Приливы и отливы

Еще один тип перемещений воды связан с приливами, в результате которых прибрежная полоса шириной до нескольких десятков километров то периодически затопляется морем, то осушается. Приливы вызываются притяжением Солнца и Луны. Приливы крайне важны в жизни обитателей моря.

Периодические колебания уровня воды (подъемы и спады) в акваториях на Земле, которые обусловлены гравитационным притяжением Луны и Солнца, действующим на вращающуюся Землю называются приливами. Такие колебания уровня воды определяют циркуляцию вод в заливах и эстуариях, оказывают влияние на придонные слои воды.

Масса Земли в 81,3 раза больше массы Луны. Точка земной поверхности, расположенная непосредственно под Луной, удалена всего на 6400 км от центра Земли и в среднем на 386 063 км от центра Луны. В этой точке земной поверхности притяжение Земли действует на любой объект приблизительно в 300 тыс. раз больше притяжения Луны. Гравитационное притяжение Земли, действующее на Луну и удерживающее ее на околоземной орбите, противоположно силе притяжения Земли Луной, которая стремится сместить Землю по направлению к Луне и «приподнимает» все объекты, находящиеся на Земле, в направлении Луны.

В результате "центробежной" силы на дальней от Луны стороне уровень воды повышается. На ближней к Луне стороне наблюдается аналогичная картина, но уж вследствие притяжения Луны. Таким образом, возникают два приливных "горба" воды, перемещающиеся по поверхности Земли вследствие ее вращения уж вокруг собственной оси. Приливообразующие силы обоих небесных тел имеют одинаковый порядок величин на 10⁷ раз меньше, чем сила земного притяжения.

Луна, строго говоря, не вращается вокруг Земли ли. На самом деле обе планеты вращаются вокруг общего центра масс (рис.).

Понижение уровня океана в этих двух точках сопровождается повышением уровня моря не только на стороне Земли, обращенной к Луне, но и на противоположной стороне. Приливная волна, которая на обращенной к Луне стороне Земли называется прямой, а на противоположной – обратной. Первая из них всего на 5% выше второй.

Вода в подлунной точке испытывает более сильное притяжение к Луне, чем Земля под ней, но Земля, в свою очередь, сильнее притягивается к Луне, чем вода, на противоположной стороне планеты. Таким образом, прилив наблюдался бы дважды в сутки, если бы не ряд дополнительных обстоятельств.

Солнце тоже вызывает приливные волны, но значительно меньшей амплитуды. Из-за пространственной удаленности его влияние на приливы примерно 2 раза меньше, чем влияние Луны.

Самый высокий уровень воды, наблюдаемый за сутки или половину суток во время прилива, называется полной водой, самый низкий уровень во время отлива – малой водой, а момент достижения этих предельных отметок уровня – стоянием (или стадией) соответственно прилива или отлива.

Если Солнце, Луна и Земля оказываются на одной прямой, что случается в каждое ново- и полнолуние, приливные волны накладываются друг на друга, прилив достигает наибольшей амплитуды и называется сизигийным.

Когда векторы силы притяжения Солнца и Луны взаимно перпендикулярны (Солнце и Луна оказываются относительно Земли под углом 90°), что случается в конце первой и третьей лунных четвертей, приливные волны взаимно гасятся до определенной степени, прилив минимален. Во время квадратур приливообразующие силы противодействуют, поскольку прилив, вызванный притяжением Солнца, накладывается на отлив, вызванный Луной. Такие промежуточные приливы и отливы называются квадратурными.

В таких условиях квадратурные приливы не столь высоки, а отливы – не столь низки, как если бы они были обусловлены только силой притяжения Луны.

В сизигий приливные течения быстрее, чем в квадратуру. В Атлантическом океане как сизигийные, так и квадратурные приливы обычно запаздывают на сутки по сравнению с соответствующей фазой луны. В Тихом океане такое запаздывание составляет лишь 5 ч. В портах Нью-Йорк и Сан-Франциско и в Мексиканском заливе сизигийные приливы на 40% выше квадратурных.

Распространено представление, что вода на Земле, находящаяся прямо под Луной, поднимается в направлении Луны, что приводит к оттоку воды из других мест земной поверхности, однако, поскольку притяжение Луны столь мало в сравнении с притяжением Земли, его было бы недостаточно, чтобы поднять столь огромный вес.

Все явления, связанные с приливами и отливами, характеризуются периодичностью. Приливные течения периодически меняют направление на противоположное.

За счет перемещения воды из соседних районов в сторону точки под Луной происходят соответствующие отливы воды в двух других точках, удаленных от нее на расстояние, равное четверти окружности Земли.

Благодаря вращению Луны по орбите вокруг Земли между двумя последовательными приливами или двумя отливами в данном месте проходит примерно 12 ч 25 мин. Интервал между кульминациями последовательных прилива и отлива около 6 ч 12 мин. Период продолжительностью 24 ч 50 мин между двумя последовательными приливами называется приливными (или лунными) сутками.