Приливы и отливы

Приливы и отливы — периодические колебания уровня Мирового океана, вызванные гравитационным воздействием Луны и Солнца на вращающуюся Землю. Эти явления представляют собой вертикальные перемещения водной поверхности (подъём — прилив, опускание — отлив), сопровождающиеся горизонтальным движением водных масс — приливными течениями. Приливы и отливы относятся к числу наиболее регулярных и предсказуемых природных процессов на планете, их циклы тесно связаны с движением небесных тел.

Физическая природа явления

Основной причиной приливов является гравитационное притяжение Луны, которое, согласно закону всемирного тяготения, действует на водную оболочку Земли неравномерно. На стороне Земли, обращённой к Луне, сила притяжения спутника максимальна, что вызывает смещение водных масс в сторону Луны и образование приливного выступа. На противоположной стороне планеты возникает второй, меньший по амплитуде выступ, обусловленный тем, что центробежная сила вращения системы «Земля — Луна» превышает гравитационное притяжение Луны. В результате на Земле одновременно существуют две приливные волны, следующие друг за другом.

Солнце также оказывает приливное воздействие, однако его масса, значительно превышающая лунную, компенсируется огромным расстоянием до Земли. В итоге солнечные приливы примерно в 2,2 раза слабее лунных. В зависимости от взаимного расположения Земли, Луны и Солнца приливные волны могут усиливать или ослаблять друг друга.

Классификация приливов

По периодичности и характеру колебаний выделяют несколько типов приливов:

• Полусуточные приливы — наиболее распространённый тип, при котором в течение лунных суток (24 часа 50 минут) наблюдаются два полных прилива и два отлива примерно равной высоты. Характерны для Атлантического океана и большей части акваторий России.
• Суточные приливы — наблюдаются один прилив и один отлив за лунные сутки. Встречаются в Мексиканском заливе, Южно-Китайском море и некоторых районах Тихого океана.
• Смешанные приливы — промежуточный тип, при котором высота и время последовательных приливов существенно различаются. Распространены в Тихом и Индийском океанах.

По величине амплитуды различают приливы малые (до 1 метра), средние (от 1 до 3 метров) и большие (свыше 3 метров). Максимальные значения амплитуды достигаются в узких заливах и эстуариях, где приливная волна усиливается за счёт сужения берегов.

Фазы и циклы приливов

Цикл приливов и отливов тесно связан с лунным месяцем. В периоды новолуния и полнолуния, когда Солнце, Земля и Луна выстраиваются в одну линию, гравитационные воздействия обоих тел складываются, и возникают максимальные по высоте сизигийные приливы. В первой и третьей четвертях Луны, когда светила находятся под прямым углом относительно Земли, их приливные силы частично компенсируют друг друга, что приводит к минимальным по амплитуде квадратурным приливам.

Помимо лунного цикла, на высоту приливов влияют сезонные изменения: во время равноденствий, когда Солнце находится вблизи экватора, приливные колебания достигают наибольших годовых значений. Период между последовательными приливами составляет в среднем 12 часов 25 минут, что соответствует половине лунных суток.

Особенности в разных регионах

Высота приливов существенно различается в зависимости от географических условий. В открытом океане амплитуда приливных колебаний обычно не превышает 0,5–1 метра, однако у побережий и в сужающихся заливах она может возрастать многократно.

К числу регионов с экстремальными приливами относятся:

• Залив Фанди (Канада) — здесь зафиксированы самые высокие приливы в мире, достигающие 18 метров.
• Пенжинская губа (Охотское море, Россия) — приливы до 13–14 метров, одни из крупнейших в Тихом океане.
• Залив Унгава (Канада) — амплитуда до 17 метров.
• Бристольский залив (Великобритания) — приливы до 15 метров.
• Мезенский залив Белого моря (Россия) — высота приливов достигает 10 метров.

В замкнутых и внутренних морях, таких как Средиземное, Балтийское или Чёрное, приливные колебания выражены слабо и редко превышают 20–30 сантиметров.

Практическое значение

Приливы и отливы играют важную роль в хозяйственной деятельности человека и функционировании прибрежных экосистем. Основные направления использования приливной энергии:

• Приливные электростанции (ПЭС) — используют энергию приливных течений для выработки электроэнергии. Первая крупная ПЭС в мире — станция на реке Ранс во Франции (1966 год). В России действует Кислогубская ПЭС в Мурманской области, а также разрабатываются проекты Мезенской и Пенжинской ПЭС.
• Судоходство — расписание движения крупнотоннажных судов в портах с выраженными приливами составляется с учётом времени наступления полной воды, позволяющей судам заходить в мелководные гавани.
• Рыболовство и марикультура — приливные течения обеспечивают циркуляцию питательных веществ и кислорода, что способствует высокой биологической продуктивности прибрежных вод.

Влияние на экосистемы

Приливная зона — литораль — представляет собой уникальную экологическую нишу, где обитают организмы, приспособленные к периодическому осушению и затоплению. Многие виды моллюсков, ракообразных и водорослей выработали специальные адаптации: способность длительное время находиться вне воды, запасать влагу и противостоять перепадам температуры и солёности. Приливные течения участвуют в переносе питательных веществ, распространении личинок морских организмов и очистке прибрежных акваторий от загрязнений.

Приливы в атмосфере и земной коре

Приливные воздействия не ограничиваются гидросферой. Гравитация Луны и Солнца вызывает аналогичные, хотя и менее заметные, колебания в атмосфере Земли (атмосферные приливы) и в твёрдой земной коре (земные приливы). Амплитуда земных приливов достигает 30–50 сантиметров в экваториальных широтах, что необходимо учитывать при проведении высокоточных геодезических измерений и в системах спутниковой навигации. Атмосферные приливы влияют на движение воздушных масс и метеорологические условия в верхних слоях атмосферы.

Исторические исследования

Изучение приливов имеет давнюю историю. Ещё в античные времена греческий географ Пифей (IV век до н. э.) описал связь приливов с фазами Луны. Научное объяснение явления было дано Исааком Ньютоном в 1687 году в «Математических началах натуральной философии» на основе закона всемирного тяготения. Впоследствии теория приливов развивалась в работах Пьера-Симона Лапласа, Джорджа Дарвина и других учёных, а в XX веке значительный вклад в изучение приливов в российских морях внесли исследователи Государственного океанографического института и других научных организаций.