở độ sâu trung bình 35 km là bề mặt
Mohorovic, còn ranh giới giữa manti dưới và nhân ngoài là bề mặt Wiechert – Gutenberg.
Nhân Trái Đất là một lớp rất dày từ độ sâu 6400 km đến 2900 km, trong 45
đó ranh giới giữa nhân trong và nhân ngoài nằm ở độ sâu khoảng 5100 km (khoảng cách tính từ mặt đất).
Cần phân biệt rõ vỏ Trái Đất là vỏ Thạch quyển. Vỏ Trái Đất (bao gồm vỏ lục địa và
vỏ đại dương) ở phía trên cộng thêm manti trên ở phía dưới mới cấu thành vỏ Thạch
quyển có độ sâu khoảng 100 km. Vỏ Thạch quyển chuyển động trên quyển mềm thuộc
manti trên có độ sâu từ 100 km đến 400 km.
Hình 3.4. Cấu trúc của Trái Đất
3.2.1. Vỏ Trái Đất
Người ta dùng phương pháp địa Vật lí để nghiên cứu cấu trúc sâu của Trái Đất. Đo tốc
độ truyền sóng địa chấn (sóng dọc – P) cho phép xác định được thể trọng các đá mà sóng
đo qua và dự đoán về thành phần thạch học của chúng.
Theo tài liệu địa vật lí, lớp vỏ cứng ngoài được cấu tạo từ đá trầm tích và đá kết tinh
thành lớp vỏ ngoài của hành tinh gọi là vỏ Trái Đất. Lớp vỏ này ở đại dương và lục địa
khác nhau về chiều dày. Năm 1909, khi nghiên cứu sóng địa chấn dọc do động đất ở châu
Âu, Mohorovic – nhà địa vật lí người Nam Tư đã ghi nhận thực tế sóng đi qua 2 môi
trường có tốc độ truyền sóng khác nhau. Đó là ranh giới của vỏ và ranh giới 46
trên của manti – gọi là mặt Moho (M). Khi đi qua ranh giới này tốc độ sóng cao tới
7,6km/s và cao hơn. Trong phạm vi vỏ Trái Đất, tốc độ sóng P rất nhỏ và đá có thể trọng
nhỏ hơn 3,3 (tương tự như thể trọng đá Mặt Trăng), trong khi đó, thể trọng toàn Trái Đất
là 5,52. Các đất đá dưới lớp vỏ thuộc manti trên có thể trọng gần 3,3 và khi qua đây sóng
P có tốc độ lớn hơn 7,6 km/s.
Đa số các nhà địa chất, địa vật lí chia vỏ Trái Đất ra hai kiểu là vỏ lục địa và vỏ đại
dương. Trung gian giữa chúng là loại vỏ chuyển tiếp. O.K. Leochev (1983) đã chia ra 5
loại vỏ: ngoài 2 loại cơ bản trên còn có kiểu rift và kiểu địa máng.
a. Vỏ lục địa và đại dương
* Vỏ lục địa
Có chiều dày trung bình 35km đến 40 km, chúng thay đổi ở các vùng khác nhau trong
khoảng 10 – 60km. Có nơi vỏ lục địa dày gấp đôi số liệu trung bình, ở đó mặt Moho chìm
xuống khá sâu dưới những công trình tạo núi đồ sộ, chiều dày 70 – 80km và ranh giới đó
được coi là “chân núi”. Ngược lại, ở các vùng rift lục địa và chân lục địa lớp vỏ lục địa có
chiều dày nhỏ nhất. Vỏ lục địa không chỉ thay đổi chiều dày mà còn thay đổi tốc độ địa chấn đi qua chúng.
Vỏ lục địa gồm 3 lớp:
- Trên cùng là đá trầm tích, có bề dày 3-5km, tỉ trọng 1,8-2,5g/cm3, tốc độ truyền
sóng chấn động là 3-5km/s.
- Ở giữa là lớp granit có bề dày 20-70km, tỉ trọng 2,5-2,7 g/cm3, tốc độ truyền sóng
chấn động là 5,5-6,0km/s.
- Dưới cùng là lớp badan dày trung bình 20km, tỉ trọng 2,7-3,9g/cm3, tốc độ truyền
sóng chấn động là 6,1-7,0km/s. Mặt phân cách giữa lớp granit và badan không liên tục (mặt Conrad). Vỏ *
đại Dương
Vỏ đại dương khác hẳn vỏ lục địa. Dưới đại dương, lớp vỏ có chiều dày khá nhỏ, trung
bình khoảng 7km. Trên đó là nước biển có độ sâu khoảng 5km. Về thành phần hóa học, sự
khác nhau cơ bản giữa vỏ lục địa và đại dương là lượng SiO2: vỏ lục địa chứa 60%, vỏ đại
dương ít hơn 50%. Vỏ đại dương được chia thành 3 lớp: 47
− Lớp 1: Gồm các trầm tích bở rời không gắn kết, có độ dày tương đối nhỏ. Phần lớn các
trầm tích đại dương tập trung ở những vùng rìa lục địa và một lớp rất mỏng phủ trên ở
ngoài lớp vỏ đại dương thực thụ. Ở sống núi đới trung tâm đại dương, chiều dày lớp
phủ trầm tích tăng dần về phía các bồn trũng sâu đại dương. Ở đó một vài lớp phủ đạt
tới 2.000 – 3.000m, trung bình khoảng 300m, tỉ trọng 1,93- 2,3g/cm3, tốc độ truyền sóng 2km/s.
− Trầm tích bị biến dạng dọc theo đứt gãy và sườn lục địa. Ở các nơi khác của đáy đại
dương chúng hầu như không bị biến dạng. Đó là căn cứ khá tin cậy cho cơ chế kiến
tạo mảng. Nét đặc trưng là trầm tích đại dương khá trẻ, đến nay ở đại dương mới tìm
thấy đá tuổi cổ nhất là kỉ Jura, còn trầm tích Trias chỉ thấy ven rìa lục địa.
− Lớp 2: Lớp “móng” hay lớp “bazan” có bề dày từ 1,7±0,8km, tốc độ truyền sóng là 4-
6km/s, tỉ trọng là 2,59g/cm3, thành phần chủ yếu là bazan. Trên bề mặt đại dương lớp
bazan nhiều nơi là các núi ngầm nổi cao. Bazan thuộc loại dung nham phun nổ và dòng chảy.
− Rõ ràng, lớp 2 được tạo thành do núi lửa phun dưới nước. Các dòng dung nham núi
lửa bao lấy các lớp trầm tích trong khi tạo lớp vỏ đại dương ở các đới sống núi trung tâm đại dương.
− Lớp 3: thường được gọi là lớp “đại dương” có thành phần là serpetin, được hình thành
do quá trình hydrat hoá của phần trên Manti. Lớp này có bề dày 4,8±1,4km, tốc độ
truyền sóng chấn động là 6,7km/s, tỉ trọng là 2,95g/cm3. Quá trình phân dị mắc-ma
mãnh liệt dẫn đến không chỉ nóng chảy bazan mà còn tạo nên loại đá có thành phần
giàu mafic (kumuliat giàu olivin và plagioclaz) tham gia tạo lớp thứ 3.
Hiện nay, theo nhiều tài liệu nghiên cứu có khoảng 60% mặt đất có mặt vỏ kiểu đại
dương và sự phân bố của chúng trùng với những vùng Trái Đất mà hiện nay đại dương
bao phủ. Ở các đới va chạm các mảng, vở đại dương bị ép kiến tạo, có thể xảy ra trường
hợp các khối vỏ này bị nén ép trồi lên các tầng trên và đi vào vỏ lục địa.
* Lớp vỏ kiểu chuyển tiếp
Ở các đới rìa lục địa mặt Moho nằm sâu ở đại dương. Ở đây, nơi rìa nối tiếp các cấu
trúc khác nhau vở Trái Đất mang đặc tính pha trộn giữa hai loại vỏ nêu trên mặc dù chưa
ai biết được quá trình chuyển tiếp xảy ra như thế nào. Ở đới rìa lục địa, nhất là rìa lục địa
thụ động, các lớp trầm tích dày hàng chục kilomet nên khó lòng khoan xuyên ra nó. Do
đó, các nhà địa chất và địa vật lí nêu lên mô hình lí thuyết như sau:
Tốc độ truyền sóng P qua các đá móng nói chung dao động trong khoảng 6,5 – 6,8
km/s. Điều này chứng tỏ sự giống nhau của các đá thuộc đới này với các đá thuộc lớp
dưới của vỏ lục địa (lớp bazan). Với cách so sánh như vậy cho phép giả thuyết rằng đã có
sự nhấn chìm vỏ lục địa và sự phá hủy granit do kết quả hoạt động rift. Vì vậy, có thể xem
vỏ chuyển tiếp như một loại vỏ lục địa, chỉ khác là bị nhấn chìm sâu và bị biến chất cao.
* Lớp vỏ kiểu rift sinh
Ở sống núi trung tâm Đại Tây Dương lớp vỏ cấu tạo từ trên xuống bao gồm: −
Lớp trầm tích bở rời mỏng nằm giữa các sống núi.
− Lớp thứ 2: có P= 4,5 – 5,8 km/s và chiều dày thay đổi từ vào trăm mét đến 3 km.
− Lớp thứ 3: có tốc độ truyền sóng cao, với P = 7,2 – 7,8 km/s, cao hơn lớp bazan, thấp hơn ranh giới Moho.
Ở rìa các sống núi hay hai cánh của rift đại dương lớp vỏ này chuyển sang lớp vỏ đại
dương. Khoan ở sống núi Đại Tây Dương lạp được mặt cắt như sau: lớp một là trầm tích
dày 250 m; lớp hai gồm các toleit (bazan chứa ít kim loại kiềm) xen kẽ trầm tích biến
chất; dưới nữa là hỗn hợp dăm tảng peridotit bị secpentia hóa, gabro olivin và dăm kết của chúng.
* Lớp vỏ kiểu địa máng
Theo O.K. Leochev (1983), thực ra lớp vỏ kiểu địa máng chỉ là lớp vở chuyển tiếp phát
triển ở đới hút chìm, là các đới địa máng hiện đại nằm sát các cung đảo (máng Nhật, máng
Curin, máng Marian,..). Ở đây, chiều dày lớp bazan rất lớn song ranh giới giữa lớp granit
và bazan không rõ ràng. Dưới các cung đảo có lớp vỏ á lục địa, còn dưới máng sâu là lớp vỏ á đại dương.
Hiện nay, người ta nhận thấy các quá trình magma ở đới chuyển tiếp cũng như ở các
sống núi đại dương, có nguồn gốc liên quan tới các quá trình luân chuyển vật liệu từ đới sâu của manti
b. Thuyết kiến tạo mảng
* Quá trình phát triển thuyết “Địa kiến tạo mảng”
Trước đây “Thuyết tĩnh” của các nhà địa chất “Cổ điển” (đại diện là Boris Pavlovich
Belousov, 1893 – 1970, nhà bác học người Nga) cho rằng các vận động kiến tạo xảy ra
trên bề mặt lục địa chủ yếu là do những vận động thẳng đứng. Các lục địa có thể trồi lên
hay sụt xuống, bờ biển có thể bị phá hủy hay bồi tụ nhưng các lục địa vẫn nằm yên tại chỗ.
Đầu thế kỉ XX (1912) “Thuyết tĩnh” được thay thế bằng “Thuyết động” của
Weghener với thuyết “Lục địa trôi” dựa vào sự trùng khớp của các dạng bờ biển Nam Mĩ
với Tây Phi, lục địa Australia với Ấn Độ và Đông Phi dọc vịnh Aráp… và sự trùng hợp về
giới sinh vật ở Nam Mĩ với Châu Phi, ở Bắc Mĩ với Châu Âu…
Theo ông trước đây các lục địa trên là một lục địa duy nhất (Pangea) sau đó tách ra
thành 2 lục địa là Lawrasia và Gondwana (cách đây khoảng 240 triệu năm). Đợt phân chia
đầu tiên của lục địa Gondwana diễn ra vào khoảng giữa hai kỉ Triat và Jura (190- 195 triệu
năm trước đây). Đến khoảng cách đây 135-140 triệu năm, lục địa Nam Mỹ lại bị tách khỏi
lục địa Phi. Đến khoảng giữa hai kỉ Creta và Paleogen (65-70 triệu năm trước đây), mảng
Ấn Độ lại va chạm vào lục địa Á làm nổi lên dải núi trẻ Himalaya. 49
Lịch sử phân chia lục địa cổ Lawrasia còn chưa được nghiên cứu kĩ như lịch sử phát triển của lục địa Gondwana.
Nửa đầu thế kỉ XIX nhiều tài liệu đã chứng minh được sự trôi dạt lục địa là có thật,
nhưng tại sao các lục địa lại trôi dạt.
ở các đứt gãy lớn ở các đại dương làm cho vật chất mới đùn ra 2 bên tạo lớp vỏ mới gây ra
sự trôi dạt lục địa – thuyết “Tách giãn đáy đại dương” ra đời.
Năm 1972 hội nghị địa chất thế giới ở Montreal (Canada) đã đưa ra thuyết mới là
“Địa kiến tạo mảng” là thuyết kế thừa 2 thuyết trên.
* Nội dung của thuyết “Địa kiến tạo mảng” 50
Hình 3.5. Các mảng kiến tạo của Trái Đất theo thuyết “Địa kiến tạo mảng”
Thạch quyển gồm 7 mảng kiến tạo lớn và 1 số mảng kiến tạo nhỏ. Bảy mảng kiến tạo
chính: Mảng Thái Bình Dương, Mảng Á-Âu, Mảng Ấn-Úc, Mảng châu Phi, Mảng Bắc
Mỹ, Mảng Nam Mỹ, Mảng Nam Cực. Và Sáu mảng kiến tạo phụ: Mảng Ả Rập (bán đảo
Ả Rập), Mảng Caribe (Trung Mỹ và biển Caribe), Mảng Cocos (phía tây Mexico), Mảng
Nazca (phía tây châu Nam Mỹ), Mảng Philippines, Mảng Scotia (phía đông nam mũi
Horn). Ngoài ra, còn một số mảng nhỏ khác.
Mỗi mảng kiến tạo này bao gồm cả phần lục địa và phần Đai dương trừ mảng Thái
Bình Dương chỉ có phần Đại dương. Các mảng liến tạo nhẹ, nổi lên trên 1 lớp vật chất
quánh dẻo thuộc phần trên của lớp Manti, chúng không đứng yên mà di chuyển trên lớp
quánh dẻo này. Nguyên nhân tạo nên sự di chuyển là do hoạt động của các dòng đối lưu
vật chất quánh dẻo đậm đặc và có nhiệt độ cao trong tầng Manti trên. Trong khi di chuyển
các mảng kiến tạo sẽ tiếp xúc với nhau, vùng tiếp xúc của các mảng kiến tạo là những
vùng bất ổn kèm theo là hiện
tượng động đất và núi lửa.
3.2.2. Bao Manti
Ranh giới của manti với vỏ Trái đất là bề mặt Moho (tên nhà địa chấn học người Nam
tư Mohosovisic), sóng địa chấn dọc tăng đột ngột từ 6,5 lên 8,2km/s. Thành phần hóa học
chủ yếu là Si và Mg, chia ra thành hai lớp là manti trên và manti dưới.
− Manti trên có độ sâu từ ranh giới Moho đến độ sâu khoảng 950 km, bao gồm 3 lớp:
Lớp 1- Mái Manti (manti thuộc Thạch quyển), lớp 2 - Quyển mềm (100 – 400 km) –
lớp hạ tốc và lớp 3 - Lớp tăng tốc độ sóng dọc, nằm giữa quyển mềm và manti dưới (400 – 950 km).
− Manti dưới có độ sâu từ 950 – 2.900km. Thành phần hóa học của manti được xác định
gián tiếp qua tài liệu địa vật lí, thành phần thiên thạch và thành phần của các thể tù
(xenolit) và bao thể trong đá siêu mafic. Vì vậy, thành phần hóa học của manti tương
tự với thành phần hóa học của manti tương tự với thành phần hóa học của thiên thạch,
các thể tù trong đá siêu mafic ở sống núi giữa đại dương.
Lớp manti là lớp có độ nhớt cao nhất nằm phía dưới lớp vỏ và phía trên nhân ngoài.
Đây là lớp vật chất lớn nhất của Trái Đất, chiếm khoảng gần 70% thể tích của nó. Các giai
đoạn nóng chảy và các hoạt động của macma đã hình thành nên vỏ Trái Đất và các loại
khí thoát ra trong quá trình nóng chảy này đã bổ sung một lượng lớn các chất khí vào khí của Trái Đất. 51
Hình 3.6. Cấu trúc quyển Manti 3.2.3. Nhân
Nhân Trái Đất là đới lõi trong cùng của Trái Đất, có độ sâu từ 2.900km đến 6.400km.
Nhân Trái Đất và manti dưới được ngăn cách bởi bề mặt gián đoạn Wiechert – Gutenberg,
tại đó tốc độ truyền sóng dọc P giảm đột ngột và chấm dứt sự truyền sóng ngang S. Theo
Bullen (1963), gián đoạn truyền sóng dọc ở độ sâu 5100km chứng tỏ rằng có sự thay đổi
từ nhân ngoài có trạng thái lỏng sang nhân trong có trạng thái rắn. Nghiên cứu thực và Ni. Vì
vậy, Trái Đất có từ trường mạnh hơn các hành tinh khác. Nhân chia ra thành hai lớp là Nhân ngoài và Nhân trong:
− Nhân ngoài nằm ở độ sâu khoảng 2.900 km phía dưới bề mặt Trái Đất và dày khoảng
2.260 km. Nhiệt độ của lõi ngoài Trái Đất nằm trong khoảng từ 4.400 °C ở phần trên
và lên đến 5.000 °C ở phần dưới. Lớp chất lỏng và nóng bao gồm sắt và niken này của
lớp lõi ngoài có tính dẫn điện, kết hợp với sự tự quay của Trái Đất, sinh ra hiệu ứng
dynamo (xem thuyết Geodynamo), duy trì các dòng điện và sinh ra từ trường của Trái
Đất. Toàn bộ khối lượng của nhân chiếm khoảng 30,8% khối lượng Trái Đất.
− Lõi (nhân trong) của Trái Đất là phần trong cùng nhất của Trái Đất là một quả cầu chủ
yếu ở dạng rắn có bán kính khoảng 1.220 km, chỉ bằng 70% bán kính của Mặt Trăng.
Nó được cho là chứa hợp kim sắt-niken (hay còn gọi là nhân Nife), và nhiệt độ của nó
tương đương nhiệt độ bề mặt của Mặt Trời, tức khoảng 50.000C.
3.3. ĐẶC TÍNH VẬT LÍ CỦA TRÁI ĐẤT
3.3.1. Nhiệt độ
Trái Đất có 2 nguồn nhiệt cơ bản: Nguồn nhiệt bên ngoài và nguồn nhiệt bên trong. 52
Nguồn nhiệt bên ngoài (do bức xạ Mặt Trời): có xu hướng giảm theo chiều sâu, tới một
độ sâu nhất định (tùy mỗi nơi do khác nhau về vĩ độ, độ cao bề mặt Trái Đất, các dòng
không khí, dòng biển, lớp phủ thực vật… không tiếp tục giảm nữa và có trị số nhiệt độ
bằng nhiệt độ trung bình hàng năm trên bề mặt Trái Đất. Giới hạn này gọi là tầng đẳng
nhiệt (tầng thường ôn). Độ sâu trung bình từ 2 – 40m.
Nguồn nhiệt bên trong (do sự phân rã của nguyên tố phóng xạ, các phản ứng hóa
học…) từ tầng thường ôn nhiệt độ tăng dần theo chiều sâu trung bình 1oC/33m (cấp địa
nhiệt hay địa nhiệt cấp - số m xuống sâu để nhiệt độ tăng thêm 1 o); 3,33oC/100m (Radian
địa nhiệt hay độ nhiệt xuất - số độ bách phân tăng lên khi xuống sâu một đơn vị chiều dài).
Tuy nhiên cấp địa nhiệt khác nhau ở mỗi khu vực vì nó còn phụ thuộc vào nguồn cung cấp
nhiệt, vào tính dẫn nhiệt, thế nằm và các tính chất khác của đá bên trong Trái Đất.
Theo suy đoán của các nhà Địa vật lí thì ở tâm Trái Đất nhiệt độ khoảng 5000oC. Nguồn
nhiệt trong Trái Đất là nguồn năng lượng vô tận để con người sử dụng trong tương lai.
3.3.2. Tỷ trọng và áp suất
Tỉ trọng và áp suất của Trái Đất tăng theo chiều sâu. Tỉ trọng và áp suất trong Trái Đất
được thể hiện qua bảng sau:
Bảng 3.3. Tỉ trọng và áp suất theo độ sâu bên trong lòng Trái Đất Quyển
Khoảng độ sâu (km)
Tỉ trọng (g/cm3) Áp suất (103atm) SiAl (vỏ Trái Đất) 0 – 33 2,7 – 3 31 SiMa (bao 33 – 400 3,32 – 3,65 31 – 100 manti) - Trên 400 – 900 3,65 – 4,68 100 – 340 - Giữa 900 – 2900 4,68 – 5,69 340 – 1320 - Dưới NiFe (nhân) 2900 – 5100 9,3 – 12,0 1320 – 1370 - Ngoài 5100 – 6371 12,0 – 12,3 1370 - 3510 - Trong
3.3.3. Từ trường
Trái Đất là một khối nam châm khổng lồ nên đã tạo ra một khoảng không gian từ trường
bao quanh bằng 10 lần bán kính của Trái Đất. Khoảng không gian này gọi là từ quyển. Nó
có vai trò ngăn chặn sự xâm nhập của bức xạ hạt từ Vũ Trụ và từ Mặt Trời (gió Mặt Trời) nguy hiểm tới sự sống
Vị trí của cực từ không trùng với cực Địa lí, nên tại các địa điểm trên bề mặt Trái Đất
kim địa bàn luôn hợp với đường kinh tuyến thành các góc có trị số khác nhau và 53
được gọi là độ từ thiên. Đường nối các trị số góc bằng nhau được gọi là đường đẳng thiên,
đường đẳng thiên có trị số bằng 0 gọi là kinh tuyến từ.
Các địa điểm (trừ xung quanh xích đạo) trên bề mặt Trái Đất, kim địa bàn đều hợp với bề
mặt nằm ngang một góc nhất định, trị số góc này được gọi là độ từ khuynh. Các địa điểm
ở xích đạo có trị số bằng 0, đường nối các trị số này được gọi là xích đạo từ. Độ từ khuynh
tăng từ xích đạo đến 2 cực (0o đến 90o).
Trong thực tế trị số đo các điểm trên bề mặt Trái Đất thường lệch với trị số tính toán, sự
chênh lệch này được gọi là dị thường từ. Nguyên nhân do đá nhiễm từ, động đất, núi lửa
và các hoạt động kiến tạo.
Hình 3.7. Bắc Từ và Bắc Địa lí lệch nhau 11,50(nguồn của NASA) 3.4. THÀNH
PHẦN HÓA HỌC CỦA TRÁI ĐẤT
Thành phần hóa học của Trái Đất có sự thay đổi từ ngoài vào trong nhân theo quy luật:
Vỏ Trái Đất giàu Si, Al và nguyên tố kiềm, vì vậy các đá của vỏ Trái Đất thường nhẹ và có
màu sáng; Manti giàu Fe và Mg, vì vậy các đá mafic và siêu mafich thường có màu đen và
nặng; Nhân Trái Đất giàu Fe và Ni.
Thành phần hóa học trung bình của Trái Đất cho thấy nguyên tố Fe, Si và O là chủ yếu;
tiếp theo là các nguyên tố như Mg, Ca và Al. Tất cả các nguyên tố còn lại chỉ dao động dưới 1%.
Thành phần hóa học trung bình của Trái Đất được thể hiện ở bảng 2.4 dưới đây:
Bảng 3.4. Thành phần hóa học của Trái Đất theo một số tác giả nghiên cứu 54 TT Nguyên tố G.Washington Niggli A.Fecman F. Smidt B. Mason 1 O 27,71 29,30 28,56 29,56 29,53 2 Na 0,39 0,90 0,52 0,56 0,57 3 Mg 8,96 6,73 11,03 11,28 12,70 4 Al 1,79 3,01 1,22 1,24 1,09 5 Si 14,53 14,90 14,47 14,67 15,20 6 P 0,11 0,15 0,12 0,15 0,10 7 S 0,64 0,73 1,44 3,29 1,93 8 K 0,11 0,29 1,38 1,40 1,13 9 Ca 2,52 2,99 1,38 1,40 1,13 10 Ti 0,02 0,54 - 0,07 0,05 11 Cr 0,20 0,13 0,26 0,26 0,26 12 Mn 0,07 0,14 0,18 0,22 0,22 13 Fe 39,76 36,9 40,61 34,82 34,63 14 Co 0,23 0,18 0,06 0,17 0,13
(Nguồn: Đặng Trung Thuận (2005) – đơn vị %)
h phần hóa học của vỏ Trái Đất 3.4.1. Thàn
của chúng rất khác nhau. Chẳng hạn, các nguyên tốc O, Si, Al, Fe có số Clark gấp 107 –
1011 lần nguyên tố hiếm như Au, Bi, Pd, Pa,… Nếu tính tổng 3 nguyên tố đầu (O, Si, Al)
theo thứ tự hàm lượng giảm dần đã chiếm 82,5%; tổng số 12 nguyên tố đầu (O, Si, Al, Fe,
Ca, Na, K, Mg, H, Ti, C, Cl) chiếm 99,21%. Tất cả các nguyên tố còn lại chỉ chiếm 0,71%
trọng lượng của của vỏ Trái Đất. 55
Trị số Clark2 được xem như hàm lượng nền đối với các nguyên tố. Theo các vùng lãnh
thổ hàm lượng nguyên tố có thể rất cao so với Clark tạo thành dị thường và mỏ, ngược lại
có nơi rất thấp so với giá trị Clark.
Bảng 3.5. Bảng trị số Clack của các nguyên tố học học trên Trái Đất Nguyê Trị số Nguyê Trị số Nguyê Trị số Nguyê Trị số n tố Clark n tố Clark n tố Clark n tố Clark O 49,3 P 0,12 B 0,01 Ar 4. 10-4 Si 26,0 S 0,10 Cu 0,01 Hg 10-4 Al 7,45 Mn 0,10 Sn 0,003 I 10-4 Fe 4,20 F 0,03 W 0,007 Ge 10-4 Ca 3,25 Ba 0,05 Be 0,003 Se 8. 10-5 Na 2,40 N 0,40 Co 0,002 Sb 5. 10-5 K 2,35 Sr 0,035 Pb 0,0016 Nb 3,2. 10-5 Mg 2,35 Cr 0,03 Mo 0,001 Ta 2,4. 10-5 H 1,00 Zr 0,025 Br 0,001 Pt 2. 10-5 Ti 0,61 V 0,02 Th 5.10-4 Bi 10-5 C 0,35 Ni 0,02 As 4. 10-4 Ag 10-5 Cl 0,20 Zn 0,02 U - In 10-5
(Nguồn: Lưu Đức Hải – Trần Nghi (2000))
3.4.2. Thành phần hóa học của bao Manti
Thành phần hóa học của của manti Trái Đất có nhiều nét tương đồng với các thiên thể
khác. Tuy nhiên, các nguyên tố bay hơi và khí trơ của Trái Đất nhỏ hơn Vũ Trụ và các
thiên thể khác hàng trăm đến hàng nghìn lần. Điều đó chứng tỏ Trái Đất có sự phân dị rõ
rệt trong suốt lịch sử tiến hóa 5 tỉ năm. Thành phần hóa học của manti Trái Đất được thể
hiện qua bảng dưới đây:
2 Năm 1889 W. Clark (Mỹ) đã lần đầu tiên phân tích và tính toán hàm lượng trung bình, trị số % trọng lượng
nguyên tử của nguyên tố trong vỏ trái đất của 50 nguyên tố chủ yếu nhất trong vỏ trái đất. Nhiều nhà khoa học
khác cũng tiến hành phân tích, tính toán và cho kết quả không quá sai khác giá trị trung bình trên được gọi là trị
số Clark. Ngày nay trị số Clark được tính cho nhiều nguyên tố khác. 56
Bảng 3.6. Thành phần hóa học của Manti Đới Manti Thành
Thành phần hóa học của Manti phần khoáng Các Thiên
Thể tù siêu Siêu mafic vật chỉ thạch mafic (Dimonitrie v, 1996) tiêu (Mason, (Huchison, Ocid 1996) 1974) Moho Mái Olivin SiO2 48,1 45,0 45,5 Manti Pyroxen MgO 31,1 39,0 42,2 100 Quyển Granat FeO 12,7 8,0 8,3 km mềm Spinen Al2O3 3,1 3,5 3,8 Đới Amphib CaO 2,3 3,25 2,1 chuyể on Na2O 1,1 0,28 0,4 n Hogopit Cr2O3 tiếp 0,55 0,41 - MnO 0,42 0,11 0,2 2900 Pyroxen P2O5 0,34 - - km Biến thể K2O 0,12 0,04 0,1 Inmenit TiO2 và 0,12 0,09 - Pericla NiO - 0,25 - Tổng 99,95 99,93 102,6 cộng
(Nguồn: Lưu Đức Hải – Trần Nghi (2000))
3.5. SỰ PHÂN BỐ LỤC ĐỊA VÀ ĐẠI DƯƠNG TRÊN TRÁI ĐẤT
Bề mặt Trái Đất có diện tích khoảng 510 triệu km2trong đó đất nổi chiếm 29% (149
triệu km2) và đại dương 71% (361 triệu km2).
3.5.1. Đất nổi
Đất nổi gồm các lục địa (lục địa là những bộ phận đất nổi rộng lớn liền thành một khối
và thường có những đặc điểm riêng về địa chất và Địa lí; châu lục là bộ phận của thế giới
bao gồm nhiều quốc gia nằm trên các đại lục và các đảo phụ thuộc) và các đảo (đảo là
những bộ phận của đất nổi có nguồn gốc từ lục địa hoặc có nguồn gốc núi lửa hoặc san hô). 57
Như vậy đại lục là một khái niệm về tự nhiên còn châu lục là một khái niệm về chính trị, lịch sử.
Bảng 3.7. Diện tích các lục địa và châu lục trên Trái Đất Lục địa
Diện tích (triệu km2) Lục địa
Diện tích (triệu km2) Á – Âu 50,7 Nam Mỹ 18,1 Phi 29,2 Nam Cực 13,9 Bắc Mỹ 20,3 Ôxtrâylia 7,7 Châu lục
Diện tích (triệu km2) Châu lục
Diện tích (triệu km2) Á 43,6 Nam Cực 14,0 Mỹ 42,5 Âu 10,0 Phi 30,0 Đại dương 8,9
3.5.2. Đại dương
Đại dương là bộ phận nước bao phủ trên bề mặt Trái Đất có diện tích rất lớn. Dựa vào
một số khác biệt về độ sâu, thời tiết, độ mặn, chế độ thủy triều, dòng biển… đại dương thế
giới được chia thành 4 đại dương theo bảng bên dưới:
Bảng 3.8. Diện tích của các đại dương lớp trên Trái Đất Đại dương Diện tích (triệu km2) Thái Bình Dương 179,6 Đại Tây Dương 93,4 Ấn Độ Dương 74,9 Bắc Băng Dương 13,1 58
Hình 3.8. Sơ đồ đường cong độ cao và độ sâu của địa hình lục địa và đại dương 3.5.3.
Một số quy luật trong sự phân bố các lục địa và đại dương trên Trái Đất
Phần lớn các lục địa trên Trái Đất đều tập trung ở Bán cầu Bắc (39%), còn đại dương
tập trung ở Bán cầu Nam (81%). Các lục địa phân bố trên Trái Đất thành 2 dải: dải Bắc
gồm có lục địa Á-Âu, Bắc Mỹ và dải gần xích đạo gồm có lục địa Nam Mỹ, Phi và Úc.
Lục địa Nam Cực nằm ra ngoài 2 dải trên. Các lục địa thuộc dải Bắc có địa hình cắt xẻ
phức tạp, thềm lục địa rộng, đường bờ biển khúc khuỷu. Tất cả những đặc tính đó phụ
thuộc vào cấu trúc địa chất phức tạp của lục địa cổ Lawrasia. Các lục địa thuộc dải gần
xích đạo có địa hình tương đối đơn giản, đường bờ biển ít khúc khuỷu và thềm lục địa hầu
như không có. Điều đó phù hợp với tính chất tương đối đồng nhất về cấu trúc địa chất của
lục địa cổ Gondwana. Các lục địa và đại dương nói chung đều có vị trí đối chân ngược
nhau. Mỗi lục địa tương ứng với một đại dương ở phía đối diện và ngược lại. Biểu hiện rõ
nhất là vị trí của lục địa Nam Cực và Bắc Băng Dương, Lục địa Bắc Mỹ với Ấn Độ
Dương, lục địa Phi và Á-Âu với Thái Bình Dương. Riêng phần nam của lục địa Nam Mỹ
đối chân với vùng Đông Nam Á.
Hầu hết các lục địa đều có dạng tam giác quay mũi nhọn về phía nam. Tiêu biểu hơn
cả là các lục địa Nam Mỹ, Phi, lục địa Á-Âu ít rõ hơn. Riêng lục địa Úc không đúng quy
luật. Các dạng địa hình kéo dài theo kinh tuyến thường có dạng hình chữ S. Tiêu biểu nhất
là hướng của các dãy núi dọc bờ tây châu Mỹ, dải núi ngầm trong Địa Tây Dương và dải
quần đảo cũng như bờ biển phía đông châu Á. Các lục địa đều phân bố tập trung ở khu
vực hai đầu trục ngắn xích đạo (của hình ellipsoid).
Trên bề mặt Trái Đất có 3 vòng đai đứt gãy lớn:
− Vòng đai đứt gãy Địa Trung Hải gần như men theo vĩ tuyến 350B qua Địa Trung Hải,
hệ núi Anpi - Bắc Phi và Nam Âu, các dải núi Kavkaz, Tiểu Á, Himalaia và 59 Đông Dư
ơng. Nó biểu hiện rõ rệt nhất ở các dải núi trẻ, những khu biển sụt lún,
những khu vực núi lửa và động đất.
− Vòng đai đứt gãy ở Bán cầu Nam men theo vĩ tuyến 350N. Nó biểu hiện ở chỗ các lục
địa gần như kết thúc ở đây.
− Vòng đai Thái Bình Dươngdọc theo 2 bờ lục địa Á - Mỹ theo hướng kinh tuyến. Ở đây
nó cũng được biểu hiện bằng các dải núi trẻ, các dãy đảo hình cung, các núi lửa và động đất.
Đường bờ một số lục địa có hình dạng lồi, lõm khớp với nhau, chẳng hạn: bờ tây lục
địa Phi với bờ đông lục địa Nam Mỹ, bờ đông lục địa Á với các đảo ở tây nam Thái Bình
Dương…Đây cũng là cơ sơ để xây dựng giả thuyết lục địa trôi.
Hướng dẫn nghiên cứu tài liệu chương 3:
1. Chứng minh Trái Đất có dạng Ellipsoid.
2. Tại sao trong đo vẽ Trắc Địa, người ta lại dùng dạng Geoid của Trái Đất.
3. Vẽ hình và mô tả cấu trúc 3 lớp của Trái Đất
4. Tại sao ở tâm Trái Đất lại tồn tại ở thể rắn mặc dù nhiệt độ nơi đây rất lớn? 5.
Cho biết mối quan hệ giữa nhiệt độ và áp suất trong lòng đất và trên bề mặt đất.
6. Nguyên tố hóa học chủ yếu của lớp Vỏ, Manti và Nhân của Trái Đất. 7. Phân
tích đặc điểm phân bố lục địa và đại dương trên Trái Đất.
Học liệu số hỗ trợ tham khảo cho chương 3:
1. Hình dạng và kích thước Trái Đất (acacdemia.edu).
2. Phương pháp địa chấn (Youtube).
3. Trái Đất hình thành như thế nào (Youtube).
4. Cấu tạo bên trong của Trái Đất (Youtube).
5. Cấu tạo và thành phần bên trong của Trái Đất (Youtube). 60
Chương 4 - CÁC VẬN ĐỘNG CỦA TRÁI ĐẤT VÀ HỆ QUẢ
4.1. VẬN ĐỘNG TỰ QUAY QUANH TRỤC VÀ HỆ QUẢ 4.1.1. Vận động
Thế kỉ thứ IX trước CN trường phái toán học Pithagore đã biết Trái Đất quay quanh
trục và sinh ra ngày đêm. Thế kỉ thứ II sau công nguyên nhà thiên văn học Ptolémeé (Hi
Lạp) với thuyết “Địa tâm hệ” coi Trái Đất là trung tâm, MT và các sao quay xung quanh
nó. Học thuyết này phù hợp với quan niệm của nhà thờ.
Thế kỉ XV – XVI nhà thiên văn học Balan Copernic cho ra đời thuyết “Nhật tâm hệ” –
coi Mặt Trời là trung tâm, Trái Đất và các hành tinh vừa chuyển động quanh Mặt Trời vừa
chuyển động quanh trục. Đây là học thuyết chống lại học thuyết của Ptolémeé do đó nó bị cấm phổ biến.
Đầu thế kỉ XVII hai nhà thiên văn ý Bruno và Galilée đã truyền bá học thuyết
Copernic và số phận là một người phải lên giàn hỏa còn một người phải quỳ gối trước tòa
án của giáo hội phủ nhận Trái Đất tự quay. Song sự vận động tự quay của Trái Đất là một
hiện tượng khách quan và một chỉ thời gian sau với thí nghiệm của mình Foucault đã
chứng minh được hiện tượng đó.
Ông dùng một quả lắc nặng 28kg có đầu nhọn treo bằng một sợi dây dài 40m trên trần
điện Pantheon (Paris) và ở dưới là một bàn cát phẳng. ông cho con lắc dao động, sau một
thời gian nó vạch trên bàn cát những đường thẳng AA’, BB’ ,CC ‘… những đường vạch đó
làm cho chúng ta có cảm giác hình như mặt phẳng dao động của con lắc chuyển dịch từ
Đông sang Tây. Theo nguyên lí cơ học thì mặt phẳng dao động của con lắc không bao giờ
đổi hướng. Như vậy hiện tượng trên chính là do bàn cát đã chuyển động hay Trái Đất đã
chuyển động tự quay từ tây sang đông.
Hình 4.1. Thí nghiệm con lắc đơn của Foucault
Đặc điểm vận động, vận tốc gốc, vận tốc dài 61
4.1.2. Hệ quả
a. Ngày và đêm
* Sự luân phiên ngày đêm
Hình khối cầu của Trái Đất luôn được Mặt Trời chiếu sáng một nửa, còn một nửa
không được chiếu sáng, vì thế đã sinh ra ngày và đêm. Tuy nhiên, do Trái Đất tự quay
quanh trục, nên mọi nơi ở bề mặt Trái Đất đều lần lượt được Mặt Trời chiếu sáng rồi lại
chìm trong bóng tối, gây nên hiện tượng luân phiên ngày và đêm trên Trái Đất.
Hình 4.2. Hiện tượng luân phiên ngày đêm trên Trái Đất
* Sự điều hòa nhiệt giữa ngày và đêm
Nhờ vận động tự quay mà mọi địa điểm trên bề mặt Trái Đất trong 24 giờ đều luân
phiên có ngày và đêm (ngày là thời gian được chiếu sáng, đêm là thời gian trong bóng
tối), nhờ đó mà nhiệt độ mặt đất được điều hòa, sự sống phát triển tương đối thuận lợi.
b. Giờ và đường đổi ngày quốc tế
* Hệ tọa độ địa lí
Trong quá trình tự quay mọi địa điểm trên Trái Đất đều di chuyển khỏi vị trí của nó –
trừ hai điểm quay tại chỗ đó là cực Bắc và cực Nam (cực Bắc là cực mà từ đó nhìn thấy
Trái Đất quay ngược chiều kim đồng hồ). Từ 2 cực kẻ đường thẳng xuyên tâm nối liền 2
cực đó là trục Trái Đất, nó luôn nghiêng trên mặt phẳng Hoàng đạo một góc là 66o33’. Từ
các yếu tố trên người ta tiếp tục xây dựng quy ước các yếu tố còn lại.
Vòng xích đạo (đường xích đạo) là vòng tròn lớn nhất có mặt phẳng vuông góc với trục
Trái Đất và chia Trái Đất thành 2 bán cầu bằng nhau (bán cầu Bắc chứa cực Bắc, bán cầu
Nam chứa cực Nam). Vĩ tuyến là các vòng tròn nhỏ có mặt phẳng song song với mặt
phẳng xích đạo. Các vĩ tuyến ở Bán cầu Bắc gọi là vĩ tuyến Bắc, ở Bán cầu
Nam gọi là vĩ tuyến Nam. Theo quy ước mỗi bán cầu được chia thành 90 vòng vĩ tuyến mỗi vòng cách nhau 1o. 62
Vĩ độ Địa lí (ϕ) là khoảng cách đo bằng cung tính từ các vĩ tuyến đến xích đạo hay đó
là độ lớn của các góc có một cạnh là đường bán kính xích đạo, còn cạnh kia là đường bán
kính có đầu ra trên vĩ tuyến.
Đường kinh tuyến là đường cong chạy trên bề mặt Trái Đất nối liền 2 cực.
Vòng kinh tuyến là 2 đường kinh tuyến đối nhau tạo thành một vòng tròn đi qua 2 cực.
Các vòng kinh tuyến đều bằng nhau.
Kinh độ Địa lí (λ) là khoảng cách biểu hiện bằng cung đo từ các kinh tuyến đến kinh
tuyến gốc hay đó cũng là độ lớn của các góc nhị diện do các mặt phẳng của 2 vòng kinh
tuyến tạo nên, trong đó có một mặt phẳng của kinh tuyến gốc. Kinh tuyến gốc là kinh
tuyến đi qua đài thiên văn Greenwich ở ngoại ô thủ đô London của nước Anh. Kinh tuyến
đó được đánh số 00, từ đó đi về phía Đông đến kinh tuyến 180olà các kinh tuyến Đông, đi
về phía Tây đến 180olà các kinh tuyến Tây. * Giờ trên
Trái Đất chuyển động tự quay một vòng (360o) trong một khoảng thời gian nhất định,
khoảng thời gian đó là 1 ngày. Để tiện tính toán thời gian trên thế giới, Hội nghị thiên văn
quốc tế năm 1884 ở Washington, Hoa Kì đã quy ước chia Trái Đất thành 24 khu vực giờ
(giờ múi, mỗi múi bằng 15o = 360o : 24 giờ) và đánh số từ 0 đến 23. Giờ của múi số 0 được gọi là giờ quốc tế.
Hình 4.3. Bản đồ múi giờ theo giờ quốc tế
Giờ quốc tế (GMT – Greenwich Mean Time) là giờ của đường kinh tuyến gốc – đường
kinh tuyến trung tâm của múi giờ 0. Trên bản đồ múi giờ, nếu các múi mang giá trị +1, +2,
+3… sẽ tương ứng lần lượt các múi giờ 1, 2, 3…; nhưng nếu các múi 63
mang giá trị -1, -2, -3… thì sẽ tương ứng lần lượt các múi giờ 23 (24-1), 22 (24-2), 21 (24-
3)… Ranh giới của múi giờ 0 giới hạn ở 7o30’ Tây và 7o30’ Đông. Như vậy giờ của 2 múi
liền nhau sẽ chênh nhau 1 giờ. Trên thực tế người ta sử dụng ranh giới các múi giờ không
phải là những đường cong hoàn hảo dọc theo các kinh tuyến, ranh giới các múi giờ được
chia sao cho việc quan lí hành chính của các quốc gia được thuận lợi nên nó thường là
những đường gấp khúc, dọc theo chiều kinh tuyến. Lãnh thổ của các quốc gia có thể trải
dài qua nhiều múi giờ nhưng người ta thường lấy múi giờ đi qua thủ
đô là giờ quốc tế chính thức của quốc gia đó.
- Giờ: là một đơn vị thời gian nhỏ dùng để đo lường những khoảng thời gian ngắn và
xác định thời điểm của một ngày, nó chỉ đúng vị trí của Mặt Trời trên bầu trời địa phương.
Như vậy cùng một thời điểm, mỗi địa phương có một giờ riêng – đó là giờ địa phương.
- Giờ địa phương: là giờ đúng giờ thật của tất cả các địa điểm nằm trên cùng một kinh
tuyến. Nếu dùng giờ địa phương sẽ rất phức tạp bởi vì chỉ cần cách nhau một khoảng cách
ngắn đã có giờ khác nhau. Để tránh tình trạng lộn xộn người ta phải quy định giờ thống
nhất cho từng khu vực – đó là giờ khu vực.
- Giờ khu vực (giờ múi): là giờ địa phương của kinh tuyến đi qua chính giữa khu vực.
Cách tính giờ múi: Trái Đất được chia thành 24 khu vực bổ dọc theo kinh tuyến (giống
như múi cam nên gọi là múi giờ), mỗi múi bằng 15o(360o:24h). Như vậy giờ của 2 múi
liền nhau chênh nhau 1 giờ. quyết định của múi giờ 0
được gọi là giờ quốc tế.
- Giờ quốc tế (GMT – Greenwich Mean Time): là giờ của đường kinh tuyến gốc –
đường kinh tuyến trung tâm của múi giờ 0. Các múi giờ được tính theo thứ tự về phía
Đông 1, 2, 3… Ranh giới của múi giờ 0 giới hạn ở 7o30’ Tây và 7o30’ Đông, múi 1 sẽ có
ranh giới 7o30’ Đông và 22o30’ Đông và kinh tuyến giữa múi này là 15o Đông, múi 2 sẽ có
ranh giới 22o30’ Đông và 37o30’ Đông và kinh tuyến giữa múi này là 30o
Đông,… múi 12 sẽ có ranh giới 172o30’ Đông và 172o30’ Tây và kinh tuyến giữa múi này
là 180o, múi 13 sẽ có ranh giới 172o30’ Tây và 157o30’ Tây và kinh tuyến giữa múi này là 165o Tây,… Mọi múi giờ trên Trái Đất đều được xác định dựa và giờ GMT, tức là lấy tương đối so với giờ tại kinh tuyến 0 qua đài thiên văn Greenwich, Luân Đôn, Anh. Việt Nam có kinh
tuyến 1050 Đông chạy dọc theo chiều dài đất nước nên phần lớn lãnh thổ nước ta nằm trên
múi giờ số 7 (GMT+7); tuy nhiên lãnh thổ trên đất liền của nước ta trải rộng từ 102o09’
Đông đến 109o24’ Đông nên giờ tại các địa phương sẽ khác nhau, mặc dù sự chênh lệch
này là không lớn (chỉ giây hoặc vài phút). 64 Trái Đất chia thành 24 múi giờ/3600
Hình 4.4. Ranh giới các múi giờ trên Trái Đất
- Đường đổi ngày quốc tế: là đường kinh tuyến mà khi vượt qua nó thời gian phải cộng
thêm hoặc bớt đi một ngày. Do Trái Đất có hình khối cầu nên khu vực giờ gốc số 0 trùng
với khu vực 24, nên 24h của ngày hôm trước sẽ là 0h của ngày hôm sau (chẳng hạn, 24h
ngày 01/01/2015 sẽ là 0h của ngày 02/01/2015). Do vậy trên Trái Đất bao giờ cũng có một
khu vực mà ở đó có thể chỉ 2 ngày khác nhau. Để tránh tình trạng phiền phức trong vấn đề
giao thông quốc tế, người ta quy ước lấy kinh tuyến 1800 ở múi giờ số 12 trong Thái Bình
Dương làm đường chuyển ngày quốc tế.
* Cách tính giờ: - Tính giờ theo giờ múi
Ta có công thức tính giờ của một điểm theo giờ múi trên Trái Đất như sau:
Tm = To + M
Trong đó: Tm là giờ của địa điểm cần tính
To là giờ GMT
M là số thứ tự của múi giờ.
Ví dụ: Việt Nam nằm ở múi giờ thứ 7, nếu giờ GMT đang lúc 5 giờ thì giờ của Việt Nam sẽ là
Tm = To + M = 5 + 7 = 12 giờ
- Tính giờ địa phương dựa vào giờ múi:
Giờ của một múi chính là giờ địa phương của kinh tuyến giữa múi. Như vậy khi biết
giờ múi của một kinh độ, có thể xác định được giờ địa phương hoặc ngược lại biết giờ địa
phương xác định được giờ múi.
TM = Tm ± Dt 65
Hay Tm = TM ± Dt
Trong đó: TM là giờ múi
Tm là giờ địa phương
Dt là khoảng chênh lệch thời gian giữa kinh độ giữa múi. Căn cứ vào kinh độ đứng trước (lớn hơn) hay sau (nhỏ hơn) kinh độ giữa múi đồng thời kinh độ đó ở bán cầu Đông hay bán cầu Tây mà có thể cộng (+)
hay trừ (–). Nếu ở bán cầu
Đông, kinh độ của điểm
cần tính đứng trước kinh
độ giữa múi thì (+), đứng
sau thì (–); ở bán cầu Tây
ngược lại, đứng trước thì (–), đứng sau thì (+).
Ví dụ: Việt Nam nằm
ở múi giờ thứ 7 đang lúc 9
giờ và kinh tuyến giữa múi
này là 1050, xác định giờ
địa phương của Điện Biên
1020 Đông và Đà Nẵng ở 1080 Đông. Cách xác định giờ:
- Điện Biên cách kinh tuyến giữa múi 7 là: 1050 – 1020 = 30
- Đà Nẵng cách kinh tuyến giữa múi 7 là: 1080 – 1050 = 30
- 30 tương đương 3x60’/15 = 12 phút
- Giờ của Điện Biên là: Tm = TM – Dt = 9h – 0h12p = 8h48p
- Giờ của Đà Nẵng là: Tm = TM +Dt = 9h + 0h12p = 9h12p
Dựa vào kinh tuyến để xác định múi
Khi Trái Đất tự quay quanh trục, mọi địa điểm thuộc các vĩ độ khác nhau ở bề mặt Trái
Đất (trừ hai cực) đều có vận tốc dài khác nhau và hướng chuyển động từ tây sang đông.
Do vậy, các vật thể chuyển động trên bề mặt Trái Đất sẽ bị lệch so với hướng ban đầu (vì
phải giữ nguyên chuyển động thẳng hướng theo quán tính). Lực làm lệch 66
hướng đó được gọi là lực Coriolis. Ở bán cầu Bắc, vật chuyển động bị lệch về bên phải; ở
bán cầu Nam bị lệch về bên trái theo hướng chuyển động.
Hình 4.5. Tác động của lực Coriolis
Lực Coriolis tác động mạnh tới hướng chuyển động của các khối khí, các dòng biển,
dòng sông, đường đạn bay trên bề mặt đất…
- Trên bán cầu Bắc gió thổi có xu hướng vòng phải, còn ở bán cầu Nam thì vòng trái.
Chẳng hạn, nếu từ một miền nào đó trên bán cầu Bắc có luồng gió bắt đầu thổi thẳng về
phía Cực Bắc, thay vì gió thổi theo hướng Bắc thì dưới tác dụng của lực Coriolis luồng
gió này sẽ thổi lệch về hướng Đông Bắc. Nếu từ một miền nào đó trên bán cầu Bắc có
luồng gió bắt đầu thổi thẳng về phía xích đạo, thay vì gió thổi theo hướng Nam thì dưới
tác dụng của lực Coriolis luồng gió này sẽ thổi lệch về hướng Tây Nam. Bán cầu Nam, gió
thổ về Cực Nam thay vì sẽ thổi thẳng hướng Nam thì sẽ lệch về hướng Đông Nam, gió
thổi về xích đạo thay vì thổi thẳng về hướng Bắc sẽ bị lệch về phía Tây Bắc.
- Ở bán cầu Bắc, các con sông chảy theo hướng Bắc – Nam thì bờ Tây bị xói mòn là
chủ yếu và ngược lại các con sông chảy theo hướng Nam – Bắc thì bờ Đông bị xói mòn
nhiều hơn. Ở Bán cầu Nam thì ngược lại, các cong sông chảy theo hướng Bắc – Nam bờ
Đông bị xói mòn là chủ yếu, các con sông chảy theo hướng Nam – Bắc thì bờ Tây bị xói
mòn nhiều hơn. Các con sông chảy theo hướng từ Tây sang Đông thường là các con sông
lớn hơn các con sông chảy theo hướng ngược lại. Trên thực tế, các con sông lớn có dòng
chảy chủ yếu gần song song với xích đạo theo hướng Tây - Đông thường là sông lớn:
Sông Trường Giang, Sông Amazon, Sông Hoàng Hà...
- Các dòng biển chảy từ xích đạo về hướng Bắc như Gulfstream, Bắc Đại Tây Dương,
Curosivo,… đều lệch sang phía Đông. Các dòng biển chảy từ xích đạo về hướng Nam như
dòng ven bờ Đông Brasil, Madagasca, Đông Úc… đều lệch sang phía Tây. 67 - Ở bán cầu B m ắc thì, nếu đư cá ờng c đoàn
ray sẽ tàu hỏa di chuyển theo hướng Bắc Na
bị mòn nhiều hơn ở phần phía Tây, di chuyển ngược lại theo hướng Nam Bắc thì đường
ray sẽ mòn nhiều hơn ở phần phía Đông. Ở bán cầu Nam, nếu các đoàn tàu hỏa di chuyển
theo hướng Bắc Nam thì đường ray sẽ bị mòn nhiều hơn về phía Đông, di chuyển ngược
lại, đường ray sẽ mòn nhiều hơn về phía Tây.
4.2. VẬN ĐỘNG QUAY QUANH MẶT TRỜI VÀ HỆ QUẢ
4.2.1. Vận động
a. Nhận thức về vận động
Cùng với nhận thức về vận động tự quay quanh trục của Trái Đất, các nhà khoa học
thời cổ đại cũng đã có những nhận định về vận động quay quanh Mặt Trời của Trái Đất.
Các nhận định này được thể hiện thông qua các học thuyết như “Thuyết Địa tâm hệ”,
“Thuyết Nhật tâm hệ”,… Tuy nhiên vẫn chưa có sự thống nhất trong các trường phái trên.
Đầu thế kỉ XVII, nhà thiên văn học người Áo, Kepler đã nêu ra định luật chuyển động của các hành tinh gồm:
- Các hành tinh chuyển động quanh Mặt Trời theo các quỹ đạo hình elíp với Mặt Trời
nằm ở một tiêu điểm.
- Đường nối một hành tinh với Mặt Trời quét qua những diện tích bằng nhau trong
những khoảng thời gian bằng nhau.
- Bình phương chu kì quỹ đạo của một hành tinh tỷ lệ với lập phương bán trục lớn của
quỹ đạo elip của hành tinh đó.
b. Đặc điểm của vận động
Vận động quay quanh Mặt Trời của Trái Đất có một số đặc điểm sau:
- Trái Đất chuyển động theo một quỹ đạo hình Elip gần tròn có khoảng cách giữa 2 tiêu
điểm là 5 triệu km với độ dài của quỹ đạo là 940 triệu km.
- Trái Đất chuyển động trên quỹ đạo cùng hướng với hướng tự quay với tốc độ trung
bình là 29,8km/giây và hoàn thành một vòng trên quỹ đạo hết 365 ngày 5h 48’56’’ (365, 2422 ngày).
- Khoảng cách tới Mặt Trời và tốc độ trên quỹ đạo có sự thay đổi:
+ Ngày 3/1: Trái Đất ở điểm cận nhật, khoảng cách tới Mặt Trời là 147 triệu km, tốc
độ chuyển động trên quỹ đạo là 30,3km/giây.
+ Ngày 5/7: Trái Đất ở điểm viễn nhật, khoảng cách tới Mặt Trời là 152 triệu km, tốc
độ chuyển động trên quỹ đạo là 29,3 km/giây.
- Trái Đất chuyển động tịnh tiến quanh Mặt Trời, trục luôn nghiêng trên mặt phẳng
hoàng đạo một góc là 66o33’. 68
Hình 4.6. Vị trí điểm Cận nhật và Viễn nhật của Trái Đất
4.2.2. Hệ quả
a. Chuyển động biểu kiến quanh Mặt Trời
Hiện tượng Mặt Trời ở đúng đỉnh đầu lúc 12 giờ trưa (tia sáng Mặt Trời chiếu thẳng
góc với tiếp tuyến ở bề mặt đất) được gọi là Mặt Trời lên thiên đỉnh. Ở Trái Đất, ta thấy
hiện tượng này chỉ lần lượt xảy ra tại các địa điểm từ vĩ tuyến 23o27’N (ngày 22/12) cho
tới 23o27’B (ngày 22/6) rồi lại xuống vĩ tuyến 23o27’N. Điều đó làm ta có ảo giác là Mặt
Trời di chuyển. Nhưng trong thực tế, không phải Mặt Trời di chuyển mà là Trái Đất
chuyển động tịnh tiến xung quanh Mặt Trời. Chuyển động không có thực đó của Mặt Trời
được gọi là chuyển động biểu kiến hằng năm của Mặt Trời.
- Vào ngày 22/6: Trái Đất ở vị trí gần mút Hoàng đạo – gọi là hạ chí. Lúc này trục Trái
Đất có đầu bắc nghiêng về phía Mặt Trời, ánh sáng Mặt Trời chiếu thẳng góc trên bề
mặt Trái Đất ở vĩ độ 23o27’B. Vòng vĩ tuyến đó gọi là chí tuyến Bắc.
- Vào ngày 22/12: Trái Đất ở vị trí gần mút kia của Hoàng đạo – gọi là đông chí. Lúc
này trục Trái Đất có đầu nam nghiêng về phía có Mặt Trời, ánh sáng Mặt Trời chiếu
thẳng góc trên bề mặt Trái Đất ở 23o 27’ Nam. Vòng vĩ tuyến đó gọi là chí tuyến Nam.
- Vào ngày 23/9 và 21/3: Trái Đất ở vị trí trung gian giữa 2 đầu mút của Hoàng đạo - gọi
là thu phân và xuân phân, trục Trái Đất không có đầu nào nghiêng về phía Mặt Trời,
ánh sáng Mặt Trời chiếu thăng góc ở xích đạo.
Như vậy, khi Mặt Trời chuyển động trọn một vòng trên quĩ đạo thì khu vực giữa hai
chí tuyến (23027’B – 23027’N) khu vực có tia sáng Mặt Trời chiếu vuông góc với mặt đất
hai lần trong năm, còn từ các chí tuyến về các cực, tia sáng Mặt Trời không bao giờ chiếu
thẳng với góc với bề mặt Trái Đất, góc tới giảm dần về 2 cực. 69
Hình 4.7. Chuyển động biểu kiến quanh Mặt Trời
Trên bề mặt Trái Đất chúng ta thấy dường như Mặt Trời chỉ di chuyển lên xuống giữa 2
chí tuyến. Đó là chuyển động biểu kiến của Mặt Trời - chuyển động không có thực. Dựa
vào chuyển động biểu kiến của Mặt Trời chúng ta có thể tính được độ cao của Mặt Trời
lúc giữa trưa ở các vĩ độ khác nhau (từ xích đạo tới các vòng cực) theo công thức:
* Vào 2 ngày 21/3 và 23/9, Mặt trời chiếu thẳng góc tại xích đạo. Góc nhập xạ tại các
điểm trên mặt đất (h (00 ≤ h ≤ 900) lúc 12 giờ trưa được tính như sau:
- Tại xích đạo: h=900
- Tại các điểm khác: h=900- φ 70
Với φ là vĩ độ của điểm khảo sát (00≤ φ ≤ 900)
* Khi mặt trời chiếu thẳng góc tại một điểm bất kì trong thời gian từ 21/3 đến 23/9:
Giả sử vào một ngày bất kì (từ 21/3 đến 23/9), mặt trời chiếu thẳng góc tại điểm N, Gọi
δ (00 ≤ δ ≤ 23027’) là khoảng cách góc từ Mặt trời tại điểm N tới mặt phẳng xích đạo
(xích vĩ của Mặt trời tại điểm N); ϕ(00 ≤ φ ≤ 900) là góc hợp bới đường dây dọi qua φ N
(00 ≤ φN ≤
23027’) là vĩ độ của điểm N. Góc nhập xạ tại các điểm trên bề mặt đất h (00 ≤ h ≤ 900),
lúc 12 giờ trưa được xác định như sau:
- Tại điểm N (ϕ N): h=900
- Các điểm từ N đến cực Bắc (từϕ đến ≤ N
900B): h = 900 – φ + δ (0 ϕ N h ≤ 90) -
Các điểm từ cực Bắc về phía bắc bán cầu đối diện (từ 900 B đến 900B +ϕ N): h = φ -
900 + δ (≤ h ≤ ϕ N 0) 0
- Các điểm từ N về xích đạo (ϕ Nvề 00): h = 900 + φ – δ (0 0 90 −ϕ ≤ N h ≤ 90)
- Tại các điểm từ xích đạo về phía bán cầu Nam (từ 00 đến 900N - φN ): h = 900 – φ –
δ (≤ h ≤ −ϕ N 0 90) 0 0
* Khi mặt trời chiếu thẳng góc tại một điểm bất kì trong thời gian từ 23/9 đến 21/3:
Trong thời gian từ 23/9 đến 21/3 mặt trời lần lượt chiếu thẳng góc tại các điểm từ xích
đạo đến chí tuyến Nam và ngược lại. Tương tự như thời gian từ 21/3 đến 23/9, góc nhập
xạ tại các điểm trên bề mặt đất được xác định như sau:
- Tại điểm N (φN): h=900
- Tại các điểm từ xích đạo về phía bán cầu bắc (từ 00 đến 900B -ϕ N): h = 900 – φ – δ
(≤ h ≤ −ϕ N 0 90). 0 0
- Tại các điểm từ N đến xích đạo (từ ϕ đến ≤ N
00): h = 900 + φ – δ (0 0 90 −ϕ N h ≤ 90).
- Tại các điểm từ N đến cực Nam (từ φN đến 900N): h = 900 – φ + δ (0 ϕ ≤ N h ≤ 90).
- Tại các điểm từ cực Nam về phía bán cầu Nam đối diện (từ 900 N đến 900N +ϕ N):
h = φ - 900 + δ (≤ h ≤ ϕ N 0). 0 Bảng 4.1 Ngày 21/3 22/6 23/9 22/12 Công thức Góc Công thức Góc Công thức Góc Công thức Góc Vĩ độ Nhập Nhập Nhập xạ Nhập xạ xạ xạ 66033’B * φ 0 00 700B * Không có tia h = - 90 3027’ Không có tia sáng sáng Mặt trời +23027’ Mặt trời 800B * 13027’ Không có tia sáng 900B h = 900- φ 00 23027’ h = 900 - φ 00 Mặt trời 800B 100 33027 100 ’ 700B 200 43027’ 200 66033’B 23027’ 46054’ h = 900 – φ 23027’ 00 600B 300 +23027’ 53027’ 300 6033’ 500B 400 63027’ 400 16033’ 400B 500 73027’ 500 h = 900 - φ 26033’ 300B 600 83027’ 600 - 23027’ 36033’ 23027’B 66033’ h = 900 900 66033’ 43006’ 200B 700 h = 900 + 86033’ 700 46033’ φ - 100B 800 23027’ 76033’ 800 56033’ 00 h = 900 900 66033’ h = 900 900 h = 900 + 66033’ φ 800 - 100N 800 56033’ 23027’ 76033’ 700 200N 700 46033’ 86033’ 23027’N 66033’ 43006’ 66033’ h = 900 900 300N 600 h = 900 - φ 36033’ 0φ 600 83027’ h = 900 - 400N 500 - 23027’ 26033’ h = 90- 500 φ+23027’ 73027’ 500N h = 900-φ 400 16033’ 400 63027’ 600N 300 6033’ 300 53027’ 66033’N 23027’ 00 23027’ 46054’ 700N 200 200 43027’ 800N 100 100 33027’ 900N 00 Không có tia sáng 00 23027’ 800N* Mặt trời 13027’
* Bán cầầu đốếi diện 700N* Không có tia Không có tia sáng h = φ - 3027’ sáng Mặt trời Mặt trời 900 +23027’ 66033’N* 00 72
- Công thức tính độ cao vào một ngày bất kì trong năm
Trừ những ngày đặc biệt, trong năm ta có thể tính độ cao Mặt Trời vào các ngày bất
kì ở những vĩ độ bất kì. Để tính được độ cao này ta có thể dựa vào địa đồ cầu để biết ngày
đó Mặt Trời đang chiếu vuông góc ở vĩ độ nào. Từ vĩ độ đó, ta có thể tính độ cao Mặt Trời
cho các vĩ độ còn lại ở Bắc và Nam bán cầu theo công thức công thức:
H = 90 - ϕ, trong đó ϕlà khoảng cách vĩ độ từ vĩ độ Mặt Trời đang chiếu vuông góc
đến vĩ độ cần tính góc tới của tia sáng Mặt Trời.
Ví dụ: Tính độ cao Mặt Trời vào ngày 15/11 ở vĩ độ 100B.
Dựa trên Địa đồ cầu ta thấy, ngày 15/11, Mặt Trời chiếu vuông góc ở vĩ độ 190N. Do
vậy khoảng cách đến 100B là 29 vĩ tuyến. Vậy độ cao Mặt Trời ở 100B vào ngày 15/11 là: H10B = 90 – 29 = 610.
Hình 4.8. Địa đồ cầu 73
Công thức tính
Bên cạnh đó, ta cũng có thể tính toán được vĩ độ mà Mặt Trời đang chiếu vuông góc
mà không cần dựa vào Địa đồ cầu. Cách tính như sau, Mặt Trời chuyển động từ
Xích Đạo đến Chí tuyến mất khoảng thời gian là trung bình là 3 tháng. Như vậy
trong vòng 3 tháng đó, Mặt Trời sẽ di chuyển được 23,5 vĩ tuyến. Tính trung bình mỗi vĩ
tuyến Mặt Trời mất khoảng 4 ngày để di chuyển qua. Do đó, từ ngày 21/3 đến 22/6, Mặt
Trời sẽ di chuyển trong khoảng vĩ độ từ Xích đạo đến Chí tuyến Bắc. Dựa vào khoảng
thời gian đó, ta sẽ tìm được Mặt Trời hiện đang chiếu vuông góc ở vĩ tuyến bao nhiêu và
sẽ tính được độ cao Mặt Trời ở các vĩ tuyến còn lại. Tương tự, ta sẽ tìm được độ cao Mặt
Trời trong khoảng thời gian từ 22/6 đến 23/9, từ 23/9 đến 22/12 và từ 22/12 đến 21/3.
b. Sự thay đổi các thời kì nóng lạnh trong năm và hiện tượng ngày đêm dài ngắn
khác nhau trên Địa cầu
Trong năm giữa 2 bán cầu luôn có sự luân phiên các thời kì nóng lạnh và ngày đêm dài
ngắn khác nhau. Thời kì nóng lạnh phụ thuộc vào góc nhập xạ (độ cao Mặt Trời) và thời
gian chiếu sáng, còn ngày đêm dài ngắn khác nhau phụ thuộc vào thời gian chiếu sáng.
Thời gian từ 21/3 đến 23/9: bán cầu Bắc nghiêng về về phía Mặt Trời, Mặt Trời chuyển
động biểu kiến từ xích đạo lên chí tuyến Bắc và trở về xích đạo nên mọi địa điểm ở bán
cầu Bắc đều có góc nhập xạ lớn hơn và thời gian chiếu sáng dài hơn bán cầu Nam (xét
cùng vĩ độ và cùng thời điểm)
Ví dụ: vào ngày 22/6, h(52oB) = 90o – 52o+ 23o27’ = 61o27’; h(52oN) =
90o- 52o – 23o27’= 14o33’
Thời gian chiếu sáng: ở bán cầu Bắc cung chiếu sáng dài hơn (ngày dài), còn ở bán cầu
Nam cung được chiếu sáng ngắn hơn (ngày ngắn). Ở xích đạo ngày đêm bằng nhau. Như vậy thời kì 21/3 – 23/9 mọi địa điểm ở bán cầu Bắc đều có góc nhập xạ lớn hơn và thời gian chiếu sáng dài hơn các địa điểm ở bán cầu Nam. Đó là thời kì nóng và có ngày dài hơn đêm ở bán cầu Bắc (ngày dài, đêm ngắn), còn ở bán
cầu Nam thì ngược lại. Thời gian từ 23/9 – 21/3: hiện tượng trên ngược lại. 74
Hình 4.9. Diện tích chiếu sang vào ngày 22/6 và 22/12
Kết luận. Trên quỹ đạo chuyển động của Trái Đất quanh Mặt Trời:
- Ngày 21/3 và 23/9 là những vị trí mốc đánh dấu bước vào thời kì nóng hay lạnh,
ngày dài hay ngắn giữa hai bán cầu.
- Ngày 22/6 và 22/12: Là những thời điểm nóng nhất hay lạnh nhất, ngày dài nhất
hay ngắn nhất giữa hai bán cầu
Độ dài của ngày hoặc đêm có sự thay đổi lớn từ xích đạo về 2 v òng cực. Bảng 4.2. Bán cầu Nam vào ngày 22/6 Vĩ độ
Ngày dài nhâốt ở Bán câằu Băốc
Ngày dài nhâốt ở Bán câằu Nam 66033’ 24h0’ 0h0’ 650 21h9’ 2h51’ 600 18h30’ 5h30’ 500 16h8’ 7h52’ 400 14h51’ 9h9’ 300 13h56’ 10h4’ 200 13h13’ 10h47’ 100 12h35’ 11h25’ 00 12h0’ 12h0’
Từ các vòng cực về các cực số ngày là 24h toàn ngày hoặc đêm khác nhau.
Bảng 4.3. Số ngày hoặc đêm dài 24h ở các vĩ độ từ các vòng cực về các cực Bán câằu Băốc 900 850 800 750 700 66033’ Bán câằu Nam
S ô ố ngày có 24h toàn ngày 186 161 134 103 65 1
S ô ố ngày có 24h toàn đêm
S ô ố ngày có 24h toàn đêm 179 153 127 97 60 1
S ô ố ngày có 24h toàn ngày
Như vậy số ngày có 24h toàn ngày ở Bán cầu Bắc nhiều hơn Bán cầu Nam. Sở dĩ có
hiện tượng trên là do Trái Đất chuyển động trên quỹ đạo hình ellip. Từ 21 tháng 3 đến 23
tháng 9, đây là thời kì có 24h toàn ngày ở Bán cầu Bắc. Thời kì này Trái Đất chuyển động
trên quỹ đạo gần với điểm viễn nhật (5/7), lực hút của Mặt Trời giảm, nên tốc độ chuyển
động trên quỹ đạo giảm. Do đó số ngày có 24h toàn ngày tăng 75
lên. Từ 23 tháng 9 đến 21 tháng 3, đây là thời kì có 24h toàn ngày ở Bán cầu Nam. Thời kì
này Trái Đất chuyển động trên quỹ đạo gần với điểm cận nhật (3/1), lực hút của Mặt Trời
tăng, nên tốc độ chuyển động trên quỹ đạo tăng. Do đó số ngày có 24h toàn ngày giảm bớt.
c. Sự hình thành các vành đai chiếu sáng và nhiệt trên Trái Đất
Trái Đất chuyển động trên một trục nghiêng, nên vùng được ánh sáng Mặt Trời chiếu
thẳng góc trên bề mặt Trái Đất được mở rộng tới các chí tuyến (23o27’B và 23o27’N). Bức
xạ Mặt Trời không chỉ tập trung ở xích đạo mà được phân bố rộng trong vùng nội chí
tuyến (nếu trục Trái Đất thẳng đứng thì chỉ vùng xích đạo nhận được nhiều ánh sáng và
nhiệt nhất, vùng cực nhận được ít nhiệt nhất). Do đó, đây là vùng nhận được nhiều nhiệt
cực (23o27’ – 66o33’) lượng nhiệt nhận được trung bình nên ấm áp gọi là ôn đới, còn từ
các vòng cực tới các cực (66o33’ – 90o) nhận được lượng nhiệt nhỏ nhất nên lạnh giá
quanh năm gọi là hàn đới.
Hình 4.10. Vành đai nhiệt theo vĩ độ (Trái) và theo đường đẳng nhiệt (Phải)
Sự phân chia như trên mang tính chất lí thuyết vì mới chỉ căn cứ vào một nhân tố là sự
phân bố bức xạ Mặt Trời.
d. Lịch và sự phân mùa
* Dương lịch
Dương lịch là lịch của các dân tộc sống về trồng trọt, nó được xây dựng trên cơ sở
chuyển động của Trái Đất quanh Mặt Trời. Trái Đất chuyển động một vòng quanh Mặt
Trời hết 365 ngày 5h 48’ 46’’ – được gọi là Năm thiên văn. Dương lịch có thời gian lẻ nên
khó tính toán và không thuận tiện cho sinh hoạt. Do đó, người ta quy định lấy 365 ngày
làm một năm lịch. Như vậy, năm lịch ngắn hơn năm thiên văn khoảng 1/4 ngày, sau một
số năm lịch sẽ không đúng với những biểu hiện của thời tiết và khí hậu.
Năm 45 sau CN, lịch trên được sửa lại bằng cách cứ sau 3 năm thì thêm một ngày vào
năm thứ 4, năm đó là năm nhuận (có 366 ngày). Năm nhuận được quy định là năm 76
mà con số cuối của năm chia hết cho 4 và cũng được quy định mỗi năm có 12 tháng, tháng
lẻ có 31 ngày và tháng chẵn có 30 ngày (riêng tháng 2 có 29 ngày) và được gọi là lịch
Julius. Sau đó, hoàng đế Augustus lại cắt bớt một ngày của tháng 2 (còn 28 ngày) đưa vào
tháng 8 (31 ngày) và thay đổi số ngày của các tháng còn lại. Năm nhuận tháng 2 có 29
ngày. Với cách tính này thì mỗi năm thật chậm hơn năm lịch là 11’14’’, tuy nhiên sau 384
năm lịch sai mất 3 ngày.
Năm 325 sau công nguyên, hội nghị Kitô giáo họp ở Venice quy định việc sử dụng lịch
này và lấy ngày 21/3 hàng năm làm ngày lễ phục sinh.
Đến năm 1582 tức sau 1257 năm (sau hội nghị ở Venice), lịch đã sai mất 10 ngày. Do
đó, giáo hoàng Gregoa XIII (Grégoire XIII) quyết định sửa lại lịch để cho ngày lễ phục
sinh trùng ngày 21/3 bằng cách bỏ 10 ngày trong lịch – đổi ngày 15/10 thành 5/10 và từ
đó trở đi cứ 100 lần nhuận trong 400 năm lại bỏ đi 3 lần.
Để dễ nhớ những năm bỏ nhuận được quy định là những năm cuối thế kỉ mà con số
hàng trăm không chia hết cho 4 (1700, 1800, 1900…). Lịch này gọi là lịch Gregoa và được
dùng cho đến ngày nay. Ví dụ: Năm 1600, 1700, 1800, 1900… thì 1700, 1800, 1900 uận không có nh
vì 17, 18, 19 không chia hết cho 4. lịch này gọi là lịch Gregoire và được dùng cho đến ngày na y.
Ở nước Nga do sự bất hòa với giáo hoàng La Mã nên vẫn theo lịch Julien. Do đó khi cách
mạng Tháng10 nổ ra năm 1917 đã bị chênh lệch mất 13 ngày (7/11) nhưng theo lịch cũ
vẫn là ngày 25/10 – gọi là cách mạng Tháng10. * Mùa
Cách tính các mùa trong dương lịch và âm dương lịch có khác nhau. Ở các nước ôn
đới, vì sự phân hóa về khí hậu 4 mùa rõ rệt nên theo dương lịch thời gian tính như sau:
* Bán cầu Bắc:
Từ 21/3 – 22/6 (mùa xuân) thời gian này Mặt Trời chuyển động biểu kiến từ xích đạo
lên chí tuyến bắc, nhiệt tăng do góc nhập xạ tăng và thời gian chiếu sáng kéo dài. Tuy
nhiên, mặt đất mới bị mất hết nhiệt trước đó khi Mặt Trời còn ở NBC, nên nhiệt độ không cao thời tiết mát.
Từ 22/6 đến 23/9 (mùa hạ) thời gian này Mặt Trời chuyển động biểu kiến từ chí tuyến
bắc về xích đạo, nhiệt giảm nhưng không đáng kể do góc nhập xạ vẫn còn lớn và thời gian
chiếu sáng vẫn còn kéo dài. Cùng với lượng nhiệt dự trữ qua mùa xuân nên nhiệt độ cao, thời tiết nóng.
Từ 23/9 – 22/12 (mùa thu) thời gian này Mặt Trời chuyển động biểu kiến từ xích đạo
xuống chí tuyến nam, nhiệt giảm do góc nhập xạ và thời gian chiếu sáng giảm. Tuy nhiên,
lượng nhiệt dự trữ qua mùa hạ vẫn còn nên nhiệt độ không thấp, thời tiết mát.
Từ 22/12 – 21/3 (mùa đông) thời gian này Mặt Trời chuyển động biểu kiến từ chí tuyến
nam về xích đạo, nhiệt tăng nhưng không đáng kể do góc nhập và thời gian 77
chiếu sáng được cải thiện. Tuy nhiên lượng nhiệt dự trữ qua mùa thu đã hết nên nhiệt độ thấp, thời tiết lạnh
* Bán cầu Nam: ngược lại
Ở các nước nhiệt đới (khu vực nội chí tuyến) do sự biểu hiện của các mùa không rõ nên
cách tính mùa khác ở các nước ôn đới. Mỗi năm cũng có 4 mùa, nhưng có thêm 24 tiết khí
(gọi tắt là tiết), mỗi tiết cách nhau 15 ngày phù hợp với vị trí của Trái Đất trên quỹ đạo.
Các mùa sớm hơn trong dương lịch 45 ngày.
Hình 4.11. Vận động của Trái Đất và các mùa trong năm
Các tiết trong âm dương lịch: lập xuân (đầu xuân), vũ thủy (mưa rào), kinh trập (sâu vũ (mưa tốt lúa),
lập hạ (đầu hạ), tiểu mãn (thu hoạch sớm), mang chủng (gieo mạ), hạ chí (giữa hạ), tiểu
thử (nóng ít), đại thử (nóng nhiều), lập thu (đầu thu), xử thử (hết nóng), bạch lộ (sương
móc trắng), thu phân (giữa thu), hàn lộ (sương móc lạnh), sư ơng giáng (sương rơi), lập
đông (đầu đông), tiểu tuyết (tuyết rơi ít), đại tuyết (tuyết rơi dày).
Các mùa: mùa xuân tính từ tiết lập xuân (4 hoặc 5/2) đến tiết lập hạ (5 hoặc 6 tháng 5);
mùa hạ tính từ tiết lập hạ (5 hoặc 6/5) đến tiết lập thu (7 hoặc 8/8); mùa thu tính từ tiết lập
thu (7 hoặc 8/8) đến tiết lập đông (7 hoặc 8/11); mùa đông tính từ tiết lập đông (7 hoặc
8/11) đến tiết lập xuân (4 hoặc 5/2).
Các tiết (lập…) chỉ thời gian bắt đầu một mùa mới và đồng thời kết thúc mùa cũ còn
tiết (xuân…) chỉ thời gian giữa các mùa.
Ở nước ta tuy có chia ra 4 mùa nhưng ở miền Bắc 2 mùa xuân và thu ngắn và không rõ
như ôn đới, còn ở miền Nam 2 mùa trên hầu như không có mà thay vào đó là 2 mùa khô và mưa. 78