Проливы и отливы. Как луна вызывает приливы в морях и океанах земли
Содержание статьи
ПРИЛИВЫ И ОТЛИВЫ, периодические колебания уровня воды (подъемы и спады) в акваториях на Земле, которые обусловлены гравитационным притяжением Луны и Солнца, действующим на вращающуюся Землю. Все крупные акватории, включая океаны , моря и озера , в той или иной степени подвержены приливам и отливам, хотя на озерах они невелики.
Реверсивный водопад
(меняющий направление на противоположное) – это еще одно явление, связанное с приливами на реках. Типичный пример – водопад на р.Сент-Джон (пров. Нью-Брансуик, Канада). Здесь по узкому ущелью вода во время прилива проникает в котловину, расположенную выше уровня малой воды, однако несколько ниже уровня полной воды в этой же теснине. Таким образом, возникает преграда, перетекая через которую вода образует водопад. Во время отлива сток воды устремляется вниз по течению через суженный проход и, преодолевая подводный уступ, образует обычный водопад. Во время прилива проникшая в ущелье крутая волна обрушивается водопадом в вышележащую котловину. Попятное течение продолжается до тех пор, пока уровни воды по обе стороны порога не сравняются и не начнется отлив. Затем опять восстанавливается водопад, обращенный вниз по течению. Средний перепад уровня воды в ущелье составляет ок. 2,7 м, однако при самых высоких приливах высота прямого водопада может превысить 4,8 м, а реверсивного – 3,7 м.
Наибольшие амплитуды приливов.
Самый высокий в мире прилив формируется в условиях сильного течения в бухте Минас в заливе Фанди. Приливные колебания здесь характеризуются нормальным ходом с полусуточным периодом. Уровень воды во время прилива часто поднимается за шесть часов более чем на 12 м, а затем в течение последующих шести часов понижается на ту же величину. Когда воздействие сизигийного прилива, положение Луны в перигее и максимальное склонение Луны приходятся на одни сутки, уровень прилива может достигать 15 м. Такая исключительно большая амплитуда приливо-отливных колебаний отчасти обусловлена воронкообразной формой залива Фанди, где глубины уменьшаются, а берега сближаются по направлению к вершине залива.
Ветер и погода.
Ветер оказывает существенное влияние на приливо-отливные явления. Ветер с моря нагоняет воду в сторону берега, высота прилива увеличивается сверх обычной, и при отливе уровень воды тоже превосходит средний. Напротив, при ветре, дующем с суши, вода сгоняется от берега, и уровень моря понижается.
За счет повышения атмосферного давления над обширной акваторией происходит понижение уровня воды, так как добавляется наложенный вес атмосферы. Когда атмосферное давление возрастает на 25 мм рт. ст., уровень воды понижается приблизительно на 33 см. Понижение атмосферного давления вызывает соответствующее повышение уровня воды. Следовательно, резкое падение атмосферного давления в сочетании с ветром ураганной силы способно вызвать заметный подъем уровня воды. Подобные волны, хотя и называются приливными, на самом деле не связаны с воздействием приливообразующих сил и не обладают периодичностью, характерной для приливо-отливных явлений. Формирование упомянутых волн может быть сопряжено либо с ветрами ураганной силы, либо с подводными землетрясениями (в последнем случае они называются сейсмическими морскими волнами, или цунами).
Использование энергии приливов.
Разработаны четыре метода использования энергии приливов, но наиболее практичным из них является создание системы приливных бассейнов. При этом колебания уровня воды, связанные с приливо-отливными явлениями, используются в системе шлюзов так, что постоянно поддерживается перепад уровней, позволяющий получать энергию. Мощность приливных электростанций непосредственно зависит от площади бассейнов-ловушек и потенциального перепада уровней. Последний фактор, в свою очередь, является функцией амплитуды приливо-отливных колебаний. Достижимый перепад уровней, безусловно, наиболее важен для производства электроэнергии, хотя стоимость сооружений зависит от площади бассейнов. В настоящее время крупные приливные электростанции действуют в России на Кольском п-ове и в Приморье, во Франции в эстуарии р.Ранс, в Китае близ Шанхая, а также в других районах земного шара.
| СВЕДЕНИЯ О ПРИЛИВАХ В НЕКОТОРЫХ ПОРТАХ МИРА | ||||
| Порт | Интервал между приливами | Средняя высота прилива, м | Высота сизигийного прилива, м | |
| ч | мин | |||
| м. Моррис-Джесеп, Гренландия, Дания | 10 | 49 | 0,12 | 0,18 |
| Рейкьявик, Исландия | 4 | 50 | 2,77 | 3,66 |
| р. Коксоак, Гудзонов пролив, Канада | 8 | 56 | 7,65 | 10,19 |
| Сент-Джонс, Ньюфаундленд, Канада | 7 | 12 | 0,76 | 1,04 |
| Барнтко, залив Фанди, Канада | 0 | 09 | 12,02 | 13,51 |
| Портленд, шт. Мэн, США | 11 | 10 | 2,71 | 3,11 |
| Бостон, шт. Массачусетс, США | 11 | 16 | 2,90 | 3,35 |
| Нью-Йорк, шт. Нью-Йорк, США | 8 | 15 | 1,34 | 1,62 |
| Балтимор, шт. Мэриленд, США | 6 | 29 | 0,33 | 0,40 |
| Майами-Бич, шт. Флорида, США | 7 | 37 | 0,76 | 0,91 |
| Галвестон, шт. Техас, США | 5 | 07 | 0,30 | 0,43* |
| о. Марака, Бразилия | 6 | 00 | 6,98 | 9,15 |
| Рио-де-Жанейро, Бразилия | 2 | 23 | 0,76 | 1,07 |
| Каллао, Перу | 5 | 36 | 0,55 | 0,73 |
| Бальбоа, Панама | 3 | 05 | 3,84 | 5,00 |
| Сан-Франциско, шт. Калифорния, США | 11 | 40 | 1,19 | 1,74* |
| Сиэтл, шт.Вашингтон, США | 4 | 29 | 2,32 | 3,45* |
| Нанаймо, пров.Британская Колумбия, Канада | 5 | 00 | ... | 3,42* |
| Ситка, шт.Аляска, США | 0 | 07 | 2,35 | 3,02* |
| Санрайз, залив Кука, шт. Аляска, США | 6 | 15 | 9,24 | 10,16 |
| Гонолулу, шт. Гавайи, США | 3 | 41 | 0,37 | 0,58* |
| Папеэте, о. Таити, Французская Полинезия | ... | ... | 0,24 | 0,33 |
| Дарвин, Австралия | 5 | 00 | 4,39 | 6,19 |
| Мельбурн, Австралия | 2 | 10 | 0,52 | 0,58 |
| Рангун, Мьянма | 4 | 26 | 3,90 | 4,97 |
| Занзибар, Танзания | 3 | 28 | 2,47 | 3,63 |
| Кейптаун, ЮАР | 2 | 55 | 0,98 | 1,31 |
| Гибралтар, влад. Великобритании | 1 | 27 | 0,70 | 0,94 |
| Гранвиль,Франция | 5 | 45 | 8,69 | 12,26 |
| Лит, Великобритания | 2 | 08 | 3,72 | 4,91 |
| Лондон, Великобритания | 1 | 18 | 5,67 | 6,56 |
| Дувр, Великобритания | 11 | 06 | 4,42 | 5,67 |
| Эйвонмут, Великобритания | 6 | 39 | 9,48 | 12,32 |
| Рамси, о. Мэн, Великобритания | 10 | 55 | 5,25 | 7,17 |
| Осло, Норвегия | 5 | 26 | 0,30 | 0,33 |
| Гамбург, Германия | 4 | 40 | 2,23 | 2,38 |
| * Суточная амплитуда прилива. | ||||
Литература:
Шулейкин В.В. Физика моря.
М., 1968
Гарвей Дж. Атмосфера и океан.
М., 1982
Дрейк Ч., Имбри Дж., Кнаус Дж., Турекиан К. Океан сам по себе и для нас.
М., 1982
Уровень поверхности воды в морях и океанах нашей планеты периодически меняется, колеблется в некоторых интервалах. Эти периодические колебания и есть морские приливы и отливы .
Картина морских приливов и отливов
Чтобы наглядно представить себе картину морских приливов и отливов , вообразите, что вы стоите на отлогом берегу океана, в какой-нибудь бухте, в 200–300 метрах от воды. На песке много разных предметов – старый якорь, немного ближе большая куча белого камня. Вот совсем уже недалеко лежит повалившийся на бок железный корпус небольшого судёнышка. Низ его корпуса в носовой части сильно пропорот. Очевидно, когда-то это судно, находясь недалеко от берега, налетело на якорь. Эта авария произошла, по всей вероятности, во время отлива, и, по-видимому, судно лежит на этом месте уже не один год, так как почти весь его корпус успел покрыться коричневой ржавчиной. Виновником аварии судна вы склонны считать неосторожного капитана. Видимо, якорь и был тем острым орудием, на которое налетело повалившееся на бок судно. Вы ищете этот якорь и не можете найти. Куда он мог деться? Тут вы замечаете, что вода уже подбирается к куче белых камней, и тогда догадываетесь, что виденный вами якорь давно уже затоплен приливной волной. Вода «наступает» на берег, она продолжает подниматься всё дальше и дальше вверх. Вот уже и куча белых камней оказалась почти вся скрытой под водой.Явления морских приливов и отливов
Явления морских приливов и отливов люди давно связывали с движением Луны, но эта связь оставалась загадкой до тех пор, пока гениальный математик Исаак Ньютон не объяснил на основании открытого им закона тяготения. Причиной этих явлений служит действие притяжения Луны, оказываемое на водную оболочку Земли. Ещё знаменитый Галилео Галилей связывал приливы и отливы с вращением Земли и видел в этом одно из наиболее обоснованных и верных доказательств справедливости учения Николая Коперника, (подробнее: ). Парижская академия наук в 1738 году объявила премию тому, кто даст наиболее обоснованное изложение теории приливов. Премию тогда получили Эйлер, Маклорен, Д. Бернулли и Кавальери . Первые трое брали в основу своих работ закон тяготения Ньютона, а иезуит Кавальери объяснял приливы на основании гипотезы вихрей Декарта. Однако наиболее выдающиеся работы в этой области принадлежат Ньютону и Лапласу , и все последующие исследования основываются на выводах этих великих ученых.Как объяснить явление приливов и отливов
Как наиболее наглядно объяснить явление приливов и отливов . Если для простоты будем считать, что земная поверхность вся сплошь покрыта водной оболочкой, и посмотрим на земной шар с одного из его полюсов, то картину морских приливов и отливов можно будет представить следующим образом.Лунное притяжение
Та часть поверхности нашей планеты, которая обращена к Луне, находится к ней всего ближе; вследствие этого она подвергается большему воздействию силы лунного притяжения , чем, например, центральная часть нашей планеты и, следовательно, оттягивается по направлению к Луне больше, нежели остальные части Земли. В силу этого на стороне обращенной к Луне, и образуется приливный горб. Одновременно с этим на противоположной стороне Земли наименее подвергнутой притяжению Луны, возникает такой же приливный горб. Земля поэтому принимает вид фигуры, несколько вытянутой вдоль прямой, соединяющей центры нашей планеты и Луны. Таким образом, на двух противоположных сторонах Земли, расположенных на одной прямой, которая проходит через центры Земли и Луны, образуются два больших горба, два огромных водяных вздутия . В это же самое время на двух других сторонах нашей планеты, расположенных под углом в девяносто градусов от указанных выше точек максимального прилива, происходят наибольшие отливы. Здесь вода спадает больше, чем где бы то ни было в другом месте поверхности земного шара. Линия, соединяющая эти точки в момент отлива, несколько сокращается, и тем самым создаётся впечатление увеличения вытянутости Земли в направлении максимальных точек прилива. Эти точки максимального прилива вследствие лунного притяжения постоянно сохраняют своё положение относительно Луны, но, так как Земля совершает вращение вокруг оси, то за время суток они как бы перемещаются по всей поверхности земного шара. Поэтому в каждой местности на протяжении суток бывает два прилива и два отлива .Солнечные приливы и отливы
Солнце, так же как и Луна, силой своего притяжения производит приливы и отливы. Но оно находится на гораздо большем расстоянии от нашей планеты по сравнению с Луной, и солнечные приливы, возникающие на Земле, почти в два с половиной раза меньше лунных. Поэтому солнечные приливы , отдельно не наблюдаются, а рассматривается только их влияние на величину лунных приливов. Так, например, наибольшие морские приливы и отливы бывают во время полнолуний и новолуний , так как в это время Земля, Луна и Солнце находятся на одной прямой, и наше дневное светило своим притяжением усиливает притяжение Луны. Наоборот, когда мы наблюдаем Луну в первой или в последней четверти (фазе), имеют место наименьшие морские приливы и отливы . Это объясняется тем, что в данном случае лунный прилив совпадает с солнечным отливом . Действие лунного притяжения уменьшается на величину притяжения Солнца.Приливное трение
«Приливное трение », существующее в нашей планете, оказывает в свою очередь влияние на лунную орбиту, так как приливная волна, вызываемая лунным притяжением, оказывает обратное действие на Луну, создавая тенденцию к ускорению её движения. Вследствие этого Луна постепенно удаляется от Земли, период её обращения возрастает, и она, по всей вероятности, немного отстаёт в своём движении.Величина морских приливов
Кроме относительного положения в пространстве Солнца, Земли и Луны, на величину морских приливов
в каждой отдельной местности оказывают влияние форма морского дна и характер очертания берегов. Известно также, что в закрытых морях, как, например, в Аральском, Каспийском, Азовском и Черном, приливы и отливы почти не наблюдаются.
С трудом их удаётся обнаружить и в открытых океанах; здесь приливы едва достигают одного метра, уровень воды повышается очень незначительно. Но зато в некоторых бухтах наблюдаются приливы такой колоссальной величины, что вода поднимается на высоту более десяти метров и в некоторых местах затопляет колоссальные пространства
.
Приливы и отливы в воздушной и твердой оболочках Земли
Приливы и отливы происходят также в воздушной и твердой оболочках Земли . Эти явления в низших слоях атмосферы мы почти не замечаем. Для сравнения укажем, что и на дне океанов приливы и отливы не наблюдаются. Это обстоятельство объясняется тем, что в приливных процессах участвуют главным образом верхние слои водной оболочки. Приливы и отливы в воздушной оболочке можно обнаружить только при весьма длительном наблюдении за изменением атмосферного давления. Что касается земной коры, то каждая её часть вследствие приливного и отливного действия Луны за время суток два раза поднимается и два раза опускается примерно на несколько дециметров. Иначе говоря, колебания твёрдой оболочки нашей планеты по своей величине приблизительно в три раза меньше колебаний уровня поверхности океанов. Таким образом, наша планета всё время как бы дышит, делая глубокие вдохи и выдохи, а её внешняя оболочка, как грудь великого чудо-богатыря, то немного поднимается, то опускается. Эти процессы, происходящие в твёрдой оболочке Земли, удаётся обнаружить лишь с помощью приборов, служащих для регистрации землетрясений. Следует заметить, что приливы и отливы происходят и на других мировых телах и оказывают громадное влияние на их развитие. Если бы Луна была неподвижна по отношению к Земле, то при отсутствии других факторов, влияющих на запаздывания приливной волны, в любом месте земного шара через каждые 6 часов происходило бы за сутки два прилива и два отлива. Но так как Луна непрерывно обращается вокруг Земли и притом в ту же сторону, в которую вращается вокруг своей оси и наша планета, то получается некоторое запаздывание: Земля успевает повернуться к Луне каждой своей частью не в течение суток, а приблизительно в 24 часа и 50 минут. Поэтому в каждой местности прилив или отлив продолжается не ровно 6 часов, а около 6 часов и 12,5 минут.Чередования приливов и отливов
Кроме того, следует отметить, что правильность чередования приливов и отливов нарушается в зависимости от характера расположения материков на нашей планете и непрерывного трения воды о поверхность Земли. Эти неправильности в чередовании иногда достигают нескольких часов. Таким образом, наиболее «высокая» вода бывает не в момент кульминации Луны, как это следует согласно теории, а на несколько часов позднее прохождения Луны через меридиан; это запаздывание называется прикладным часом порта и достигает иногда 12 часов. Раньше было распространено мнение, что морские приливы и отливы связаны с морскими течениями. Теперь всем известно, что это – явления разного порядка. Прилив – род волнового движения, подобного тому, которое возникает вследствие ветра. Плавающий предмет при наступании приливной волны совершает колебания, как и при волне, возникающей от ветра, – вперёд и назад, вниз и вверх, но не уносится ею, как течением. Период приливной волны составляет около 12 часов и 25 минут, и через этот промежуток времени предмет обычно возвращается в своё исходное положение. Сила, вызывающая приливы, во много раз меньше силы притяжения . В то время как сила притяжения обратно пропорциональна квадрату расстояния между притягивающимися телами, сила, вызывающая приливы, приблизительно обратно пропорциональна кубу этого расстояния , а вовсе не квадрату его.Два года назад я отдыхала на побережье Индийского океана на чудесном острове Цейлон. Мой маленький отель находился всего в 50 метрах от океана. Своими глазами каждый день наблюдала всё мощное движение и бурную жизнь океана. Как-то ранним утром стояла на берегу, глядя на волны и размышляла о том, что даёт силу такому мощному колебанию океана, его каждодневно образующимся приливам и отливам.
Что даёт силу отливам и приливам
Гравитация одинаково влияет на движение всех объектов. Но если гравитация вызывает приливы в океанах, а вода - и в Африке вода, то почему приливов и отливов нет в озёрах? Хм, а что если допустить, что всё, что мы знаем, ошибочно. Многие неглупые люди из научного мира объясняют это так. Притяжение Земли в точке А слабее чем в точке B. Суммарный эффект притяжения Земли растягивает океан. После чего он вздувается на противоположных сторонах.
Да, действительно факты настоящие и разница в силе притяжения Луны в пунктах А и B существует.
Непонимание кроется в объяснении выпуклостей. Может они появляются не из-за разности в притяжении. А причины менее очевидны, и в них путаются. Дело больше в совокупном давлении в разных местах толщи воды. А Луна при этом превращает Землю в гидравлический насос планетарного масштаба, и вода вздувается, прижимаясь к центру. Поэтому достаточно даже малейшего воздействия, чтобы началось волновое движение.
Ещё немного о приливах
Но хотелось бы понять, почему их нет в другом скоплении воды:
- в теле человека (оно же на 80 % состоит из воды);
- в наполненной ванне;
- в озёрах;
- в чашках с кофе и т.п.
Скорее всего, из-за меньшего давления, чем в океане, и плохой гидравлики. В отличие от океана всё это небольшие скопления воды. Площади озера, чашки и остального недостаточно, чтобы минимальное давление на него изменяло уровень воды, создавая волны.
Большие озёра могут создавать давление для мини приливов. Но поскольку ветры и всплески создают большую рябь, мы их просто не замечаем. Приливы и отливы образуются везде, просто они очень микроскопические.
Уровень поверхности океанов и морей периодически, приблизительно два раза в течение суток, изменяется. Эти колебания называются приливами и отливами. Во время прилива уровень океана постепенно повышается и достигает наивысшего положения. При отливе уровень постепенно падает до наинизшего. При приливе вода течет к берегам, при отливе - от берегов.
Приливы и отливы - это стоячие . Они образуются вследствие влияния таких космических тел, как и Солнце. По законам взаимодействия космических тел наша планета и Луна взаимно притягивают друг друга. Лунное притяжение столь велико, что поверхность океана как бы выгибается ему навстречу. Луна движется вокруг Земли, и за ней «бежит» по океану приливная волна. Дойдет волна до берега - вот и прилив. Пройдет немного времени, вода вслед за Луной отойдет от берега - вот и отлив. По тем же всеобщим космическим законам приливы и отливы образуются и от притяжения Солнца. Однако приливообразующая сила Солнца в связи с его удаленностью значительно меньше лунной, и если бы не было Луны, то приливы на Земле были бы в 2,17 раз меньше. Объяснение приливообразующих сил впервые было дано Ньютоном.
Приливы отличаются друг от друга продолжительностью и величиной. Чаще всего в течение суток происходит два прилива и два отлива. На дугах и побережьях Восточной и Центральной Америки наблюдается один прилив и один отлив в течение суток.
Величина приливов еще более разнообразна, чем их период. Теоретически один лунный прилив равен 0,53 м, солнечный - 0,24 м. Таким образом, самый большой прилив должен иметь высоту 0,77 м. В открытом океане и у островов величина прилива довольно близка к теоретической: на Гавайских островах - 1 м, на острове Святой Елены - 1,1 м; на островах - 1,7 м. У материков величина приливов колеблется от 1,5 до 2 м. Во внутренних морях приливы очень незначительны: - 13 см, - 4,8 см. считается бесприливным, но около Венеции приливы бывают до 1 м. Наиболее крупными можно отметить следующие приливы, зарегистрированные в :
В в заливе Фанди () прилив достиг высоты 16-17 м. Это самый большой показатель прилива на всем земном шаре.
На севере в Пенжинской губе высота прилива достигла 12-14 м. Это самый большой прилив у берегов России. Однако приведенные выше показатели приливов являются скорее исключением, чем правилом. В преобладающем большинстве пунктов измерений уровня приливов они невелики и редко превышают 2 м.
Значение приливов очень велико для морского судоходства, устройства портов. Каждая приливная волна несет огромный запас энергии.
Моря и океаны дважды в день отходят от берега (отлив) и дважды приближаются к нему (прилив). На некоторых водоемах приливов практически нет, тогда как на других разница между отливом и приливом по береговой линии может составлять и до 16 метров. В основном приливы бывают полусуточные (дважды в день), но в некоторых местах они суточные, то есть, изменение уровня воды происходит лишь один раз в сутки (один отлив и один прилив).
Приливы и отливы наиболее сильно заметны в береговых полосах, но на самом деле они проходят по всей толще океанов и остальных водоемов. В проливах и других узких местах отливы могут достигать очень высокой скорости – до 15 км/ч. В основном на явление, как приливы и отливы, влияет Луна, но в некоторой степени к этому причастно и Солнце. Луна намного ближе к Земле, чем Солнце, поэтому ее влияние на планеты сильнее даже несмотря на то, что естественный спутник гораздо меньше, и оба небесных тела крутятся именно вокруг звезды.
Влияние Луны на приливы
Если бы материки и острова не мешали влиянию Луны на воду, а всю поверхность Земли покрывал океан равной глубины, то приливы выглядели бы следующим образом. Ближайший к Луне участок океана за счет силы притяжения приподнялся бы навстречу естественному спутнику, за счет центробежной силы противоположная часть водоема приподнялась бы тоже, это будет прилив. Падение же уровня воды произошло бы в линии, которая перпендикулярна полосе воздействия Луны, в той части и был бы отлив.
Солнце тоже может оказывать некоторое влияние на мировой океан. В новолуние и полнолуние, когда Луна и Солнце располагаются на одной прямой линии с Землей, притягательная сила обеих светил складывается, вызывая тем самым наиболее сильные приливы и отливы. Если же эти небесные тела находятся перпендикулярно друг другу по отношению к Земле, то две силы притяжения будут противодействовать друг другу, и приливы с отливами будут наиболее слабыми, но все равно в пользу Луны.
Наличие различных островов вносит большое разнообразие в движение вод при отливах и приливах. На некоторых водоемах немаловажную роль играет русло и естественные препятствия в виде суши (островов), поэтому вода притекает и оттекает неравномерно. Воды меняют свое положение не только в соответствии с силой притяжения Луны, но и в зависимости от рельефа местности. В этом случае при изменении уровня воды она потечет по пути наименьшего сопротивления, но в соответствии с влиянием ночного светила.
