ПРИЛИВЫ И ОТЛИВЫ

К оглавлению
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 
17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 
34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 
51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 
68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 
85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 
102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 
119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 
136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 
153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 
170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 

Жители многих населенных пунктов на побережьях морей и океанов ежедневно наблю­дают очень интересное явление природы — периодические повышения и понижения воды у берегов.

Такие периодические колебания воды в оке­анах и морях называются приливами 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 минуты. После этого начинается понижение уровня воды. Понижение продолжается в среднем также 6 часов 12,5 минуты.

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.

Рассмотрим рисунок 1. Частицы воды, наибо­лее близкие к Луне в данный момент (на рисунке вблизи точки А), притягиваются Луной сильнее, а частицы, наиболее далекие от нее (вблизи точки В),— слабее, чем частицы, находящиеся в центре Земли. Поэтому частицы воды вблизи точки А смещаются по направлению к Луне больше, а частицы вблизи точки В — меньше, чем частицы в центре Земли, и 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 (вблизи точек А и В) вода поднимается, обра­зуются так называемые приливные выступы и накопляется излишек воды. Вблизи же точек Б и Г уровень воды снижается, оттуда вода стекает, и здесь наступает отлив.

Приливные выступы вблизи А и В 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 Земля вращается, а Луна для земного наблюдателя движется по небу с запада на восток и за сутки делает как бы полный оборот вокруг Земли. По­этому приливные выступы как бы следуют за Луной и перемещаются по поверхности океанов и морей. Образуется так называемая приливная волна (точнее, две волны в противоположных точках земного шара). Она движется в океанах и морях с запада на восток навстречу направ­лению вращения Земли со скоростью около 1800 км/час. 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 СССР 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 (рис. 2).

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:

где f — постоянная тяготения, М — масса Лу­ны, R — радиус Земли, r— расстояние от Луны до Земли, h — высота Луны над горизонтом в момент кульминации.

В течение месяца расстояние от Луны до Зем­ли изменяется приблизительно от r=365 тыс. км до r =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.

На приливной электростанции удобны так называемые реверсивные турбины. Они враща­ются то в одну (во время прилива), то в другую (во время отлива) сторону.

Приливные гидроэлектростанции проекти­руются во Франции, США, Англии и во многих других странах. В СССР начато строительство опытной приливной гидроэлектростанции в Кис­лой губе на побережье Кольского полуострова.