Bài giảng môn học Địa lý lớp 12 - Chuyên đề 1: Những vấn đề địa lí tự nhiên đại cương và địa lí tự nhiên Việt Nam

CHUYÊN ĐỀ 1 NHỮNG VẤN ĐỀ ĐỊA LÍ TỰ NHIÊN ĐẠI CƯƠNG VÀ ĐỊA LÍ TỰ NHIÊN VIỆT NAM I. CẤU TRÚC NỘI DUNG - Chương 1, 2, 3 đề cập đến những vấn đề địa lí tự nhiên đại cương. - Chương 3, 4, 5 đề cập đến những vấn đề địa lí tự nhiên Việt Nam. II. MỤC TIÊU - Về mặt kiến thức Trang bị những kiến thức cơ bản, cập nhật về địa lí tự nhiên đại cương, địa lí tự nhiên Việt Nam, phục vụ cho việc dạy học môn Địa lí ở trường THPT và nghiên cứu khoa học những vấn đề có liên quan. - Về mặt kĩ năng + Rèn luyện khả năng sử dụng các phương tiện, trang thiết bị dạy học phục vụ giảng dạy địa lí tự nhiên và các vấn đề có liên quan. + Thuyết trình ngắn gọn, sâu sắc một số vấn đề cụ thể về địa lí tự nhiên, địa lí địa phương và môi trường. III. PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC - Thuyết trình của giảng viên có kết hợp sử dụng các phương tiện dạy học - Nêu vấn đề để học viên chuẩn bị, trao đổi theo các nhóm và thảo luận, thuyết trình trước lớp. - Xem băng hình - Phân tích các bảng số liệu, lược đồ, bản đồ, ảnh minh họa. IV. KIỂM TRA, ĐÁNH GIÁ - Sau mỗi vấn đề có nêu các câu hỏi, bài tập để các học viên ôn tập, thực hiện. - Có bài kiểm tra viết sau khi kết thúc chuyên đề để đánh giá kết quả học tập. (Số tiết: 20 tiết) CHƯƠNG 1 VẬN ĐỘNG CỦA TRÁI ĐẤT VÀ MỘT SỐ VẤN ĐỀ CÓ LIÊN QUAN I. VẬN ĐỘNG CỦA TRÁI ĐẤT Trái Đất tham gia vào ba vận động chính: vận động trong Thiên hà, vận động xoay quanh trục của nó và vận động tịnh tiến quanh Mặt Trời. Ở vận động thứ nhất, Trái Đất thực hiện cùng với Mặt Trời và các hành tinh khác của hệ Mặt Trời trên quỹ đạo xung quanh tâm của dải Ngân hà. Vận động này không ảnh hưởng nhiều đến sự biến đổi của môi trường trên Trái Đất và nó là mục tiêu nghiên cứu chính của các nhà thiên văn học hơn là các nhà địa lí học. Hai vận động còn lại là điều lưu tâm lớn của các nhà địa lí tự nhiên. Kết quả của các vận động này là các hiện tượng ta thấy thường ngày trên Trái Đất như ngày và đêm, độ dài thay đổi của chúng và sự luân chuyển của các mùa trong năm. 1. Vận động xoay quanh trục Trái Đất chuyển động với tốc độ không đổi xung quanh một trục tưởng tượng nối hai cực Bắc và Nam của nó và hoàn thành một vòng mất khoảng 24 giờ. Trái Đất xoay từ Tây sang Đông và ta thấy Mặt Trời xuất hiện hàng ngày từ hướng Đông và di chuyển dần về phía Tây trên bầu trời. Thực ra không phải Mặt Trời chuyển động mà chính Trái Đất xoay các múi kinh tuyến của mình về phía Mặt Trời. Nếu nhìn từ vũ trụ, trực diện trên cao của cực Bắc ta sẽ thấy Trái Đất liên tục xoay theo hướng ngược chiều kim đồng hồ. Hướng chuyển động sang phía Đông của Trái Đất xác định các khu vực được chiếu sáng trên bề mặt Trái Đất cũng như các vòng luân chuyển của khí quyển và đại dương. Mọi điểm trên hành tinh đều xoay trọn một vòng 3600 trong 24 giờ. Điều có nghĩa là vận tốc góc đối với tất cả các khu vực trên hành tinh đều như nhau và bằng 150/h. Tuy nhiên, chuyển động xoay này lại khiến cho các điểm trên bề mặt Trái Đất dịch chuyển qua các khoảng cách khác nhau trong những khoảng thời gian như nhau. Khoảng cách này lớn nhất đối với các điểm nằm trên đường xích đạo và giảm dần đối với các điểm gần về hai cực. Vận tốc dài của các điểm trên bề mặt Trái Đất là khoảng cách chúng dịch chuyển được do vận động xoay chia cho thời gian vận động. Vận tốc dài của hai cực Trái Đất bằng không vì hai điểm này xoay quanh chính chúng. Càng ra xa hai cực, vận tốc dài tăng dần và đạt cực đại ở các điểm nằm trên đường xích đạo, nơi các điểm dịch chuyển với tốc độ 460m/s hay 1660km/h. Tại Xanh Pêtécbua, vĩ độ 600 B tốc độ này giảm xuống còn một nửa, thành phố này chỉ dịch chuyển với vận tốc 830km/h. Thông thường ta không cảm nhận thấy vận tốc góc vì ba lí do. Thứ nhất, nó đồng đều tại mọi nơi trên Trái Đất; thứ hai, khí quyển cũng xoay theo Trái Đất; và cuối cùng, quanh ta không có các vật thể đứng yên hoặc chuyển động với vận tốc góc khác để làm mốc mà mọi chuyển động đều khó hoặc không thể nhận thấy được nếu không có các vật làm mốc. Hình 1. Trục nghiêng và hướng xoay của Trái Đất Vận động xoay của Trái Đất tạo ra sự luân hồi ngày đêm kế tiếp nhau trên Trái Đất. Điều này có thể minh họa một cách trực quan khi ta chiếu sáng một quả cầu đang xoay từ Tây sang Đông. Ta sẽ thấy rằng quả cầu chỉ luôn được chiếu sáng một nửa còn nửa kia luôn bị che khuất. Ta cũng thấy rằng phần được chiếu sáng trườn dần qua ranh giới với nửa bị che tối, một vòng cung 1800, với vận tốc góc 150/h. Trong khi đó, ở ranh giới tối sáng bên kia, phần bị che tối cũng từ từ lấn sang nửa được chiếu sáng với tốc độ tương tự. Điều này tương tự như chuyển động xoay của Trái Đất và sự rọi sáng của Mặt Trời lên bề mặt Trái Đất. Trong khi một nửa của Trái Đất được chiếu sáng và nhận được năng lượng bức xạ từ Mặt Trời, thì nửa còn lại của nó bị chìm trong bóng tối. Làm ranh giới hai nửa cầu đó là một đường tròn lớn được gọi là vòng tròn chiếu sáng. 2. Vận động tịnh tiến Trong khi xoay quanh trục của mình, Trái Đất còn chuyển động theo quỹ đạo hình elíp gần tròn với bán kính, xấp xỉ 150.000.000km xung quanh Mặt Trời. Vào ngày 3 tháng giêng, Trái Đất ở gần Mặt Trời nhất, tại vị trí cận nhật, cách Mặt Trời 147.500.000km. Vào khoảng ngày 4 tháng bảy, nó nằm ở điểm viễn nhật, khoảng cách xa nhất tới Mặt Trời trên quỹ đạo của mình, cách Mặt Trời 152.500.000km. Khoảng cách chênh lệch 5.000.000 km giữa vị trí cận nhật và viễn nhật là một khoảng cách không đáng kể trong vũ trụ. Nó tạo ra sự xê dịch vô cùng nhỏ (3,5%) tới nguồn nhiệt Trái Đất nhận được từ Mặt Trời và hầu như không có liên quan gì đến các hiện tượng mùa. 2.1 Hoàng đạo, độ nghiêng và tính song song của trục Trái Đất trong chuyển động tịnh tiến Trái Đất chuyển động xung quanh Mặt Trời trên quỹ đạo nằm trong một mặt phẳng nhất định gọi là Hoàng đạo. Mặt phẳng Hoàng đạo đi qua tâm Trái Đất và giao với mặt cầu theo một vòng tròn lớn. So với đường vuông góc với mặt phẳng này, trục của Trái Đất lệch đi một góc không đổi 230 27’ và nghiêng 660 33’ so với mặt phẳng Hoàng đạo. Trong khi chuyển động trên quỹ đạo, trục của Trái Đất luôn song song với các vị trí trước đó của nó. Đặc tính này gọi là tính song song. Vì khoảng cách Trái Đất - Mặt Trời là không đáng kể so với khoảng cách từ Trái Đất đến các ngôi sao khác trong vũ trụ nên với chuyển động tịnh tiến nói trên, trục Trái Đất có thể coi là luôn chĩa vào hai điểm cố định trên bầu trời mặc dù trục của Trái Đất không cố định so với Mặt Trời. Cực Bắc của Trái Đất luôn hướng tới gần một ngôi sao gọi là sao Bắc đẩu. Do trục trái đất chuyển động có tính song song nên có khi cực này của Trái Đất hướng về phía Mặt Trời, có khi là cực kia và cũng có lúc không cực nào hướng về Mặt Trời cả. Sự biến đổi có hệ thống của vị trí tương đối của trục Trái Đất so với Mặt Trời tạo ra cường độ nguồn năng lượng bức xạ Mặt Trời tới bề mặt Trái Đất luôn không đồng đều theo thời gian và địa điểm. Nhận thức được đặc tính này của mối quan hệ Mặt Trời - Trái Đất giúp ta nghiên cứu sự thay đổi các mùa trên Trái Đất và cắt nghĩa cơ chế tạo ra sự biến đổi năng lượng bức xạ Mặt Trời trong năm. Hình 2. Sơ đồ chuyển động của Trái Đất trên mặt phẳng Hoàng đạo II. MỘT SỐ VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN VẬN ĐỘNG CỦA TRÁI ĐẤT 1. Các mùa Nhiều người lầm tưởng rằng sự nóng lạnh khác nhau của các mùa là do khoảng cách xa gần của Trái Đất tới Mặt Trời khi nó dịch chuyển trên quỹ đạo elíp. Thực ra, sự khác biệt về nhiệt lượng nhận được do độ chênh lệch khoảng cách này rất nhỏ, trong khi đó cư dân sống ở bán cầu Bắc thấy vị trí cận, viễn nhật của Trái Đất không tương ứng với các diễn biến mùa ở đây (Trái Đất nằm ở vị trí viễn nhật trong tháng sáu và cận nhật vào tháng giêng). Mùa của Trái Đất thực chất được tạo ra do đặc tính chuyển động song song của trục Trái Đất và góc nghiêng 66,5 độ so với mặt phẳng Hoàng đạo của trục Trái Đất. Vào khoảng ngày 22 tháng sáu, cực Bắc của Trái Đất hướng về phía Mặt Trời hay bán cầu Bắc đang ở điểm Hạ chí (solstile) trên quỹ đạo. Vào ngày này Bắc bán cầu và Nam bán cầu nhận được lượng ánh sáng hoàn toàn khác nhau: Phần lớn của nửa cầu sáng nằm tại bán cầu Bắc, ngược lại bán cầu Nam chiếm phần lớn nửa cầu bị che tối. Vì vậy, cư dân sống ở vịnh Repulse ở miền Bắc Canada, trên vòng cực Bắc được hưởng ngày có Mặt Trời chiếu sáng cả 24 giờ và có thể đi săn vào lúc 1 giờ sáng. Tại thành phố Niu Oóc (Hoa Kì), thời gian được chiếu sáng dài hơn nhiều so với khoảng bị tối, trong khi đó dân cư thành phố Buênôs Aires (Achentina) thấy ngày chỉ kéo dài chừng 8 tiếng, trong 16 tiếng còn lại, thành phố của họ bị màn đêm bao phủ. Đối với bán cầu Nam, 22 tháng 6 là ngày Đông chí. Ta hãy cùng hình dung chuyển động của Trái Đất từ vị trí hạ chí của bán cầu Bắc cho tới hết 1/4 năm tiếp sau đó, vào tháng 9. Khi Trái Đất chuyển động tới vị trí mới, một số đổi thay đã xảy ra ở ba thành phố nhắc tới ở mục trên. Tại Vịnh Repulse, đêm dài dần ra và ở Niu Oóc, Mặt Trời cũng lặn ngày một sớm hơn. Trong khi đó, tại Buênôs Aires tình trạng diễn ra ngược lại. Trái Đất đang đi tới vị trí tháng 9, thời gian chiếu sáng ở đây tăng lên, đêm ngắn dần lại. Đến ngày 23 tháng 9, Trái Đất tới được vị trí được gọi là ngày Thu phân. Trong ngày này, tại bán cầu Bắc, ngày và đêm sẽ có chiều dài bằng nhau tại mọi vị trí trên bề mặt Trái Đất. Nói cách khác, vào các ngày thu phân, tình trạng được chiếu sáng là hoàn toàn giống nhau trên cả hai bán cầu. Khi đó cả hai đầu của trục Trái Đất đều không quay về phía Mặt Trời. Trục quay của nó nằm trên vòng tròn phân định ngày đêm. Ta cùng hình dung hai vận động căn bản của Trái Đất trong thời gian nó chuyển động từ vị trí ngày 23 tháng 9 tới điểm cách đó 1/4 vòng quỹ đạo sau đó. Tại vị trí này, ở vịnh Repulse, đêm vẫn tiếp tục dài thêm cho tới ngày Đông chí của bán cầu Bắc, ngày 22 tháng 12. Vào ngày này khu vực cực Bắc sẽ chìm trong bóng tối suốt 24 tiếng trong ngày. Các tia sáng Mặt Trời chiếu trên khu vực vịnh sẽ có hướng song song với đường chân trời. Tại thành phố Niu Oóc, ngày cũng ngắn dần, Mặt Trời lặn rất sớm, vào khoảng 5h30 chiều. Quay trở về với Buênôs Aires, tình thế lại đảo ngược so với hai thành phố nói trên. Ngày 22 tháng 12 là ngày Hạ chí ở đây, tình trạng giống như Niu Oóc trong tháng 6. Cư dân tại đây nô nức kéo nhau ra bãi biển mừng ngày Thiên Chúa Giáng sinh. Từ 22 tháng 12 đến khi Trái Đất đi hết 1/4 quỹ đạo quay xung quanh Mặt Trời của mình, tức là đến khoảng cuối tháng 3, tại vịnh Repulse và Niu Oóc ngày dài dần, còn ở Buênôs Aires thì trái lại đêm bắt đầu dài ra (nhưng chưa dài bằng ngày). Sau ngày 21 tháng 3, Trái Đất lại ở vị trí Thu phân như hồi tháng 9. Ngày đêm lại dài bằng nhau ở cả hai bán cầu, thời gian từ bình minh đến hoàng hôn sẽ là 12 tiếng. 1/4 vòng quỹ đạo cuối cùng của Trái Đất sẽ từ 21 tháng 3 đến 22 tháng 6 đến ngày Hạ chí của bán cầu Bắc, ngày 22 tháng 6, vị trí chúng ta bắt đầu cho phần mô tả này. Vịnh Repulse và Niu Oóc lại có ngày dài hơn đêm. Trong khi đó Mặt Trời lặn ngày càng sớm ở Buênôs Aires và đến ngày 22 tháng 6 tức là ngày hạ chí ở bán cầu Bắc, khu vực Nam Cực sẽ bị đêm bao trùm suốt 24 tiếng trong ngày ngoài những tia sáng le lói là là đường chân trời, tình trạng tương tự như vịnh Repulse trong ngày 22 tháng 12. 2. Các đường liên quan tới vận động tịnh tiến của Trái Đất Vì trục Trái Đất hướng về phía Mặt Trời và nghiêng 230 27’ độ so với đường vuông góc với mặt phẳng Hoàng đạo, vào ngày 22 tháng 6 trong suốt 24 giờ các tia sáng của Mặt Trời có thể vươn xa 230 27’ độ kể từ cực Bắc của Trái Đất. Khu vực có thời gian chiếu sáng đặc biệt đó được giới hạn bởi vòng cực Bắc (Artic Circle), đường tròn tưởng tượng vẽ xung quanh Trái Đất và cách cực Bắc 23027’ độ vĩ (66033’ tính từ xích đạo). Toàn bộ khu vực này nằm trong vòng tròn được chiếu sáng trong cả ngày hạ chí, các khu vực phía Nam của vòng cực Bắc sẽ có phần ngày và phần đêm. Duy có một khu vực được giới hạn bởi đường vĩ tuyến 66033’ N hay vòng cực Nam thì đêm tối chiếm lĩnh toàn bộ thời gian 24 giờ. Ngoài ra, các khu vực nằm hai bên đường xích đạo cũng luân phiên nhau nhận được các tia sáng trực diện (vuông góc) từ Mặt Trời. Vào lúc 12.00 giờ trưa ngày 22 tháng 6 của tất cả các điểm nằm cách xích đạo 23027’ về phía bắc sẽ được Mặt Trời chiếu vuông góc. Đường tròn tưởng tượng nối các điểm đó giới hạn một khu vực phía bắc của Trái Đất có cơ hội được nhận tia Mặt Trời trực diện trong chu trình chuyển động của Trái Đất quanh Mặt Trời gọi là chí tuyến Bắc hay chí tuyến Cua (Tropic of Cancer). Sáu tháng sau, vào ngày đông chí 22 tháng 12, mọi điểm 23027’ phía nam đường xích đạo sẽ được các tia Mặt Trời sẽ chiếu vuông góc vào thời điểm giữa trưa. Đường tròn tưởng tượng nối các điểm đó của bán cầu nam được gọi là chí tuyến Nam hay chí tuyến Sơn dương (Tropic of Capricon). Trong các ngày xuân phân và thu phân, Mặt Trời lần lượt chiếu vuông góc xuống các điểm nằm trên đường xích đạo vào lúc 12 giờ trưa của các điểm đó. Cũng cần lưu ý thêm là vào bất kì ngày nào trong năm, Mặt Trời chỉ có thể chiếu vuông góc trên một trong các dải vĩ tuyến nằm hoặc phía bắc, hoặc phía nam hoặc ngay chính trên xích đạo. Các khu vực khác trên Trái Đất sẽ chỉ nhận được các tia sáng chiếu đến với góc nhỏ hơn 90 độ. 3. Analemma Trong mỗi ngày, độ vĩ của điểm được Mặt Trời chiếu vuông góc vào giữa trưa chính là độ nghiêng của Mặt Trời so với xích đạo Trái Đất vào ngày đó hay là độ xích vĩ của Mặt Trời. Như vậy, vào ngày Mặt Trời chiếu vuông góc trên vĩ tuyến 18 độ nam, độ xích vĩ lúc đó sẽ là 18 độ Nam. Độ xích vĩ của Mặt Trời vào các thời điểm khác nhau trong năm, có thể tra cứu trên một biểu đồ hình số 8 đế phồng, gọi là đường Analemma, được thể hiện trên hình vẽ bên dưới với trục đứng của biểu đồ này là độ vĩ. Analemma trải dài trên 47 độ vĩ của Trái Đất, ở những nơi có Mặt Trời lên thiên đỉnh vào hai ngày nào đó trong năm. Nếu muốn biết vào ngày 16 tháng 10 Mặt Trời sẽ chiếu vuông góc ở đâu, tìm điểm biểu thị ngày 16 tháng mười trên số tám, chiếu sang trục tung, ta được 80 N. Tra cứu trên Annalema, ta còn biết một địa điểm nào đó trên Trái Đất được Mặt Trời chiếu vuông góc vào hai ngày nào trong năm. Ví dụ, ngày 25 tháng tư và ngày 20 tháng tám là hai ngày Mặt Trời chiếu vuông góc trên vĩ tuyến 120 Bắc. Analemma còn cho phép: - Tra cứu và tính góc nhập xạ của Mặt Trời vào một ngày bất kì trong năm tại một vĩ độ bất kì. Nếu vĩ độ đó nằm cùng bán cầu với vĩ độ có Mặt Trời đang chiếu thẳng góc, góc tới của Mặt Trời được tính bằng cách lấy 90 trừ đi hiệu hai vĩ độ. Nếu vĩ độ đó nằm khác bán cầu, lấy 90 trừ đi tổng hai vĩ độ Ví dụ: Ngày 20 tháng 8, Mặt Trời chiếu vuông góc với 120 B: Tại vĩ độ 300 N, khác bán cầu, góc nhập xạ sẽ là 90 - (30 + 12) = 480 . Tại vĩ độ 300 B, cùng bán cầu, góc nhập xạ là 90 - (30- 12) = 720. - Tra khoảng chênh lệch giữa thời điểm Mặt Trời lên thiên đỉnh và giữa trưa. Theo lí thuyết, vào lúc 12 giờ trưa, Mặt Trời sẽ lên cao nhất trên bầu trời. Tuy nhiên do một số yếu tố thiên văn, thời điểm mặt trời lên cao nhất có thể sớm hoặc muộn hơn 12 giờ trưa từ 0' 00" đến 16'. Khoảng chênh thời gian đó có thể xác định trên trục ngang của Analemma. Ví dụ: Ngày 15 tháng 5, Mặt Trời lên thiên đỉnh tại vĩ độ 180 B, trước thời điểm giữa trưa 4 phút, vào lúc 11h 56. Ngày 10 tháng 11, Mặt Trời chiếu vuông góc tại 170N, vào hồi 11h44, sớm hơn giữa trưa 16 phút. Hình 3. Biểu đồ về Annalema Còn một điều đặc biệt và hấp dẫn nữa. Nếu tại một địa điểm bất kì bên ngoài vòng cực vào cùng một thời điểm nhất định của các ngày khác nhau trong năm nếu chụp ảnh Mặt Trời, rồi chồng xếp các các vị trí của Mặt Trời trên cùng một nền ảnh, ta cũng sẽ được một hình số 8. Số 8 đó có thể đứng thẳng, nếu thời điểm chụp vào khoảng gần giữa trưa, nghiêng theo chiều dấu huyền, nếu chụp vào buổi sáng và nghiêng theo chiều dấu sắc nếu chụp vào buổi chiều. Sáu bức ảnh bên là các đường analemma chụp tại các đền thờ cổ Hy Lạp năm 2002 và 2003. Hình chiếu của Mặt Trời trên bức tường nhà bạn vào cùng một thời điểm của các ngày khác nhau trong năm cũng là hình số 8. Chụp hồi 08:00:00 GMT+2 từ ngày 12/1/02 đến 21/12/02 Đền thờ Tholos, Delphi, Hy Lạp Chụp hồi 12:28:16 GMT +2 từ ngày 12/1/02 đến 21/ 12/02 Parthenon, Athens, Hy Lạp Chụp hồi 16:00:00 GMT +2 từ ngày 07/1/03 đến 20/12/03 Đền thờ Zeus, Nemea, Hy Lạp Hình 4a. Các đường Analema chụp vào các thời điểm khác nhau tại một số địa điểm ở Hy Lạp Chụp hồi 10:00:00 GMT +2 từ ngày 07/1/03 đến - 20/12/03, tại Hephaisteion, Athens, Hy Lạp. Chụp hồi 15:00:00 GMT +2 từ ngày 07/1/03 đến- 20/12/03 Erechtheion, Athens, Hy Lạp. Chụp hồi 09:00:00 GMT +2 từ ngày 07/1/03 đến 20/12/03 Đền thờ Apollo, Corinth, Hy Lạp Hình 4b. Các đường Analema chụp vào các thời điểm khác nhau tại một số địa điểm ở Hy Lạp 4. Lượng nhập xạ và các mùa Bức xạ Mặt Trời mà hệ thống Trái Đất nhận được gọi là lượng nhập xạ, là nguồn năng lượng chủ yếu trên hành tinh của chúng ta. Sự khác biệt về nhiệt độ trong các mùa chủ yếu là do dao động về lượng nhập xạ. Vậy điều gì tạo ra sự khác biệt về lượng nhập xạ và sự khác biệt về mùa? Thực ra thì bầu khí quyển có khả năng giữ lại ít hay nhiều năng lượng bức xạ của Mặt Trời tới Trái Đất. Bầu trời với các đám mây lớn có thể giữ lại một lượng bức xạ từ Mặt Trời lớn hơn nhiều so với bầu trời ít mây. Tuy nhiên, mức độ bao phủ của mây là yếu tố không thường xuyên, không tiên định trước được và ảnh hưởng của nó so với tổng lượng nhập xạ sau một khoảng thời gian dài là khá nhỏ. Lời đáp chính xác cho câu hỏi điều gì dẫn đến sự khác biệt về lượng nhập xạ có thể tìm ra nếu như ta nghiên cứu kĩ càng chuyển động có tính nghiêng và song song của trục Trái Đất khi nó quay xung quanh Mặt Trời. Độ dài của ngày và góc nhập xạ của tia Mặt Trời là hai yếu tố thay đổi một cách có quy luật và theo chu kì đối với bất kì địa điểm nào đó trên Trái Đất khi nó xoay quanh trục của mình và tịnh tiến trên quỹ đạo quanh Mặt Trời. Thời gian chiếu sáng quyết định lượng bức xạ đưa tới còn góc tới thì ảnh hưởng trực tiếp tới cường độ nhập xạ. Vì vậy, cường độ nhập xạ và thời gian chiếu sáng là hai nhân tố cơ bản ảnh hưởng lượng nhập xạ tại bất kì địa điểm nào trên bề mặt Trái Đất. Tình trạng nêu trên tương tự như nấu thức ăn trong một cái lò. Thức ăn sẽ được nấu kĩ hơn, nếu: 1) Nhiệt độ tăng lên hoặc 2) Thời gian nấu lâu hơn hoặc, 3) Cả hai trường hợp. Tương tự, một điểm trên Trái Đất sẽ nhận được nhiều bức xạ hơn khi: 1) Được Mặt Trời chiếu dưới góc gần 90 độ hoặc hơn, 2) Chiếu lâu hơn hoặc, 3) Cả hai trường hợp. Khu vực hai chí tuyến trở nên nóng hơn vào các ngày hạ chí của chúng là do được Mặt Trời chiếu trực diện và thời gian chiếu lâu hơn. Cường độ bức xạ Mặt Trời (lượng nhập xạ trên một đơn vị diện tích) nhận được tại các địa điểm khác nhau cũng rất khác nhau do Trái Đất có dạng cầu. Chỉ có một phần của bề mặt Trái Đất được chiếu trực diện trong khi trên các phần khác các tia tới bị nghiêng đi các góc khác nhau. Ta thấy rằng góc chiếu càng gần 90 độ thì diện tích được chiếu sáng càng nhỏ. Nếu so sánh phạm vi chiếu sáng của các chùm tia tới cùng kích thước, chùm tia trực diện bao trùm diện tích bề mặt nhỏ nhất. Vì lượng bức xạ do các chùm tia cùng kích thước mang tới là như nhau, không phụ thuộc vào góc tới nên cường độ bức xạ sẽ càng lớn nếu phạm vi chiếu sáng càng nhỏ. Khi góc tới đạt 90 độ, cường độ bức xạ sẽ đạt cực đại, năng lượng nhận được trên một đơn vị diện tích lớn nhất. Ngược lại, góc chiếu càng nhỏ thì diện tích được chiếu càng lớn và năng lượng nhận được trên một đơn vị diện tích càng nhỏ. Hơn nữa, khi đi qua bầu khí quyển, so với các tia trực diện các tia nghiêng phải trải qua đoạn đường dài hơn nên năng lượng bị hao hụt cũng nhiều hơn. Tại các điểm quan trắc thời gian tiếp nhận năng lượng bức xạ liên quan tới chiều dài của ngày. Do ban đêm không diễn ra quá trình tiếp nhận năng lượng nên độ dài của ngày ở điểm quan trắc càng lớn, năng lượng nhận được ở đó càng nhiều. Như ta đã xét trong phần trước, độ dài của ngày biến đổi tuỳ theo diễn biến mùa trong năm và tuỳ theo vị trí trên bề mặt Trái Đất của điểm quan trắc. Hình 5. Sự phụ thuộc của lượng nhập xạ vào góc tới 5. Sự khác biệt về lượng nhập xạ tại các vĩ độ Nếu không tính đến ảnh hưởng của khí quyển tới lượng nhập xạ trong khoảng thời gian 24 tiếng của một ngày, thì một khu vực sẽ nhận được lượng bức xạ lớn nhất vào giữa trưa khi góc tới của Mặt Trời đạt giá trị lớn nhất trong ngày trên bầu trời địa phương. Khi không được chiếu sáng, mọi khu vực đều không nhận được năng lượng bức xạ. Khi một ngày bắt đầu, góc tới của các tia sáng Mặt Trời ngày một lớn, lượng nhập xạ tăng dần cho đến giữa trưa khi góc tới đạt cực đại. Lượng nhập xạ sau đó bắt đầu giảm dần theo độ giảm của góc tới cho tới khi đêm thay thế ngày. Lượng nhập xạ trong ngày tại mọi địa điểm trên Trái Đất còn thay đổi theo mùa và sự phân bố năng lượng Mặt Trời nhận được tại mỗi bán cầu có 3 đặc tính riêng biệt. Chúng là các nhân tố căn bản xác định 6 vùng theo vĩ tuyến hay ranh giới phân chia vành đai nhập xạ hay vành đai nhiệt bao quanh Trái Đất. Trước tiên xét bán cầu Bắc. Ta tạm dùng chí tuyến Bắc và vòng cực Bắc làm ranh giới chia bán cầu này thành 3 khu vực khác biệt. Khu vực giữa xích đạo và chí tuyến bắc gọi là vùng nhiệt đới. Tại đây, lượng nhập xạ luôn lớn và đạt lớn nhất hai lần mỗi năm khi được Mặt Trời chiếu trực diện vào lúc giữa trưa. Hai ngày được chiếu vuông góc đó ở mỗi địa điểm một khác tuỳ theo vĩ độ. Khu vực rộng lớn nằm giữa chí tuyến và vòng cực Bắc là vùng ôn đới hay vùng vĩ độ trung bình. Trong khu vực này, vào ngày Hạ chí lượng nhập xạ là lớn nhất vì có Mặt Trời giữa trưa lên cao nhất trong năm và độ dài của ngày là lớn nhất. Lượng nhập xạ nhỏ nhất vào ngày Đông chí khi Mặt Trời ở vị trí thấp nhất trong năm và khoảng thời gian được chiếu sáng trong ngày cũng ngắn nhất. Vùng Bắc Cực trải từ vòng cực Bắc tới điểm cực Bắc. Tại đây lượng nhập xạ lớn nhất vào ngày Hạ chí và có một giai đoạn bị triệt tiêu vì các góc tới giảm xuống còn 0 độ do trục Trái Đất nghiêng. Giai đoạn này kéo dài chừng 6 tháng tại điểm cực Bắc và ngắn dần lại còn vẻn vẹn 1 ngày tại các điểm nằm trên Vòng cực Bắc. Tương tự, tại bán cầu nam cũng có vùng nhiệt đới, ôn đới và vùng cực Nam phân định bởi vòng cực Nam và điểm cực Nam. Cho dù lượng nhập xạ trong các vùng trên có nhiều khác biệt, nhưng vẫn có một số điểm tương đồng là hết sức đáng chú ý. Thứ nhất, lượng bức xạ đưa tới tầng trên cùng của khí quyển theo từng vĩ tuyến là không đổi theo các năm. Thứ hai, lượng nhập xạ giảm dần từ vùng vĩ độ thấp tới các vùng vĩ độ cao hơn và càng về gần hai cực, do dao động nhập xạ, sự khác biệt về mùa càng lớn. Lượng bức xạ mà Trái Đất nhận được là một khái niệm rất quan trọng đối với việc tìm hiểu, nhận thức về động lực khí quyển và sự phân bố khí hậu cũng như thảm thực vật. Các nhân tố khí hậu như nhiệt độ, lượng mưa và các loại gió phần nào bị kiểm soát bởi lượng nhập xạ trên Trái Đất. Con người cũng như sinh vật đặc biệt nhạy cảm với các mức nhập xạ nhất định tuỳ theo chủng loài và khu cư trú. Cây cối sẽ héo nếu nắng nóng kéo dài bất thường hoặc cằn cỗi dần nếu bị che tối quá lâu. Hàng năm, các loài cây thay lá có chu trình phát triển lá, ra hoa, kết trái và rụng lá. Chu trình này hiển nhiên được xác định bởi dao động của lượng nhập xạ tuỳ theo các mùa. Động vật cũng phản ứng với sự thay đổi lượng nhập xạ. Khi mùa đông tới, nhiều loài chim vùng vĩ độ cao và trung bình di cư tới các khu vực ấm áp hơn ở các vùng vĩ độ thấp. 6. Một số ứng dụng liên quan đến vận động của Trái Đất 6.1. Giờ và đường chuyển ngày Quốc tế Mối quan hệ giữa kinh độ và thời gian là cơ sở để chia múi giờ trên Trái Đất như ta thường dùng ngày nay. Trước năm 1884, các nơi trên thế giới vẫn sử dụng cách phân định thời gian gọi là giờ địa phương. Theo cách phân định này thì giữa trưa là thời điểm trong ngày khi bóng do Mặt Trời tạo ra cho một chiếc cọc cắm thẳng đứng là ngắn nhất. Điều đó có nghĩa là Mặt Trời đã lên tới góc cao nhất trong ngày trên bầu trời và mọi đồng hồ địa phương được đặt ở thời điểm 12 giờ trưa. Do vận động quay của Trái Đất, một điểm A nào đó sẽ có giữa trưa sớm hơn điểm nằm phía tây, muộn hơn so với một điểm khác nằm phía đông của nó. Sử dụng giờ địa phương như vậy hầu như không gây mấy phiền hà cho tới những năm cuối của thế kỉ XIX, khi hệ thống đường sắt xuyên quốc gia và các phương tiện truyền thông như điện tín mới ra đời và bắt đầu phát triển. Sự phát triển công nghệ và sự kéo dài khoảng cách giao lưu khiến cho việc sử dụng giờ địa phương trở nên ngày càng bất cập. Năm 1884 Hội nghị Quốc tế nhóm họp tại Washington đưa ra nghị quyết về kinh tuyến gốc cũng như các múi giờ theo chuẩn Quốc tế. Theo quy định này, Trái đất được chia thành 24 múi giờ, kinh tuyến gốc được lấy làm kinh tuyến giữa của múi giờ gốc. Thời điểm giữa trưa của nó được lấy làm giữa trưa cho toàn bộ múi các kinh tuyến nằm giữa 7030’Đ và 7030’T. Các đường kinh tuyến có giá trị độ kinh chia hết cho 15 được lấy làm các kinh tuyến giữa cho múi giờ của mọi kinh tuyến nằm trong khoảng 7030’ Đ và 7030’ T so với nó. Tuy nhiên, ranh giới các múi giờ thực tế lại không phải là các cặp kinh tuyến. Các đô thị có ranh giới múi giờ đi qua sẽ gặp nhiều bất tiện trong vấn đề giờ giấc giữa khu Đông và khu Tây. Vì vậy,