Уникальная приливная волна March 14th, 2017
В нескольких местах на Земле местные ландшафты и приливы становятся причиной феномена, который называется приливной волной. Она формируется, когда огромные массы воды попадают в узкое русло реки.
9-метровая приливная волна на реке Цяньтан в Китае признана уникальным природным явлением. Во время прилива миллионы кубометров воды, огибая небольшие островки, движутся против течения этой реки, завораживая взгляды наблюдателей. Приливные волны есть и в других местах, таких, Аляска, Бразилия (река Амазонка) и самая большая по протяжённости река в Великобритании — Северн.
Момент столкновения волны с волнорезами на берегу является особенно зрелищным. Но наблюдать за этим явлением крайне опасно, и высокая волна периодически становится причиной гибели людей, наблюдающих за ней. 22 августа 2013. (Фото ChinaFotoPress | ChinaFotoPress via Getty Images):
Иногда цунами ошибочно называют «приливной волной», но в реальности оно не имеет ничего общего с приливами.
Но экстремалов этим не напугать. Провинция Чжэцзян на востоке Китая, 31 августа 2011. (Фото AP Photo):
Наиболее интересно поведение волны в заливах и в «закрытых» морях, которые сообщаются с океаном нешироким проливом. В таком море возникает собственная приливная волна - из-за того же искривления поверхности Земли. Но такая волна не успевает образоваться - ведь чем слабее сила, тем дольше она должна действовать, чтобы создать большую амплитуду. Из-за недостаточно больших размеров моря, прилив успевает пройти с одного берега до другого, не нарастивши существенной амплитуды.
В эти моря заходит приливная волна из океана. Если глубина оказывается меньше - быстро повышается высота и спадает скорость волны. Также движение волн сильно зависит от формы береговой линии. Заливе Фанди, где наблюдаются самые высокие приливы, широкий у основания и резко сужается к материку. Вода оказывается стесненной берегом, по этой причине также ее уровень повышается. В Белом море, наоборот, приливная волна, рассеивается на берегах и островах вытянутого моря.
Интересное явление происходит, когда прилив подходит к устью реки, впадающей в океан. Когда он попадает в узкий, да еще и мелкий водоем, амплитуда приливной волны резко возрастает и вверх по течению движется высокая водяная стена. Это явление называется бора.
Приливная волна на реке Цяньтан в Китае, 31 августа 2011. Около 20 человек получили тогда ранения. (Фото Reuters | China Daily):
Против течения: приливная волна в Анкориджа, Аляска, 5 июня 2012. (Фото AP Photo | Ron Barta):
Байдарочники ловят приливную волну, Анкориджа, Аляска, 5 июня 2012. (Фото AP Photo | Ron Barta):
На приливной волне в каноэ в северной Бразилии, 12 марта 2001. (Фото AP Photo | Paulo Santos):
Серферы на реке Северн в графстве Глостершир, Англия, 2 марта 2010. Это самая большая по протяжённости река в Великобритании. Длина течения реки составляет 354 километра. (Фото Matt Cardy | Getty Images):
Но вернемся к экстремалам в Китай. Приливная волна на реке Цяньтан, 22 августа 2013. (Фото China FotoPress | ChinaFotoPress via Getty Images):
Народу нравится. Приливная волна на реке Цяньтан, 24 августа 2013. (Фото Reuters | Stringer):
(Фото STR | AFP | Getty Images):
Приливная волна Амазонки называется поророка, она особенно мощна во время весеннего половодья. В это время года, хорошие серферы могут катится на ней целых шесть минут. Скорость волны поророка 35 км в час, высота может достигать шести метров. Она с корнем вырывает деревья и переворачивает суда. Ширина приливной волны иногда достигает 16-ти км. Иногда приливную волну еще называют гремящая вода.
Видео: серфинг на Амазонке.
Также приливные волны возникают и в других местах. Например на атлантическом побережье Франции приливную волну называют маскаре, в Малайзии бенак.
Еще можно отметить приливные волны на реке Птикодьяк в Канаде и в заливе Кука, высота этих боров не превышает двух метров.
Вспомните познавательный пост
Приливом и отливом называется такое периодическое колебание уровня океана или моря, которое происходит от притяжения Луны и Солнца. Явление заключается в следующем: уровень воды постепенно поднимается, что называется приливом, достигает наивысшего положения, называемого полной водой. После того уровень начинает понижаться, что называется отливом, и через 6 час. 12,5 мин. (приблизительно) достигает наиболее низкого положения, называемого малой водой. Затем уровень снова начинает повышаться, и еще через 6 час. 12,5 мин. (приблизительно) наступает опять полная вода.
Таким образом, период явления равен 12 час. 25 мин. (приблизительно), и каждые 24—25 час. бывает два прилива и два отлива, две полные воды и две малые.
Расстояние от вертикали между уровнями последовательных полной и малой вод есть амплитуда прилива.
Если производить в том же месте наблюдения прилива в течение месяца, то окажется, что изо дня в день полная и малая воды изменяют свои положения. Два раза в месяц, в сизигии (полнолуние и новолуние), уровни полной и малой воды располагаются всего далее друг от друга, и тогда амплитуда прилива наибольшая, это случается каждые 14 дней (приблизительно). После момента сизигийных полных и малых вод уровни последующих полных и малых вод начинают приближаться друг к другу; первые располагаются все ниже и ниже, а вторые — все выше и выше, и около времени квадратур (первая и последняя четверти) амплитуда прилива достигает наименьшей величины, что случается тоже каждые 14 дней (приблизительно).
Наблюдая моменты полных вод, нетрудно заметить, что они бывают около времени верхнего и нижнего прохождений Луны через меридиан места, а малые — приблизительно посередине между этими моментами (т. е. когда Луна находится около первого вертикала). При этом каждая последующая полная и малая воды опаздывают относительно момента предшествовавшей в среднем на 12,5 мин.; таким образом, за сутки накопится около 50 мим. опоздания явления, т. е. столько же, как и опоздание прохождения Луны через верхнюю часть меридиана места.
В свою очередь наибольшие амплитуды бывают около времени фаз Луны, называемых сизигиями, а наименьшие — около времени фаз Луны, называемых квадратурами.
Все эти обстоятельства были подмечены еще до нашей эры и тогда же привели к заключению, что явление приливов связано с Луной. Прошло, однако, более полуторы тысячи лет, пока нашли и сумели выразить научным образом зависимость между явлением приливов и Луной, это открытие было сделано Ньютоном на основании впервые им высказанных законов всемирного тяготения.
Наблюдая внимательно приливы или изучая таблицы тщательно произведенных наблюдений, нетрудно заметить еще некоторые особенности, представляющие уклонения от идеально правильного хода явления; но так как эти уклонения правильно повторяются, то они тоже суть характерные признаки явления.
Моменты полных и малых вод всегда опаздывают относительно времени прохождения Луны через меридиан. Промежуток времени между верхним или нижним прохождениями Луны через меридиан и моментами полной воды называется лунным промежутком, этот промежуток изменяется в некоторых пределах; среднее из многих лунных промежутков во время сизигий называется прикладным часом.
Лунные промежутки бывают меньше средних между новолунием л полнолунием и следующими за ними квадратурами. Лунные промежутки бывают больше средних между квадратура;ми и следующими за ними сизигиями.
Промежутки времени между полной и малой водами, а также малой и полной водами в действительности никогда не бывают равны между собой, но различаются иногда до 2 час. времени. Так же точно и промежутки времени между сизигийными и квадратурными приливами неравны между собой.
При большом удалении Луны от экватора, т. е. когда склонение Луны велико, все местные отклонения явления от его нормального хода увеличиваются в размерах.
Все эти особенности явления подтверждают преобладающее значение Луны в возбуждении явления приливов.
Изучение явления приливов
Явление приливов на берегах морей, где колебания уровня, вызываемые приливами, сколько-нибудь заметны, своей правильной повторяемостью должны были неминуемо обратить на себя внимание береговых жителей, тем более, что последние всегда заняты рыболовством, для которого правильное колебание уровня имеет большое практическое значение. Таким образом, существование периодических колебаний уровня было известно, конечно в глубокой древности.
Геродот (484—428 гг. до н. э.) был первый, который упоминает о явлении приливов в своих трудах, именно о приливах в Красном море. В Средиземном море приливы очень невелики, и, хотя европейская цивилизация « зародилась на берегах этого моря, вполне понятно, что явление приливов стало изучаться только после плаваний греков за пределы Гибралтара.
Первые наблюдения и выводы из них были сделаны Пифеем (325 г. до н. э.) из греческой колонии Массилия (нынешний Марсель), ученым мореплавателем, бывавшем не только в Англии, но и далее на север. Наблюдая приливы у берегов Англии, i де они очень велики я отличаются правильностью, Пифей был первый, который заметил зависимость между явлением приливов и Луной, а именно, что полные воды бывают около времени прохождений Луны через меридиан, а малые — посередине между ними; и второе, что амплитуда пр.илявов изменяется в течение полумесяца вместе с фазами Луны; очевидно, для получения таких выводов надо было наблюдать приливы и измерять амплитуды их.
Посидоний (130—50 гг. до н. э.), греческий ученый, считался знатоком явления приливов и даже сделал попытку выразить числом влияние Луны на приливы. Его описание приливов в Кадиксе замечательно обстоятельно, причем оп указывает даже на существование разности амплитуд приливов во время равноденствий и солнцестояний.
Взгляды Галилея (1564—1642 гг.) на приливы не были особенно ясны. Кеплер (1571—1630 гг.) внес более серьезный вклад в дело изучения явления. Он указал, что, разбирая приливы, надо принимать во внимание не солнечные сутки, а лунные. Он же упоминает впервые о 19-летнем периоде приливов. В общем до открытия законов всемирного тяготения представления о причинах приливов не могли быть ясны.
Ньютон (1642—1727 гг.) на основании законов всемирного тяготения изложил свою теорию приливов, так называемую теорию равновесия, пользуясь которой он дал первое объяснение главных особенностей приливов, как, например, суточного неравенства, и первое вычисление величины сил, производящих приливы; все последующие труды основаны на работе Ньютона.
Дальнейшее движение в изучении приливов принадлежит Д. Беряулли (1700— 1782 гг.), который развил теорию равновесия Ньютона и первый приспособил ее к предсказанию приливов. Его работа была большим усовершенствованием теории равновесия вообще.
Маклорен (1698—1746 гг.) доказал те стороны теории равновесия, которые Ньютон дал без подтверждения; а именно он окончательно подтвердил, что под влиянием притяжения Луны однородная сфера должна принимать вид эллипсоида вращения.
Лаплас (1749—1827 гг.) первый приложил к изучению приливов новый взгляд, разбирая явление не как результат статического равновесия, а как род колебательного движения частиц воды, возбуждаемого притяжением каждой из них Солнцем и Луной. Пользуясь предпринятыми по его настоянию наблюдениями в Бресте (с 1807 по 1822 г.), он проверил выводы своей теории, впервые показавшей, каким способом можно выразить аналитически какое-либо периодическое явление. Работы Лапласа легли в основание всех современных приемов изучения явления приливов.
Лёббок (1803—1865 гг.) много сделал для применения теории к практике предсказания приливов и дал для этого прекрасные примеры. Он же высказал мысль, о построении карт распространения приливов, на что уже указывал Юнг, и хотя последний и не построил подобных карт, но ему принадлежит термин «котидальная линия», т. е. линия, соединяющая местность с одновременными полными водами.
Уевель (1794—1866 гг.) много работал по изучению приливов, и ему обязана наука многими одновременными наблюдениями в большом числе мест в Атлантическом океане. Он же построил и первые карты котидальных линий для большей части Мирового океана. Однако к концу своей деятельности он справедливо высказал сомнение о правильном представлении явления такими картами для открытого океана, оставляя их для прибрежных вод, где прилив распространяется по законам волн в водах малой глубины."
Эри (1801—1892 гг.) в своих трудах, имеющих отношение к приливам, разобрал случаи движения волн в каналах малой глубины сравнительно с размерами волн. Ои объяснил и показал, что трение действительно может произвести опоздание в наступлении полной воды сравнительно с моментом прохождения Луны через меридиан, как это почти везде и наблюдается; обстоятельство, которое предшествовавшими теориями не объяснялось. Он же приложил свою теорию ко многим случаям на практике и показал, что она объясняет такие стороны явления приливов у берегов, которые остались до тех пор не ясными (явление бора, смена приливных течений).
В. Томсон, лорд Кельвин (1824—1908 гг.) очень много сделал для практической стороны вопроса предсказания приливов. Он применил прием Лапласа:—выражение прилива с помощью особых рядов — и развил его в гармонический анализ кривой колебания уровня при приливе. Им был построен особый прибор (в 1878 г.) — гармонический анализатор, решавший задачу механически. При помощи его можно было из кривой прилива за годовой период в каком-либо месте вывести коэффициенты прилива, подобно тому, как из наблюдений девиации получаются ее коэффициенты. Пользуясь этими коэффициентами, можно построить или вычислить кривую прилива для того же мест? на год вперед. Для облегчения зыполнения этой задачи Томсон построил другой прибор — приливопредсказатель (1876 г.).
Г. Дарвину (1845—1912 гг.) принадлежит разработка важных теоретических вопросов приливов, между прочим, он высказал гипотезу о возникновении Луны, как следствия приливов в еще жидкой массе Земли. Он же разработал вопрос о влиянии прилива на замедление вращения Земли на оси. Кроме того, Дарвин много работал над улучшением приемов гармонического анализа и дал удобные для выполнения его приемы. Его статьи о приливах в «Encyclopedia Britannica» представляют образцовые изложения вопроса, и им же написано одно из лучших популярных описаний состояния теории приливов под заглавием.Tides and Kindred phenomena in the Solar system, 1911.
P. Гарриссв (1894—1904 и 1911 гг.) посвятил приливам громадный труд, где он сделал свод всего достигнутого его предшественниками и изложил свою гипотезу распространения прилива в Мировом океане, основанную на применении стоячих волн (сейш) к явлению прилива.
Наша планета постоянно находится в гравитационном поле, которое создают Луна и Солнце. Это выступает причиной уникального явления, выраженного в приливах и отливах на Земле. Попробуем разобраться, влияют ли эти процессы на окружающую среду и жизнедеятельность человека.
Механизм явления «приливы и отливы»
Характер образования приливов и отливов уже достаточно изучен. На протяжении многих лет ученые исследовали причины и результаты данного явления.
Подобные колебания уровня земных вод можно показать в следующей системе:
- Постепенно поднимается уровень воды, достигая своей наивысшей точки. Такое явление называют полной водой.
- Через определенный промежуток времени вода начинает спадать. Этому процессу ученые дали определение «отлив».
- На протяжении примерно шести часов вода продолжает уходить до минимальной своей точки. Такое изменение получило название в виде термина «малая вода».
Можно заметить некоторую закономерность, если наблюдать процесс прилива в одном и том же месте на протяжении месяца. Результаты анализа интересны: ежедневно малая и полная вода меняет свое месторасположения. При таком природном факторе, как образование новой луны и полнолуние, уровни изучаемых объектов отдаляются друг от друга.
Следовательно, это делает дважды в месяц амплитуду прилива наиболее максимальной. Также периодично происходит и возникновение наименьшей амплитуды, когда после характерного влияния Луны уровни малых и полных вод постепенно сближаются друг к другу.
Причины возникновения приливов и отливов на Земле
Существует два фактора, которые влияют на формирование приливов и отливов. Следует внимательно рассмотреть оба объекта, которые воздействуют на изменение водного пространства Земли.
Воздействие лунной энергии на приливы и отливы
Хоть и неоспоримо влияние Солнца на причину возникновения приливов и отливов, но все же наибольшее значение в этом вопросе принадлежит воздействию лунной активности. Для того чтобы почувствовать существенное воздействие гравитации спутника на нашу планету, необходимо проследить за разницей притяжения Луны в разных областях Земли.
Результаты эксперимента покажут, что отличие в их параметрах довольно невелико. Все дело в том, что самая близкая к Луне точка земной поверхности подвержена внешнему влиянию буквально на 6% больше, чем наиболее удаленная. Можно с уверенностью сказать, что это размежевание сил раздвигает Землю по направлению траектории Луна-Земля.
С учетом того, что наша планета постоянно оборачивается вокруг своей оси в течение суток, дважды происходит прохождение двойной приливной волны по периметру создавшегося растяжения. Это сопровождается созданием так называемых двойных «долин», высота которых, в принципе, не превышает отметки 2 метров в Мировом океане.
На территории земной суши такие колебания максимально достигают 40-43 сантиметров, что в большинстве случаев остается незамеченным жителями нашей планеты.
Все это приводит к тому, что мы не чувствуем силу приливов и отливов ни на суше, ни в водной стихии. Можно наблюдать подобное явление на узкой полоске береговой линии, потому что воды океана или моря по инерции набирают порой внушительную высоту.
Из всего сказанного можно сделать вывод, что с Луной приливы и отливы связаны наиболее всего. Это делает исследования в этой области наиболее интересными и актуальными.
Влияние деятельности Солнца на приливы и отливы
Значительная отдаленность главной звезды Солнечной системы от нашей планеты сказывается на том, что ее гравитационное воздействие менее заметно. Как источник энергии Солнце, безусловно, намного массивнее, чем Луна, но все же дает о себе знать внушительное расстоянии между двумя небесными объектами. Амплитуда солнечных приливов практически вдвое меньше, чем у приливно-отливных процессов спутника Земли.
Известным фактом является то, что во время полнолуния и роста Луны все три небесных тела - Земля, Луна и Солнце - располагаются на одной прямой. Это приводит к складыванию лунных и солнечных приливов.
В период направления с нашей планеты на ее спутник и главную звезду Солнечной системы, которое отличается друг от друга на 90 градусов, происходит некоторое влияние Солнца на изучаемый процесс. Наблюдается повышение уровня отлива и понижение уровня прилива земных вод.
Все свидетельствует о том, что солнечная активность также влияет на энергию приливов и отливов на поверхности нашей планеты.
Основные разновидности приливов и отливов
Можно классифицировать подобное понятие по продолжительности цикла приливов-отливов. Размежевание будет зафиксировано с помощью следующих пунктов:
- Полусуточные изменения поверхности водного пространства . Такие преобразования заключаются в двух полных и таком же количестве неполных вод. Параметры чередующихся амплитуд практически равны между собой и выглядят в виде кривой синусоидального типа. Более всего локализируются они в водах Баренцева моря, на обширной линии прибрежной полосы Белого моря и на территории практически всего Атлантического океана.
- Суточные колебания уровня воды . Процесс их заключается в одной полной и неполной воде за период, исчисляемый в пределах суток. Наблюдается подобное явление в районе Тихого океана, и его образование встречается крайне редко. В период прохождения спутника Земли через экваториальную зону возможен эффект стояния воды. Если Луна склоняется с наименьшим показателем, возникают малые приливы экваториального характера. При наиболее высоких цифрах происходит процесс образования тропических приливов, сопровождающихся наибольшей мощностью поступления воды.
- Приливы смешанного типа . Это понятие включает в себя наличие полусуточных и суточных приливов неправильной конфигурации. Полусуточные изменения уровня земной водной оболочки, которые имеют неправильную конфигурацию, по многих признакам похожи на полусуточные приливы. В измененных суточных приливах можно наблюдать тенденцию к суточным колебаниям, зависящим от градуса склонения Луны. Наиболее подвержены приливам смешанного типа воды Тихого океана.
- Аномальные приливы . Эти подъемы и спады воды не подходят под описание некоторых признаков из перечисленных пунктов. Данная аномалия связана с понятием «мелководье», что меняет цикл подъема и спада уровня воды. Влияние этого процесса особенно сказывается в устьях рек, где приливы меньше по времени, чем отливы. Наблюдать подобный катаклизм можно в некоторых участках Ла-Манша и в течениях Белого моря.
График приливов и отливов на Земле
Существует так называемая таблица приливов и отливов. Необходима она для людей, которые зависят по роду своей деятельности от изменения земного уровня воды. Чтобы иметь точную информацию по данному явлению, нужно обратить внимание на:
- Обозначение территории, где важно знать данные о приливах и отливах. Стоит помнить, что даже близко расположенные объекты будут иметь разную характеристику интересующего явления.
- Нахождение необходимой информации с помощью интернет-ресурсов. Для более точных сведений можно посетить порт изучаемого региона.
- Конкретизацию времени необходимости точных данных. Этот аспект зависит от того, нужна ли информация на определенный день или график исследования - более гибкий.
- Работу с таблицей в режиме возникших потребностей. В ней будут отображаться все сведения о приливах и отливах.
- Колонки в верхней части таблицы свидетельствуют о днях и датах предполагаемого явления. Этот пункт позволит выяснить точку определения временных рамок изучаемого.
- Под линией временного учета находятся цифры, размещенные в два ряда. В формате суток здесь помещается расшифровка фаз восхода Луны и Солнца.
- Ниже находится график волнообразной формы. Эти показатели фиксируют пики (приливы) и впадины (отливы) вод изучаемой территории.
- После расчета амплитуды волн располагаются данные захода небесных тел, которые влияют на изменения водной оболочки Земли. Данный аспект позволит наблюдать активность Луны и Солнца.
- По обеим сторонам таблицы можно увидеть цифры с плюсовыми и минусовыми показателями. Этот анализ важен для определения уровня поднятия или спада воды, исчисляемый в метрах.
Все эти показатели не могут гарантировать стопроцентную информацию, потому что природа сама диктует нам параметры, по которым происходят ее структурные изменения.
Влияние приливов и отливов на окружающую среду и человека
Существует множество факторов влияния приливов и отливов на жизнедеятельность человека и окружающую его среду. Среди них есть открытия феноменального характера, требующие тщательного изучения.
Волны-убийцы: гипотезы и последствия явления
Подобное явление вызывает множество споров среди людей, которые доверяют только безоговорочным фактам. Дело в том, что блуждающие волны не вписываются ни в одну систему возникновения этого феномена.
Изучение данного объекта стало возможным с помощью спутников радарного формата. Эти конструкции позволили зафиксировать за период пары недель десяток волн сверхбольшой амплитуды. Размер такого подъема водной глыбы составляет порядка 25 метров, что свидетельствует о грандиозности изучаемого явления.
Волны-убийцы напрямую влияют на жизнедеятельность человека, потому что за последние десятилетия подобные аномалии унесли в океанические пучины громадные суда типа супертанкеров и контейнеровозов. Природа образования данного ошеломляющего парадокса неизвестна: гигантские волны формируются мгновенно и также быстро исчезают.
Существует множество гипотез относительно причины образования такого каприза природы, но возникновение водоворотов (одиночных волн вследствие столкновения двух солитонов) возможно при вмешательстве активности Солнца и Луны. Данный вопрос до сих пор становится поводом для дискуссий среди ученых, специализирующихся на данной тематике.
Влияние приливов и отливов на организмы, населяющие Землю
Приливы и отливы в океане и море особенно влияют на морских обитателей. Наибольшее давление это явление оказывает на жителей прибрежных вод. Благодаря данному изменению уровня земной воды развиваются организмы, ведущие оседлый образ жизни.
К ним можно отнести моллюсков, которые отлично приспособились к колебаниям жидкой оболочки Земли. Устрицы при наибольших приливах начинают активно размножаться, что свидетельствует о том, что они благоприятно реагируют на подобные изменения в структуре водной стихии.
Но не все организмы так благоприятно реагируют на внешние изменения. Многие разновидности живых существ страдают от периодических колебаний уровня воды.
Хоть природа берет свое и координирует изменения в общем балансе планеты, но биологические субстанции приспосабливаются к тем условиям, которые преподносит им деятельность Луны и Солнца.
Воздействие приливов и отливов на жизнедеятельность человека
На общее состояние человека данное явление влияет больше, чем фазы Луны, к которым организм людей может быть невосприимчив. Однако наиболее приливы и отливы влияют на производственную деятельность обитателей нашей планеты. Влиять на структуру и энергию приливов и отливов моря, а также океанической сферы нереально, потому что их природа зависит от гравитации Солнца и Луны.
В основном, данный циклический феномен приносит только разрушения и неприятности. Современные технологии позволяют этот негативный фактор направить в позитивное русло.
Примером таких инновационных решений могут послужить бассейны по типу ловушек таких колебаний водного баланса. Должны они быть построены с учетом того, чтобы проект был рентабельным и практичным.
Для этого необходимо создавать подобные бассейны довольно значительного размера и объема. Электростанции по удержанию эффекта приливной силы водных ресурсов Земли - дело новое, но довольно перспективное.
Смотрите видео о приливах и отливах:
Изучение понятия приливов и отливов на Земле, влияние их на жизненный цикл планеты, тайна возникновения волн-убийц - все это остается главными вопросами для ученых, специализирующихся в данной области. Решение этих аспектов интересно и простым обывателям, интересующимся проблемами влияния на планету Земля инородных факторов.
Приливами и отливами называют периодические повышения и понижения уровня воды в океанах и морях.
Дважды в течение суток с промежутком около 12 часов 25 минут вода у берега океана или открытого моря поднимается и, если нет преград, заливает иногда большие пространства – это прилив. Затем вода понижается и отступает, обнажая дно – это отлив. Почему это происходит? Об этом задумывались еще древние люди, они-то и заметили, что эти явления связаны с Луной. На основную причину приливов и отливов впервые указал И. Ньютон – это притяжение Земли Луной, а точнее, разность между притяжением Луной всей Земли в целом и водной ее оболочки.
Объяснение приливов и отливов теорией Ньютона
Притяжение Земли Луной складывается из притяжения Луной отдельных частиц Земли. Частицы, находящиеся в данный момент ближе к Луне, притягиваются ею сильнее, а более далекие – слабее. Если бы Земля была абсолютно твердой, то это различие в силе притяжения не играло бы никакой роли. Но Земля не является абсолютно твердым телом, поэтому разность сил притяжения частиц, находящихся вблизи поверхности Земли и вблизи ее центра (эту разность называют приливообразующей силой), смещает частицы относительно друг друга, и Земля, прежде всего ее водная оболочка, деформируется.
В результате на той стороне, которая обращена к Луне, и на ее противоположной стороне вода поднимается, образуя приливные выступы, и там накапливается излишек воды. За счет этого уровень воды в других противоположных точках Земли в это время снижается – здесь происходит отлив.
Если бы Земля не вращалась, а Луна оставалась неподвижной, то Земля вместе со своей водной оболочкой всегда сохраняла бы одну и ту же вытянутую форму. Но Землявращается, а Луна движется вокруг Земли примерно за 24 часа 50 минут. С этим же периодом и приливные выступы следуют за Луной и перемещаются по поверхности океанов и морей с востока на Запад. Поскольку таких выступов два, то над каждым пунктом в океане дважды в сутки с интервалом около 12 часов 25 минут проходит приливная волна.
Почему высота приливной волны разная
В открытом океане вода поднимается при прохождении приливной волны незначительно: около 1 м и менее, что остается практически незаметным для мореплавателей. Но у берегов даже такой подъем уровня воды заметен. В бухтах и узких заливах уровень воды поднимается во время приливов гораздо выше, так как берег препятствует движению приливной волны и вода накапливается здесь в течение всего времени между отливом и приливом.
Самый большой прилив (около 18 м) наблюдается в одной из бухт на побережье в Канаде. В России наибольшие приливы (13 м) происходят в Гижигинской и Пенжинской губах Охотского моря. Во внутренних морях (например, в Балтийском или Черном) приливы и отливы почти незаметны, потому что в такие моря не успевают проникнуть массы воды, перемещающиеся вместе с океанской приливной волной. Но все равно в каждом море или даже озере возникают самостоятельные приливные волны с небольшой массой воды. Например, высота приливов в Черном море достигает лишь 10 см.
В одной и той же местности высота прилива бывает различной, так как расстояние от Луны до Земли и наибольшая высота Луны над горизонтом с течением времени изменяются, а это приводит к изменению величины приливообразующих сил.
Приливы и Солнце
На приливы также оказывает действие и Солнце. Но приливные силы Солнца в 2,2 раза меньше приливных сил Луны.
Во время новолуния и полнолуния приливные силы Солнца и Луны действуют в одном направлении – тогда получаются наиболее высокие приливы. Но во время первой и третьей четвертейЛуны приливные силы Солнца и Луны противодействуют, поэтому приливы бывают меньшими.
Приливы в воздушной оболочке Земли и в ее твердом теле
Приливные явления происходят не только в водной, но и в воздушной оболочке Земли. Они называются атмосферными приливами и отливами. Приливы происходят также в твердом теле Земли, поскольку Земля не является абсолютно твердой. Вертикальные колебания поверхности Земли вследствие приливов достигают нескольких десятков сантиметров.
Практическое использование приливов и отливов
Приливная электростанция – это особый вид гидроэлектростанции, использующий энергию приливов, а фактически кинетическую энергию вращения Земли. Приливные электростанции строят на берегах морей, где гравитационные силы Луны и Солнца дважды в сутки изменяют уровень воды. Колебания уровня воды у берега могут достигать 18 метров.
В 1967 г. во Франции была построена приливная электростанция в устье реки Ранс.
В России c 1968 г. действует экспериментальная ПЭС в Кислой губе на побережье Баренцева моря.
Существуют ПЭС и за рубежом - во Франции, Великобритании, Канаде, Китае, Индии, США и других странах.
Гравитационное влияние Солнца и Луны сказывается на всех оболочках Земли - воздушной, водной и земной, несмотря на огромные расстояния, отделяющие их от Земли. Отметим что само понятие гравитации как физического фактора стало известно лишь к середине XVII в" когда этот термин был введен великим физиком Исааком Ньютоном. Затем, после многочисленных работ ученых разных стран, выполненных в XIX и ЛХ вв., стали ясными физические основы гравитационного влияния на Землю Луны и Солнца. Это влияние, как прямое так и косвенное, очень многообразно . Самыми значительными из них являются океанические приливы, разные по своим масштабам и амплитудам в различных географических пунктах Земли [Максимов И. В. и др., 1970; Картер С., 1977; Марчук Г. И Каган Б. А., 1983; Bouteloup J., 1979]. На протяжении тысячелетии люди наблюдали морские приливы и отливы и убедились в их тесной связи с фазами Луны и в сопряженности изменении в окружающей среде с временем наступления этих фаз Многовековые наблюдения привели ученых к выводу о важном значении Луны для природных процессов и о ее существенном влиянии на человека: через озоновый слой, геомагнитную активность, осадки . "Наше исследование Луны, наше будущее, возможно, в значительной мере зависят от более глубокого понимания приливообразующего действия Луны на Землю" [Картер С., 1977].
Наиболее интересным моментом во всей проблеме приливов является тот факт, что грандиозный по своим масштабам процесс, охватывающий всю Землю, все ее оболочки, вызывается ничтожными по своей величине колебаниями силы тяжести (рис. 4). Достаточно сказать, что в результате лунно-солнечного притяжения масса тела, например, в одну тонну, изменяется всего на 0,2 г. О величине изменения силы тяжести можно судить по следующим цифрам: ускорение силы тяжести на Земле равно 982,04 см/с^ (g= 982,04 гал), а максимальное изменение за счет влияния Луны и Солнца составляет всего 240,28 мкгал (или 0,24 млгал), т. е. 100-тысячные доли процента от g. Причем из них 164,52 мгал приходится на действие Луны и 75,76 мгал - на долю гравитационного влияния Солнца. Эти ничтожные по своей величине гравитационные силы оказываются достаточными, чтобы приводить в непрерывное движение миллиарды тонн воды, земной тверди и воздушных масс.
Приливные явления возникают за счет совместного гравитационного действия Луны и Солнца на Землю. Наибольшее влияние оказывает Луна, которая несмотря на свои несоизмеримо малые размеры по сравнению с Солнцем, находится на более близком к Земле расстоянии (356000 км), чем Солнце (150-10^ км). Морские и океанические приливы и отливы, повторяющиеся 2 раза в сутки, легко заметны наблюдателю по периодическому повышению и понижению уровня воды в прибрежных районах. Взаимное расположение Земли, Луны и Солнца в космическом пространстве все время изменяется и поэтому величина приливов также изменяется. Ее определяют с помощью приборов, измеряющих высоту поверхности воды во время приливов.
Приливы достигают максимума в новолуние и полнолуние (сизигийные приливы, от латинского слова "сизигий" - соединение), когда Луна и Солнце оказываются на одной прямой линии с Землей. Минимальные приливы, называемые квадратурными (от латинского слова "квадратура"-четверть), наблюдаются в фазе первой и последней четверти Луны, когда разница астродолгот Луны и Солнца составляет 90°, т. е. они располагаются под прямым углом друг к другу (рис. 5).
Менее известны земные и атмосферные приливы [Мельхиор П., 1968; Чепмен С., Линдзен P., 1972], которые не так очевидны, как океанические и морские, но они также имеют глобальные масштабы. Так, в верхней мантии Земли, в самой внешней оболочке земной коры, сила притяжения Луны и Солнца вызывает периодические подъемы и опускания поверхности, наблюдаемые с помощью гравиметров, измеряющих локальные изменения силы тяжести. Под влиянием Луны поверхность Земли поднимается максимально на 35,6 см и опускается на 17,8 см, в то время как Солнце вызывает колебания поверхности соответственно вверх до 16,4 см и вниз до 8,2 см. Общий размер лунно-солнечных колебаний земной поверхности составляет 78 см: под влиянием Луны на 53,4 см и Солнца24,6 см.
Таково своеобразное "дыхание" Земли - движение ее поверхности под влиянием гравитационных сил. Как отмечалось выше, эти грандиозные по масштабам подвижки водных и земных слоев происходят под влиянием ничтожных по величине гравитационных воздействий, составляющих миллионные доли от модуля земной силы тяжести. Непрерывное движение земной поверхности приводит к большим изменениям в структуре земной коры, скорости вращения Земли вокруг своей оси, параметров орбитального движения и других геофизических явлений (в частности, к дрейфу континентов, сдвигу океанических плит, увеличению разломов и даже частоты происходящих землетрясений) .
В атмосфере под влиянием гравитационного воздействия Луны и Солнца также происходят большие по своим масштабам изменения, усиленные еще дополнительно периодическим нагревом ее от Солнца. Показателем атмосферных приливов служит изменение давления воздуха, измеряемое барометром. Следует помнить, что приливная сила, возникшая от гравитационного воздействия Луны и Солнца, в любой точке каждой из оболочек Земли непрерывно изменяется из-за вращения нашей планеты и ряда других факторов. Однако сама характерная волна в течение суток сохраняется, только трансформируясь по форме и амплитуде в зависимости от географической широты места. В структуре этой волны имеются две основные составляющие-лунная и солнечная, в которых с помощью метода гармонического анализа выявляется несколько компонент: долгопериодные (недельные и месячные) и короткопериодные (суточные, полусуточные и третьсуточные) [Марчук Г. И., Каган Б. А., 1983].
Для последующего медико-биологического анализа влияния Луны важна не только вся тонкая структура спектра лунносолнечных волн и полуволн, но главным образом наличие коротко- и долгопериодных составляющих, которые определяют биоритмику живых организмов. Например, при анализе циркадианной биоритмики исследователям важно знать, что в приливных явлениях имеется доминирующая полусуточная волна (Ма) с периодом, равным 12 ч 25 мин, соответствующая полусуточному приливу, и солнечная приливная волна (82) с периодом в 12 ч 00 мин. Долгопериодные составляющие-месячная и двухнедельная-имеют период соответственно 27,555 и 13,661 сут. Эти периоды важны, так как проявляются в биоритмике самых различных процессов в организме, указывая тем самым на возможную роль гравитационных приливообразующих сил как внешнего синхронизатора [Браун Ф" 1964, 1977; ХауэншилдК., 1964; Василик П. В., Галицкий А. К., 1977, 1979; Чернышев В. Б., 1980; Нейман Д" 1984; Garzino S., 1982a; Brown F. A., 1983].
Приливы, связанные с действием гравитационных сил Луны и Солнца, отличаются чрезвычайным разнообразием в разных географических точках Земли, что зависит от многих физических факторов. Но при рассмотрении их суточной динамики можно выделить 3 основных типа - суточные, полусуточные и смешанные, или комбинированные [Марчук Г. И" Каган А. Б., 1983; Нейман Д" 1984].
Суточные приливы происходят один раз в сутки и обусловлены действием двух составляющих приливообразующей силы с периодами в 25,8 и 23,9 ч. В ряде мест земного шара (например, у берегов Мексики) в динамике суточных приливов каждые 13–14 дней (в среднем 13,66 дня) наблюдается сдвиг фазы на 180°, коррелирующий с 1/2 цикла склонения Луны (напомним, что тропический лунный месяц равен 27,32 дня), т. е. с пересечением Луной каждые 13,66 дней плоскости небесного экватора. Здесь зримо видно, как движение нашего спутника в пространстве вызывает регулярные изменения геофизических процессов.
Полусуточные приливы отмечаются 2 раза в сутки с периодом в 12,4 ч. Амплитуда их варьирует в течение синодического месяца (29,53 дня) от максимального значения в полнолуние и новолуние до минимальных в различные четверти Луны. Изменения амплитуд составляют полусинодический цикл соответственно смене лунных фаз. Сизигийные приливы повторяются каждые 14–15 дней (в среднем 14,76 дня). Смешанные (комбинированные) приливы имеют различную амплитуду подъема воды и отличаются неравенством периодов, - они наблюдаются у побережья Тихого океана, Австралии, Аравийского полуострова. Мы специально подробно останавливаемся на типах приливных ритмов, поскольку в биологии подразделяются приливные и лунные ритмы [Чернышев В. Б. 1980; Нейман Д., 1984]. Как указывают цитируемые авторы, имеются эндогенные ритмы с пиками активности, повторяющимися каждые 12,4 ч. Они поддаются захватыванию приливными циклами ("околоприливные" ритмы) и большинство из них не отличается устойчивостью и точностью, присущими циркадианным ритмам [Нейман Д., 1984, с. 12].
Кроме того, отмечается, что некоторые виды могут обладать ритмом с удвоенным приливным периодом, равным 24,8 ч. Это обусловлено адаптацией к местному профилю приливов. Исследования показывают, что восприятие приливного фактора во время ежедневной чувствительной фазы связано с циркадианным ритмом и зависит от него. Приливные ритмы могут быть также модулированы суточными циклами освещенности и полумесячными приливными составляющими, что приводит к сложной ритмике у конкретных видов, живущих в определенных экологических условиях. Одновременно с этим у разных видов наблюдаются лунные ритмы, связанные с непосредственным действием лунного света и сменой лунных фаз (сизигийные и синодические ритмы). Эти ритмы прослеживаются у водных и наземных видов независимо от приливных циклов [Чернышев В. Б., 1980; Нейман Д" 1984]; их особенности рассмотрены ниже.
