Приливно-отливные явления

Приливно-отливные явления — это периодические колебания уровня Мирового океана и связанных с ним морей, а также деформации земной коры, вызванные гравитационным воздействием Луны и Солнца. Основными проявлениями этих явлений являются приливы (подъём уровня воды) и отливы (спад уровня воды), которые происходят с определённой цикличностью. Помимо океанических приливов, существуют также приливы в атмосфере (атмосферные приливы) и твёрдой Земле (земные приливы), хотя их амплитуда значительно меньше.

Природа и механизм возникновения

Приливно-отливные явления обусловлены законом всемирного тяготения, открытым Исааком Ньютоном. Гравитационное поле Луны и, в меньшей степени, Солнца создаёт деформацию водной оболочки Земли. Наиболее сильное влияние оказывает Луна из-за её близости к Земле (среднее расстояние около 384 400 км). Солнце, несмотря на свою огромную массу, находится гораздо дальше (около 150 млн км), поэтому его приливообразующая сила составляет примерно 46 % от лунной.

Приливообразующая сила

Приливообразующая сила — это разность между гравитационным притяжением небесного тела в данной точке Земли и средним значением этого притяжения для всей планеты. Она вызывает деформацию водной поверхности, создавая два «приливных горба»: один обращён к Луне (подлунная точка), а другой — в противоположную сторону (антиподная точка). Соответственно, между этими горбами образуются области отлива. По мере вращения Земли вокруг своей оси (с периодом около 24 часов 50 минут — лунные сутки) эти горбы перемещаются, вызывая два прилива и два отлива за лунные сутки в большинстве точек Мирового океана.

Роль центробежной силы

Важно отметить, что второй приливный горб на противоположной стороне Земли возникает не только из-за прямого притяжения Луны, но и из-за центробежной силы, возникающей при вращении системы Земля — Луна вокруг общего центра масс (барицентра). Этот центр находится внутри Земли, примерно на расстоянии 1700 км от её центра. Вращение системы создаёт центробежную силу, которая уравновешивает притяжение Луны в центре Земли, но на её поверхности она проявляется по-разному, способствуя образованию второго горба.

Классификация приливов

Приливно-отливные явления классифицируются по нескольким признакам: периодичности, высоте и характеру.

По периодичности

Выделяют три основных типа приливов в зависимости от формы приливной кривой (графика изменения уровня воды):

• Полусуточные приливы — наиболее распространённый тип. За лунные сутки (24 часа 50 минут) наблюдаются два прилива и два отлива примерно равной высоты. Период между последовательными приливами составляет около 12 часов 25 минут. Характерны для Атлантического океана и многих морей России (например, Белого и Баренцева).
• Суточные приливы — за лунные сутки происходит один прилив и один отлив. Наблюдаются в тропических и субтропических широтах, например, в Мексиканском заливе, Тонкинском заливе, а также в некоторых районах Охотского моря.
• Смешанные (неправильные) приливы — промежуточный тип, при котором за лунные сутки происходят два прилива и два отлива, но они существенно различаются по высоте. Характерны для Тихого океана, например, для побережья Японии и Калифорнии.

По высоте

Высота прилива — это разность между уровнем полной воды (прилив) и уровнем малой воды (отлив). Классификация по высоте:

• Микроприливы — высота менее 1 метра (например, Средиземное море, Балтийское море, Чёрное море).
• Мезоприливы — высота от 1 до 3 метров (характерны для большинства побережий Мирового океана).
• Макроприливы — высота от 3 до 5 метров (например, Белое море, Бристольский залив).
• Гиперприливы — высота более 5 метров. Рекордные значения наблюдаются в заливе Фанди (Канада) — до 18 метров, в заливе Унгава (Канада) — до 17 метров, в Пенжинской губе Охотского моря (Россия) — до 13 метров.

По характеру

• Правильные приливы — регулярные, с постоянной периодичностью и предсказуемой высотой.
• Неправильные приливы — подвержены влиянию метеорологических факторов (ветер, атмосферное давление), что может искажать их высоту и время наступления.

Сизигийные и квадратурные приливы

В зависимости от взаимного расположения Земли, Луны и Солнца выделяют два особых типа приливов:

• Сизигийные приливы — возникают, когда Земля, Луна и Солнце находятся на одной линии (в новолуние или полнолуние). В этом случае приливообразующие силы Луны и Солнца складываются, что приводит к максимальной высоте приливов и минимальной высоте отливов. Такие приливы называют также «большими» или «высокими».
• Квадратурные приливы — возникают, когда Луна и Солнце находятся под прямым углом относительно Земли (первая и последняя четверти Луны). В этом случае приливообразующие силы частично компенсируют друг друга, что приводит к минимальной высоте приливов и максимальной высоте отливов. Такие приливы называют «малыми» или «низкими».

Географические особенности

Приливно-отливные явления неодинаково проявляются в разных частях Мирового океана. Это связано с конфигурацией береговой линии, рельефом дна, глубиной и площадью акватории.

• Открытые океаны — в открытом океане высота прилива невелика (обычно 0,5–1 метр). Однако при подходе к берегу, особенно к узким заливам или эстуариям рек, энергия приливной волны концентрируется, и высота может многократно возрастать. Это явление называется приливным буром (или маскаре), когда волна движется вверх по реке против течения.
• Внутренние моря — в полузамкнутых морях (Средиземное, Чёрное, Балтийское) приливы слабо выражены из-за ограниченной связи с океаном и малой глубины. Высота приливов здесь редко превышает 0,5 метра.
• Побережья России — наиболее высокие приливы наблюдаются на побережье Охотского моря (Пенжинская губа, Гижигинская губа), Белого моря (Мезенский залив) и Баренцева моря. В Балтийском, Чёрном и Азовском морях приливы практически незаметны.

Приливные течения и энергия

Приливно-отливные явления порождают мощные горизонтальные перемещения воды — приливные течения. Скорость таких течений может достигать 10–15 узлов (18–28 км/ч) в узких проливах и заливах. Приливные течения играют важную роль в перемешивании водных масс, переносе питательных веществ и осадочного материала.

Энергия приливов и отливов является возобновляемым источником энергии. Для её использования строятся приливные электростанции (ПЭС). Принцип работы ПЭС основан на перепаде уровней воды между морем и бассейном, отгороженным плотиной. В России действует Кислогубская ПЭС (Кольский полуостров), а также разрабатываются проекты крупных ПЭС (Мезенская, Пенжинская). Крупнейшие в мире ПЭС находятся во Франции (Ля-Ранс), Южной Корее (Сихвинская) и Канаде (Аннаполис).

Влияние на природу и хозяйственную деятельность

Приливно-отливные явления оказывают многогранное воздействие на природные процессы и человеческую деятельность:

• Биология — приливная зона (литораль) является уникальной экосистемой, где обитают организмы, приспособленные к периодическому осушению и затоплению. Приливы способствуют нересту многих видов рыб и морских беспозвоночных.
• Навигация — время и высота приливов критически важны для судоходства, особенно в портах с мелководными подходами. Суда могут заходить в порт только во время прилива, чтобы избежать посадки на мель.
• Берегозащита — приливные волны могут вызывать эрозию берегов, особенно во время штормовых нагонов. Для защиты побережий строятся волноломы и дамбы.
• Рыболовство — многие промысловые виды рыб и моллюсков (например, лосось, крабы, мидии) используют приливные течения для миграций и питания.
• Рекреация — приливы определяют время для сбора морепродуктов, серфинга, прогулок по обнажившемуся дну.

Интересные факты

• В некоторых местах (например, в проливе Сеймур на Аляске) приливные течения могут достигать скорости 20 узлов (37 км/ч), что сравнимо со скоростью течения в горных реках.
• Приливные явления наблюдаются не только на Земле, но и на других планетах, имеющих спутники. Например, на спутнике Юпитера Европе приливные силы вызывают разогрев недр и, возможно, поддерживают существование подлёдного океана.
• В устье реки Амазонки приливный бор (поророка) может подниматься вверх по реке на 800 км, создавая волну высотой до 5 метров.
• В древности приливы и отливы часто объяснялись мифологическими причинами (дыхание морского чудовища, движение божества). Первое научное объяснение дал Исаак Ньютон в 1687 году в своей работе «Математические начала натуральной философии».

Источники

• Ньютон И. «Математические начала натуральной философии» (1687).
• Максимов И. В. «Приливы и отливы» (1958).
• Шулейкин В. В. «Физика моря» (1968).
• Большая советская энциклопедия, статья «Приливы и отливы» (1975).
• Справочник по океанологии (под ред. А. С. Монина, 1985).
• Научные публикации Института океанологии РАН.