С чем связано явление приливов и отливов на земле
Приливы и отливы
В древности мореплаватели ежедневно наблюдали повышение и понижение уровня воды, но не имели представления о природе этих процессов. Считалось, что таким образом дышит живая планета. На протяжении многих столетий ученые разгадывали загадку циклических изменений уровня воды в Мировом океане. Но лишь в 20 веке океанологи выяснили, что приливы и отливы на Земле – следствие гравитационного влияния Луны.
Что такое прилив и отлив
Прилив и отлив – изменение уровня воды в Мировом океане, вызванное влиянием на планету Луны и Солнца.
Механизм приливно-отливного процесса следующий:
Средняя продолжительность цикла – 12-13 часов. Из-за вращения Земли процесс имеет определенную периодичность, отмечается 2 раза в сутки. Вертикальный промежуток между уровнями «полной» и «малой воды» – это приливная амплитуда.
Явление имеет не только суточную, но и месячную цикличность. Положение «полной» и «малой» точки изо дня в день меняется, находится в зависимости от фаз Луны – полнолуния и новолуния. Поэтому частота максимальной приливной амплитуды составляет 2 раза в месяц, минимальной – такая же.
Также высота прилива определятся особенностями рельефа берегов. Если участок суши воронкообразной формы, то при движении приливной волны берег сжимается. В итоге уровень воды становится выше, чем на соседних участках суши, имеющих другую форму. Так, из мест самых высоких приливов следует назвать:
Что вызывает приливы и отливы
Главные причины образования приливов и отливов:
Воздействие Луны
Земля и Луна пребывают в непрерывной связи согласно закону всемирного тяготения. Планета притягивает спутник, но и Луна влияет на планету. Благодаря такой связи, сохраняется определенное расстояние между орбитами космических объектов. Земля и Луна при движении то приближаются друг к другу, то отдаляются.
Когда спутник приближается к планете, планетарная кора изгибается в сторону объекта притяжения. Из-за этого воды Мирового океана смещаются, поднимаются над планетарной поверхностью. Но куда уходит вода во время отлива, когда Луна отдаляется? Водная масса не исчезает, она возвращается в исходное положение. То есть на планете вода постоянно перемещается с места на место.
Причем приливы в аналогичное время происходят и на противоположной к Луне стороне Земли. Но если в первом случае вспучивание земной коры и подъем воды обусловлены прямым притяжением спутника, то на противоположной стороне явление вызвано снижением притяжения. То есть земная кора оседает, и освободившееся пространство заполняется водой.
Поскольку оборот Луны вокруг планеты чуть больше 24 часов, то каждые следующие сутки время наступления прилива и отлива сдвигается на 50 минут. То есть волна, движущаяся со скоростью 1600 км/ч, «догоняет» спутник, за планетарные сутки переместившийся на 13°.
В астрономии считается, что приливные волны влияют на скорость движения Земли. Они создают течения, а те движутся, испытывая сопротивление земной коры. В результате планета постепенно замедляется. Несколько миллиардов лет назад земные сутки длились 22 часа. В далеком будущем Земля замедлится настолько, что ее сутки синхронизируются с лунными, и тогда приливно-отливные явления исчезнут.
Воздействие Солнца
Гравитационное воздействие Солнца на Землю не так выражено, как лунное. Звезда как притягивающий объект гораздо крупнее Луны, но находится на значительном расстоянии от планеты. Поэтому солнечная приливная амплитуда меньше в 2 раза, чем лунная.
При полнолунии и новолунии три космических тела (Солнце, Луна, Земля) выстраиваются в линию. В результате солнечная амплитуда накладывается на лунную, отмечаются максимальные колебания воды – сизигийные.
Минимальный по силе прилив наблюдается при действии сил Луны и Солнца под прямым углом друг к другу. Он носит название квадратурный.
Разновидности
По длительности цикла приливы и отливы бывают следующих видов:
Как человек использует приливы и отливы
Приливно-отливный процесс обладает огромной силой, но эффективному использованию ее на данном этапе пока не научились. Гидроэлектростанции, работающие на энергии морских приливов, начали сооружать еще в 50 годы 20 века. Но они технически несовершенны, их производительность неудовлетворительная. Поэтому сегодня приливная энергетика не распространена в мире.
Существует связь между судоходными реками и приливами. Во время морского прилива суда получают возможность зайти в реку на многие километры против течения, добраться до портового пункта. График движения судов капитаны сопоставляют с таблицами, в которых отмечено, когда будет подъем и спад воды.
В завершение следует отметить влияние колебаний океанической воды на живую природу. Особенно зависимы от процесса мелкие организмы прибрежной зоны. Их цикл жизни зависит от спада и подъема воды. Во время приливов и отливов представители фауны ищут пищу, перебираются на новое место обитания. Но даже глубоководные организмы чувствительны к колебаниям воды: с приливным циклом у них связаны изменения метаболизма и половой активности.
Приливы и отливы на Земле
Приливы и отливы — это периодические повышения и понижения уровня воды в океане или море. Они происходят под влиянием на Землю приливных сил Луны и Солнца.
Прилив поднимает воду к Земле, когда вода отступает, возникает отлив. Дважды в течение суток с промежутком времени можно наблюдать, как вода у берега поднимается и заливает часть суши. Спустя время уровень воды снова понижается и вода отступает, обнажая прибрежное дно.
Еще с древности люди наблюдали за этим явлением. Основную причину приливов и отливов впервые указал Исаак Ньютон. В 1687 году великий математик изложил закон всемирного тяготения. Этот закон послужил важнейшим шагом к научному пониманию природы приливов.
Что такое приливы и отливы
Приливы и отливы — ритмические поднятия и опускания уровня воды в океанах, вызванные притяжением Луны и Солнца. Они возникают два раза в день и регулярно сменяют друг друга.
Наша планета Земля входит в состав солнечной системы и является третьей по счёту планетой от Солнца. Она имеет единственный спутник — Луну. Положение Земли и её спутника определяют многие процессы, происходящие на Земле. Сила лунного притяжения и сила, возникающая при взаимном вращении Земли и Луны приводит к образования приливов и отливов на Земле.
Солнце гораздо удалено от Земли, поэтому оказывает меньшее влияние. Приливообразующая сила Луны больше в 2,17 раз, поэтому характеристики прилива в основном зависят от взаимного положения Луны и Земли.
Приливно-отливные процессы имеют следующий механизм:
В ходе отлива, когда вода начинает отходить (с разной скоростью) обратно в море может возникнуть отбойное течение – это сильное движение воды от берега. Оно наблюдаются в прибрежных зонах. Отбойное течение представляет угрозу для отдыхающих.
Опасность этого течения заключается в том, что оно формируется на малых глубинах. Человек может находиться недалеко от берега (на мелководье), а нарастающая вода может сбить с его ног и унести в открытое море (океан). Главное в таком случае, соблюдать меры предосторожности и технику безопасности. Даже первоклассные пловцы могут не справиться с отбойным течением в результате неправильных действий.
Продолжительность
В среднем полный приливно-отливной цикл длится 12-13 часов. Вращение планеты оказывает на процесс своё влияние — он имеет периодичность (т.е. происходит дважды в сутки). Вертикальный промежуток между пиком и минимумом называется приливной амплитудой.
Но гораздо важнее в приливно-отливном процессе не столько суточная, сколько месячная цикличность. Положение «малой» и «полной» отметки изменяется в зависимости от лунной фазы (т.е. полнолуния и новолуния). Так что частота максимальной приливной амплитуды составляет дважды в месяц, это же касается и минимальной.
На показатели приливной высоты влияет и особенность рельефа побережья. Например, если участок имеет воронкообразную форму, то во время движения приливной волны берег будет сжиматься. Уровень воды станет выше, чем на соседних участках суши, которые имеют отличную от него форму.
Наиболее высокие точки приливов наблюдаются в:
Причина приливов и отливов
Здесь оказывают влияние два главных фактора:
Рассмотрим подробнее каждый из них.
Воздействие Луны
Земля и её спутник — Луна неразрывно связаны друг с другом. Они оказывают друг на друга значительное влияние. Именно благодаря этой связи сохраняется определённое расстояние между орбитами этих космических тел. Планета и спутник стремительно приближаются друг к другу и также стремительно друг от друга отдаляются.
Во время приближения Луны к Земле, планетарная кора последней как бы выгибается в сторону объекта, который к ней притягивается. Именно по этой причине воды Мирового океана начинают смещаться, поднимаются над поверхностью планеты.
Но вот вопрос — куда же уходит вода при отливе, когда Луна отдаляется от Земли? Естественно, водная масса никуда не исчезает, она просто возвращается на своё прежнее место. Это говорит о том, что водные объёмы Земли постоянно перемещаются с места на место.
Интересно, что приливы в то же время происходят и на противоположной к Луне стороне Земли. И если в первом случае планетарная кора выгибается, что объясняет подъём водного пространства при притяжении спутника, то с противоположной стороны это же явление вызывается снижением силы притяжения. То есть там кора как бы оседает, а свободное пространство заполняется водой.
Так как оборот спутника Земли вокруг планеты составляет чуть больше 24 часов, то каждые последующие сутки время наступления прилива и отлива будет отодвигаться на 50 минут. Волна, которая движется со скоростью 1600 км/ч, будет «гнаться» за спутником, смещаясь за планетарные сутки на 13°.
В астрономии принято считать, что приливные волны оказывают влияние на скорость движения Земли. Они формируют течения, а те, в свою очередь, движутся, подвергая испытаниям силу сопротивления земной коры. Это замедляет планету.
Ещё каких-то несколько миллиардов лет назад земные сутки составляли 22 часа, поэтому можно с уверенностью прогнозировать, что в будущем Земля замедлится настолько, что её сутки полностью синхронизируются с лунными сутками, а приливно-отливные процессы прекратят существовать.
Воздействие Солнца
Солнце оказывает только небольшое воздействие на приливные силы. Оно находится на значительном расстоянии от планеты и её спутника (почти в 400 раз дальше от Земли, чем Луна).
При своём движении вокруг Земли Луна занимает различное положение относительно Солнца. Эти положении называются фазами (новолуние, нарождающаяся Луна, неполная Луна, полнолуние, неполная Луна, убывающая).
Во время полнолуния и новолуния сразу три косметических тела (Луна, Солнце и Земля) выстраиваются в линию. В результате таких перемещений солнечная амплитуда накладывается поверх лунной, это приводит к выраженным (максимальным) колебаниям воды. Их называют сизигийными. А минимальный прилив наблюдается тогда, когда действие сил Луны и Солнца находится под прямым углом. Такое явление называется квадратурным приливом.
Разновидности
Приливно-отливные циклы принято разделять по длительности:
Воздействие и использование человеком
Огромная сила приливно-отливных процессов не могла остаться без внимания человека.
Высочайшие на Земле приливы (15,6 — 18 м) наблюдаются в бухте Фанди (заливе в северо-восточной части залива Мэн). В России самые высокие приливы случаются в Пенжинской губе Охотского моря — до 12,9 м.
Природное явление приливы и отливы
Механизм явления «приливы и отливы»
Характер образования приливов и отливов уже достаточно изучен. На протяжении многих лет ученые исследовали причины и результаты данного явления.
Подобные колебания уровня земных вод можно показать в следующей системе:
Можно заметить некоторую закономерность, если наблюдать процесс прилива в одном и том же месте на протяжении месяца. Результаты анализа интересны: ежедневно малая и полная вода меняет свое месторасположения. При таком природном факторе, как образование новой луны и полнолуние, уровни изучаемых объектов отдаляются друг от друга.
Следовательно, это делает дважды в месяц амплитуду прилива наиболее максимальной. Также периодично происходит и возникновение наименьшей амплитуды, когда после характерного влияния Луны уровни малых и полных вод постепенно сближаются друг к другу.
Причины возникновения приливов и отливов на Земле
Существует два фактора, которые влияют на формирование приливов и отливов. Следует внимательно рассмотреть оба объекта, которые воздействуют на изменение водного пространства Земли.
Воздействие лунной энергии на приливы и отливы
Хоть и неоспоримо влияние Солнца на причину возникновения приливов и отливов, но все же наибольшее значение в этом вопросе принадлежит воздействию лунной активности. Для того чтобы почувствовать существенное воздействие гравитации спутника на нашу планету, необходимо проследить за разницей притяжения Луны в разных областях Земли.
Результаты эксперимента покажут, что отличие в их параметрах довольно невелико. Все дело в том, что самая близкая к Луне точка земной поверхности подвержена внешнему влиянию буквально на 6% больше, чем наиболее удаленная. Можно с уверенностью сказать, что это размежевание сил раздвигает Землю по направлению траектории Луна-Земля.
С учетом того, что наша планета постоянно оборачивается вокруг своей оси в течение суток, дважды происходит прохождение двойной приливной волны по периметру создавшегося растяжения. Это сопровождается созданием так называемых двойных «долин», высота которых, в принципе, не превышает отметки 2 метров в Мировом океане.
На территории земной суши такие колебания максимально достигают 40-43 сантиметров, что в большинстве случаев остается незамеченным жителями нашей планеты.
Все это приводит к тому, что мы не чувствуем силу приливов и отливов ни на суше, ни в водной стихии. Можно наблюдать подобное явление на узкой полоске береговой линии, потому что воды океана или моря по инерции набирают порой внушительную высоту.
Из всего сказанного можно сделать вывод, что с Луной приливы и отливы связаны наиболее всего. Это делает исследования в этой области наиболее интересными и актуальными.
Влияние деятельности Солнца на приливы и отливы
Значительная отдаленность главной звезды Солнечной системы от нашей планеты сказывается на том, что ее гравитационное воздействие менее заметно. Как источник энергии Солнце, безусловно, намного массивнее, чем Луна, но все же дает о себе знать внушительное расстоянии между двумя небесными объектами. Амплитуда солнечных приливов практически вдвое меньше, чем у приливно-отливных процессов спутника Земли.
Известным фактом является то, что во время полнолуния и роста Луны все три небесных тела — Земля, Луна и Солнце — располагаются на одной прямой. Это приводит к складыванию лунных и солнечных приливов.
В период направления с нашей планеты на ее спутник и главную звезду Солнечной системы, которое отличается друг от друга на 90 градусов, происходит некоторое влияние Солнца на изучаемый процесс. Наблюдается повышение уровня отлива и понижение уровня прилива земных вод.
Все свидетельствует о том, что солнечная активность также влияет на энергию приливов и отливов на поверхности нашей планеты.
Основные разновидности приливов и отливов
Можно классифицировать подобное понятие по продолжительности цикла приливов-отливов. Размежевание будет зафиксировано с помощью следующих пунктов:
График приливов и отливов на Земле
Существует так называемая таблица приливов и отливов. Необходима она для людей, которые зависят по роду своей деятельности от изменения земного уровня воды. Чтобы иметь точную информацию по данному явлению, нужно обратить внимание на:
Влияние приливов и отливов на окружающую среду и человека
Существует множество факторов влияния приливов и отливов на жизнедеятельность человека и окружающую его среду. Среди них есть открытия феноменального характера, требующие тщательного изучения.
Волны-убийцы: гипотезы и последствия явления
Подобное явление вызывает множество споров среди людей, которые доверяют только безоговорочным фактам. Дело в том, что блуждающие волны не вписываются ни в одну систему возникновения этого феномена.
Изучение данного объекта стало возможным с помощью спутников радарного формата. Эти конструкции позволили зафиксировать за период пары недель десяток волн сверхбольшой амплитуды. Размер такого подъема водной глыбы составляет порядка 25 метров, что свидетельствует о грандиозности изучаемого явления.
Волны-убийцы напрямую влияют на жизнедеятельность человека, потому что за последние десятилетия подобные аномалии унесли в океанические пучины громадные суда типа супертанкеров и контейнеровозов. Природа образования данного ошеломляющего парадокса неизвестна: гигантские волны формируются мгновенно и также быстро исчезают.
Существует множество гипотез относительно причины образования такого каприза природы, но возникновение водоворотов (одиночных волн вследствие столкновения двух солитонов) возможно при вмешательстве активности Солнца и Луны. Данный вопрос до сих пор становится поводом для дискуссий среди ученых, специализирующихся на данной тематике.
Влияние приливов и отливов на организмы, населяющие Землю
Приливы и отливы в океане и море особенно влияют на морских обитателей. Наибольшее давление это явление оказывает на жителей прибрежных вод. Благодаря данному изменению уровня земной воды развиваются организмы, ведущие оседлый образ жизни.
К ним можно отнести моллюсков, которые отлично приспособились к колебаниям жидкой оболочки Земли. Устрицы при наибольших приливах начинают активно размножаться, что свидетельствует о том, что они благоприятно реагируют на подобные изменения в структуре водной стихии.
Но не все организмы так благоприятно реагируют на внешние изменения. Многие разновидности живых существ страдают от периодических колебаний уровня воды.
Хоть природа берет свое и координирует изменения в общем балансе планеты, но биологические субстанции приспосабливаются к тем условиям, которые преподносит им деятельность Луны и Солнца.
Воздействие приливов и отливов на жизнедеятельность человека
На общее состояние человека данное явление влияет больше, чем фазы Луны, к которым организм людей может быть невосприимчив. Однако наиболее приливы и отливы влияют на производственную деятельность обитателей нашей планеты. Влиять на структуру и энергию приливов и отливов моря, а также океанической сферы нереально, потому что их природа зависит от гравитации Солнца и Луны.
В основном, данный циклический феномен приносит только разрушения и неприятности. Современные технологии позволяют этот негативный фактор направить в позитивное русло.
Примером таких инновационных решений могут послужить бассейны по типу ловушек таких колебаний водного баланса. Должны они быть построены с учетом того, чтобы проект был рентабельным и практичным.
Для этого необходимо создавать подобные бассейны довольно значительного размера и объема. Электростанции по удержанию эффекта приливной силы водных ресурсов Земли — дело новое, но довольно перспективное.
Почему образуются приливы и отливы?
Приливы и отливы — периодические повышения и понижения уровня воды в океанах и морях. Дважды в течение суток с промежутком около 12 ч 25 мин вода у берега океана или открытого моря поднимается и, если нет преград, заливает иногда большие пространства − так происходит прилив, а затем уровень воды понижается и вода отступает, обнажая дно, − так происходит отлив.
Еще в древние времена люди связывали приливы и отливы с Луной. И действительно, основная причина приливов, как впервые указал Ньютон, это притяжение Земли Луной, точнее говоря, разность между притяжением Луной всей Земли в целом, с одной стороны, и водной оболочки планеты — с другой.
Теория Ньютона объясняет приливы и отливы следующим образом. Притяжение Земли Луной складывается из притяжения Луной отдельных частиц Земли. Частицы, находящиеся в данный момент ближе к Луне, притягиваются ею сильнее, а более далекие — слабее. Если бы Земля была абсолютно твердой, то это различие в силе притяжения не играло бы никакой роли. Но Земля — не абсолютно твердое тело. Поэтому разность сил притяжения частиц, находящихся вблизи поверхности Земли и вблизи ее центра (эту разность называют приливообразующей силой), смещает частицы друг относительно друга, и водная оболочка Земли деформируется.
В результате на стороне Земли, обращенной к Луне, и на противоположной стороне (красные выпуклости) вода поднимается, образуя приливные выступы, и там накапливается излишек воды. За счет этого уровень воды в точках, равноудаленных от Луны (отмечены красными стрелками), в это время снижается — здесь наступает отлив.
Приливные выступы стремятся сохранить по отношению к Луне одно и то же положение, и если бы Земля не вращалась, а Луна оставалась неподвижной, то Земля вместе со своей водной оболочкой всегда сохраняла бы одну и ту же вытянутую форму. Но Земля вращается, а Луна движется вокруг Земли, причем для земного наблюдателя Луна делает оборот вокруг Земли примерно за 24 ч 50 мин. С таким же периодом приливные выступы следуют за Луной и перемещаются по поверхности океанов и морей с востока на запад. Поскольку таких выступов два, над каждым пунктом в океане дважды в сутки с интервалом около 12 ч 25 мин проходит приливная волна.
В открытом океане вода поднимается при прохождении приливной волны незначительно (примерно на 1 м и менее), что остается практически незаметным для мореплавателей. Но у берегов даже такой подъем уровня воды заметен. В бухтах и узких заливах уровень воды поднимается во время приливов гораздо выше, так как берег препятствует движению приливной волны, и вода накапливается здесь в течение всего времени между отливом и приливом. Самый большой прилив (около 18 м) наблюдается в одной из бухт на побережье Канады. В России наибольшие приливы (около 13 м) происходят в Гижигинской и Пенжинской губах Охотского моря. Во внутренних морях, например в Балтийском и Черном, приливы и отливы почти незаметны, поскольку в эти моря не успевают проникнуть за время от отлива до прилива массы воды, перемещающиеся вместе с океанской приливной волной. Правда, в каждом закрытом море или даже озере возникают самостоятельные приливные волны, но они несут с собой относительно небольшие массы воды. Высота приливов в Черном море достигает лишь 10 см.
В одной и той же местности высота прилива непостоянна, так как расстояние от Луны до Земли и наибольшая высота Луны над горизонтом с течением времени не остаются неизменными, а это приводит к изменению величины приливообразующих сил. В частности, изменение расстояния от Луны до Земли в течение месяца от 356 тыс. км до 406 тыс.км приводит к изменению этих сил в 1,4 раза.
Заметное приливное действие оказывает также и Солнце. Подсчитано, что в среднем приливные силы Солнца меньше приливные сил Луны в 2,2 раза.
Во время новолуния и полнолуния приливные силы Солнца и Луны действуют в одном направлении, и получаются наиболее высокие приливы. Во время же первой и третьей четвертей Луны приливные силы Солнца и Луны как бы противодействуют одна другой, и приливы бывают значительно меньшими. Во многих странах издаются «Таблицы приливов», где указана высота прилива в различных портах на каждый час в течение всех дней в году.
Явления приливов происходят не только в водной, но и в воздушной оболочке Земли (атмосферные приливы и отливы), а также в твердом теле Земли (поскольку Земля не является абсолютно твердой). Вертикальные колебания поверхности Земли вследствие приливов достигают нескольких десятков сантиметров.
Из-за высокой периодичности этих явлений и по причине переноса большого количества воды свою экономическую эффективность доказали приливные электростанции, в которых перемещающиеся во время приливов и отливов массы воды вращают колеса турбин. В 1967 г. во Франции пущена в эксплуатацию приливная электростанция в устье реки Ране. В 1968 г. дала ток опытная приливная электростанция, построенная еще в СССР в Кислой губе близ Мурманска. В будущем планируется строительство и других приливных электростанций.