Pranešimas apie potvynių ir atoslūgių atoslūgius. Mėnulio įtaka potvynių ir atoslūgių atoslūgiams
Prieš dvejus metus atostogavau Indijos vandenyno pakrantėje nuostabioje Ceilono saloje. Mano mažas viešbutis buvo tik 50 metrų nuo vandenyno. Kiekvieną dieną savo akimis stebėjau visą galingą vandenyno judėjimą ir audringą gyvenimą. Vieną ankstyvą rytą stovėjau ant kranto, žiūrėjau į bangas ir galvojau, kas suteikia jėgų tokiai galingai vandenyno vibracijai, kasdieniams atoslūgiams ir atoslūgiams.
Kas suteikia galios atoslūgiui
Gravitacija vienodai veikia visų objektų judėjimą. Bet jei gravitacija sukelia potvynius vandenynuose, o vanduo sukelia vandenį Afrikoje, tai kodėl ežeruose nėra potvynių? Hmm, kas būtų, jei manytume, kad viskas, ką žinome, yra neteisinga. Daugelis protingų žmonių iš mokslo pasaulio tai aiškina taip. Žemės gravitacija taške A yra silpnesnė nei taške B. Grynasis Žemės gravitacijos poveikis ištempia vandenyną. Po to jis išsipučia iš priešingų pusių.
Taip, iš tikrųjų faktai yra tikri ir Mėnulio gravitacinė jėga taškuose A ir B skiriasi.
Nesusipratimas slypi išsipūtimų paaiškinime. Galbūt jie neatsiranda dėl traukos skirtumų. Tačiau priežastys ne tokios akivaizdžios, ir jos susipainioja. Tai daugiau apie kaupiamąjį slėgį skirtingose vandens stulpelio vietose. O Mėnulis paverčia Žemę planetų mastelio hidrauliniu siurbliu, o vanduo išsipučia, spaudžiasi link centro. Todėl pakanka net menkiausio smūgio, kad prasidėtų bangos judėjimas.
Šiek tiek daugiau apie potvynius
Bet aš norėčiau suprasti, kodėl jie nėra kitoje vandens sankaupoje:
- žmogaus organizme (jo sudaro 80% vandens);
- užpildytoje vonioje;
- ežeruose;
- kavos puodeliuose ir pan.
Greičiausiai dėl mažesnio slėgio nei vandenyne ir prastos hidraulikos. Skirtingai nuo vandenyno, tai visos nedidelės vandens sankaupos. Ežero, puodelio ir likusio ploto nepakanka, kad minimalus slėgis ant jo pakeistų vandens lygį ir sukurtų bangas.
Dideli ežerai gali sukelti spaudimą mažiems potvyniams. Tačiau kadangi vėjai ir purslai sukuria didelius bangavimus, mes jų tiesiog nepastebime. Potvyniai susidaro visur, tik jie labai mikroskopiški.
Vandenynų ir jūrų paviršiaus lygis keičiasi periodiškai, maždaug du kartus per dieną. Šie svyravimai vadinami atoslūgiais. Potvynių metu vandenyno lygis palaipsniui kyla ir pasiekia aukščiausią padėtį. Atoslūgio metu lygis palaipsniui nukrenta iki žemiausio lygio. Atoslūgio metu vanduo teka link krantų, atoslūgio metu – toliau nuo krantų.
Potvynių ir atoslūgių atoslūgiai stovi. Jie susidaro dėl kosminių kūnų, tokių kaip Saulė, įtakos. Pagal kosminių kūnų sąveikos dėsnius mūsų planeta ir Mėnulis vienas kitą traukia. Mėnulio gravitacija tokia stipri, kad vandenyno paviršius tarsi linksta į jį. Mėnulis juda aplink Žemę, o už jo per vandenyną „bėga“ potvynio banga. Kai banga pasiekia krantą, tai yra potvynis. Praeis šiek tiek laiko, vanduo seks Mėnulį ir tols nuo kranto – štai atoslūgis. Pagal tuos pačius universalius kosminius dėsnius, atoslūgiai ir tėkmės susidaro ir iš Saulės traukos. Tačiau Saulės potvynio jėga dėl savo atstumo yra žymiai mažesnė nei Mėnulio, o jei Mėnulio nebūtų, potvynių ir atoslūgių Žemėje būtų 2,17 karto mažiau. Potvynių jėgų paaiškinimą pirmasis pateikė Niutonas.
Potvyniai vienas nuo kito skiriasi trukme ir dydžiu. Dažniausiai per dieną būna du potvyniai ir du atoslūgiai. Rytų ir Centrinės Amerikos lankuose ir pakrantėse yra vienas potvynis ir vienas atoslūgis per dieną.
Potvynių mastas dar įvairesnis nei jų laikotarpis. Teoriškai vienas mėnulio potvynis lygus 0,53 m, saulės – 0,24 m. Taigi didžiausias potvynis turėtų būti 0,77 m aukščio. Atvirame vandenyne ir šalia salų potvynių vertė yra gana artima teorinei: Havajuose Salos - 1 m , Šv. Elenos saloje - 1,1 m; salose - 1,7 m. Žemynuose potvynių ir atoslūgių dydis svyruoja nuo 1,5 iki 2 m Vidaus jūrose potvyniai labai nežymūs: - 13 cm, - 4,8 cm. Laikoma be potvynių, bet prie Venecijos potvyniai yra iki 1 m. Didžiausi potvyniai yra šie, užfiksuoti:
Fundy įlankoje () potvynis pasiekė 16–17 m aukštį, tai didžiausias potvynis visame pasaulyje.
Šiaurėje, Penžinskajos įlankoje, potvynių aukštis siekė 12-14 m. Tai didžiausias potvynis prie Rusijos krantų. Tačiau aukščiau pateikti potvynių skaičiai yra greičiau išimtis nei taisyklė. Daugumoje potvynių lygio matavimo taškų jie yra maži ir retai viršija 2 m.
Potvynių ir atoslūgių reikšmė labai didelė jūrų laivybai ir uostų statybai. Kiekviena potvynio banga neša didžiulį energijos kiekį.
Yra vandens kilimas ir kritimas. Tai jūros atoslūgių ir atoslūgių reiškinys. Jau senovėje stebėtojai pastebėjo, kad potvynis ateina praėjus kuriam laikui po Mėnulio kulminacijos stebėjimo vietoje. Be to, potvyniai yra stipriausi jaunaties ir pilnaties dienomis, kai Mėnulio ir Saulės centrai yra maždaug toje pačioje linijoje.
Atsižvelgdamas į tai, I. Newtonas potvynius paaiškino gravitacijos iš Mėnulio ir Saulės veikimu, būtent tuo, kad skirtingas Žemės dalis Mėnulis traukia skirtingai.
Žemė sukasi aplink savo ašį daug greičiau nei Mėnulis sukasi aplink Žemę. Dėl to potvynių kauburėlis (santykinė Žemės ir Mėnulio padėtis parodyta 38 pav.) pasislenka, per Žemę bėga potvynio banga ir kyla potvynių srovės. Bangai artėjant prie kranto, kylant dugnui bangos aukštis didėja. Vidaus jūrose potvynio bangos aukštis siekia vos kelis centimetrus, tačiau atvirame vandenyne ji siekia apie vieną metrą. Gerai išsidėsčiusiose siaurose įlankose potvynio aukštis padidėja kelis kartus.
Vandens trintį į dugną, taip pat kieto Žemės apvalkalo deformaciją lydi šilumos išsiskyrimas, dėl kurio iš Žemės ir Mėnulio sistemos išsisklaido energija. Kadangi potvynių kauburėlis yra į rytus, didžiausias potvynis būna po Mėnulio kulminacijos, dėl kalno traukos Mėnulis įsibėgėja, o Žemės sukimasis sulėtėja. Mėnulis palaipsniui tolsta nuo Žemės. Iš tiesų, geologiniai duomenys rodo, kad Juros periodu (prieš 190–130 mln. metų) potvyniai buvo daug didesni, o dienos trumpesnės. Pažymėtina, kad atstumui iki Mėnulio sumažėjus 2 kartus, potvynių ir atoslūgių aukštis padidėja 8 kartus. Šiuo metu diena pailgėja 0,00017 s per metus. Taigi maždaug per 1,5 milijardo metų jų ilgis padidės iki 40 šiuolaikinių dienų. Mėnuo bus tiek pat ilgio. Dėl to Žemė ir Mėnulis visada bus atsukti vienas į kitą ta pačia puse. Po to Mėnulis pradės palaipsniui artėti prie Žemės ir dar po 2-3 milijardų metų jį suplėšys potvynio jėgos (jei, žinoma, iki to laiko Saulės sistema vis dar egzistuoja).
Mėnulio įtaka potvyniams
Sekdami Niutonu, išsamiau panagrinėkime potvynius, kuriuos sukelia Mėnulio trauka, nes Saulės įtaka yra žymiai (2,2 karto) mažesnė.
Užrašykime pagreičių, kuriuos sukelia Mėnulio trauka skirtingiems Žemės taškams, išraiškas, atsižvelgdami į tai, kad visų kūnų tam tikrame erdvės taške šie pagreičiai yra vienodi. Inercinėje atskaitos sistemoje, susietoje su sistemos masės centru, pagreičio vertės bus:
A A = -GM / (R - r) 2, a B = GM / (R + r) 2, a O = -GM / R2,
Kur a A, a O, a B— pagreičiai, kuriuos sukelia Mėnulio trauka taškuose A, O, B(37 pav.); M- Mėnulio masė; r— Žemės spindulys; R- atstumas tarp Žemės ir Mėnulio centrų (skaičiuojant jis gali būti lygus 60 r); G- gravitacinė konstanta.
Bet mes gyvename Žemėje ir visus stebėjimus atliekame atskaitos sistemoje, susietoje su Žemės centru, o ne su Žemės masės centru – Mėnuliu. Norint pereiti prie šios sistemos, reikia iš visų pagreičių atimti Žemės centro pagreitį. Tada
A’ A = -GM ☾ / (R - r) 2 + GM ☾ / R 2 , a' B = -GM ☾ / (R + r) 2 + GM / R 2 .
Atlikime veiksmus skliausteliuose ir atsižvelkime į tai r mažai, palyginti su R o sumose ir skirtumai gali būti nepaisoma. Tada
A’ A = -GM / (R - r) 2 + GM ☾ / R 2 = GM ☾ (-2Rr + r 2) / R 2 (R - r) 2 = -2GM ☾ r / R 3 .
Pagreitis a’A Ir a’B vienodo dydžio, priešingos krypties, kiekviena nukreipta nuo Žemės centro. Jie vadinami potvynių pagreičiai. Taškuose C Ir D potvynių pagreičiai yra mažesnio dydžio ir nukreipti į Žemės centrą.
Potvynių pagreičiai yra pagreičiai, atsirandantys atskaitos sistemoje, susietoje su kūnu dėl to, kad dėl šio kūno baigtinių matmenų jo skirtingas dalis trikdantis kūnas traukia skirtingai. Taškuose A Ir B gravitacijos pagreitis pasirodo mažesnis nei taškuose C Ir D(37 pav.). Vadinasi, tam, kad slėgis tame pačiame gylyje būtų toks pat (kaip ir susisiekiančiuose induose) šiuose taškuose, vanduo turi pakilti, sudarydamas vadinamąją potvynio kuprą. Skaičiavimai rodo, kad atvirame vandenyne vandens pakilimas arba potvynis yra apie 40 cm.Pakrančių vandenyse jis daug didesnis, o rekordas – apie 18 m. Niutono teorija to negali paaiškinti.
Daugelio išorinių jūrų pakrantėse galima pamatyti įdomų vaizdą: netoli nuo vandens krante ištempti žvejybos tinklai. Be to, šie tinklai buvo įrengti ne džiovinimui, o žuvims gaudyti. Jei liksite ant kranto ir stebėsite jūrą, viskas paaiškės. Dabar vanduo pradeda kilti, o ten, kur vos prieš kelias valandas buvo smėlynas, taškosi bangos. Nuslūgus vandeniui pasirodė tinklai, kuriuose žvynais kibirkščiavo susivėlusi žuvis. Žvejai apėjo tinklus ir išėmė laimikį. Medžiaga iš svetainės
Taip atoslūgio pradžią apibūdina vienas liudininkas: „Pasiekėme jūrą“, – pasakojo bendrakeleivis. Suglumusi apsidairiau aplink. Priešais mane tikrai buvo krantas: raibulių takas, pusiau palaidotas ruonio skerdenas, reti dreifuojančios medienos gabalai, kriauklių nuolaužos. Ir tada buvo plokščia erdvė... ir jokios jūros. Tačiau maždaug po trijų valandų nejudanti horizonto linija pradėjo kvėpuoti ir susijaudino. Ir dabar už jos ėmė kibirkščiuoti jūros bangavimas. Potvynis nevaldomai riedėjo į priekį pilku paviršiumi. Aplenkdamos viena kitą, bangos nubėgo į krantą. Viena po kitos nuskendo tolimos uolos – o aplinkui matosi tik vanduo. Ji išmeta sūrų purškiklį man į veidą. Vietoj negyvos lygumos priešais mane gyvena ir kvėpuoja vandens platybės.
Kai potvynio banga patenka į įlanką, kuri turi piltuvo formos planą, įlankos krantai ją tarsi suspaudžia, todėl potvynio aukštis kelis kartus padidėja. Taigi Fundy įlankoje prie rytinės Šiaurės Amerikos pakrantės potvynių ir atoslūgių aukštis siekia 18 m. Europoje didžiausi potvyniai (iki 13,5 metro) būna Bretanėje prie Sen Malo miesto.
Labai dažnai potvynio banga patenka į estuarijas
Tęskime pokalbį apie dangaus kūnus veikiančias jėgas ir to sukeliamus padarinius. Šiandien kalbėsiu apie potvynius ir negravitacinius trikdžius.
Ką tai reiškia – „negravitaciniai trikdžiai“? Perturbacijos paprastai vadinamos mažomis didelės pagrindinės jėgos pataisomis. Tai yra, mes kalbėsime apie kai kurias jėgas, kurių įtaka objektui yra daug mažesnė nei gravitacinių
Kokios kitos jėgos egzistuoja gamtoje, be gravitacijos? Palikime nuošalyje stiprią ir silpną branduolinę sąveiką, jos yra vietinio pobūdžio (veikia itin mažais atstumais). Tačiau elektromagnetizmas, kaip žinome, yra daug stipresnis už gravitaciją ir tęsiasi taip pat – be galo. Bet kadangi priešingų ženklų elektros krūviai dažniausiai yra subalansuoti, o gravitacinis „krūvis“ (kurio vaidmenį atlieka masė) visada yra to paties ženklo, tada esant pakankamai didelėms masėms, žinoma, gravitacija iškyla į priekį. Taigi iš tikrųjų kalbėsime apie dangaus kūnų judėjimo sutrikimus veikiant elektromagnetiniam laukui. Daugiau variantų nėra, nors dar yra tamsioji energija, bet apie tai pakalbėsime vėliau, kai kalbėsime apie kosmologiją.
Kaip paaiškinau, paprastas Niutono gravitacijos dėsnis F = G∙M∙m/R² yra labai patogu naudoti astronomijoje, nes dauguma kūnų yra beveik sferinės formos ir yra pakankamai nutolę vienas nuo kito, todėl skaičiuojant juos galima pakeisti taškais - taškiniais objektais, kuriuose yra visa jų masė. Tačiau riboto dydžio kūnas, palyginamas su atstumu tarp gretimų kūnų, vis dėlto patiria skirtingą jėgos poveikį skirtingose jo dalyse, nes šios dalys yra skirtingai nei gravitacijos šaltiniai, ir į tai reikia atsižvelgti.
Patrauklumas gniuždo ir drasko
Norėdami pajusti potvynio efektą, atlikime fizikų populiarų minties eksperimentą: įsivaizduokite save laisvai krintančioje lifte. Nupjauname kabiną laikančią virvę ir pradedame kristi. Prieš krisdami galime stebėti, kas vyksta aplinkui. Pakabiname laisvas mišias ir stebime, kaip jos elgiasi. Iš pradžių jie krenta sinchroniškai, o mes sakome, kad tai yra nesvarumas, nes visi objektai šioje kabinoje ir ji pati jaučia maždaug vienodą laisvojo kritimo pagreitį.
Tačiau laikui bėgant mūsų materialūs taškai pradės keisti savo konfigūraciją. Kodėl? Kadangi apatinė pradžioje buvo šiek tiek arčiau traukos centro nei viršutinė, todėl apatinė, traukiama stipriau, pradeda aplenkti viršutinę. O šoniniai taškai visada lieka tame pačiame atstumu nuo svorio centro, bet artėdami prie jo pradeda artėti vienas prie kito, nes vienodo dydžio pagreičiai nėra lygiagretūs. Dėl to deformuojasi nesusijusių objektų sistema. Tai vadinama potvynio efektu.
Stebėtojo, išsklaidančio aplink save grūdus ir stebinčio, kaip pavieniai grūdai juda, o visa sistema krenta ant masyvaus objekto, požiūriu, galima įvesti tokią sąvoką kaip potvynio jėgų laukas. Apibrėžkime šias jėgas kiekviename taške kaip vektorinį skirtumą tarp gravitacinio pagreičio šiame taške ir stebėtojo arba masės centro pagreičio, ir jei santykiniam atstumui imtume tik pirmąjį Taylor eilės plėtimosi narį, gausime simetrišką vaizdą: artimiausi grūdai bus prieš stebėtoją, tolimieji atsiliks nuo jo, t.y. sistema drieksis išilgai ašies, nukreiptos į gravituojantį objektą, o jam statmenomis kryptimis dalelės bus spaudžiamos stebėtojo link.
Kaip manote, kas nutiks, kai planeta bus įtraukta į juodąją skylę? Tie, kurie neklausė paskaitų apie astronomiją, dažniausiai mano, kad juodoji skylė atplėš materiją tik nuo paviršiaus, atsukto į save. Jie nežino, kad beveik vienodai stiprus poveikis pasireiškia kitoje laisvai krintančio kūno pusėje. Tie. plyšta į dvi diametraliai priešingas puses, visai ne į vieną.
Kosmoso pavojai
Norėdami parodyti, kaip svarbu atsižvelgti į potvynių poveikį, paimkime Tarptautinę kosminę stotį. Jis, kaip ir visi Žemės palydovai, laisvai krenta gravitaciniame lauke (jei neįjungti varikliai). O potvynio jėgų laukas aplink jį yra gana apčiuopiamas dalykas, todėl astronautas, dirbdamas stoties išorėje, turi prisirišti prie jos ir, kaip taisyklė, dviem trosais – tik tuo atveju, niekada negali žinoti kas gali nutikti. Ir jei jis atsidurs nepririštas tokiomis sąlygomis, kai potvynio jėgos atitraukia jį nuo stoties centro, jis gali lengvai prarasti ryšį su ja. Taip dažnai nutinka naudojant įrankius, nes negalite jų visų susieti. Jei kas nors iškrenta iš astronauto rankų, šis objektas nueina į tolį ir tampa nepriklausomu Žemės palydovu.
Į TKS darbo planą įtraukti asmeninio lėktuvo bagažo bandymai kosminėje erdvėje. O kai sugenda jo variklis, potvynio jėgos nuneša astronautą ir mes jį prarandame. Dingusiųjų vardai įslaptinti.
Tai, žinoma, pokštas: laimei, tokio incidento dar nebuvo. Bet taip gali atsitikti! Ir gal kada nors tai įvyks.
Planeta-vandenynas
Grįžkime į Žemę. Tai mums įdomiausias objektas, jį veikiančios potvynio jėgos jaučiamos gana pastebimai. Iš kurių dangaus kūnų jie veikia? Pagrindinis yra Mėnulis, nes jis yra arti. Kitas didžiausias poveikis yra Saulė, nes ji yra didžiulė. Kitos planetos taip pat turi tam tikrą įtaką Žemei, tačiau ji vos pastebima.
Norint analizuoti išorinį gravitacinį poveikį Žemei, ji paprastai vaizduojama kaip kietas rutulys, padengtas skystu apvalkalu. Tai geras modelis, nes mūsų planeta iš tikrųjų turi mobilų apvalkalą vandenyno ir atmosferos pavidalu, o visa kita yra gana tvirta. Nors Žemės pluta ir vidiniai sluoksniai yra riboto standumo ir yra šiek tiek jautrūs potvynių įtakai, skaičiuojant poveikį vandenynui į jų elastinę deformaciją galima nepaisyti.
Jei Žemės masės centre nubrėžtume potvynių ir atoslūgių jėgų vektorius, gautume tokį vaizdą: potvynių jėgų laukas traukia vandenyną išilgai Žemės-Mėnulio ašies, o jam statmenoje plokštumoje prispaudžia prie Žemės centro. . Taigi planeta (bent jau judantis jos apvalkalas) yra linkusi įgauti elipsoido formą. Tokiu atveju priešingose Žemės rutulio pusėse atsiranda du iškilimai (jie vadinami potvynių kauburėliais): vienas atsuktas į Mėnulį, kitas nuo Mėnulio, o juostoje tarp jų atsiranda atitinkamas „išpūtimas“ (tiksliau , ten esančio vandenyno paviršius turi mažiau kreivumo).
Įdomesnis dalykas atsitinka tarpelyje – ten, kur potvynio jėgos vektorius bando perkelti skystą apvalkalą išilgai žemės paviršiaus. Ir tai natūralu: jei nori pakelti jūrą vienur, o nuleisti kitur, tai vandenį reikia perkelti iš ten į čia. O tarp jų potvynio jėgos nukreipia vandenį į „pomėnulio tašką“ ir „prieš mėnulio tašką“.
Potvynių poveikį įvertinti labai paprasta. Žemės gravitacija bando vandenyną paversti sferiniu, o mėnulio ir saulės įtakos potvynių dalis bando ištempti jį išilgai savo ašies. Jei paliktume Žemę ramybėje ir leistume jai laisvai kristi į Mėnulį, iškilimo aukštis siektų apie pusę metro, t.y. Vandenynas pakyla tik 50 cm aukščiau savo vidutinio lygio. Jei plaukiate laivu atviroje jūroje ar vandenyne, pusės metro nesimato. Tai vadinama statiniu potvyniu.
Beveik per kiekvieną egzaminą susiduriu su studentu, kuris užtikrintai teigia, kad potvynis vyksta tik vienoje Žemės pusėje – toje, kuri atsukta į Mėnulį. Paprastai taip sako mergina. Tačiau pasitaiko, nors ir rečiau, kad jauni vyrai šiuo klausimu klysta. Tuo pačiu metu apskritai merginos turi gilesnių žinių apie astronomiją. Būtų įdomu sužinoti šios „potvynių ir lyčių“ asimetrijos priežastį.Tačiau norint, kad pomėnulio taške susidarytų pusės metro iškilimas, čia reikia distiliuoti didelį kiekį vandens. Bet Žemės paviršius nelieka nejudrus, jis greitai sukasi Mėnulio ir Saulės krypties atžvilgiu, padarydamas pilną apsisukimą per parą (o Mėnulis orbitoje juda lėtai – vienas apsisukimas aplink Žemę per beveik mėnuo). Todėl potvynių kauburėlis nuolat eina palei vandenyno paviršių, todėl kietasis Žemės paviršius 2 kartus per dieną yra po potvynių kupra ir 2 kartus po potvynių ir atoslūgių vandenyno lygio kritimu. Apskaičiuokime: 40 tūkstančių kilometrų (žemės pusiaujo ilgis) per dieną, tai yra 463 metrai per sekundę. Tai reiškia, kad ši pusmetrio banga, kaip mini cunamis, viršgarsiniu greičiu smogia į rytines žemynų pakrantes pusiaujo regione. Mūsų platumose greitis siekia 250-300 m/s – irgi nemažai: nors banga nėra labai didelė, dėl inercijos gali sukurti puikų efektą.
Antras objektas pagal įtaką Žemei yra Saulė. Jis yra 400 kartų toliau nuo mūsų nei Mėnulis, bet 27 milijonus kartų masyvesnis. Todėl Mėnulio ir Saulės poveikis yra panašus, nors Mėnulis vis tiek veikia šiek tiek stipriau: Saulės gravitacinis potvynių ir potvynių poveikis yra maždaug perpus silpnesnis nei Mėnulio. Kartais jų įtaka derinama: tai atsitinka jaunaties mėnulyje, kai Mėnulis praeina Saulės fone, ir pilnaties metu, kai Mėnulis yra priešingoje Saulės pusėje. Šiomis dienomis – kai išsirikiuoja Žemė, Mėnulis ir Saulė, ir tai vyksta kas dvi savaites – bendras potvynių ir atoslūgių poveikis yra pusantro karto didesnis nei vien Mėnulio. O po savaitės Mėnulis praeina ketvirtadalį savo orbitos ir atsiduria kvadratūroje su Saule (status kampas tarp jų krypčių), tada jų įtaka susilpnina vienas kitą. Vidutiniškai atviroje jūroje potvynių aukštis svyruoja nuo ketvirčio metro iki 75 centimetrų.
Jūreiviai jau seniai žinojo potvynius. Ką daro kapitonas, kai laivas užplaukia ant seklumos? Jei skaitėte jūrų nuotykių romanus, žinote, kad jis iš karto žiūri, kokioje fazėje yra Mėnulis, ir laukia kitos pilnaties ar jaunaties. Tada didžiausias potvynis gali pakelti laivą ir iš naujo jį nuplukdyti.
Pakrantės problemos ir ypatybės
Potvyniai ypač svarbūs uosto darbuotojams ir jūreiviams, kurie ruošiasi įplaukti į uostą arba iš jo išplaukti. Paprastai sekliojo vandens problema iškyla netoli kranto, o kad jis netrukdytų laivams judėti, į įlanką įplaukti kasami povandeniniai kanalai – dirbtiniai farvateriai. Į jų gylį reikėtų atsižvelgti į didžiausio atoslūgio aukštį.
Jei pažvelgsime į potvynių ir atoslūgių aukštį tam tikru momentu ir žemėlapyje nubrėžtume vienodo aukščio vandens linijas, gautume koncentrinius apskritimus su centrais dviejuose taškuose (pomėnulio ir priešmėnulio), kuriuose potvynis yra didžiausias. . Jei Mėnulio orbitos plokštuma sutaptų su Žemės pusiaujo plokštuma, tai šie taškai visada judėtų išilgai pusiaujo ir padarytų visą apsisukimą per dieną (tiksliau, per 24ʰ 50ᵐ 28ˢ). Tačiau Mėnulis juda ne šioje plokštumoje, o šalia ekliptikos plokštumos, kurios atžvilgiu pusiaujas pasviręs 23,5 laipsnio. Todėl pomėninis taškas taip pat „eina“ palei platumą. Taigi, tame pačiame uoste (t. y. toje pačioje platumoje) kas 12,5 valandos pasikartojančio didžiausio potvynio aukštis per dieną kinta priklausomai nuo Mėnulio orientacijos Žemės pusiaujo atžvilgiu.
Ši „smulkmena“ yra svarbi potvynių teorijai. Pažiūrėkime dar kartą: Žemė sukasi aplink savo ašį, o Mėnulio orbitos plokštuma yra pasvirusi jos link. Todėl kiekvienas jūrų uostas dieną „bėga“ aplink Žemės ašigalį, vieną kartą patenka į didžiausio potvynio regioną, o po 12,5 valandos - vėl į potvynio regioną, bet ne taip aukštai. Tie. du potvyniai per dieną nėra vienodo aukščio. Vienas visada didesnis už kitą, nes Mėnulio orbitos plokštuma yra ne žemės pusiaujo plokštumoje.
Pakrantės gyventojams potvynių ir atoslūgių poveikis yra gyvybiškai svarbus. Pavyzdžiui, Prancūzijoje yra vienas, kurį su žemynu jungia asfaltuotas kelias, nutiestas sąsiaurio apačioje. Saloje gyvena daug žmonių, tačiau jie negali važiuoti šiuo keliu, kol jūros lygis aukštas. Šiuo keliu galima važiuoti tik du kartus per dieną. Žmonės važiuoja ir laukia atoslūgio, kai nukris vandens lygis ir kelias taps prieinamas. Žmonės keliauja į ir iš darbo pakrantėje naudodami specialią potvynių lentelę, kuri skelbiama kiekvienai pakrantės gyvenvietei. Jei į šį reiškinį neatsižvelgiama, pakeliui pėsčiąjį gali užpilti vanduo. Turistai ten tiesiog atvažiuoja ir vaikšto pasižiūrėti į jūros dugną, kai nėra vandens. O vietiniai gyventojai kažką iš dugno renka, kartais net maistui, t.y. iš esmės šis poveikis maitina žmones.
Gyvybė iš vandenyno atsirado dėl potvynių ir atoslūgių. Dėl atoslūgio kai kurie pakrančių gyvūnai atsidūrė ant smėlio ir buvo priversti išmokti kvėpuoti deguonimi tiesiai iš atmosferos. Jei Mėnulio nebūtų buvę, tai gyvybė iš vandenyno gal ir nebūtų taip aktyviai išlindusi, nes ten gera visais atžvilgiais – termostatinė aplinka, nesvarumas. Bet jei staiga atsidūrei krante, reikėjo kažkaip išgyventi.
Pakrantė, ypač jei ji plokščia, atoslūgio metu yra labai atvira. Ir kurį laiką žmonės praranda galimybę naudotis savo vandens transporto priemone, bejėgiškai gulintys kaip banginiai ant kranto. Bet čia yra kažkas naudingo, nes atoslūgio periodą galima panaudoti laivams remontuoti, ypač kai kuriose įlankose: laivai išplaukė, tada vanduo pasišalino ir šiuo metu juos galima taisyti.
Pavyzdžiui, rytinėje Kanados pakrantėje yra Fundy įlanka, kurioje, kaip teigiama, yra didžiausi potvyniai pasaulyje: vandens lygio kritimas gali siekti 16 metrų, o tai yra laikoma jūros potvynių Žemėje rekordu. Prie šios nuosavybės jūreiviai prisitaikė: per potvynį laivą išveda į krantą, sutvirtina, o vandeniui nubėgus laivas pakimba, dugną galima užglaistyti.
Žmonės jau seniai pradėjo stebėti ir reguliariai fiksuoti potvynių momentus ir ypatybes, kad išmoktų nuspėti šį reiškinį. Netrukus išrado potvynių matuoklis- prietaisas, kuriame plūdė juda aukštyn ir žemyn priklausomai nuo jūros lygio, o rodmenys automatiškai nubraižomi ant popieriaus grafiko pavidalu. Beje, nuo pirmųjų stebėjimų iki šių dienų matavimo priemonės beveik nepasikeitė.
Remdamiesi daugybe hidrografų įrašų, matematikai bando sukurti atoslūgių teoriją. Jei turite ilgalaikį periodinio proceso įrašą, galite jį suskaidyti į elementarias harmonikas - skirtingų amplitudių sinusoidus su keliais periodais. Ir tada, nustatę harmonikų parametrus, išplėskite bendrą kreivę į ateitį ir pagal tai sukurkite potvynių lenteles. Šiais laikais tokios lentelės skelbiamos kiekvienam Žemės uostui, o į uostą besiruošiantis įplaukti kapitonas paima jam lentelę ir žiūri, kada jo laivui užteks vandens lygio.
Garsiausia istorija, susijusi su nuspėjamaisiais skaičiavimais, įvyko Antrojo pasaulinio karo metais: 1944 metais mūsų sąjungininkai – britai ir amerikiečiai – ketino atidaryti antrąjį frontą prieš nacistinę Vokietiją, tam reikėjo nusileisti Prancūzijos pakrantėje. Šiaurinė Prancūzijos pakrantė šiuo atžvilgiu labai nemaloni: pakrantė stačios, 25-30 metrų aukščio, o vandenyno dugnas gana seklus, todėl laivai prie kranto gali priplaukti tik didžiausio potvynio metu. Jei jie užbėgtų ant seklumos, būtų tiesiog apšaudomi iš patrankų. Siekiant to išvengti, buvo sukurtas specialus mechaninis (elektroninių dar nebuvo) kompiuteris. Ji atliko Furjė jūros lygio laiko eilučių analizę, naudodama savo greičiu besisukančius būgnus, per kuriuos praėjo metalinis kabelis, kuris apibendrino visas Furjė serijos sąlygas, o prie kabelio prijungta plunksna nubraižė potvynio aukščio ir atoslūgių grafiką. laikas. Tai buvo itin slaptas darbas, labai patobulinęs potvynių teoriją, nes buvo galima pakankamai tiksliai numatyti didžiausio potvynio momentą, kurio dėka sunkieji kariniai transporto laivai plaukė per Lamanšo sąsiaurį ir išlaipino kariuomenę į krantą. Taip matematikai ir geofizikai išgelbėjo daugelio žmonių gyvybes.
Kai kurie matematikai bando apibendrinti duomenis planetų masteliu, bando sukurti vieningą potvynių teoriją, tačiau palyginti įvairiose vietose padarytus įrašus sunku, nes Žemė tokia netaisyklinga. Tik nuliniu apytiksliu būdu vienas vandenynas apima visą planetos paviršių, tačiau iš tikrųjų yra žemynai ir keli silpnai sujungti vandenynai, o kiekvienas vandenynas turi savo natūralių svyravimų dažnį.
Ankstesnės diskusijos apie jūros lygio svyravimus veikiant Mėnuliui ir Saulei buvo susijusios su atviromis vandenyno erdvėmis, kur potvynių ir atoslūgių pagreitis įvairiose pakrantėse labai skiriasi. O vietiniuose vandens telkiniuose – pavyzdžiui, ežeruose – potvynis gali sukurti pastebimą poveikį?
Atrodytų, taip neturėtų būti, nes visuose ežero taškuose potvynio pagreitis yra maždaug vienodas, skirtumas nedidelis. Pavyzdžiui, Europos centre yra Ženevos ežeras, jo ilgis yra tik apie 70 km ir niekaip nesusijęs su vandenynais, tačiau žmonės jau seniai pastebėjo, kad jame kasdien vyksta dideli vandens svyravimai. Kodėl jie atsiranda?
Taip, potvynio jėga yra labai maža. Tačiau svarbiausia, kad jis būtų reguliarus, t.y. veikia periodiškai. Visi fizikai žino efektą, kuris, periodiškai veikiant jėgą, kartais sukelia padidėjusią svyravimų amplitudę. Pavyzdžiui, iš valgyklos pasiimi dubenį sriubos ir... Tai reiškia, kad jūsų žingsnių dažnis rezonuoja su natūraliomis plokštelėje esančio skysčio vibracijomis. Pastebėję tai, smarkiai keičiame ėjimo tempą - ir sriuba „nusiramina“. Kiekvienas vandens telkinys turi savo pagrindinį rezonansinį dažnį. Ir kuo didesnis rezervuaro dydis, tuo mažesnis jame esančio skysčio natūralių virpesių dažnis. Taigi paties Ženevos ežero rezonansinis dažnis pasirodė esąs potvynių dažnio kartotinis, o nedidelė potvynių įtaka „paleidžia“ Ženevos ežerą taip, kad lygis jo pakrantėse pasikeičia gana pastebimai. Šios ilgalaikės stovinčios bangos, atsirandančios uždaruose vandens telkiniuose, vadinamos seiches.
Potvynių energija
Šiais laikais vieną iš alternatyvių energijos šaltinių bandoma susieti su potvynio efektu. Kaip jau sakiau, pagrindinis potvynių ir atoslūgių poveikis nėra tas, kad vanduo kyla ir krinta. Pagrindinis poveikis yra potvynių srovė, kuri per dieną perkelia vandenį aplink visą planetą.
Sekliose vietose šis poveikis yra labai svarbus. Naujosios Zelandijos teritorijoje kapitonai net nerizikuoja vesti laivų per kai kuriuos sąsiaurius. Burlaiviai niekada ten negalėjo prasiskverbti, net šiuolaikiniams laivams sunku ten patekti, nes dugnas seklus, o potvynių srovės – milžiniško greičio.
Tačiau kadangi vanduo teka, šią kinetinę energiją galima panaudoti. Ir jau pastatytos elektrinės, kuriose dėl potvynio srovių pirmyn ir atgal sukasi turbinos. Jie yra gana funkcionalūs. Pirmoji potvynių jėgainė (TPP) buvo pagaminta Prancūzijoje, ji iki šiol yra didžiausia pasaulyje, jos galia siekia 240 MW. Palyginti su hidroelektrine, žinoma, ji nėra tokia puiki, bet aptarnauja artimiausias kaimo vietoves.
Kuo arčiau ašigalio, tuo potvynio bangos greitis mažesnis, todėl Rusijoje nėra pakrančių, kuriose būtų labai galingi potvyniai. Apskritai, mes turime mažai išėjimo į jūrą, o Arkties vandenyno pakrantėje nėra ypač pelninga naudoti potvynių ir atoslūgių energiją dar ir dėl to, kad potvynis vandenį varo iš rytų į vakarus. Tačiau vis dar yra vietų, tinkamų PES, pavyzdžiui, Kislaya įlanka.
Faktas yra tas, kad įlankose potvynis visada sukuria didesnį efektą: banga pakyla aukštyn, veržiasi į įlanką ir ji siaurėja, siaurėja – ir amplitudė didėja. Panašus procesas vyksta tarsi sutrūkinėjus botagui: iš pradžių ilgoji banga lėtai slenka rykšte, bet vėliau judesyje dalyvaujančios rykštės dalies masė mažėja, todėl greitis didėja (impulsas mv yra išsaugotas!) ir pasiekia viršgarsinį siaurą galą, dėl kurio išgirstame spragtelėjimą.
Sukurdami eksperimentinį mažos galios Kislogubskaya TPP, energetikos inžinieriai bandė suprasti, kaip efektyviai galima panaudoti atoslūgius aplinkinių platumų elektrai gaminti. Tai neturi didelės ekonominės prasmės. Tačiau dabar yra labai galingos Rusijos TE (Mezenskaja) projektas – 8 gigavatams. Norint pasiekti šią milžinišką galią, būtina užtverti didelę įlanką, atskirianti Baltąją jūrą nuo Barenco jūros užtvanka. Tiesa, labai abejotina, ar tai bus daroma tol, kol turėsime naftos ir dujų.
Potvynių praeitis ir ateitis
Beje, iš kur atsiranda potvynių energija? Turbina sukasi, generuojama elektra, o koks objektas praranda energiją?
Kadangi potvynių ir atoslūgių energijos šaltinis yra Žemės sukimasis, jei semiame iš jo, tai reiškia, kad sukimasis turi sulėtėti. Atrodytų, Žemė turi vidinių energijos šaltinių (šiluma iš gelmių ateina dėl geocheminių procesų ir radioaktyvių elementų irimo), ir yra kuo kompensuoti kinetinės energijos praradimą. Tai tiesa, tačiau energijos srautas, sklindantis vidutiniškai beveik tolygiai į visas puses, vargu ar gali reikšmingai paveikti kampinį impulsą ir pakeisti sukimąsi.
Jei Žemė nesisuktų, potvynių kauburėliai būtų nukreipti tiksliai Mėnulio kryptimi ir priešinga kryptimi. Tačiau besisukdamas Žemės kūnas neša juos į priekį savo sukimosi kryptimi - ir atsiranda nuolatinis potvynio smailės ir pomėnulio taško skirtumas 3–4 laipsniais. Prie ko tai veda? Arčiau Mėnulio esanti kupra prie jo traukia stipriau. Ši gravitacinė jėga linkusi sulėtinti Žemės sukimąsi. O priešinga kupra yra toliau nuo Mėnulio, ji bando pagreitinti sukimąsi, bet traukiama silpniau, todėl atsirandantis jėgos momentas stabdo Žemės sukimąsi.
Taigi, mūsų planeta nuolat mažina savo sukimosi greitį (nors ir ne visai reguliariai, šuoliais, o tai lemia masės pernešimo vandenynuose ir atmosferoje ypatumai). Kokią įtaką Žemės potvyniai daro Mėnuliui? Artimiausias potvynio iškilimas traukia Mėnulį kartu su savimi, o tolimas, priešingai, jį lėtina. Pirmoji jėga yra didesnė, todėl Mėnulis įsibėgėja. Dabar prisiminkite iš ankstesnės paskaitos, kas atsitinka su palydovu, kuris jėga traukiamas į priekį judant? Didėjant jo energijai, ji tolsta nuo planetos, o kampinis greitis mažėja, nes didėja orbitos spindulys. Beje, Mėnulio apsisukimo aplink Žemę periodo padidėjimas buvo pastebėtas dar Niutono laikais.
Kalbant skaičiais, Mėnulis per metus nuo mūsų nutolsta apie 3,5 cm, o Žemės paros trukmė kas šimtą metų pailgėja šimtąją sekundės dalį. Atrodo, nesąmonė, bet atminkite, kad Žemė egzistavo milijardus metų. Nesunku suskaičiuoti, kad dinozaurų laikais per dieną buvo apie 18 valandų (žinoma, dabartinės valandos).
Mėnuliui tolstant potvynio jėgos mažėja. Tačiau jis visada toldavo, o jei pažvelgsime į praeitį, pamatysime, kad anksčiau Mėnulis buvo arčiau Žemės, o tai reiškia, kad potvyniai buvo didesni. Galite įvertinti, pavyzdžiui, kad Archean eroje, prieš 3 milijardus metų, potvyniai buvo kilometro aukščio.
Potvynių reiškiniai kitose planetose
Žinoma, tie patys reiškiniai vyksta ir kitų planetų sistemose su palydovais. Pavyzdžiui, Jupiteris yra labai masyvi planeta su daugybe palydovų. Keturi didžiausi jos palydovai (jie vadinami Galilėjaus, nes Galilėjus juos atrado) yra gana stipriai paveikti Jupiterio. Artimiausias iš jų, Io, yra visiškai padengtas ugnikalniais, tarp kurių yra daugiau nei penkiasdešimt aktyvių, ir jie išmeta „papildomą“ medžiagą 250–300 km aukštyn. Šis atradimas buvo gana netikėtas: Žemėje nėra tokių galingų ugnikalnių, o štai mažas Mėnulio dydžio kūnas, kuris jau seniai turėjo atvėsti, tačiau užtat trykšta karščiu į visas puses. Kur yra šios energijos šaltinis?
Io ugnikalnio aktyvumas buvo staigmena ne visiems: prieš šešis mėnesius iki pirmojo zondo priartėjimo prie Jupiterio, du amerikiečių geofizikai paskelbė darbą, kuriame apskaičiavo Jupiterio potvynio įtaką šiam mėnuliui. Jis pasirodė toks didelis, kad galėjo deformuoti palydovo korpusą. O deformacijos metu visada išsiskiria šiluma. Kai paimame šalto plastilino gabalėlį ir pradedame jį minkyti rankose, po kelių paspaudimų jis tampa minkštas ir lankstus. Taip atsitinka ne dėl to, kad ranka ją įkaitino savo šiluma (tas pats atsitiks, jei suspausite į šaltą ydą), o dėl to, kad deformacijos metu į ją patenka mechaninė energija, kuri pavirto šilumine energija.
Bet kodėl žemėje palydovo forma keičiasi veikiant potvyniams iš Jupiterio? Atrodytų, kad judėdamas apskrita orbita ir sukdamasis sinchroniškai, kaip ir mūsų Mėnulis, kažkada tapo elipsoidu – ir nėra jokios priežasties vėlesniems formos iškraipymams? Tačiau šalia Io yra ir kitų palydovų; dėl visų jų jo (Io) orbita šiek tiek pasislenka pirmyn ir atgal: arba artėja prie Jupiterio, arba tolsta. Tai reiškia, kad potvynio įtaka arba susilpnėja, arba sustiprėja, o kūno forma nuolat keičiasi. Beje, apie potvynius kietajame Žemės kūne dar nekalbėjau: žinoma, jų taip pat yra, jie nėra tokie aukšti, decimetro dydžio. Jei sėdėsite savo vietoje šešias valandas, potvynių ir atoslūgių dėka „nueisite“ apie dvidešimt centimetrų Žemės centro atžvilgiu. Žinoma, ši vibracija žmonėms nepastebima, tačiau geofiziniai instrumentai ją registruoja.
Skirtingai nuo kietos žemės, Io paviršius kiekvieno orbitos periodo metu svyruoja daugelio kilometrų amplitudė. Didelis deformacijos energijos kiekis išsklaido šilumos pavidalu ir šildo požeminį paviršių. Beje, meteoritų kraterių ant jo nesimato, nes ugnikalniai nuolat bombarduoja visą paviršių šviežia medžiaga. Kai tik susidaro smūginis krateris, po šimto metų jis pasidengia kaimyninių ugnikalnių išsiveržimų produktais. Jie veikia nuolat ir labai galingai, o prie to pridedami lūžiai planetos plutoje, per kuriuos iš gelmių teka įvairių mineralų, daugiausia sieros, lydalas. Esant aukštai temperatūrai, jis tamsėja, todėl srautas iš kraterio atrodo juodas. O lengvas ugnikalnio kraštas yra atvėsusi medžiaga, kuri krinta aplink ugnikalnį. Mūsų planetoje iš ugnikalnio išmestą materiją paprastai pristabdo oras ir ji nukrenta arti ventiliacijos angos, sudarydama kūgį, tačiau Io nėra atmosferos, o ji balistine trajektorija skrenda toli į visas puses. Galbūt tai yra galingiausio Saulės sistemos potvynio efekto pavyzdys.
Antrasis Jupiterio palydovas Europa atrodo kaip mūsų Antarktida, jis padengtas ištisine ledo pluta, vietomis įtrūkęs, nes ir ją kažkas nuolat deformuoja. Kadangi šis palydovas yra toliau nuo Jupiterio, potvynio efektas čia nėra toks stiprus, bet vis tiek gana pastebimas. Po šia ledine pluta slypi skystas vandenynas: nuotraukose matyti iš kai kurių atsivėrusių plyšių trykštantys fontanai. Potvynių jėgų įtakoje vandenynas siautėja, o jo paviršiuje plūduriuoja ir susiduria ledo laukai, panašiai kaip Arkties vandenyne ir prie Antarktidos krantų. Išmatuotas Europos vandenyno skysčio elektrinis laidumas rodo, kad tai sūrus vanduo. Kodėl ten neturėtų būti gyvybės? Būtų pagunda nuleisti įrenginį į vieną iš plyšių ir pamatyti, kas ten gyvena.
Tiesą sakant, ne visos planetos baigiasi. Pavyzdžiui, Enceladas, Saturno mėnulis, taip pat turi ledinę plutą ir po juo vandenyną. Tačiau skaičiavimai rodo, kad potvynių ir atoslūgių energijos nepakanka, kad poledyninis vandenynas būtų skystas. Žinoma, be potvynių, bet kuris dangaus kūnas turi ir kitų energijos šaltinių – pavyzdžiui, yrančių radioaktyvių elementų (urano, torio, kalio), tačiau mažose planetose jie vargu ar gali atlikti reikšmingą vaidmenį. Tai reiškia, kad mes dar kažko nesuprantame.
Potvynių efektas yra nepaprastai svarbus žvaigždėms. Kodėl – daugiau apie tai kitoje paskaitoje.
2012 m. spalio 15 d
Britų fotografas Michaelas Martenas sukūrė seriją originalių nuotraukų, kuriose Didžiosios Britanijos pakrantė užfiksuota tais pačiais rakursais, bet skirtingu laiku. Vienas šūvis potvynio metu ir vienas atoslūgio metu.
Tai pasirodė gana neįprasta, o teigiami atsiliepimai apie projektą tiesiogine prasme privertė autorių pradėti leisti knygą. Šių metų rugpjūtį išleista knyga, pavadinta „Jūros pasikeitimas“, išleista dviem kalbomis. Michaelui Martenui prireikė maždaug aštuonerių metų, kad sukurtų savo įspūdingą nuotraukų seriją. Laikotarpis tarp aukšto ir žemo vandens vidutiniškai yra šiek tiek daugiau nei šešios valandos. Todėl Michaelas kiekvienoje vietoje turi užtrukti ilgiau nei tik kelis užrakto paspaudimus. Idėją sukurti tokių darbų seriją autorius puoselėjo jau seniai. Jis ieškojo, kaip realizuoti gamtos pokyčius filme, be žmogaus įtakos. Ir aš jį radau atsitiktinai viename iš pakrantės Škotijos kaimelių, kur praleidau visą dieną ir pagavau potvynio ir atoslūgio laiką.
Periodiniai vandens lygio svyravimai (kilimas ir kritimas) vandens plotuose Žemėje vadinami potvyniais.
Aukščiausias vandens lygis, stebimas per dieną ar pusę paros atoslūgio metu, vadinamas aukštu vandeniu, žemiausias lygis atoslūgio metu – žemu vandeniu, o šių didžiausio lygio žymių pasiekimo momentas vadinamas atoslūgio stovėjimu (arba etapu). atitinkamai potvynis arba atoslūgis. Vidutinis jūros lygis yra sąlyginė reikšmė, virš kurios lygio žymės yra potvynių ir atoslūgių metu, o žemiau jos – atoslūgių metu. Tai yra didelės skubių stebėjimų serijos vidurkis rezultatas.
Vertikalūs vandens lygio svyravimai potvynių ir atoslūgių metu yra susiję su horizontaliais vandens masių judėjimais kranto atžvilgiu. Šiuos procesus apsunkina vėjo bangavimas, upių nuotėkis ir kiti veiksniai. Horizontalūs vandens masių judėjimai pakrantės zonoje vadinami potvynių (arba potvynių) srovėmis, o vertikalūs vandens lygio svyravimai – atoslūgiais ir atoslūgiais. Visi reiškiniai, susiję su atoslūgiais ir atoslūgiais, pasižymi periodiškumu. Potvynių ir atoslūgių srovės periodiškai keičia kryptį į priešingą pusę, priešingai, vandenyno srovės, nuolat ir vienakrypčiai judančios, yra sukeltos bendros atmosferos cirkuliacijos ir apima didelius atviro vandenyno plotus.
Atoslūgiai ir atoslūgiai keičiasi cikliškai, atsižvelgiant į kintančias astronomines, hidrologines ir meteorologines sąlygas. Potvynių fazių seka nustatoma pagal du maksimumus ir du minimumus dienos cikle.
Nors Saulė vaidina svarbų vaidmenį potvynio procesuose, lemiamas veiksnys jų vystymuisi yra Mėnulio gravitacinė trauka. Potvynių jėgų įtakos kiekvienai vandens dalelei, nepriklausomai nuo jos vietos žemės paviršiuje, laipsnis nustatomas pagal Niutono visuotinės gravitacijos dėsnį.
Šis dėsnis teigia, kad dvi medžiagos dalelės traukia viena kitą jėga, tiesiogiai proporcinga abiejų dalelių masių sandaugai ir atvirkščiai proporcinga atstumo tarp jų kvadratui. Suprantama, kad kuo didesnė kūnų masė, tuo didesnė jų tarpusavio traukos jėga (esant tokiam pačiam tankiui, mažesnis kūnas sukurs mažesnę trauką nei didesnis).
Įstatymas taip pat reiškia, kad kuo didesnis atstumas tarp dviejų kūnų, tuo mažesnė jų trauka. Kadangi ši jėga yra atvirkščiai proporcinga atstumo tarp dviejų kūnų kvadratui, atstumo koeficientas vaidina daug didesnį vaidmenį nustatant potvynio jėgos dydį nei kūnų masės.
Žemės gravitacinė trauka, veikianti Mėnulį ir išlaikanti ją artimoje Žemės orbitoje, yra priešinga Mėnulio Žemės traukos jėgai, kuri linkusi nukreipti Žemę link Mėnulio ir „pakelia“ visus esančius objektus. Žemėje Mėnulio kryptimi.
Taškas žemės paviršiuje, esantis tiesiai po Mėnuliu, yra tik 6 400 km nuo Žemės centro ir vidutiniškai 386 063 km nuo Mėnulio centro. Be to, Žemės masė yra 81,3 karto didesnė už Mėnulio masę. Taigi, šiame žemės paviršiaus taške bet kurį objektą veikianti Žemės gravitacija yra maždaug 300 tūkstančių kartų didesnė už Mėnulio gravitaciją.
Įprasta mintis, kad vanduo Žemėje tiesiai po Mėnuliu kyla Mėnulio kryptimi, todėl vanduo nuteka tolyn iš kitų Žemės paviršiaus vietų, tačiau kadangi Mėnulio gravitacija yra tokia maža, palyginti su Žemės, tai nebūtų. užtektų tiek vandens pakelti.didelis svoris.
Tačiau vandenynai, jūros ir dideli ežerai Žemėje, būdami dideli skysti kūnai, gali laisvai judėti veikiami šoninių poslinkių jėgų, o bet koks nedidelis polinkis judėti horizontaliai priverčia juos judėti. Visus vandenis, kurie nėra tiesiai po Mėnuliu, veikia Mėnulio gravitacinės jėgos komponentas, nukreiptas tangentiškai (tangentiškai) į žemės paviršių, taip pat jo komponentas, nukreiptas į išorę, ir yra veikiamas horizontalaus poslinkio kietojo kūno atžvilgiu. Žemės pluta.
Dėl to vanduo iš gretimų žemės paviršiaus sričių teka į vietą, esančią po Mėnuliu. Dėl vandens susikaupimo taške po Mėnuliu susidaro potvynis. Pačios potvynio bangos atvirame vandenyne aukštis siekia vos 30-60 cm, tačiau artėjant prie žemynų ar salų krantų ji gerokai padidėja.
Dėl vandens judėjimo iš gretimų sričių link taško po Mėnuliu, atitinkami vandens atoslūgiai atsiranda dviejuose kituose taškuose, nutoltuose nuo jo atstumu, lygiu ketvirtadaliui Žemės apskritimo. Įdomu pastebėti, kad jūros lygio mažėjimą šiuose dviejuose taškuose lydi jūros lygio kilimas ne tik toje Žemės pusėje, kuri atsukta į Mėnulį, bet ir priešingoje pusėje.
Šį faktą paaiškina ir Niutono dėsnis. Du ar daugiau objektų, esantys skirtingais atstumais nuo to paties gravitacijos šaltinio ir todėl veikiami skirtingo dydžio gravitacijos pagreitėjimo, juda vienas kito atžvilgiu, nes arčiausiai svorio centro esantis objektas jį labiausiai traukia.
Vanduo submėnulio taške jaučia stipresnį trauką Mėnulio link nei Žemė po juo, tačiau Žemė savo ruožtu stipriau traukia Mėnulį nei vanduo priešingoje planetos pusėje. Taigi kyla potvynio banga, kuri toje Žemės pusėje, kuri atsukta į Mėnulį, vadinama tiesiogine, o priešinga – atvirkštine. Pirmasis iš jų yra tik 5% didesnis nei antrasis.
Dėl Mėnulio sukimosi savo orbitoje aplink Žemę tarp dviejų iš eilės atoslūgių arba dviejų atoslūgių tam tikroje vietoje praeina maždaug 12 valandų ir 25 minučių. Intervalas tarp nuoseklių atoslūgių ir atoslūgių kulminacijų yra apytikslis. 6 valandos 12 minučių 24 valandų 50 minučių laikotarpis tarp dviejų nuoseklių potvynių ir atoslūgių vadinamas potvynio (arba mėnulio) diena.
Potvynių nelygybės. Potvynių procesai yra labai sudėtingi, todėl norint juos suprasti, reikia atsižvelgti į daugelį veiksnių. Bet kokiu atveju bus nustatytos pagrindinės savybės:
1) potvynio vystymosi stadija, palyginti su Mėnulio praėjimu;
2) potvynio amplitudė ir
3) potvynio svyravimų tipas arba vandens lygio kreivės forma.
Dėl daugybės potvynių ir atoslūgių jėgų krypties ir dydžio skirtumų tam tikrame uoste atsiranda skirtumų tarp rytinių ir vakarinių potvynių, taip pat tarp tų pačių potvynių skirtinguose uostuose. Šie skirtumai vadinami potvynių nelygybėmis.
Pusiau paros efektas. Paprastai per parą dėl pagrindinės potvynio jėgos – Žemės sukimosi aplink savo ašį – susidaro du pilni potvynių ciklai.
Žiūrint iš ekliptikos Šiaurės ašigalio, akivaizdu, kad Mėnulis sukasi aplink Žemę ta pačia kryptimi, kuria Žemė sukasi aplink savo ašį – prieš laikrodžio rodyklę. Su kiekvienu paskesniu apsisukimu tam tikras taškas žemės paviršiuje vėl užima vietą tiesiai po Mėnuliu šiek tiek vėliau nei per ankstesnę revoliuciją. Dėl šios priežasties potvynių ir atoslūgių atoslūgiai kiekvieną dieną vėluoja maždaug 50 minučių. Ši vertė vadinama mėnulio vėlavimu.
Pusės mėnesio nelygybė. Šiam pagrindiniam svyravimo tipui būdingas maždaug 143/4 dienų periodiškumas, susijęs su Mėnulio sukimu aplink Žemę ir jo perėjimu per nuoseklias fazes, ypač sizigijas (jaunatį ir pilnatį), t.y. akimirkos, kai Saulė, Žemė ir Mėnulis yra vienoje tiesėje.
Kol kas palietėme tik Mėnulio potvynio įtaką. Saulės gravitacinis laukas taip pat veikia potvynius, tačiau, nors Saulės masė yra daug didesnė už Mėnulio masę, atstumas nuo Žemės iki Saulės yra toks didesnis nei atstumas iki Mėnulio, kad potvynio jėga Saulės yra mažiau nei pusė Mėnulio.
Tačiau kai Saulė ir Mėnulis yra toje pačioje tiesėje, toje pačioje Žemės pusėje arba priešingose pusėse (per jaunatį ar pilnatį), jų gravitacinės jėgos sumuojasi, veikiančios išilgai tos pačios ašies ir saulės potvynis sutampa su mėnulio potvyniu.
Taip pat Saulės trauka padidina Mėnulio įtakos sukeltą atoslūgį. Dėl to potvyniai tampa aukštesni, o potvyniai – žemesni, nei tuo atveju, jei juos sukeltų tik Mėnulio gravitacija. Tokie potvyniai vadinami pavasario potvyniais.
Kai Saulės ir Mėnulio gravitacinių jėgų vektoriai yra vienas kitą statmeni (kvadratūrų metu, t. y. kai Mėnulis yra pirmame arba paskutiniame ketvirtyje), jų potvynio jėgos priešinasi, nes Saulės traukos sukeltas potvynis yra uždėtas ant paviršiaus. Mėnulio sukeltas atoslūgis.
Tokiomis sąlygomis potvyniai nėra tokie dideli ir potvyniai nėra tokie žemi, lyg būtų nulemti tik Mėnulio gravitacinės jėgos. Tokie tarpiniai atoslūgiai ir atoslūgiai vadinami kvadratūra.
Aukštos ir žemos vandens žymių diapazonas šiuo atveju sumažėja maždaug tris kartus, palyginti su pavasario potvyniu.
Mėnulio paralaktinė nelygybė. Potvynių aukščio svyravimų laikotarpis, atsirandantis dėl mėnulio paralakso, yra 271/2 dienos. Šios nelygybės priežastis yra Mėnulio atstumo nuo Žemės pokytis pastarajai sukantis. Dėl elipsės Mėnulio orbitos formos Mėnulio potvynio jėga perigėjuje yra 40% didesnė nei apogėjuje.
Kasdienė nelygybė. Šios nelygybės laikotarpis yra 24 valandos 50 minučių. Jo atsiradimo priežastys yra Žemės sukimasis aplink savo ašį ir Mėnulio deklinacijos pasikeitimas. Kai Mėnulis yra netoli dangaus pusiaujo, du potvyniai tam tikrą dieną (taip pat ir du atoslūgiai) šiek tiek skiriasi, o ryto ir vakaro didžiausių ir žemų vandenų aukščiai yra labai arti. Tačiau didėjant Mėnulio šiaurės ar pietų deklinacijai, to paties tipo rytiniai ir vakariniai potvyniai skiriasi aukščiu, o kai Mėnulis pasiekia didžiausią šiaurinę ar pietinę deklinaciją, šis skirtumas yra didžiausias.
Taip pat žinomi atogrąžų potvyniai, vadinami todėl, kad Mėnulis yra beveik aukščiau šiaurinių ar pietinių tropikų.
Dienos nelygybė neturi didelės įtakos dviejų iš eilės atoslūgių aukščiams Atlanto vandenyne ir net jos įtaka potvynių aukščiams yra nedidelė, palyginti su bendra svyravimų amplitude. Tačiau Ramiajame vandenyne atoslūgių lygių paros kintamumas yra tris kartus didesnis nei atoslūgių lygių.
Pusmečio nelygybė. Jo priežastis – Žemės apsisukimas aplink Saulę ir atitinkamas Saulės deklinacijos pokytis. Du kartus per metus po kelias dienas per lygiadienius Saulė yra šalia dangaus pusiaujo, t.y. jo deklinacija artima 0. Mėnulis taip pat yra šalia dangaus pusiaujo maždaug vieną dieną kas pusę mėnesio. Taigi lygiadienių metu būna laikotarpių, kai tiek Saulės, tiek Mėnulio deklinacijos yra maždaug lygios 0. Suminis šių dviejų kūnų traukos potvynių ir atoslūgių efektas tokiais momentais labiausiai pastebimas srityse, esančiose netoli žemės pusiaujo. Jei tuo pat metu Mėnulis yra jaunaties ar pilnaties fazėje, vadinamoji. lygiadienio pavasario potvyniai.
Saulės paralakso nelygybė. Šios nelygybės pasireiškimo laikotarpis yra vieneri metai. Jo priežastis – atstumo nuo Žemės iki Saulės pokytis Žemės orbitos judėjimo metu. Kartą per kiekvieną apsisukimą aplink Žemę Mėnulis yra trumpiausiu atstumu nuo jo perigėjuje. Kartą per metus, apie sausio 2 d., Žemė, judėdama savo orbita, taip pat pasiekia artimiausio Saulės priartėjimo tašką (perihelį). Kai šie du artimiausio artėjimo momentai sutampa ir sukelia didžiausią grynąją potvynio jėgą, galima tikėtis didesnių potvynių ir mažesnių potvynių lygių. Panašiai, jei afelio praėjimas sutampa su apogėjumi, atsiranda žemesni potvyniai ir atoslūgiai.
Didžiausios potvynio amplitudės. Didžiausią potvynį pasaulyje sukelia stiprios srovės Minas įlankoje, Fundy įlankoje. Potvynių svyravimai čia pasižymi normalia eiga su pusiau paros periodu. Vandens lygis potvynio metu per šešias valandas dažnai pakyla daugiau nei 12 m, o per kitas šešias valandas nukrenta tiek pat. Kai tą pačią dieną atsiranda pavasario potvynių poveikis, Mėnulio padėtis perigėjuje ir didžiausias Mėnulio deklinacija, potvynių lygis gali siekti 15 m. Šią išskirtinai didelę potvynių svyravimų amplitudę iš dalies lemia piltuvo formos Fundy įlankos forma, kur gylis mažėja, o krantai artėja link įlankos viršūnės. Potvynių ir atoslūgių priežastys, kurios daugelį amžių buvo nuolat tiriamos, yra viena iš tų problemų, kurios sukėlė daugybę problemų prieštaringos teorijos net palyginti neseniai
Charlesas Darwinas 1911 m. rašė: „Nereikia ieškoti antikinės literatūros dėl groteskiškų potvynių teorijų. Tačiau jūreiviai sugeba išmatuoti savo ūgį ir pasinaudoti potvyniais, neturėdami supratimo apie tikrąsias jų atsiradimo priežastis.
Manau, kad nereikia per daug jaudintis dėl potvynių priežasčių. Remiantis ilgalaikiais stebėjimais, bet kuriam žemės vandenų taškui skaičiuojamos specialios lentelės, kuriose nurodomas kiekvienos dienos vandens aukštis ir žemumas. Kelionę planuoju, pavyzdžiui, į sekliomis lagūnomis garsėjantį Egiptą, bet pasistenk iš anksto susiplanuoti, kad pilnas vanduo būtų pirmoje dienos pusėje, o tai leis pilnai važiuoti didžiąją dienos šviesos valandos.
Kitas su potvyniais susijęs klausimas, įdomus aitvarams – vėjo ir vandens lygio svyravimų santykis.
Liaudies prietaras byloja, kad atoslūgio metu vėjas sustiprėja, o atoslūgio metu rūgsta.
Vėjo įtaka potvynių ir atoslūgių reiškiniams yra labiau suprantama. Vėjas nuo jūros stumia vandenį link pakrantės, atoslūgių aukštis išauga virš normos, o atoslūgio metu vandens lygis taip pat viršija vidutinį. Priešingai, kai vėjas pučia iš sausumos, vanduo nustumiamas nuo kranto, o jūros lygis krenta.
Antrasis mechanizmas veikia didinant atmosferos slėgį dideliame vandens plote; vandens lygis mažėja, kai pridedamas atmosferos svoris. Kai atmosferos slėgis padidėja 25 mm Hg. Art., vandens lygis nukrenta maždaug 33 cm Aukšto slėgio zona arba anticiklonu dažniausiai vadinamas geras oras, bet ne aitvarams. Anticiklono centre vyrauja ramybė. Sumažėjęs atmosferos slėgis atitinkamai padidina vandens lygį. Todėl staigus atmosferos slėgio kritimas kartu su uraganiniais vėjais gali sukelti pastebimą vandens lygio kilimą. Tokios bangos, nors ir vadinamos potvyniais, iš tikrųjų nėra susijusios su potvynio jėgų įtaka ir neturi potvynių reiškiniams būdingo periodiškumo.
Tačiau visiškai įmanoma, kad atoslūgiai taip pat gali turėti įtakos vėjui, pavyzdžiui, vandens lygio kritimas pakrančių lagūnose lemia didesnį vandens atšilimą ir dėl to mažėja temperatūrų skirtumas tarp šaltos jūros ir jūros. šildoma žemė, kuri susilpnina vėjo poveikį.
Michaelo Marteno nuotrauka
