Квадратурный прилив

Квадратурный прилив — это приливное явление, возникающее, когда Солнце и Луна находятся под прямым углом друг к другу относительно Земли (в фазе первой или последней четверти Луны). В этот период гравитационные воздействия двух небесных тел частично компенсируют друг друга, что приводит к минимальной амплитуде приливов и отливов. Квадратурные приливы противопоставляются сизигийным приливам, которые возникают при новолунии и полнолунии и характеризуются максимальной амплитудой.

Механизм возникновения

Приливные явления на Земле обусловлены гравитационным притяжением Луны и Солнца, а также центробежными силами, возникающими при вращении системы Земля—Луна. Луна оказывает на океаны Земли примерно в 2,17 раза более сильное приливообразующее воздействие, чем Солнце, из-за своей близости. Однако, когда оба тела действуют под прямым углом, их приливные силы не складываются, а вычитаются.

В фазе первой или последней четверти Луны направления на Солнце и Луну различаются на 90°. В этом случае солнечный прилив «срезает» вершину лунного прилива, а солнечный отлив — впадину лунного отлива. В результате разница между уровнем полной и малой воды (амплитуда прилива) оказывается значительно меньше, чем в сизигию. В идеализированной модели, без учёта локальных особенностей, амплитуда квадратурного прилива составляет примерно 1/3 от амплитуды сизигийного прилива.

Характеристики

Квадратурные приливы характеризуются следующими особенностями:

• Малая амплитуда: Разница между высотой полной и малой воды минимальна для данного района в течение лунного месяца.
• Малая скорость течений: Приливные течения в квадратуру обычно слабее, чем в сизигию.
• Регулярность: Наступают дважды в лунный месяц (каждые 14,77 суток), примерно через 7,4 дня после сизигийного прилива.

В англоязычной литературе квадратурные приливы часто называют «нип-приливами» (neap tides), а сизигийные — «спринг-приливами» (spring tides). Термин «нип» происходит от древнеанглийского слова, означающего «скудный» или «недостаточный», что отражает малую величину явления.

Влияние на приливные циклы

Приливные циклы на Земле имеют сложную структуру, в которой квадратурные и сизигийные приливы чередуются. В течение лунного месяца (около 29,5 суток) наблюдаются:

1. Сизигийный прилив в новолуние.
2. Квадратурный прилив в первой четверти.
3. Сизигийный прилив в полнолуние.
4. Квадратурный прилив в последней четверти.

Амплитуда приливов в квадратуру может быть в 2–3 раза меньше, чем в сизигию, однако точные значения сильно зависят от географического положения. В некоторых внутренних морях (например, в Балтийском или Чёрном) приливы вообще слабо выражены, и разница между квадратурой и сизигией может быть незначительной. В районах с сильными приливами (например, в заливе Фанди, Канада, или в Пенжинской губе Охотского моря) разница может достигать нескольких метров.

Локальные особенности

Реальная высота приливов в квадратуру зависит от множества факторов:

• Конфигурация береговой линии: В узких заливах и эстуариях приливная волна может усиливаться (эффект воронки), что увеличивает амплитуду даже в квадратуру.
• Глубина дна: Мелководье может искажать приливную волну, делая её более крутой и высокой.
• Метеорологические условия: Сильный ветер, атмосферное давление и штормовые нагоны могут значительно изменить уровень воды, иногда превышая астрономические прогнозы.

Например, в Белом море квадратурные приливы имеют высоту около 0,5–0,8 м, тогда как сизигийные — до 1,5–2 м. В Охотском море, в Пенжинской губе, сизигийные приливы достигают 13 м, а квадратурные — около 5–6 м.

Практическое значение

Квадратурные приливы важны для ряда практических областей:

• Мореплавание: В квадратуру в портах с ограниченной глубиной может быть затруднён заход крупнотоннажных судов, так как уровень воды ниже, чем в сизигию. Навигационные карты часто содержат поправки на фазу Луны.
• Рыболовство: Приливы влияют на миграцию и кормовое поведение рыб. В квадратуру, когда течения слабее, некоторые виды рыб (например, камбала или треска) могут быть менее активны.
• Приливная энергетика: Эффективность приливных электростанций (ПЭС) зависит от амплитуды приливов. В квадратуру выработка электроэнергии снижается, что требует аккумулирования энергии или использования гибридных схем. В России, например, Кислогубская ПЭС (Мурманская область) работает в условиях, где разница между сизигийными и квадратурными приливами составляет около 1–1,5 м.
• Береговая защита: При проектировании защитных сооружений (дамб, волноломов) учитываются как максимальные сизигийные, так и минимальные квадратурные уровни воды, чтобы обеспечить безопасность при любых фазах Луны.
• Экология: В зонах приливно-отливных маршей (ваттов) квадратурные приливы определяют периоды осушения и затопления, что влияет на жизнь организмов, обитающих в этих условиях.

Квадратурные приливы в истории науки

Изучение квадратурных приливов сыграло важную роль в развитии теории приливов. Ещё в античности мореплаватели заметили, что высота приливов меняется в зависимости от фазы Луны. Первое научное объяснение дал Исаак Ньютон в «Математических началах натуральной философии» (1687), где он вывел закон всемирного тяготения и показал, что приливные силы Солнца и Луны складываются и вычитаются в зависимости от их взаимного расположения.

В XIX веке лорд Кельвин (Уильям Томсон) разработал гармонический анализ приливов, который позволил предсказывать их высоту на основе разложения на множество составляющих, включая квадратурные и сизигийные компоненты. Современные приливные таблицы, используемые в навигации, учитывают эти эффекты с высокой точностью.

Сравнение с сизигийным приливом

Интересные факты

• В некоторых языках квадратурные приливы называют «мёртвыми» (dead tides) или «низкими» (low tides), что отражает их малую амплитуду.
• В районах с полусуточными приливами (два прилива и два отлива в сутки) квадратурные приливы могут быть асимметричными: один из двух дневных приливов может быть заметно выше другого из-за деклинации Луны.
• Квадратурные приливы могут быть опасны для судов, сидящих на мели: если судно село на мель в сизигию, то в квадратуру уровень воды будет ниже, и снять его будет сложнее.
• В устьях рек, где приливная волна поднимается вверх по течению, квадратурные приливы могут приводить к меньшему засолению воды, что важно для сельского хозяйства и водоснабжения.

Источники

• Ньютон И. «Математические начала натуральной философии» (1687).
• Томсон У. (лорд Кельвин). «О гармоническом анализе приливов» (1867).
• Лебедев А. А. «Приливы и отливы Мирового океана» (1982).
• Гидрометеорологический словарь / Под ред. А. С. Монина. — Л.: Гидрометеоиздат, 1974.
• Pugh D. T. «Tides, Surges and Mean Sea-Level» (1987).
• Кислогубская ПЭС: технический отчёт (РусГидро, 2004).