Що означає припливи та відливи. Припливи залежить від фаз Місяця, як це працює? Які припливи вважаються найвищими у світі

Приплив і відплив

Приліві відлив- періодичні вертикальні коливання рівня океану або моря, що є результатом зміни положень Місяця і Сонця щодо Землі разом з ефектами обертання Землі та особливостями даного рельєфу і що виявляється в періодичному горизонтальномузміщення водних мас. Припливи та відливи викликають зміни у висоті рівня моря, а також періодичні течії, відомі як приливні течії, що роблять пророцтво припливів важливим для прибережної навігації.

Інтенсивність цих явищ залежить від багатьох факторів, проте найважливішим із них є ступінь зв'язку водойм зі світовим океаном. Чим більше замкнене водоймище, тим менший ступінь прояву припливно-відливних явищ.

Припливно-відливний цикл, що щороку повторюється, залишається незмінним внаслідок точної компенсації сил тяжіння між Сонцем і центром мас планетної пари і силами інерції, прикладеними до цього центру.

Оскільки положення Місяця та Сонця стосовно Землі періодично змінюється, змінюється і інтенсивність результуючих припливно-відливних явищ.

Відлив у Сен-Мало

Історія

Відливи грали помітну роль у постачанні прибережного населення морепродуктами, дозволяючи збирати на морському дні, що оголився, придатну для їжі їжу.

Термінологія

Мала вода (Бретань, Франція)

Максимальний рівень поверхні води під час припливу називається повною водою, а мінімальний під час відливу - малою водою. В океані, де дно рівне, а суша далеко, повна водапроявляється як два «здуття» водної поверхні: одне з них знаходиться з боку Місяця, а інше – у протилежному кінці земної кулі. Також можуть бути ще два менші за розміром здуття з боку, спрямованої до Сонця, і протилежної йому. Пояснення цього ефекту можна знайти нижче, у розділі фізика припливу.

Оскільки Місяць і Сонце переміщуються щодо Землі, разом із ними переміщаються і водні горби, утворюючи приливні хвиліі приливні течії. У відкритому морі приливні течії мають обертальний характер, а поблизу берегів і у вузьких затоках та протоках – зворотно-поступальний.

Якби вся Земля була вкрита водою, ми б спостерігали два регулярні припливи та відливи щодня. Але так як безперешкодному поширенню приливних хвиль заважають ділянки суші: острови і континенти, а також через дію сили Коріоліса на воду, що рухається, замість двох приливних хвиль спостерігається безліч маленьких хвиль, які повільно (у більшості випадків з періодом 12 год 25,2 хв ) оббігають навколо точки, що називається амфідромічній, в якій амплітуда припливу дорівнює нулю. Домінуюча компонента припливу (місячний приплив М2) утворює на поверхні Світового океану близько десятка амфідромічних точок з рухом хвилі за годинниковою стрілкою і приблизно стільки ж проти годинникової (див. карту). Все це унеможливлює передбачення часу припливу тільки на основі положень Місяця та Сонця щодо Землі. Натомість використовують «щорічник припливів» - довідковий посібник для обчислення часу настання припливів та їх висоти у різних пунктах земної кулі. Також використовуються таблиці припливів, з даними про моменти та висоти малих та повних вод, обчисленими на рік вперед основних приливних портів.

Складова притока M2

Якщо з'єднати на карті крапки з однаковими фазами припливу, ми отримаємо так звані котидальні лінії, що радіально розходяться з амфідромічної точки. Зазвичай котидальні лінії характеризують положення гребеня приливної хвилі кожної години. Фактично котидальні лінії відбивають швидкість поширення приливної хвилі за 1 годину. Карти, на яких представлені лінії рівних амплітуд та фаз приливних хвиль, називаються котидальними картами.

Висота припливу- Різниця між вищим рівнем води при припливі (повна вода) та нижчим її рівнем при відливі (мала вода). Висота припливу - величина непостійна, проте середній показник наводиться при характеристиці кожної ділянки узбережжя.

Залежно від взаємного розташування Місяця і Сонця мала і велика хвилі припливу можуть посилювати один одного. Для таких припливів історично склалися спеціальні назви:

Квадратурний приплив- найменший приплив, коли приливоутворюючі сили Місяця та Сонця діють під прямим кутом одна до одної (таке положення світил називається квадратурою).
Сизігійний приплив- найбільший приплив, коли припливоутворюючі сили Місяця і Сонця діють вздовж одного напрямку (таке положення світил називається сизігією).

Чим менше чи більше приплив, тим менше чи, відповідно, більше відлив.

Найвищі припливи у світі

Можна спостерігати в бухті Фанді (15,6-18 м), яка знаходиться на східному узбережжі Канади між Нью-Брансуїком та Новою Шотландією.

На Європейському континенті найвищі припливи (до 13,5 м) спостерігаються у Бретані біля міста Сен-Мало. Тут приливна хвиля фокусується береговою межею півострівів Корнуолл (Англія) і Котантен (Франція).

Фізика припливу

Сучасне формулювання

Що стосується планети Земля причиною припливів є перебування планети в гравітаційному полі, створюваному Сонцем і Місяцем. Оскільки створювані ними ефекти незалежні, вплив цих небесних тіл на Землю можна розглядати окремо. У такому разі для кожної пари тіл можна вважати, що кожне з них обертається навколо центру гравітації. Для пари Земля – Сонце цей центр знаходиться у глибині Сонця на відстані 451 км від його центру. Для пари Земля-Місяць він знаходиться в глибині Землі на відстані 2/3 її радіусу.

Кожне з цих тіл відчуває дію приливних сил, джерелом яких є сила гравітації та внутрішні сили, що забезпечують цілісність небесного тіла, у ролі яких виступає сила власного тяжіння, що називається самогравітацією. Найбільш наочно виникнення припливних сил простежується з прикладу системи Земля - Сонце.

Приливна сила є результатом конкуруючої взаємодії сили тяжіння, спрямованої до центру гравітації і спадної пропорційно квадрату відстані від нього, і фіктивної відцентрової сили інерції, обумовленої зверненням небесного тіла навколо цього центру. Ці сили, протилежні за напрямом, збігаються за величиною тільки в центрі мас кожного з небесних тіл. Завдяки дії внутрішніх сил Земля звертається навколо центру Сонця як ціле з постійною кутовою швидкістю для кожного елемента її маси. Тому в міру видалення цього елемента маси від центру гравітації відцентрова сила, що діє на нього, зростає пропорційно квадрату відстані. Більш детальний розподіл припливних сил у їх проекції на площину, перпендикулярну площині екліптики, наведено на рис.1.

Рис.1 Схема розподілу приливних сил у проекції на площину, перпендикулярну Екліптиці. Тяжке тіло або праворуч, або зліва.

Досягане внаслідок дії приливних сил відтворення змін форми піддається їх дії тіл може, відповідно до ньютонианской парадигмою, досягнуто лише тому випадку, якщо ці сили повністю скомпенсовані іншими силами, до яких може входити і сила Всесвітнього тяжіння.

Рис.2 Деформація водної оболонки Землі як наслідок балансу приливної сили, сили самогравітації та сили реакції води на зусилля стиснення

В результаті складання цих сил і виникають симетрично по обидва боки земної кулі приливні сили, спрямовані в різні боки від нього. Припливна сила, спрямована до Сонця, має гравітаційну природу, а спрямована від Сонця є наслідком фіктивної сили інерції.

Ці сили вкрай слабкі і не йдуть ні в яке порівняння з силами самогравітації (прискорення, що створюється ними, в 10 мільйонів разів менше прискорення вільного падіння). Однак вони викликають зсув частинок води Світового океану (опір зсуву у воді при малих швидкостях руху практично дорівнює нулю, тоді як стиску - надзвичайно велике), доки дотична до поверхні води не стане перпендикулярною результуючої силі.

Через війну лежить на поверхні світового океану виникає хвиля, що займає постійне становище у системах взаємно тяжких тіл, але що біжить поверхні океану разом із добовим рухом його дна і берегів. Таким чином (у зневагі до океанічних течій) кожна частка води двічі здійснює протягом доби коливальний рух вгору-вниз.

Горизонтальний рух води спостерігається лише біля берегів як наслідок підйому її рівня. Швидкість руху тим більше, що більш порожнього розташоване морське дно.

Приливоутворюючий потенціал

(акад концепції. Шулейкіна)

Нехтуючи розміром, будовою та формою Місяця, запишемо питому силу тяжіння пробного тіла, що є Землі. Нехай – радіус-вектор, спрямований від пробного тіла у бік Місяця, – довжина цього вектора. В цьому випадку сила тяжіння цього тіла Місяцем дорівнюватиме

де – селенометрична гравітаційна стала. Пробне тіло помістимо в крапку. Сила тяжіння пробного тіла, поміщеного в центр мас Землі дорівнюватиме

Тут під і розуміються радіус-вектор, що з'єднує центри мас Землі та Місяця, та їх абсолютні величини. Приливною силою ми називатимемо різницю цих двох сил тяжіння

У формулах (1) та (2) Місяць вважається кулею зі сферично-симетричним розподілом мас. Силова функція тяжіння пробного тіла Місяцем нічим не відрізняється від силової функції тяжіння кулі і дорівнює Друга сила прикладена до центру мас Землі і є постійною величиною. Для отримання силової функції цієї сили ми введемо тимчасову систему координат. Ось проведемо з центру Землі та направимо у бік Місяця. Напрями двох інших осей залишимо довільними. Тоді силова функція сили дорівнюватиме. Приливоутворюючий потенціалдорівнюватиме різниці цих двох силових функцій. Позначимо його, отримаємо Постійну визначимо з умови нормування, згідно з яким припливутворюючий потенціал у центрі Землі дорівнює нулю. У центрі Землі , Звідси випливає, що . Отже, ми отримуємо остаточну формулу припливутворюючого потенціалу у вигляді (4)

Оскільки

При малих величинах , , останній вираз можна у наступному вигляді

Підставивши (5) до (4), отримаємо

Деформація поверхні планети під дією припливів та відливів

Обурюючий вплив припливного потенціалу деформує рівнену поверхню планети. Оцінимо цей вплив, вважаючи, що Земля є куля зі сферично-симетричним розподілом маси. Незбурений гравітаційний потенціал Землі лежить на поверхні . Для точки. , що знаходиться на відстані від центру сфери, гравітаційний потенціал Землі дорівнює . Скоротивши на постійну гравітаційну, отримаємо . Тут змінними величинами є і . Позначимо ставлення мас гравітуючого тіла до маси планети грецькою літерою і вирішимо отриманий вираз щодо:

Тому що з тим же ступенем точності отримаємо

Враховуючи небагато відношення останні вирази можна записати так

Ми отримали, таким чином, рівняння двовісного еліпсоїда, у якого вісь обертання збігається з віссю, тобто з прямою, що з'єднує тіло, що тяжіє, з центром Землі. Півосі цього еліпсоїда, очевидно, рівні

Наведемо наприкінці невелику чисельну ілюстрацію цього ефекту. Обчислимо приливний "горб" на Землі, викликаний тяжінням Місяця. Радіус Землі дорівнює км, відстань між центрами Землі та Місяця з урахуванням нестабільності місячної орбіти км, відношення маси Землі до маси Місяця дорівнює 81:1. Очевидно, що при підстановці формулу ми отримаємо величину, приблизно рівну 36 см.

Див. також

Примітки

Література

Фріш С. А. та Тиморьова А. В.Курс загальної фізики, Підручник для фізико-математичних та фізико-технічних факультетів державних університетів, Том I. М.: ГІТТЛ,1957
Щулейкін В. В.Фізики моря. М.: Вид-во «Наука», Відділення наук про Землю АН СРСР 1967
Войт С. С.Що таке припливи? Редколегія науково-популярної літератури Ан СРСР

Посилання

WXTide32 - програма, що вільно розповсюджується, для складання таблиць припливів

Місяць
Особливості

Припливи та відливи - природні явища, про які чули і які спостерігали багато людей, що особливо живуть на березі моря або океану. Що таке припливи та відливи, яка сила криється в них, чому вони виникають, читайте у статті.

Значення слова "приплив"

Згідно з тлумачним словником Єфремової, приплив - це природне явище, коли рівень відкритого моря підвищується, тобто відбувається його піднесення, і це періодично повторюється. Що означає приплив? За тлумачним словником Ожегова приплив - це приплив, скупчення що рухається.

Приплив – це що таке?

Це природне явище, коли регулярно піднімається і падає рівень води в океані, морі чи іншій водоймі. Що таке приплив? Це реакція на вплив гравітаційних сил, тобто сил тяжіння, якими володіють Сонце, Місяць та інші приливоутворюючі сили.

Що таке приплив? Це підйом води в океані до найвищого рівня, що відбувається кожні 13 годин. Відлив - зворотне явище, коли вода в океані падає до найнижчого рівня.

Приплив та відлив – це що таке? Це коливання рівня води, яке відбувається періодично за вертикаллю. Це природне явище, припливи і відливи, відбувається тому, що щодо Землі змінюється положення Сонця, Місяця разом з ефектами Землі, що обертають, і особливостями рельєфу.

Де трапляються відливи та припливи?

Ці природні явища спостерігаються майже в усіх морях. Вони виражаються в періодичному підвищенні та зниженні рівня води. Трапляються припливи по протилежним сторонам Землі, які лежать поруч із лінією, спрямованої до Сонця та Місяця. На утворення горба з одного боку Землі впливає пряме тяжіння небесних тіл, а з іншого - найменше їх тяжіння. Так як Земля обертається, біля берега моря в кожному пункті за одну добу спостерігається по дві припливи і стільки ж відливів.

Припливи однаковими не бувають. Переміщення водних мас та рівень, до якого піднімається вода в морі, залежать від багатьох факторів. Це широта місцевості, обрис суші, атмосферний тиск, сила вітру та багато іншого.

Різновиди

Припливи та відливи класифікують за тривалістю циклу. Вони бувають:

ПівдобовіКоли на добу трапляється два припливи і два відливи, тобто перетворення простору води в океані або на море полягає в повних і неповних водах. Параметри амплітуд, що чергуються між собою, практично не мають відмінностей. Вони виглядають як крива синусоїдальна риса та локалізуються у водах такого моря, як Баренцеве, біля берегів Білого, поширені практично на всій території Атлантичного океану.
Добові- характеризуються одним припливом і такою кількістю відливів протягом доби. Такі природні явища спостерігаються й у Тихому океані, але дуже рідко. Тож якщо супутник Землі проходить через екваторіальну зону, спостерігається стояння води. Але якщо відбувається відмінювання Місяця з найменшим показником, спостерігаються припливи малої потужності, що мають екваторіальний характер. Якщо цифри вищі, утворюються тропічні припливи, що супроводжуються значною силою.
Змішаніколи по висоті переважають напівдобові або добові припливи, що мають неправильну конфігурацію. Наприклад, у напівдобових змінах рівня гідросфери простежується схожість з напівдобовими припливами за багатьма ознаками, а добових - з тими самими за часом припливами, тобто добовими, які залежить від цього, з яким градусом схиляється Місяць у цей час. Припливи та відливи змішаного типу найчастіше зустрічаються у водному просторі Тихого океану.

Припливи аномального характеру- характеризуються підйомами та спадами води, які не підходять ні під один опис за різними ознаками. Аномалія має безпосередній зв'язок з мілководдям, внаслідок чого змінюється сам цикл як підйому, так і спаду води. Цей процес особливо впливає на гирлі річок. Тут припливи за часом менші відпливів. Подібними катаклізмами характеризуються окремі ділянки протоки Ла-Манш, і навіть течії Білого моря.

Однак припливи практично не помітні в морях, які називаються внутрішніми, тобто відокремленими від океану протоками, вузькими по ширині.

Що породжує припливи?

Якщо порушуються сили тяжіння та інерції, Землі виникають припливи. Природне явище припливи більшою мірою проявляється біля океанічних берегів. Тут двічі на добу по-різному рівень води підвищується і стільки ж разів опускається. Відбувається це тому, що на поверхні двох протилежних областей океану утворюються горби. Їх становище визначається залежно від положення Місяця та Сонця.

Вплив Місяця

На виникнення припливів і відливів Місяць робить більший вплив, ніж Сонце. В результаті численних досліджень було виявлено, що на точку земної поверхні, розташовану найближче до Місяця, зовнішні фактори впливають на 6% більше, ніж на найвіддаленішу. У зв'язку з цим вчені зробили висновок, що завдяки цьому розмежуванню сил Земля розсувається у напрямі такої траєкторії, як Місяць-Земля.

Враховуючи ту обставину, що Земля навколо своєї осі обертається за одну добу, подвійна приливна хвиля за цей час проходить по розтягуванню, точніше, його периметру, два рази. Внаслідок цього процесу створюються подвійні «долини». Їхня висота в Світовому океані досягає двометрової позначки, а на суші - 40-43 сантиметри, тому для жителів планети це явище залишається непоміченим. Нами не відчувається сила припливів, відливів, де б ми не знаходилися: на суші чи воді. Хоча з подібним явищем людина знайома, спостерігаючи її на береговій лінії. Морські або океанічні води набирають іноді за інерцією досить велику висоту, тоді ми бачимо хвилі, що викочуються на берег - це приплив. Коли вони відкочуються назад – відлив.

Вплив Сонця

Головна зірка Сонячної системи далеко від Землі. Тому її вплив на нашу планету мало помітно. Сонце масивніше Місяця, якщо розглядати ці небесні тіла як джерела енергії. Але велика відстань між світилом і Землею впливає на амплітуду сонячних припливів, вона вдвічі менша за аналогічні процеси Місяця. Коли спостерігається повний місяць і росте Місяць, небесні тіла - Сонце, Земля і Місяць - мають однакове розташування, внаслідок чого сонячні та місячні припливи складаються. Сонце мало впливає на припливи і відливи в той період, коли гравітаційні сили від Землі йдуть у двох напрямках: до Місяця і Сонця. Саме тоді рівень відливу підвищується, а припливу - знижується.

Суша планети займає 30 % поверхні. Решту покривають океани і моря, з якими пов'язано багато таємниць та явищ природного характеру. Одним із них є так званий червоний приплив. Це явище дивовижне за красою. Воно спостерігається біля узбережжя затоки Флориди і вважається найбільшим, особливо в такі літні місяці, як червень або липень. Як часто можна спостерігати червоний приплив, залежить від банальної причини – забруднення прибережних вод людиною. Хвилі мають насичений яскраво-червоний або помаранчевий відтінок. Це чудове видовище, але милуватися ним довго небезпечно для здоров'я.

Справа в тому, що фарбування воді дають водорості під час цвітіння. Цей період відбувається дуже інтенсивно, рослини виділяють велику кількість токсинів та хімікатів. У воді вони розчиняються в повному обсязі, якась їх частина виділяється у повітря. Ці речовини дуже шкідливі рослин, тварин, морських птахів. Часто від них страждають люди. Особливо небезпечними для людини є молюски, яких виловили із зони "червоного припливу". Людина, вживаючи їх, отримує сильне отруєння, що часто призводить до смерті. Справа в тому, що рівень кисню під час припливу знижується, у воді утворюється аміак і сірководень. Вони є причиною отруєнь.

Які припливи вважаються найвищими у світі?

Якщо форма затоки лійкоподібна, при попаданні в неї приливної хвилі відбувається стискання берегів. Через це збільшується висота припливу. Так, висота приливної хвилі біля східних берегів Північної Америки, а саме в затоці Фанді досягає приблизно 18 метрів. У Європі найвищими припливами (13,5 метрів) відрізняється Бретань, неподалік Сен-Мало.

Як впливають припливи та відливи на мешканців планети?

Цим природним явищам особливо схильні морські жителі. Найбільший вплив припливи та відливи надають на мешканців вод у береговій смузі. Оскільки рівень земної води змінюється, відбувається розвиток організмів з осілим способом життя. Це молюски, устриці, яким зміна структури водяної стихії не заважає розмножуватися. Цей процес відбувається набагато активніше під час великих припливів

Але багатьом організмам періодичні коливання рівня води приносять страждання. Особливо важко доводиться тваринам маленького розміру, багато з них під час припливів повністю змінюють місце існування. Одні перебираються ближче до берега, а інших, навпаки, хвиля забирає глибоко в океан. Природа, звісно, координує всі зміни планети, але живі організми пристосовуються до умов, поданим діяльністю Місяця, і навіть Сонця.

Яку роль грають припливи та відливи?

Що таке припливи та відливи, ми розібрали. Яка їхня роль у житті людини? Ці природні явища мають титанічну силу, яку нині, на жаль, використовують мало. Хоча перших спроб у цьому напрямі було зроблено ще в середині минулого століття. У різних країнах світу стали споруджувати гідроелектростанції, що використовують силу приливної хвилі, але їх поки що дуже мало.

Значення припливів величезне й у судноплавства. Саме під час їх утворення судна заходять у річку на багато кілометрів нагору за течією для вивантаження товарів. Тому дуже важливо знати, коли ці явища відбудуться, навіщо складаються спеціальні таблиці. Капітани суден з них визначають точний час настання припливів та його висоту.

Припливами і відливами називають періодичні підвищення та зниження рівня води в океанах та морях. Двічі протягом доби з проміжком близько 12 години 25 хвилин вода біля берега океану або відкритого моря піднімається і, якщо немає перешкод, іноді заливає великі простори – це приплив. Потім вода знижується та відступає, оголюючи дно – це відлив. Чому це відбувається? Про це замислювалися ще давні люди, вони й помітили, що ці явища пов'язані з Місяцем. На основну причину припливів і відливів вперше вказав І. Ньютон - це тяжіння Землі Місяцем, а точніше, різниця між тяжінням Місяцем всієї Землі в цілому та водної її оболонки.

Пояснення припливів та відливів теорією Ньютона

Тяжіння Землі Місяцем складається з тяжіння Місяцем окремих частинок Землі. Частинки, що знаходяться зараз ближче до Місяця, притягуються нею сильніше, а більш далекі – слабші. Якби Земля була абсолютно твердою, то ця відмінність у силі тяжіння не відігравала б жодної ролі. Але Земля не є абсолютно твердим тілом, тому різниця сил тяжіння частинок, що знаходяться поблизу поверхні Землі та поблизу її центру (цю різницю називають припливоутворюючою силою), зміщує частинки відносно один одного, і Земля, перш за все її водна оболонка, деформується.

В результаті на тій стороні, яка звернена до Місяця, і на протилежному боці вода піднімається, утворюючи приливні виступи, і там накопичується надлишок води. За рахунок цього рівень води в інших протилежних точках Землі тим часом знижується – тут відбувається відлив.

Якби Земля не оберталася, а Місяць залишався нерухомим, то Земля разом зі своєю водною оболонкою завжди зберігала б ту саму витягнуту форму. Але Земля обертається, а Місяць рухається навколо Землі приблизно за 24 години 50 хвилин. З цим же періодом і приливні виступи йдуть за Місяцем і переміщаються поверхнею океанів і морів зі сходу на Захід. Оскільки таких виступів два, то над кожним пунктом в океані двічі на добу з інтервалом близько 12:00 25 хвилин проходить приливна хвиля.

Чому висота приливної хвилі різна

У відкритому океані вода піднімається при проходженні приливної хвилі трохи: близько 1 м і менше, що залишається майже непомітним для мореплавців. Але біля берегів навіть такий підйом рівня води помітний. У бухтах і вузьких затоках рівень води піднімається під час припливів набагато вище, тому що берег перешкоджає руху припливної хвилі і вода накопичується тут протягом усього часу між відливом та припливом.

Найбільший приплив (близько 18 м) спостерігається в одній із бухт на узбережжі в Канаді. У Росії її найбільші припливи (13 м) відбуваються у Гижигинской і Пенжинської губах Охотського моря. У внутрішніх морях (наприклад, у Балтійському чи Чорному) припливи і відливи майже непомітні, бо такі моря не встигають проникнути маси води, що переміщаються разом із океанської приливною хвилею. Але все одно в кожному морі або навіть озері виникають самостійні хвилі припливу з невеликою масою води. Наприклад, висота припливів у Чорному морі сягає лише 10 см.

В одній і тій же місцевості висота припливу буває різною, тому що відстань від Місяця до Землі та найбільша висота Місяця над горизонтом з часом змінюються, а це призводить до зміни величини сил припливу.

Припливи та Сонце

На припливи також діє і Сонце. Але приливні сили Сонця в 2,2 рази менші за приливні сили Місяця. Під час молодика та повного місяця припливні сили Сонця та Місяця діють в одному напрямку – тоді виходять найвищі припливи. Але під час першої та третьої чвертей Місяця припливні сили Сонця та Місяця протидіють, тому припливи бувають меншими.

Припливи в повітряній оболонці Землі та її твердому тілі

Приливні явища відбуваються у водної, а й у повітряної оболонці Землі. Вони називаються атмосферними припливами та відливами. Припливи відбуваються також у твердому тілі Землі, оскільки Земля не є абсолютно твердою. Вертикальні коливання Землі внаслідок припливів досягають кількох десятків сантиметрів.

Місяць рухається навколо Землі із середньою швидкістю 1,02 км/сек приблизно еліптичної орбіті у тому напрямі, у якому рухається переважна більшість інших тіл Сонячної системи, тобто проти годинникової стрілки, якщо дивитися орбіту Місяця із боку Північного полюса світу. Велика піввісь орбіти Місяця, що дорівнює середній відстані між центрами Землі та Місяця, становить 384 400 км (приблизно 60 земних радіусів). Внаслідок еліптичності орбіти відстань до Місяця коливається між 356 400 і 406 800 км. Період звернення Місяця навколо Землі, так званий зірковий місяць схильний до невеликих коливань від 27,32166 до 29,53 діб, але й дуже малого вікового скорочення. Місяць світиться тільки світлом, відбитим від Сонця, тому одна її половина, звернена до Сонця, освітлена, а інша занурена у морок. Яка частина освітленої половини Місяця видно нам зараз, залежить від положення Місяця на її орбіті навколо Землі. У міру руху Місяця по орбіті її форма поступово, але безперервно змінюється. Різні видимі форми Місяця називаються його фазами.

Припливи та відливи знайомі кожному серферу. Двічі на день рівень океанських вод піднімається і знижується, причому подекуди на дуже значну величину. Щодня приплив настає на 50 хвилин пізніше, ніж попереднього.

Місяць утримується на своїй орбіті навколо Землі через те, що між двома цими небесними тілами існують сили тяжіння, які притягують їх одна до одної. Земля постійно прагне притягнути себе Місяць, а Місяць притягує себе Землю. Оскільки океани є величезними масами рідини і можуть текти, вони легко деформуються під впливом сил тяжіння Місяця, приймаючи форму лимона. Куля із твердих гірських порід, якою є Земля, залишається в середині. В результаті на тій стороні Землі, що звернена до Місяця, виникає водяна опуклість та інша така ж опуклість – з протилежного боку.

Оскільки тверда Земля обертається навколо осі, на берегах океану виникають припливи і відливи, це відбувається двічі протягом кожні 24 годин 50 хвилин, коли береги океанів проходять через водяні горби. Довжина періоду більше 24 годин через те, що і сам Місяць теж рухається своєю орбітою.

Через океанські припливи і відпливи між поверхнею Землі і водами океанів виникає сила тертя, що уповільнює швидкість обертання Землі навколо своєї осі. Наша доба поступово стає все довшою і довшою, кожне століття тривалість доби збільшується приблизно на дві тисячні секунди. Свідченням цього можуть бути деякі види коралів, які ростуть таким чином, що щодня залишає в тілі корала чіткий рубець. Приріст змінюється протягом року, тому кожному року відповідає своя смужка, на кшталт річного кільця на зрізі дерева. Вивчаючи копалини корали, вік яких налічує 400 млн. років, океанологи виявили, що на той час рік складався з 400 діб тривалістю 22 години. Закам'янілі залишки ще більш давніх форм життя свідчать про те, що близько 2 млрд. років тому доба тривала лише 10 годин. У віддаленому майбутньому тривалість доби дорівнюватиме нашому місяцю. Місяць весь час стоятиме на тому самому місці, оскільки швидкість обертання Землі навколо осі точно співпадатиме зі швидкістю руху Місяця по орбіті. Вже й тепер завдяки приливним силам між Землею та Місяцем Місяць постійно звернений до Землі однією і тією ж стороною, якщо не брати до уваги невеликих коливань. Крім того, швидкість руху Місяця своєю орбітою постійно зростає. В результаті Місяць поступово віддаляється від Землі зі швидкістю близько 4 см на рік.

Земля відкидає у просторі довгу тінь, загороджуючи світло Сонця. Коли Місяць потрапляє у тінь Землі, відбувається місячне затемнення. Якщо під час місячного затемнення перебувати на Місяці, можна було б побачити, що Земля проходить перед Сонцем, закриваючи його. Нерідко при цьому Місяць залишається слабо видимим, світячись тьмяним червонуватим світлом. Хоча він і перебуває в тіні, Місяць висвітлюється невеликою кількістю червоного сонячного світла, яке переломлюється земною атмосферою у напрямку Місяця. Повне місячне затемнення може тривати до 1 години 44 хвилин. На відміну від сонячних, місячні затемнення можна спостерігати з будь-якого місця на Землі, де Місяць знаходиться над горизонтом. Хоча Місяць проходить по всій своїй орбіті навколо Землі раз на місяць, затемнення не можуть відбуватися щомісяця через те, що площина орбіти Місяця нахилена щодо площини Землі навколо Сонця. Найбільше за рік може статися сім затемнень, з яких два чи три, повинні бути місячними. Сонячні затемнення відбуваються тільки в молодик, коли Місяць знаходиться точно між Землею і Сонцем. Місячні затемнення завжди бувають у повний місяць, коли Земля знаходиться між Місяцем і Сонцем.

Перш ніж вчені побачили місячне каміння, вони мали три теорії походження Місяця, але не було можливості довести правильність будь-якої з них. Одні вважали, що новостворена Земля оберталася настільки швидко, що скинула з себе частину речовини, яка потім стала Місяцем. Інші припускали, що Місяць прилетів із глибин космосу і був захоплений силою земного тяжіння. Третя теорія полягала в тому, що Земля та Місяць утворилися незалежно, майже одночасно і приблизно на однаковій відстані від Сонця. Відмінності у хімічному складі Землі та Місяця вказують на те, що ці небесні тіла навряд чи колись становили одне ціле.

Нещодавно виникла четверта теорія, яка і прийнята зараз як найбільш правдоподібна. Ця гіпотеза гігантського зіткнення. Основна ідея полягає в тому, що коли планети, які ми бачимо тепер, тільки ще формувалися, якесь небесне тіло завбільшки з Марс з величезною силою врізалося в молоду Землю під ковзним кутом. При цьому більш легкі речовини зовнішніх шарів Землі мали б відірватися від неї і розлетітися в просторі, утворивши навколо Землі кільце з уламків, тоді як ядро Землі, що складається із заліза, збереглося б цілістю. Зрештою, це кільце з уламків злиплося, утворивши Місяць.

Вивчаючи радіоактивні речовини, які у місячних породах, вчені зуміли обчислити вік Місяця. Камені на Місяці стали твердими близько 4,4 млрд років тому. Місяць сформувався, мабуть, незадовго до цього; її найімовірніший вік — близько 4,65 млрд. років. Це узгоджується з віком метеоритів, і навіть з оцінками віку Сонця.
Найбільш давні камені на Місяці знаходяться в гірських районах. Вік порід, взятих із морів застиглої лави, значно менший. Коли Місяць був дуже молодий, його зовнішній шар був рідким через дуже високу температуру. У міру того, як Місяць остигав, формувався його зовнішній покрив, або кора, частини якої знаходяться тепер у гірських районах. У наступні півмільярда років місячна кора зазнавала безперервного бомбардування астероїдами, тобто маленькими планетами, і гігантськими каменями, що виникли при формуванні Сонячної системи. Після найсильніших ударів на поверхні залишалися величезні вм'ятини

У проміжках між 4,2 і 3,1 млрд років тому лава випливала через отвори в корі, затоплюючи кругові басейни, що залишилися на поверхні після ударів колосальної сили. Лава, затоплюючи великі плоскі території, створювала місячні моря, у наш час породи, що затверділи океани.

October 15th, 2012

Британський фотограф Майкл Мартін (Michael Marten) здобув серію оригінальних знімків, що фіксують узбережжя Бритаїї в однакових ракурсах, але в різний час. Один знімок під час припливу, а другий під час відливу.

Вийшло дуже незвично, а позитивні відгуки про проект буквально змусили автора зайнятися випуском книги. Книга, що отримала назву «Sea Change», побачила світ у серпні цього року і була випущена двома мовами. На створення своєї великої серії знімків, у Майкла Мартіна (Michael Marten) пішло близько восьми років. Час між великою та малою водою становить у середньому трохи більше шести годин. Тому Майклу доводиться у кожному місці затримуватися довше, ніж просто час кількох клацань затвора. Ідея створення серії таких робіт виношувалась автором давно. Він шукав, як реалізувати на плівці зміни природи без впливу людини. І знайшов випадково, в одному з приморських шотландських селищ, де провів весь день і застав час припливу та відливу.

Періодичні коливання рівня води (підйоми та спади) в акваторіях на Землі називаються припливи та відливи.

Найвищий рівень води, що спостерігається за добу або половину доби під час припливу, називається повною водою, найнижчий рівень під час відливу – малою водою, а момент досягнення цих граничних позначок рівня – стоянням (або стадією) відповідно до припливу або відливу. Середній рівень моря - умовна величина, вище за яку розташовані позначки рівня під час припливів, а нижче - під час відливів. Це результат середніх великих рядів термінових спостережень.

Вертикальні коливання рівня води під час припливів та відливів пов'язані з горизонтальними переміщеннями водних мас щодо берега. Ці процеси ускладнюються вітровим нагоном, річковим стоком та іншими факторами. Горизонтальні переміщення водних мас у береговій зоні називають припливними (або припливно-відливними) течіями, тоді як вертикальні коливання рівня води – припливами та відливами. Усі явища, пов'язані з припливами та відливами, характеризуються періодичністю. Припливні течії періодично змінюють напрямок на протилежний, на відміну від них океанічні течії, що рухаються безперервно та односпрямовано, обумовлені загальною циркуляцією атмосфери та охоплюють великі простори відкритого океану.

Припливи і відливи циклічно чергуються відповідно до астрономічної, гідрологічної і метеорологічної обстановки, що змінюється. Послідовність фаз припливів та відливів визначається двома максимумами та двома мінімумами в добовому ході.

Хоча Сонце грає істотну роль припливо-відливних процесах, вирішальним чинником розвитку служить сила гравітаційного тяжіння Місяця. Ступінь впливу припливоутворюючих сил на кожну частинку води, незалежно від її розташування на земній поверхні, визначається законом всесвітнього тяжіння Ньютона.

Цей закон свідчить, що дві матеріальні частинки притягуються одна до одної з силою, прямо пропорційною добутку мас обох частинок і обернено пропорційною квадрату відстані між ними. При цьому мається на увазі, що чим більше маса тіл, тим більше сила взаємного тяжіння, що виникає між ними (при однаковій щільності менше тіло створить менше тяжіння, чим більше).

Закон також означає, що чим більша відстань між двома тілами, тим менше між ними тяжіння. Оскільки ця сила обернено пропорційна квадрату відстані між двома тілами, у визначенні величини припливоутворюючої сили фактор відстані відіграє значно більшу роль, ніж маси тіл.

Гравітаційне тяжіння Землі, що діє на Місяць і утримує її на навколоземній орбіті, протилежне силі тяжіння Землі Місяцем, яка прагне змістити Землю у напрямку до Місяця і «піднімає» всі об'єкти, що знаходяться на Землі, у напрямку Місяця.

Точка земної поверхні, розташована безпосередньо під Місяцем, віддалена лише на 6400 км від центру Землі та в середньому на 386 063 км від центру Місяця. Крім того, маса Землі в 81,3 рази більша за масу Місяця. Таким чином, у цій точці земної поверхні тяжіння Землі, що діє на будь-який об'єкт, приблизно в 300 тис. разів більше за тяжіння Місяця.

Поширене уявлення, що вода на Землі, що знаходиться прямо під Місяцем, піднімається в напрямку Місяця, що призводить до відтоку води з інших місць земної поверхні, проте, оскільки тяжіння Місяця настільки мало порівняно з тяжінням Землі, його було б недостатньо, щоб підняти так величезну вагу.
Проте океани, моря і великі озера Землі, будучи великими рідкими тілами, вільні переміщатися під впливом сили бічного зміщення, і будь-яка слабка тенденція до зсуву по горизонталі наводить їх у рух. Всі води, що не знаходяться безпосередньо під Місяцем, підпорядковуються дії складової сили тяжіння Місяця, спрямованої тангенційно (щодо) до земної поверхні, як і її складової, спрямованої зовні, і піддаються горизонтальному зсуву щодо твердої земної кори.

В результаті виникає течія води з прилеглих районів земної поверхні у напрямку до місця, що знаходиться під Місяцем. Результуюче скупчення води в точці під Місяцем утворює приплив. Власне, приливна хвиля у відкритому океані має висоту лише 30-60 см, але вона значно збільшується при підході до берегів материків або островів.
За рахунок переміщення води із сусідніх районів у бік точки під Місяцем відбуваються відповідні відливи води у двох інших точках, віддалених від неї на відстань, що дорівнює чверті кола Землі. Цікаво відзначити, що зниження рівня океану у цих двох точках супроводжується підвищенням рівня моря не лише на боці Землі, зверненої до Місяця, а й на протилежному боці.

Цей факт також пояснюється законом Ньютона. Два або кілька об'єктів, розташовані на різних відстанях від одного і того ж джерела тяжіння і піддаються, отже, прискорення сили тяжіння різної величини, переміщаються відносно один одного, оскільки найближчий до центру тяжіння об'єкт найсильніше притягається до нього.

Вода в підмісячній точці відчуває сильніше тяжіння до Місяця, ніж Земля під нею, але Земля, своєю чергою, сильніше притягується до Місяця, ніж вода, протилежному боці планети. Таким чином, виникає приливна хвиля, яка на зверненій до Місяця стороні Землі називається прямою, а на протилежній – зворотною. Перша з них лише на 5% вища за другу.

Завдяки обертанню Місяця орбітою навколо Землі між двома послідовними припливами або двома відливами в цьому місці проходить приблизно 12 год 25 хв. Інтервал між кульмінаціями послідовних припливу та відливу бл. 6 год 12 хв. Період тривалістю 24 год 50 хв між двома послідовними припливами називається приливною (або місячною) добою.

Нерівності величин припливу. Припливно-відливні процеси дуже складні, тому, щоб розібратися в них, необхідно брати до уваги багато факторів. У будь-якому випадку головні особливості будуть визначатися:
1) стадією розвитку припливу щодо проходження Місяця;
2) амплітудою припливу та
3) типом приливних коливань, чи формою кривої ходу рівня води.
Численні варіації у бік і величині приливообразующих сил породжують різницю у величинах ранкових і вечірніх припливів у цьому порту, і навіть між одними й тими самими припливами у різних портах. Ці відмінності називаються нерівностями величин припливу.

Напівдобовий ефект. Зазвичай протягом доби завдяки основній припливотворчій силі - обертанню Землі навколо своєї осі - утворюються два повні припливні цикли.

Якщо дивитися з боку Північного полюса екліптики, то очевидно, що Місяць обертається навколо Землі в тому ж напрямку, в якому Земля обертається навколо своєї осі проти годинникової стрілки. При кожному наступному обороті ця точка земної поверхні знову займає позицію безпосередньо під Місяцем дещо пізніше, ніж за попереднього обороту. Тому і припливи і відливи щодня запізнюються приблизно на 50 хв. Ця величина називається місячним запізненням.

Півмісячна нерівність. Цьому основному типу варіацій властива періодичність приблизно 143/4 діб, що пов'язані з обертанням Місяця навколо Землі і проходженням нею послідовних фаз, зокрема сизигий (новолуний і повного місяця), тобто. моментів, коли Сонце, Земля та Місяць розташовуються на одній прямій.

Досі ми торкалися лише припливоутворювальної дії Місяця. Гравітаційне поле Сонця також діє на припливи, однак, хоча маса Сонця набагато більша за масу Місяця, відстань від Землі до Сонця настільки перевершує відстань до Місяця, що припливотворна сила Сонця становить менше половини припливотворної сили Місяця.

Однак, коли Сонце і Місяць знаходяться на одній прямій як по один бік від Землі, так і по різні (у молодик або повний місяць), сили їх тяжіння складаються, діючи вздовж однієї осі, і відбувається накладання сонячного припливу на місячний.

Так само тяжіння Сонця посилює відплив, викликаний впливом Місяця. В результаті припливи стають вищими, а відливи нижчими, ніж якби вони були викликані лише тяжінням Місяця. Такі припливи називаються сизігійними.

Коли вектори сили тяжіння Сонця і Місяця взаємно перпендикулярні (під час квадратур, тобто коли Місяць знаходиться в першій або останній чверті), їх припливоутворюючі сили протидіють, оскільки приплив, спричинений тяжінням Сонця, накладається на відлив, спричинений Місяцем.

У таких умовах припливи не такі високі, а відливи - не такі низькі, як би вони були обумовлені тільки силою тяжіння Місяця. Такі проміжні припливи та відливи називаються квадратурними.

Діапазон відміток повних та малих вод у цьому випадку скорочується приблизно втричі порівняно із сизігійним припливом.

Місячна паралактична нерівність. Період коливань висот припливів, що виникає за рахунок місячного паралаксу, становить 271/2 доби. Причина цієї нерівності полягає у зміні відстані Місяця від Землі у процесі обертання останнього. Через еліптичну форму місячної орбіти приливоутворююча сила Місяця в перигеї на 40% вище, ніж в апогеї.

Добова нерівність. Період цієї нерівності становить 24 год. 50 хв. Причини його виникнення - обертання Землі навколо своєї осі та зміна відміни Місяця. Коли Місяць знаходиться поблизу небесного екватора, два припливи в цю добу (а також два відливи) слабо різняться, і висоти ранкових і вечірніх повних і малих вод дуже близькі. Однак зі збільшенням північного або південного відміни Місяця ранкові та вечірні припливи одного й того ж типу розрізняються по висоті, і коли Місяць досягає найбільшого північного або південного відмінювання, ця різниця максимальна.

Відомі також тропічні припливи, які називаються так через те, що Місяць знаходиться майже над Північним або Південним тропіками.

Добова нерівність істотно не впливає на висоти двох послідовних відливів в Атлантичному океані, і навіть її вплив на висоти припливів мало порівняно із загальною амплітудою коливань. Однак у Тихому океані добова нерівномірність проявляється у рівнях відливів утричі сильніше, ніж у рівнях припливів.

Піврічна нерівність. Його причиною є звернення Землі навколо Сонця та відповідна зміна відміни Сонця. Двічі на рік протягом кількох діб під час рівнодення Сонце знаходиться поблизу небесного екватора, тобто. його відмінювання близько до 0. Місяць також розташовується поблизу небесного екватора приблизно протягом доби кожні півмісяця. Таким чином, під час рівнодень існують періоди, коли відміни і Сонця та Місяця приблизно дорівнюють 0. Сумарний припливоутворюючий ефект тяжіння цих двох тіл у такі моменти найбільш помітно проявляється в районах, розташованих поблизу земного екватора. Якщо в той же час Місяць знаходиться у фазі молодика або повного місяця, виникають т.зв. рівноденні сизігійні припливи.

Сонячна паралактична нерівність. Період прояву цієї нерівності становить один рік. Його причиною є зміна відстані від Землі до Сонця в процесі орбітального руху Землі. Один раз за кожен оборот навколо Землі Місяць знаходиться на найкоротшій відстані в перигеї. Один раз на рік, приблизно 2 січня, Земля, рухаючись своєю орбітою, також досягає точки найбільшого наближення до Сонця (перигелія). Коли ці два моменти найбільшого зближення збігаються, викликаючи найбільшу сумарну припливоутворюючу силу, очікується більш високих рівнів припливів і нижчих рівнів відливів. Подібно до цього, якщо проходження афелію збігається з апогеєм, виникають менш високі припливи і менш глибокі відливи.

Найбільші амплітуди припливів. Найвищий у світі приплив формується в умовах сильної течії в бухті Мінас у затоці Фанді. Приливні коливання тут характеризуються нормальним перебігом із напівдобовим періодом. Рівень води під час припливу часто піднімається за шість годин більш ніж на 12 м, а потім протягом наступних шести годин знижується на ту саму величину. Коли вплив сизигійного припливу, положення Місяця в перигеї і максимальне відмінювання Місяця припадають на одну добу, рівень припливу може досягати 15 м. Така винятково велика амплітуда припливно-відливних коливань частково зумовлена лійкоподібною формою затоки Фанді, де глибини зменшуються, а береги зближу Причини виникнення припливів, що були предметом постійного вивчення протягом багатьох століть, відносяться до тих проблем, які породили багато суперечливих теорій навіть у порівняно недавній час.

Ч.Дарвін писав 1911 р.: “Нема потреби шукати античну літературу заради гротескових теорій припливів”. Однак морякам вдається вимірювати їх висоту і використовувати можливості припливів, не маючи уявлення про дійсні причини їх виникнення.

Думаю, що і нам можна особливо не морочитися з приводу причин походження припливів. На підставі багаторічних спостережень для будь-якої точки акваторії землі розраховуються спеціальні таблиці, в яких вказується час високої та низької води на кожен день. Планую свою поїздку наприклад до Єгипту, який славиться своїми не глибокими лагунами, спробуйте заздалегідь підгадати так щоб повна вода припадала на першу половину дня, що дозволить більшу частину світлого часу повноцінно кататися.
Ще одне питання пов'язане з припливами цікаве для кайтера, це взаємозв'язок вітру і коливання рівня води.

Народна прикмета стверджує, що на приплив вітер посилюється, а на відлив навпаки скисає.
Найзрозуміліший вплив вітру на припливно-відливні явища. Вітер з моря наганяє воду у бік берега, висота припливу збільшується понад звичайну, і за відпливу рівень води теж перевищує середній. Навпаки, при вітрі, що дме з суші, вода зганяється від берега, і рівень моря знижується.

Другий механізм діє рахунок підвищення атмосферного тиску над великої акваторією, відбувається зниження рівня води, оскільки додається накладена вага атмосфери. Коли атмосферний тиск збільшується на 25 мм рт. ст., рівень води знижується приблизно на 33 см. Зона високого тиску або антициклон зазвичай називають гарною погодою, але не для кайтера. У центрі антициклону є штиль. Зниження атмосферного тиску викликає підвищення рівня води. Отже, різке падіння атмосферного тиску разом із вітром ураганної сили здатне викликати помітний підйом рівня води. Подібні хвилі, хоч і називаються припливними, насправді не пов'язані з впливом припливоутворюючих сил і не мають періодичності, характерної для припливно-відливних явищ.

Але цілком можливо, що й відливи можуть впливати на вітер, наприклад зниження рівня води в прибережних лагунах, веде до більшого прогріву води, і як наслідок зменшення різниці температур між холодним морем і нагрітою сушею що послаблює бризовий ефект.

Photo by Michael Marten