Приливы и отливы на реках. Школьная энциклопедия

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.

Приливами и отливами называют периодические повышения и понижения уровня воды в океанах и морях. Дважды в течение суток с промежутком около 12 часов 25 минут вода у берега океана или открытого моря поднимается и, если нет преград, заливает иногда большие пространства – это прилив. Затем вода понижается и отступает, обнажая дно – это отлив. Почему это происходит? Об этом задумывались еще древние люди, они-то и заметили, что эти явления связаны с Луной. На основную причину приливов и отливов впервые указал И. Ньютон – это притяжение Земли Луной, а точнее, разность между притяжением Луной всей Земли в целом и водной ее оболочки.

Объяснение приливов и отливов теорией Ньютона

Притяжение Земли Луной складывается из притяжения Луной отдельных частиц Земли. Частицы, находящиеся в данный момент ближе к Луне, притягиваются ею сильнее, а более далекие – слабее. Если бы Земля была абсолютно твердой, то это различие в силе притяжения не играло бы никакой роли. Но Земля не является абсолютно твердым телом, поэтому разность сил притяжения частиц, находящихся вблизи поверхности Земли и вблизи ее центра (эту разность называют приливообразующей силой), смещает частицы относительно друг друга, и Земля, прежде всего ее водная оболочка, деформируется.

В результате на той стороне, которая обращена к Луне, и на ее противоположной стороне вода поднимается, образуя приливные выступы, и там накапливается излишек воды. За счет этого уровень воды в других противоположных точках Земли в это время снижается – здесь происходит отлив.

Если бы Земля не вращалась, а Луна оставалась неподвижной, то Земля вместе со своей водной оболочкой всегда сохраняла бы одну и ту же вытянутую форму. Но Земля вращается, а Луна движется вокруг Земли примерно за 24 часа 50 минут. С этим же периодом и приливные выступы следуют за Луной и перемещаются по поверхности океанов и морей с востока на Запад. Поскольку таких выступов два, то над каждым пунктом в океане дважды в сутки с интервалом около 12 часов 25 минут проходит приливная волна.

Почему высота приливной волны разная

В открытом океане вода поднимается при прохождении приливной волны незначительно: около 1 м и менее, что остается практически незаметным для мореплавателей. Но у берегов даже такой подъем уровня воды заметен. В бухтах и узких заливах уровень воды поднимается во время приливов гораздо выше, так как берег препятствует движению приливной волны и вода накапливается здесь в течение всего времени между отливом и приливом.

Самый большой прилив (около 18 м) наблюдается в одной из бухт на побережье в Канаде. В России наибольшие приливы (13 м) происходят в Гижигинской и Пенжинской губах Охотского моря. Во внутренних морях (например, в Балтийском или Черном) приливы и отливы почти незаметны, потому что в такие моря не успевают проникнуть массы воды, перемещающиеся вместе с океанской приливной волной. Но все равно в каждом море или даже озере возникают самостоятельные приливные волны с небольшой массой воды. Например, высота приливов в Черном море достигает лишь 10 см.

В одной и той же местности высота прилива бывает различной, так как расстояние от Луны до Земли и наибольшая высота Луны над горизонтом с течением времени изменяются, а это приводит к изменению величины приливообразующих сил.

Приливы и Солнце

На приливы также оказывает действие и Солнце. Но приливные силы Солнца в 2,2 раза меньше приливных сил Луны. Во время новолуния и полнолуния приливные силы Солнца и Луны действуют в одном направлении – тогда получаются наиболее высокие приливы. Но во время первой и третьей четвертей Луны приливные силы Солнца и Луны противодействуют, поэтому приливы бывают меньшими.

Приливы в воздушной оболочке Земли и в ее твердом теле

Приливные явления происходят не только в водной, но и в воздушной оболочке Земли. Они называются атмосферными приливами и отливами. Приливы происходят также в твердом теле Земли, поскольку Земля не является абсолютно твердой. Вертикальные колебания поверхности Земли вследствие приливов достигают нескольких десятков сантиметров.

© Владимир Каланов,
"Знания-сила".

Явление приливов на море было замечено с самых древних времён. Геродот писал о приливах ещё в V веке до нашей эры. Природу приливов люди долгое время не могли понять. Высказывались различные фантастические предположения наподобие того, что Земля дышит. Даже знаменитый учёный (1571-1630), открывший законы движения планет, рассматривал приливы и отливы как результат... дыхания планеты Земля.

Французский математик и философ (1596-1650) первым среди европейских учёных указал на связь приливов с , но не понял, в чём эта связь заключается. Поэтому дал такое далёкое от истины объяснение явлению прилива: Луна, вращаясь вокруг Земли, давит на воду, заставляя её понижаться.

Постепенно учёные разобрались в этой, надо сказать, непростой, проблеме, и было установлено, что приливы – это следствие воздействия гравитационных сил Луны и (в меньшей степени) Солнца на поверхность океана.

В океанологии дано следующее определение: ритмичные поднятия и опускания вод, а также сопровождающие их течения, называются приливами и отливами .

Приливы и отливы происходят не только в океане, но также в атмосфере и земной коре. Поднятие земной коры очень незначительны, поэтому их можно определить только специальными приборами. Другое дело – водная поверхность. Частицы воды движутся, и, получая со стороны Луны ускорение, приближаются к ней несравненно больше, чем земная твердь. Поэтому на стороне, обращённой к Луне, вода поднимается вверх, образуя изгиб, своеобразный водяной бугор на поверхности океана. Поскольку Земля вращается вокруг своей оси, этот водяной бугор перемещается по поверхности океана вслед за .

Теоретически в образовании приливов участвуют даже далёкие звёзды. Но это остаётся чисто теоретическим посылом, так как воздействие звёзд ничтожно, и им можно пренебречь. Точнее даже, им невозможно пренебречь, так как нечем пренебрегать. Воздействие Солнца на поверхность океана из-за большой удалённости светила в 3-4 раза слабее воздействия Луны. Мощные лунные приливы маскируют притяжение Солнца и поэтому солнечных приливов как таковых не наблюдается.

Крайнее положение уровня воды в конце прилива называется полной водой , а в конце отлива – малой водой .

Две фотографии, сделанные с одной точки в моменты малой и полной воды,
дают представление о приливных колебаниях уровня.

Если начать наблюдение за приливом в момент полной воды, то мы увидим, что через 6 часов наступит самое низкое стояние воды. После этого снова начнётся прилив, который также будет продолжаться 6 часов до достижения наивысшего уровня. Следующий прилив наступит через 24 часа после начала нашего наблюдения.

Но так будет происходить только в случае идеальных, теоретических условий. Реально в течение суток бывает по одной полной и малой воде – и тогда прилив называется суточным. А может успеть произойти в два приливных цикла. В этом случае речь идёт о полусуточном приливе.

Период суточного прилива продолжается не 24 часа, а на 50 минут дольше. Соответственно полусуточный прилив длится 12 часов 25 минут.

В Мировом океане происходят преимущественно полусуточные приливы. Объявляется это вращением Земли вокруг своей оси. Прилив, как огромная пологая волна длина которой составляет многие сотни километров, распространяется по всей поверхности Мирового океана. Период возникновения такой волны колеблется в каждом месте океане от половины суток до суток. По признаку периодичности наступления приливов их и различают как суточные и полусуточные.

За время полного оборота Земли вокруг своей оси Луна перемещается по небосводу примерно на 13 градусов. Чтобы «догнать», Луну, приливной волне как раз и требуется 50 минут. Это значит, что время прихода полной воды в одном и том же месте океана постоянно смещается относительно времени суток. Так, если сегодня полная вода была в полдень, то завтра она будет в 12 часов 50 минут, а послезавтра – в 13 часов 40 минут.

В открытом океане, где приливная волна не встречает сопротивления со стороны материков, островов, неровностей дна и береговой линии, имеют место в основном правильные полусуточные приливы. Приливные волны в открытом океане незаметны, там их высота не превышает одного метра.

В полную силу прилив проявляет себя на открытом побережье океана, где на десятки и сотни миль, не видно ни островов, ни резких изгибов береговой линии.

Когда Солнце и Луна располагаются на одной линии по одну сторону от Земли, сила притяжения обоих светил как бы складывается. Это бывает дважды в течение лунного месяца – в новолуние или полнолуние. Такое положение светил называется сизигием, а прилив, наступающий в эти дни, называется . Сизигийные приливы – это самые высокие и мощные приливы. В отличие от них самые низкие приливы называются .

Нужно отметить, что уровень сизигийных приливов в одном и том же месте не всегда одинаков. Причина всё та же: движение Луны вокруг - Земли и Земли – вокруг Солнца. Не забудем, что орбита Луны вокруг Земли – это не окружность, а эллипс, создающий достаточно ощутимую разницу между перигеем и апогеем Луны – 42 тысячи км. Если во время сизигия Луна будет находиться в перигее, то есть на наименьшем расстоянии от Земли, то это вызовет высокую приливную волну. Ну а если в этот же период Земля, двигаясь по своей эллиптической орбите вокруг Солнца, окажется на наименьшем от него расстоянии (а также совпадения изредка происходят), то приливы и отливы достигнут максимально большой величины.

Вот несколько примеров, показывающих максимальную высоту, которую достигают океанские приливы в отдельных местах земного шара (в метрах):

Вода во время прилива поднимается с разной скоростью. Характер прилива в большой степени зависит от угла наклона морского дна. У крутых берегов вода поднимается сначала медленно – 8-10 миллиметров в минуту. Затем скорость прилива нарастает, становясь наибольшей к положению «вполводы». Потом она замедляется до положения верхней границы прилива. Динамика отлива аналогична динамике прилива. Но совсем по-иному выглядит прилив на широких пляжах. Здесь уровень воды нарастает очень быстро и иногда сопровождается высокой приливной волной, стремительно несущейся по отмели. Зазевавшимся на таких пляжах любителям купания в этих случаях ничего хорошего ожидать не приходится. Морская стихия шутить не умеет.

Во внутренние моря, отгороженные от остального океана узкими и мелкими извилистыми проливами или скоплениями небольших островов, приливы приходят с едва заметными амплитудами. Это мы видим на примере Балтийского моря, надёжно закрытого от приливов мелководными датскими проливами. Теоретически высота прилива в Балтийском море составляет 10 сантиметров. Но эти приливы на глаз незаметны, они скрываются колебаниями уровня воды от ветра или от изменений атмосферного давления.

Известно, что в Петербурге часто бывают наводнения, иногда очень сильные. Вспомним, как ярко и правдиво передал драму сильнейшего наводнения 1824 года в поэме «Медный всадник» великий русский поэт А.С. Пушкин. К счастью, наводнения такой силы в Петербурге никакого отношения к приливам не имеют. Эти наводнения вызываются ветрами циклонов, значительно, на 4–5 метров поднимающими уровень воды в восточной части Финского залива и в Неве.

Ещё меньше воздействуют океанские приливы на внутренние моря Чёрное и Азовское, а также Эгейское и Средиземное. В Азовском море, соединённом с Чёрным морем узким Керченским проливом, амплитуда приливов близка к нулю. В Чёрном море колебания уровня воды под влиянием приливов не достигают и 10 сантиметров.

И наоборот, в заливах и узких бухтах, имеющих свободное сообщение с океаном, приливы достигают значительной величины. Свободно входя в залив, приливные массы устремляются вперёд, и, не находя выхода среди суживающихся берегов, поднимаются вверх и заливают сушу на большой площади.

Во время океанских приливов в устьях некоторых рек наблюдается опасное явление, именуемое бором . Поток морской воды, войдя в русло реки и встретившись с речным потоком, образует мощный пенистый вал, встающий стеной и стремительно движущийся против течения реки. На своём пути бор размывает берега и может разрушить и потопить любое судно, если оно оказалось в фарватере реки.

На величайшей реке Южной Америки Амазонке мощная приливная волна высотой 5-6 метров проходит со скоростью 40–45 км/ч на расстояние до полутора тысяч километров от устья.

Иногда приливные волны останавливают течение рек и даже поворачивают его в обратную сторону.

На территории России небольшой по высоте бор испытывают реки, впадающие в Мезенский залив Белого моря.

С целью использования энергии приливов в некоторых странах, в том числе в России, построены приливные электростанции. Первая приливная электростанция, построенная в Кислогубской губе Белого моря, была мощностью всего 800 киловатт. В дальнейшем ПЭС проектировались уже мощностью в десятки и сотни тысяч киловатт. Это значит, что приливы начинают работать на пользу человеку.

И последнее, но зато глобально важное о приливах. Течения, вызываемые приливами, встречают сопротивление материков, островов и морского дна. Некоторые учёные считают, что в результате трения водных масс об указанные препятствия вращение Земли вокруг своей оси замедляется. На первый взгляд, это замедление совсем незначительное. Расчёты показали, что за всё время нашей эры, то есть за 2000 лет, сутки на Земле стали длиннее на 0,035 секунды. Но на чём основывался расчёт?

Оказывается, появились доказательства, хотя и косвенные, того, что вращение нашей планеты замедляется. Изучая вымершие кораллы девонского периода, английский учёный Д.Уэллс обнаружил, что количество суточных колец нарастания в 400 раз больше, чем годовых. В астрономии признана теория устойчивости планетных движений, по которой продолжительность года остаётся практически неизменной.

Получается, что в девонском периоде, то есть 380 млн. лет назад, год состоял из 400 суток. Следовательно, сутки тогда имели продолжительность 21 час 42 минуты.

Если Д.Уэллс не ошибся при подсчёте суточных колец древних кораллов, и если остальные расчёты верны, то всё идёт к тому, что не пройдёт и каких-нибудь 12–13 миллиардов лет, как земные сутки станут равными по продолжительности лунному месяцу. И что тогда? Тогда наша Земля будет постоянно обращена одной стороной к Луне, как это в настоящее время происходит с Луной по отношению к Земле. Поднятие воды стабилизируется на одной стороне Земли, приливы перестанут существовать, ну а солнечные приливы слишком слабы, чтобы быть ощутимыми.

Мы предоставляем возможность нашим читателям самостоятельно дать оценку этой достаточно экзотической гипотезе.

© Владимир Каланов,
"Знания-сила"

Чтобы исчерпать основные вопросы, связанные с существованием у Земли ее спутника - Луны, нам необходимо сказать несколько слов и относительно явления приливов. Это необходимо также и для получения ответа на последний вопрос, поднимаемый в этой книге: откуда взялась Луна и каково ее будущее? Что такое прилив?

Во время приливов на берегах открытых морей и океанов происходит наступление воды на берега. Низкие берега буквально захлестываются огромными массами воды. Громадные пространства покрываются водой. Море как бы выступает из берегов и наседает на сушу. Вода морская явно поднимается.

Во время приливов (64) океанские глубокосидящие в воде суда имеют возможность свободно входить в относительно мелководные гавани и в устья рек, впадающих в океаны.

Приливная волна бывает в некоторых местах очень высока, достигая десятка и более метров.

Проходит приблизительно шесть часов с начала подъема воды,- и прилив сменяется отливом (65), вода начинает постепенно

спадать, море у берегов мелеет, и значительные пространства прибрежной полосы освобождаются от воды. Недавно еще в этих местах плавали пароходы, а теперь жители бродят по мокрому песку и гравию и собирают раковины, водоросли и другие «дары» моря.

Чем же объясняются эти постоянные приливы и отливы? Они происходят вследствие притяжения, которое Луна оказывает на Землю.

Не только Земля притягивает к себе Луну, но и Луна притягивает Землю. Притяжение Земли сказывается на движении Луны, заставляя Луну двигаться по криволинейному пути. Но вместе с этим притяжение Земли несколько изменяет форму Луны. Обращенные к Земле ее части притягиваются Землей сильнее других частей. Таким образом Луна должна иметь несколько вытянутую по направлению к Земле форму.

Притяжение Луны сказывается и на форме Земли. В стороне, обращенной в данный момент к Луне, происходит некоторое вспучивание, вытягивание земной поверхности (66).

Частицы воды, как более подвижные и обладающие малым сцеплением, более поддаются этому притяжению Луны, чем частицы твердой суши. В связи с этим и создается весьма заметный подъем воды в океанах.

Если бы Земля, как и Луна, была обращена к Луне всегда одной и той же стороной, форма ее была бы несколько вытянута в направлении к Луне и никаких чередующихся приливов и отливов не существовало бы. Но Земля поворачивается разными сторонами ко всем небесным светилам, в том числе и к Луне (суточное вращение). В связи с этим по Земле как бы б е ж и т приливная волна, бежит вслед за Луной, вздымающей выше воду океанов в частях земной поверхности, обращенных к ней в данный момент. Приливы должны чередоваться с отливами.

За сутки Земля сделает один поворот вокруг своей оси. Следовательно, ровно через сутки к Луне должны быть обращены одни и те же части земной поверхности. Но мы знаем, что Луна за сутки успевает пройти некоторую часть своего пути вокруг Земли, двигаясь в том же направлении, в каком вращается и Земля. Поэтому удлиняется период, по истечении которого к Луне будут обращены одни и те же части Земли. Вследствие этого цикл приливов и отливов происходит не в сутки, а в 24 часа 51 минуту. За этот промежуток времени чередуются на Земле два прилива и два отлива.

Но почему два, а не один? Объяснение этому мы находим, вспоминая еще раз закон всемирного тяготения. Согласно этому закону, сила притяжения уменьшается с увеличением расстояния, и притом обратно пропорционально его квадрату: вдвое увеличивается расстояние - вчетверо уменьшается притяжение.

В стороне Земли, прямо противоположной той, которая обращена к Луне, происходит следующее. Частицы, близкие к поверхности Земли, притягиваются Луной с л а б е е, чем внутренние части Земли. Они менее стремятся к Луне, чем более близкие к ней частицы. Поэтому поверхность морей здесь как бы отстает несколько от твердых внутренних частей земного шара и здесь также получается п о д ъ е м воды, водяной горб, приливный выс т у п, приблизительно такой же, как и на противоположной стороне. Здесь также приливная волна набегает на низкие берега. Следовательно, у берегов океанов будет прилив и тогда, когда эти берега обращены к Луне, и тогда, когда Луна находится в прямо противоположной стороне. Таким образом, на Земле должно быть обязательно два прилива и два отлива за период полного оборота Земли вокруг оси.

Конечно, на величину прилива оказывает влияние также и притяжение Солнца. Но хотя Солнце и колоссально по размерам, оно, однако, и находится намного дальше от Земли, чем Луна. Его приливообразующее влияние меньше влияния Луны в два раза (составляет только 5/11 или 0.45 приливного влияния Луны).

Величина каждого прилива зависит и от высоты, на какой находится в данное время Луна. При этом совершенно безразлично, какую фазу имеет в это время Луна и видна ли она на небе. Луна может оыть в этот момент вовсе не видна, то есть находиться в той же стороне, где и Солнце, и наоборот. Только в первом случае прилив в общем будет более сильным, чем обычно, так как к притяжению Луны добавляется еще и притяжение Солнца.

Вычисление показывает, что приливообразующая сила Луны составляет только одну девятимиллионную часть силы тяжести на Земле, то есть той силы, с какой Землясама притягивает к себе. Конечно, это притягивающее действие Луны ничтожно. Ничтожен и подъем воды на несколько метров в сравнении с экваториальным поперечником земного шара, равным 12 756 776 м. Но приливная волна, даже и такая малая, весьма, как мы знаем, ощутительна для обитателей Земли, находящихся у берегов океанов.