Почему образуются приливы и отливы? Приливы и отливы в морях и во вселенной.
Содержание статьи
ПРИЛИВЫ И ОТЛИВЫ, периодические колебания уровня воды (подъемы и спады) в акваториях на Земле, которые обусловлены гравитационным притяжением Луны и Солнца, действующим на вращающуюся Землю. Все крупные акватории, включая океаны , моря и озера , в той или иной степени подвержены приливам и отливам, хотя на озерах они невелики.
Реверсивный водопад
(меняющий направление на противоположное) – это еще одно явление, связанное с приливами на реках. Типичный пример – водопад на р.Сент-Джон (пров. Нью-Брансуик, Канада). Здесь по узкому ущелью вода во время прилива проникает в котловину, расположенную выше уровня малой воды, однако несколько ниже уровня полной воды в этой же теснине. Таким образом, возникает преграда, перетекая через которую вода образует водопад. Во время отлива сток воды устремляется вниз по течению через суженный проход и, преодолевая подводный уступ, образует обычный водопад. Во время прилива проникшая в ущелье крутая волна обрушивается водопадом в вышележащую котловину. Попятное течение продолжается до тех пор, пока уровни воды по обе стороны порога не сравняются и не начнется отлив. Затем опять восстанавливается водопад, обращенный вниз по течению. Средний перепад уровня воды в ущелье составляет ок. 2,7 м, однако при самых высоких приливах высота прямого водопада может превысить 4,8 м, а реверсивного – 3,7 м.
Наибольшие амплитуды приливов.
Самый высокий в мире прилив формируется в условиях сильного течения в бухте Минас в заливе Фанди. Приливные колебания здесь характеризуются нормальным ходом с полусуточным периодом. Уровень воды во время прилива часто поднимается за шесть часов более чем на 12 м, а затем в течение последующих шести часов понижается на ту же величину. Когда воздействие сизигийного прилива, положение Луны в перигее и максимальное склонение Луны приходятся на одни сутки, уровень прилива может достигать 15 м. Такая исключительно большая амплитуда приливо-отливных колебаний отчасти обусловлена воронкообразной формой залива Фанди, где глубины уменьшаются, а берега сближаются по направлению к вершине залива.
Ветер и погода.
Ветер оказывает существенное влияние на приливо-отливные явления. Ветер с моря нагоняет воду в сторону берега, высота прилива увеличивается сверх обычной, и при отливе уровень воды тоже превосходит средний. Напротив, при ветре, дующем с суши, вода сгоняется от берега, и уровень моря понижается.
За счет повышения атмосферного давления над обширной акваторией происходит понижение уровня воды, так как добавляется наложенный вес атмосферы. Когда атмосферное давление возрастает на 25 мм рт. ст., уровень воды понижается приблизительно на 33 см. Понижение атмосферного давления вызывает соответствующее повышение уровня воды. Следовательно, резкое падение атмосферного давления в сочетании с ветром ураганной силы способно вызвать заметный подъем уровня воды. Подобные волны, хотя и называются приливными, на самом деле не связаны с воздействием приливообразующих сил и не обладают периодичностью, характерной для приливо-отливных явлений. Формирование упомянутых волн может быть сопряжено либо с ветрами ураганной силы, либо с подводными землетрясениями (в последнем случае они называются сейсмическими морскими волнами, или цунами).
Использование энергии приливов.
Разработаны четыре метода использования энергии приливов, но наиболее практичным из них является создание системы приливных бассейнов. При этом колебания уровня воды, связанные с приливо-отливными явлениями, используются в системе шлюзов так, что постоянно поддерживается перепад уровней, позволяющий получать энергию. Мощность приливных электростанций непосредственно зависит от площади бассейнов-ловушек и потенциального перепада уровней. Последний фактор, в свою очередь, является функцией амплитуды приливо-отливных колебаний. Достижимый перепад уровней, безусловно, наиболее важен для производства электроэнергии, хотя стоимость сооружений зависит от площади бассейнов. В настоящее время крупные приливные электростанции действуют в России на Кольском п-ове и в Приморье, во Франции в эстуарии р.Ранс, в Китае близ Шанхая, а также в других районах земного шара.
| СВЕДЕНИЯ О ПРИЛИВАХ В НЕКОТОРЫХ ПОРТАХ МИРА | ||||
| Порт | Интервал между приливами | Средняя высота прилива, м | Высота сизигийного прилива, м | |
| ч | мин | |||
| м. Моррис-Джесеп, Гренландия, Дания | 10 | 49 | 0,12 | 0,18 |
| Рейкьявик, Исландия | 4 | 50 | 2,77 | 3,66 |
| р. Коксоак, Гудзонов пролив, Канада | 8 | 56 | 7,65 | 10,19 |
| Сент-Джонс, Ньюфаундленд, Канада | 7 | 12 | 0,76 | 1,04 |
| Барнтко, залив Фанди, Канада | 0 | 09 | 12,02 | 13,51 |
| Портленд, шт. Мэн, США | 11 | 10 | 2,71 | 3,11 |
| Бостон, шт. Массачусетс, США | 11 | 16 | 2,90 | 3,35 |
| Нью-Йорк, шт. Нью-Йорк, США | 8 | 15 | 1,34 | 1,62 |
| Балтимор, шт. Мэриленд, США | 6 | 29 | 0,33 | 0,40 |
| Майами-Бич, шт. Флорида, США | 7 | 37 | 0,76 | 0,91 |
| Галвестон, шт. Техас, США | 5 | 07 | 0,30 | 0,43* |
| о. Марака, Бразилия | 6 | 00 | 6,98 | 9,15 |
| Рио-де-Жанейро, Бразилия | 2 | 23 | 0,76 | 1,07 |
| Каллао, Перу | 5 | 36 | 0,55 | 0,73 |
| Бальбоа, Панама | 3 | 05 | 3,84 | 5,00 |
| Сан-Франциско, шт. Калифорния, США | 11 | 40 | 1,19 | 1,74* |
| Сиэтл, шт.Вашингтон, США | 4 | 29 | 2,32 | 3,45* |
| Нанаймо, пров.Британская Колумбия, Канада | 5 | 00 | ... | 3,42* |
| Ситка, шт.Аляска, США | 0 | 07 | 2,35 | 3,02* |
| Санрайз, залив Кука, шт. Аляска, США | 6 | 15 | 9,24 | 10,16 |
| Гонолулу, шт. Гавайи, США | 3 | 41 | 0,37 | 0,58* |
| Папеэте, о. Таити, Французская Полинезия | ... | ... | 0,24 | 0,33 |
| Дарвин, Австралия | 5 | 00 | 4,39 | 6,19 |
| Мельбурн, Австралия | 2 | 10 | 0,52 | 0,58 |
| Рангун, Мьянма | 4 | 26 | 3,90 | 4,97 |
| Занзибар, Танзания | 3 | 28 | 2,47 | 3,63 |
| Кейптаун, ЮАР | 2 | 55 | 0,98 | 1,31 |
| Гибралтар, влад. Великобритании | 1 | 27 | 0,70 | 0,94 |
| Гранвиль,Франция | 5 | 45 | 8,69 | 12,26 |
| Лит, Великобритания | 2 | 08 | 3,72 | 4,91 |
| Лондон, Великобритания | 1 | 18 | 5,67 | 6,56 |
| Дувр, Великобритания | 11 | 06 | 4,42 | 5,67 |
| Эйвонмут, Великобритания | 6 | 39 | 9,48 | 12,32 |
| Рамси, о. Мэн, Великобритания | 10 | 55 | 5,25 | 7,17 |
| Осло, Норвегия | 5 | 26 | 0,30 | 0,33 |
| Гамбург, Германия | 4 | 40 | 2,23 | 2,38 |
| * Суточная амплитуда прилива. | ||||
Кто не хотел бы совершить прогулку на дно моря? «Это невозможно! - воскликнете вы. - Для этого нужен хотя бы кессон!» Но разве вы не знаете, что два раза в сутки открываются для обозрения большие пространства морского дна? Правда, горе тому, кто вздумает задержаться на этой «выставке» сверх установленного времени! Морское дно открывается при отливе. - это смена высокой и низкой воды.
Это одна из загадок природы. Ее пытались решить многие естествоиспытатели: Кеплер , открывший закон движения планет, Ньютон , установивший основные законы движения, французский ученый Лаплас , изучавший возникновение небесных тел. Все они хотели проникнуть в тайны жизни океанов .
Ветер создает волны на море. Но, чтобы управлять приливом и отливом, ветер слишком слаб. Даже шторм может быть только помощником при приливе. Какие же исполинские силы выполняют такую тяжелую работу?
Влияние Луны на приливы и отливы
Три исполина борются за мировой океан: Солнце, Луна и сама Земля . Солнце сильнее всех, но оно слишком далеко от нас, чтобы быть победителем. Движением масс воды на Земле управляет в основном Луна. Находясь на расстоянии 384 000 километров от Земли, она регулирует «пульс» океанов. Подобно огромному магниту, Луна притягивает массы воды на несколько метров вверх, в то время как Земля вращается вокруг своей оси.
Хотя разница между высотой прилива и отлива в среднем не больше 4 метров, работа, которую при этом выполняет Луна, огромна. Она равна 11 триллионам лошадиных сил. Если это число написать одними цифрами, то оно будет иметь 18 нулей и выглядеть так: 11 000 000 000 000 000 000. Такого количества лошадей не собрать, даже если согнать табуны со всех «концов» земного шара.
Приливы и отливы - источники энергии
После Солнца приливы и отливы - самые большие источники энергии . Они могли бы дать электрический ток всему миру. С незапамятных времен человек пытался заставить Луну служить себе. В Китае и других странах приливные воды с давних пор вращают мельничные жернова.
В 1913 году в Северном море у Хузума была пущена в эксплуатацию первая «лунная» энергетическая станция. В Англии, Франции, США и особенно в Аргентине, ощущающей недостаток в горючем, создано много смелых проектов сооружения приливных станций. Однако дальше всех пошли советские инженеры, создавшие проект сооружения плотины длиною в 100 километров и высотою 15 метров в Мезенской губе Белого моря.
При приливе за плотиной образуется водохранилище емкостью в 2 тысячи квадратных километров. Две тысячи турбогенераторов дадут 36 миллиардов киловатт-часов. Такое количество энергии производили в 1929 году Франция, Италия и Швейцария, вместе взятые. Киловатт-час этой энергии будет стоить около одной копейки. К сожалению, «пульс» приливов и отливов моря бьется с неодинаковой силой, как и пульс человека. Приливы не дают постоянного, равномерного притока воды, и это затрудняет осуществление проекта.
Прилив бывает наиболее сильным тогда, когда Солнце и Луна притягивают массы воды в одном направлении. Приливы, при которых уровень воды поднимается до 20 метров , бывают при полной и молодой Луне . Они называются «сизигийными». В первой и последней четверти месяца , когда Луна находится под прямым углом к Солнцу, приливы бывают самыми низкими и называются «квадратурными».
Прилив и отлив моря имеют очень большое значение для мореплавания , и поэтому наступление их вычисляют заранее . Этот расчет так труден, что для составления ежегодного календаря приливов требуется много недель. Но изобретательный ум человека создал вычислительную машину, «электронный мозг» которой составляет прогнозы приливов за два дня. Календарь приливов показывает, что волны приливов проходят по всему земному шару через определенные промежутки времени. От морских берегов они поднимаются в реки.
Залив Фанди расположен на Атлантическом побережье Северной Америки, в северо-восточной части залива Мэн, между канадскими областями Кью-Брансвик и Новой Шотландией. Этот залив известен своими самыми высокими приливами в мире. Из-за уникальной формы залива различие в уровнях воды между приливом и отливом может составлять целых 14 метров. Во время каждого цикла более 100 миллиардов тонн морской воды вытекают и втекают в залив Фанди, что превышает объединенный поток всех пресноводных рек мира. Ежедневно здесь происходил один прилив и один отлив. Требуется 6 часов и 13 минут для отлива, чтобы превратиться в прилив, и 6 часов 13 минут, чтобы уровень воды понизился от прилива до отлива. Такая частота дает уникальный шанс каждому посетителю увидеть в течение дня как прилив, так и отлив, в любое время года.
Эта уникальная экосистема поднимает питательные вещества со дна океана, обеспечивая изобилие питательных веществ для рыбы, птиц, китов и других обитателей океана. На этом и основывается экономика области Фанди. Мощные потоки создали на берегах залива удивительные утесы, обнажив окаменелости, которые были сформированы более чем 300 миллионов лет тому назад.
Почему же приливы залива Фанди являются самыми высокими?
Средний диапазон колебаний мирового океана составляет максимум 1 метр, так как же в этом заливе может возникать разница до 16 метров? Все объясняется особой формой берегов в этих местах и очень большими объемами воды.
У воды в бассейне Фанди есть характерный период колебания, когда приведенная в движение жидкость будет ритмично "хлюпать" назад и вперед в определенном промежутке времени. В более мелком масштабе можно представить ванную с водой, где для того, чтобы вызвать волнение воды и перелить её за борт, потребуются лишь секунды. В заливе Фанди же из-за огромной глубины естественный период колебания составляет примерно 12-13 часов. Это колебание совпадает по интервалу с приливами Атлантического океана, потоки которого устремляются в залив каждые 12 часов и 26 минут. Из-за этой уникальной особенности Фанди входит в список 10 природных чудес Канады .
Вообразите человека, ритмично покачивающегося назад и вперед на качели и каждый раз достигающего определенной высоты. А теперь представьте, что в определенный момент появляется кто-то, кто дает ему дополнительное ускорение, и вместе они достигают гораздо большей высоты. Так же и с приливами Фанди, вода двигается вперед и назад в синхронизации с океанскими потоками.
Вторичное влияние на приливы и отливы оказывает форма залива. Он сформирован, как большая естественная труба, в верхней части становясь более мелким и узким.
В конце я добавлю видео, где все эти процессы можно рассмотреть подробнее
Удивительные явления можно видеть на берегу моря. Дважды в сутки море то уходит от берега (отлив), то приходит к нему (прилив). В некоторых местах, как, например, у нас близ Мурманска, разность в уровне между подъёмом и опусканием воды доходит до 4-х метров. Во время отлива на десятки метров обнажается большая полоса дна моря у берега. Там, где несколько часов перед этим бушевали волны, теперь бродят птицы, разыскивая рыб и морских животных, оставшихся в небольших ямках, наполненных водой.
Ещё большие приливы можно наблюдать в Белом море, где в Мезенском заливе разница между полной водой и малой водой бывает более семи метров. В заливе Фенди (Северная Америка) наблюдаются наивысшие приливы. Здесь разница между уровнем воды в полную и малую воду - более 16 метров!
С другой стороны, есть моря, например, Чёрное, Каспийское, где приливов почти нет.
Величина и характер приливов в разных местах и в разное время бывают различны. Обычно приливы бывают полусуточными, т. е. дважды в течение суток вода прибывает и дважды убывает. Но в некоторых местах, например в Южно-Китайском море, бывают суточные приливы, - изменение уровня происходит один раз в сутки.
Приливо-отливные явления совершаются во всей толще океана, но особенно они заметны в береговой полосе. Берег препятствует движению приливной волны и вот дважды в сутки вода атакует берег и дважды в сутки отступает от него. В узких местах, в проливах, приливо-отливные течения достигают огромной скорости. Так в узкой части Белого моря - в так называемом Горле - приливо-отливные течения достигают скорости в 15 километров в час.
Каковы же причины этого явления?
Главным виновником приливов является Луна и в меньшей степени - Солнце. Жители морского побережья давно уже заметили связь приливов с движением этих светил.
Каким образом воздействуют Луна и Солнце на движение вод в морях и океанах? А вот как. Известно, что Луна движется вокруг Земли и что обе планеты движутся вокруг Солнца. Но так как Луна во много раз ближе к Земле, чем Солнце, то и притягательное воздействие Луны на Землю оказывается гораздо сильнее, чем воздействие Солнца. Естественно, что это воздействие оказывает наиболее сильное и видимое влияние на жидкую оболочку нашей планеты, т. е. на океаны и моря.
Если бы на поверхности Земли не было материков и островов и вся Земля была бы покрыта водой (к тому же равной глубины), то воздействие Луны на этот мировой океан сказалось бы следующим образом. В ближайшей к Луне области океана в силу притяжения произойдёт подъём воды навстречу Луне. Одновременно, в противоположной части мирового океана центробежная сила вызовет тоже подъём воды. Но так как поднятие воды не может произойти где-либо без падения уровня в другом месте, то это падение и произойдёт в полосе, перпендикулярной к линии воздействия луны. Луна обходит земной шар в течение 24 часов 50 минут; таким образом, очевидно, дважды в течение суток произойдёт в мировом океане поднятие и опускание вод в результате следования приливной волны за движением Луны.
Мы говорили, что Солнце, ввиду своей удалённости оказывает меньшее воздействие на воды океана. Однако, когда Луна и Солнце располагаются с Землёй на одной прямой линии (в новолуние и полнолуние), то частицы воды будут находиться под воздействием обоих светил, и, естественно, это вызовет наибольший прилив. Но может быть и противоположное явление, когда Луна и Солнце находятся на линиях, перпендикулярных друг к другу. При этом силы двух светил будут направлены в разные стороны и будут противодействовать друг другу. Очевидно, и прилив будет в этот момент наименьший.
Всё это явление мы рассматривали сейчас в условиях безбрежного мирового океана, но на самом деле материки и острова разделяют мировой океан на отдельные океаны и различные моря. Суша препятствует свободному распространению приливной волны и вносит большое разнообразие в характер этого явления.
Два года назад я отдыхала на побережье Индийского океана на чудесном острове Цейлон. Мой маленький отель находился всего в 50 метрах от океана. Своими глазами каждый день наблюдала всё мощное движение и бурную жизнь океана. Как-то ранним утром стояла на берегу, глядя на волны и размышляла о том, что даёт силу такому мощному колебанию океана, его каждодневно образующимся приливам и отливам.
Что даёт силу отливам и приливам
Гравитация одинаково влияет на движение всех объектов. Но если гравитация вызывает приливы в океанах, а вода - и в Африке вода, то почему приливов и отливов нет в озёрах? Хм, а что если допустить, что всё, что мы знаем, ошибочно. Многие неглупые люди из научного мира объясняют это так. Притяжение Земли в точке А слабее чем в точке B. Суммарный эффект притяжения Земли растягивает океан. После чего он вздувается на противоположных сторонах.
Да, действительно факты настоящие и разница в силе притяжения Луны в пунктах А и B существует.
Непонимание кроется в объяснении выпуклостей. Может они появляются не из-за разности в притяжении. А причины менее очевидны, и в них путаются. Дело больше в совокупном давлении в разных местах толщи воды. А Луна при этом превращает Землю в гидравлический насос планетарного масштаба, и вода вздувается, прижимаясь к центру. Поэтому достаточно даже малейшего воздействия, чтобы началось волновое движение.
Ещё немного о приливах
Но хотелось бы понять, почему их нет в другом скоплении воды:
- в теле человека (оно же на 80 % состоит из воды);
- в наполненной ванне;
- в озёрах;
- в чашках с кофе и т.п.
Скорее всего, из-за меньшего давления, чем в океане, и плохой гидравлики. В отличие от океана всё это небольшие скопления воды. Площади озера, чашки и остального недостаточно, чтобы минимальное давление на него изменяло уровень воды, создавая волны.
Большие озёра могут создавать давление для мини приливов. Но поскольку ветры и всплески создают большую рябь, мы их просто не замечаем. Приливы и отливы образуются везде, просто они очень микроскопические.
