ĐỊA LÍ 10 · TRÁI ĐẤT VÀ HỆ QUẢ CHUYỂN ĐỘNG, KIẾN TẠO MẢNG — Quả cam trên đĩa quay: vì sao có ngày đêm, bốn mùa, động đất và núi lửa
Bài giảng khái niệm Địa lí 10: hình dạng và tọa độ Trái Đất, tự quay (ngày đêm, múi giờ, lực Côriôlit), chuyển động quanh Mặt Trời (bốn mùa, độ dài ngày theo…
ĐỊA LÍ 10 · TRÁI ĐẤT VÀ HỆ QUẢ CỦA CHUYỂN ĐỘNG · KIẾN TẠO MẢNG · LUKATO AI · BÀI KHÁI NIỆM
Quả cam trên đĩa quay: vì sao có ngày đêm, bốn mùa, động đất và núi lửa
Chỉ vài chuyển động và vài mảnh vỏ Trái Đất đã đủ để giải thích những hiện tượng quen thuộc nhất quanh ta.
Hãy hình dung một quả cam xoay trên một chiếc đĩa quay, còn chiếc đĩa lại chầm chậm đi vòng quanh một ngọn đèn. Quả cam xoay thì có phía sáng, phía tối: đó là ngày và đêm. Trục xoay của nó nghiêng và luôn nghiêng về một hướng khi đi vòng quanh đèn: đó là bốn mùa. Lớp vỏ cam không liền một mảnh mà nứt thành nhiều mảng chầm chậm xô, tách, trượt qua nhau: đó là núi, động đất và núi lửa. Bài này đi qua sáu mục, từ hình dạng và tọa độ của Trái Đất đến cấu trúc bên trong, kiến tạo mảng, nội lực và ngoại lực. Mỗi mục trả lời một câu hỏi "tại sao", có hình, có phòng thí nghiệm để tự chỉnh số, và có câu hỏi tự kiểm. Dữ kiện thật được đối chiếu với sách giáo khoa Địa lí 10 và ít nhất một nguồn khoa học; chỗ các nguồn ghi hơi khác nhau, bài ghi "khoảng".
12 SƠ ĐỒ TỰ DỰNG 3 PHÒNG THÍ NGHIỆM 6 HIỂU NHẦM KINH ĐIỂN 8 CÂU TRẮC NGHIỆM TỰ SOẠN THUẦN KHÁI NIỆM
BẢN ĐỒ BÀI
Một quả cam, một đĩa quay, một ngọn đèn
Câu hỏi trung tâm của bài: vì sao có ngày và đêm, có bốn mùa, có động đất và núi lửa? Câu trả lời không cần hàng chục nguyên nhân rời rạc. Nó chỉ cần phân biệt rõ hai chuyển động của Trái Đất (tự quay và quay quanh Mặt Trời), trục nghiêng của nó, và lớp vỏ nứt thành mảng nằm trên một lớp quánh dẻo. Bảng dưới đây ghép từng phần của hình ảnh quả cam với phần thật của Trái Đất.
Trên đĩa quay · Ngoài đời thật · Hệ quả · Ở mục
Quả cam tự xoay quanh que xiên · Trái Đất tự quay quanh trục từ Tây sang Đông · Ngày và đêm, giờ địa phương và múi giờ, lệch hướng chuyển động · 2
Đĩa chở quả cam đi vòng quanh đèn · Trái Đất quay quanh Mặt Trời một vòng khoảng 365 ngày 6 giờ · Một năm · 3
Que xiên nghiêng, luôn hướng về một phía · Trục nghiêng khoảng 23,44° so với pháp tuyến của mặt phẳng quỹ đạo · Bốn mùa, ngày và đêm dài ngắn khác nhau theo vĩ độ và thời gian · 3
Ruột cam, cùi, vỏ · Nhân, manti, vỏ Trái Đất · Lớp cứng ngoài cùng (thạch quyển) nằm trên lớp quánh dẻo · 4
Vỏ cam nứt thành mảng · Thạch quyển vỡ thành các mảng kiến tạo, chuyển động vài cm mỗi năm · Núi, động đất, núi lửa, vành đai lửa · 5
Lực bóp từ trong ruột, và nước mưa chảy trên vỏ · Nội lực nâng, uốn, làm đứt gãy; ngoại lực phong hóa, bóc mòn, vận chuyển, bồi tụ · Địa hình: núi cao được nâng lên và bị bào thấp dần · 6
Vuốt ngang để xem hết bảng
Công cụ A · Quay hay vòng?
Mỗi khi gặp một hiện tượng, hỏi: nó do tự quay (chu kì một ngày) hay do quay quanh Mặt Trời cùng trục nghiêng (chu kì một năm)?
Công cụ B · Mô hình và thực tế
Công thức đơn giản cho kết quả gần đúng. Luôn hỏi: mô hình bỏ qua điều gì, và sai lệch cỡ bao nhiêu?
Công cụ C · Trong hay ngoài?
Mọi dạng địa hình là kết quả của hai nhóm lực cùng lúc: lực từ trong lòng Trái Đất (nội lực) và lực trên bề mặt (ngoại lực).
Giả định của bài (dùng suốt bài). (a) Số liệu về Trái Đất (bán kính, chu vi, chu kì, khoảng cách, độ nghiêng) là dữ kiện thật; chỗ sách giáo khoa và nguồn khoa học ghi hơi khác nhau (chí tuyến 23°27′ hay 23°26′; độ sâu nhân trong khoảng 5100 hay 5150 km), bài ghi cả hai hoặc ghi "khoảng". (b) Hai phòng thí nghiệm đầu (A và B) dùng mô hình thiên văn đơn giản: Trái Đất tròn, độ nghiêng 23,44°, Mặt Trời là một điểm, bỏ qua khúc xạ khí quyển; kết quả là xấp xỉ , và bài nói rõ sai lệch. (c) Các bài về mùa theo vĩ độ và khí áp, gió đất gió biển, lớp vỏ địa lí đã có trong thư viện; ở đây chúng chỉ được nhắc, không dạy lại.
Về chữ "hư cấu". Dữ kiện thật về Trái Đất KHÔNG mang nhãn hư cấu. Nhãn hư cấu chỉ dùng cho những gì bài tự dựng: các nhân vật trong tình huống, thời điểm minh họa, tốc độ minh họa của các mảng. Phần ngoài chương trình bắt buộc mang nhãn MỞ RỘNG .
MỤC 1 · TRÁI ĐẤT TRONG HỆ MẶT TRỜI
Hình dạng, kích thước và hệ tọa độ: một "địa chỉ" cho mọi điểm trên quả cam
Trước khi hỏi quả cam chuyển động thế nào, ta cần biết nó to cỡ nào, tròn đến đâu và làm sao nói chính xác một điểm nằm ở đâu trên đó. Hai câu trả lời ấy là nền cho mọi mục sau: hình cầu quyết định vì sao ánh sáng chiếu xiên khác nhau theo vĩ độ; hệ tọa độ cho phép nói "ở Hà Nội" bằng hai con số.
1.1 Vị trí, hình dạng và kích thước
Trái Đất là hành tinh thứ ba tính từ Mặt Trời trong tám hành tinh của hệ Mặt Trời. Khoảng cách trung bình tới Mặt Trời khoảng 149,6 triệu km (thường làm tròn là 150 triệu km). Hình dạng của nó gần như hình cầu , hơi dẹt ở hai cực và phình ở xích đạo: bán kính xích đạo 6378 km, bán kính cực 6357 km, bán kính trung bình 6371 km. Hai bán kính chỉ chênh nhau khoảng 21 km, tức độ dẹt khoảng 0,34%; vẽ đúng tỉ lệ thì mắt không phân biệt được với hình cầu.
Chu vi theo xích đạo khoảng 40.075 km, chu vi theo đường đi qua hai cực (theo một kinh tuyến) khoảng 40.008 km; hai số này gần bằng nhau, một lần nữa cho thấy "gần hình cầu". Trong các mô hình của bài, ta dùng Trái Đất hình cầu bán kính 6371 km: sai lệch so với hình dạng thật chưa tới 0,34%.
Vuốt ngang để xem hết sơ đồ
Hình 1. Bên trái: Trái Đất đúng tỉ lệ (vòng liền) và dẹt phóng đại 10 lần (vòng đứt); các bán kính 6378 km và 6357 km. Bên phải: Trái Đất là hành tinh thứ ba trong tám hành tinh (thứ tự đúng; kích thước và khoảng cách không theo tỉ lệ).
Vì sao cần chữ "gần". Hình cầu là mô hình đơn giản nhất mà vẫn đủ tốt để giải thích ngày đêm, mùa và múi giờ. Chỗ phải dùng hình dạng chính xác hơn (đo đạc, định vị vệ tinh) thì người ta dùng một hình "elipxoit dẹt" với hai bán kính khác nhau. Bài này không cần tới mức đó.
1.2 Hệ tọa độ địa lí: vĩ độ và kinh độ
Vĩ độ cho biết điểm nằm cách xích đạo bao xa về phía bắc hay phía nam. Xích đạo có vĩ độ 0°; hai cực có vĩ độ 90° (cực Bắc: 90°B, cực Nam: 90°N). Các vòng tròn song song với xích đạo là các vĩ tuyến. Kinh độ cho biết điểm nằm cách kinh tuyến gốc bao xa về phía đông hay phía tây. Kinh tuyến gốc có kinh độ 0°, đi qua đài thiên văn Greenwich (gần Luân Đôn); kinh độ tăng tới 180° về cả hai phía. Mỗi kinh tuyến là nửa vòng tròn lớn nối hai cực.
Ví dụ: Hà Nội có tọa độ khoảng 21,03°B và 105,85°Đ; TP.HCM khoảng 10,78°B và 106,70°Đ. Hai thành phố gần như cùng kinh độ (chênh chưa tới 1°) nhưng khác vĩ độ khoảng 10°: ta nói Hà Nội ở xa xích đạo hơn, nên (mục 3) ngày và đêm ở Hà Nội thay đổi theo mùa nhiều hơn.
Vuốt ngang để xem hết sơ đồ
Hình 2. Trái trên: quả cầu nhìn nghiêng với xích đạo (đỏ) và kinh tuyến 105,85°Đ đi qua Hà Nội (xanh). Phải trên: lưới tọa độ của một vùng. Dưới: độ dài 1° kinh độ giảm dần khi lên vĩ độ cao.
Độ dài của 1°. Vì chu vi một vòng tròn lớn khoảng 40.000 km chia cho 360° nên 1° dọc theo kinh tuyến dài khoảng 111 km, ở mọi nơi. Nhưng các vĩ tuyến thì nhỏ dần về phía cực: vĩ tuyến ở vĩ độ φ có chu vi bằng chu vi xích đạo nhân cos φ. Vì thế 1° kinh độ dài khoảng 111,3·cos φ km: ở xích đạo khoảng 111 km, ở Hà Nội khoảng 104 km, ở vĩ độ 60° chỉ khoảng 56 km, và tại cực bằng 0 vì mọi kinh tuyến gặp nhau.
Vĩ độ · 0° · 21° · 45° · 60° · 80° · 90°
1° kinh độ dài khoảng (km) · 111,3 · 103,9 · 78,7 · 55,7 · 19,3 · 0,0
Vuốt ngang để xem hết bảng
Cách dùng. Muốn biết hai điểm cùng vĩ độ cách nhau bao xa, lấy hiệu kinh độ nhân với 111,3·cos φ km (xấp xỉ, coi Trái Đất là hình cầu). Muốn biết hai điểm cùng kinh tuyến cách nhau bao xa, lấy hiệu vĩ độ nhân với 111 km.
Chốt ý mục 1: vị trí = (vĩ độ, kinh độ); 1° vĩ độ ≈ 111 km; 1° kinh độ ≈ 111,3·cos φ km Trái Đất gần như hình cầu (bán kính trung bình 6371 km; độ dẹt khoảng 0,34%), là hành tinh thứ ba cách Mặt Trời khoảng 149,6 triệu km. Vĩ độ đo từ xích đạo (0°) tới cực (90°); kinh độ đo từ kinh tuyến gốc Greenwich (0°) tới 180° về hai phía.
bạn Minh ( hư cấu ) nói "đi về phía đông 1° thì ở đâu cũng được quãng đường dài 111 km". Câu này đúng ở chỗ nào, sai ở chỗ nào?
Hãy nhớ các vĩ tuyến có chu vi giảm dần về phía cực.
Giải thích. Câu đó đúng với 1° vĩ độ (đi dọc kinh tuyến, luôn khoảng 111 km). Nhưng đi về phía đông là đi dọc vĩ tuyến, tức là đổi kinh độ , và 1° kinh độ chỉ dài khoảng 111,3·cos φ km: khoảng 104 km ở Hà Nội, khoảng 56 km ở vĩ độ 60°, và bằng 0 ở cực. Bạn Minh đã lẫn hai loại "độ".
MỤC 2 · CHUYỂN ĐỘNG TỰ QUAY
Quả cam xoay: ngày và đêm, giờ địa phương, múi giờ và lực làm lệch hướng
Chuyển động đầu tiên của Trái Đất là tự quay quanh trục . Chu kì của nó là một ngày. Mọi hệ quả trong mục này lặp lại sau mỗi ngày: sáng rồi tối, trưa ở nơi này thì nửa đêm ở nơi kia, và mọi vật chuyển động trên mặt đất đều bị lệch hướng một chút.
2.1 Tự quay và sự luân phiên ngày đêm
Trái Đất tự quay quanh trục (đường nối hai cực) từ Tây sang Đông . Nhìn từ trên cực Bắc xuống, đó là chiều ngược chiều kim đồng hồ. Một vòng quay đối với Mặt Trời mất 24 giờ.
Ánh sáng Mặt Trời coi như chùm tia song song và luôn chỉ chiếu sáng được một nửa Trái Đất: nửa hướng về Mặt Trời là ban ngày, nửa kia là ban đêm. Ranh giới giữa hai nửa là một vòng tròn gọi là đường phân chia sáng tối. Trái Đất quay nên mọi nơi lần lượt đi vào nửa sáng (bình minh), qua giữa trưa, đi ra nửa tối (hoàng hôn). Vì Trái Đất quay về phía Đông nên nơi ở phía Đông được chiếu sáng trước: đó là lí do Mặt Trời "mọc ở phía Đông".
Vuốt ngang để xem hết sơ đồ
Hình 3. Trái Đất nhìn từ trên cực Bắc tại một thời điểm minh họa (05:00 giờ quốc tế): nửa hướng về Mặt Trời là ngày, nửa kia là đêm; các số quanh vòng tròn là giờ địa phương theo múi, cách nhau 1 giờ.
Tốc độ quay. Mọi điểm đều quay đúng một vòng trong một ngày, nhưng quãng đường phải đi khác nhau: tốc độ dài tại xích đạo khoảng 1674 km/h, ở vĩ độ φ bằng 1674·cos φ km/h: khoảng 1563 km/h ở Hà Nội, khoảng 837 km/h ở vĩ độ 60°, và bằng 0 ở hai cực. Ta không cảm thấy vì mọi thứ quanh ta (kể cả không khí) cùng chuyển động như thế.
MỞ RỘNG Ngày Mặt Trời và ngày sao. Một vòng quay đối với các ngôi sao xa mất 23 giờ 56 phút 4 giây (khoảng 23,9345 giờ). Sau vòng quay đó, Mặt Trời vẫn chưa trở về cùng vị trí trên bầu trời, vì trong lúc quay Trái Đất đã đi thêm một đoạn nhỏ trên quỹ đạo; phải quay thêm khoảng 4 phút nữa mới đủ 24 giờ (một "ngày Mặt Trời"). Tốc độ 1674 km/h ở trên tính theo chu kì sao.
2.2 Giờ địa phương, múi giờ và đường chuyển ngày
Giờ địa phương. Mỗi kinh tuyến có "giờ Mặt Trời" riêng: lúc Mặt Trời ở cao nhất trên kinh tuyến đó là 12 giờ trưa. Trái Đất quay 360° trong 24 giờ, tức 15° mỗi giờ, hay 1° kinh độ ứng với 4 phút. Hai nơi cách nhau 1° kinh độ thì giờ Mặt Trời lệch nhau 4 phút; nơi ở phía Đông luôn có giờ lớn hơn.
Múi giờ. Nếu mỗi nơi dùng một giờ riêng thì đồng hồ lộn xộn. Vì vậy người ta chia bề mặt Trái Đất thành 24 múi giờ , mỗi múi rộng 15° kinh tuyến; trong một múi mọi nơi dùng chung một giờ. Múi số 0 có kinh tuyến gốc đi qua giữa; giờ của múi này là giờ GMT, về thực tế tương đương giờ quốc tế (kí hiệu UTC). Múi cách múi 0 là Z múi về phía Đông có giờ lớn hơn giờ quốc tế Z giờ, kí hiệu UTC+Z. Việt Nam thuộc múi giờ số 7 (UTC+7): giờ Việt Nam bằng giờ quốc tế cộng 7. Kinh độ λ (đo theo chiều Đông dương) nằm trong múi Z = ⌊λ/15 + 0,5⌋, tức múi Z rộng từ 15Z − 7,5° đến 15Z + 7,5°. Ranh giới múi giờ trên thực tế được điều chỉnh theo biên giới quốc gia nên không thẳng như trong sơ đồ.
Trong một múi, giờ múi không trùng giờ Mặt Trời của từng nơi: Hà Nội ở kinh độ 105,85°Đ, lệch 0,85° so với kinh tuyến giữa múi 7 (105°Đ), nên giờ Mặt Trời trung bình của Hà Nội nhanh hơn giờ múi khoảng 3,4 phút. (Đồng hồ mặt trời đo Mặt Trời "thật" còn lệch thêm so với Mặt Trời "trung bình" tối đa khoảng 14 đến 16 phút tùy thời điểm trong năm; sai lệch này gọi là phương trình thời gian và bài bỏ qua.)
Đường chuyển ngày. Hai múi ở hai bên kinh tuyến 180° (giữa múi số 12, ở Thái Bình Dương) có cùng giờ trên đồng hồ nhưng lịch hơn kém nhau một ngày . Đi từ Tây sang Đông qua đường này thì lùi một ngày lịch; đi từ Đông sang Tây thì tăng một ngày lịch. Trên thực tế đường này không thẳng mà uốn theo biên giới quốc gia.
Vuốt ngang để xem hết sơ đồ
Hình 4. Cùng một lúc (thời điểm minh họa 05:00 giờ quốc tế, ngày D): giờ và ngày ở một số nơi theo múi giờ chuẩn. Los Angeles còn ở ngày hôm trước. Hai đầu dải là cùng một kinh tuyến 180°.
Phòng A cho em chọn địa điểm (hoặc nhập tọa độ), chọn ngày trong năm và kéo giờ quốc tế. Em sẽ thấy ba điều: giờ múi và ngày lịch của nơi đó, giờ Mặt Trời trung bình so với giờ múi, và Mặt Trời ở trên hay dưới đường chân trời. Vùng tối trên bản đồ là ban đêm; nó trượt từ Đông sang Tây khi giờ quốc tế tăng.