Rapport om flo og fjære av tidevann. Månens innflytelse på flo og fjære av tidevann
For to år siden var jeg på ferie ved det indiske havkysten på den fantastiske øya Ceylon. Det lille hotellet mitt lå bare 50 meter fra havet. Hver dag observerte jeg med mine egne øyne all den kraftige bevegelsen og det turbulente livet i havet. En tidlig morgen sto jeg på kysten, så på bølgene og tenkte på hva som gir styrke til en så kraftig vibrasjon av havet, dets daglige flo og fjære.
Hva gir kraft til flo og fjære
Tyngdekraften påvirker bevegelsen til alle objekter likt. Men hvis tyngdekraften forårsaker tidevann i havene, og vann forårsaker vann i Afrika, hvorfor er det da ikke tidevann i innsjøer? Hmm, hva om vi antar at alt vi vet er feil. Mange intelligente mennesker fra den vitenskapelige verden forklarer det på denne måten. Jordens tyngdekraft i punkt A er svakere enn ved punkt B. Nettoeffekten av jordens tyngdekraft strekker havet. Deretter sveller det på motsatte sider.
Ja, faktisk er fakta reelle, og det er en forskjell i månens gravitasjonskraft ved punktene A og B.
Misforståelsen ligger i forklaringen på bulene. Kanskje de ikke vises på grunn av forskjeller i attraksjon. Men årsakene er mindre åpenbare, og de blir forvirret. Det handler mer om det kumulative trykket på forskjellige steder i vannsøylen. Og månen forvandler jorden til en hydraulisk pumpe på planetarisk skala, og vannet svulmer og presser seg inn mot midten. Derfor er selv den minste innvirkning nok til at bølgebevegelsen begynner.
Litt mer om tidevann
Men jeg vil gjerne forstå hvorfor de ikke er i en annen ansamling av vann:
- i menneskekroppen (den består av 80% vann);
- i et fylt bad;
- i innsjøer;
- i kopper kaffe osv.
Mest sannsynlig på grunn av lavere trykk enn i havet og dårlig hydraulikk. I motsetning til havet er disse små ansamlinger av vann. Området til innsjøen, koppen og resten er ikke nok til at minimumstrykket på den endrer vannstanden og skaper bølger.
Store innsjøer kan skape press for mini tidevann. Men siden vind og sprut skaper store krusninger, legger vi rett og slett ikke merke til dem. Tidevann dannes overalt, de er bare veldig mikroskopiske.
Overflatenivået til hav og hav endres med jevne mellomrom, omtrent to ganger om dagen. Disse svingningene kalles flo og fjære. Under høyvann stiger havnivået gradvis og når sin høyeste posisjon. Ved lavvann synker nivået gradvis til sitt laveste nivå. Ved høyvann strømmer vann mot kysten, ved lavvann - vekk fra kysten.
Tidevannets flo og fjære blir stående. De er dannet på grunn av påvirkning av kosmiske kropper som Solen. I henhold til lovene for samhandling mellom kosmiske kropper, tiltrekker planeten vår og månen hverandre hverandre. Månens tyngdekraft er så sterk at overflaten av havet ser ut til å bøye seg mot den. Månen beveger seg rundt jorden, og en flodbølge "løper" bak den over havet. Når en bølge når kysten, er det tidevannet. Det vil gå litt tid, vannet vil følge månen og bevege seg bort fra kysten - det er lavvannet. I henhold til de samme universelle kosmiske lovene dannes også flo og fjære fra solens tiltrekning. Imidlertid er tidevannskraften til solen, på grunn av dens avstand, betydelig mindre enn månens, og hvis det ikke var noen måne, ville tidevannet på jorden vært 2,17 ganger mindre. Forklaringen på tidevannskrefter ble først gitt av Newton.
Tidevann skiller seg fra hverandre i varighet og størrelse. Oftest er det to høyvann og to lavvann i løpet av dagen. På buene og kystene i Øst- og Mellom-Amerika er det ett høyvann og ett lavvann per dag.
Størrelsen på tidevannet er enda mer variert enn deres periode. Teoretisk sett er en måne tidevann lik 0,53 m, sol - 0,24 m. Dermed bør det største tidevannet ha en høyde på 0,77 m. I det åpne hav og nær øyene er tidevannsverdien ganske nær teoretisk: på Hawaiian Øyer - 1 m , på St. Helena-øya - 1,1 m; på øyene - 1,7 m. På kontinentene varierer størrelsen på tidevannet fra 1,5 til 2 m. I innlandshavet er tidevannet svært ubetydelig: - 13 cm, - 4,8 cm. Det regnes som tidevannsløst, men nær Venezia tidevannet er opp til 1 m. De største tidevannet er følgende, registrert i:
I Fundybukta () nådde tidevannet en høyde på 16-17 m. Dette er det høyeste tidevannet i hele kloden.
I nord, i Penzhinskaya Bay, nådde tidevannshøyden 12-14 m. Dette er det høyeste tidevannet utenfor kysten av Russland. Imidlertid er tidevannstallene ovenfor unntaket snarere enn regelen. Ved de aller fleste målepunktene for tidevannsnivå er de små og overstiger sjelden 2 m.
Tidevannets betydning er svært stor for maritim navigasjon og bygging av havner. Hver flodbølge bærer en enorm mengde energi.
Det er en stigning og fall av vann. Dette er fenomenet havflod og fjære. Allerede i oldtiden la observatører merke til at tidevannet kommer en tid etter kulminasjonen av Månen på observasjonsstedet. Dessuten er tidevannet sterkest på ny- og fullmånedager, når sentrene til Månen og Solen ligger omtrent på samme rette linje.
Med dette i betraktning, forklarte I. Newton tidevannet med virkningen av tyngdekraften fra Månen og Solen, nemlig ved at forskjellige deler av Jorden tiltrekkes av Månen på forskjellige måter.
Jorden roterer rundt sin akse mye raskere enn månen roterer rundt jorden. Som et resultat beveger tidevannspukkelen (den relative posisjonen til jorden og månen er vist i figur 38) seg, en flodbølge går over jorden, og tidevannsstrømmer oppstår. Når bølgen nærmer seg kysten, øker høyden på bølgen når bunnen stiger. I indre hav er høyden på en flodbølge bare noen få centimeter, men i åpent hav når den omtrent en meter. I gunstig plasserte smale bukter øker tidevannshøyden flere ganger mer.
Friksjonen av vann mot bunnen, så vel som deformasjon av jordens solide skall, er ledsaget av frigjøring av varme, noe som fører til spredning av energi fra jord-månesystemet. Siden tidevannshumpen er mot øst, oppstår det maksimale tidevannet etter Månens klimaks, tiltrekningen av pukkelen får Månen til å akselerere og jordens rotasjon bremses ned. Månen beveger seg gradvis bort fra jorden. Faktisk viser geologiske data at i juraperioden (190-130 millioner år siden) var tidevannet mye høyere og dagene kortere. Det skal bemerkes at når avstanden til månen minker med 2 ganger, øker høyden på tidevannet 8 ganger. For tiden øker dagen med 0,00017 s per år. Så om omtrent 1,5 milliarder år vil lengden øke til 40 moderne dager. En måned vil være like lang. Som et resultat vil jorden og månen alltid vende mot hverandre med samme side. Etter dette vil månen gradvis begynne å nærme seg jorden og om ytterligere 2-3 milliarder år vil den bli revet i stykker av tidevannskrefter (hvis selvfølgelig solsystemet fortsatt eksisterer på den tiden).
Månens innflytelse på tidevannet
La oss vurdere, etter Newton, mer detaljert tidevannet forårsaket av månens tiltrekning, siden solens påvirkning er betydelig (2,2 ganger) mindre.
La oss skrive ned uttrykk for akselerasjonene forårsaket av månens tiltrekning for forskjellige punkter på jorden, og ta i betraktning at for alle legemer på et gitt punkt i rommet er disse akselerasjonene de samme. I treghetsreferansesystemet knyttet til systemets massesenter, vil akselerasjonsverdiene være:
A A = -GM / (R - r) 2, a B = GM / (R + r) 2, a O = -GM / R 2 ,
Hvor en A, en O, en B— akselerasjoner forårsaket av månens tiltrekning på punkter EN, O, B(fig. 37); M— massen av månen; r— Jordens radius; R- avstanden mellom sentrene til jorden og månen (for beregninger kan den tas lik 60 r); G- gravitasjonskonstant.
Men vi bor på jorden og utfører alle observasjoner i et referansesystem knyttet til jordens sentrum, og ikke med jordens massesenter - Månen. For å gå til dette systemet, er det nødvendig å trekke akselerasjonen til jordens sentrum fra alle akselerasjoner. Deretter
A’ A = -GM ☾ / (R - r) 2 + GM ☾ / R 2 , a' B = -GM ☾ / (R + r) 2 + GM / R 2 .
La oss utføre handlingene i parentes og ta hensyn til det r lite i forhold til R og i summer og forskjeller kan det neglisjeres. Deretter
A’ A = -GM / (R - r) 2 + GM ☾ / R 2 = GM ☾ (-2Rr + r 2) / R 2 (R - r) 2 = -2GM ☾ r / R 3 .
Akselerasjon en’EN Og en’B identisk i størrelse, motsatt i retning, hver rettet fra midten av jorden. De heter tidevannsakselerasjoner. På poeng C Og D tidevannsakselerasjoner er mindre i størrelsesorden og rettet mot jordens sentrum.
Tidevannsakselerasjoner er akselerasjoner som oppstår i en referanseramme assosiert med et legeme på grunn av det faktum at på grunn av de endelige dimensjonene til denne kroppen, tiltrekkes dens forskjellige deler ulikt av den forstyrrende kroppen. På poeng EN Og B tyngdeakselerasjonen viser seg å være mindre enn på punkter C Og D(Fig. 37). Følgelig, for at trykket på samme dybde skal være det samme (som i kommuniserende fartøy) på disse punktene, må vannet stige og danne en såkalt tidevannshump. Beregninger viser at stigningen av vann eller tidevann i det åpne hav er ca 40 cm I kystfarvann er den mye større, og rekorden er ca 18 m. Newtons teori kan ikke forklare dette.
På kysten av mange ytre hav kan du se et interessant bilde: fiskegarn er strukket langs kysten ikke langt fra vannet. Dessuten ble disse garnene ikke installert for tørking, men for å fange fisk. Holder du deg på land og ser på havet, blir alt klart. Nå begynner vannet å stige, og der det var en sandbanke for bare noen timer siden, plasker det bølger. Da vannet trakk seg tilbake, dukket det opp garn, der floket fisk glitret av skjell. Fiskerne gikk rundt garnene og fjernet fangsten. Materiale fra siden
Dette er hvordan et øyenvitne beskriver begynnelsen av tidevannet: «Vi nådde havet,» fortalte en medreisende meg. Jeg så meg forvirret rundt. Foran meg var det virkelig en strand: et spor av krusninger, det halvt nedgravde kadaveret av en sel, sjeldne drivvedbiter, skjellfragmenter. Og så var det en flat vidde... og ingen sjø. Men etter omtrent tre timer begynte den ubevegelige linjen i horisonten å puste og ble opphisset. Og nå begynte havdønningene å gnistre bak henne. Tidevannet rullet ukontrollert fremover langs den grå flaten. Bølgene overtok hverandre og rant mot land. Den ene etter den andre sank de fjerne steinene - og det er bare vann som er synlig rundt omkring. Hun kaster saltspray i ansiktet mitt. I stedet for en død slette, lever og puster vannvidden foran meg.»
Når en flodbølge kommer inn i bukten, som har en traktformet plan, ser det ut til at bredden av bukten komprimerer den, noe som får tidevannet til å øke flere ganger. Således, i Fundybukta utenfor Nord-Amerikas østkyst når tidevannshøyden 18 m. I Europa oppstår de høyeste tidevannet (opptil 13,5 meter) i Bretagne nær byen Saint-Malo.
Svært ofte kommer en flodbølge inn i elvemunningene
La oss fortsette samtalen om kreftene som virker på himmellegemer og effektene forårsaket av dette. I dag skal jeg snakke om tidevann og ikke-gravitasjonsforstyrrelser.
Hva betyr dette - "ikke-gravitasjonsforstyrrelser"? Forstyrrelser kalles vanligvis små korreksjoner til en stor hovedkraft. Det vil si at vi vil snakke om noen krefter, hvis innflytelse på et objekt er mye mindre enn gravitasjonskreftene
Hvilke andre krefter finnes i naturen enn tyngdekraften? La oss legge bort sterke og svake kjernefysiske interaksjoner; de er lokale i naturen (virker på ekstremt korte avstander). Men elektromagnetisme er som kjent mye sterkere enn tyngdekraften og strekker seg like langt – uendelig. Men siden elektriske ladninger av motsatte fortegn vanligvis er balansert, og gravitasjons-"ladningen" (hvis rollen spilles av masse) alltid er av samme fortegn, så kommer selvfølgelig tyngdekraften i forgrunnen med tilstrekkelig store masser. Så i virkeligheten vil vi snakke om forstyrrelser i bevegelsen av himmellegemer under påvirkning av et elektromagnetisk felt. Det er ingen flere alternativer, selv om det fortsatt er mørk energi, men vi vil snakke om det senere, når vi snakker om kosmologi.
Som jeg forklarte på, Newtons enkle tyngdelov F = G∙M∙m/R² er veldig praktisk å bruke i astronomi, fordi de fleste kropper har en nær sfærisk form og er tilstrekkelig langt fra hverandre, slik at de ved beregning kan erstattes av punkter - punktobjekter som inneholder hele massen. Men et legeme av begrenset størrelse, sammenlignbart med avstanden mellom nabolegemer, opplever likevel forskjellige kraftpåvirkninger i sine forskjellige deler, fordi disse delene er plassert annerledes enn tyngdekraftskildene, og dette må tas i betraktning.
Attraksjonen knuser og river fra hverandre
For å føle tidevannseffekten, la oss gjøre et tankeeksperiment populært blant fysikere: se for oss i en fritt fallende heis. Vi klipper av tauet som holder hytta og begynner å falle. Før vi faller, kan vi se hva som skjer rundt oss. Vi henger frie masser og observerer hvordan de oppfører seg. Til å begynne med faller de synkront, og vi sier at dette er vektløshet, fordi alle objektene i denne hytta og den selv føler omtrent samme akselerasjon av fritt fall.
Men over tid vil våre materielle punkter begynne å endre konfigurasjonen. Hvorfor? Fordi den nederste i begynnelsen var litt nærmere attraksjonssenteret enn den øvre, så den nedre, som tiltrekkes sterkere, begynner å overgå den øvre. Og sidepunktene forblir alltid i samme avstand fra tyngdepunktet, men når de nærmer seg det begynner de å nærme seg hverandre, fordi akselerasjoner av samme størrelse ikke er parallelle. Som et resultat deformeres systemet med ikke-tilknyttede objekter. Dette kalles tidevannseffekten.
Fra synspunktet til en observatør som har spredt korn rundt seg og ser på hvordan individuelle korn beveger seg mens hele systemet faller ned på en massiv gjenstand, kan man introdusere et slikt konsept som et felt av tidevannskrefter. La oss definere disse kreftene ved hvert punkt som vektorforskjellen mellom gravitasjonsakselerasjonen på dette punktet og akselerasjonen til observatøren eller massesenteret, og hvis vi bare tar det første leddet av utvidelsen i Taylor-serien for relativ avstand, vi vil få et symmetrisk bilde: de nærmeste kornene vil være foran observatøren, de fjerne vil ligge bak ham, dvs. systemet vil strekke seg langs aksen rettet mot det graviterende objektet, og langs retninger vinkelrett på det vil partiklene presses mot observatøren.
Hva tror du vil skje når en planet blir trukket inn i et svart hull? De som ikke har hørt på forelesninger om astronomi, tror vanligvis at et sort hull vil rive av materie bare fra overflaten som vender mot seg selv. De vet ikke at det oppstår en nesten like sterk effekt på den andre siden av en fritt fallende kropp. De. den er revet i to diametralt motsatte retninger, ikke i en i det hele tatt.
Farene ved det ytre rom
For å vise hvor viktig det er å ta hensyn til tidevannseffekten, la oss ta den internasjonale romstasjonen. Den, som alle jordsatellitter, faller fritt i et gravitasjonsfelt (hvis motorene ikke er slått på). Og feltet med tidevannskrefter rundt det er en ganske håndgripelig ting, så astronauten, når han jobber på utsiden av stasjonen, må binde seg til den, og som regel med to kabler - bare i tilfelle, du vet aldri hva som kan skje. Og hvis han befinner seg ubundet i de forholdene der tidevannskrefter trekker ham vekk fra sentrum av stasjonen, kan han lett miste kontakten med den. Dette skjer ofte med verktøy, fordi du ikke kan koble dem alle. Hvis noe faller ut av en astronauts hender, går dette objektet i det fjerne og blir en uavhengig satellitt av jorden.
Arbeidsplanen for ISS inkluderer tester i verdensrommet av en personlig jetpack. Og når motoren hans svikter, bærer tidevannskrefter astronauten bort, og vi mister ham. Navnene på de savnede er hemmeligstemplet.
Dette er selvfølgelig en spøk: Heldigvis har en slik hendelse ikke skjedd ennå. Men dette kan godt skje! Og kanskje en dag vil det skje.
Planet-hav
La oss gå tilbake til jorden. Dette er det mest interessante objektet for oss, og tidevannskreftene som virker på det merkes ganske merkbart. Fra hvilke himmellegemer virker de? Den viktigste er månen, fordi den er nær. Den nest største innvirkningen er solen, fordi den er massiv. De andre planetene har også en viss innflytelse på jorden, men det er knapt merkbart.
For å analysere ytre gravitasjonspåvirkninger på jorden, er den vanligvis representert som en solid ball dekket med et flytende skall. Dette er en god modell, siden planeten vår faktisk har et mobilt skall i form av hav og atmosfære, og alt annet er ganske solid. Selv om jordskorpen og de indre lagene har begrenset stivhet og er litt utsatt for tidevannspåvirkning, kan deres elastiske deformasjon neglisjeres når man beregner effekten på havet.
Hvis vi tegner tidevannskraftvektorer i jordens massesentersystem, får vi følgende bilde: feltet med tidevannskrefter trekker havet langs jord-måne-aksen, og i et plan vinkelrett på det presser det til midten av jorden . Dermed har planeten (i det minste det bevegelige skallet) en tendens til å ta form av en ellipsoide. I dette tilfellet vises to buler (de kalles tidevannspukler) på motsatte sider av kloden: den ene vender mot månen, den andre vender bort fra månen, og i stripen mellom dem vises en tilsvarende "bule" (mer presist , overflaten av havet der har mindre krumning).
En mer interessant ting skjer i gapet - der tidevannskraftvektoren prøver å flytte væskeskallet langs jordoverflaten. Og dette er naturlig: Hvis du vil heve havet på ett sted, og senke det et annet sted, må du flytte vannet derfra og hit. Og mellom dem driver tidevannskrefter vannet til "sublunar point" og til "anti-lunar point."
Å kvantifisere tidevannseffekten er veldig enkelt. Jordens tyngdekraft prøver å gjøre havet sfærisk, og tidevannsdelen av måne- og solpåvirkningen prøver å strekke det langs sin akse. Hvis vi lot Jorden være i fred og lot den falle fritt ned på Månen, ville høyden på bulen nå omtrent en halv meter, dvs. Havet stiger bare 50 cm over gjennomsnittsnivået. Seiler du på et skip på åpent hav eller hav, merkes ikke en halv meter. Dette kalles statisk tidevann.
I nesten hver eksamen møter jeg en student som selvsikkert hevder at tidevannet bare skjer på den ene siden av jorden – den som vender mot Månen. Som regel er dette hva en jente sier. Men det skjer, om enn sjeldnere, at unge menn tar feil i denne saken. Samtidig har jenter generelt en dypere kunnskap om astronomi. Det ville vært interessant å finne ut årsaken til denne "tidevanns-kjønns"-asymmetrien.Men for å lage en halvmeters bule ved sublunar-punktet, må du destillere en stor mengde vann her. Men jordoverflaten forblir ikke ubevegelig, den roterer raskt i forhold til månens og solens retning, og gjør en hel omdreining på en dag (og månen beveger seg sakte i bane - en omdreining rundt jorden på nesten en måned). Derfor løper tidevannshumpen hele tiden langs havoverflaten, slik at jordens faste overflate er under tidevannspukkelen 2 ganger per dag og 2 ganger under tidevannsfallet i havnivået. La oss anslå: 40 tusen kilometer (lengden på jordens ekvator) per dag, det er 463 meter per sekund. Dette betyr at denne halvmetersbølgen, som en minitsunami, treffer østkysten av kontinentene i ekvatorregionen i oversonisk hastighet. På våre breddegrader når hastigheten 250-300 m/s - også ganske mye: selv om bølgen ikke er særlig høy, kan den på grunn av treghet skape en stor effekt.
Det andre objektet når det gjelder innflytelse på jorden er solen. Den er 400 ganger lenger unna oss enn månen, men 27 millioner ganger mer massiv. Derfor er effektene fra Månen og fra Solen sammenlignbare i størrelsesorden, selv om Månen fortsatt virker litt sterkere: gravitasjonseffekten fra Solen er omtrent halvparten så svak som fra Månen. Noen ganger er deres innflytelse kombinert: dette skjer på en nymåne, når månen passerer mot solens bakgrunn, og på en fullmåne, når månen er på motsatt side fra solen. På disse dagene – når Jorden, Månen og Solen står på linje, og dette skjer annenhver uke – er den totale tidevannseffekten halvannen ganger større enn fra Månen alene. Og etter en uke passerer månen en fjerdedel av sin bane og befinner seg i kvadratur med solen (en rett vinkel mellom retningene på dem), og deretter svekker deres innflytelse hverandre. I gjennomsnitt varierer tidevannshøyden i åpent hav fra en kvart meter til 75 centimeter.
Sjømenn har kjent tidevann i lang tid. Hva gjør kapteinen når skipet går på grunn? Hvis du har lest haveventyrromaner, så vet du at han umiddelbart ser på hvilken fase Månen er i og venter på neste fullmåne eller nymåne. Da kan det maksimale tidevannet løfte skipet og flyte det på nytt.
Kystproblemer og funksjoner
Tidevann er spesielt viktig for havnearbeidere og for sjømenn som er i ferd med å bringe skipet sitt inn eller ut av havn. Som regel oppstår problemet med grunt vann nær kysten, og for å forhindre at det forstyrrer bevegelsen til skip, graves undervannskanaler - kunstige fairways - for å komme inn i bukten. Dybden deres bør ta hensyn til høyden på maksimalt lavvann.
Hvis vi ser på høyden på tidevannet på et tidspunkt og tegner linjer med like vannhøyder på kartet, vil vi få konsentriske sirkler med sentre på to punkter (undermåne og motmåne), der tidevannet er maksimalt . Hvis månens baneplan falt sammen med planet til jordens ekvator, ville disse punktene alltid bevege seg langs ekvator og ville gjøre en hel omdreining per dag (mer presist, i 24ʰ 50ᵐ 28ˢ). Månen beveger seg imidlertid ikke i dette planet, men nær ekliptikkplanet, i forhold til hvilket ekvator skråner 23,5 grader. Derfor "vandrer" også undermånepunktet langs breddegraden. Således, i samme havn (dvs. på samme breddegrad), endres høyden på det maksimale tidevannet, som gjentas hver 12,5 time, i løpet av dagen avhengig av Månens orientering i forhold til Jordens ekvator.
Denne "bagatellen" er viktig for teorien om tidevann. La oss se på nytt: Jorden roterer rundt sin akse, og månebanens plan er tilbøyelig mot den. Derfor "løper" hver havn rundt jordens pol i løpet av dagen, når den faller inn i området med høyeste tidevann, og etter 12,5 timer - igjen inn i tidevannsområdet, men mindre høyt. De. to tidevann i løpet av dagen er ikke like høye. Den ene er alltid større enn den andre, fordi månebanens plan ikke ligger i planet til jordens ekvator.
For kystbeboere er tidevannseffekten avgjørende. For eksempel er det i Frankrike en som er forbundet med fastlandet med en asfaltvei lagt langs bunnen av sundet. Det bor mange mennesker på øya, men de kan ikke bruke denne veien mens havnivået er høyt. Denne veien kan kun kjøres to ganger om dagen. Folk kjører opp og venter på lavvann, når vannstanden synker og veien blir tilgjengelig. Folk reiser til og fra jobb på kysten ved hjelp av en spesiell tidevannstabell som publiseres for hver kystbygd. Dersom dette fenomenet ikke tas i betraktning, kan vann overvelde en fotgjenger underveis. Turister kommer rett og slett dit og går rundt for å se på bunnen av havet når det ikke er vann. Og lokale innbyggere samler noe fra bunnen, noen ganger til og med til mat, d.v.s. i hovedsak mater denne effekten folk.
Livet kom ut av havet takket være flo og fjære fra tidevannet. Som et resultat av lavvannet befant noen kystdyr seg på sanden og ble tvunget til å lære å puste oksygen direkte fra atmosfæren. Hvis det ikke var noen måne, ville livet kanskje ikke kommet ut av havet så aktivt, fordi det er bra der på alle måter - et termostatisk miljø, vektløshet. Men hvis du plutselig befant deg på land, måtte du på en eller annen måte overleve.
Kysten, spesielt hvis den er flat, er sterkt utsatt ved lavvann. Og for en stund mister folk muligheten til å bruke vannscooteren sin, mens de ligger hjelpeløst som hvaler på kysten. Men det er noe nyttig i dette, for lavvannsperioden kan brukes til å reparere skip, spesielt i en eller annen bukt: Skipene seilte, så gikk vannet bort, og de kan repareres på dette tidspunktet.
For eksempel er det Bay of Fundy på østkysten av Canada, som sies å ha det høyeste tidevannet i verden: Vannstandsfallet kan nå 16 meter, noe som regnes som rekord for havvann på jorden. Sjømenn har tilpasset seg denne egenskapen: under høyvann bringer de skipet til kysten, styrker det, og når vannet går bort, henger skipet, og bunnen kan tettes.
Folk har lenge begynt å overvåke og regelmessig registrere øyeblikkene og egenskapene til høyvann for å lære å forutsi dette fenomenet. Snart oppfunnet tidevannsmåler- en enhet der en flottør beveger seg opp og ned avhengig av havnivået, og avlesningene tegnes automatisk på papir i form av en graf. Målemidlene har forresten knapt endret seg siden de første observasjonene og frem til i dag.
Basert på et stort antall hydrografregistreringer prøver matematikere å lage en teori om tidevann. Hvis du har en langsiktig registrering av en periodisk prosess, kan du dekomponere den til elementære harmoniske - sinusoider med forskjellige amplituder med flere perioder. Og deretter, etter å ha bestemt parametrene til harmonikkene, utvide den totale kurven inn i fremtiden og lage tidevannstabeller på dette grunnlaget. I dag publiseres slike tabeller for hver havn på jorden, og enhver kaptein som skal inn i en havn tar en tabell for ham og ser når det vil være tilstrekkelig vannstand for skipet hans.
Den mest kjente historien knyttet til prediktive beregninger fant sted under andre verdenskrig: i 1944 skulle våre allierte - britene og amerikanerne - åpne en andre front mot Nazi-Tyskland, for dette var det nødvendig å lande på den franske kysten. Den nordlige kysten av Frankrike er veldig ubehagelig i denne forbindelse: kysten er bratt, 25-30 meter høy, og havbunnen er ganske grunt, så skip kan bare nærme seg kysten i tider med maksimal tidevann. Hvis de gikk på grunn, ville de rett og slett bli skutt fra kanoner. For å unngå dette ble det laget en spesiell mekanisk (det fantes ingen elektroniske ennå) datamaskin. Hun utførte Fourier-analyse av tidsserier på havnivå ved bruk av trommer som roterte med sin egen hastighet, som en metallkabel gikk gjennom, som oppsummerte alle vilkårene i Fourier-serien, og en fjær koblet til kabelen plottet en graf av tidevannshøyde versus tid. Dette var topphemmelig arbeid som i stor grad fremmet teorien om tidevann fordi det var mulig å forutsi med tilstrekkelig nøyaktighet øyeblikket for det høyeste tidevannet, takket være hvilke tunge militærtransportskip svømte over Den engelske kanal og satte tropper i land. Slik reddet matematikere og geofysikere livet til mange mennesker.
Noen matematikere prøver å generalisere dataene på planetarisk skala, og prøver å lage en enhetlig teori om tidevann, men å sammenligne registreringer gjort på forskjellige steder er vanskelig fordi jorden er så uregelmessig. Det er bare i null-tilnærmingen at et enkelt hav dekker hele overflaten av planeten, men i virkeligheten er det kontinenter og flere svakt forbundet hav, og hvert hav har sin egen frekvens av naturlige svingninger.
Tidligere diskusjoner om havnivåsvingninger under påvirkning av månen og solen gjaldt åpne havrom, hvor tidevannsakselerasjonen varierer mye fra kyst til kyst. Og i lokale vannforekomster - for eksempel innsjøer - kan tidevannet skape en merkbar effekt?
Det ser ut til at det ikke burde være det, for på alle punkter av innsjøen er tidevannsakselerasjonen omtrent den samme, forskjellen er liten. For eksempel, i sentrum av Europa er det Genfersjøen, den er bare rundt 70 km lang og er på ingen måte forbundet med havene, men folk har lenge lagt merke til at det er betydelige daglige svingninger i vannet der. Hvorfor oppstår de?
Ja, tidevannskraften er ekstremt liten. Men hovedsaken er at den er vanlig, d.v.s. opererer med jevne mellomrom. Alle fysikere kjenner til effekten som, når en kraft påføres periodisk, noen ganger forårsaker en økt amplitude av svingninger. For eksempel tar du en skål suppe fra kafeteriaen og... Dette betyr at frekvensen av trinnene dine er i resonans med de naturlige vibrasjonene til væsken i platen. Når vi legger merke til dette, endrer vi farten på gange - og suppen "roer seg". Hver vannmasse har sin egen grunnleggende resonansfrekvens. Og jo større størrelsen på reservoaret er, jo lavere er frekvensen av naturlige vibrasjoner av væsken i den. Så Genfersjøens egen resonansfrekvens viste seg å være et multiplum av tidevannsfrekvensen, og en liten tidevannspåvirkning "løser" Genfersjøen slik at nivået på bredden endres ganske merkbart. Disse langvarige stående bølgene som oppstår i lukkede vannmasser kalles seiches.
Tidevannsenergi
Nå for tiden prøver de å koble en av de alternative energikildene med tidevannseffekten. Som sagt er hovedeffekten av tidevann ikke at vannet stiger og synker. Hovedeffekten er en tidevannsstrøm som beveger vann rundt hele planeten på en dag.
På grunne steder er denne effekten svært viktig. I New Zealand-området risikerer ikke kapteiner engang å lede skip gjennom enkelte sund. Seilbåter har aldri klart å komme seg gjennom der, og selv moderne skip har problemer med å komme seg gjennom der, fordi bunnen er grunn og tidevannsstrømmer har enorm fart.
Men siden vannet renner, kan denne kinetiske energien brukes. Og det er allerede bygget kraftverk, der turbiner roterer frem og tilbake på grunn av tidevannsstrømmer. De er ganske funksjonelle. Det første tidevannskraftverket (TPP) ble laget i Frankrike, det er fortsatt det største i verden, med en kapasitet på 240 MW. Sammenlignet med et vannkraftverk er det selvfølgelig ikke så bra, men det betjener de nærmeste landlige områdene.
Jo nærmere polen, jo lavere er tidevannsbølgens hastighet, derfor er det ingen kyster i Russland som vil ha veldig kraftig tidevann. Generelt har vi få utløp til havet, og kysten av Polhavet er ikke spesielt lønnsom for å bruke tidevannsenergi, også fordi tidevannet driver vann fra øst til vest. Men det er fortsatt steder som passer for PES, for eksempel Kislaya Bay.
Faktum er at i bukter skaper tidevannet alltid en større effekt: bølgen løper opp, suser inn i bukten, og den smalner, smalner - og amplituden øker. En lignende prosess skjer som om en pisk var sprukket: til å begynne med går den lange bølgen sakte langs pisken, men deretter avtar massen til den delen av pisken som er involvert i bevegelsen, så hastigheten øker (impuls mv er bevart!) og når supersonisk i den smale enden, som et resultat av at vi hører et klikk.
Ved å lage den eksperimentelle Kislogubskaya TPP med lav effekt, prøvde kraftingeniører å forstå hvor effektivt tidevann på sirkumpolare breddegrader kan brukes til å produsere elektrisitet. Det gir lite økonomisk mening. Men nå er det et prosjekt for en veldig kraftig russisk TPP (Mezenskaya) – for 8 gigawatt. For å oppnå denne kolossale kraften er det nødvendig å sperre av en stor bukt som skiller Hvitehavet fra Barentshavet med en demning. Riktignok er det høyst tvilsomt at dette blir gjort så lenge vi har olje og gass.
Tidevannets fortid og fremtid
Forresten, hvor kommer tidevannsenergien fra? Turbinen snurrer, elektrisitet genereres, og hvilket objekt mister energi?
Siden kilden til tidevannsenergi er jordens rotasjon, hvis vi trekker fra den, betyr det at rotasjonen må bremses ned. Det ser ut til at jorden har interne energikilder (varme fra dypet kommer fra geokjemiske prosesser og nedbrytning av radioaktive elementer), og det er noe som kan kompensere for tapet av kinetisk energi. Dette er sant, men energistrømmen, som sprer seg i gjennomsnitt nesten jevnt i alle retninger, kan neppe påvirke vinkelmomentet vesentlig og endre rotasjonen.
Hvis jorden ikke roterte, ville tidevannspuklene peke nøyaktig i retning av Månen og motsatt retning. Men når den roterer, bærer jordens kropp dem fremover i rotasjonsretningen - og det oppstår en konstant divergens mellom tidevannstoppen og undermånepunktet på 3-4 grader. Hva fører dette til? Pukkelen som er nærmere månen tiltrekkes sterkere av den. Denne gravitasjonskraften har en tendens til å bremse jordens rotasjon. Og den motsatte pukkelen er lenger fra månen, den prøver å få fart på rotasjonen, men tiltrekkes svakere, så det resulterende kraftmomentet har en bremseeffekt på jordens rotasjon.
Så planeten vår reduserer stadig rotasjonshastigheten (men ikke helt regelmessig, i hopp, noe som skyldes særegenhetene ved masseoverføring i havene og atmosfæren). Hvilken effekt har jordens tidevann på månen? Den nære tidevannsbulen trekker Månen med seg, mens den fjernere tvert imot bremser den. Den første kraften er større, som et resultat av at månen akselererer. Husk nå fra forrige forelesning, hva skjer med en satellitt som blir tvangstrukket fremover i bevegelse? Når energien øker, beveger den seg bort fra planeten og dens vinkelhastighet avtar fordi baneradiusen øker. Forresten, en økning i revolusjonsperioden til månen rundt jorden ble lagt merke til tilbake på Newtons tid.
Når vi snakker i tall, beveger månen seg bort fra oss med omtrent 3,5 cm per år, og lengden på jordens dag øker med en hundredels sekund hvert hundre år. Det virker som tull, men husk at jorden har eksistert i milliarder av år. Det er lett å regne ut at i dinosaurenes tid var det omtrent 18 timer i døgnet (de nåværende timene, selvfølgelig).
Når månen beveger seg bort, blir tidevannskreftene mindre. Men det beveget seg alltid bort, og hvis vi ser inn i fortiden, vil vi se det før månen var nærmere jorden, noe som betyr at tidevannet var høyere. Du kan for eksempel forstå at i den arkeiske tiden, for 3 milliarder år siden, var tidevannet kilometer høyt.
Tidevannsfenomener på andre planeter
Selvfølgelig forekommer de samme fenomenene i systemene til andre planeter med satellitter. Jupiter, for eksempel, er en veldig massiv planet med et stort antall satellitter. De fire største satellittene (de kalles Galilean fordi Galileo oppdaget dem) er ganske betydelig påvirket av Jupiter. Den nærmeste av dem, Io, er fullstendig dekket av vulkaner, blant dem er det mer enn femti aktive, og de avgir "ekstra" materie 250-300 km oppover. Denne oppdagelsen var ganske uventet: det er ingen slike kraftige vulkaner på jorden, men her er en liten kropp på størrelse med Månen, som burde ha kjølt seg ned for lenge siden, men i stedet sprenger den av varme i alle retninger. Hvor er kilden til denne energien?
Ios vulkanske aktivitet var ikke en overraskelse for alle: seks måneder før den første sonden nærmet seg Jupiter, publiserte to amerikanske geofysikere en artikkel der de beregnet Jupiters tidevannspåvirkning på denne månen. Den viste seg å være så stor at den kunne deformere satellittens kropp. Og under deformasjon frigjøres alltid varme. Når vi tar et stykke kald plastelina og begynner å elte det i hendene, blir det etter flere kompresjoner mykt og smidig. Dette skjer ikke fordi hånden varmet det opp med varmen (det samme vil skje hvis du klemmer det i en kald skrustikke), men fordi deformasjonen la mekanisk energi inn i den, som ble omdannet til termisk energi.
Men hvorfor i all verden endres formen på satellitten under påvirkning av tidevannet fra Jupiter? Det ser ut til at den beveger seg i en sirkulær bane og roterer synkront, som månen vår, en gang ble en ellipsoide - og det er ingen grunn til påfølgende forvrengninger av formen? Imidlertid er det også andre satellitter i nærheten av Io; alle får dens (Io) bane til å skifte litt frem og tilbake: den nærmer seg enten Jupiter eller beveger seg bort. Dette betyr at tidevannspåvirkningen enten svekkes eller intensiveres, og kroppens form endres hele tiden. Forresten, jeg har ennå ikke snakket om tidevann i jordens faste kropp: selvfølgelig eksisterer de også, de er ikke så høye, i størrelsesorden en desimeter. Hvis du sitter på plassen din i seks timer, vil du, takket være tidevannet, "gå" omtrent tjue centimeter i forhold til jordens sentrum. Denne vibrasjonen er selvfølgelig umerkelig for mennesker, men geofysiske instrumenter registrerer den.
I motsetning til den faste jorden, svinger overflaten til Io med en amplitude på mange kilometer i løpet av hver omløpsperiode. En stor mengde deformasjonsenergi spres som varme og varmer opp undergrunnen. Forresten, meteorittkratere er ikke synlige på den, fordi vulkaner konstant bombarderer hele overflaten med fersk materie. Så snart et nedslagskrater er dannet, er det hundre år senere dekket med produkter fra utbrudd fra nabovulkaner. De jobber kontinuerlig og veldig kraftig, og til dette kommer brudd i jordskorpen, gjennom hvilke en smelte av forskjellige mineraler, hovedsakelig svovel, strømmer fra dypet. Ved høye temperaturer mørkner det, så strømmen fra krateret ser svart ut. Og den lette kanten av vulkanen er det avkjølte stoffet som faller rundt vulkanen. På planeten vår blir materie som kastes ut fra en vulkan vanligvis bremset av luft og faller nær ventilen og danner en kjegle, men på Io er det ingen atmosfære, og den flyr langs en ballistisk bane langt i alle retninger. Kanskje er dette et eksempel på den kraftigste tidevannseffekten i solsystemet.
Den andre satellitten til Jupiter, Europa, ser alle ut som Antarktis, den er dekket med en kontinuerlig isskorpe, sprukket noen steder, fordi noe stadig deformerer den også. Siden denne satellitten er lenger unna Jupiter, er tidevannseffekten her ikke så sterk, men likevel ganske merkbar. Under denne isete skorpen er et flytende hav: fotografiene viser fontener som fosser ut av noen av sprekkene som har åpnet seg. Under påvirkning av tidevannskrefter raser havet, og isfeltene flyter og kolliderer på overflaten, omtrent som vi har i Polhavet og utenfor kysten av Antarktis. Den målte elektriske ledningsevnen til Europas havvæske indikerer at det er saltvann. Hvorfor skulle det ikke være liv der? Det ville være fristende å senke en enhet ned i en av sprekkene og se hvem som bor der.
Faktisk er det ikke alle planeter som møtes. For eksempel har Enceladus, en måne til Saturn, også en isete skorpe og et hav under. Men beregninger viser at tidevannsenergi ikke er nok til å opprettholde det subglasiale havet i flytende tilstand. Selvfølgelig, i tillegg til tidevann, har ethvert himmellegeme andre energikilder - for eksempel råtnende radioaktive elementer (uran, thorium, kalium), men på små planeter kan de neppe spille en betydelig rolle. Dette betyr at det er noe vi ikke forstår ennå.
Tidevannseffekten er ekstremt viktig for stjerner. Hvorfor – mer om dette i neste forelesning.
15. oktober 2012
Den britiske fotografen Michael Marten laget en serie originale fotografier som fanger kysten av Storbritannia fra samme vinkler, men til forskjellige tider. Ett skudd ved høyvann og ett ved lavvann.
Det viste seg å være ganske uvanlig, og positive anmeldelser av prosjektet tvang bokstavelig talt forfatteren til å begynne å publisere boken. Boken, kalt «Sea Change», kom ut i august i år og ble utgitt på to språk. Det tok Michael Marten omtrent åtte år å lage sin imponerende serie med fotografier. Tiden mellom høyt og lavt vann er i gjennomsnitt i overkant av seks timer. Derfor må Michael dvele på hvert sted lenger enn bare noen få lukkerklikk. Forfatteren hadde pleiet ideen om å lage en serie slike verk i lang tid. Han lette etter hvordan man kunne realisere endringer i naturen på film, uten menneskelig påvirkning. Og jeg fant den ved en tilfeldighet, i en av de skotske kystlandsbyene, hvor jeg tilbrakte hele dagen og fanget tiden med høy- og lavvann.
Periodiske svingninger i vannstanden (stigninger og fall) i vannområder på jorden kalles tidevann.
Den høyeste vannstanden som er observert i løpet av en dag eller en halv dag under høyvann kalles høyvann, det laveste nivået under lavvann kalles lavvann, og øyeblikket for å nå disse maksimumsnivåmerkene kalles stående (eller etappe) av høyvann henholdsvis tidevann eller lavvann. Gjennomsnittlig havnivå er en betinget verdi, over hvilken nivåmerkene er plassert ved høyvann, og under ved lavvann. Dette er et resultat av gjennomsnittlig store serier av presserende observasjoner.
Vertikale svingninger i vannstanden ved høy- og lavvann er knyttet til horisontale bevegelser av vannmasser i forhold til land. Disse prosessene er komplisert av vindstøt, elveavrenning og andre faktorer. Horisontale bevegelser av vannmasser i kystsonen kalles tidevanns (eller tidevanns)strømmer, mens vertikale svingninger i vannstanden kalles flo og flod. Alle fenomener knyttet til flo og fjære er preget av periodisitet. Tidevannsstrømmer endrer periodisk retning til det motsatte, i motsetning til dette er havstrømmer, som beveger seg kontinuerlig og ensrettet, forårsaket av atmosfærens generelle sirkulasjon og dekker store områder av det åpne hav.
Høy- og lavvann veksler syklisk i samsvar med skiftende astronomiske, hydrologiske og meteorologiske forhold. Rekkefølgen av tidevannsfaser bestemmes av to maksima og to minima i den daglige syklusen.
Selv om solen spiller en betydelig rolle i tidevannsprosesser, er den avgjørende faktoren i deres utvikling Månens gravitasjonskraft. Graden av påvirkning av tidevannskrefter på hver vannpartikkel, uavhengig av dens plassering på jordoverflaten, bestemmes av Newtons lov om universell gravitasjon.
Denne loven sier at to materielle partikler tiltrekker hverandre med en kraft direkte proporsjonal med produktet av massene til begge partiklene og omvendt proporsjonal med kvadratet på avstanden mellom dem. Det er forstått at jo større massen til kroppene er, desto større kraft av gjensidig tiltrekning som oppstår mellom dem (med samme tetthet vil en mindre kropp skape mindre tiltrekning enn en større).
Loven betyr også at jo større avstand det er mellom to kropper, jo mindre tiltrekning mellom dem. Siden denne kraften er omvendt proporsjonal med kvadratet på avstanden mellom to legemer, spiller avstandsfaktoren en mye større rolle i å bestemme størrelsen på tidevannskraften enn massene til legene.
Jordens gravitasjonstiltrekning, som virker på månen og holder den i bane nær jorden, er motsatt av tiltrekningskraften til jorden av månen, som har en tendens til å bevege jorden mot månen og "løfter" alle objekter som befinner seg på jorden i retning av månen.
Punktet på jordoverflaten som ligger rett under Månen er bare 6 400 km fra jordens sentrum og i gjennomsnitt 386 063 km fra Månens sentrum. I tillegg er jordens masse 81,3 ganger månens masse. Således, på dette punktet på jordoverflaten, er jordens tyngdekraft som virker på ethvert objekt omtrent 300 tusen ganger større enn månens tyngdekraft.
Det er en vanlig idé at vann på jorden rett under månen stiger i retning av månen, og får vann til å strømme bort fra andre steder på jordoverflaten, men siden månens tyngdekraft er så liten sammenlignet med jordens, ville det ikke være nok til å løfte så mye vann. enorm vekt.
Havene, hav og store innsjøer på jorden, som er store flytende kropper, er imidlertid frie til å bevege seg under påvirkning av sideforskyvningskrefter, og enhver liten tendens til å bevege seg horisontalt setter dem i bevegelse. Alt vann som ikke er direkte under månen er utsatt for påvirkningen av komponenten av månens gravitasjonskraft rettet tangentielt (tangensielt) til jordoverflaten, så vel som dens komponent rettet utover, og er utsatt for horisontal forskyvning i forhold til faststoffet jordskorpen.
Som et resultat strømmer vann fra tilstøtende områder av jordens overflate mot et sted som ligger under månen. Den resulterende ansamlingen av vann på et punkt under månen danner et tidevann der. Selve tidevannsbølgen i det åpne hav har en høyde på bare 30-60 cm, men den øker betydelig når den nærmer seg kysten av kontinenter eller øyer.
På grunn av bevegelsen av vann fra nærliggende områder mot et punkt under månen, oppstår tilsvarende ebbe av vann på to andre punkter fjernet fra den i en avstand lik en fjerdedel av jordens omkrets. Det er interessant å merke seg at nedgangen i havnivået på disse to punktene er ledsaget av en økning i havnivået, ikke bare på den siden av jorden som vender mot Månen, men også på den motsatte siden.
Dette faktum er også forklart av Newtons lov. To eller flere objekter som befinner seg i forskjellige avstander fra den samme tyngdekraftskilden og derfor utsatt for tyngdeakselerasjonen av forskjellige størrelser, beveger seg i forhold til hverandre, siden objektet nærmest tyngdepunktet er sterkest tiltrukket av det.
Vann ved det undermånelige punktet opplever et sterkere trekk mot månen enn jorden under det, men jorden har i sin tur et sterkere trekk mot månen enn vann på motsatt side av planeten. Dermed oppstår en flodbølge, som på den siden av jorden som vender mot Månen kalles direkte, og på motsatt side - omvendt. Den første av dem er bare 5 % høyere enn den andre.
På grunn av Månens rotasjon i sin bane rundt jorden, går det omtrent 12 timer og 25 minutter mellom to påfølgende høyvann eller to lavvann på et gitt sted. Intervallet mellom klimaksene for påfølgende høy- og lavvann er ca. 6 timer 12 minutter Perioden på 24 timer og 50 minutter mellom to påfølgende tidevann kalles en tidevanns- (eller månedag).
Tidevannsulikheter. Tidevannsprosesser er svært komplekse og mange faktorer må tas i betraktning for å forstå dem. I alle fall vil hovedfunksjonene bli bestemt:
1) utviklingsstadiet av tidevannet i forhold til månens gang;
2) tidevannsamplitude og
3) typen tidevannssvingninger, eller formen på vannstandskurven.
Tallrike variasjoner i retning og størrelse på tidevannskrefter gir opphav til forskjeller i størrelsen på morgen- og kveldstidevann i en gitt havn, samt mellom samme tidevann i forskjellige havner. Disse forskjellene kalles tidevannsulikheter.
Halvdaglig effekt. Vanligvis i løpet av en dag, på grunn av den viktigste tidevannskraften - rotasjonen av jorden rundt sin akse - dannes to komplette tidevannssykluser.
Sett fra ekliptikkens nordpol er det tydelig at månen roterer rundt jorden i samme retning som jorden roterer rundt sin akse - mot klokken. Ved hver påfølgende omdreining inntar et gitt punkt på jordoverflaten igjen en posisjon rett under Månen noe senere enn under forrige omdreining. Av denne grunn er både flo og fjære forsinket med omtrent 50 minutter hver dag. Denne verdien kalles måneforsinkelse.
Halvmåneders ulikhet. Denne hovedtypen av variasjon er preget av en periodisitet på omtrent 143/4 dager, som er assosiert med månens rotasjon rundt jorden og dens passasje gjennom påfølgende faser, spesielt syzygier (nymåner og fullmåner), dvs. øyeblikk når solen, jorden og månen befinner seg på samme rette linje.
Så langt har vi bare berørt månens tidevannspåvirkning. Solens gravitasjonsfelt påvirker også tidevannet, men selv om solens masse er mye større enn månens masse, er avstanden fra jorden til solen så større enn avstanden til månen at tidevannskraften av solen er mindre enn halvparten av månen.
Men når solen og månen er på samme rette linje, enten på samme side av jorden eller på motsatte sider (under nymåne eller fullmåne), legger deres gravitasjonskrefter seg sammen, og virker langs samme akse, og soltidevann overlapper med månens tidevann.
På samme måte øker tiltrekningen av solen ebben forårsaket av månens påvirkning. Som et resultat blir tidevannet høyere og tidevannet lavere enn om de bare var forårsaket av Månens tyngdekraft. Slike tidevann kalles springflo.
Når gravitasjonskraftvektorene til solen og månen er vinkelrett på hverandre (i kvadraturer, dvs. når månen er i første eller siste kvartal), er tidevannskreftene deres motstridende, siden tidevannet forårsaket av solens tiltrekning er overlagret på ebbe forårsaket av månen.
Under slike forhold er tidevannet ikke så høyt og tidevannet er ikke så lavt som om det bare skyldtes Månens gravitasjonskraft. Slike mellomliggende flo og flo kalles kvadratur.
Rekkevidden av høy- og lavvannsmerker er i dette tilfellet redusert med omtrent tre ganger sammenlignet med springflo.
Måneparallaktisk ulikhet. Perioden med fluktuasjoner i tidevannshøyder, som oppstår på grunn av måneparallaksen, er 271/2 dager. Årsaken til denne ulikheten er endringen i avstanden til månen fra jorden under sistnevntes rotasjon. På grunn av den elliptiske formen til månebanen er månens tidevannskraft ved perigeum 40 % høyere enn ved apogeum.
Daglig ulikhet. Perioden for denne ulikheten er 24 timer 50 minutter. Årsakene til dens forekomst er jordens rotasjon rundt sin akse og en endring i månens deklinasjon. Når Månen er nær himmelekvator, skiller de to høyvannene på en gitt dag (så vel som de to lavvannene) seg litt, og høydene på morgen- og kveldshøy- og lavvann er veldig nærme. Men når Månens nord- eller sørdeklinasjon øker, varierer morgen- og kveldstidevann av samme type i høyden, og når Månen når sin største nord- eller sørdeklinasjon, er denne forskjellen størst.
Tropiske tidevann er også kjent, såkalte fordi månen er nesten over de nordlige eller sørlige tropene.
Den daglige ulikheten påvirker ikke høydene til to påfølgende lavvann i Atlanterhavet nevneverdig, og til og med dens effekt på tidevannshøydene er liten sammenlignet med den totale amplituden til svingningene. Men i Stillehavet er variasjonen i døgnet tre ganger større ved lavvann enn ved høyvann.
Halvårlig ulikhet. Årsaken er jordens revolusjon rundt solen og den tilsvarende endringen i solens deklinasjon. To ganger i året i flere dager under jevndøgn er Sola nær himmelekvator, d.v.s. dens deklinasjon er nær 0. Månen er også lokalisert nær himmelekvator i omtrent en dag hver halve måned. I løpet av jevndøgn er det altså perioder hvor deklinasjonene til både Solen og Månen er omtrent lik 0. Den totale tidevannseffekten av tiltrekningen av disse to kroppene i slike øyeblikk er mest merkbar i områder som ligger nær jordens ekvator. Hvis samtidig månen er i nymåne- eller fullmånefasen, den såkalte. ekvinoktiske springflo.
Solar parallakse ulikhet. Perioden for manifestasjonen av denne ulikheten er ett år. Årsaken er endringen i avstanden fra jorden til solen under jordens banebevegelse. En gang for hver omdreining rundt jorden er månen på korteste avstand fra den ved perigeum. En gang i året, rundt 2. januar, når Jorden, som beveger seg i sin bane, også det punktet som er nærmest Solen (perihelium). Når disse to øyeblikkene med nærmeste tilnærming faller sammen, og forårsaker den største netto tidevannskraften, kan høyere tidevannsnivåer og lavere tidevannsnivåer forventes. På samme måte, hvis passasjen av aphelion faller sammen med apogee, oppstår lavere tidevann og grunnere tidevann.
Største tidevannsamplituder. Verdens høyeste tidevann genereres av sterke strømmer i Minas-bukta i Fundybukta. Tidevannssvingninger her er preget av et normalt forløp med en halvdaglig periode. Vannstanden ved høyvann stiger ofte med mer enn 12 m på seks timer, og synker deretter like mye i løpet av de neste seks timene. Når effekten av springflo, månens posisjon ved perigeum og månens maksimale deklinasjon inntreffer samme dag, kan tidevannsnivået nå 15 m. Denne eksepsjonelt store amplituden av tidevannssvingninger skyldes delvis den traktformede formen til Fundybukta, hvor dypet avtar og strendene beveger seg nærmere hverandre mot toppen av bukten. Årsakene til tidevannet, som har vært gjenstand for konstant undersøkelse i mange århundrer, er blant de problemene som har gitt opphav til mange kontroversielle teorier selv i relativt nyere tid
Charles Darwin skrev i 1911: «Det er ikke nødvendig å lete etter eldgammel litteratur av hensyn til groteske teorier om tidevann.» Imidlertid klarer seilere å måle høyden deres og dra nytte av tidevannet uten å ha noen anelse om de faktiske årsakene til at de oppstår.
Jeg tror at vi ikke trenger å bekymre oss for mye om årsakene til tidevannet. Basert på langtidsobservasjoner beregnes spesielle tabeller for ethvert punkt i jordens vann, som indikerer tidspunktene for høy- og lavvann for hver dag. Jeg planlegger turen min, for eksempel til Egypt, som er kjent for sine grunne laguner, men prøv å planlegge på forhånd slik at fullt vann oppstår i første halvdel av dagen, noe som vil tillate deg å sykle mesteparten av dagslyset.
Et annet spørsmål knyttet til tidevann som er interessant for kitere er forholdet mellom vind- og vannstandssvingninger.
En folkeovertro sier at ved høyvann forsterkes vinden, men ved lavvann blir den sur.
Vindens påvirkning på tidevannsfenomener er mer forståelig. Vinden fra havet presser vannet mot kysten, høyden på tidevannet øker over normalen, og ved lavvann overstiger også vannstanden gjennomsnittet. Tvert imot, når vinden blåser fra land, drives vann bort fra kysten, og havnivået synker.
Den andre mekanismen fungerer ved å øke atmosfærisk trykk over et stort vannområde; vannstanden synker etter hvert som den overlagrede vekten av atmosfæren legges til. Når atmosfærisk trykk øker med 25 mm Hg. Art., vannstanden synker med cirka 33 cm. En høytrykkssone eller antisyklon kalles vanligvis godvær, men ikke for kitere. Det er ro i midten av antisyklonen. En reduksjon i atmosfærisk trykk forårsaker en tilsvarende økning i vannstanden. Følgelig kan et kraftig fall i atmosfærisk trykk kombinert med orkanstyrkevind forårsake en merkbar økning i vannstanden. Slike bølger, selv om de kalles tidevann, er faktisk ikke assosiert med påvirkning av tidevannskrefter og har ikke periodisiteten som er karakteristisk for tidevannsfenomener.
Men det er godt mulig at lavvann også kan påvirke vinden, for eksempel fører en nedgang i vannstanden i kystlaguner til større oppvarming av vannet, og som et resultat til en nedgang i temperaturforskjellen mellom det kalde havet og det oppvarmede landet, noe som svekker briseffekten.
Foto av Michael Marten
