Зачем нужны приливы и отливы. Как луна вызывает приливы в морях и океанах земли

October 15th, 2012

Британский фотограф Майкл Мартин (Michael Marten) моздал серию оригинальных снимков, фиксирующих побережье Бритаиии в одинаковых ракурсах, но в разное время. Один снимок во время прилива, а второй во время отлива.

Получилось весьма необычно, а положительные отзывы о проекте, буквально вынудили автора заняться выпуском книги. Книга, получившая название «Sea Change», увидела свет в августе этого года и была выпущена на двух языках. На создание своей внушительной серии снимков, у Майкла Мартина (Michael Marten) ушло порядка восьми лет. Время между большой и малой водой составляет в среднем немногим более шести часов. Поэтому, Майклу приходится в каждом месте задерживаться дольше, чем просто время нескольких щелчков затвора. Идея создания серии таких работ вынашивалась автором давно. Он искал, как реализовать на пленке изменения природы, без воздействия человека. И нашел случайно, в одной из приморских шотландских деревушек, где провел весь день и застал время прилива и отлива.

Периодические колебания уровня воды (подъемы и спады) в акваториях на Земле называются приливы и отливы.

Самый высокий уровень воды, наблюдаемый за сутки или половину суток во время прилива, называется полной водой, самый низкий уровень во время отлива - малой водой, а момент достижения этих предельных отметок уровня - стоянием (или стадией) соответственно прилива или отлива. Средний уровень моря - условная величина, выше которой расположены отметки уровня во время приливов, а ниже - во время отливов. Это результат осреднения больших рядов срочных наблюдений.

Вертикальные колебания уровня воды во время приливов и отливов сопряжены с горизонтальными перемещениями водных масс по отношению к берегу. Эти процессы осложняются ветровым нагоном, речным стоком и другими факторами. Горизонтальные перемещения водных масс в береговой зоне называют приливными (или приливо-отливными) течениями, тогда как вертикальные колебания уровня воды - приливами и отливами. Все явления, связанные с приливами и отливами, характеризуются периодичностью. Приливные течения периодически меняют направление на противоположное, в отличии от них океанические течения, движущиеся непрерывно и однонаправленно, обусловлены общей циркуляцией атмосферы и охватывают большие пространства открытого океана.

Приливы и отливы циклически чередуются в соответствии с изменяющейся астрономической, гидрологической и метеорологической обстановкой. Последовательность фаз приливов и отливов определяется двумя максимумами и двумя минимумами в суточном ходе.

Хотя Солнце играет существенную роль в приливо-отливных процессах, решающим фактором их развития служит сила гравитационного притяжения Луны. Степень воздействия приливообразующих сил на каждую частицу воды, независимо от ее местоположения на земной поверхности, определяется законом всемирного тяготения Ньютона.

Этот закон гласит, что две материальные частицы притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной произведению масс обеих частиц и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними. При этом подразумевается, что чем более масса тел, тем больше возникающая между ними сила взаимного притяжения (при одинаковой плотности меньшее тело создаст меньшее притяжение, чем большее).

Закон также означает, что чем больше расстояние между двумя телами, тем меньше между ними притяжение. Поскольку эта сила обратно пропорциональна квадрату расстояния между двумя телами, в определении величины приливообразующей силы фактор расстояния играет значительно б?льшую роль, чем массы тел.

Гравитационное притяжение Земли, действующее на Луну и удерживающее ее на околоземной орбите, противоположно силе притяжения Земли Луной, которая стремится сместить Землю по направлению к Луне и «приподнимает» все объекты, находящиеся на Земле, в направлении Луны.

Точка земной поверхности, расположенная непосредственно под Луной, удалена всего на 6400 км от центра Земли и в среднем на 386 063 км от центра Луны. Кроме того, масса Земли в 81,3 раза больше массы Луны. Таким образом, в этой точке земной поверхности притяжение Земли, действующее на любой объект, приблизительно в 300 тыс. раз больше притяжения Луны.

Распространено представление, что вода на Земле, находящаяся прямо под Луной, поднимается в направлении Луны, что приводит к оттоку воды из других мест земной поверхности, однако, поскольку притяжение Луны столь мало в сравнении с притяжением Земли, его было бы недостаточно, чтобы поднять столь огромный вес.
Тем не менее океаны, моря и большие озера на Земле, будучи крупными жидкими телами, свободны перемещаться под действием силы бокового смещения, и любая слабая тенденция к сдвигу по горизонтали приводит их в движение. Все воды, не находящиеся непосредственно под Луной, подчиняются действию составляющей силы притяжения Луны, направленной тангенциально (касательно) к земной поверхности, как и ее составляющей, направленной вовне, и подвергаются горизонтальному смещению относительно твердой земной коры.

В результате возникает течение воды из прилегающих районов земной поверхности по направлению к месту, находящемуся под Луной. Результирующее скопление воды в точке под Луной образует там прилив. Собственно приливная волна в открытом океане имеет высоту лишь 30-60 см, но она значительно увеличивается при подходе к берегам материков или островов.
За счет перемещения воды из соседних районов в сторону точки под Луной происходят соответствующие отливы воды в двух других точках, удаленных от нее на расстояние, равное четверти окружности Земли. Интересно отметить, что понижение уровня океана в этих двух точках сопровождается повышением уровня моря не только на стороне Земли, обращенной к Луне, но и на противоположной стороне.

Этот факт тоже объясняется законом Ньютона. Два или несколько объектов, расположенные на разных расстояниях от одного и того же источника тяготения и подвергающиеся, следовательно, ускорению силы тяжести разной величины, перемещаются относительно друг друга, поскольку ближайший к центру тяготения объект сильнее всего притягивается к нему.

Вода в подлунной точке испытывает более сильное притяжение к Луне, чем Земля под ней, но Земля, в свою очередь, сильнее притягивается к Луне, чем вода, на противоположной стороне планеты. Таким образом, возникает приливная волна, которая на обращенной к Луне стороне Земли называется прямой, а на противоположной - обратной. Первая из них всего на 5% выше второй.

Благодаря вращению Луны по орбите вокруг Земли между двумя последовательными приливами или двумя отливами в данном месте проходит примерно 12 ч 25 мин. Интервал между кульминациями последовательных прилива и отлива ок. 6 ч 12 мин. Период продолжительностью 24 ч 50 мин между двумя последовательными приливами называется приливными (или лунными) сутками.

Неравенства величин прилива . Приливо-отливные процессы очень сложны, поэтому, чтобы разобраться в них, необходимо принимать во внимание многие факторы. В любом случае главные особенности будут определяться:
1) стадией развития прилива относительно прохождения Луны;
2) амплитудой прилива и
3) типом приливных колебаний, или формой кривой хода уровня воды.
Многочисленные вариации в направлении и величине приливообразующих сил порождают разницу в величинах утренних и вечерних приливов в данном порту, а также между одними и теми же приливами в разных портах. Эти различия называются неравенствами величин прилива.

Полусуточный эффект . Обычно в течение суток благодаря основной приливообразующей силе - вращению Земли вокруг своей оси - образуются два полных приливных цикла.

Если смотреть со стороны Северного полюса эклиптики, то очевидно, что Луна вращается вокруг Земли в том же направлении, в каком Земля вращается вокруг своей оси, - против часовой стрелки. При каждом следующем обороте данная точка земной поверхности вновь занимает позицию непосредственно под Луной несколько позже, чем при предыдущем обороте. По этой причине и приливы и отливы каждый день запаздывают приблизительно на 50 мин. Эта величина называется лунным запаздыванием.

Полумесячное неравенство . Этому основному типу вариаций присуща периодичность примерно в 143/4 суток, что связано с вращением Луны вокруг Земли и прохождением ею последовательных фаз, в частности сизигий (новолуний и полнолуний), т.е. моментов, когда Солнце, Земля и Луна располагаются на одной прямой.

До сих пор мы касались только приливообразующего воздействия Луны. Гравитационное поле Солнца также действует на приливы, однако, хотя масса Солнца намного больше массы Луны, расстояние от Земли до Солнца настолько превосходит расстояние до Луны, что приливообразующая сила Солнца составляет менее половины приливообразующей силы Луны.

Однако, когда Солнце и Луна находятся на одной прямой как по одну сторону от Земли, так и по разные (в новолуние или полнолуние), силы их притяжения складываются, действуя вдоль одной оси, и происходит наложение солнечного прилива на лунный.

Подобным же образом притяжение Солнца усиливает отлив, вызванный воздействием Луны. В результате приливы становятся выше, а отливы ниже, чем если бы они были вызваны только притяжением Луны. Такие приливы называются сизигийными.

Когда векторы силы притяжения Солнца и Луны взаимно перпендикулярны (во время квадратур, т.е. когда Луна находится в первой или последней четверти), их приливообразующие силы противодействуют, поскольку прилив, вызванный притяжением Солнца, накладывается на отлив, вызванный Луной.

В таких условиях приливы не столь высоки, а отливы - не столь низки, как если бы они были обусловлены только силой притяжения Луны. Такие промежуточные приливы и отливы называются квадратурными.

Диапазон отметок полных и малых вод в этом случае сокращается приблизительно в три раза по сравнению с сизигийным приливом.

Лунное параллактическое неравенство . Период колебаний высот приливов, возникающий за счет лунного параллакса, составляет 271/2 суток. Причина этого неравенства состоит в изменении расстояния Луны от Земли в процессе вращения последней. Из-за эллиптической формы лунной орбиты приливообразующая сила Луны в перигее на 40% выше, чем в апогее.

Суточное неравенство . Период этого неравенства составляет 24 ч 50 мин. Причины его возникновения - вращение Земли вокруг своей оси и изменение склонения Луны. Когда Луна находится вблизи небесного экватора, два прилива в данные сутки (а также два отлива) слабо различаются, и высоты утренних и вечерних полных и малых вод весьма близки. Однако с увеличением северного или южного склонения Луны утренние и вечерние приливы одного и того же типа различаются по высоте, и, когда Луна достигает наибольшего северного или южного склонения, эта разница максимальна.

Известны также тропические приливы, называемые так из-за того, что Луна находится почти над Северным или Южным тропиками.

Суточное неравенство существенно не влияет на высоты двух последовательных отливов в Атлантическом океане, и даже его воздействие на высоты приливов мало по сравнению с общей амплитудой колебаний. Однако в Тихом океане суточная неравномерность проявляется в уровнях отливов втрое сильнее, чем в уровнях приливов.

Полугодовое неравенство . Его причиной является обращение Земли вокруг Солнца и соответствующее изменение склонения Солнца. Дважды в год в течение нескольких суток во время равноденствий Солнце находится близ небесного экватора, т.е. его склонение близко к 0. Луна также располагается вблизи небесного экватора приблизительно в течение суток каждые полмесяца. Таким образом, во время равноденствий существуют периоды, когда склонения и Солнца и Луны приблизительно равны 0. Суммарный приливообразующий эффект притяжения этих двух тел в такие моменты наиболее заметно проявляется в районах, расположенных вблизи земного экватора. Если в то же самое время Луна находится в фазе новолуния или полнолуния, возникают т.н. равноденственные сизигийные приливы.

Солнечное параллактическое неравенство . Период проявления этого неравенства составляет один год. Его причиной служит изменение расстояния от Земли до Солнца в процессе орбитального движения Земли. Один раз за каждый оборот вокруг Земли Луна находится на кратчайшем от нее расстоянии в перигее. Один раз в год, примерно 2 января, Земля, двигаясь по своей орбите, также достигает точки наибольшего приближения к Солнцу (перигелия). Когда эти два момента наибольшего сближения совпадают, вызывая наибольшую суммарную приливообразующую силу, можно ожидать более высоких уровней приливов и более низких уровней отливов. Подобно этому, если прохождение афелия совпадает с апогеем, возникают менее высокие приливы и менее глубокие отливы.

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.Причины возникновения приливов, бывшие предметом постоянного изучения в течение многих столетий, относятся к тем проблемам, которые породили много противоречивых теорий даже в сравнительно недавнее время

Ч.Дарвин писал в 1911 г.: “Нет необходимости искать античную литературу ради гротесковых теорий приливов”. Однако морякам удается измерять их высоту и использовать возможности приливов, не имея представления о действительных причинах их возникновения.

Думаю что и нам можно особенно не заморачиваться по поводу причин происхождения приливов. На основании многолетних наблюдений для любой точки акватории земли рассчитываются специальные таблицы в которых указывается время высокой и низкой воды на каждый день. Планирую свою поездку например в Египет, который как раз славится своими не глубокими лагунами, по пробуйте заранее подгадать так чтобы полная вода приходилась на первую половину дня, что позволит большую часть светлого времени полноценно кататься.
Еще один вопрос связанный с приливами интересный для кайтера, это взаимосвязь ветра и колебания уровня воды.

Народная примета утверждает что на прилив ветер усиливается а на отлив наоборот скисает.
Более понятно влияние ветра 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.

Второй механизм действует 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. Зона высокого давления или антициклон обычно называют хорошей погодой, но только не для кайтера. В центре антициклона штиль. 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.

Но вполне возможно, что и отливы могут оказывать влияние на ветер, к примеру понижение уровня воды в прибрежных лагунах, ведет к большему прогреву воды, и как следствие к уменьшению разницы температур между холодным морем и нагретой сушей что ослабляет бризовой эффект.

Photo by Michael Marten

Происхо-дит подъем и спад воды. Это явление морских приливов и отливов. Уже в древности наблюдатели заметили, что прилив наступает че-рез некоторое время после кульминации Луны в месте наблю-дения. Более того, приливы наиболее сильны в дни ново- и полнолуний, когда центры Луны и Солнца располагаются при-мерно на одной прямой.

Учитывая это, И. Ньютон объяснил приливы действием тя-готения со стороны Луны и Солнца, а именно тем, что раз-ные части Земли притягиваются Луной по-разному.

Земля вращается вокруг своей оси намного быстрее, чем Луна обращается во-круг Земли. В результате приливный горб (взаимное располо-жение Земли и Луны показано на рисунке 38) движется, по Земле бежит приливная волна, возникают приливные течения . При приближении к берегу высота волны увеличивается, поскольку поднимается дно . Во внутренних морях высота приливной волны бывает всего нескольких санти-метров, в открытом океане же достигает около одного метра. В бла-гоприятно расположенных узких заливах высота прилива возраста-ет ещё в несколько раз.

Трение воды о дно, а также де-формации твёрдой оболочки Земли сопровождаются выделением теп-ла, что приводит к рассеянию энергии системы Земля — Луна. Поскольку приливный горб отно-сится к востоку, максимальный прилив происходит после кульминации Луны, притяжение горба вызывает ускорение Луны и замедление вращения Земли. Луна постепенно отодвигается от Земли. Действительно, геологические данные показывают, что в юрском периоде (190-130 млн лет назад) приливы бы-ли намного выше, а сутки — короче. Следует отметить, что при умень-шении расстояния до Луны в 2 раза высота прилива возрас-тает в 8 раз. В настоящее время сутки увеличиваются на 0,00017 с в год . Так что примерно через 1,5 млрд лет их дли-на увеличится до 40 современных суток. Такой же длины будет и месяц. В результате Земля и Луна будут всегда обра-щены друг к другу одной и той же стороной. После этого Лу-на начнёт постепенно приближаться к Земле и ещё через 2-3 млрд лет будет разорвана приливными силами (если, ко-нечно, к тому времени Солнечная система ещё будет сущест-вовать).

Влияние Луны на прилив

Рассмот-рим, следуя Ньютону, более подробно приливы, вызываемые притяжением Луны, так как воздействие Солнца существен-но (в 2,2 раза) меньше.

Запишем выражения для ускорений, вызываемых притя-жением Луны для разных точек Земли, учитывая, что для всех тел в данной точке пространства эти ускорения одинако-вы. В инерциальной системе отсчёта, связанной с центром масс системы, значения ускорений будут:

A A = -GM / (R — r) 2 , a B = GM / (R + r) 2 , a O = -GM / R 2 ,

где a A , a O , a B — ускорения, вызванные притяжением Луны в точках A , O , B (рис. 37); М — масса Луны; r — радиус Зем-ли; R — расстояние между центрами Земли и Луны (для рас-чётов его можно принять равным 60r ); G — гравитационная постоянная.

Но мы живём на Земле и все наблюдения проводим в си-стеме отсчёта, связанной с центром Земли, а не с центром масс Земля — Луна. Чтобы перейти в эту систему, необходимо из всех ускорений вычесть ускорение центра Земли. Тогда

A’ A = -GM ☾ / (R — r) 2 + GM ☾ / R 2 , a’ B = -GM ☾ / (R + r) 2 + GM / R 2 .

Выполним действия в скобках и учтём, что r мало по срав-нению с R и в суммах и разностях им можно пренебречь. Тогда

A’ A = -GM / (R — r) 2 + GM ☾ / R 2 = GM ☾ (-2Rr + r 2) / R 2 (R — r) 2 = -2GM ☾ r / R 3 .

Ускорения a ’ A и a ’ B одинаковы по модулю, противополож-ны по направлению, каждое направлено от центра Земли. Они называются приливными ускорениями . В точках C и D при-ливные ускорения, меньшие по модулю и направлены к цен-тру Земли.

Приливными ускорениями называются ускорения, возни-кающие в системе отсчёта, связанной с телом из-за того, что вследствие конечных размеров этого тела разные его части по-разному притягиваются возмущающим телом. В точках A и B ускорение силы тяжести оказывается меньшим, чем в точках C и D (рис. 37). Следовательно, для того чтобы давление на одинаковой глубине было одинаковым (как у сообщающих-ся сосудов) в этих точках, вода должна подняться, образуя так называемый приливный горб. Подсчёт показывает, что подъем воды или прилив в открытом океане составляет око-ло 40 см. В прибрежных водах он гораздо больше, а рекорд составляет около 18 м. Ньютоновская теория этого объяснить не может.

На побережье многих внешних морей можно увидеть любопытную картину: вдоль берега неда-леко от воды натянуты рыболовные сети. Причём сети эти по-ставлены не для сушки, а для ловли рыбы . Если остаться на берегу и понаблюдать за морем, то всё станет понятно. Вот -вода начинает прибывать, и там, где всего несколько часов назад была песчаная отмель, заплескались волны. Когда вода отступила, показались сети, в которых засверкала чешуёй запу-тавшаяся рыба. Рыбаки, обойдя сети, сняли улов. Материал с сайта

Вот как описывает наступление прилива очевидец: «Мы добрались до моря — сказал мне попутчик. Я в недоумении глядел кругом. Передо мной действительно был берег: следу ряби, полузасыпанный остов тюленя , редкие куски плавника, обломки ракушек. А дальше простиралось ровное пространство... и никакого моря. Но часа через три неподвижная линия горизон-та задышала, заволновалась. И вот уже за ней заискрилась морская зыбь. Вал прилива катился неудержимо вперёд по серой поверхности. Перегоняя друг друга, волны набегали на берег. Одна за другой потонули дальние скалы — и кругом видна толь-ко вода. Она бросает мне в лицо солёные брызги. Вместо мёртвой равнины передо мной живёт и дышит водная гладь».

Когда приливная волна заходит в залив, имеющий в плане воронкообразную форму, берега залива как бы сжимают её, отчего высота прилива увеличивается в несколько раз. Так, в заливе Фанди у восточного берега Северной Америки высота прилива достигает 18 м. В Европе наиболее высокие приливы (до 13,5 метров) бывают в Бретани близ города Сен-Мало.

Очень часто приливная волна заходит в устья

Большая часть объема космического пространства - это пустота. Но то тут, то там шарообразные сгустки материи - планеты, луны, звезды - проносятся мимо друг друга в исполинском танце.

Проделывая свои космические па, они силой гравитации действуют друг на друга, вызывая вспучивания океанических вод на поверхностях планет. Гравитация – это сила тяготения, действующая между всеми без исключения материальными объектами.

Что такое приливы и отливы?

Океанические приливы – это регулярные подъемы и падения уровня вод Мирового океана в ответ на гравитационные воздействия, то есть на силы притяжения. Когда воды океана поднимаются до самой высокой отметки, а это случается каждый 13 часов, это называется приливом. Когда вода опускается до самой низкой отметки, это называется отливом. Если вы приходите отдохнуть на морской пляж во время прилива, то наблюдаете эффект миров, проносящихся мимо Земли в вечном мраке космоса.

Материалы по теме:

Почему Луна меняет форму? Фазы Луны

Что вызывает приливы?

Солнце, Луна и другие тела Солнечной системы воздействуют на воду и сушу Земли силой своей гравитации. Но практическое влияние оказывают только Луна и Солнце. Солнце, хотя оно очень далеко (149 миллионов километров), настолько массивно, что сила его притяжения велика.

Луна очень мала (ее масса составляет 1 /81 часть от массы Земли), но оказывает выраженное гравитационное действие на Землю в силу своего близ кого от нее расстояния (380000 километров).

Интересный факт: когда Солнце, Луна и Земля находятся на одной линии, то есть в новолуние, приливы особенно сильны.

Несмотря на сильную гравитацию огромного Солнца, маленькая Луна благодаря своей близости к Земле оказывает на приливы гораздо большее влияние. Кроме того, сила притяжения Луны заметно меняется от участка к участку земной поверхности. Эти изменения обусловлены разным расстоянием различных участков земной поверхности от Луны в каждый данный момент времени.

Материалы по теме:

Почему небо на Луне черное?

Участок воды, находящийся непосредственно под Луной, будет испытывать наибольшее лунное притяжение, так как эти воды ближе к Луне, чем воды на противоположной стороне Земли. Однако приливы в обоих полушариях происходят в одно и то же время. Почему так получается?

Почему приливы в обоих полушариях происходят одновременно?

На той стороне Земли, которая обращена к Луне, вода устремляется от Земли в сторону Луны, увлекаемая силой лунного притяжения. На противоположной стороне, из-за прилива на «лицевой» стороне, суша буквально выдергивается из-под воды, что приводит к приливу и на «обратной» стороне. По мере вращения Земли и перемещения Луны прилив сменяется отливом.

Весенние приливы и отливы

В противоположность Луне Солнце так далеко от нас, что сила его притяжения одинакова в обоих полушариях. Поэтому оно не оказывает на океаны такого разительного действия, как Луна. Однако когда Солнце, Луна и Земля находятся на одной линии, то есть в новолуние, приливы особенно высоки, а отливы особенно глубоки (такие приливы и отливы почему-то называются весенними, хотя происходят круглый год). Вот как начинается обычный прилив. Вода, как и всякая жидкость, очень текуча (если опустить руку в воду, можно убедиться, что ее движения не вызывают почти никакого сопротивления).

Материалы по теме:

Метеориты и кратеры

Гравитация Луны слишком мала, чтобы просто поднять воду в воздух. Вместо этого происходит вот что. Луна движется вокруг Земли и тянет за собой массу воды силой своего притяжения. Сила гравитации не очень велика, но чтобы заставить воду течь по поверхности, большой силы и не требуется. Когда эта стена воды высотой до двух метров надвигается на сушу, то ее размеры увеличиваются еще больше. Приливы поднимаются над уровнем моря иногда до 10-12 метров. Поднятая в одном месте приливная вода вызывает отток воды в других участках берега.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .

• Почему человек зевает и почему…
• Почему человек не узнаёт свой…

Уровень поверхности океанов и морей периодически, приблизительно два раза в течение суток, изменяется. Эти колебания называются приливами и отливами. Во время прилива уровень океана постепенно повышается и достигает наивысшего положения. При отливе уровень постепенно падает до наинизшего. При приливе вода течет к берегам, при отливе - от берегов.

Приливы и отливы - это стоячие . Они образуются вследствие влияния таких космических тел, как и Солнце. По законам взаимодействия космических тел наша планета и Луна взаимно притягивают друг друга. Лунное притяжение столь велико, что поверхность океана как бы выгибается ему навстречу. Луна движется вокруг Земли, и за ней «бежит» по океану приливная волна. Дойдет волна до берега - вот и прилив. Пройдет немного времени, вода вслед за Луной отойдет от берега - вот и отлив. По тем же всеобщим космическим законам приливы и отливы образуются и от притяжения Солнца. Однако приливообразующая сила Солнца в связи с его удаленностью значительно меньше лунной, и если бы не было Луны, то приливы на Земле были бы в 2,17 раз меньше. Объяснение приливообразующих сил впервые было дано Ньютоном.

Приливы отличаются друг от друга продолжительностью и величиной. Чаще всего в течение суток происходит два прилива и два отлива. На дугах и побережьях Восточной и Центральной Америки наблюдается один прилив и один отлив в течение суток.

Величина приливов еще более разнообразна, чем их период. Теоретически один лунный прилив равен 0,53 м, солнечный - 0,24 м. Таким образом, самый большой прилив должен иметь высоту 0,77 м. В открытом океане и у островов величина прилива довольно близка к теоретической: на Гавайских островах - 1 м, на острове Святой Елены - 1,1 м; на островах - 1,7 м. У материков величина приливов колеблется от 1,5 до 2 м. Во внутренних морях приливы очень незначительны: - 13 см, - 4,8 см. считается бесприливным, но около Венеции приливы бывают до 1 м. Наиболее крупными можно отметить следующие приливы, зарегистрированные в :

В в заливе Фанди () прилив достиг высоты 16-17 м. Это самый большой показатель прилива на всем земном шаре.

На севере в Пенжинской губе высота прилива достигла 12-14 м. Это самый большой прилив у берегов России. Однако приведенные выше показатели приливов являются скорее исключением, чем правилом. В преобладающем большинстве пунктов измерений уровня приливов они невелики и редко превышают 2 м.

Значение приливов очень велико для морского судоходства, устройства портов. Каждая приливная волна несет огромный запас энергии.

Приливом и отливом называется такое периодическое колебание уровня океана или моря, которое происходит от притяжения Луны и Солнца. Явление заключается в следующем: уровень воды постепенно поднимается, что называется приливом, достигает наивысшего положения, называемого полной водой. После того уровень начинает понижаться, что называется отливом, и через 6 час. 12,5 мин. (приблизительно) достигает наиболее низкого положения, называемого малой водой. Затем уровень снова начинает повышаться, и еще через 6 час. 12,5 мин. (приблизительно) наступает опять полная вода.

Таким образом, период явления равен 12 час. 25 мин. (приблизительно), и каждые 24—25 час. бывает два прилива и два отлива, две полные воды и две малые.

Расстояние от вертикали между уровнями последовательных полной и малой вод есть амплитуда прилива.

Если производить в том же месте наблюдения прилива в течение месяца, то окажется, что изо дня в день полная и малая воды изменяют свои положения. Два раза в месяц, в сизигии (полнолуние и новолуние), уровни полной и малой воды располагаются всего далее друг от друга, и тогда амплитуда прилива наибольшая, это случается каждые 14 дней (приблизительно). После момента сизигийных полных и малых вод уровни последующих полных и малых вод начинают приближаться друг к другу; первые располагаются все ниже и ниже, а вторые — все выше и выше, и около времени квадратур (первая и последняя четверти) амплитуда прилива достигает наименьшей величины, что случается тоже каждые 14 дней (приблизительно).

Наблюдая моменты полных вод, нетрудно заметить, что они бывают около времени верхнего и нижнего прохождений Луны через меридиан места, а малые — приблизительно посередине между этими моментами (т. е. когда Луна находится около первого вертикала). При этом каждая последующая полная и малая воды опаздывают относительно момента предшествовавшей в среднем на 12,5 мин.; таким образом, за сутки накопится около 50 мим. опоздания явления, т. е. столько же, как и опоздание прохождения Луны через верхнюю часть меридиана места.

В свою очередь наибольшие амплитуды бывают около времени фаз Луны, называемых сизигиями, а наименьшие — около времени фаз Луны, называемых квадратурами.

Все эти обстоятельства были подмечены еще до нашей эры и тогда же привели к заключению, что явление приливов связано с Луной. Прошло, однако, более полуторы тысячи лет, пока нашли и сумели выразить научным образом зависимость между явлением приливов и Луной, это открытие было сделано Ньютоном на основании впервые им высказанных законов всемирного тяготения.

Наблюдая внимательно приливы или изучая таблицы тщательно произведенных наблюдений, нетрудно заметить еще некоторые особенности, представляющие уклонения от идеально правильного хода явления; но так как эти уклонения правильно повторяются, то они тоже суть характерные признаки явления.

Моменты полных и малых вод всегда опаздывают относительно времени прохождения Луны через меридиан. Промежуток времени между верхним или нижним прохождениями Луны через меридиан и моментами полной воды называется лунным промежутком, этот промежуток изменяется в некоторых пределах; среднее из многих лунных промежутков во время сизигий называется прикладным часом.

Лунные промежутки бывают меньше средних между новолунием л полнолунием и следующими за ними квадратурами. Лунные промежутки бывают больше средних между квадратура;ми и следующими за ними сизигиями.

Промежутки времени между полной и малой водами, а также малой и полной водами в действительности никогда не бывают равны между собой, но различаются иногда до 2 час. времени. Так же точно и промежутки времени между сизигийными и квадратурными приливами неравны между собой.

При большом удалении Луны от экватора, т. е. когда склонение Луны велико, все местные отклонения явления от его нормального хода увеличиваются в размерах.

Все эти особенности явления подтверждают преобладающее значение Луны в возбуждении явления приливов.

Изучение явления приливов

Явление приливов на берегах морей, где колебания уровня, вызываемые приливами, сколько-нибудь заметны, своей правильной повторяемостью должны были неминуемо обратить на себя внимание береговых жителей, тем более, что последние всегда заняты рыболовством, для которого правильное колебание уровня имеет большое практическое значение. Таким образом, существование периодических колебаний уровня было известно, конечно в глубокой древности.

Геродот (484—428 гг. до н. э.) был первый, который упоминает о явлении приливов в своих трудах, именно о приливах в Красном море. В Средиземном море приливы очень невелики, и, хотя европейская цивилизация « зародилась на берегах этого моря, вполне понятно, что явление приливов стало изучаться только после плаваний греков за пределы Гибралтара.

Первые наблюдения и выводы из них были сделаны Пифеем (325 г. до н. э.) из греческой колонии Массилия (нынешний Марсель), ученым мореплавателем, бывавшем не только в Англии, но и далее на север. Наблюдая приливы у берегов Англии, i де они очень велики я отличаются правильностью, Пифей был первый, который заметил зависимость между явлением приливов и Луной, а именно, что полные воды бывают около времени прохождений Луны через меридиан, а малые — посередине между ними; и второе, что амплитуда пр.илявов изменяется в течение полумесяца вместе с фазами Луны; очевидно, для получения таких выводов надо было наблюдать приливы и измерять амплитуды их.

Посидоний (130—50 гг. до н. э.), греческий ученый, считался знатоком явления приливов и даже сделал попытку выразить числом влияние Луны на приливы. Его описание приливов в Кадиксе замечательно обстоятельно, причем оп указывает даже на существование разности амплитуд приливов во время равноденствий и солнцестояний.

Взгляды Галилея (1564—1642 гг.) на приливы не были особенно ясны. Кеплер (1571—1630 гг.) внес более серьезный вклад в дело изучения явления. Он указал, что, разбирая приливы, надо принимать во внимание не солнечные сутки, а лунные. Он же упоминает впервые о 19-летнем периоде приливов. В общем до открытия законов всемирного тяготения представления о причинах приливов не могли быть ясны.

Ньютон (1642—1727 гг.) на основании законов всемирного тяготения изложил свою теорию приливов, так называемую теорию равновесия, пользуясь которой он дал первое объяснение главных особенностей приливов, как, например, суточного неравенства, и первое вычисление величины сил, производящих приливы; все последующие труды основаны на работе Ньютона.

Дальнейшее движение в изучении приливов принадлежит Д. Беряулли (1700— 1782 гг.), который развил теорию равновесия Ньютона и первый приспособил ее к предсказанию приливов. Его работа была большим усовершенствованием теории равновесия вообще.

Маклорен (1698—1746 гг.) доказал те стороны теории равновесия, которые Ньютон дал без подтверждения; а именно он окончательно подтвердил, что под влиянием притяжения Луны однородная сфера должна принимать вид эллипсоида вращения.

Лаплас (1749—1827 гг.) первый приложил к изучению приливов новый взгляд, разбирая явление не как результат статического равновесия, а как род колебательного движения частиц воды, возбуждаемого притяжением каждой из них Солнцем и Луной. Пользуясь предпринятыми по его настоянию наблюдениями в Бресте (с 1807 по 1822 г.), он проверил выводы своей теории, впервые показавшей, каким способом можно выразить аналитически какое-либо периодическое явление. Работы Лапласа легли в основание всех современных приемов изучения явления приливов.

Лёббок (1803—1865 гг.) много сделал для применения теории к практике предсказания приливов и дал для этого прекрасные примеры. Он же высказал мысль, о построении карт распространения приливов, на что уже указывал Юнг, и хотя последний и не построил подобных карт, но ему принадлежит термин «котидальная линия», т. е. линия, соединяющая местность с одновременными полными водами.

Уевель (1794—1866 гг.) много работал по изучению приливов, и ему обязана наука многими одновременными наблюдениями в большом числе мест в Атлантическом океане. Он же построил и первые карты котидальных линий для большей части Мирового океана. Однако к концу своей деятельности он справедливо высказал сомнение о правильном представлении явления такими картами для открытого океана, оставляя их для прибрежных вод, где прилив распространяется по законам волн в водах малой глубины."

Эри (1801—1892 гг.) в своих трудах, имеющих отношение к приливам, разобрал случаи движения волн в каналах малой глубины сравнительно с размерами волн. Ои объяснил и показал, что трение действительно может произвести опоздание в наступлении полной воды сравнительно с моментом прохождения Луны через меридиан, как это почти везде и наблюдается; обстоятельство, которое предшествовавшими теориями не объяснялось. Он же приложил свою теорию ко многим случаям на практике и показал, что она объясняет такие стороны явления приливов у берегов, которые остались до тех пор не ясными (явление бора, смена приливных течений).

В. Томсон, лорд Кельвин (1824—1908 гг.) очень много сделал для практической стороны вопроса предсказания приливов. Он применил прием Лапласа:—выражение прилива с помощью особых рядов — и развил его в гармонический анализ кривой колебания уровня при приливе. Им был построен особый прибор (в 1878 г.) — гармонический анализатор, решавший задачу механически. При помощи его можно было из кривой прилива за годовой период в каком-либо месте вывести коэффициенты прилива, подобно тому, как из наблюдений девиации получаются ее коэффициенты. Пользуясь этими коэффициентами, можно построить или вычислить кривую прилива для того же мест? на год вперед. Для облегчения зыполнения этой задачи Томсон построил другой прибор — приливопредсказатель (1876 г.).

Г. Дарвину (1845—1912 гг.) принадлежит разработка важных теоретических вопросов приливов, между прочим, он высказал гипотезу о возникновении Луны, как следствия приливов в еще жидкой массе Земли. Он же разработал вопрос о влиянии прилива на замедление вращения Земли на оси. Кроме того, Дарвин много работал над улучшением приемов гармонического анализа и дал удобные для выполнения его приемы. Его статьи о приливах в «Encyclopedia Britannica» представляют образцовые изложения вопроса, и им же написано одно из лучших популярных описаний состояния теории приливов под заглавием.Tides and Kindred phenomena in the Solar system, 1911.

P. Гарриссв (1894—1904 и 1911 гг.) посвятил приливам громадный труд, где он сделал свод всего достигнутого его предшественниками и изложил свою гипотезу распространения прилива в Мировом океане, основанную на применении стоячих волн (сейш) к явлению прилива.