Ziņojums par bēgumu un bēgumu. Mēness ietekme uz bēgumu un bēgumu

Pirms diviem gadiem es biju atvaļinājumā Indijas okeāna piekrastē, brīnišķīgajā Ceilonas salā. Mana mazā viesnīca atradās tikai 50 metrus no okeāna. Katru dienu es savām acīm novēroju visu okeāna spēcīgo kustību un nemierīgo dzīvi. Kādā agrā rītā stāvēju krastā, skatījos uz viļņiem un domāju par to, kas dod spēku tik spēcīgai okeāna vibrācijai, tās ikdienas bēgumiem un bēgumiem.

Kas dod spēku bēgumam un bēgumam

Gravitācija vienādi ietekmē visu objektu kustību. Bet, ja gravitācija izraisa plūdmaiņas okeānos un ūdens izraisa ūdeni Āfrikā, tad kāpēc ezeros nav plūdmaiņu? Hmm, ja mēs pieņemam, ka viss, ko mēs zinām, ir nepareizi. Daudzi inteliģenti cilvēki no zinātniskās pasaules to skaidro šādi. Zemes gravitācija punktā A ir vājāka nekā punktā B. Zemes gravitācijas tīrā ietekme izstiepj okeānu. Pēc tam tas uzbriest pretējās pusēs.

Jā, patiesi fakti ir patiesi, un Mēness gravitācijas spēks punktos A un B atšķiras.

Pārpratums slēpjas izspiedumu skaidrojumā. Varbūt tie neparādās pievilcības atšķirību dēļ. Bet iemesli nav tik acīmredzami, un viņi tiek sajaukti. Tas vairāk attiecas uz kumulatīvo spiedienu dažādās ūdens staba vietās. Un Mēness pārvērš Zemi par hidraulisko sūkni planētas mērogā, un ūdens uzbriest, spiežot sevi uz centru. Tāpēc pietiek pat ar mazāko triecienu, lai viļņu kustība sāktos.

Nedaudz vairāk par paisumiem

Bet es gribētu saprast, kāpēc viņi neatrodas citā ūdens uzkrājumā:

• cilvēka organismā (tas sastāv no 80% ūdens);
• piepildītā vannā;
• ezeros;
• kafijas tasītēs utt.

Visticamāk tāpēc, ka spiediens ir zemāks nekā okeānā un slikta hidraulika. Atšķirībā no okeāna, tie visi ir nelieli ūdens uzkrājumi. Ezera, kausa un pārējā platība nav pietiekama, lai minimālais spiediens uz to mainītu ūdens līmeni, radot viļņus.

Lieli ezeri var radīt spiedienu uz mini plūdmaiņām. Bet, tā kā vējš un šļakatas rada lielus viļņus, mēs tos vienkārši nepamanām. Plūdmaiņas veidojas visur, tās ir tikai ļoti mikroskopiskas.

Okeānu un jūru virsmas līmenis mainās periodiski, apmēram divas reizes dienā. Šīs svārstības sauc par bēgumiem un bēgumiem. Paisuma laikā okeāna līmenis pakāpeniski paaugstinās un sasniedz augstāko pozīciju. Paisuma laikā līmenis pakāpeniski pazeminās līdz zemākajam līmenim. Paisuma laikā ūdens plūst uz krastu pusi, bēguma laikā - prom no krastiem.

Paisums un bēgums stāv. Tie veidojas kosmisko ķermeņu, piemēram, Saules, ietekmes dēļ. Saskaņā ar kosmisko ķermeņu mijiedarbības likumiem mūsu planēta un Mēness savstarpēji piesaista viens otru. Mēness gravitācija ir tik spēcīga, ka šķiet, ka okeāna virsma liecas uz to. Mēness pārvietojas ap Zemi, un aiz tā pāri okeānam "skrien" paisuma vilnis. Kad vilnis sasniedz krastu, tas ir paisums. Paies neliels laiks, ūdens sekos Mēnesim un attālināsies no krasta - tāds ir bēgums. Saskaņā ar tiem pašiem universālajiem kosmiskajiem likumiem no Saules pievilkšanas veidojas arī bēgumi un bēgumi. Taču Saules plūdmaiņu spēks attāluma dēļ ir ievērojami mazāks nekā Mēness, un, ja nebūtu Mēness, tad plūdmaiņas uz Zemes būtu 2,17 reizes mazākas. Paisuma spēku skaidrojumu pirmais sniedza Ņūtons.

Plūdmaiņas atšķiras viena no otras ilguma un apjoma ziņā. Visbiežāk dienas laikā ir divi paisumi un divi bēgumi. Austrumamerikas un Centrālamerikas lokos un krastos ir viens paisums un viens bēgums dienā.

Plūdmaiņu apjoms ir pat daudzveidīgāks nekā to periods. Teorētiski viens Mēness paisums ir vienāds ar 0,53 m, Saule - 0,24 m. Tādējādi lielākā paisuma augstumam vajadzētu būt 0,77 m. Atklātā okeānā un salu tuvumā paisuma vērtība ir diezgan tuvu teorētiskajai: Havaju salās Salas - 1 m , Svētās Helēnas salā - 1,1 m; salās - 1,7 m Kontinentos plūdmaiņu stiprums svārstās no 1,5 līdz 2 m.Iekšējās jūrās plūdmaiņas ir ļoti nenozīmīgas: - 13 cm, - 4,8 cm Tiek uzskatīts par bezpaisumainu, bet pie Venēcijas plūdmaiņas ir līdz 1 m. Lielākie paisumi ir šādi, reģistrēti:

Fundy līcī () paisums sasniedza 16-17 m augstumu. Tas ir augstākais paisums visā pasaulē.

Ziemeļos, Penžinskas līcī, paisuma augstums sasniedza 12-14 m. Tas ir augstākais paisums pie Krievijas krastiem. Tomēr iepriekš minētie plūdmaiņu skaitļi ir drīzāk izņēmums, nevis likums. Lielākajā daļā plūdmaiņu līmeņa mērījumu punktu tie ir mazi un reti pārsniedz 2 m.

Paisuma un bēguma nozīme ir ļoti liela jūras navigācijā un ostu būvniecībā. Katrs paisuma vilnis nes milzīgu enerģijas daudzumu.

Ir ūdens kāpums un kritums. Tā ir jūras bēguma un bēguma parādība. Jau senos laikos novērotāji pamanīja, ka paisums iestājas kādu laiku pēc Mēness kulminācijas novērošanas vietā. Turklāt plūdmaiņas visspēcīgākās ir jaunā un pilnmēness dienās, kad Mēness un Saules centri atrodas aptuveni vienā taisnē.

Ņemot to vērā, I.Ņūtons plūdmaiņas skaidroja ar gravitācijas darbību no Mēness un Saules, proti, ar to, ka dažādas Zemes daļas Mēness pievelk dažādos veidos.

Zeme griežas ap savu asi daudz ātrāk nekā Mēness ap Zemi. Rezultātā paisuma kalns (Zemes un Mēness relatīvais stāvoklis parādīts 38. attēlā) pārvietojas, pa Zemi skrien paisuma vilnis un rodas paisuma straumes. Vilnim tuvojoties krastam, viļņa augstums palielinās, paceļoties dibenam. Iekšējās jūrās paisuma viļņa augstums ir tikai daži centimetri, bet atklātā okeānā tas sasniedz aptuveni vienu metru. Labvēlīgos šauros līčos paisuma augstums palielinās vairākas reizes.

Ūdens berze pret dibenu, kā arī Zemes cietā apvalka deformācija ir saistīta ar siltuma izdalīšanos, kas noved pie enerģijas izkliedes no Zemes-Mēness sistēmas. Tā kā paisuma un paisuma kalns atrodas uz austrumiem, tad maksimālais paisums iestājas pēc Mēness kulminācijas, paisuma pievilkšanās rezultātā Mēness paātrinās un Zemes rotācija palēninās. Mēness pamazām attālinās no Zemes. Patiešām, ģeoloģiskie dati liecina, ka juras periodā (pirms 190-130 miljoniem gadu) plūdmaiņas bija daudz augstākas un dienas bija īsākas. Jāņem vērā, ka attālumam līdz Mēnesim samazinoties 2 reizes, paisuma augstums palielinās 8 reizes. Pašlaik diena palielinās par 0,00017 s gadā. Tātad aptuveni 1,5 miljardu gadu laikā to garums palielināsies līdz 40 mūsdienu dienām. Mēnesis būs tikpat garš. Rezultātā Zeme un Mēness vienmēr būs viens pret otru ar vienu un to pašu pusi. Pēc tam Mēness sāks pakāpeniski tuvoties Zemei un vēl pēc 2-3 miljardiem gadu to saplosīs plūdmaiņu spēki (ja, protams, līdz tam laikam Saules sistēma vēl pastāvēs).

Mēness ietekme uz paisumu

Sekojot Ņūtonam, aplūkosim sīkāk Mēness pievilkšanās radītos paisumus, jo Saules ietekme ir ievērojami (2,2 reizes) mazāka.

Pierakstīsim izteiksmes Mēness pievilkšanās radītajiem paātrinājumiem dažādiem Zemes punktiem, ņemot vērā, ka visiem ķermeņiem noteiktā telpas punktā šie paātrinājumi ir vienādi. Inerciālajā atskaites sistēmā, kas saistīta ar sistēmas masas centru, paātrinājuma vērtības būs:

A A = -GM/(R-r)2, a B = GM/(R+r)2, a O = -GM/R2,

Kur a A, a O, a B— paātrinājumi, ko izraisa Mēness pievilkšanās punktos A, O, B(37. att.); M— Mēness masa; r— Zemes rādiuss; R- attālums starp Zemes un Mēness centriem (aprēķiniem var pieņemt, ka tas ir vienāds ar 60 r); G— gravitācijas konstante.

Bet mēs dzīvojam uz Zemes un visus novērojumus veicam atskaites sistēmā, kas saistīta ar Zemes centru, nevis ar Zemes masas centru - Mēnesi. Lai pārietu uz šo sistēmu, no visiem paātrinājumiem ir jāatņem Zemes centra paātrinājums. Tad

A’ A = -GM ☾ / (R - r) 2 + GM ☾ / R 2 , a' B = -GM ☾ / (R + r) 2 + GM / R 2 .

Veiksim iekavās norādītās darbības un ņemsim to vērā r maz, salīdzinot ar R un summās un starpībās to var atstāt novārtā. Tad

A’ A = -GM / (R - r) 2 + GM ☾ / R 2 = GM ☾ (-2Rr + r 2) / R 2 (R - r) 2 = -2GM ☾ r / R 3 .

Paātrinājums a’A Un a’B identisks pēc lieluma, pretējs virzienā, katrs vērsts no Zemes centra. Viņus sauc plūdmaiņu paātrinājumi. Punktos C Un D plūdmaiņu paātrinājumi ir mazāki un vērsti uz Zemes centru.

Plūdmaiņu paātrinājumi ir paātrinājumi, kas rodas atskaites sistēmā, kas saistīta ar ķermeni, jo šī ķermeņa galīgo izmēru dēļ traucējošais ķermenis piesaista tā dažādās daļas atšķirīgi. Punktos A Un B gravitācijas paātrinājums izrādās mazāks nekā punktos C Un D(37. att.). Līdz ar to, lai spiediens vienādā dziļumā būtu vienāds (kā savienojošos traukos) šajos punktos, ūdenim ir jāpaceļas, veidojot tā saukto paisuma kupolu. Aprēķini liecina, ka atklātā okeānā ūdens kāpums jeb paisums ir aptuveni 40 cm. Piekrastes ūdeņos tas ir daudz lielāks, un rekords ir aptuveni 18 m. Ņūtona teorija to nevar izskaidrot.

Daudzu ārējo jūru piekrastē var redzēt interesantu ainu: netālu no ūdens gar krastu izstiepti zvejas tīkli. Turklāt šie tīkli nebija uzstādīti žāvēšanai, bet gan zivju ķeršanai. Ja paliksi krastā un vērosi jūru, viss kļūs skaidrs. Tagad ūdens sāk celties, un tur, kur vēl pirms dažām stundām bija smilšu sēklis, šļakstās viļņi. Ūdenim atkāpjoties, parādījās tīkli, kuros sapinušās zivis dzirkstīja ar zvīņām. Zvejnieki apgāja tīklus un izņēma savu lomu. Materiāls no vietnes

Paisuma iestāšanos aculiecinieks raksturo šādi: “Mēs sasniedzām jūru,” man stāstīja kāds ceļa biedrs. Es neizpratnē paskatījos apkārt. Manā priekšā tiešām bija krasts: viļņu taka, pusaprakts roņa līķis, reti dreifējošas koksnes gabali, gliemežvāku fragmenti. Un tad bija līdzens plašums... un jūras nebija. Bet pēc apmēram trim stundām horizonta nekustīgā līnija sāka elpot un kļuva satraukta. Un tagad aiz viņas sāka dzirkstīt jūras viļņi. Paisums nevaldāmi ripoja uz priekšu pa pelēko virsmu. Viens otru apdzenot, viļņi saskrēja krastā. Viena pēc otras nogrima tālie akmeņi – un visapkārt redzams tikai ūdens. Viņa iemet man sejā sāļu aerosolu. Miruša līdzenuma vietā manā priekšā dzīvo un elpo ūdens plašums.

Kad līcī ieplūst paisuma vilnis, kuram ir piltuves formas plāns, līča krasti it kā to saspiež, izraisot paisuma augstuma palielināšanos vairākas reizes. Tādējādi Fundy līcī pie Ziemeļamerikas austrumu krasta paisuma augstums sasniedz 18 m.Eiropā augstākie paisumi (līdz 13,5 metriem) ir Bretaņā netālu no Senmalo pilsētas.

Ļoti bieži estuāros ieplūst paisuma vilnis

Turpināsim sarunu par spēkiem, kas iedarbojas uz debess ķermeņiem un to radītajām sekām. Šodien es runāšu par paisumiem un negravitācijas traucējumiem.

Ko tas nozīmē – “negravitācijas traucējumi”? Perturbācijas parasti sauc par mazām korekcijām lielam galvenajam spēkam. Tas ir, mēs runāsim par dažiem spēkiem, kuru ietekme uz objektu ir daudz mazāka nekā gravitācijas

Kādi citi spēki pastāv dabā, izņemot gravitāciju? Atstāsim malā spēcīgas un vājas kodolenerģijas mijiedarbības, tās pēc būtības ir lokālas (darbojas ārkārtīgi mazos attālumos). Taču elektromagnētisms, kā zināms, ir daudz spēcīgāks par gravitāciju un sniedzas tikpat tālu – bezgalīgi. Bet, tā kā pretēju zīmju elektriskie lādiņi parasti ir līdzsvaroti un gravitācijas “lādiņš” (kura lomu spēlē masa) vienmēr ir vienas zīmes, tad ar pietiekami lielām masām, protams, priekšplānā izvirzās gravitācija. Tātad patiesībā mēs runāsim par debess ķermeņu kustības traucējumiem elektromagnētiskā lauka ietekmē. Vairs nav variantu, lai gan vēl ir tumšā enerģija, bet par to runāsim vēlāk, kad runāsim par kosmoloģiju.

Kā es paskaidroju , Ņūtona vienkāršais gravitācijas likums F = G∙M∙m/R² ir ļoti ērti lietojams astronomijā, jo lielākajai daļai ķermeņu ir tuvu sfēriska forma un tie atrodas pietiekami tālu viens no otra, lai aprēķinos tos varētu aizstāt ar punktiem - punktveida objektiem, kas satur visu to masu. Bet ierobežota izmēra ķermenis, kas ir salīdzināms ar attālumu starp blakus esošajiem ķermeņiem, tomēr piedzīvo dažādu spēku ietekmi dažādās tā daļās, jo šīs daļas atrodas atšķirīgi no gravitācijas avotiem, un tas ir jāņem vērā.

Pievilcība saspiež un saplēš

Lai sajustu paisuma efektu, veiksim fiziķu vidū populāru domu eksperimentu: iedomāsimies sevi brīvi krītošā liftā. Mēs nogriežam virvi, kas tur kabīni, un sākam krist. Pirms krītam, varam vērot, kas notiek mums apkārt. Pakaram brīvas masas un vērojam, kā tās uzvedas. Sākumā tie krīt sinhroni, un mēs sakām, ka tas ir bezsvara stāvoklis, jo visi objekti šajā kabīnē un tā pati izjūt aptuveni vienādu brīvā kritiena paātrinājumu.

Bet laika gaitā mūsu materiālie punkti sāks mainīt savu konfigurāciju. Kāpēc? Tā kā apakšējais sākumā bija nedaudz tuvāk pievilkšanas centram nekā augšējais, tāpēc apakšējais, pievelkot spēcīgāk, sāk apsteigt augšējo. Un sānu punkti vienmēr paliek vienādā attālumā no smaguma centra, bet, tuvojoties tam, sāk tuvoties viens otram, jo ​​vienāda lieluma paātrinājumi nav paralēli. Tā rezultātā tiek deformēta nesavienoto objektu sistēma. To sauc par paisuma efektu.

No novērotāja viedokļa, kurš ir izkaisījis sev apkārt graudus un vēro, kā atsevišķi graudi pārvietojas, kamēr visa sistēma krīt uz masīva objekta, var ieviest tādu jēdzienu kā plūdmaiņu spēku lauks. Definēsim šos spēkus katrā punktā kā vektora starpību starp gravitācijas paātrinājumu šajā punktā un novērotāja vai masas centra paātrinājumu, un, ja ņemam tikai pirmo Teilora sērijas izplešanās posmu relatīvajam attālumam, iegūsim simetrisku ainu: tuvākie graudi būs novērotājam priekšā, tālākie atpaliks no viņa, t.i. sistēma stiepsies pa asi, kas vērsta uz gravitācijas objektu, un tai perpendikulāri virzienos daļiņas tiks nospiestas pret novērotāju.

Kas, jūsuprāt, notiks, kad planēta tiks ierauta melnajā caurumā? Tie, kas nav klausījušies lekcijas par astronomiju, parasti domā, ka melnais caurums noplēsīs matēriju tikai no pašas virsmas. Viņi nezina, ka gandrīz tikpat spēcīga iedarbība rodas brīvi krītoša ķermeņa otrā pusē. Tie. tas ir saplēsts divos diametrāli pretējos virzienos, nevis vienā.

Kosmosa briesmas

Lai parādītu, cik svarīgi ir ņemt vērā plūdmaiņu efektu, ņemsim vērā Starptautisko kosmosa staciju. Tas, tāpat kā visi Zemes pavadoņi, brīvi krīt gravitācijas laukā (ja nav ieslēgti dzinēji). Un paisuma spēku lauks ap to ir diezgan taustāma lieta, tāpēc astronautam, strādājot pie stacijas ārpuses, ir jāpiesaista sevi pie tā, un, kā likums, ar diviem kabeļiem - katram gadījumam, nekad nevar zināt kas var notikt. Un, ja viņš nonāks nepiesiets apstākļos, kad paisuma spēki viņu atvelk no stacijas centra, viņš var viegli zaudēt kontaktu ar to. Tas bieži notiek ar rīkiem, jo ​​jūs nevarat tos visus saistīt. Ja astronautam kaut kas izkrīt no rokām, tad šis objekts nonāk tālumā un kļūst par neatkarīgu Zemes pavadoni.

ISS darba plānā ir iekļauti testi personīgās lidmašīnas kosmosā. Un, kad viņa dzinējs sabojājas, paisuma spēki aiznes astronautu, un mēs viņu zaudējam. Pazudušo vārdi ir klasificēti.

Tas, protams, ir joks: par laimi, šāds incidents vēl nav noticis. Bet tas ļoti labi var notikt! Un varbūt kādreiz tas notiks.

Planēta-okeāns

Atgriezīsimies uz Zemes. Šis mums ir visinteresantākais objekts, un paisuma spēki, kas uz to iedarbojas, ir jūtami diezgan jūtami. No kuriem debess ķermeņiem viņi darbojas? Galvenais ir Mēness, jo tas ir tuvu. Nākamā lielākā ietekme ir Saulei, jo tā ir masīva. Pārējām planētām arī ir zināma ietekme uz Zemi, taču tā ir tikko pamanāma.

Lai analizētu ārējo gravitācijas ietekmi uz Zemi, to parasti attēlo kā cietu bumbiņu, kas pārklāta ar šķidru apvalku. Šis ir labs modelis, jo mūsu planētai patiesībā ir mobils apvalks okeāna un atmosfēras veidā, un viss pārējais ir diezgan ciets. Lai gan Zemes garozai un iekšējiem slāņiem ir ierobežota stingrība un tie ir nedaudz jutīgi pret plūdmaiņu ietekmi, to elastīgo deformāciju var neņemt vērā, aprēķinot ietekmi uz okeānu.

Ja Zemes masas centrā uzzīmējam paisuma spēku vektorus, iegūstam šādu attēlu: paisuma spēku lauks velk okeānu pa Zemes-Mēness asi un tam perpendikulārā plaknē piespiež to Zemes centram. . Tādējādi planēta (vismaz tās kustīgais apvalks) mēdz pieņemt elipsoīda formu. Šajā gadījumā pretējās zemeslodes pusēs parādās divi izciļņi (tos sauc par paisuma paisumiem): viens ir vērsts pret Mēnesi, otrs ir prom no Mēness, un joslā starp tām parādās atbilstošs “izspiedums” (precīzāk). , okeāna virsmai tur ir mazāks izliekums).

Interesantāka lieta notiek spraugā - kur paisuma spēka vektors mēģina pārvietot šķidruma apvalku pa zemes virsmu. Un tas ir dabiski: ja jūs vēlaties pacelt jūru vienā vietā un nolaist to citā vietā, tad jums ir jāpārvieto ūdens no turienes uz šejieni. Un starp tiem plūdmaiņu spēki virza ūdeni uz “zemmēness punktu” un “pretmēness punktu”.

Plūdmaiņas efekta kvantitatīva noteikšana ir ļoti vienkārša. Zemes gravitācija cenšas padarīt okeānu sfērisku, un Mēness un Saules ietekmes plūdmaiņu daļa cenšas to izstiept gar savu asi. Ja mēs atstātu Zemi vienu un ļautu tai brīvi nokrist uz Mēness, izspieduma augstums sasniegtu aptuveni pusmetru, t.i. Okeāns paceļas tikai par 50 cm virs vidējā līmeņa. Ja jūs kuģojat ar kuģi atklātā jūrā vai okeānā, pusmetrs nav manāms. To sauc par statisku paisumu.

Gandrīz katrā eksāmenā es sastopu kādu studentu, kurš pārliecinoši apgalvo, ka paisums notiek tikai vienā Zemes pusē – tajā, kas ir vērsta pret Mēnesi. Kā likums, tā saka meitene. Bet gadās, lai arī retāk, jauni vīrieši šajā jautājumā kļūdās. Tajā pašā laikā kopumā meitenēm ir dziļākas zināšanas astronomijā. Būtu interesanti noskaidrot šīs “paisuma un dzimuma” asimetrijas iemeslu.

Bet, lai zemmēness punktā izveidotu pusmetru izciļņu, šeit ir nepieciešams destilēt lielu daudzumu ūdens. Bet Zemes virsma nepaliek nekustīga, tā ātri griežas attiecībā pret Mēness un Saules virzienu, veicot pilnu apgriezienu diennaktī (un Mēness orbītā pārvietojas lēni - viens apgrieziens ap Zemi gandrīz mēnesis). Tāpēc paisuma kalns pastāvīgi iet gar okeāna virsmu, tā ka cietā Zemes virsma atrodas zem paisuma paisuma 2 reizes dienā un 2 reizes zem paisuma un paisuma līmeņa okeāna līmeņa pazemināšanās. Aprēķināsim: 40 tūkstoši kilometru (zemes ekvatora garums) dienā, tas ir 463 metri sekundē. Tas nozīmē, ka šis pusmetru garais vilnis kā mini cunami virsskaņas ātrumā skar kontinentu austrumu krastus ekvatora reģionā. Mūsu platuma grādos ātrums sasniedz 250-300 m/s - arī diezgan daudz: lai gan vilnis nav īpaši augsts, inerces dēļ tas var radīt lielisku efektu.

Otrs objekts pēc ietekmes uz Zemi ir Saule. Tas atrodas 400 reižu tālāk no mums nekā Mēness, bet 27 miljonus reižu masīvāks. Tāpēc Mēness un Saules ietekme ir salīdzināma, lai gan Mēness joprojām darbojas nedaudz spēcīgāk: Saules gravitācijas plūdmaiņas efekts ir apmēram uz pusi mazāks nekā no Mēness. Dažreiz to ietekme tiek apvienota: tas notiek jaunā mēnesī, kad Mēness iet uz Saules fona, un pilnmēness laikā, kad Mēness atrodas pretējā pusē no Saules. Šajās dienās – kad Zeme, Mēness un Saule sastājas vienā rindā, un tas notiek ik pēc divām nedēļām – kopējais plūdmaiņu efekts ir pusotru reizi lielāks nekā no Mēness vien. Un pēc nedēļas Mēness šķērso ceturto daļu savas orbītas un atrodas kvadrātā ar Sauli (taisns leņķis starp virzieniem uz tiem), un tad to ietekme vājina viens otru. Vidēji plūdmaiņu augstums atklātā jūrā svārstās no ceturtdaļmetra līdz 75 centimetriem.

Jūrniekiem plūdmaiņas ir zināmas jau ilgu laiku. Ko dara kapteinis, kad kuģis uzskrien uz sēkļa? Ja esi lasījis jūras piedzīvojumu romānus, tad zini, ka viņš uzreiz skatās, kādā fāzē ir Mēness un gaida nākamo pilnmēnesi vai jaunu mēnesi. Tad maksimālais paisums var pacelt kuģi un no jauna peldēt.

Piekrastes problēmas un iezīmes

Plūdmaiņas ir īpaši svarīgas ostas darbiniekiem un jūrniekiem, kuri gatavojas ievest savu kuģi ostā vai izvest no tās. Parasti seklā ūdens problēma rodas piekrastes tuvumā, un, lai tas netraucētu kuģu kustībai, tiek izrakti zemūdens kanāli - mākslīgie kuģu ceļi, lai iekļūtu līcī. To dziļumā jāņem vērā maksimālā bēguma augstums.

Ja mēs skatāmies uz plūdmaiņu augstumu kādā brīdī un uzzīmēsim kartē vienāda augstuma ūdens līnijas, mēs iegūsim koncentriskus apļus ar centriem divos punktos (zemmēness un pretmēness), kuros paisums ir maksimālais. . Ja Mēness orbitālā plakne sakristu ar Zemes ekvatora plakni, tad šie punkti vienmēr pārvietotos pa ekvatoru un veiktu pilnu apgriezienu dienā (precīzāk, 24ʰ 50ᵐ 28ˢ). Taču Mēness kustas nevis šajā plaknē, bet gan tuvu ekliptikas plaknei, attiecībā pret kuru ekvators ir noslīps par 23,5 grādiem. Tāpēc arī zemmēness punkts “staigā” pa platuma grādiem. Tādējādi tajā pašā ostā (t.i., tajā pašā platuma grādos) maksimālā paisuma augstums, kas atkārtojas ik pēc 12,5 stundām, dienas laikā mainās atkarībā no Mēness orientācijas attiecībā pret Zemes ekvatoru.

Šis “sīkums” ir svarīgs plūdmaiņu teorijai. Paskatīsimies vēlreiz: Zeme griežas ap savu asi, un Mēness orbītas plakne ir nosliece uz to. Tāpēc katra jūras osta dienas laikā “skrien” ap Zemes polu, vienreiz iekrītot lielākā paisuma reģionā, bet pēc 12,5 stundām - atkal paisuma apgabalā, bet mazāk augstu. Tie. divi paisumi dienas laikā nav vienādi augstumā. Viens vienmēr ir lielāks par otru, jo Mēness orbītas plakne neatrodas zemes ekvatora plaknē.

Piekrastes iedzīvotājiem plūdmaiņu efekts ir ļoti svarīgs. Piemēram, Francijā ir viens, kas savienots ar cietzemi ar asfaltētu ceļu, kas ieklāts gar šauruma dibenu. Uz salas dzīvo daudz cilvēku, taču viņi nevar izmantot šo ceļu, kamēr ir augsts jūras līmenis. Šo ceļu var braukt tikai divas reizes dienā. Cilvēki brauc un gaida bēgumu, kad ūdens līmenis pazeminās un ceļš kļūst pieejams. Cilvēki ceļo uz un no darba piekrastē, izmantojot īpašu plūdmaiņu tabulu, kas tiek publicēta katrai piekrastes apdzīvotai vietai. Ja šī parādība netiek ņemta vērā, ūdens ceļā var nomākt gājēju. Tūristi vienkārši ierodas tur un staigā apkārt, lai paskatītos uz jūras dibenu, kad nav ūdens. Un vietējie iedzīvotāji kaut ko savāc no apakšas, dažreiz pat pārtikai, t.i. būtībā šis efekts baro cilvēkus.

Dzīvība iznāca no okeāna, pateicoties bēgumiem un bēgumiem. Paisuma rezultātā daži piekrastes dzīvnieki nokļuva smiltīs un bija spiesti iemācīties elpot skābekli tieši no atmosfēras. Ja nebūtu Mēness, tad varbūt dzīvība tik aktīvi neiznāktu no okeāna, jo tur ir labi visos aspektos - termostatiska vide, bezsvara stāvoklis. Bet, ja pēkšņi nonāci krastā, vajadzēja kaut kā izdzīvot.

Piekraste, it īpaši, ja tā ir līdzena, bēguma laikā ir ļoti pakļauta. Un kādu laiku cilvēki zaudē iespēju izmantot savu peldlīdzekli, bezpalīdzīgi guļot kā vaļi krastā. Bet tajā ir kaut kas noderīgs, jo bēguma periodu var izmantot kuģu remontam, it īpaši kādā līcī: kuģi brauca, tad ūdens aizgāja, un tos var salabot šajā laikā.

Piemēram, Kanādas austrumu piekrastē atrodas Fundija līcis, kurā esot pasaulē augstākie paisumi un bēgumi: ūdens līmeņa kritums var sasniegt 16 metrus, kas tiek uzskatīts par jūras paisuma rekordu uz Zemes. Jūrnieki ir pielāgojušies šim īpašumam: paisuma laikā viņi nogādā kuģi krastā, nostiprina to, un, ūdenim aizejot, kuģis karājas, un dibenu var aizblīvēt.

Cilvēki jau sen ir sākuši uzraudzīt un regulāri reģistrēt plūdmaiņu momentus un īpašības, lai uzzinātu, kā paredzēt šo parādību. Drīz izgudroja plūdmaiņas mērītājs- ierīce, kurā pludiņš pārvietojas uz augšu un uz leju atkarībā no jūras līmeņa, un rādījumi tiek automātiski uzzīmēti uz papīra diagrammas veidā. Starp citu, kopš pirmajiem novērojumiem līdz mūsdienām mērīšanas līdzekļi gandrīz nav mainījušies.

Pamatojoties uz lielu skaitu hidrogrāfu ierakstu, matemātiķi mēģina izveidot plūdmaiņu teoriju. Ja jums ir ilgtermiņa ieraksts par periodisku procesu, varat to sadalīt elementārās harmonikās - dažādu amplitūdu sinusoīdos ar vairākiem periodiem. Un pēc tam, nosakot harmoniku parametrus, pagariniet kopējo līkni nākotnē un uz tā pamata izveidojiet plūdmaiņu tabulas. Mūsdienās šādas tabulas tiek publicētas par katru Zemes ostu, un jebkurš kapteinis, kas gatavojas ienākt ostā, paņem sev tabulu un skatās, kad būs pietiekams ūdens līmenis viņa kuģim.

Slavenākais stāsts, kas saistīts ar paredzamajiem aprēķiniem, notika Otrā pasaules kara laikā: 1944. gadā mūsu sabiedrotie - briti un amerikāņi - gatavojās atvērt otro fronti pret nacistisko Vāciju, tāpēc bija nepieciešams izsēsties Francijas piekrastē. Francijas ziemeļu piekraste šajā ziņā ir ļoti nepatīkama: krasts ir stāvs, 25-30 metrus augsts, un okeāna dibens ir diezgan sekls, tāpēc kuģi krastam var pietuvoties tikai maksimālā paisuma un paisuma laikā. Ja tie uzskrietu uz sēkļa, tos vienkārši apšautu no lielgabaliem. Lai no tā izvairītos, tika izveidots īpašs mehānisks (elektronisko vēl nebija) dators. Viņa veica Furjē jūras līmeņa laikrindu analīzi, izmantojot savā ātrumā rotējošas bungas, caur kurām izgāja metāla kabelis, kas summēja visus Furjē sērijas nosacījumus, un ar kabeli savienota spalva izveidoja plūdmaiņu augstuma un plūdmaiņu augstuma grafiku. laiks. Tas bija īpaši slepens darbs, kas ievērojami pavirzīja uz priekšu plūdmaiņu teoriju, jo bija iespējams pietiekami precīzi prognozēt augstākā paisuma brīdi, pateicoties kuram smagie militārie transporta kuģi peldēja pāri Lamanšam un izsēdināja karaspēku krastā. Šādi matemātiķi un ģeofiziķi izglāba daudzu cilvēku dzīvības.

Daži matemātiķi mēģina vispārināt datus planētu mērogā, mēģinot izveidot vienotu plūdmaiņu teoriju, taču dažādās vietās veikto ierakstu salīdzināšana ir sarežģīta, jo Zeme ir tik neregulāra. Tikai nulles tuvinājumā viens okeāns klāj visu planētas virsmu, bet patiesībā ir kontinenti un vairāki vāji saistīti okeāni, un katram okeānam ir sava dabisko svārstību frekvence.

Iepriekšējās diskusijas par jūras līmeņa svārstībām Mēness un Saules ietekmē attiecās uz atklātām okeāna telpām, kur plūdmaiņu paātrinājums dažādos krastos ir ļoti atšķirīgs. Un vai vietējās ūdenstilpēs - piemēram, ezeros - paisums var radīt jūtamu efektu?

Šķiet, ka tā nevajadzētu, jo visos ezera punktos paisuma paātrinājums ir aptuveni vienāds, atšķirība ir neliela. Piemēram, Eiropas centrā atrodas Ženēvas ezers, tas ir tikai aptuveni 70 km garš un nekādi nav saistīts ar okeāniem, taču cilvēki jau sen ievērojuši, ka tur ir ievērojamas ikdienas ūdens svārstības. Kāpēc tās rodas?

Jā, paisuma spēks ir ārkārtīgi mazs. Bet galvenais, lai tas būtu regulārs, t.i. darbojas periodiski. Visi fiziķi zina efektu, kas, periodiski pieliekot spēku, dažkārt izraisa palielinātu svārstību amplitūdu. Piemēram, tu no kafejnīcas paņem bļodu zupas un... Tas nozīmē, ka jūsu soļu frekvence ir rezonanse ar šķidruma dabiskajām vibrācijām plāksnē. Pamanot to, mēs strauji mainām pastaigas tempu - un zupa “nomierinās”. Katrai ūdenstilpei ir sava pamata rezonanses frekvence. Un jo lielāks ir rezervuāra izmērs, jo zemāka ir tajā esošā šķidruma dabisko vibrāciju biežums. Tātad paša Ženēvas ezera rezonanses frekvence izrādījās daudzkārtēja plūdmaiņu frekvencei, un neliela plūdmaiņu ietekme "pazaudē" Ženēvas ezeru tā, ka līmenis tā krastos mainās diezgan jūtami. Šos ilgstošos stāvviļņus, kas rodas slēgtās ūdenstilpēs, sauc seiches.

Paisuma enerģija

Mūsdienās viņi cenšas savienot vienu no alternatīvajiem enerģijas avotiem ar plūdmaiņu efektu. Kā jau teicu, galvenā plūdmaiņu ietekme nav tā, ka ūdens ceļas un krīt. Galvenais efekts ir paisuma straume, kas vienas dienas laikā pārvieto ūdeni ap visu planētu.

Seklās vietās šis efekts ir ļoti svarīgs. Jaunzēlandes apgabalā kapteiņi pat neriskē vadīt kuģus cauri dažiem jūras šaurumiem. Buru laivas tur nekad nav varējušas tikt cauri, un pat mūsdienu kuģiem ir grūti tikt cauri, jo dibens ir sekls un paisuma straumēm ir milzīgs ātrums.

Bet, tā kā ūdens plūst, šo kinētisko enerģiju var izmantot. Un jau ir uzbūvētas spēkstacijas, kurās turbīnas rotē uz priekšu un atpakaļ paisuma straumju ietekmē. Tie ir diezgan funkcionāli. Pirmā plūdmaiņu spēkstacija (TPP) tika izgatavota Francijā, tā joprojām ir lielākā pasaulē, ar jaudu 240 MW. Salīdzinot ar hidroelektrostaciju, tā, protams, nav tik lieliska, taču tā apkalpo tuvākos lauku apvidus.

Jo tuvāk polam, jo ​​mazāks paisuma viļņa ātrums, tāpēc Krievijā nav piekrastes, kurās būtu ļoti spēcīgi paisumi. Kopumā mums ir maz izeju uz jūru, un Ziemeļu Ledus okeāna piekraste nav īpaši izdevīga plūdmaiņu enerģijas izmantošanai arī tāpēc, ka plūdmaiņas virza ūdeni no austrumiem uz rietumiem. Bet joprojām ir vietas, kas piemērotas PES, piemēram, Kislaya Bay.

Fakts ir tāds, ka līčos plūdmaiņas vienmēr rada lielāku efektu: vilnis uzskrien, steidzas līcī, un tas sašaurinās, sašaurinās - un amplitūda palielinās. Līdzīgs process notiek tā, it kā būtu saplaisājusi pātaga: sākumā garais vilnis lēni virzās pa pātagu, bet pēc tam kustībā iesaistītās pātagas daļas masa samazinās, tāpēc ātrums palielinās (impulss mv tiek saglabāts!) un šaurajā galā sasniedz virsskaņu, kā rezultātā dzirdam klikšķi.

Izveidojot eksperimentālo mazjaudas Kislogubskaya TPP, enerģētiķi mēģināja saprast, cik efektīvi var izmantot elektrības ražošanai plūdmaiņas polāros platuma grādos. Tam nav lielas ekonomiskās jēgas. Toties tagad ir projekts ļoti jaudīgai Krievijas TES (Mezenskaja) – par 8 gigavatiem. Lai sasniegtu šo kolosālo spēku, ir nepieciešams nobloķēt lielu līci, ar dambi atdalot Balto jūru no Barenca jūras. Tiesa, ir ļoti apšaubāms, ka tas tiks darīts, kamēr mums būs nafta un gāze.

Plūdmaiņu pagātne un nākotne

Starp citu, no kurienes nāk plūdmaiņu enerģija? Turbīna griežas, rodas elektrība, un kāds objekts zaudē enerģiju?

Tā kā plūdmaiņu enerģijas avots ir Zemes rotācija, ja mēs smeļamies no tās, tas nozīmē, ka rotācijai ir jāpalēninās. Šķiet, ka Zemei ir iekšējie enerģijas avoti (siltums no dzīlēm nāk no ģeoķīmiskiem procesiem un radioaktīvo elementu sabrukšanas), un ir ar ko kompensēt kinētiskās enerģijas zudumu. Tā ir taisnība, taču enerģijas plūsma, kas vidēji izplatās gandrīz vienmērīgi visos virzienos, diez vai var būtiski ietekmēt leņķisko impulsu un mainīt rotāciju.

Ja Zeme negrieztos, paisuma un bēguma paisumi būtu precīzi norādīti Mēness virzienā un pretējā virzienā. Bet, griežoties, Zemes ķermenis tos nes uz priekšu griešanās virzienā - un rodas pastāvīga plūdmaiņu maksimuma un sublunārā punkta novirze par 3-4 grādiem. Pie kā tas noved? Kupris, kas atrodas tuvāk Mēnesim, tiek piesaistīts tam spēcīgāk. Šim gravitācijas spēkam ir tendence palēnināt Zemes rotāciju. Un pretējais kupris atrodas tālāk no Mēness, tas mēģina paātrināt griešanos, bet tiek piesaistīts vājāk, tāpēc rezultējošais spēka moments rada bremzējošu efektu uz Zemes rotāciju.

Tātad mūsu planēta nemitīgi samazina savu rotācijas ātrumu (lai gan ne visai regulāri, lēcienos, kas ir saistīts ar masu pārneses īpatnībām okeānos un atmosfērā). Kāda ir Zemes plūdmaiņu ietekme uz Mēnesi? Tuvākais plūdmaiņas izspiedums velk sev līdzi Mēnesi, bet attālais, gluži pretēji, to palēnina. Pirmais spēks ir lielāks, kā rezultātā Mēness paātrinās. Tagad atcerieties no iepriekšējās lekcijas, kas notiek ar satelītu, kas kustībā tiek piespiedu kārtā vilkts uz priekšu? Palielinoties tās enerģijai, tā attālinās no planētas, un tās leņķiskais ātrums samazinās, jo palielinās orbītas rādiuss. Starp citu, Mēness apgriezienu perioda palielināšanās ap Zemi tika novērota jau Ņūtona laikā.

Runājot skaitļos, Mēness attālinās no mums par aptuveni 3,5 cm gadā, un Zemes diennakts garums palielinās par sekundes simtdaļu ik pēc simts gadiem. Šķiet, ka tas ir muļķības, taču atcerieties, ka Zeme pastāv jau miljardiem gadu. Ir viegli aprēķināt, ka dinozauru laikā dienā bija apmēram 18 stundas (pašreizējās stundas, protams).

Mēnesim attālinoties, paisuma spēki kļūst mazāki. Bet tas vienmēr attālinājās, un, ja mēs paskatīsimies pagātnē, mēs redzēsim, ka pirms Mēness bija tuvāk Zemei, kas nozīmē, ka plūdmaiņas bija augstākas. Jūs varat novērtēt, piemēram, ka Arhejas laikmetā, pirms 3 miljardiem gadu, plūdmaiņas bija kilometru augstas.

Paisuma un paisuma parādības uz citām planētām

Protams, tādas pašas parādības notiek arī citu planētu sistēmās ar satelītiem. Piemēram, Jupiters ir ļoti masīva planēta ar lielu skaitu satelītu. Tās četrus lielākos satelītus (tos sauc par Galileo, jo Galileo atklāja) diezgan būtiski ietekmē Jupiters. Tuvākais no tiem, Io, ir pilnībā klāts ar vulkāniem, starp kuriem ir vairāk nekā piecdesmit aktīvi, un tie izstaro “papildu” vielu 250-300 km uz augšu. Šis atklājums bija diezgan negaidīts: uz Zemes nav tik spēcīgu vulkānu, bet šeit ir neliels ķermenis Mēness lielumā, kuram jau sen vajadzēja atdzist, bet tā vietā tas plosās no karstuma uz visām pusēm. Kur ir šīs enerģijas avots?

Io vulkāniskā aktivitāte nebija pārsteigums visiem: sešus mēnešus pirms pirmās zondes pietuvošanās Jupiteram divi amerikāņu ģeofiziķi publicēja rakstu, kurā aprēķināja Jupitera plūdmaiņu ietekmi uz šo mēnesi. Tas izrādījās tik liels, ka varēja deformēt satelīta korpusu. Un deformācijas laikā vienmēr izdalās siltums. Kad paņemam auksta plastilīna gabalu un sākam to mīcīt rokās, pēc vairākām saspiešanām tas kļūst mīksts un vijīgs. Tas notiek nevis tāpēc, ka roka to uzsildīja ar savu siltumu (tas pats notiks, ja saspiedīsiet to aukstā netiklā), bet gan tāpēc, ka deformācijas rezultātā tajā tika ievietota mehāniskā enerģija, kas tika pārvērsta siltumenerģijā.

Bet kāpēc uz zemes Jupitera plūdmaiņu ietekmē mainās satelīta forma? Šķiet, ka, pārvietojoties pa apļveida orbītu un sinhroni rotējot, tāpat kā mūsu Mēness, tas kādreiz kļuva par elipsoīdu - un nav iemesla turpmākiem formas izkropļojumiem? Tomēr netālu no Io ir arī citi satelīti; tie visi izraisa tā (Io) orbītas nelielu nobīdi uz priekšu un atpakaļ: tas vai nu tuvojas Jupiteram, vai attālinās. Tas nozīmē, ka plūdmaiņu ietekme vai nu vājina, vai pastiprinās, un ķermeņa forma visu laiku mainās. Starp citu, par paisumiem Zemes cietajā ķermenī es vēl neesmu runājis: protams, arī tie pastāv, tie nav tik augsti, decimetra kārtībā. Ja jūs sēdēsit savā vietā sešas stundas, tad, pateicoties plūdmaiņām, jūs “nostaigāsit” apmēram divdesmit centimetrus attiecībā pret Zemes centru. Cilvēkiem šī vibrācija, protams, ir nemanāma, taču ģeofiziskie instrumenti to reģistrē.

Atšķirībā no cietās zemes, Io virsma katrā orbitālajā periodā svārstās ar daudzu kilometru amplitūdu. Liels daudzums deformācijas enerģijas tiek izkliedēts kā siltums un uzsilda pazemes virsmu. Starp citu, meteorītu krāteri uz tā nav redzami, jo vulkāni pastāvīgi bombardē visu virsmu ar svaigu vielu. Tiklīdz veidojas trieciena krāteris, simts gadus vēlāk tas tiek pārklāts ar blakus esošo vulkānu izvirdumu produktiem. Tie darbojas nepārtraukti un ļoti spēcīgi, un tam pievieno plaisas planētas garozā, caur kurām no dzīlēm izplūst dažādu minerālu, galvenokārt sēra, kausējums. Augstā temperatūrā tas kļūst tumšāks, tāpēc straume no krātera izskatās melna. Un vulkāna vieglā mala ir atdzesēta viela, kas krīt ap vulkānu. Uz mūsu planētas no vulkāna izmesta matērija parasti tiek palēnināta ar gaisu un nokrīt tuvu ventilācijas atverei, veidojot konusu, bet uz Io nav atmosfēras, un tā lido pa ballistisko trajektoriju tālu visos virzienos. Varbūt šis ir visspēcīgākā plūdmaiņu efekta piemērs Saules sistēmā.

Otrs Jupitera pavadonis Eiropa izskatās pēc mūsu Antarktīdas, to klāj nepārtraukta ledus garoza, vietām saplaisājusi, jo arī to kaut kas nemitīgi deformē. Tā kā šis satelīts atrodas tālāk no Jupitera, plūdmaiņu efekts šeit nav tik spēcīgs, bet tomēr diezgan jūtams. Zem šīs ledainās garozas ir šķidrs okeāns: fotogrāfijās redzamas strūklakas, kas izplūst no dažām plaisām, kas pavērušās. Paisuma spēku ietekmē okeāns plosās, un uz tā virsmas peld un saduras ledus lauki, līdzīgi kā tas notiek Ziemeļu Ledus okeānā un Antarktīdas piekrastē. Izmērītā Eiropas okeāna šķidruma elektriskā vadītspēja liecina, ka tas ir sālsūdens. Kāpēc lai tur nebūtu dzīvība? Būtu vilinoši nolaist ierīci kādā no plaisām un redzēt, kas tur dzīvo.

Patiesībā ne visas planētas satiekas. Piemēram, Enceladam, Saturna pavadonim, arī ir ledaina garoza un zem tā ir okeāns. Taču aprēķini liecina, ka ar plūdmaiņu enerģiju nepietiek, lai subglaciālais okeāns uzturētu šķidrā stāvoklī. Protams, bez plūdmaiņām jebkuram debess ķermenim ir arī citi enerģijas avoti - piemēram, bojājošie radioaktīvie elementi (urāns, torijs, kālijs), taču uz mazām planētām tiem diez vai var būt nozīmīga loma. Tas nozīmē, ka ir kaut kas, ko mēs vēl nesaprotam.

Paisuma efekts ir ārkārtīgi svarīgs zvaigznēm. Kāpēc – par to vairāk nākamajā lekcijā.

2012. gada 15. oktobris

Britu fotogrāfs Maikls Mārtens izveidoja virkni oriģinālu fotogrāfiju, kurās iemūžināta Lielbritānijas piekraste no tiem pašiem leņķiem, bet dažādos laikos. Viens šāviens paisuma laikā un viens bēguma laikā.

Tas izrādījās diezgan neparasts, un pozitīvas atsauksmes par projektu burtiski piespieda autoru sākt izdot grāmatu. Grāmata ar nosaukumu "Sea Change" tika izdota šī gada augustā un tika izdota divās valodās. Maiklam Mārtenam bija nepieciešami aptuveni astoņi gadi, lai izveidotu savu iespaidīgo fotogrāfiju sēriju. Laiks starp augstu un zemu ūdens līmeni vidēji ir nedaudz vairāk par sešām stundām. Tāpēc Maiklam katrā vietā jāpakavējas ilgāk nekā tikai dažu slēdža klikšķu laiks. Ideju izveidot šādu darbu sēriju autors bija lolojis jau ilgu laiku. Viņš meklēja, kā pārmaiņas dabā realizēt filmā, bez cilvēka ietekmes. Un es to atradu nejauši, vienā no piekrastes Skotijas ciemiem, kur pavadīju visu dienu un ķēru paisuma un bēguma laiku.

Periodiskas ūdens līmeņa svārstības (kāpumus un kritumus) ūdens apgabalos uz Zemes sauc par paisumiem.

Augstāko ūdens līmeni, kas novērots diennaktī vai pusi dienas plūdmaiņas laikā, sauc par augstu ūdens līmeni, zemāko līmeni bēguma laikā sauc par zemūdens līmeni, un brīdi, kad tiek sasniegtas šīs maksimālās līmeņa atzīmes, sauc par paisuma stāvēšanu (vai posmu). attiecīgi paisums vai bēgums. Vidējais jūras līmenis ir nosacīta vērtība, virs kuras līmeņa atzīmes atrodas paisuma un bēguma laikā un zem kuras paisuma un bēguma laikā. Tas ir lielas steidzamu novērojumu sērijas vidējais rezultāts.

Vertikālās ūdens līmeņa svārstības paisuma un bēguma laikā ir saistītas ar ūdens masu horizontālām kustībām attiecībā pret krastu. Šos procesus sarežģī vēja pieplūdums, upju notece un citi faktori. Ūdens masu horizontālās kustības piekrastes zonā sauc par paisuma (vai paisuma) straumēm, savukārt vertikālās ūdens līmeņa svārstības sauc par bēgumiem un bēgumiem. Visas parādības, kas saistītas ar bēgumiem un bēgumiem, raksturo periodiskums. Paisuma straumes periodiski maina virzienu uz pretēju, turpretim okeāna straumes, kas virzās nepārtraukti un vienvirziena, rodas atmosfēras vispārējās cirkulācijas rezultātā un aptver lielas atklātā okeāna teritorijas.

Paisums un bēgums cikliski mainās atbilstoši mainīgajiem astronomiskajiem, hidroloģiskajiem un meteoroloģiskajiem apstākļiem. Plūdmaiņu fāžu secību nosaka divi maksimumi un divi minimumi dienas ciklā.

Lai gan Saulei ir nozīmīga loma plūdmaiņu procesos, izšķirošais faktors to attīstībā ir Mēness pievilkšanās spēks. Paisuma spēku ietekmes pakāpi uz katru ūdens daļiņu neatkarīgi no tās atrašanās vietas uz zemes virsmas nosaka Ņūtona universālās gravitācijas likums.

Šis likums nosaka, ka divas materiāla daļiņas pievelk viena otru ar spēku, kas ir tieši proporcionāls abu daļiņu masu reizinājumam un apgriezti proporcionāls attāluma kvadrātam starp tām. Saprotams, ka jo lielāka ir ķermeņu masa, jo lielāks savstarpējās pievilkšanās spēks rodas starp tiem (ar tādu pašu blīvumu mazāks ķermenis radīs mazāku pievilcību nekā lielāks).

Likums arī nozīmē, ka jo lielāks attālums starp diviem ķermeņiem, jo ​​mazāka pievilcība starp tiem. Tā kā šis spēks ir apgriezti proporcionāls attāluma kvadrātam starp diviem ķermeņiem, attāluma faktoram ir daudz lielāka loma plūdmaiņu spēka lieluma noteikšanā nekā ķermeņu masām.

Zemes gravitācijas pievilcība, iedarbojoties uz Mēnesi un noturot to tuvu Zemei orbītā, ir pretēja Mēness pievilkšanās spēkam, kas tiecas virzīt Zemi uz Mēnesi un “paceļ” visus tajā esošos objektus. uz Zemes Mēness virzienā.

Punkts uz zemes virsmas, kas atrodas tieši zem Mēness, atrodas tikai 6400 km attālumā no Zemes centra un vidēji 386 063 km attālumā no Mēness centra. Turklāt Zemes masa ir 81,3 reizes lielāka par Mēness masu. Tādējādi šajā zemes virsmas punktā Zemes gravitācija, kas iedarbojas uz jebkuru objektu, ir aptuveni 300 tūkstošus reižu lielāka nekā Mēness gravitācija.

Ir izplatīts priekšstats, ka ūdens uz Zemes tieši zem Mēness paceļas Mēness virzienā, izraisot ūdens aizplūšanu no citām Zemes virsmas vietām, taču, tā kā Mēness gravitācija ir tik maza, salīdzinot ar Zemi, tas nebūtu iespējams. pietiks, lai paceltu tik daudz ūdens.milzīgs svars.
Tomēr okeāni, jūras un lielie ezeri uz Zemes, būdami lieli šķidri ķermeņi, var brīvi pārvietoties sānu pārvietošanās spēku ietekmē, un jebkura neliela tendence pārvietoties horizontāli iekustina tos. Visi ūdeņi, kas neatrodas tieši zem Mēness, ir pakļauti Mēness gravitācijas spēka komponenta darbībai, kas vērsta tangenciāli (tangenciāli) uz zemes virsmu, kā arī tā komponentei, kas vērsta uz āru, un ir pakļauta horizontālai nobīdei attiecībā pret cieto vielu. zemes garoza.

Rezultātā ūdens no blakus esošajiem zemes virsmas apgabaliem plūst uz vietu, kas atrodas zem Mēness. Rezultātā ūdens uzkrāšanās punktā zem Mēness veido paisumu. Pats paisuma vilnis atklātā okeānā ir tikai 30-60 cm augsts, taču tas ievērojami palielinās, tuvojoties kontinentu vai salu krastiem.
Sakarā ar ūdens kustību no blakus esošajiem apgabaliem uz punktu zem Mēness, attiecīgie ūdens bēgumi notiek divos citos punktos, kas atrodas no tā attāluma, kas vienāds ar ceturtdaļu no Zemes apkārtmēra. Interesanti atzīmēt, ka jūras līmeņa pazemināšanos šajos divos punktos pavada jūras līmeņa paaugstināšanās ne tikai tajā Zemes pusē, kas vērsta pret Mēnesi, bet arī pretējā pusē.

Šo faktu izskaidro arī Ņūtona likums. Divi vai vairāki objekti, kas atrodas dažādos attālumos no viena un tā paša gravitācijas avota un tāpēc ir pakļauti dažāda lieluma gravitācijas paātrinājumam, pārvietojas viens pret otru, jo smaguma centram tuvākais objekts ir visspēcīgāk piesaistīts tam.

Ūdens apakšmēness punktā piedzīvo spēcīgāku pievilkšanos uz Mēnesi nekā Zeme zem tā, bet Zeme savukārt ir spēcīgāka pret Mēnesi nekā ūdens pretējā planētas pusē. Tādējādi rodas paisuma vilnis, kuru Zemes pusē, kas vērsta pret Mēnesi, sauc par tiešo, bet pretējā pusē - reverso. Pirmais no tiem ir tikai par 5% augstāks nekā otrais.

Tā kā Mēness griežas savā orbītā ap Zemi, starp diviem secīgiem paisumiem vai diviem bēgumiem noteiktā vietā paiet aptuveni 12 stundas un 25 minūtes. Intervāls starp secīgu paisuma un bēguma kulmināciju ir apm. 6 stundas 12 minūtes 24 stundu 50 minūšu periodu starp diviem secīgiem paisumiem sauc par paisuma (vai Mēness) dienu.

Paisuma un bēguma nevienlīdzības. Plūdmaiņas procesi ir ļoti sarežģīti, un, lai tos saprastu, jāņem vērā daudzi faktori. Jebkurā gadījumā tiks noteiktas galvenās iezīmes:
1) paisuma un paisuma attīstības stadija attiecībā pret Mēness pāreju;
2) paisuma amplitūda un
3) plūdmaiņu svārstību veids vai ūdens līmeņa līknes forma.
Daudzas plūdmaiņu spēku virziena un lieluma atšķirības rada atšķirības rīta un vakara plūdmaiņu lielumā noteiktā ostā, kā arī starp vienādiem plūdmaiņiem dažādās ostās. Šīs atšķirības sauc par plūdmaiņu nevienlīdzību.

Pusdienas efekts. Parasti vienas dienas laikā, pateicoties galvenajam paisuma spēkam – Zemes griešanās ap savu asi – veidojas divi pilni paisuma cikli.

Skatoties no ekliptikas ziemeļpola, ir acīmredzams, ka Mēness griežas ap Zemi tajā pašā virzienā, kurā Zeme griežas ap savu asi – pretēji pulksteņrādītāja virzienam. Ar katru nākamo apgriezienu dots punkts uz zemes virsmas atkal ieņem pozīciju tieši zem Mēness nedaudz vēlāk nekā iepriekšējās revolūcijas laikā. Šī iemesla dēļ gan bēgums, gan bēgums katru dienu aizkavējas par aptuveni 50 minūtēm. Šo vērtību sauc par Mēness aizkavi.

Pusmēneša nevienlīdzība. Šo galveno variāciju veidu raksturo aptuveni 143/4 dienu periodiskums, kas saistīts ar Mēness griešanos ap Zemi un tā iziešanu cauri secīgām fāzēm, jo ​​īpaši sizigijas (jauni pavadoņi un pilnmēness), t.i. brīži, kad Saule, Zeme un Mēness atrodas uz vienas taisnes.

Līdz šim mēs esam pieskārušies tikai Mēness plūdmaiņu ietekmei. Saules gravitācijas lauks ietekmē arī plūdmaiņas, tomēr, lai gan Saules masa ir daudz lielāka par Mēness masu, attālums no Zemes līdz Saulei ir tik lielāks par attālumu līdz Mēnesim, ka paisuma un bēguma spēks. Saule ir mazāka par pusi no Mēness.

Tomēr, kad Saule un Mēness atrodas uz vienas taisnas līnijas vienā un tajā pašā Zemes pusē vai pretējās pusēs (jaunā mēness vai pilnmēness laikā), to gravitācijas spēki summējas, iedarbojoties pa vienu asi, un Saules paisums pārklājas ar Mēness paisumu.

Tāpat Saules pievilkšanās palielina Mēness ietekmes izraisīto bēgumu. Rezultātā plūdmaiņas kļūst augstākas un plūdmaiņas zemākas nekā tad, ja tās izraisītu tikai Mēness gravitācija. Šādas plūdmaiņas sauc par pavasara plūdmaiņām.

Kad Saules un Mēness gravitācijas spēka vektori ir savstarpēji perpendikulāri (kvadratūras laikā, t.i., kad Mēness atrodas pirmajā vai pēdējā ceturksnī), to paisuma spēki ir pretrunā, jo Saules pievilkšanās radītais paisums ir uzlikts virsū. Mēness izraisītais bēgums.

Šādos apstākļos plūdmaiņas nav tik augstas un paisumi nav tik zemi, it kā tos radītu tikai Mēness gravitācijas spēks. Šādus starpposma bēgumus un bēgumus sauc par kvadratūru.

Augstā un zemā ūdens atzīmju diapazons šajā gadījumā ir samazināts aptuveni trīs reizes, salīdzinot ar pavasara paisumu.

Mēness paralaktiskā nevienlīdzība. Paisuma augstuma svārstību periods, kas rodas Mēness paralakses dēļ, ir 271/2 dienas. Šīs nevienlīdzības iemesls ir Mēness attāluma izmaiņas no Zemes pēdējās rotācijas laikā. Mēness orbītas eliptiskās formas dēļ Mēness paisuma spēks perigejā ir par 40% lielāks nekā apogeja.

Ikdienas nevienlīdzība. Šīs nevienlīdzības periods ir 24 stundas 50 minūtes. Tās rašanās iemesli ir Zemes griešanās ap savu asi un Mēness deklinācijas izmaiņas. Kad Mēness atrodas netālu no debess ekvatora, divi paisumi noteiktā dienā (kā arī divi bēgumi) nedaudz atšķiras, un rīta un vakara augstā un zemā ūdens augstums ir ļoti tuvu. Tomēr, palielinoties Mēness ziemeļu vai dienvidu deklinācijai, viena veida rīta un vakara plūdmaiņas atšķiras pēc augstuma, un, kad Mēness sasniedz lielāko ziemeļu vai dienvidu deklināciju, šī atšķirība ir vislielākā.

Ir zināmi arī tropiskie paisumi, tā sauktie tāpēc, ka Mēness atrodas gandrīz virs ziemeļu vai dienvidu tropiem.

Diennakts nevienlīdzība būtiski neietekmē divu secīgu bēgumu augstumus Atlantijas okeānā, un pat tās ietekme uz plūdmaiņu augstumu ir neliela, salīdzinot ar kopējo svārstību amplitūdu. Tomēr Klusajā okeānā bēguma līmeņos diennakts mainīgums ir trīs reizes lielāks nekā paisuma līmeņos.

Pusgada nevienlīdzība. Tās cēlonis ir Zemes apgrieziens ap Sauli un attiecīgās Saules deklinācijas izmaiņas. Divreiz gadā vairākas dienas ekvinokcijas laikā Saule atrodas netālu no debess ekvatora, t.i. tā deklinācija ir tuvu 0. Arī Mēness atrodas netālu no debess ekvatora aptuveni vienu dienu ik pēc pusmēneša. Tādējādi ekvinokcijas laikā ir periodi, kad gan Saules, gan Mēness deklinācijas ir aptuveni vienādas ar 0. Šo divu ķermeņu pievilkšanās kopējais plūdmaiņu efekts šādos brīžos ir visvairāk pamanāms apgabalos, kas atrodas netālu no zemes ekvatora. Ja tajā pašā laikā Mēness atrodas jaunā mēness vai pilnmēness fāzē, t.s. ekvinokta pavasara plūdmaiņas.

Saules paralakses nevienlīdzība. Šīs nevienlīdzības izpausmes periods ir viens gads. Tās cēlonis ir attāluma maiņa no Zemes līdz Saulei Zemes orbitālās kustības laikā. Reizi katrā apgriezienā ap Zemi Mēness atrodas visīsākajā attālumā no tā perigejā. Reizi gadā, ap 2. janvāri, Zeme, pārvietojoties savā orbītā, arī sasniedz Saulei tuvākās tuvošanās punktu (perihēliju). Kad šie divi tuvākās tuvošanās momenti sakrīt, izraisot vislielāko neto plūdmaiņu spēku, var sagaidīt augstāku paisuma līmeni un zemāku paisuma līmeni. Tāpat, ja afēlija pāreja sakrīt ar apogeju, notiek zemāki paisumi un paisumi.

Lielākās plūdmaiņu amplitūdas. Pasaulē augstāko paisumu rada spēcīgas straumes Minas līcī Fundy līcī. Plūdmaiņu svārstības šeit raksturo normāls kurss ar pusdienas periodu. Ūdens līmenis paisuma laikā sešu stundu laikā bieži paaugstinās par vairāk nekā 12 m, bet nākamo sešu stundu laikā pazeminās par tikpat daudz. Kad pavasara paisuma ietekme, Mēness stāvoklis perigejā un maksimālā Mēness deklinācija notiek tajā pašā dienā, paisuma līmenis var sasniegt 15 m. Šo ārkārtīgi lielo plūdmaiņu svārstību amplitūdu daļēji nosaka piltuves forma. Fundy līča forma, kur dziļums samazinās un krasti tuvojas līča virsotnei. Paisuma un bēguma cēloņi, kas daudzus gadsimtus ir pastāvīgi pētīti, ir viena no tām problēmām, kas radījušas daudzas pretrunīgas teorijas pat salīdzinoši nesen

Čārlzs Darvins 1911. gadā rakstīja: "Nav vajadzības meklēt seno literatūru grotesku plūdmaiņu teoriju dēļ." Tomēr jūrniekiem izdodas izmērīt savu augumu un izmantot plūdmaiņas priekšrocības, nemaz nenojaušot par to rašanās patiesajiem cēloņiem.

Es domāju, ka mums nav pārāk daudz jāuztraucas par plūdmaiņu cēloņiem. Balstoties uz ilglaicīgiem novērojumiem, jebkuram zemes ūdeņu punktam tiek aprēķinātas īpašas tabulas, kurās norādīti ūdens pieauguma un mazuma laiki katrai dienai. Plānoju savu ceļojumu, piemēram, uz Ēģipti, kas ir slavena ar savām seklajām lagūnām, taču cenšos iepriekš saplānot, lai pilnais ūdens būtu dienas pirmajā pusē, kas ļaus pilnvērtīgi izbraukt lielāko daļu dienasgaismas stundas.
Vēl viens ar plūdmaiņām saistīts jautājums, kas interesants kaitotājiem, ir attiecības starp vēja un ūdens līmeņa svārstībām.

Tautas māņticība vēsta, ka paisuma laikā vējš pastiprinās, bet bēguma laikā kļūst skābs.
Vēja ietekme uz plūdmaiņu parādībām ir saprotamāka. Vējš no jūras spiež ūdeni uz piekrasti, paisuma augstums palielinās virs normas, bēguma laikā arī ūdens līmenis pārsniedz vidējo. Gluži pretēji, vējam pūšot no sauszemes, ūdens tiek aizdzīts no krasta, un jūras līmenis pazeminās.

Otrais mehānisms darbojas, palielinot atmosfēras spiedienu plašā ūdens apgabalā; ūdens līmenis samazinās, pievienojot atmosfēras svaru. Kad atmosfēras spiediens palielinās par 25 mm Hg. Art., ūdens līmenis pazeminās par aptuveni 33 cm Augsta spiediena zonu jeb anticiklonu parasti sauc par labu laiku, bet ne kaitniekiem. Anticiklona centrā valda miers. Atmosfēras spiediena pazemināšanās izraisa atbilstošu ūdens līmeņa paaugstināšanos. Līdz ar to straujš atmosfēras spiediena kritums apvienojumā ar viesuļvētras spēka vējiem var izraisīt ievērojamu ūdens līmeņa paaugstināšanos. Lai gan šādi viļņi tiek saukti par plūdmaiņām, tie faktiski nav saistīti ar paisuma spēku ietekmi un tiem nav plūdmaiņu parādībām raksturīgās periodiskuma.

Taču pilnīgi iespējams, ka bēgums var ietekmēt arī vēju, piemēram, ūdens līmeņa pazemināšanās piekrastes lagūnās izraisa lielāku ūdens sasilšanu, kā rezultātā samazinās temperatūras starpība starp auksto jūru un apsildāmā zeme, kas vājina brīzes efektu.

Fotoattēlu autors Maikls Mārtens