Приливно-отливные движения

Приливно-отливные движения — это периодические колебания уровня Мирового океана и связанные с ними горизонтальные перемещения водных масс (приливные течения), обусловленные гравитационным воздействием Луны и Солнца на Землю, а также центробежными силами, возникающими при вращении системы «Земля — Луна». Приливно-отливные явления охватывают все водные объекты, связанные с океаном, и проявляются в виде подъёма воды (прилив) и её спада (отлив) с характерной периодичностью, в основном полусуточной (два прилива и два отлива в сутки) или суточной (один прилив и один отлив).

Природа и механизм возникновения

Основной причиной приливно-отливных движений является гравитационное взаимодействие Земли и Луны. Луна, как ближайшее к Земле небесное тело, оказывает наибольшее приливообразующее воздействие. Сила притяжения Луны неравномерно действует на разные точки Земли: на стороне, обращённой к Луне, притяжение максимально, что вызывает приливной горб; на противоположной стороне притяжение минимально, и там возникает второй приливной горб за счёт преобладания центробежной силы, возникающей при вращении Земли и Луны вокруг общего центра масс (барицентра). Солнце, несмотря на свою огромную массу, находится дальше от Земли, поэтому его приливообразующая сила примерно в 2,2 раза меньше лунной.

Приливные силы и деформация водной оболочки

Приливная сила представляет собой разность между силой гравитации небесного тела в данной точке и силой гравитации в центре Земли. Эта разность создаёт деформацию водной оболочки, формируя два приливных горба: один — со стороны Луны (или Солнца), другой — с противоположной стороны. По мере вращения Земли вокруг своей оси эти горбы перемещаются, вызывая подъём и спад уровня воды в каждой точке океана. Период между двумя последовательными верхними кульминациями Луны составляет около 24 часов 50 минут, что определяет полусуточный приливной цикл.

Роль центробежной силы

В системе «Земля — Луна» оба тела вращаются вокруг общего центра масс, расположенного внутри Земли на расстоянии около 1700 км от её центра. Это вращение порождает центробежную силу, одинаковую для всех точек Земли. На стороне, противоположной Луне, центробежная сила превышает гравитационное притяжение Луны, что и приводит к образованию второго приливного горба. Таким образом, приливы возникают не только на стороне, обращённой к Луне, но и на противоположной.

Классификация приливов

Приливы классифицируются по нескольким признакам: периодичности, высоте, фазе и географическому положению.

По периодичности

• Полусуточные приливы — наиболее распространённый тип (характерен для Атлантического океана, морей России). За сутки наблюдаются два прилива и два отлива примерно равной высоты. Период между соседними приливами — около 12 часов 25 минут.
• Суточные приливы — один прилив и один отлив в сутки. Встречаются в некоторых районах Тихого океана, например, в Тонкинском заливе, а также в Мексиканском заливе.
• Смешанные (неправильные) приливы — чередование полусуточных и суточных приливов в зависимости от склонения Луны. Характерны для Тихого океана (побережье Японии, Калифорнии).

По высоте

• Сизигийные приливы — максимальные по высоте, возникают в новолуние и полнолуние, когда гравитационные воздействия Луны и Солнца складываются (Солнце, Луна и Земля находятся на одной линии).
• Квадратурные приливы — минимальные по высоте, наблюдаются в первой и последней четверти Луны, когда Солнце и Луна находятся под прямым углом относительно Земли, и их воздействия частично компенсируют друг друга.
• Тропические приливы — возникают при максимальном склонении Луны (когда она находится вблизи тропиков), что приводит к увеличению суточной неравномерности.

По фазе относительно прохождения Луны через меридиан

• Прямые приливы — прилив наступает одновременно с верхней кульминацией Луны.
• Запаздывающие приливы — прилив наступает через некоторое время после кульминации (наиболее распространённый тип, обусловленный инерцией водных масс и рельефом дна).

Географические особенности и влияние рельефа

Величина и характер приливов сильно зависят от конфигурации береговой линии, рельефа дна и глубины водоёма. В открытом океане приливы невелики — обычно 0,5–1 м. Однако в сужающихся заливах, эстуариях рек и мелководных морях высота прилива может многократно возрастать.

Самые высокие приливы в мире

• Залив Фанди (Канада) — рекордная высота прилива достигает 18 м. Узкая воронкообразная форма залива и резонансные явления усиливают приливную волну.
• Пенжинская губа (Охотское море, Россия) — приливы до 13–14 м. Это один из крупнейших приливов в Тихом океане.
• Залив Мон-Сен-Мишель (Франция) — высота до 15 м, известен быстрым наступлением воды.
• Бристольский залив (Великобритания) — до 15 м.

Приливы в морях России

В России приливно-отливные явления наиболее выражены в Охотском, Беринговом, Баренцевом и Белом морях. В Балтийском, Чёрном и Азовском морях приливы практически незаметны (менее 0,1 м) из-за их изолированности от океана и малой глубины. В Каспийском море приливы отсутствуют, так как это замкнутый водоём.

Приливные течения

Приливно-отливные движения включают не только вертикальные колебания уровня, но и горизонтальные перемещения воды — приливные течения. Они возникают при заполнении и опорожнении приливных бассейнов, заливов и эстуариев. Скорость приливных течений может достигать 5–10 узлов (9–18 км/ч) в узких проливах, например, в проливе Скагеррак или в Белом море. Приливные течения играют важную роль в перемешивании водных масс, переносе осадков и биогенных элементов, а также в навигации.

Приливная энергия

Приливные движения являются возобновляемым источником энергии. Приливные электростанции (ПЭС) используют разницу уровней воды между приливом и отливом (приливную волну). Принцип работы: плотина отгораживает бассейн, во время прилива вода заполняет его, а во время отлива проходит через турбины, вырабатывая электроэнергию.

Крупнейшие приливные электростанции

• ПЭС «Сихва» (Южная Корея) — мощность 254 МВт, крупнейшая в мире.
• ПЭС «Ля Ранс» (Франция) — мощность 240 МВт, старейшая (1966 год).
• ПЭС «Аннаполис» (Канада) — мощность 20 МВт.
• Кислогубская ПЭС (Россия, Мурманская область) — экспериментальная станция мощностью 1,7 МВт, построена в 1968 году.

Энергия приливов имеет высокую предсказуемость, но её использование ограничено из-за высокой стоимости строительства, экологических последствий (изменение гидрологического режима, влияние на морскую фауну) и необходимости в местах с большими приливными амплитудами.

Влияние на биосферу и хозяйственную деятельность

Приливно-отливные движения играют ключевую роль в экологии прибрежных зон. Они формируют литораль (приливно-отливную зону), где обитают специализированные организмы (моллюски, ракообразные, водоросли), приспособленные к периодическому осушению. Приливы способствуют газообмену, выносу питательных веществ и очищению прибрежных вод.

Для человека приливы имеют важное навигационное значение: в портах с большими приливами (например, в Лондоне, Гамбурге, Архангельске) суда заходят и выходят строго по расписанию, приуроченному к полной воде. Приливные течения учитываются при прокладке морских маршрутов, строительстве портовых сооружений и мостов. В устьях рек приливы могут вызывать нагонные явления, приводящие к наводнениям, а также влиять на солёность воды и работу водозаборов.

Интересные факты

• Приливные силы вызывают не только движение воды, но и деформацию твёрдой оболочки Земли — так называемые земные приливы, амплитуда которых составляет до 50 см.
• Приливы замедляют вращение Земли: за счёт приливного трения продолжительность суток увеличивается примерно на 2 миллисекунды за столетие.
• Луна постепенно удаляется от Земли (примерно на 3,8 см в год) из-за передачи энергии приливного взаимодействия.
• В некоторых реках, например в Амазонке, приливная волна (поророка) может подниматься вверх по течению на сотни километров, создавая волну высотой до 5 м.

Источники

• Большая советская энциклопедия, 3-е издание, статья «Приливы и отливы».
• Физическая энциклопедия, том 4, статья «Приливные явления».
• Морская энциклопедия, под редакцией В. Н. Чернавина, 2001.
• Учебник «Океанология», В. Н. Степанов, 1983.
• Данные Международной гидрографической организации (IHO) и Национального управления океанических и атмосферных исследований США (NOAA).