Приливы и отливы - завораживающее зрелище периодического подъема и опускания морской воды. Это природное явление издревле волновало умы ученых и мореплавателей, наблюдающих за движением воды. Давайте разберемся, почему на самом деле происходят эти удивительные колебания уровня Мирового океана.
История открытия приливов и отливов
Приливы и отливы почему происходят? Впервые они упоминаются в трудах древнегреческого историка Геродота, жившего в 5 веке до н.э. Он описывал необычайно высокий прилив у берегов Британии и отмечал, что причина этого явления тогда была неизвестна.
Приливы и отливы происходят под воздействием Луны
Впоследствии римский полководец Юлий Цезарь в 1 веке до н.э. в своих «Записках о Галльской войне» также упоминает, что заметил связь высоты прилива с наступлением новолуния.
Гипотеза Хосе де Акосты
В 1590 году испанский монах Хосе де Акоста на основании своих наблюдений выдвинул гипотезу, что причиной приливов и отливов являются именно фазы Луны. Он привел несколько аргументов:
- прилив повторяется дважды в сутки с интервалом примерно в 3 часа
- есть месячная периодичность приливов
- время прилива почти одновременно на обоих берегах Панамского перешейка
Хосе де Акоста назвал приливы "одной из замечательных тайн Природы".
Теория Иоганна Кеплера
Основываясь на своей теории всемирного тяготения, немецкий астроном Иоганн Кеплер в 17 веке выдвинул предположение, что приливы вызываются именно гравитационным взаимодействием Луны и вод Земли:
Луна притягивает воды океана, они устремляются в область под ней, образуя прилив. Но Луна успевает сместиться, вода возвращается обратно, создавая отлив.
Хотя теория Кеплера была качественно верной, но для количественного описания и расчетов приливов требовались более совершенные математические модели.
Основные характеристики приливов и отливов
Приливы и отливы почему происходят: они имеют определенные закономерности.
Периодичность
Главная особенность приливов и отливов - их периодичность. За лунные сутки происходит два прилива и два отлива. Интервал между двумя последовательными приливами составляет примерно 12 часов 25 минут.
Этот интервал немного больше половины звездных суток, равных 23 часам 56 минутам. Такая разница связана с движением Луны относительно Земли.
Зависимость от положения Луны и Солнца
Высота прилива зависит от положения Луны и Солнца по отношению к Земле. Наибольшие приливы наблюдаются в новолуние и полнолуние, когда гравитационное воздействие Луны и Солнца складываются. Такие приливы называют сизигийными.
Наименьшие приливы бывают в первую и последнюю четверти Луны, их называют квадратурными. В эти моменты Луна, Земля и Солнце располагаются примерно под прямым углом друг к другу.
Максимальная высота
Самые высокие приливы в мире наблюдаются в заливе Фанди на востоке Канады - до 18 метров. В России рекорд прилива составляет почти 13 метров в Пенжинской губе Охотского моря.
Во внутренних и полузакрытых морях прилив очень мал из-за слабой связи с океаном. Например, в Черном море амплитуда прилива не превышает 10 см.
Механизм возникновения приливов и отливов
Давайте разберемся в механизме возникновения приливов и отливов — почему они происходят. Основную роль здесь играет разница в гравитационном притяжении Луны в разных точках земной поверхности.
Неоднородность гравитационного поля
Хотя по величине гравитационное поле Солнца гораздо больше лунного, приливы формируются в первую очередь под действием Луны. Почему так происходит?
Все дело в том, что приливы зависят не столько от силы поля, сколько от его неоднородности в разных точках. Из-за близости Луны неоднородность ее поля на поверхности Земли гораздо выше, чем у далекого Солнца.
Деформация водной оболочки
Из-за этой неоднородности происходит деформация водной оболочки Земли - океанов и морей. Вода устремляется к точке наибольшего притяжения, образуя два приливных горба - со стороны Луны и со стороны, противоположной Луни.
Движение приливных горбов
Эти приливные горбы стремятся сохранить свое положение относительно Луны. Но из-за вращения Земли они как бы отстают от Луны и обегают земной шар, создавая регулярно повторяющиеся приливы и отливы в разных точках океана.
Распространение приливной волны
Характер приливов и отливов в конкретных регионах зависит от особенностей распространения приливной волны.
Влияние суши и рельефа дна
На открытом океане приливная волна распространяется почти беспрепятственно. Но на ее движение влияют такие факторы, как береговая линия, острова, материки, глубина моря.
Амфидромические точки
Из-за этих препятствий вместо двух глобальных волн на поверхности океана образуется множество локальных приливных волн, вращающихся вокруг особых точек - амфидромий. В них амплитуда прилива равна нулю.
Котидальные карты
Для наглядного представления особенностей распространения приливной волны используются специальные карты - котидальные. На них линиями соединены точки с одинаковой фазой прилива в данный момент времени.
Приливные течения
Помимо колебаний уровня моря, приливы и отливы порождают приливные течения. В открытом океане они носят преимущественно вращательный характер, а вблизи берегов - возвратно-поступательный.
Приливные боры
В некоторых районах приливные явления принимают экстремальные формы. Так, в узких заливах может возникать мощная одиночная волна - приливной бор. Он способен подниматься на десятки километров вверх по течению рек.
Теоретическое описание приливов
Для количественного описания приливов и отливов потребовалось создание специальных математических моделей.
Теория Ньютона
Первая такая попытка была предпринята Исааком Ньютоном с использованием его закона всемирного тяготения. Однако из-за многих допущений эта теория была очень приближенной.
Теория Лапласа
Более совершенную модель предложил Пьер-Симон Лаплас. Его теория, несмотря на ряд упрощений, дала результаты, хорошо согласующиеся с наблюдениями приливов в океанах и морях.
Уточнения теории
В дальнейшем теория Лапласа совершенствовалась другими учеными: Уильямом Томсоном, Анри Пуанкаре. Они стремились учесть такие факторы, как вязкость воды, трение о дно, воздействие ветра.
Современные модели
Современные компьютерные модели позволяют еще точнее описать особенности приливов с учетом конкретного рельефа дна, формы береговой линии, течений в океане.
Практическое применение приливов
Несмотря на сложность, явление приливов и отливов нашло практическое применение в некоторых областях.
Приливные электростанции
Огромное количество энергии, переносимой приливными течениями, используется на приливных электростанциях во Франции, России и других странах.
Влияние на биологические ритмы
У многих морских организмов приливы и отливы задают биологические циклы жизнедеятельности. Это помогает им оптимально использовать периоды обнажения морского дна.
