Понятие о приливных явлениях
Приливные явления — это динамические и физико-химические процессы в водах морей и океанов, вызванные приливообразующими силами.
Приливные колебания уровня воды могут быть от нескольких сантиметров до десятка и более метров в течение суток. В открытой части океанов величина колебания составляет около 1 м, у побережий материков достигает 3—4 м, в вершинах узких заливов иногда доходит до -10 м.
Наибольшая высота прилива, м, в морях:
Балтийском (Киль) , . . . . . . 0,07
Баренцевом (Мурманск) . . . . . . 4,0
Белом (Мезенская губа) ..... 8,5
Восточно-Сибирском (устье р. Колымы) . 0,1 Карском (Диксон) ....... 0,3
Лаптевых (Хатанга) . ..... 2,0
Охотском (Пенжинская губа) .... 11,0
Северном .......... 5,0—8,0
Черном (Пота) ........ 0,08
Японском . . . ...... 0,3—0,5
При плавании вблизи берегов необходимо знать величину прилива на каждый час в данном месте. Сведения о приливах опубликованы в специальных навигационных пособиях. Судоводители обязаны хорошо представлять природу явления и знать терминологию приливов, чтобы, пользуясь пособиями, безошибочно использовать даваемые ими сведения для решения навигационных задач.
Приливы по своей природе можно отнести к волнам. Длина приливной волны достигает 2000 км, а скорость распространения — 160 км/ч. Благодаря большой длине волна прилива в открытом море остается незаметной для наблюдателя. В приливных волнах частицы воды движутся по очень вытянутым в горизонтальном направлении замкнутым орбитам, причем вертикальная составляющая движения создает приливные колебания уровня, а горизонтальная — приливные течения.
![]() |
В настоящее время существуют несколько теорий образования и методов расчета приливных явлений.
Рис. 46. Схема расположения приливообразующих сил на поверхности Земли
При вращении Земли вокруг оси О на каждую ее точку (рис. 46) действуют силы притяжения Луны Л и центробежные силы Ц, которые возникают от движения Земли и Луны вокруг оси, проходящей через центр тяжести Oi системы Земля—Луна. Таким образом, в каждой точке земной поверхности l, 2, 3 и т. д. образуются две силы Л и Ц, равнодействующую которых П можно определить. Эта равнодействующая называется приливообразующей силой.
Приливообразующая сила в точках /, 3, 5, 7 (см. рис, 46) вертикальна к поверхности воды и поэтому вызывает лишь изменение ее веса. В точках 2, 4, 6, 8 эта сила направлена по касательной поверхности воды и поэтому вызывает с обеих сторон смещение воды по направлению к точкам 3 и 7, где наступит прилив. В то же время в точках 1 и 5 наступит отлив, и поверхность океана примет форму вытянутого эллипсоида.
Очевидно, что наибольшую величину приливообразующие силы будут иметь в точках зенита .3 и надира 7, а наименьшую — в точках / и 5 (см. рис. 46). В центре Земли Приливообразующая сила равна нулю.
Кроме Луны, на Землю оказывает воздействие и Солнце. Схема образования приливообразующей силы Солнца такая же, как и для Луны. Приливообразующая сила Солнца (несмотря на его большую массу) в 2,17 раза меньше, чем Луны, так как Солнце удалено от Земли в 390 раз дальше, чем Луна. Обе системы приливообразующих сил существуют независимо друг от друга, но в природе они оказывают взаимное воздействие на образование приливов, поэтому на Земле наблюдается лунно-солнечный прилив.
Наибольший уровень прилива бывает после прохождения Луны через меридиан данного места. Когда Луна находится близко у горизонта, уровень имеет наименьшее значение. Повышение уровня воды происходит при дальнейшем движении Луны под горизонтом. Новый наивысший уровень наступает в момент, когда Луна проходит противоположный меридиан данного места. Затем до восхода Луны происходит понижение уровня и после этого около начала восхода начинается новое повышение уровня воды.
Следовательно, прилив имеет периодический характер, т. е. положения уровня повторяются почти через одинаковые промежутки времени, приблизительно через 12,5 ч. Такого вида приливы называются полусуточными. Они наблюдаются чаще всего в океанах.
При суточном вращении Земли в одной и той же ее точке прилив и отлив будут периодически сменяться два раза в сутки через равные промежутки времени.
На экваторе приливы и отливы будут наибольшими, а при удалении от него к северу и югу величины приливов и отливов уменьшаются. На обоих полюсах колебаний уровня нет и он постоянно понижен.
Под воздействием Солнца образуется такой же приливной эллипсоид, но меньший по размерам.
Таким образом, если бы Луна и Солнце вращались постоянно в плоскости экватора с одинаковой угловой скоростью и находились всегда бы на одном и том же расстоянии от Земли, то приливы отличались бы правильностью как по высоте, так и повремени. В этом случае два раза в сутки через равные промежутки времени наступал бы прилив и столько же раз отлив, причем высоты смежных полных и малых вод были бы одинаковы. В действительности природа приливов намного сложнее.
При склонении Луны, равном нулю, большая ось приливного эллипсоида направлена к Луне, поэтому приливы наблюдаются на стороне Земли, обращенной к Луне, и одновременно на противоположной ее стороне.
Любая точка Земли, совершая полный оборот вокруг земной оси, будет иметь Луну на меридиане места не через 24 ч, а через 24 ч 50 мин. Это объясняется тем, что в период оборота Земли Луна продвинется по своей орбите и пройдет еще 50 мин прежде чем для точки наступит кульминация Луны через меридиан данного места. Таким образом, если Луна находится на экваторе, то за период лунных суток будут наступать две полные и две малые воды с соответствующими промежутками между ними в 12 ч 25 мин. В этом случае приливы имеют правильный характер..
Если бы эти условия постоянно сохранялись, то приливы всегда имели бы одинаковое чередование, высоты двух соседних полных и малых вод были бы одинаковы, а промежутки времени между ними— постоянны.
В природе происходит постоянное изменение склонения Луны и Солнца. Изменяется не только расстояние от Земли до Луны и Солнца, но и их взаимное расположение. Эти причины, влияя на правильный ход приливов, вызывают появление так называемых неравенств приливов.
При своем вращении вокруг Земли за 14 суток Луна меняет свое склонение в среднем от 23° N до 25° S. Полный оборот вокруг Земли Луна совершает за 27 1/3 сут, проходя при этом дважды плоскость экватора.
Следовательно, когда склонение Луны не равно нулю, в высотах смежных полных волн возникает суточное неравенство, носящее название суточного неравенства прилива по высоте.
Промежуток времени от первой полной воды до первой малой воды будет большим по сравнению с промежутком от первой малой воды до второй полной. Неравенство промежутков представляет суточное неравенство по времени.
В течение месяца направление от Земли к Солнцу изменяется немного, а направление от Земли к Луне — на 360°. Два раза в месяц
Рис. 47. Схемы образования приливов
в периоды новолуний и полнолуний Луна находится в одной плоскости с Солнцем или в так называемой сизигии. Кроме этого, два раза Луна находится в плоскости, перпендикулярной к плоскости Солнца в периоды первой и последней четверти или в квадратуре.
На рис. 47 для большей наглядности Луна и Солнце изображены в одной плоскости с земным экватором, т. е. их склонения равны нулю, причем полная солнечная вода показана белой полосой, а полная лунная вода — черной. Легко заметить, что при сизигии приливообразующие силы Луны и Солнца складываются, поэтому прилив будет наибольшим (см. рис. 47, с), а в квадратуре—вычитаются, поэтому квадратурные приливы по сравнению с сизигийными становятся меньше (см. рис. 47, б).
Изменение величины прилива между периодами сизигий и квадратур является полумесячным (фазовым) неравенством по высоте.
Так как ежедневно Луна запаздывает с приходом на меридиан Данного места по сравнению с Солнцем на 50 мин, прилив одного дня отличается от прилива другого, что в свою очередь приводит к полумесячному неравенству по времени.
Параллактическое неравенство создается из-за изменений расстояния между Землей, Солнцем и Луной. Изменение расстояний происходит за период в 27 1/3 средних суток. Когда Луна в перигее, ее расстояние до Земли составляет около 57, а когда она в апогее, — 63,7 земных радиуса. Приливообразующие силы изменяются в зависимости от третьей степени расстояния между светилами, поэтому величина лунных приливообразующих сил в перигее примерно на 40% больше, чем в апогее.
Когда Солнце находится в перигее (2 января), расстояние от него до Земли составляет 22249, а в момент апогея (5 июля) — 23732 земных радиуса. Величина приливообразующих сил Солнца в перигее на 10% больше, чем при нахождении его в апогее. Период этого неравенства составляет 365,25 сут.