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.