Приливы и отливы. Отлив океана


Приливы и отливы

Мы уже узнали, что вода распределяется на слои в зависимости от ее температуры, солености, давления и плотности. Течения и приливы перемешивают морскую воду, меняя ее плотность. Эти перемещения изменяют глубину слоя температурного градиента (термоклина). Подводные суда должны регулировать свою плавучесть, чтобы удерживаться на постоянной глубине.

Когда Луна, Земля и Солнце выстраиваются в одну линию, – явление, называемое сизигией, – происходят наибольшие изменения уровней прилива и отлива. Эти сизигийные приливы происходят дважды в месяц, в полнолуние и новолуние.

Когда Луна находится в перигее или на кратчайшем расстоянии от Земли на своей орбите, приливы максимально высоки, а отливы максимально низки.

Когда Солнце и Луна образуют угол в 90°, как в период половинной фазы Луны, силы их притяжения уравновешивают друг друга, в результате чего разница в уровнях прилива и отлива меньше. Это явление известно как квадратурный прилив.

Существуют и другие вещи, компенсирующие действие притяжения Луны. Например, когда Луна вращается вокруг Земли, угол наклона планеты, глубина океана и топография морского дна – все это влияет на приливы и отливы. Вот почему не на всех побережьях каждый день бывает по два прилива и отлива.

Полусуточные приливы и отливы происходят два раза за сутки. Они характерны для Атлантического океана, в котором в течение одного дня случаются два прилива и два отлива.

Суточные приливы и отливы наблюдаются раз в сутки. В Мексиканском заливе происходит только один прилив и один отлив с периодичностью в 25 часов.

Имеются также исключения из этого правила, некоторые участки морей и океанов, включая части Тихоокеанского бассейна, отличаются смешанными приливами. Они не подчиняются какому-то строгому порядку, но во многих случаях наблюдается один отлив, сопровождающийся двумя приливами.

Залив Фанди между Нью-Брансуиком и Новой Шотландией (на юго-востоке Канады) удерживает рекорд по самым высоким приливам в мире. Изменение уровня воды между приливом и отливом может достигать более 16 м – больше половины длины футбольного поля.

Если Вам понравилась наша энциклопедия или пригодилась информация на этой странице поделитесь ею с друзьями и знакомыми - нажмите одну из кнопок соц сетей внизу страницы или вверху, ведь среди кучи ненужного мусора интернете достаточно сложно найти действительно интересные материалы.

planete-zemlya.ru

Источники энергии – Приливы и отливы морские и океанские

20 11 2016      greenman       Пока нет комментариев  

Жители многих населенных пунктов на побережьях морей и океанов ежедневно наблюдают очень интересное явление природы — периодические повышения и понижения уровня воды у берегов. Такие периодические колебания воды в океанах и морях называются приливам и отливами. Заметнее всего приливы и отливы у берегов океанов или открытых морей. Здесь обычно наблюдается такая картина. В течение суток, точнее 24 часов 50 минут, уровень воды у берегов дважды повышается и дважды понижается.

Повышение от наименьшего уровня воды до наибольшего происходит постепенно и сначала медленно, а затем все быстрее и быстрее. Оно длится в среднем около 6 часов 12,5 минут. После этого начинается понижение уровня воды. Понижение продолжается в среднем также 6 часов 12,5 минут.

Один из двух приливов в течение суток в данной местности наступает вскоре после того, как Луна достигнет самого высокого положения на небе (верхней кульминации). Основываясь на этом и на совпадении удвоенного периода приливов (24 часа 50 минут) с периодом видимого обращения Луны вокруг Земли, еще в древние времена люди связывали приливы и отливы с Луной.

И действительно, основная причина приливов, как впервые указал Исаак Ньютон,— это притяжение Земли Луной, точнее говоря, разность между притяжением Луной всей Земли в целом, с одной стороны, и водной оболочки ее — с другой. В общих чертах теория Ньютона объясняет приливы и отливы так.

Притяжение Земли Луной складывается из притяжения Луной отдельных частиц Земли. Частицы, которые находятся 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 ее частиц не играло бы никакой роли. Но Земля не абсолютно твердое небесное тело. Кроме того, она покрыта океанами и морями, которые занимают 71% ее поверхности. Поэтому разное притяжение частиц, находящихся вблизи поверхности Земли и вблизи ее центра (эту разность называют приливообразующей силой), смещает эти частицы друг относительно друга, и Земля, прежде всего ее водная оболочка, изменяет свою форму, деформируется.

Частицы воды, наиболее близкие к Луне в данный момент притягиваются Луной сильнее, а частицы, наиболее далекие от нее — слабее, чем частицы, находящиеся в центре Земли

Поэтому частицы водная оболочка Земли деформируется — она вытягивается в направлении Луны. Деформируется и вытягивается к Луне вообще все твердое тело Земли, но гораздо меньше, так как оно состоит из вещества, гораздо более вязкого, чем вода.

Таким образом, на стороне Земли, обращенной к Луне, и на противоположной ее стороне вода поднимается, образуются так называемые приливные выступы и накопляется излишек воды. В других местах уровень воды снижается, оттуда вода стекает, и здесь наступает отлив.

Приливные выступы вблизи стремятся сохранить по отношению к Луне одно и то же положение. И если бы Земля не вращалась, а Луна была неподвижной по отношению к Земле, то Земля вместе со своей водной оболочкой всегда сохраняла бы одну и ту же форму, вытянутую по направлению к Луне, и никаких приливов и отливов не было бы. Однако, Луна обращается вокруг Земли (в ту же сторону, в какую Земля вращается вокруг своей оси). Поэтому приливные выступы следуют за направлением к Луне и перемещаются по поверхности океанов. Образуется так называемая приливная волна (точнее, две волны в противоположных точках земного шара). Вращение Земли со своей стороны непрерывно вносит в полосу прилива все новые и новые области океанов и потому приливы как бы бегут по поверхности Земли. Над каждым пунктом в океане приливная волна, поднимающая уровень воды, проходит дважды в сутки.

В открытом океане уровень воды при прохождении приливной волны поднимается незначительно, в среднем на несколько десятков сантиметров, и естественно, что это остается незаметным, например, для плывущих на корабле людей. Но у берегов даже такой подъем уровня воды уже заметен. Кроме того, у берегов, особенно в узких заливах или бухтах, уровень воды поднимается гораздо выше, чем в открытом океане, так как берег материка препятствует движению приливной волны и вода здесь накапливается в течение всего времени между отливом и приливом. Поэтому около берегов приливы (точнее говоря, разность между уровнями воды при приливе и отливе) достигают в среднем 4—5 м. Самый большой прилив — около 18 м — наблюдается в одной из бухт побережья Канады.

 

В нашей стране наибольшие приливы — около 13 м — наблюдаются в Гижигинской и Пенжинской губах на Охотском море.

Во внутренних морях, например в Балтийском и Черном, приливы и отливы очень малы и почти незаметны. Это происходит потому, что через узкие проливы, соединяющие такие моря с океанами, за время от отлива до прилива не успевают проникнуть в моря сколько-нибудь значительные массы воды, перемещающиеся вместе с океанской приливной волной. Правда, в каждом закрытом море или даже озере возникают самостоятельные приливные волны и перемещения масс воды внутри этих морей и озер. Но чем меньше море или озеро, тем меньше воды перемещается в нем от одного берега к другому и тем меньше приливы и отливы. Например, в Средиземном море приливы достигают 1—2 м, а в Черном море — 10 см.

Такова в общих чертах картина приливов и отливов и причина их возникновения

При более детальном изучении приливов и отливов наблюдаются такие очень интересные и очень сложные явления. Момент полной воды в данной местности не совпадает с кульминацией Луны, а всегда запаздывает. Это происходит потому, что трение воды о дно океанов и внутреннее трение воды несколько задерживают движение приливной волны и она не поспевает, так сказать, за Луной. Приливная волна достигает данного пункта в океане лишь через некоторый промежуток времени после кульминации Луны, так что прямая линия, проведенная через приливные выступы на противоположных сторонах земного шара, проходит восточнее направления из центра Земли на Луну.

Величина запаздывания приливов в данной местности по сравнению с моментом кульминации Луны называется «прикладным часом».

В разных местностях «прикладной час» разный, так как он зависит от особенностей рельефа дна и берегов. Например, в Остенде (Бельгия) «прикладной час» равен в среднем 25 минутам, в Гибралтаре — 1 часу 47 минутам, в Бресте (Франция) — 3 часам 46 минутам, в некоторых заливах Белого моря — 5 часам и т. д.

В одной и той же местности высота приливов изо дня в день меняется. Это связано прежде всего с тем, что расстояние от Луны до Земли и высота Луны над горизонтом в данной местности в момент кульминации все время изменяются. Изменяется в связи с этим и величина действующей приливообразующей силы. Существует такая формула для приливообразующей силы, действующей на единицу массы на поверхности Земли в момент кульминации Луны.

В течение месяца расстояние от Луны до Земли изменяется приблизительно от 365 тыс. км до 405 тыс. км, а приливообразующая сила изменяется примерно в 1,4 раза. Высота Луны над горизонтом в момент кульминации изменяется в течение месяца в среднем на 47°, причем эта амплитуда изменений колеблется с периодом около 19 лет от 37 до 57°; это приводит как к месячным колебаниям высоты приливов и отливов, так и к колебаниям с периодом около 19 лет.

Заметное приливное действие оказывает на Землю и Солнце, и по той же причине, что и Луна. Хотя Солнце находится от Земли значительно дальше, чем Луна (в среднем в 389 раз), но его масса намного больше массы Луны (в 27 млн. раз), поэтому и влияние его также велико. В моменты сизигий (т. е. когда Земля, Луна и Солнце располагаются на прямой линии) солнечная и лунная приливные волны складываются друг с другом, а в моменты квадратур (когда направления с Земли на Луну и Солнце отличаются друг от друга на 90°) солнечная приливная волна несколько повышает уровень отлива и несколько понижает уровень прилива. Поэтому высота приливов во время сизигий бывает примерно в 2,7 раза больше, чем во время квадратур.

Кроме указанных основных причин колебания высоты приливов и отливов, существуют и более мелкие. Они связаны главным образом с особенностями движения Луны вокруг Земли и Земли вокруг Солнца. Теоретически приливное действие оказывают также и планеты, но оно слишком мало, чтобы его можно было обнаружить.

Под действием приливообразующих сил деформируется не только водная оболочка, но и все твердое тело Земли

Таким образом, приливные волны возникают и на твердой поверхности Земли. Их бы не было совсем, если бы Земля была абсолютно твердой. И наоборот, они были бы наибольшими, если бы Земля была жидкой. Наблюдения приливных волн на твердой поверхности Земли позволяют судить об упругости вещества Земли. Эти наблюдения показывают, что Земля по своей упругости обладает свойствами стального шара.

Приливообразующие силы вызывают также деформации воздушной оболочки Земли. Они выражаются, прежде всего, в периодических колебаниях атмосферного давления. Обнаруживаются также периодические изменения свойств различных слоев атмосферы. Приливы и отливы перемещают большие массы воды, и люди давно стали задумываться над тем, как бы заставить эти массы воды вращать колеса турбин, вырабатывающих электроэнергию. В последние годы вопрос этот уже практически решен, и в ближайшем будущем человек широко будет использовать энергию приливов и отливов.

Принцип работы приливной гидроэлектростанции простой. В заливе, где наблюдаются более или менее значительные приливы и отливы, строится плотина, отделяющая часть залива от океана. Во время прилива или отлива образуется разность уровней воды между океаном и отделенной частью залива. Вода по специальному каналу устремляется сквозь плотину сверху вниз и приводит в движение установленные там турбины.

Просто о сложном – Источники энергии – Приливы и отливы морские и океанские

  • Галерея изображений, картинки, фотографии.
  • Приливы и отливы морские и океанские как источники энергии – основы, возможности, перспективы, развитие.
  • Интересные факты, полезная информация.
  • Зеленые новости – Приливы и отливы морские и океанские как источники энергии.
  • Ссылки на материалы и источники – Источники энергии – Приливы и отливы морские и океанские.

greensource.ru

Приливы и отливы

Амплитуда прилива — разница уровней воды во время приливов и отливов. Максимальная амплитуда прилива наблюдается в заливах и устьях рек. На открытых участках побережья амплитуда прилива обычно колеблется от двух до трех метров. В замкнутых морях, таких, как Средиземное, приливов почти не бывает.

Приливы и отливы и их циклы отличаются сложностью, на них влияет трение о морское дно, присутствие масс суши, форма дна океана. Суточный приливный цикл наблюдается там, где за день происходит один прилив и один отлив, как в Карибском море. На большей части Атлантического побережья в день наблюдаются по два прилива и отлива — такой приливный цикл называется полусуточным. Кое-где на побережье Тихого и Индийского океанов приливные циклы бывают еще сложнее и называются смешанными.

Температура воды в океане меняется в зависимости от глубины океана и географической широты. В Персидском заливе, где довольно мелко, температура может подниматься до 40 °С. По мере отдаления от экватора, где температура воды поднимается до 24—30 °С, к полярным океанам поверхностные воды постепенно становятся все холоднее (0-4 °С). В глубоких водах температура обычно бывает постоянной и не поднимается выше 4 °С. Даже в теплых тропических водах существуют полярные течения на глубине около 900 м.

Притяжение Солнца и Луны оказывает сильное воздействие на океаны и вызывает приливы и отливы. Притяжение Луны сильнее, чем притяжение Солнца, и потому приливы обычно следуют смене фаз Луны. Когда Солнце и Луна выстраиваются в одну линию с Землей, притяжение становится максимальным, как и амплитуда приливов, — такие приливы называются сизигийными. Когда Солнце и Луна расположены под прямым углом друг к другу, притяжение становятся минимальным, и такие приливы называются квадратурными.

Соленые моря 

В открытом океане на 1000 частей воды приходится в среднем 35 частей соли. Красное море более соленое (около 41 части соли на 1000 частей воды), поскольку в него впадает мало рек и к тому же в жарком климате активно происходит испарение. Вода в океанах у полюсов менее соленая из-за таяния ледников. Черепахи избавляются от избытка соли с помощью особых желез. Их секреция напоминает слезы. Во время отливов противоположные течений сталкиваются и могут образовывать водовороты. Одним из самых бурных считается водоворот, который возникает у Лофотенских островов на севере Норвегии.

Изменения температуры 

Температура в океане изменяется в зависимости от глубины. В тропиках часто наблюдаются резкие скачки температуры, или термоклины, на глубине около 300 м. Глубинные холодные воды не могут смешиваться с теплыми верхними слоями. Ближе к полюсам температура слоев воды выравнивается, и в них не возникает термоклин.

Лед в море

Около 19-15 тыс. айсбергов образуется каждый год в Арктике. Большинство этих плавучих глыб откалываются от ледников Гренландии. Чаще всего они имеют коническую форму и содержат обломочный материал. С другой стороны антарктические айсберги, как тот, что показан на рисунке, откалываются от шельфового льда и потому часто имеют плоскую вершину. Каждый год образуются десятки тысяч антарктических айсбергов; обычно они бывают белее, чем арктические. Около 90% айсберга скрыто под водой, надводная часть может быть более 60 м в высоту, а в длину достигать нескольких километров. Паковый лед образуется, когда замерзают моря. Он представляет собой значительное препятствие для судов. Благодаря зыби и волнам проходящим подо льдом, во льду постоянно образуются трещины льдины наталкиваются друг на друга, становятся плавучими, смерзаются в торосы и ледяные хребты.

Морская вода содержит почти все существующие на Земле химические элементы. Некоторые из них, жизненно важные для животных и растений, содержатся в ней в довольно большом количестве. Это, например, сера, магнии, кальции, калий, йод, которые необходимы для всех живых организмов и сосредоточенны в водорослях. В морской воде есть даже золото, но его не хватит, чтобы разбогатеть.

Киты подо льдом 

Животные, как и корабли, иногда могут быть заперты паковым льдом. В 1989 г. три серых кита оказались в такой ловушке у берегов Аляски. Люди пытались помочь им выбраться в открытые воды, пробивая полыньи во льду, чтобы киты могли всплыть и подышать. Двух китов удалось спасти.

Почему море синее 

Если посмотреть на луч света сквозь призму, видно, что его составляет определенная последовательность цветов. Красный, оранжевый и желтый цвета поглощаются быстрее, чем синий, который может проникать на глубину свыше 30 м. Вот почему чистая, прозрачная вода посреди океана в солнечные дни кажется синей. В прибрежных водах и у полюсов многочисленные животные и растения, а также осадки, приносимые реками, поглощают больше синего цвета, и вода приобретает зеленоватый опенок. Вот почему воды южных океанов вокруг Антарктиды кажутся зелеными.

www.polnaja-jenciklopedija.ru

Земля как планета | Приливы и отливы

Обpащение Земли и Луны вокpуг общего центpа масс и возникающие пpи этом центpобежные силы, совместно со взаимным пpитяжением Земли и Луны, а также суточным вpащением Земли, создают пpиливы и отливы в Мировом океане.

На большей части Мирового океана дважды в сутки уровень воды повышается и дважды понижается — это приливы и отливы. Низкий уровень воды — это малая вода; затем он повышается, идет прилив, пока не наступит его высшая точка — полная вода, затем уровень воды снова понижается — отлив. Широко известно, что это явление связано с притяжением Луны: полная вода наступает вскоре после лунного полудня — момента, когда Луна проходит точку своего высшего положения на небосводе; Луна сильнее всего притягивает воду, находящуюся ближе к ней, то есть на стороне Земли, обращенной к Луне, и уровень моря здесь поднимается. Но лунный полдень бывает раз в сутки (точнее, раз в 24 часа 50 минут), а полная вода наступает дважды за этот же период, второй раз — вскоре после лунной полуночи. И именно объяснение этого второго прилива обычно вызывает наибольшие трудности.

Общий центр масс Земли и Луны находится на прямой, соединяющей центры Земли и Луны, на расстоянии 0,73 земного радиуса от центра Земли; этот центр не закреплен внутри Земли жестко, при суточном вращении Земля поворачивается к Луне то одной, то другой стороной. Центробежная сила, вызванная движением Земли вокруг общего с Луной центра масс, направлена в сторону от Луны и одинакова на всей Земле. В центре Земли она уравновешивается притяжением Луны, иначе Земля и Луна стали бы отдаляться друг от друга или сближаться. В точке, ближайшей к Луне, сила притяжения Луны больше, равнодействующая направлена в сторону Луны, и это создает выпуклость уровня океана. С противоположной стороны притяжение Луны меньше, и равнодействующая направлена по вектору центробежной силы от Луны и это создает вторую выпуклость уровня океана (рис. 11).

Рис. 11. Приливы и отливы. Вид с полюса. О — центр Земли; ОА — меридиан; Оm — общий центр масс Земли и Луны; белые стрелки — центробежная сила; черные стрелки — притяжение Луны; М — места на Земле, где в данный момент наблюдается малая вода; П — места на Земле, где наблюдается полная вода: П1 — выпуклость поверхности океана, вызванная притяжением Луны, П2 — выпуклость, вызванная центробежной силой

Солнце, хотя и находится от Земли примерно в 400 раз дальше Луны, из-за своей большой массы притягивает Землю примерно в 170 раз сильнее, чем Луна. Однако на приливы Солнце влияет заметно слабее, так как разница в расстоянии от Солнца между ближайшей к нему точкой Земли и самой от него отдаленной по отношению к расстоянию между Солнцем и Землей ничтожно мала. Поэтому приливы, вызываемые притяжением Солнца, не проявляются как самостоятельные, а лишь усиливают или ослабляют лунные приливы. Когда Солнце, Луна и Земля находятся приблизительно на одной прямой, что соответствует новолунию или полнолунию, воздействие Солнца и Луны суммируется, тогда приливы бывают самыми высокими; когда же Солнце и Луна видны с Земли под прямым углом — в фазах Луны это положение соответствует первой и третьей четвертям, воздействие Солнца вычитается из воздействия Луны, приливы самые низкие. Промежуток времени между двумя последующими новолуниями составляет в среднем 29,5 суток; за это время дважды (в новолуние и в полнолуние) наблюдаются высокие приливы и дважды (в 1-ю и 3-ю четверти) низкие.

В открытом океане высота правильных полусуточных приливов составляет около 1 м. Берега континентов и крупных островов значительно меняют картину. Приливная волна, входя в широкий залив, сужающийся к концу, также сужается и становится выше. В северной части Бенгальского залива высота прилива бывает до 11 м, в Пенжинской губе Охотского моря — до 11 м, по некоторым данным, до 14, в Бристольском заливе в Англии — до 12 м, в Мезенской губе Белого моря — до 8—10 м. Максимальная высота приливов отмечена в заливе Фанди на юго-востоке Канады — 16—18 м. Взаимодействие приливной волны с береговой линией и рельефом дна на мелководье создает исключительно сложную картину. Нередко именно с этим взаимодействием связано замещение полусуточных приливов суточными и даже неправильными, с нерегулярными промежутками. Приливы создают систему периодических течений, четырежды (при суточных приливах дважды) в сутки меняющих направление; в узких проливах, например, между Курильскими островами, скорость таких течений может достигать 6 м/с, т. е. более 20 км/ч.

3ys.ru

Прилив и отлив — Википедия РУ

Залив Фанди во время прилива и отлива.

Прили́в и отли́в — периодические вертикальные колебания уровня океана или моря, являющиеся результатом изменения положений Луны и Солнца относительно Земли совместно с эффектами вращения Земли и особенностями данного рельефа и проявляющиеся в периодическом горизонтальном смещении водных масс. Приливы и отливы вызывают изменения в высоте уровня моря, а также периодические течения, известные как прили́вные течения, делающие предсказание приливов важным для прибрежной навигации.

Интенсивность этих явлений зависит от многих факторов, однако наиболее важным из них является степень связи водоёмов с мировым океаном. Чем более замкнут водоём, тем меньше степень проявления приливо-отливных явлений.

Так, например, на побережье Финского залива эти явления заметны только на мелководье, а периодически происходившие ранее наводнения в Петербурге объяснялись длинной волной, связанной с колебаниями атмосферного давления и нагонными западными ветрами.

С другой стороны, если в месте образования прилива достаточно большой амплитуды имеется сужающийся залив или устье реки, это может привести к образованию мощной приливной волны, которая поднимается вверх по течению реки, иногда на сотни километров. Из таких волн наиболее известны:

Лунный интервал приливов — это период времени с момента прохождения Луны через точку зенита над вашей местностью до момента достижения наивысшего значения уровня воды во время прилива.

Хотя для земного шара величина силы тяготения Солнца почти в 200 раз больше, чем силы тяготения Луны, прили́вные силы, порождаемые Луной, почти вдвое больше порождаемых Солнцем. Это происходит из-за того, что приливные силы зависят не от величины гравитационного поля, а от степени его неоднородности. При увеличении расстояния от источника поля неоднородность уменьшается быстрее, чем величина самого поля. Поскольку Солнце почти в 400 раз дальше от Земли, чем Луна, то приливные силы, вызываемые солнечным притяжением, оказываются слабее.

Также одной из причин возникновения приливов и отливов является суточное (собственное) вращение Земли. Массы воды мирового океана, имеющие форму эллипсоида, большая ось которого не совпадает с осью вращения Земли, участвуют в её вращении вокруг этой оси. Это ведёт к тому, что в системе отсчёта, связанной с земной поверхностью, по океану бегут по взаимно противоположным сторонам земного шара две волны, приводящие в каждой точке океанского побережья к периодическим, два раза в сутки повторяющимся явлениям отлива, чередующихся с приливами.

Таким образом, ключевыми моментами в объяснении приливно-отливных явлений являются:

  • суточное вращение земного шара;
  • деформация покрывающей земную поверхность водной оболочки, превращающая последнюю в эллипсоид.

Отсутствие одного из этих факторов исключает возможность появления приливов и отливов.

При объяснении причин приливов внимание обычно обращается лишь на второй из этих факторов. Но расхожее объяснение рассматриваемого явления только действием приливных сил неполно.

Приливная волна, имеющая форму упомянутого выше эллипсоида, представляет собой суперпозицию двух «двугорбых» волн, образовавшихся в результате гравитационного взаимодействия планетной пары Земля — Луна и гравитационного взаимодействия этой пары с центральным светилом — Солнцем с одной стороны. Кроме того, фактором, определяющим образование этой волны, выступают силы инерции[1], имеющие место при обращении небесных тел вокруг общих для них центров масс.

Ежегодно повторяющийся приливно-отливной цикл остаётся неизменным вследствие точной компенсации сил притяжения между Солнцем и центром масс планетной пары и силами инерции, приложенными к этому центру.

Поскольку положение Луны и Солнца по отношению к Земле периодически меняется, меняется и интенсивность результирующих приливно-отливных явлений.

Отлив у Сен-Мало

История изучения и использования приливов

  Отлив в заливе Мордвинова. Остров Сахалин. Сбор съедобного рачка «чилима».

Гай Юлий Цезарь в книге "Записки о Галльской войне" (книга 4 гл. 29) связывает необычно высокий прилив у берегов Британии с наступившим новолунием, сообщая что до этого момента связь новолуния с высотой прилива римлянам не была известна.

Хосе де Акоста в своей Истории (1590) собрал доказательства связи отливов и приливов с фазами Луны: он указал, что период приливов, происходящих дважды в сутки, отличается на три четверти часа от солнечных суток, что известна также месячная периодичность приливов, а также добавил новое доказательство: приливы на обоих берегах Панамского перешейка происходят практически одновременно. Хосе де Акоста назвал приливы "одной из замечательных тайн Природы".[2].

Немецкий астроном Иоганн Кеплер, пришедший на основании своих наблюдений над планетами к идее всемирного тяготения, выдвинул гипотезу о том, что именно гравитация Луны является причиной приливов:

Когда Луна находится непосредственно над Атлантическим, так называемым Южным, Восточным или Индийским океаном, то она притягивает воды, омывающие земной шар. Не встречая на своем пути континентов, воды со всех сторон устремляются к обширному участку, находящемуся прямо под Луной, а берега при этом обнажаются. Но пока воды находятся в движении, Луна успевает переместиться и не располагается более прямо над океаном, в силу чего масса воды, бьющая в западный берег, перестает испытывать действие лунного притяжения и обрушивается на восточный берег. [3].

Не зная точного закона всемирного тяготения, Кеплер не смог создать количественную теорию приливов.

Отливы играли заметную роль в снабжении прибрежного населения морепродуктами, позволяя собирать на обнажившемся морском дне годную для еды пищу.

Терминология

  Малая вода (Бретань, Франция)

Максимальный уровень поверхности воды во время прилива называется полной водой, а минимальный во время отлива — малой водой. В океане, где дно ровное, а суша далеко, полная вода проявляется как два «вздутия» водной поверхности: одно из них находится со стороны Луны, а другое — в противоположном конце земного шара. Также могут присутствовать ещё два меньших по размеру вздутия со стороны, направленной к Солнцу, и противоположной ему. Объяснение этому эффекту можно найти ниже, в разделе физика прилива .

Так как Луна и Солнце перемещаются относительно Земли, вместе с ними перемещаются и водные горбы, образуя прили́вные волны и прили́вные течения. В открытом море приливные течения имеют вращательный характер, а вблизи берегов и в узких заливах и проливах — возвратно-поступательный.

Если бы вся Земля была покрыта водой, мы бы наблюдали два регулярных прилива и отлива ежедневно. Но так как беспрепятственному распространению приливных волн мешают участки суши: острова и континенты, а также из-за действия силы Кориолиса на движущуюся воду, вместо двух приливных волн наблюдается множество маленьких волн, которые медленно (в большинстве случаев с периодом 12 ч 25,2 мин) обегают вокруг точки, называющейся амфидромической, в которой амплитуда прилива равна нулю. Доминирующая компонента прилива (лунный прилив М2) образует на поверхности Мирового океана около десятка амфидромических точек с движением волны по часовой стрелке и примерно столько же — против часовой (см. карту). Всё это делает невозможным предсказание времени прилива только на основе положений Луны и Солнца относительно Земли. Вместо этого используют «ежегодник приливов» — справочное пособие для вычисления времени наступления приливов и их высоты в различных пунктах земного шара. Также используются таблицы приливов, с данными о моментах и высотах малых и полных вод, вычисленными на год вперёд для основных прили́вных по́ртов.

  Составляющая прилива M2

Если соединить на карте точки с одинаковыми фазами прилива, мы получим так называемые котидальные линии, радиально расходящиеся из амфидромической точки. Обычно котидальные линии характеризуют положение гребня приливной волны для каждого часа. Фактически котидальные линии отражают скорость распространения приливной волны за 1 час. Карты, на которых представлены линии равных амплитуд и фаз приливных волн, называются котидальными картами.

Высота прилива — разница между высшим уровнем воды при приливе (полная вода) и низшим её уровнем при отливе (малая вода). Высота прилива — величина непостоянная, однако средний её показатель приводится при характеристике каждого участка побережья.

В зависимости от взаимного расположения Луны и Солнца малая и большая приливные волны могут усиливать друг друга. Для таких приливов исторически сложились специальные названия:

  • Квадратурный прилив — наименьший прилив, когда приливообразующие силы Луны и Солнца действуют под прямым углом друг к другу (такое положение светил называется квадратурой).
  • Сизигийный прилив — наибольший прилив, когда приливообразующие силы Луны и Солнца действуют вдоль одного направления (такое положение светил называется сизигией).

Чем меньше или больше прилив, тем меньше или, соответственно, больше отлив.

Самые высокие приливы в мире

Высочайшие на Земле приливы (15,6—18 м) наблюдаются в бухте Фанди, которая находится на восточном побережье Канады между Нью-Брансуиком и Новой Шотландией. Примерно такие же приливы и в заливе Унгава на севере Квебека.

На Европейском континенте самые высокие приливы (до 13,5 м) наблюдаются в Бретани у города Сен-Мало. Здесь приливная волна фокусируется береговой чертой полуостровов Корнуолл (Англия) и Котантен (Франция).

В России самые высокие приливы случаются в Пенжинской губе Охотского моря — до 12,9 м. Это точка самых высоких приливов на всём Тихом океане.

Физика прилива

Современная формулировка

  Малая вода. Гавань деревни Юйао на Восточно-Китайском море. (Уезд Цаннань, Чжэцзян)

Применительно к планете Земля приливной эффект является причиной смещения гравитационного поля Земли в сторону массы Луны.

Приливообразующий потенциал

(концепция акад. Шулейкина[4])

Пренебрегая размером, строением и формой Луны, запишем удельную силу притяжения пробного тела, находящегося на Земле. Пусть r′{\displaystyle \mathbf {r} '}  — радиус-вектор, направленный от пробного тела в сторону Луны, r′{\displaystyle r'}  — длина этого вектора. В этом случае сила притяжения этого тела Луной будет равна

F=GMLr′3r′,{\displaystyle \mathbf {F} ={\frac {G{{M}_{L}}}{r{{'}^{3}}}}\mathbf {r} ',\quad }  (1)

где GML{\displaystyle G{{M}_{L}}}  — селенометрическая гравитационная постоянная. Пробное тело поместим в точку P{\displaystyle P} . Сила притяжения пробного тела, помещённого в центр масс Земли будет равна

F0=GMLr3r.(2){\displaystyle {{\mathbf {F} }_{0}}={\frac {G{{M}_{L}}}{{r}^{3}}}\mathbf {r} .\quad (2)} 

Здесь под r{\displaystyle \mathbf {r} }  и r{\displaystyle r}  понимаются радиус-вектор, соединяющий центры масс Земли и Луны, и их абсолютные величины. Приливной силой мы будем называть разность этих двух сил тяготения

Ffl=F−F0.(3){\displaystyle {{\mathbf {F} }_{fl}}=\mathbf {F} -{{\mathbf {F} }_{0}}.\quad (3)} 

В формулах (1) и (2) Луна считается шаром со сферически-симметричным распределением масс. Силовая функция притяжения пробного тела Луной ничем не отличается от силовой функции притяжения шара и равна GML╱r′{\displaystyle {}^{G{{M}_{L}}}\!\!\diagup \!\!{}_{r'}\;}  Вторая сила приложена к центру масс Земли и является строго постоянной величиной. Для получения силовой функции для этой силы мы введём временную систему координат. Ось Ox{\displaystyle Ox}  проведём из центра Земли и направим в сторону Луны. Направления двух других осей оставим произвольными. Тогда силовая функция силы F0{\displaystyle {{\mathbf {F} }_{0}}}  будет равна GMLr2x+const{\displaystyle {\frac {G{{M}_{L}}}{{r}^{2}}}x+\operatorname {const} } . Приливообразующий потенциал будет равен разности этих двух силовых функций. Обозначим его δW{\displaystyle \delta W} , получим

δW=GMLr′−GMLr2x−const.{\displaystyle \delta W={\frac {G{{M}_{L}}}{r'}}-{\frac {G{{M}_{L}}}{{r}^{2}}}x-\operatorname {const} .} 

Постоянную const{\displaystyle \operatorname {const} }  определим из условия нормировки, согласно которому приливообразующий потенциал в центре Земли равен нулю. В центре Земли

x=0,{\displaystyle x=0,}  r′=r.{\displaystyle r'=r.} 

Отсюда следует, что

GMLr=const.{\displaystyle {\frac {G{{M}_{L}}}{r}}=\operatorname {const} .} 

Следовательно, мы получаем окончательную формулу приливообразующего потенциала в виде

GMLr′−GMLr2x−GMLr.(4){\displaystyle {\frac {G{{M}_{L}}}{r'}}-{\frac {G{{M}_{L}}}{{r}^{2}}}x-{\frac {G{{M}_{L}}}{r}}.\quad (4)} 

Поскольку

r′=(r−x)2+y2+z2,{\displaystyle r'={\sqrt {{{\left(r-x\right)}^{2}}+{{y}^{2}}+{{z}^{2}}}},} 

то

1r′=1r[(1−xr)2+y2+z2r2]−12.{\displaystyle {\frac {1}{r'}}={\frac {1}{r}}{{\left[{{\left(1-{\frac {x}{r}}\right)}^{2}}+{\frac {{{y}^{2}}+{{z}^{2}}}{{r}^{2}}}\right]}^{-{\frac {1}{2}}}}.} 

При малых величинах x/r{\displaystyle {x}/{r}\;} , y/r{\displaystyle {y}/{r}\;} , z/r{\displaystyle {z}/{r}\;} , учитывая второй порядок малости, последнее выражение можно представить в следующем виде

1r′≈1r(1+xr+2x2−y2−z22r2).(5){\displaystyle {\frac {1}{r'}}\approx {\frac {1}{r}}\left(1+{\frac {x}{r}}+{\frac {2{{x}^{2}}-{{y}^{2}}-{{z}^{2}}}{2{{r}^{2}}}}\right).\quad (5)} 

Подставив (5) в (4), получим

δW=GML2x2−y2−z22r3.(6){\displaystyle \delta W=G{{M}_{L}}{\frac {2{{x}^{2}}-{{y}^{2}}-{{z}^{2}}}{2{{r}^{3}}}}.\quad (6)} 

Деформация поверхности планеты под действием приливов и отливов

Возмущающее воздействие приливного потенциала деформирует уровненную поверхность планеты. Оценим это воздействие, считая, что Земля представляет собой шар со сферически-симметричным распределением массы. Невозмущённый гравитационный потенциал Земли на поверхности будет равен

GMR.{\displaystyle {\frac {GM}{R}}.} 

Для точки P,{\displaystyle P,}  находящейся на расстоянии ρ{\displaystyle \rho }  от центра сферы, гравитационный потенциал Земли равен

GMρ.{\displaystyle {\frac {GM}{\rho }}.} 

Сократив на гравитационную постоянную, получим

1ρ+MLM⋅2x2−y2−z22r3=1R.{\displaystyle {\frac {1}{\rho }}+{\frac {{M}_{L}}{M}}\cdot {\frac {2{{x}^{2}}-{{y}^{2}}-{{z}^{2}}}{2{{r}^{3}}}}={\frac {1}{R}}.} 

Здесь переменными величинами являются: x,y,z{\displaystyle x,y,z}  и ρ.{\displaystyle \rho .}  Обозначим отношение масс гравитирующего тела к массе планеты греческой буквой: μ{\displaystyle \mu }  и решим полученное выражение относительно ρ{\displaystyle \rho } :

ρ=R(1−μRr⋅2x2−y2−z22r2)−1≈R(1+μRr⋅2x2−y2−z22r2).{\displaystyle \rho =R{{\left(1-\mu {\frac {R}{r}}\cdot {\frac {2{{x}^{2}}-{{y}^{2}}-{{z}^{2}}}{2{{r}^{2}}}}\right)}^{-1}}\approx R\left(1+\mu {\frac {R}{r}}\cdot {\frac {2{{x}^{2}}-{{y}^{2}}-{{z}^{2}}}{2{{r}^{2}}}}\right).} 

Так как

ρ2=x2+y2+z2{\displaystyle {{\rho }^{2}}={{x}^{2}}+{{y}^{2}}+{{z}^{2}}} 

с той же степенью точности получим

x2R2(1−2μR3r3)+y2+z2R2(1+μR3r3)=1.{\displaystyle {\frac {{x}^{2}}{{R}^{2}}}\left(1-2\mu {\frac {{R}^{3}}{{r}^{3}}}\right)+{\frac {{{y}^{2}}+{{z}^{2}}}{{R}^{2}}}\left(1+\mu {\frac {{R}^{3}}{{r}^{3}}}\right)=1.} 

Учитывая малость отношения R/r{\displaystyle {R}/{r}\;}  последние выражения можно записать так

x2R2(1+2μR3r3)+y2+z2R2(1−μR3r3)=1.{\displaystyle {\frac {{x}^{2}}{{{R}^{2}}\left(1+2\mu {\frac {{R}^{3}}{{r}^{3}}}\right)}}+{\frac {{{y}^{2}}+{{z}^{2}}}{{{R}^{2}}\left(1-\mu {\frac {{R}^{3}}{{r}^{3}}}\right)}}=1.} 

Мы получили, таким образом, уравнение двухосного эллипсоида, у которого ось вращения совпадает с осью Ox{\displaystyle Ox} , то есть с прямой, соединяющей тяготеющее тело с центром Земли. Полуоси этого эллипсоида в первом приближении равны

a=(1+μR3r3)R,b=c=(1−μR32r3)R.{\displaystyle a=\left(1+\mu {\frac {{R}^{3}}{{r}^{3}}}\right)R,\,\,\,b=c=\left(1-\mu {\frac {{R}^{3}}{2{{r}^{3}}}}\right)R.} 

Приведём в конце небольшую численную иллюстрацию данного эффекта. Вычислим приливные «горбы» на Земле, вызванные притяжением Луны и Солнца.

Радиус Земли равен R=6378{\displaystyle R=6378}  км, расстояние между центрами Земли и Луны с учётом нестабильности лунной орбиты r=384,4⋅103{\displaystyle r=384,4\cdot {{10}^{3}}}  км, отношение массы Земли к массе Луны равно 81:1 (μ=0,012345679{\displaystyle \mu =0,012345679} ). Очевидно, что при подстановке в формулу мы получим величину, примерно равную 36 см.

Для вычисления приливного «горба», вызванного Солнцем, используем среднее расстояние от Земли до Солнца, равное r=149,6⋅106{\displaystyle r=149,6\cdot {{10}^{6}}}  км, и отношение массы Солнца к массе Земли μ=332982{\displaystyle \mu =332982} . В этом случае получаем величину «горба» около 16 см.

См. также

Примечания

Литература

  • Приливы и отливы // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
  • Фриш С. А. и Тиморева А. В. Курс общей физики, Учебник для физико-математических и физико-технических факультетов государственных университетов, Том I. — М.: ГИТТЛ, 1957
  • Шулейкин В. В. Физика моря. — М.: Изд-во «Наука», Отделение наук о Земле АН СССР, 1967
  • Войт С. С. Что такое приливы. Редколлегия научно-популярной литературы АН СССР.
  • Дуванин А. И. Приливы в море. — Л.: ГИМИЗ, 1960
  • Белонучкин В. Приливные силы // Квант. — М., 1989. — № 12.
  • Прилив и отлив // Вестник естественных наук, издаваемый Императорским московским обществом испытателей природы. — Т. 6. — № 1. — 1859. — Стлб. 57—76.

Ссылки

http-wikipediya.ru

Приливы и отливы в океане

Проблема приливов и отливов стоит во всех приокеанских странах, в частности, приливы и отливы интересуют отдыхающих на Бали (Индонезия), Тайланд, Шри-Ланка. Когда я первый раз увидела океан — это был Индийский океан, Шри-Ланка, январь 2010 года (да, были времена — так там было хорошо ), то воды было мало, но она была. А когда я приехала в Тай в первый раз (тоже в 2010 году, в мае) и утром вышла на пляж, то задалась одним вопросом (далее цитата): «а где море?!». В ближайшие 100 метров вдаль моря не было и купаться было негде Наученная горьким опытом (правда не могу сказать, что меня и брата тогда это расстроило), следующие отели в приокеанских странах я выбирала уже с учетом приливов и отливов. В частности, вот мой рассказ про пляж Джимбаран на Бали (Индонезия) и выбор отеля на Бали.

Приливы и отливы в океане — это законы Луны и физики, в которые я сейчас не буду вдаваться, но если кому интересно — пишите, расскажу отдельно. Общее — это то, что во время полнолунья — вода имеет максимум во время приливов и минимум во время отливов, а во время новолуния — смена приливов и отливов практически незаметна. И так по всему миру, по всей планете Земля! Для серферов есть даже специальные таблицы приливов и отливов, которые без проблем можно читать, но нужно ли это нам для купания? скорее нет.

Где может еще понадобится знание расписания приливов и отливов? Например, на экскурсиях. К храму Танах-Лот на Бали, Индонезия можно попасть только во время максимального отлива (т.е. ждем полнолуния), а в другое время смотрим на этот храм издалека и любуемся им в полную высокую воду, но понимаем, что близко подойти не сможем.

Всем приятного плавания в океане

www.otdih-i-turizm.ru

ПРИЛИВЫ И ОТЛИВЫ - ГИДРОСФЕРА И ВОДЫ МИРОВОГО ОКЕАНА И СУШИ - ГЕОГРАФИЯ

ПРИЛИВЫ И ОТЛИВЫ

Приливы и отливы — периодические колебания уровня воды (подъемы и спады) в акваториях на Земле, которые обусловлены гравитационным притяжением Луны и Солнца. Все крупные акватории, включая океаны, моря и озера, в той или иной степени подвержены приливов и отливов. Самый высокий уровень воды наблюдается за сутки или половину суток во время прилива, называется полной водой, самый низкий уровень во время отлива — малой водой, а момент достижения этих предельных отметок уровня — стоянием (или стадией) соответственно прилива или оттока. Средний уровень моря — условная величина, выше которой расположены отметки уровня во время приливов, а ниже — во время отливов. Средняя высота притока (или оттока) — осереднена величина, рассчитанная по большой количеством данных об уровнях полных или малых вод. Оба эти уровни привязаны к местного футштока. Вертикальные колебания уровня воды во время приливов и отливов сопряжены с горизонтальными перемещениями водной массы относительно берега. Эти процессы ускладняються ветровым нагонам, речным стоком и другими факторами. Горизонтальные перемещения водной массы в береговой зоне называют приточными (или приток-отливными) течениями, тогда как вертикальные колебания уровня воды — приливами и отливами. Все явления, связанные с приливами и отливами, характеризуются периодичностью. Приливные течения периодически меняют направление на противоположное, тогда как океанические течения, движутся непрерывно и в одном направлении, обусловлены общей циркуляцией атмосферы и охватывают большие пространства океана. Приливы и отливы циклически чередуются согласно астрономической, гидрологической и метеорологической ситуации. Последовательность фаз приливов и отливов определяется двумя максимумами и двумя минимумами за сутки.

Объяснение происхождения припливоутворюючих сил. Хотя Солнце играет существенную роль в приливно-отливных процессах, решающим фактором ИХ развития является сила гравитационного притяжения Луны. Степень влияния припливоутворюючих сил на каждую частицу воды, независимо от ее местоположения на земной поверхности, определяется законом всемирного тяготения Ньютона. Этот закон гласит, что две материальные частицы притягиваются друг к другу с силой, пропорциональной массам обеих частиц и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними. При этом подразумевается, что чем больше масса тел, тем больше сила взаимного притяжения, которое возникает между ними. Закон также указывает, что чем больше расстояние между двумя телами, тем меньше между ними притяжение. Поскольку эта сила обратно пропорциональна квадрату расстояния между двумя телами, в определении величины припливоутворюючої силы фактор расстояния играет значительно большую роль, чем фактор массы тел. Гравитационное притяжение Земли, действующее на Луну и удерживает его на околоземной орбите, противоположно силе тяготения Луны, которое действует на Землю. Точка земной поверхности, расположенная непосредственно под Луной, удаленная всего на 6400 км от центра Земли и в среднем на 386 063 км от центра Луны. Кроме того, масса Земли примерно в 89 раз больше массы Луны. Таким образом, в этой точке земной поверхности притяжение Земли, действующее на любой объект, примерно в 300 тыс. раз превосходит притяжения Луны. Распространено представление, что вода на Земле, которая находится прямо под Луной, поднимается в направлении Луны, что приводит до стока воды из других мест земной поверхности; однако, поскольку притяжение Луны очень мало в сравнении с притяжением Земли, его было бы недостаточно, чтобы поднять такую огромную тяжесть. Тем не менее океаны, моря и большие озера на Земле, будучи крупными жидкими телами, способные перемещаться под действием силы бокового смещения, и любая тенденция к сдвигу по горизонтали сдвигает их. Все воды, не находящиеся непосредственно под Луной, подчиняются действию силы притяжения Луны, направленной тангенциально к земной поверхности, и подвергаются горизонтальному смещению относительно земной коры. В результате возникает течение воды из прилегающих районов земного поверхности в направлении к месту, что находится под Луной. Скопление воды в точке под Луной образует там приток. Собственно приливная волна в открытом океане имеет высоту лишь 30-60 см, но она значительно увеличивается во время подхода к берегам. За счет перемещения воды из соседних районов в сторону точки во Месяцем происходят соответствующие оттоки воды вдвоем других точках, удаленных от нее на расстояние, равное четверти окружности Земли.

Интересно отметить, что снижение уровня океана в этих двух точках сопровождается повышением уровня моря не только на стороне Земли, обращенном к луне, но и на противоположной стороне. Этот факт также объясняется законом Ньютона. Благодаря вращению Луны вокруг Земли интервал между двумя последовательными приливами или двумя отливами в данном месте равна примерно 12 ч 25 мин. Интервал между кульминациями притока и оттока составляет ок. 6 ч 12 мин. Период продолжительностью 24 ч 50 мин между двумя последовательными приливами называется приточной (или лунной) сутками.

schooled.ru