Припливи і відливи, періодичні коливання рівня води (підйоми і спади) в акваторіях на Землі, які обумовлені гравітаційним притяганням Місяця і Сонця, чинним на обертову Землю. Всі великі акваторії, включаючи океани, моря і озера, в тій чи іншій мірі схильні до припливи і відпливи, хоча на озерах вони невеликі. [1]
Найвищий рівень води, який спостерігається за добу або половину доби під час припливу, називається повною водою, найнижчий рівень під час відливу - малої водою, а момент досягнення цих граничних позначок рівня - стоянням (або стадією) відповідно припливу або відпливу. Середній рівень моря - умовна величина, вище якої розташовані позначки рівня під час припливів, а нижче - під час відливів. Це результат усереднення великих рядів термінових спостережень. Середня висота припливу (або відпливу) - усереднена величина, розрахована за великий серії даних про рівні повних або малих вод. Обидва цих середніх рівня прив'язані до місцевого футшток.
Вертикальні коливання рівня води під час припливів і відливів пов'язані з горизонтальними переміщеннями водних мас по відношенню до берега. Ці процеси ускладнюються вітровим наганянням, річковим стоком та іншими факторами. Горизонтальні переміщення водних мас в береговій зоні називають приливними (або приливо-відпливними) течіями, тоді як вертикальні коливання рівня води - приливами і відливами. Всі явища, пов'язані з приливами і відливами, характеризуються періодичністю. Приливні течії періодично змінюють напрямок на протилежне, тоді як океанічні течії, що рухаються безперервно і однонаправленно, обумовлені загальною циркуляцією атмосфери і охоплюють великі простори відкритого океану.
У перехідні інтервали від припливу до відпливу і навпаки важко встановити тренд припливної течії. В цей час (не завжди збігається зі стоянням припливу або відпливу) вода, як кажуть, «застоюється».
Припливи і відливи циклічно чергуються відповідно до мінливих астрономічної, гідрологічної і метеорологічної обстановкою. Послідовність фаз припливів і відливів визначається двома максимумами і двома мінімумами в добовому ході. [3]
Хоча Сонце грає істотну роль в приливо-відливних процесах, вирішальним фактором їх розвитку служить сила гравітаційного тяжіння Місяця. Ступінь впливу приливообразующих сил на кожну частку води, незалежно від її місця розташування на земній поверхні, визначається законом всесвітнього тяжіння Ньютона. Цей закон говорить, що дві матеріальні частинки притягуються один до одного 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 виникає між ними сила взаємного тяжіння (при однаковій щільності менше тіло створить менше тяжіння, чим більша). Закон також означає, що чим більше відстань між двома тілами, тим менше між ними тяжіння. Оскільки ця сила обернено пропорційна квадрату відстані між двома тілами, у визначенні величини приливоутворюючої сили фактор відстані грає значно більшу роль, ніж маси тел.
Гравітаційне тяжіння Землі, що діє на Місяць і утримує її на навколоземній орбіті, протилежно силі тяжіння Землі Місяцем, яка прагне змістити Землю в напрямку до Місяця і «піднімає» всі об'єкти, що знаходяться на Землі, в напрямку Місяця. Точка земної поверхні, розташована безпосередньо під Місяцем, видалена всього на 6400 км від центру Землі і в середньому на 386 063 км від центру Місяця. Крім того, маса Землі в 81,3 рази більше маси Місяця. Таким чином, в цій точці земної поверхні тяжіння Землі, що діє на будь-який об'єкт, приблизно в 300 тис. Разів більше 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, однак, оскільки тяжіння Місяця настільки мало в порівнянні з тяжінням Землі, його було б недостатньо, щоб підняти настільки величезну вагу.
Проте океани, моря і великі озера на Землі, будучи великими рідкими тілами, вільні переміщатися під дією сили бокового зміщення, і будь-яка слабка тенденція до зрушення по горизонталі приводить їх в рух. Всі води, що не знаходяться безпосередньо під Місяцем, підкоряються дії складової сили тяжіння Місяця, спрямованої тангенциально (щодо) до земної поверхні, як і її складової, спрямованої назовні, і піддаються горизонтальному зсуву відносно твердої земної кори. В результаті виникає протягом води з прилеглих районів земної поверхні у напрямку до місця, що знаходиться під Місяцем. Результуюче скупчення води в точці під Місяцем утворює там прилив. Власне приливна хвиля в відкритому океані має висоту лише 30-60 см, але вона значно збільшується при підході до берегів материків або островів.
За рахунок переміщення води з сусідніх районів в сторону точки під Місяцем відбуваються відповідні відливи води в двох інших точках, віддалених від неї на відстань, рівну чверті кола Землі. Цікаво відзначити, що зниження рівня океану в цих двох точках супроводжується підвищенням рівня моря не тільки на стороні Землі, зверненої до Місяця, але і на протилежному боці. Цей факт теж пояснюється законом Ньютона. Два або кілька об'єктів, розташовані на різних відстанях від одного і того ж джерела тяжіння і піддаються, отже, прискоренню сили тяжіння різної величини, переміщаються відносно один одного, оскільки найближчий до центру тяжіння об'єкт найсильніше притягається до нього. Вода в підмісячної точці відчуває більш сильне тяжіння до Місяця, ніж Земля під нею, але Земля, в свою чергу, сильніше притягується до Місяця, ніж вода, на протилежному боці планети. Таким чином, виникає приливна хвиля, яка на зверненої до Місяця стороні Землі називається прямий, а на протилежній - зворотною. Перша з них всього на 5% вище другий.
Завдяки обертанню Місяця по орбіті навколо Землі між двома послідовними приливами або двома відливами в даному місці проходить приблизно 12 год 25 хв. Інтервал між кульмінаціями послідовних припливу і відпливу ок. 6 ч 12 хв. Період тривалістю 24 год 50 хв між двома послідовними приливами називається приливними (або місячними) цілодобово. [2]
Нерівності величин припливу. Припливно-відливні процеси дуже складні, тому, щоб розібратися в них, необхідно брати до уваги багато чинників. У будь-якому випадку головні особливості будуть визначатися: 1) стадією розвитку припливу щодо проходження Місяця; 2) амплітудою припливу і 3) типом приливних коливань, або формою кривої ходу рівня води. Численні варіації в напрямку і величиною приливообразующих сил породжують різницю в величинах ранкових і вечірніх припливів в даному порту, а також між одними і тими ж приливами в різних портах. Ці відмінності називаються нерівностями величин припливу.
Півдобовий ефект. Зазвичай протягом доби завдяки основний приливоутворюючої силі - обертання Землі навколо своєї осі - утворюються два повних приливних циклу. 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 дана точка земної поверхні знову займає позицію безпосередньо під Місяцем дещо пізніше, ніж при попередньому обороті. З цієї причини і припливи і відливи кожен день запізнюються приблизно на 50 хв. Ця величина називається місячним запізненням.
Півмісячних нерівність. Цьому основному типу варіацій властива періодичність приблизно в 14 3/4 доби, що пов'язано з обертанням Місяця навколо Землі і проходженням нею послідовних фаз, зокрема сизигій (молодиків і повень), тобто моментів, коли Сонце, Земля і Місяць розташовуються на одній прямій. До сих пір ми торкалися лише Приливоутворюючої впливу Місяця. Гравітаційне поле Сонця також діє на припливи, однак, хоча маса Сонця набагато більше маси Місяця, відстань від Землі до Сонця настільки перевершує відстань до Місяця, що приливообразующая сила Сонця становить менше половини приливоутворюючої сили Місяця. Однак, коли Сонце і Місяць знаходяться на одній прямій як по одну сторону від Землі, так і по різні (в молодика або повний місяць), сили їх тяжіння складаються, діючи вздовж однієї осі, і відбувається накладення сонячного припливу на місячний. Подібним же чином тяжіння Сонця посилює відплив, викликаний впливом Місяця. В результаті припливи стають вище, а відливи нижче, ніж якби вони були викликані тільки тяжінням Місяця. Такі припливи називаються сізігійний.
Коли вектори сили тяжіння Сонця і Місяця взаємно перпендикулярні (під час квадратур, тобто коли Місяць знаходиться в першій або останній чверті), їх Приливоутворюючої сили протидіють, оскільки приплив, викликаний тяжінням Сонця, накладається на відлив, викликаний Місяцем. В таких умовах припливи не такі високі, а відливи - не настільки низькі, як якщо б вони були обумовлені тільки силою тяжіння Місяця. Такі проміжні припливи і відливи називаються квадратурними. Діапазон оцінок повних і малих вод в цьому випадку скорочується приблизно в три рази в порівнянні з сізігійний припливом. В Атлантичному океані як сізігійний, так і квадратурні припливи зазвичай запізнюються на добу в порівнянні з відповідною фазою Місяця. У Тихому океані таке запізнення становить лише 5 ч. У портах Нью-Йорк і Сан-Франциско і в Мексиканській затоці сізігійний припливи на 40% вище квадратурних.
Лунноепараллактіческое нерівність. Період коливань висот припливів, що виникає за рахунок місячного паралакса, становить 27 1/2 доби. Причина цієї нерівності полягає в зміні відстані Місяця від Землі в процесі обертання останньої. Через еліптичної форми місячної орбіти приливообразующая сила Місяця в перигеї на 40% вище, ніж в апогеї. Цей розрахунок справедливий для порту Нью-Йорк, де ефект перебування Місяця в апогеї або перигеї зазвичай запізнюється приблизно на 1 + 1/2 доби щодо відповідної фази Місяця. Для порту Сан-Франциско різниця в висотах припливів, обумовлена знаходженням Місяця в перигеї або апогеї, становить лише 32%, і вони йдуть за відповідними фазами Місяця з запізненням на дві доби.
Добове нерівність. Період цієї нерівності становить 24 год 50 хв. Причини його виникнення - Земля обертається навколо своєї осі і зміна схилення Місяця. Коли Місяць знаходиться поблизу небесного екватора, два припливу в дані добу (а також два відливу) не дуже відрізняються, і висоти ранкових і вечірніх повних і малих вод дуже близькі. Однак зі збільшенням північного або південного схилення Місяця ранкові та вечірні припливи одного і того ж типу розрізняються по висоті, і, коли Місяць досягає найбільшого північного або південного схилення, ця різниця максимальна. Відомі також тропічні припливи, звані так через те, що Місяць знаходиться майже над Північним або Південним тропіками.
Добове нерівність істотно не впливає на висоти двох послідовних відливів в Атлантичному океані, і навіть його вплив на висоти припливів мало в порівнянні із загальною амплітудою коливань. Однак в Тихому океані добова нерівномірність проявляється в рівнях відливів втричі сильніше, ніж в рівнях припливів.
Піврічне нерівність. Його причиною є звернення Землі навколо Сонця і відповідну зміну відміни Сонця. Двічі на рік протягом кількох діб під час рівнодення Сонце знаходиться поблизу небесного екватора, тобто його схиляння близько до 0. Місяць також розташовується поблизу небесного екватора приблизно протягом доби кожні півмісяця. Таким чином, під час рівнодення існують періоди, коли відміни і Сонця і Місяця приблизно рівні 0. Сумарний Приливоутворюючої ефект тяжіння цих двох тіл в такі моменти найбільш помітно проявляється в районах, розташованих поблизу земного екватора. Якщо в той же самий час Місяць знаходиться в фазі молодика або повного місяця, виникають т.зв. рівноденні сізігійний припливи.
Зміна в часі.
Явище як припливи і відливи в часі не змінилися, так як рух і Місяця, і Сонця, залишаються колишніми, як і тисячу років тому - а саме рух цих двох небесних тіл впливають на припливи і відливи на Землі.
Поширення і масштаби прояви.
Величина і характер припливів в різних частинах узбережжя Світового океану залежать від конфігурації берегів, кута нахилу морського дна і від ряду інших причин. Найбільш типово вони проявляються на відкритому узбережжі океану. Проникнення приливних хвиль у внутрішні моря утруднене, і тому амплітуда припливів у них невелика.
Вузькі мілководні Датські протоки надійно затуляють від припливів Балтійське море. Теоретичні розрахунки показують, що амплітуда коливання висоти рівня води в Балтиці дорівнює приблизно 10 сантиметрам, але побачити ці припливи практично неможливо, так як вони повністю стираються коливаннями рівня води під впливом вітру або змінами атмосферного тиску. Ще більш надійно захищені від приливної хвилі наші південні моря - Чорне та Азовське, сполучені з водами Світового океану через ряд вузьких проток, і внутрішні Егейське і Середземне моря. Якщо різниця в рівні води під час припливу і відпливу на атлантичному березі Іспанії поблизу Гібралтару досягала 3 метрів, то в Середземному морі біля самого протоки вона дорівнює лише 1,3 метра. В інших частинах моря припливи ще менш значні і зазвичай не перевищують 0,5 метра. В Егейському морі і протоках Босфор і Дарданелли приливна хвиля ще сильніше загасає. Тому в Чорному морі коливання рівня води під впливом припливів менше 10 сантиметрів. В Азовському морі, з'єднаному з Чорним лише вузьким Керченською протокою, амплітуда припливів близька до нуля.
З цієї ж причини дуже невеликі припливи і в Японському морі - тут вони ледве досягають 0,5 метра.
Якщо у внутрішніх морях величина припливів в порівнянні з відкритим узбережжям океану зменшена, то в затоках і бухтах, що має з океаном широке повідомлення, вона зростає. У такі затоки приливна хвиля входить вільно. Водні маси спрямовуються вперед, але, обмежені звужуються берегами і не знаходячи виходу, піднімаються вгору і заливають сушу на значну висоту.
Біля входу в Біле море, в так званій Воронці, припливи майже такі ж, як і на узбережжі Баренцевого моря, тобто, рівні 4 -5 метрам. На мисі Канін Ніс вони навіть не перевищують 3 метрів. Однак, входячи в поступово звужується Воронку Білого моря, приливна хвиля стає все вище і в Мезенском затоці досягає вже десятиметрової висоти.
Ще більш значний підйом рівня води в самій північній частині Охотського моря. Так, біля входу в затоку Шеліхова рівень моря в прилив піднімається до 4 -5 метрів, в кутовой же (найбільш віддаленої від моря) частини затоки зростає до 9,5 метра, а в Пенжинской губі сягає майже 13 метрів!
Дуже великі припливи в Ла-Манші. Англійською його узбережжі в маленькому затоці Лайм вода в сизигій піднімається до 14,4 метра, а на французькому, у містечка Гранвиль, навіть на 15 метрів.
Граничних величин приливи досягають на деяких ділянках атлантичного узбережжя Канади. У протоці Фробишера (він знаходиться біля входу в Гудзонова протока) - 15,6 метра, а в затоці Фанді (поблизу кордону США) - цілих 18 метрів.
Іноді вплив морських припливів видно і на річках. У гирлову область приливна хвиля приходить з відкритих районів океану або моря. У міру наближення до берега рівень підвищується, а профіль приливної хвилі під впливом зменшення глибини і особливостей конфігурації берега деформується. На узбережжі її передній схил стає крутіше заднього. Від гирлового узмор'я приливна хвиля проникає у руслових систему річки. Більш солона вода по дну річкового русла, подібно клину, стрімко рухається проти течії. Зіткнення двох зустрічних потоків, морського і річкового, викликає утворення крутого валу, який отримав назву бору. У річці Цаньтанцзян, що впадає в Східно-Китайське море на південь від Шанхая, бор досягає висоти 7 - 8 метрів, а крутизна хвилі дорівнює 70 градусам. Ця страшна водяна стіна зі швидкістю 15 - 16 кілометрів на годину проноситься вгору по річці, розмиваючи берега і загрожуючи потопити будь-яке судно, вчасно не укрившееся в спокійному затоні. Потужним бором славиться і найбільша річка Південної Америки - Амазонка. Там хвиля заввишки 5 - 6 метрів поширюється вгору по річці на три тисячі кілометрів від океану. На Меконг хвилі припливу поширюються до 500 км, на Міссісіпі - до 400 км, на Північній Двіні - до 140 км. Приплив несе з собою осолонённие води в річку. При цьому на гирловому ділянці річки відбувається або повне, або часткове змішання річкових і солоних морських вод, або має місце стратифицированное стан, коли спостерігається велика відмінність солоності поверхневих і підстилаючих їх вод. Солоні води проникають в гирлі річки тим далі, чим більше глибина русла і щільність (солоність) морської води і менше витрата річкових вод. [4]
ВІДОМОСТІ ПРО приливи в НЕКОТОРИХПОРТАХ СВІТУ