Повідомлення про припливи та відливи. Вплив місяця на припливи та відливи
Два роки тому я відпочивала на узбережжі Індійського океану на чудовому острові Цейлон. Мій маленький готель знаходився всього за 50 метрів від океану. На власні очі щодня спостерігала весь потужний рух і бурхливе життя океану. Якось рано-вранці стояла на березі, дивлячись на хвилі і розмірковувала про те, що дає силу такому потужному коливанню океану, його щоденно утворюються припливів і відливів.
Що дає силу відливам та припливам
Гравітація однаково впливає рух всіх об'єктів. Але якщо гравітація викликає припливи в океанах, а вода - й у Африці вода, чому припливів і відливів немає у озерах? Хм, а якщо припустити, що все, що ми знаємо, помилково. Багато недурних людей з наукового світу пояснюють це так. Тяжіння Землі в точці А слабше ніж у точці B. Сумарний ефект тяжіння Землі розтягує океан. Після чого він роздувається на протилежних сторонах.
Так, дійсно факти справжні та різниця в силі тяжіння Місяця у пунктах А та B існує.
Нерозуміння криється у поясненні опуклостей. Може вони з'являються не через різницю в тяжінні. А причини менш очевидні і в них плутаються. Справа більше в сукупному тиску у різних місцях товщі води. А Місяць при цьому перетворює Землю на гідравлічний насос планетарного масштабу, і вода здувається, притискаючись до центру. Тому достатньо навіть найменшого впливу, щоб розпочався хвильовий рух.
Ще трохи про припливи
Але хотілося б зрозуміти, чому їх немає в іншому скупченні води:
- у тілі людини (воно ж на 80% складається з води);
- у наповненій ванні;
- в озерах;
- у чашках з кавою тощо.
Швидше за все, через менший тиск, ніж в океані, і погану гідравліку. На відміну від океану, все це невеликі скупчення води. Площі озера, чашки та іншого недостатньо, щоб мінімальний тиск на нього змінював рівень води, створюючи хвилі.
Великі озера можуть створювати тиск міні припливів. Але оскільки вітри та сплески створюють велику брижі, ми їх просто не помічаємо. Припливи та відливи утворюються скрізь, просто вони дуже мікроскопічні.
Рівень поверхні океанів та морів періодично, приблизно двічі протягом доби, змінюється. Ці коливання називаються припливами та відливами. Під час припливу рівень океану поступово підвищується і сягає найвищого становища. При відпливі рівень поступово падає до нижчого. При припливі вода тече до берегів, при відпливі – від берегів.
Припливи та відливи - це стоячі. Вони утворюються внаслідок впливу таких космічних тіл, як Сонце. За законами взаємодії космічних тіл наша планета та Місяць взаємно притягують одне одного. Місячне тяжіння настільки велике, що поверхня океану хіба що вигинається йому назустріч. Місяць рухається навколо Землі, і за ним «біжить» океаном приливна хвиля. Дійде хвиля до берега – от і приплив. Мине трохи часу, вода слідом за Місяцем відійде від берега - от і відлив. За тими самими загальним космічним законам припливи і відпливи утворюються і зажадав від тяжіння Сонця. Проте припливоутворююча сила Сонця у зв'язку з його віддаленістю значно менше місячної, і якби не було Місяця, то припливи на Землі були б у 2,17 разів меншими. Пояснення припливоутворюючих сил вперше було дано Ньютоном.
Припливи відрізняються один від одного тривалістю та величиною. Найчастіше протягом доби відбувається два припливи і два відливи. На дугах та узбережжях Східної та Центральної Америки спостерігається один приплив та один відлив протягом доби.
Величина припливів ще різноманітніша, ніж їх період. Теоретично один місячний приплив дорівнює 0,53 м, сонячний - 0,24 м. Таким чином, найбільший приплив повинен мати висоту 0,77 м. У відкритому океані та біля островів величина припливу досить близька до теоретичної: на Гавайських островах - 1 м , на острові Святої Єлени – 1,1 м; на островах - 1,7 м. У материків величина припливів коливається від 1,5 до 2 м. У внутрішніх морях припливи дуже незначні: - 13 см - 4,8 см. вважається безприпливним, але біля Венеції припливи бувають до 1 м. Найбільш великими можна відзначити такі припливи, зареєстровані в:
У затоці Фанді () приплив досяг висоти 16-17 м. Це найбільший показник припливу на всій земній кулі.
На півночі в Пенжинській губі висота припливу досягла 12-14 м. Це найбільший приплив біля берегів Росії. Однак наведені вище показники припливів є скоріше винятком, ніж правилом. У переважній більшості пунктів вимірювання рівня припливів вони невеликі і рідко перевищують 2 м.
Значення припливів дуже велике для морського судноплавства, улаштування портів. Кожна хвиля припливу несе величезний запас енергії.
Відбувається підйом і спад води. Це явище морських припливів та відливів. Вже в давнину спостерігачі помітили, що приплив настає через деякий час після кульмінації Місяця в місці спостереження. Більше того, припливи найбільш сильні в дні ново-і повного місяця, коли центри Місяця і Сонця розташовуються приблизно на одній прямій.
Враховуючи це, І. Ньютон пояснив припливи дією тяжіння з боку Місяця і Сонця, а саме тим, що різні частини Землі притягуються Місяцем по-різному.
Земля обертається навколо своєї осі набагато швидше, ніж Місяць звертається навколо Землі. В результаті приливний горб (взаємне розташування Землі та Місяця показано на малюнку 38) рухається, по Землі біжить приливна хвиля, виникають припливні течії. При наближенні до берега висота хвилі зростає, оскільки піднімається дно . У внутрішніх морях висота приливної хвилі буває лише кількох сантиметрів, у відкритому океані досягає близько одного метра. У сприятливо розташованих вузьких затоках висота припливу зростає ще кілька разів.
Тертя води про дно, і навіть де-формации твердої оболонки Землі супроводжуються виділенням тепла, що зумовлює розсіювання енергії системи Земля — Місяць. Оскільки приливний горб відноситься до сходу, максимальний приплив відбувається після кульмінації Місяця, тяжіння горба викликає прискорення Місяця та уповільнення обертання Землі. Місяць поступово відсувається від Землі. Справді, геологічні дані показують, що в юрському періоді (190-130 млн років тому) припливи були набагато вищі, а доба — коротша. Слід зазначити, що при зменшенні відстані до Місяця в 2 рази висота припливу зростає в 8 разів. В даний час доба збільшується на 0,00017 з на рік. Так що приблизно через 1,5 млрд років їх довжина збільшиться до 40 сучасних діб. Такої ж довжини буде й місяць. В результаті Земля і Місяць будуть завжди звернені один до одного однією і тією ж стороною. Після цього Місяць почне поступово наближатися до Землі і ще через 2-3 млрд років буде розірвано приливними силами (якщо, звичайно, на той час Сонячна система ще буде існувати).
Вплив Місяця на приплив
Розглянемо, слідуючи Ньютону, більш докладно припливи, викликані тяжінням Місяця, так як вплив Сонця істотно (в 2,2 рази) менше.
Запишемо висловлювання для прискорень, викликаних притягненням Місяця щодо різних точок Землі, враховуючи, що всім тіл у цій точці простору ці прискорення однакові. В інерційній системі відліку, пов'язаної з центром мас системи, значення прискорень будуть:
A A = -GM / (R - r) 2 , a B = GM / (R + r) 2 , a O = -GM / R 2 ,
де a A, a O, a B— прискорення, спричинені тяжінням Місяця в точках A, O, B(Рис. 37); М- Маса Місяця; r- Радіус Землі; R- Відстань між центрами Землі та Місяця (для розрахунків його можна прийняти рівним 60 r); G- Гравітаційна постійна.
Але ми живемо на Землі і всі спостереження проводимо в системі відліку, пов'язаної з центром Землі, а не з центром мас Земля - Місяць. Щоб перейти в цю систему, необхідно від усіх прискорень відняти прискорення центру Землі. Тоді
A' A = -GM ☾ / (R - r) 2 + GM ☾ / R 2 , a' B = -GM ☾ / (R + r) 2 + GM / R 2 .
Виконаємо дії в дужках та врахуємо, що rмало в порівнянні з Rі в сумах і різницях їм можна знехтувати. Тоді
A' A = -GM / (R - r) 2 + GM ☾ / R 2 = GM ☾ (-2Rr + r 2) / R 2 (R - r) 2 = -2GM ☾ r / R 3 .
Прискорення a’Aі a’Bоднакові за модулем, протилежні за напрямом, кожне направлене від центру Землі. Вони називаються приливними прискореннями. У точках Cі Dприливні прискорення, менші за модулем і спрямовані до центру Землі.
Приливними прискоренняминазиваються прискорення, що виникають у системі відліку, що з тілом через те, що внаслідок кінцевих розмірів цього тіла різні його частини по-різному притягуються обурюючим тілом. У точках Aі Bприскорення сили тяжіння виявляється меншим, ніж у точках Cі D(Рис. 37). Отже, для того щоб тиск на однаковій глибині був однаковим (як у сполучених судин) у цих точках, вода повинна піднятися, утворюючи так званий приливний горб. Підрахунок показує, що підйом води або приплив у відкритому океані становить близько 40 см. У прибережних водах він набагато більше, а рекорд становить близько 18 м. Ньютонівська теорія цього пояснити не може.
На узбережжі багатьох зовнішніх морів можна побачити цікаву картину: вздовж берега неподалік води натягнуті рибальські сіті. Причому мережі ці поставлені задля сушіння, а лову риби . Якщо залишитися на березі і спостерігати за морем, то все стане зрозумілим. Ось вода починає прибувати, і там, де всього кілька годин тому була піщана мілину, заплескалися хвилі. Коли вода відступила, з'явилися мережі, в яких засяяла лускою риба, що заплуталася. Рибалки, обійшовши сіті, зняли улов. Матеріал із сайту
Ось як описує наступ припливу очевидець: «Ми дісталися моря — сказав мені попутник. Я здивовано дивився навколо. Переді мною справді був берег: сліду брижів, напівзасипаний кістяк тюленя, рідкісні шматки плавника, уламки черепашок. А далі тягнувся рівний простір... і ніякого моря. Але через три години нерухома лінія горизонту задихала, захвилювалася. І ось уже за нею заіскрилася морська брижа. Вал припливу котився нестримно вперед по сірій поверхні. Переганяючи один одного, хвилі набігали на берег. Одна за одною потонули далекі скелі — і навколо видно тільки воду. Вона кидає мені в обличчя солоні бризки. Замість мертвої рівнини переді мною живе і дихає водна гладь».
Коли приливна хвиля входить у затоку, має у плані лійкоподібну форму, береги затоки хіба що стискають її, через що висота припливу збільшується у кілька разів. Так, у затоці Фанді біля східного берега Північної Америки висота припливу досягає 18 м. У Європі найвищі припливи (до 13,5 метрів) бувають у Бретані поблизу міста Сен-Мало.
Дуже часто приливна хвиля заходить у гирла
Продовжимо розмову про сили, що діють на небесні тіла і викликані при цьому ефекти. Сьогодні я розповім про припливи та негравітаційні обурення.
Що це означає – «негравітаційні збурення»? Обурення зазвичай називають малі поправки до великої, головної сили. Т. е. мова піде про якісь сили, вплив яких на об'єкт значно менше гравітаційних
Які ще в природі бувають сили, крім гравітації? Сильні та слабкі ядерні взаємодії залишимо осторонь, вони мають локальний характер (діють на вкрай малих відстанях). А ось електромагнетизм, як відомо, набагато сильніший за гравітацію і поширюється так само далеко – безмежно. Але оскільки електричні заряди протилежних знаків зазвичай врівноважені, а гравітаційний заряд (роль якого виконує маса) завжди одного знака, то при досить великих масах, звичайно ж, гравітація виходить на перший план. Тож реально ми говоритимемо про збурення руху небесних тіл під дією електромагнітного поля. Більше варіантів немає, хоча є ще темна енергія, але про неї – пізніше, коли йтиметься про космологію.
Як я розповідав на , простий ньютонів закон тяжіння F = G∙M∙m/R² дуже зручно використовувати в астрономії, тому що більшість тіл мають близьку до сферичної форми і досить віддалені один від одного, так що при розрахунку їх можна замінити точками – точковими об'єктами, що містять всю їхню масу. Але тіло кінцевого розміру, порівнянного з відстанню між сусідніми тілами, все-таки, відчуває різний різний вплив у різних своїх частинах, тому що ці частини по-різному віддалені від джерел гравітації, і це потрібно враховувати.
Тяжіння плющить і роздирає
Щоб відчути приливний ефект, проробимо популярний у фізиків уявний експеримент: уявимо себе у вільно ліфті, що вільно падає. Відрізаємо утримуючу кабіну мотузку і починаємо падати. Поки не впали, можемо дивитися, що довкола нас відбувається. Підвішуємо вільні маси і спостерігаємо, як вони поведуться. Спочатку вони падають синхронно, і ми говоримо – це невагомість, тому що всі об'єкти у цій кабіні і вона сама відчувають приблизно однакове прискорення вільного падіння.
Але згодом наші матеріальні точки почнуть змінювати свою конфігурацію. Чому? Тому що нижня з них на початку була трохи ближчою до центру тяжіння, ніж верхня, тому нижня, притягуючись сильніше, починає випереджати верхню. А бічні точки завжди залишаються на однаковій відстані від центру тяжіння, але з наближенням до нього вони починають зближуватися один з одним, тому що рівні за модулем прискорення не паралельні. Через війну система незв'язаних об'єктів деформується. І це називають приливним ефектом.
З погляду спостерігача, який розсипав навколо себе крупу і дивиться, як окремі крупинки переміщаються, доки вся ця система падає на масивний об'єкт, можна запровадити таке поняття, як поле приливних сил. Визначимо ці сили в кожній точці як векторну різницю гравітаційного прискорення в цій точці та прискорення спостерігача або центру мас, і якщо брати тільки перший член розкладання в ряд Тейлора по відносній відстані, то вийде симетрична картина: ближні крупинки випереджатимуть спостерігача, далекі відставатимуть від нього, тобто. система розтягуватиметься вздовж осі, спрямованої на об'єкт, що тяжіє, а вздовж перпендикулярних їй напрямків частинки будуть притискатися до спостерігача.
Як ви вважаєте, що відбуватиметься при затягуванні планети в чорну дірку? Хто не слухав лекцій з астрономії, тим зазвичай здається, що чорна діра тільки зі зверненої до себе поверхні зриватиме речовину. Вони не знають, що майже такий же сильний ефект проявляється на звороті вільно падаючого тіла. Тобто. воно розривається у двох діаметрально протилежних напрямках, аж ніяк не в одному.
Небезпеки відкритого космосу
Щоб показати, наскільки важливо враховувати ефект припливу, візьмемо Міжнародну космічну станцію. Вона, як і всі супутники Землі, вільно падає у гравітаційному полі (якщо не увімкнені двигуни). І поле приливних сил навколо неї – це цілком відчутна річ, тому космонавт, коли працює на зовнішній стороні станції, обов'язково себе до неї прив'язує, причому, як правило, двома тросиками – про всяк випадок, чи мало що може статися. А якби він був неприв'язаним у тих умовах, де приливні сили його відтягують від центру станції, він запросто може втратити з нею контакт. Таке часто буває з інструментами, адже їх не прив'яжеш. Якщо у космонавта щось випало з рук, то цей предмет іде в далечінь і стає самостійним супутником Землі.
План робіт на МКС включає випробування у відкритому космосі індивідуального реактивного портфеля. І коли його двигун відмовляє, приливні сили забирають космонавта, і ми його втрачаємо. Імена зниклих безвісти засекречуються.
Це, звичайно, жарт: подібної події поки що, на щастя, не було. Але таке цілком могло б статися! І, можливо, колись станеться.
Планета-океан
Повернемося до Землі. Це найцікавіший для нас об'єкт, і приливні сили, що діють на нього, відчуваються цілком помітно. З яких небесних тіл вони діють? Головний із них – це Місяць, бо він близький. Наступне за масштабом впливу – Сонце, бо воно є масивним. Решта планет теж впливає на Землю, але вона ледь відчутна.
Щоб аналізувати зовнішній гравітаційний вплив на Землю, її зазвичай представляють у вигляді твердої кулі, покритої рідкою оболонкою. Це непогана модель, оскільки у нашої планети дійсно є рухома оболонка у вигляді океану та атмосфери, а решта досить тверде. Хоча земна кора та внутрішні шари мають обмежену жорсткість і трохи піддаються приливному впливу, їх пружною деформацією можна знехтувати при розрахунках ефекту, що виробляється на океан.
Якщо системі центру мас Землі намалювати вектори приливних сил, то отримаємо таку картину: поле приливних сил витягує океан уздовж осі «Земля – Місяць», а перпендикулярній їй площині притискає його до центру Землі. Таким чином, планета (принаймні її рухлива оболонка) прагне прийняти форму еліпсоїда. При цьому виникають дві опуклості (їх називають приливними горбами) на протилежних сторонах земної кулі: одна звернена до Місяця, інша – від Місяця, а в смузі між ними виникає, відповідно, «напуклість» (точніше, поверхня океану там має меншу кривизну).
Цікавіша річ відбувається в проміжку – там, де вектор приливної сили намагається змістити рідку оболонку вздовж земної поверхні. І це природно: якщо в одному місці ви хочете підняти море, а в іншому місці опустити, то вам треба перемістити воду звідти сюди. І між ними приливні сили переганяють воду в «підмісячну точку» та в «анти-місячну точку».
Кількісно розрахувати ефект припливу дуже просто. Гравітація Землі намагається зробити океан кулястим, а приливна частина місячного та сонячного впливу – витягнути його вздовж осі. Якщо дати Землю у спокої і дати можливість вільно падати на Місяць, то висота опуклості досягла приблизно півметра, тобто. всього на 50 см океан піднімається над своїм середнім рівнем. Якщо Ви пливете на пароплаві відкритим морем або океаном, півметра – це не відчутно. Це називають статичним припливом.
Майже на кожному іспиті мені трапляється студент, який впевнено стверджує, що приплив відбувається лише на одному боці Землі – на тому, що звернено до Місяця. Як правило, таке каже дівчина. Але буває, хоч і рідше, як і юнаки в цьому питанні помиляються. При цьому загалом знання астрономії глибші у дівчат. Цікаво було б з'ясувати причину цієї приливно-гендерної асиметрії.Але щоб створити в підмісячній точці півметрову опуклість, треба сюди перегнати велику кількість води. Адже поверхня Землі не залишається нерухомою, вона по відношенню до напрямку на Місяць і на Сонце швидко обертається, роблячи повний оборот за добу (а Місяць по орбіті повільно йде - один оборот навколо Землі майже за місяць). Тому приливний горб постійно бігає поверхнею океану, отже тверда поверхню Землі протягом доби 2 разу виявляється під приливної опуклістю і двічі – під відливним зниженням рівня океану. Прикинемо: 40 тисяч кілометрів (довжина земного екватора) на добу, це 463 метри за секунду. Значить, ця півметрова хвиля типу міні-цунамі набігає на східні узбережжя континентів в районі екватора з надзвуковою швидкістю. На наших широтах швидкість сягає 250-300 м/с - теж досить багато: хоч хвиля і не дуже висока, за рахунок інерції вона може створити великий ефект.
Другий об'єкт за масштабом впливу Землю – це Сонце. Воно у 400 разів далі від нас, ніж Місяць, але у 27 млн разів масивніше. Тому ефекти від Місяця та від Сонця виходять порівнянними за величиною, хоча Місяць все ж таки діє трохи сильніше: гравітаційний припливний ефект від Сонця приблизно наполовину слабший, ніж від Місяця. Іноді їх вплив складається: це відбувається в молодик, коли Місяць проходить на тлі Сонця, і в місяць - коли Місяць з протилежної від Сонця сторони. У ці дні – коли Земля, Місяць та Сонце вишиковуються в лінію, а відбувається це кожні два тижні – сумарний припливний ефект виходить у півтора рази більше, ніж тільки від Місяця. А через тиждень Місяць проходить чверть своєї орбіти і опиняється із Сонцем у квадратурі (прямий кут між напрямками на них), і тоді їхній вплив послаблює один одного. У середньому висота припливів у відкритому морі змінюється від чверті до 75 сантиметрів.
Морякам припливи відомі давно. Що робить капітан, коли корабель сів на мілину? Якщо ви читали морські пригодницькі романи, то знаєте, що він одночасно дивиться, в якій фазі Місяць, і чекає, коли буде найближчий повний місяць або молодик. Тоді максимальний приплив може підняти корабель і зняти з мілини.
Берегові проблеми та особливості
Припливи особливо важливі для портових працівників і моряків, які мають намір ввести свій корабель у порт чи вивести з порту. Як правило, проблема мілководдя виникає поблизу берегів, і щоб вона не заважала руху суден, для входу в бухту проривають підводні канали – штучні фарватери. Їхня глибина повинна враховувати висоту максимального відливу.
Якщо ми подивимося в якийсь момент часу на висоту припливів і проведемо на карті лінії рівної висоти води, то вийдуть концентричні кола з центрами у двох точках (у підмісячній та антимісячній), в яких максимальний приплив. Якби орбітальна площина Місяця збігалася з площиною земного екватора, то ці точки завжди переміщалися б по екватору і за добу (точніше – за 24? 50? 28?) робили б повний оборот. Однак Місяць ходить не в цій площині, а поблизу площини екліптики, стосовно якої екватор нахилений на 23,5 градуси. Тому підмісячна точка «гуляє» також і широтою. Таким чином, в тому самому порту (тобто на одній і тій же широті) висота максимального припливу, що повторюється через кожні 12,5 годин, протягом доби змінюється в залежності від орієнтації Місяця щодо земного екватора.
Ця «дрібниця» важлива для теорії припливів. Подивимося ще раз: Земля обертається навколо осі, а площину місячної орбіти нахилена до неї. Тому кожен морський порт протягом доби «оббігає» навколо полюса Землі, один раз потрапляючи в область максимально високого припливу, а через 12,5 години – знову в область припливу, але менш високого. Тобто. два припливи протягом доби не рівноцінні за висотою. Один завжди більший за інший, тому що площина місячної орбіти не лежить у площині земного екватора.
Для мешканців узбережжя приливний ефект життєво важливий. Наприклад, у Франції є , який з'єднаний з материком асфальтовою дорогою, прокладеною дном протоки. На острові живе багато людей, але вони не можуть користуватися цією дорогою, поки рівень моря високий. Цією дорогою можна проїхати лише двічі на добу. Люди під'їжджають і чекають на відплив, коли рівень води знизиться і дорога стане доступною. Люди їздять на узбережжя на роботу та з роботи, користуючись спеціальною таблицею припливів, яка публікується для кожного населеного пункту узбережжя. Якщо не зважати на це явище, вода на шляху може захлеснути пішохода. Туристи просто приїжджають туди та гуляють, щоб подивитися на дно моря, коли немає води. А місцеві жителі щось у своїй з дна збирають, іноді навіть їсти, тобто. насправді цей ефект годує людей.
Життя вийшло з океану завдяки саме припливам та відливам. Деякі прибережні тварини в результаті відпливу опинялися на піску і змушені були навчитися дихати киснем безпосередньо з атмосфери. Якби не було Місяця, то життя, можливо, не так активно виходило б з океану, бо там у всіх відношеннях добре – термостатоване середовище, невагомість. Але якщо ти раптом потрапив на берег, то треба було якось виживати.
Узбережжя, якщо воно плоске, під час відливу сильно оголюється. І на деякий час люди втрачають можливість користуватися своїми плавзасобами, що безпорадно лежать як кити на березі. Але в цьому є щось корисне, тому що період відливу можна використовувати для ремонту суден, особливо в якійсь бухточці: кораблики припливли, потім вода пішла, і їх можна в цей час підремонтувати.
Наприклад, є така затока Фанді на східному узбережжі Канади, в якій, кажуть, найвищі у світі припливи: перепад рівня води може досягати 16 метрів, що вважається рекордом для морського припливу на Землі. Моряки до цієї властивості пристосувалися: вони під час припливу підводять судно до берега, зміцнюють його, а коли вода йде, судно повисає, і йому можна підконопатити дно.
Люди здавна почали стежити та регулярно записувати моменти та характеристики високих припливів, щоб навчитися прогнозувати це явище. Незабаром винайшли мареограф– прилад, у якому поплавець вгору-вниз ходить залежно від рівня моря, а показання автоматично викреслюються на папері як графіка. До речі, засоби вимірювання майже не змінилися з перших спостережень і до наших днів.
На основі великої кількості записів гідрографії математики намагаються створити теорію припливів. Якщо ви маєте багаторічний запис періодичного процесу, ви можете розкласти його на елементарні гармоніки – різної амплітуди синусоїди з кратними періодами. І потім, визначивши параметри гармонік, продовжити сумарну криву у майбутнє і цій основі зробити таблиці припливів. Нині такі таблиці опубліковані кожному порту Землі, і кожен капітан, збирається увійти до порту, бере йому таблицю і дивиться, коли буде достатній щодо його корабля рівень води.
Найвідоміша історія, пов'язана з прогностичними розрахунками, сталася у Другу світову війну: 1944-го року наші союзники – англійці та американці – збиралися відкрити другий фронт проти гітлерівської Німеччини, для цього треба було висадитися на французьке узбережжя. Північне узбережжя Франції в цьому відношенні дуже неприємне: обривистий берег, висотою 25-30 метрів, а дно океану досить дрібне, так що кораблі можуть підійти до берега тільки в моменти максимальних припливів. Якби вони сіли на мілину, їх просто розстріляли б з гармат. Щоб цього уникнути, було створено спеціальну механічну (електронну тоді ще не було) обчислювальну машину. Вона виконувала Фур'є-аналіз тимчасових рядів морського рівня за допомогою барабанів, що обертаються кожен зі своєю швидкістю, через які проходив металевий трос, який підсумовував всі члени ряду Фур'є, а пов'язане з тросом перо виписувало графік висоти припливу в залежності від часу. Це була абсолютно секретна робота, яка сильно просунула теорію припливів, тому що виявилося можливим з достатньою точністю передбачити момент найвищого припливу, завдяки чому важкі військові транспортні кораблі перепливли Ла-Манш і висадили десант на берег. Так математики та геофізики зберегли життя багатьом людям.
Деякі математики намагаються узагальнити дані у масштабі всієї планети, намагаючись створити єдину теорію припливів, але порівнювати записи, зроблені у різних місцях, важко, оскільки Земля дуже неправильна. Це лише в нульовому наближенні єдиний океан всю поверхню планети покриває, а насправді є материки і кілька слабко зв'язаних океанів, і кожен океан має свою частоту власних коливань.
Попередні міркування про коливання рівня моря під дією Місяця та Сонця стосувалися відкритих океанських просторів, де від одного берега до іншого припливне прискорення дуже змінюється. А у локальних водоймах – наприклад, озерах – чи може приплив створити помітний ефект?
Здавалося б, не повинно бути, адже у всіх точках озера припливне прискорення приблизно однакове, різниця маленька. Наприклад, у центрі Європи є Женевське озеро, воно лише близько 70 км завдовжки і ніяк не пов'язане з океанами, але люди давно помітили, що там є суттєві добові коливання води. Чому вони з'являються?
Так, припливна сила дуже мала. Але головне – вона регулярна, тобто. діє періодично. Усі фізики знають ефект, який при періодичній дії сили іноді спричинює збільшену амплітуду коливань. Наприклад, ви берете в їдальні на роздачі тарілку супу та . Це означає, що частота Ваших кроків потрапила у резонанс із власними коливаннями рідини у тарілці. Помітивши це, ми різко змінюємо темп ходьби – і суп заспокоюється. Своя базова резонансна частота є у кожного водоймища. І чим більший розмір водойми, тим нижча частота власних коливань рідини в ньому. Так от, у Женевського озера власна резонансна частота виявилася кратною частоті припливів, і мале припливне вплив «розбовтує» Женевське озеро так, що на його берегах рівень змінюється цілком відчутно. Ці стоячі хвилі великого періоду, що виникають у замкнутих водоймах, називаються сейші.
Енергія припливів
Нині намагаються одне з альтернативних джерел енергії пов'язати з приливним ефектом. Як я вже казав, головний ефект припливів не в тому, що вода піднімається та опускається. Головний ефект – це припливна течія, яка за добу переганяє воду навколо всієї планети.
У неглибоких місцях цей ефект дуже важливий. У районі Нової Зеландії через деякі протоки капітани навіть ризикують проводити кораблі. Вітрильникам там взагалі ніколи не вдавалося пройти, та й сучасні кораблі проходять насилу, бо дно дрібне та приливні течії мають колосальну швидкість.
Але якщо вода тече, цю кінетичну енергію можна використовувати. І вже побудовані електростанції, на яких турбіни туди-сюди обертаються за рахунок припливної та відливної течії. Вони цілком працездатні. Першу приливну електростанцію (ПЕМ) було зроблено у Франції, вона досі найбільша у світі, потужністю 240 МВт. Порівняно з ГЕС не дуже, звичайно, але найближчі сільські райони вона обслуговує.
Чим ближче до полюса, тим швидкість приливної хвилі менша, тому в Росії узбережжя, у яких були б дуже потужні припливи, немає. У нас взагалі виходів до моря небагато, а узбережжя Північного льодовитого океану для використання приливної енергії не особливо вигідне ще й тому, що приплив жене воду зі сходу на захід. Але все-таки придатні для ПЕМ місця є, наприклад, губа Кисла.
Справа в тому, що в затоках приплив створює завжди більший ефект: хвиля набігає, спрямовується в затоку, а вона звужується, звужується - і амплітуда наростає. Схожий процес відбувається, як би клацнули батогом: спочатку довга хвиля йде повільно батогом, але потім маса залученої в рух частини батога зменшується, тому швидкість збільшується (імпульс mvзберігається!) і до вузького кінця досягає надзвукового, в результаті чого ми чуємо клацання.
Створюючи експериментальну Кислогубську ПЕМ невеликої потужності, енергетики намагалися зрозуміти, наскільки ефективно можна використовувати припливи на навколополярних широтах для електроенергії. Особливого економічного сенсу вона має. Однак зараз є проект дуже потужної російської ПЕМ (Мезенський) – на 8 гігават. Для того, щоб досягти цієї колосальної потужності, потрібно перегородити велику затоку, відокремивши греблею Біле море від Баренцева. Щоправда, вельми сумнівно, що це буде зроблено, доки ми маємо нафту і газ.
Минуле та майбутнє припливів
До речі, з чого черпається енергія припливів? Турбіна крутиться, електроенергія виробляється, а який об'єкт втрачає при цьому енергію?
Оскільки джерелом енергії припливу служить обертання Землі, то коли ми черпаємо з нього, значить, обертання повинно сповільнюватися. Здавалося б, Земля має внутрішні джерела енергії (тепло з надр йде завдяки геохімічним процесам і розпаду радіоактивних елементів), є чим компенсувати втрати кінетичної енергії. Це так, але енергетичний потік, поширюючись у середньому практично рівномірно за всіма напрямами, навряд чи може суттєво вплинути на момент імпульсу та змінити обертання.
Якби Земля не оберталася, приливні горби дивилися б точно у напрямку Місяця та протилежному йому. Але, обертаючись, тіло Землі зносить їх вперед у напрямку свого обертання – і виникає постійна розбіжність припливного піку та підмісячної крапки 3-4 градуси. До чого це призводить? Горб, який ближче до Місяця, притягується до нього сильніше. Ця сила тяжіння прагне загальмувати обертання Землі. А протилежний горб далі від Місяця, він намагається прискорити обертання, але притягується слабше, тому рівнодіючий момент сил робить на обертання Землі дію, що гальмує.
Отже, наша планета постійно зменшує швидкість свого обертання (щоправда, не зовсім регулярно, стрибками, що з особливостями масопереносу в океанах і атмосфері). А який вплив мають земні припливи на Місяць? Близька припливна опуклість тягне Місяць у себе, далека – навпаки, сповільнює. Перша сила більша, в результаті Місяць прискорюється. Тепер пригадайте з попередньої лекції, що відбувається із супутником, який примусово тягнуть вперед рухом? Оскільки його енергія збільшується, він віддаляється від планети, і його кутова швидкість при цьому падає, тому що росте радіус орбіти. До речі, збільшення періоду обігу Місяця навколо Землі було відмічено ще за часів Ньютона.
Якщо говорити в цифрах, то Місяць віддаляється від нас приблизно на 3,5 см на рік, а тривалість земної доби кожні сто років зростає на соту частки секунди. Начебто нісенітниця, але згадайте, що Земля існує мільярди років. Легко підрахувати, що в часи динозаврів на добу було близько 18 годин (тепер, зрозуміло).
Оскільки Місяць віддаляється, приливні сили стають меншими. Але вона завжди віддалялася, і якщо ми звернемо погляд у минуле, то побачимо, що раніше Місяць був ближче до Землі, а значить, і припливи були вищими. Можете оцінити, наприклад, що в архейську еру, 3 млрд. років тому припливи були кілометрової висоти.
Припливні явища на інших планетах
Зрозуміло, у системах інших планет із супутниками відбуваються такі самі явища. Юпітер, наприклад, - дуже потужна планета, у якої велика кількість супутників. Чотири його найбільші супутники (їх називають галілеєвими, тому що Галілей їх виявив) піддаються впливу з боку Юпітера цілком відчутно. Найближчий з них, Іо, весь покритий вулканами, серед яких понад півсотні діючих, причому вони викидають зайву речовину на 250-300 км вгору. Це відкриття було дуже несподіваним: на Землі таких потужних вулканів немає, а тут маленьке тіло розміром з Місяць, яке мало б охолонути вже давно, а натомість воно пашить жаром на всі боки. Де джерело цієї енергії?
Вулканічна активність Іо була сюрпризом не для всіх: за півроку до того, як перший зонд підлетів до Юпітера, два американські геофізики опублікували роботу, в якій вони розрахували припливний вплив Юпітера на цей супутник. Воно виявилося настільки велике, що здатне деформувати тіло супутника. А за деформації завжди виділяється тепло. Коли ми беремо шмат холодного пластиліну і починаємо м'яти його в руках, він стає після декількох стисків м'яким, податливим. Це відбувається не тому, що рука нагріла його своїм теплом (так само вийде, якщо його плющити в холодних лещатах), а тому що деформація вклала в нього механічну енергію, яка перетворилася на теплову.
Але з якого дива форма супутника змінюється під дією припливів з боку Юпітера? Здавалося б, рухаючись круговою орбітою і синхронно обертаючись, як наш Місяць, став один раз еліпсоїдом - і немає приводу для подальших спотворень форми? Однак поруч із Іо ще й інші супутники є; всі вони змушують трошки зміщуватися сюди-туди його (Іо) орбіту: вона то наближається до Юпітера, то видаляється. Отже, припливний вплив то слабшає, то посилюється, і форма тіла постійно змінюється. До речі, я ще не говорив про припливи в твердому тілі Землі: вони, звичайно, теж є, вони не такі високі, дециметри. Якщо ви посидите шість годин на своїх місцях, то завдяки припливам сантиметрів на двадцять «погуляєте» щодо центру Землі. Це коливання людини невідчутно, звісно, але геофізичні прилади його реєструють.
На відміну від земної тверді, поверхня Іо за кожен орбітальний період коливається з багатокілометровою амплітудою. Велика кількість енергії деформації розсіюється у вигляді тепла та нагріває надра. На ній, до речі, не видно метеоритних кратерів, тому що вулкани постійно закидають всю поверхню свіжою речовиною. Варто ударному кратеру утворитися, як років за сто його засипають продукти виверження сусідніх вулканів. Працюють вони безперервно і дуже потужно, до цього додаються розломи в корі планети, через які з надр випливає розплав мінералів, в основному сірка. При високій температурі вона темніє, тому струмінь із кратера виглядає чорним. А світлий обідок вулкана – остигла речовина, яка опадає навколо вулкана. На нашій планеті викинута з вулкана речовина зазвичай гальмується повітрям і падає близько до жерла, утворюючи конус, а на Іо атмосфери немає, і воно летить по балістичній траєкторії далеко на всі боки. Мабуть, це приклад найпотужнішого ефекту припливу в Сонячній системі.
Другий супутник Юпітера, Європа вся виглядає, як наша Антарктида, вона вкрита суцільною крижаною кіркою, яка подекуди потріскалася, оскільки її теж щось постійно деформує. Оскільки цей супутник подалі від Юпітера, припливний ефект тут не такий сильний, але теж цілком відчутний. Під цією крижаною корою рідкий океан: на знімках видно, як з деяких тріщин, що розійшлися, б'ють фонтани. Під дією приливних сил океан вирує, а на його поверхні плавають і стикаються крижані поля, майже як у нас у Північному льодовитому океані та біля берегів Антарктиди. Виміряна електропровідність рідини океану Європи свідчить, що це солона вода. Чому б там не бути життя? Заманливо було б опустити в одну з тріщин прилад та подивитися, хто там живе.
Насправді не всім планет кінці з кінцями сходяться. Наприклад, у Енцелада, супутника Сатурна, теж є крижана кора та океан під нею. Але розрахунки показують, що енергії припливів недостатньо, щоб підтримувати підлідний океан у рідкому стані. Звичайно, крім припливів у будь-якого небесного тіла є й інші джерела енергії – наприклад, радіоактивні елементи, що розпадаються (уран, торій, калій), але на малих планетах вони навряд чи можуть відігравати значну роль. Значить, чогось ми поки що не розуміємо.
Припливний ефект надзвичайно важливий для зірок. Чому – про це на наступній лекції.
October 15th, 2012
Британський фотограф Майкл Мартін (Michael Marten) здобув серію оригінальних знімків, що фіксують узбережжя Бритаїї в однакових ракурсах, але в різний час. Один знімок під час припливу, а другий під час відливу.
Вийшло дуже незвично, а позитивні відгуки про проект буквально змусили автора зайнятися випуском книги. Книга, що отримала назву «Sea Change», побачила світ у серпні цього року і була випущена двома мовами. На створення своєї великої серії знімків, у Майкла Мартіна (Michael Marten) пішло близько восьми років. Час між великою та малою водою становить у середньому трохи більше шести годин. Тому Майклу доводиться у кожному місці затримуватися довше, ніж просто час кількох клацань затвора. Ідея створення серії таких робіт виношувалась автором давно. Він шукав, як реалізувати на плівці зміни природи без впливу людини. І знайшов випадково, в одному з приморських шотландських селищ, де провів весь день і застав час припливу та відливу.
Періодичні коливання рівня води (підйоми та спади) в акваторіях на Землі називаються припливи та відливи.
Найвищий рівень води, що спостерігається за добу або половину доби під час припливу, називається повною водою, найнижчий рівень під час відливу – малою водою, а момент досягнення цих граничних позначок рівня – стоянням (або стадією) відповідно до припливу або відливу. Середній рівень моря - умовна величина, вище за яку розташовані позначки рівня під час припливів, а нижче - під час відливів. Це результат середніх великих рядів термінових спостережень.
Вертикальні коливання рівня води під час припливів та відливів пов'язані з горизонтальними переміщеннями водних мас щодо берега. Ці процеси ускладнюються вітровим нагоном, річковим стоком та іншими факторами. Горизонтальні переміщення водних мас у береговій зоні називають припливними (або припливно-відливними) течіями, тоді як вертикальні коливання рівня води – припливами та відливами. Усі явища, пов'язані з припливами та відливами, характеризуються періодичністю. Припливні течії періодично змінюють напрямок на протилежний, на відміну від них океанічні течії, що рухаються безперервно та односпрямовано, обумовлені загальною циркуляцією атмосфери та охоплюють великі простори відкритого океану.
Припливи і відливи циклічно чергуються відповідно до астрономічної, гідрологічної і метеорологічної обстановки, що змінюється. Послідовність фаз припливів та відливів визначається двома максимумами та двома мінімумами в добовому ході.
Хоча Сонце грає істотну роль припливо-відливних процесах, вирішальним чинником розвитку служить сила гравітаційного тяжіння Місяця. Ступінь впливу припливоутворюючих сил на кожну частинку води, незалежно від її розташування на земній поверхні, визначається законом всесвітнього тяжіння Ньютона.
Цей закон свідчить, що дві матеріальні частинки притягуються одна до одної з силою, прямо пропорційною добутку мас обох частинок і обернено пропорційною квадрату відстані між ними. При цьому мається на увазі, що чим більше маса тіл, тим більше сила взаємного тяжіння, що виникає між ними (при однаковій щільності менше тіло створить менше тяжіння, чим більше).
Закон також означає, що чим більша відстань між двома тілами, тим менше між ними тяжіння. Оскільки ця сила обернено пропорційна квадрату відстані між двома тілами, у визначенні величини припливоутворюючої сили фактор відстані відіграє значно більшу роль, ніж маси тіл.
Гравітаційне тяжіння Землі, що діє на Місяць і утримує її на навколоземній орбіті, протилежне силі тяжіння Землі Місяцем, яка прагне змістити Землю у напрямку до Місяця і «піднімає» всі об'єкти, що знаходяться на Землі, у напрямку Місяця.
Точка земної поверхні, розташована безпосередньо під Місяцем, віддалена лише на 6400 км від центру Землі та в середньому на 386 063 км від центру Місяця. Крім того, маса Землі в 81,3 рази більша за масу Місяця. Таким чином, у цій точці земної поверхні тяжіння Землі, що діє на будь-який об'єкт, приблизно в 300 тис. разів більше за тяжіння Місяця.
Поширене уявлення, що вода на Землі, що знаходиться прямо під Місяцем, піднімається в напрямку Місяця, що призводить до відтоку води з інших місць земної поверхні, проте, оскільки тяжіння Місяця настільки мало порівняно з тяжінням Землі, його було б недостатньо, щоб підняти так величезну вагу.
Проте океани, моря і великі озера Землі, будучи великими рідкими тілами, вільні переміщатися під впливом сили бічного зміщення, і будь-яка слабка тенденція до зсуву по горизонталі наводить їх у рух. Всі води, що не знаходяться безпосередньо під Місяцем, підпорядковуються дії складової сили тяжіння Місяця, спрямованої тангенційно (щодо) до земної поверхні, як і її складової, спрямованої зовні, і піддаються горизонтальному зсуву щодо твердої земної кори.
В результаті виникає течія води з прилеглих районів земної поверхні у напрямку до місця, що знаходиться під Місяцем. Результуюче скупчення води в точці під Місяцем утворює приплив. Власне, приливна хвиля у відкритому океані має висоту лише 30-60 см, але вона значно збільшується при підході до берегів материків або островів.
За рахунок переміщення води із сусідніх районів у бік точки під Місяцем відбуваються відповідні відливи води у двох інших точках, віддалених від неї на відстань, що дорівнює чверті кола Землі. Цікаво відзначити, що зниження рівня океану у цих двох точках супроводжується підвищенням рівня моря не лише на боці Землі, зверненої до Місяця, а й на протилежному боці.
Цей факт також пояснюється законом Ньютона. Два або кілька об'єктів, розташовані на різних відстанях від одного і того ж джерела тяжіння і піддаються, отже, прискорення сили тяжіння різної величини, переміщаються відносно один одного, оскільки найближчий до центру тяжіння об'єкт найсильніше притягається до нього.
Вода в підмісячній точці відчуває сильніше тяжіння до Місяця, ніж Земля під нею, але Земля, своєю чергою, сильніше притягується до Місяця, ніж вода, протилежному боці планети. Таким чином, виникає приливна хвиля, яка на зверненій до Місяця стороні Землі називається прямою, а на протилежній – зворотною. Перша з них лише на 5% вища за другу.
Завдяки обертанню Місяця орбітою навколо Землі між двома послідовними припливами або двома відливами в цьому місці проходить приблизно 12 год 25 хв. Інтервал між кульмінаціями послідовних припливу та відливу бл. 6 год 12 хв. Період тривалістю 24 год 50 хв між двома послідовними припливами називається приливною (або місячною) добою.
Нерівності величин припливу. Припливно-відливні процеси дуже складні, тому, щоб розібратися в них, необхідно брати до уваги багато факторів. У будь-якому випадку головні особливості будуть визначатися:
1) стадією розвитку припливу щодо проходження Місяця;
2) амплітудою припливу та
3) типом приливних коливань, чи формою кривої ходу рівня води.
Численні варіації у бік і величині приливообразующих сил породжують різницю у величинах ранкових і вечірніх припливів у цьому порту, і навіть між одними й тими самими припливами у різних портах. Ці відмінності називаються нерівностями величин припливу.
Напівдобовий ефект. Зазвичай протягом доби завдяки основній припливотворчій силі - обертанню Землі навколо своєї осі - утворюються два повні припливні цикли.
Якщо дивитися з боку Північного полюса екліптики, то очевидно, що Місяць обертається навколо Землі в тому ж напрямку, в якому Земля обертається навколо своєї осі проти годинникової стрілки. При кожному наступному обороті ця точка земної поверхні знову займає позицію безпосередньо під Місяцем дещо пізніше, ніж за попереднього обороту. Тому і припливи і відливи щодня запізнюються приблизно на 50 хв. Ця величина називається місячним запізненням.
Півмісячна нерівність. Цьому основному типу варіацій властива періодичність приблизно 143/4 діб, що пов'язані з обертанням Місяця навколо Землі і проходженням нею послідовних фаз, зокрема сизигий (новолуний і повного місяця), тобто. моментів, коли Сонце, Земля та Місяць розташовуються на одній прямій.
Досі ми торкалися лише припливоутворювальної дії Місяця. Гравітаційне поле Сонця також діє на припливи, однак, хоча маса Сонця набагато більша за масу Місяця, відстань від Землі до Сонця настільки перевершує відстань до Місяця, що припливотворна сила Сонця становить менше половини припливотворної сили Місяця.
Однак, коли Сонце і Місяць знаходяться на одній прямій як по один бік від Землі, так і по різні (у молодик або повний місяць), сили їх тяжіння складаються, діючи вздовж однієї осі, і відбувається накладання сонячного припливу на місячний.
Так само тяжіння Сонця посилює відплив, викликаний впливом Місяця. В результаті припливи стають вищими, а відливи нижчими, ніж якби вони були викликані лише тяжінням Місяця. Такі припливи називаються сизігійними.
Коли вектори сили тяжіння Сонця і Місяця взаємно перпендикулярні (під час квадратур, тобто коли Місяць знаходиться в першій або останній чверті), їх припливоутворюючі сили протидіють, оскільки приплив, спричинений тяжінням Сонця, накладається на відлив, спричинений Місяцем.
У таких умовах припливи не такі високі, а відливи - не такі низькі, як би вони були обумовлені тільки силою тяжіння Місяця. Такі проміжні припливи та відливи називаються квадратурними.
Діапазон відміток повних та малих вод у цьому випадку скорочується приблизно втричі порівняно із сизігійним припливом.
Місячна паралактична нерівність. Період коливань висот припливів, що виникає за рахунок місячного паралаксу, становить 271/2 доби. Причина цієї нерівності полягає у зміні відстані Місяця від Землі у процесі обертання останнього. Через еліптичну форму місячної орбіти приливоутворююча сила Місяця в перигеї на 40% вище, ніж в апогеї.
Добова нерівність. Період цієї нерівності становить 24 год. 50 хв. Причини його виникнення - обертання Землі навколо своєї осі та зміна відміни Місяця. Коли Місяць знаходиться поблизу небесного екватора, два припливи в цю добу (а також два відливи) слабо різняться, і висоти ранкових і вечірніх повних і малих вод дуже близькі. Однак зі збільшенням північного або південного відміни Місяця ранкові та вечірні припливи одного й того ж типу розрізняються по висоті, і коли Місяць досягає найбільшого північного або південного відмінювання, ця різниця максимальна.
Відомі також тропічні припливи, які називаються так через те, що Місяць знаходиться майже над Північним або Південним тропіками.
Добова нерівність істотно не впливає на висоти двох послідовних відливів в Атлантичному океані, і навіть її вплив на висоти припливів мало порівняно із загальною амплітудою коливань. Однак у Тихому океані добова нерівномірність проявляється у рівнях відливів утричі сильніше, ніж у рівнях припливів.
Піврічна нерівність. Його причиною є звернення Землі навколо Сонця та відповідна зміна відміни Сонця. Двічі на рік протягом кількох діб під час рівнодення Сонце знаходиться поблизу небесного екватора, тобто. його відмінювання близько до 0. Місяць також розташовується поблизу небесного екватора приблизно протягом доби кожні півмісяця. Таким чином, під час рівнодень існують періоди, коли відміни і Сонця і Місяця приблизно дорівнюють 0. Сумарний припливоутворюючий ефект тяжіння цих двох тіл у такі моменти найбільш помітно проявляється в районах, розташованих поблизу земного екватора. Якщо в той же час Місяць знаходиться у фазі молодика або повного місяця, виникають т.зв. рівноденні сизігійні припливи.
Сонячна паралактична нерівність. Період прояву цієї нерівності становить один рік. Його причиною є зміна відстані від Землі до Сонця в процесі орбітального руху Землі. Один раз за кожен оборот навколо Землі Місяць знаходиться на найкоротшій відстані в перигеї. Один раз на рік, приблизно 2 січня, Земля, рухаючись своєю орбітою, також досягає точки найбільшого наближення до Сонця (перигелія). Коли ці два моменти найбільшого зближення збігаються, викликаючи найбільшу сумарну припливоутворюючу силу, очікується більш високих рівнів припливів і нижчих рівнів відливів. Подібно до цього, якщо проходження афелію збігається з апогеєм, виникають менш високі припливи і менш глибокі відливи.
Найбільші амплітуди припливів. Найвищий у світі приплив формується в умовах сильної течії в бухті Мінас у затоці Фанді. Приливні коливання тут характеризуються нормальним перебігом із напівдобовим періодом. Рівень води під час припливу часто піднімається за шість годин більш ніж на 12 м, а потім протягом наступних шести годин знижується на ту саму величину. Коли вплив сизигійного припливу, положення Місяця в перигеї і максимальне відмінювання Місяця припадають на одну добу, рівень припливу може досягати 15 м. Така винятково велика амплітуда припливно-відливних коливань частково зумовлена лійкоподібною формою затоки Фанді, де глибини зменшуються, а береги зближу Причини виникнення припливів, що були предметом постійного вивчення протягом багатьох століть, відносяться до тих проблем, які породили багато суперечливих теорій навіть у порівняно недавній час.
Ч.Дарвін писав 1911 р.: “Нема потреби шукати античну літературу заради гротескових теорій припливів”. Однак морякам вдається вимірювати їх висоту і використовувати можливості припливів, не маючи уявлення про дійсні причини їх виникнення.
Думаю, що і нам можна особливо не морочитися з приводу причин походження припливів. На підставі багаторічних спостережень для будь-якої точки акваторії землі розраховуються спеціальні таблиці, в яких вказується час високої та низької води на кожен день. Планую свою поїздку наприклад до Єгипту, який славиться своїми не глибокими лагунами, спробуйте заздалегідь підгадати так щоб повна вода припадала на першу половину дня, що дозволить більшу частину світлого часу повноцінно кататися.
Ще одне питання пов'язане з припливами цікаве для кайтера, це взаємозв'язок вітру і коливання рівня води.
Народна прикмета стверджує, що на приплив вітер посилюється, а на відлив навпаки скисає.
Найзрозуміліший вплив вітру на припливно-відливні явища. Вітер з моря наганяє воду у бік берега, висота припливу збільшується понад звичайну, і за відпливу рівень води теж перевищує середній. Навпаки, при вітрі, що дме з суші, вода зганяється від берега, і рівень моря знижується.
Другий механізм діє рахунок підвищення атмосферного тиску над великої акваторією, відбувається зниження рівня води, оскільки додається накладена вага атмосфери. Коли атмосферний тиск збільшується на 25 мм рт. ст., рівень води знижується приблизно на 33 см. Зона високого тиску або антициклон зазвичай називають гарною погодою, але не для кайтера. У центрі антициклону є штиль. Зниження атмосферного тиску викликає підвищення рівня води. Отже, різке падіння атмосферного тиску разом із вітром ураганної сили здатне викликати помітний підйом рівня води. Подібні хвилі, хоч і називаються приливними, насправді не пов'язані з впливом припливоутворюючих сил і не мають періодичності, характерної для припливо-відливних явищ.
Але цілком можливо, що й відливи можуть впливати на вітер, наприклад зниження рівня води в прибережних лагунах, веде до більшого прогріву води, і як наслідок зменшення різниці температур між холодним морем і нагрітою сушею що послаблює бризовий ефект.
Photo by Michael Marten
