Мир океана. Рассказы о морской стихии и освоении ее человеком.
Шрифт:
Из европейских ученых первым обратил внимание на связь приливов с движением Луны философ Р. Декарт (1596–1650). Он подметил, что время наступления приливов связано с положением нашего естественного спутника над горизонтом, а амплитуда зависит от фазы Луны. Связь между Луной и приливами он установил, а вот правильно объяснить ее не смог. Согласно теории Декарта Луна, проходя по небосводу, давит на воздух, окружающий Землю, а воздух, в свою очередь, давит на воду, заставляя ее понижаться.
Чтобы объяснить причину возникновения приливов, обратимся к открытому И. Ньютоном закону всемирного тяготения. Закон этот формулируется так: «Любые два тела (материальные точки) притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними». В соответствии с этим законом Земля и Луна взаимно притягиваются друг к другу. Земное притяжение удерживает нашего спутника на орбите — в противном случае он умчался бы в мировое пространство. Луна, в свою очередь, оказывает своим притяжением влияние на Землю. Приливы — одно из следствий лунного тяготения. Наша планета не точка, а шар диаметром (в плоскости экватора) 12 756 километров. Поэтому гравитационные силы Луны воздействуют на Землю неравномерно. В точке, для которой Луна находится в зените, лунное притяжение больше, чем в центре Земли, а в центре больше, чем на противоположном конце земного диаметра, для которого Луна находится в надире. Разница потенциалов лунного тяготения пропорциональна разнице квадратов расстояний от Луны до ближайшего к ней и до наиболее удаленного концов диаметра Земли.
Геосфера Земли представляет собой монолит, и гравитационные силы Луны воздействуют на нее как на единое целое. Вода, заполняющая Мировой океан, способна перемещаться. Под влиянием лунного тяготения частицы воды, находящиеся ближе к Луне, приближаются к ней с большим ускорением, чем центр Земли. Поэтому они вытягиваются в направлении к Луне, образуя на поверхности океана водяной бугор. В точке океана, которая находится на противоположной по отношению к Луне стороне, гравитационное поле Луны имеет самый низкий потенциал. Здесь частицы воды приближаются к Луне с наименьшим ускорением. Поэтому вода океана в этом месте как бы отстает от геосферы, вытягиваясь бугром, направленным в сторону от Луны. Таким образом, в Мировом океане наблюдается сразу две точки с наиболее высоким уровнем воды. Расположены они на линии, проходящей через центры Луны и Земли, и находятся на противоположных концах земного диаметра. Нетрудно понять, что самый низкий уровень воды можно наблюдать на середине расстояния между точками наивысшего прилива.
Чтобы яснее представить себе сложные взаимоотношения между Луной и Землей с ее Мировым океаном, достаточно взглянуть на прилагаемый рисунок. Как и в большинстве иллюстраций подобного рода, на нем изображен так называемый «идеальный» случай. Земля имеет форму правильного шара, вся поверхность которого покрыта водой. На такой моментальной «фотографии» поверхность нашей планеты имеет форму водяного эллипсоида, внутри которого находится плотный шар. Благодаря суточному вращению Земли вершины водного эллипсоида постоянно перемещаются. Если установить на дне океана мерную линейку — футшток, можно проследить за изменением уровня воды. Начнем наблюдение в полную воду. Вскоре мы заметим, что поверхность океана начинает опускаться. Через 6 часов футшток покажет самый низкий уровень воды, после чего начнется ее прилив, который также будет продолжаться 6 часов, пока не достигнет наивысшей точки. Следующий прилив наступит через 24 часа после начала измерений. За это время футшток зарегистрирует два наивысших и два самых низких уровня стояния воды, разделенных промежутками в 6 часов.
Схемы образования приливов.
В реальных условиях такой цикл довольно значительно отклоняется от нашего «идеального» случая и продолжается не 24 часа, а на 50 минут дольше. Это зависит от того, что Луна вращается вокруг Земли. За те 24 часа, когда футшток проходит в суточном движении Земли полную окружность, Луна успевает продвинуться по небосводу примерно на 13 градусов. Вслед за ней и вершина водного эллипса отклонится на такой же угол. Чтобы «догнать» ее, футштоку как раз и понадобится 50 минут.
По этой причине происходит постоянное смещение приливов относительно времени суток. Если вчера полная вода была в полдень, то сегодня дневной прилив придется на 12 часов 50 минут, а завтра уже на 13 часов 40 минут.
В «идеальном» случае время наивысшего стояния воды должно соответствовать самому высокому положению Луны над горизонтом, однако приливные течения «не поспевают» за Луной. Им мешают такие серьезные препятствия, как материки и острова, а также неровности дна, поэтому приливная волна следует за Луной на некотором расстоянии, различном для каждого места морского побережья. Иногда эта разница составляет несколько часов. Таким образом, причина приливов в море получает свое убедительное объяснение и заключается в действии лунного притяжения.
Стало быть, если бы не было Луны, не было бы и приливов?
Ничего подобного, приливы все равно были бы, хотя и меньшие по величине. Нельзя забывать, что Солнце также притягивает земной шар. Вследствие огромного расстояния приливы, вызываемые Солнцем, примерно в 2,2 раза слабее лунных. Сами по себе они не наблюдаются, так как маскируются более мощными лунными приливами. Но на величину приливов Солнце оказывает значительное влияние. Когда Солнце и Луна располагаются на одной линии (это бывает в новолуние и в полнолуние), действие притяжения обоих светил складывается. В этот период наблюдаются сильные приливы и соответственно более низкие стояния воды в часы между приливами. Во время первой и последней четвертей лунных фаз сила притяжения Солнца вычитается из силы притяжения Луны. В результате уменьшается прилив в сторону Луны. В эти дни разница между уровнями воды в прилив и в отлив менее значительна. Дважды в течение лунного месяца наблюдаются высокие (сизигийные) и дважды низкие (квадратурные) приливы.
Не следует думать, что во время сизигиев вода в одной и той же местности всегда достигает одинакового уровня. На практике все оказывается гораздо сложнее. Луна, как известно, движется вокруг Земли не пр кругу, а по эллипсу, то приближаясь к Земле, то удаляясь от нее. Разница в расстоянии между ее перигеем и апогеем составляет величину более 42 тысяч километров. Понятно, что совпадение сизигия с нахождением Луны в перигее вызовет наиболее высокую приливную волну. По эллипсу движется и Земля вокруг Солнца, которое также при приближении Земли вызывает более сильные приливы. Изредка все эти условия совпадают. Тогда приливы (а соответственно и отливы) достигают наибольшей величины.
Характер приливов в разных частях Мирового океана неодинаков.
Иногда дневные приливы больше следующих за ними ночных. Иногда в силу ряда причин в течение суток наблюдается лишь один прилив и один отлив. Различна и амплитуда приливной волны.
Для практической деятельности человека, в частности для судовождения, очень важно наперед знать уровень воды в любое время суток и в любом месте. Для этого публикуют специальные таблицы приливов. Первые такие таблицы были составлены в 1870 году английским ученым У. Кельвином.
Величина и характер приливов в различных частях побережья Мирового океана зависят от конфигурации берегов, угла наклона морского дна и от ряда других причин. Наиболее типично они проявляются на открытом побережье океана. Проникновение приливных волн во внутренние моря затруднено, и потому амплитуда приливов в них невелика.
Узкие мелководные Датские проливы надежно заслоняют от приливов Балтийское море. Теоретические расчеты показывают, что амплитуда колебания высоты уровня воды в Балтике равна приблизительно 10 сантиметрам, но увидеть эти приливы практически невозможно, так как они полностью стираются колебаниями уровня воды под влиянием ветра или изменениями атмосферного давления. Знаменитые наводнения в Ленинграде не имеют никакого отношения к приливам. Они вызываются проходящими циклонами, причем уровень воды в восточной части Финского залива и в Неве поднимается иногда на 4–4,5 метра выше ординара.
Еще более надежно защищены от приливной волны наши южные моря — Черное и Азовское, сообщающиеся с водами Мирового океана через ряд узких проливов, и внутренние Эгейское и Средиземное моря. Если разница в уровне воды во время прилива и отлива на атлантическом берегу Испании вблизи Гибралтара достигала 3 метров, то в Средиземном море у самого пролива она равна лишь 1,3 метра. В остальных частях моря приливы еще менее значительны и обычно не превышают 0,5 метра. В Эгейском море и проливах Босфор и Дарданеллы приливная волна еще сильнее затухает. Поэтому в Черном море колебания уровня воды под влиянием приливов менее 10 сантиметров. В Азовском море, соединенном с Черным лишь узким Керченским проливом, амплитуда приливов близка к нулю.