какое влияние оказывают приливы и отливы на развитие дельты
Новая гипотеза приливов и отливов
КУЗНЕЦОВ А. И., КУЗНЕЦОВ А. Р.
Приливами и отливами называются периодические колебания уровня Мирового океана. На большей территории океанского побережья они регулярно наблюдаются два раза в сутки. Принято считать, что одной из главных причин этого является воздействие на воду сил притяжения Луной и Солнцем. Хотя сила тяготения Солнца для земного шара почти в 200 раз больше, чем у Луны, приливные воздействия Луной, в два раза больше.
На противоположных сторонах земного шара по поверхности океанов одновременно перемещаются две волны, создающие в каждой точке океанского побережья, два раза в сутки повторяющиеся явления отлива и прилива.
Многие интересуются темой океанских приливов, но не все удовлетворены общепринятыми объяснениями физических причин этого космического явления. Важные аспекты происхождения приливов и их свойств часто трактуются неточно и даже ошибочно. Множество недоразумений и неточностей связано с ролью орбитальных движений Луны и Земли и осевого суточного вращения Земли в возникновении приливов. Почти невозможно встретить в литературе правильное объяснение физического механизма, ответственного за фазовый сдвиг между кульминациями Луны и максимальными уровнями прилива. Наблюдения показывают, что в некоторых местах Земли этот сдвиг приближается к 90 градусам [1].
Трудно объяснить лунной теорией причину отсутствия приливов и отливов в замкнутых водоемах, а также особенности влияния на приливы сложного рельефа дна океанов и морей, препятствий в виде материков и островов со сложными очертаниями береговых линий, морских течений, ветра и множества других трудно учитываемых факторов.
Невозможно, опираясь на динамическую модель о приливах, объяснить те факты, когда приливные горбы бегут впереди Луны. Непонятно, каким образом Луна умудряется одновременно и отталкивать приливную волну, и притягивать приливной горб? Это необъяснимо гравитацией Луны и неоднородностью гравитационного поля. Для того, чтобы существовал «лунный приливной горб», необходима неоднородность гравитационного поля, а для этого, Луна должна постоянно находиться над горбом, иначе горб развалится [2].
Галилей называл теорию о приливах легкомысленной и считал ее печальным возвращением в область мистических бредней, предпочитая объяснять приливы вращением Земли. Ч. Дарвин писал в 1911 году: «Нет необходимости искать античную литературу ради гротесковых (фр. причудливых, смешных) теорий приливов» [2].
В настоящее время механизм лунных и солнечных приливов носит общий характер. Он подробно нигде не описывается и не объясняет наблюдающиеся в отдельных регионах Земли отклонения от него. Инструментальные наблюдения за величиной приливов и отливов по сравнению с тем временем, когда создавалась эта теория, шагнули далеко вперед и при ее справедливости должны бы ее подтвердить, однако, этого не наблюдается.
Непонятно, как можно, объяснять прилив гравитационным воздействием Луны, если в космонавтике уже давно доказано, что область притяжения Луны ограничена 10 тысячами километров от ее поверхности. При радиусе орбиты более 10 тысяч км искусственные спутники Луны срываются из орбиты [2].
По нашему мнению, сила тяготения, а, следовательно, Луна и Солнце к приливам и отливам не имеют никакого отношения, кроме, как их присутствия в это время на небосводе. Согласно проведенного анализа литературных данных, наиболее реальной причиной этих явлений можно считать наличие постоянно присутствующих спиральных потоков звездного ветра, идущего от Солнца по наружной (теневой) стороне и к Солнцу по внутренней освещенной (солнечной) стороне конуса [3, с. 7]. При этом левое полушарие (левее линии АС) находится под действием опускающегося к Солнцу сверху спирального газового потока, вращающегося по часовой стрелке. Правое полушарие (правее линии АС) находится под действием поднимающегося от Солнца снизу спирального газового потока, вращающегося против часовой стрелки. Эта граница может смещаться как в одну, так и в другую сторону в зависимости от расположения Земли на орбите. Схематично это представлено на рисунке 1.
Данная гипотеза позволяет более аргументированно объяснить механизм и все особенности этого явления. Обычно влияние внешнего и внутреннего потоков звездного ветра практически не ощущается над территорией суши, а также в замкнутых водоемах из-за находящегося над ними плотного слоя атмосферы, удерживаемого природным ландшафтом с обильной растительностью и пересеченной местностью.
Наиболее заметно воздействие потоков звездного ветра на поверхности бескрайнего водного простора океанов. Внешний поток солнечного ветра, идущий от Солнца по теневой стороне, обеспечивает направление обращение Земли вокруг Солнца и вращение вокруг собственной оси. Он имеет большую скорость, чем внутренний поток, поэтому, создаваемая им приливная волна, характеризуется большей высотой.
Как видно из рисунка 1 в месте начала соприкосновения внешнего и внутреннего потоков звездного ветра с водной поверхностью океанов наблюдается отток воды за счет захвата ее поверхностных слоев вращающимися по спирали потоками. В этих местах, на участках АВ и СD, будет наблюдаться отлив. Его величина (высота) будет уменьшаться по мере перемещения от точки А к В и от С к D.
Захваченная потоками солнечного ветра масса воды с участков АВ и CD будет перегоняться соответственно на участки ВС и DA, приводя к образованию здесь эффектов прилива.
Вследствие вращения Земли вокруг своей оси происходит постепенное перетекание, образовавшегося на поверхности избытка (по высоте) воды из зон прилива в соседнюю зону отлива в направлении вращения Земли (против часовой стрелки). При этом на земной поверхности, находящейся в участках CD и АВ, происходит смена отлива на прилив. Наличием сопротивления перемещению потока приливной волны по поверхности воды и участкам суши объясняется ее отставание от скорости вращения Земли в среднем на 50 минут.
Интервал между кульминациями последовательных прилива и отлива составляет в среднем около 6 ч 12 минут. Однако, учитывая наличие на пути приливной волны препятствий в виде материков, отмелей и островов, а также ветра, время и величина прилива могут колебаться. В целом, согласно действующему в природе закону равновесия, происходит непрерывное поочередное выравнивание уровней воды на всех участках с постепенным их смещением по поверхности Земли, вследствие ее вращения вокруг оси.
За время полного оборота Земли вокруг собственной оси почти в каждой точке океанского побережья, за редким исключением, будут дважды наблюдаться прилив и отлив. Один более мощный прилив образуется под действием внешнего потока солнечного ветра на теневой стороне, а другой – более слабый, под действием внутреннего газового потока на солнечной.
Есть на сегодня и непонятные вопросы особенностей приливов, которые теория лунных приливов объяснить не может. Так, в некоторых местах (Южно-Китайское море, Персидский залив, Мексиканский и Сиамский заливы) наблюдается только один прилив в день [2].
Это объясняется тем, что выход к океану у них находится только с одной стороны (с востока). С западной стороны они окружены сушей, поэтому поступление приливной волны возможно только с востока. Такое возможно только тогда, когда Земля на орбите располагается так, что большая часть полушария находится во внутренней части орбиты в зоне действия внутреннего газового потока, вращающегося по часовой стрелке.
В ряде районов Земли (например, в Индийском океане) бывает то один, то два прилива в день [2].
На освещенной стороне, кроме более низкой скорости газового потока, меняется на противоположное его направление. При относительно небольшой скорости, образованию приливной волны может мешать природный ландшафт. В тех местах, где наблюдаются то один, то два прилива, причиной этого явления может быть относительное изменение положения земной поверхности по отношению к Солнцу в процессе ее обращения по орбите (сезонностью).
Согласно водоворотной теории о приливах, на Земле вращаются сотни водоворотов различных размеров и с различными угловыми скоростями, по периметру которых постоянно движется приливная волна [2].
По нашему мнению, водовороты не создают приливной волны. Они возникают, как результат движения приливной волны, которая, вследствие вращения Земли вокруг собственной оси, прижимается к побережью и движется вдоль него в направлении его скоса, обеспечивающего наименьшее сопротивление движению.
Именно приливная волна является источником образования океанских течений и, как частный случай, водоворотов. Образование водоворотов обусловлено природным ландшафтом океанского дна (хребты, впадины, острова и т.д.) и конфигурацией прибрежной зоны (заливы, проливы, устья рек и т.д.). Направление движения течений и вращения водоворотов определяется тем, какой поток солнечного ветра (внутренний или внешний) является причиной образования этой волны. Внешний движется только по теневой стороне орбиты против часовой стрелки, а внутренний наоборот – по солнечной и по часовой стрелке.
Сезонное изменение ориентации поверхности Земли по отношению к Солнцу на орбите оказывает влияние на направление движения некоторых течений и водоворотов, а также на количество периодичность и величину приливов и отливов.
Раз в год Земля максимально приближается к Солнцу (перигелий), при этом максимально увеличивается и орбитальная скорость Земли и, как следствие, увеличивается высота приливов и отливов [2]. С точки зрения нашей гипотезы это легко объясняется более высокой скоростью солнечного ветра, величина которой обратно пропорциональна расстоянию от поверхности Солнца. Увеличение скорости потока солнечного ветра на наружной (теневой) стороне приводит к увеличению разрежения в центре воронки, а, следовательно, к увеличению скорости внутреннего газового потока.
Увеличение их скорости при наличии корональных выбросов на Солнце приводит к появлению сильного шторма и циклонов над океанами, сопровождающихся образованием приливных волн значительной высоты. Такие приливные волны распространяются только в одном направлении.
Именно эти потоки, вследствие их воздействия на слои атмосферы и их смещения, наряду с приливными и отливными процессами, играют важную роль в создании областей пониженного и повышенного давления в атмосфере Земли. Это в свою очередь приводит к возникновению перемещений воздушных масс (ветров) различного направления над поверхностью Земли. Именно эти ветра ощущаются на поверхности Земли, и вызывают волнение на водной поверхности замкнутых водоемов относительно небольших размеров (моря и озера).
Доказано, что все даже замкнутые более-менее крупные озера и моря имеют приливы и отливы, но их высота крайне незначительна и полностью компенсируется воздействием на них атмосферного давления, поэтому визуально они не заметны.
Ветер оказывает существенное влияние на приливо-отливные явления. Ветер с моря нагоняет воду в сторону берега, высота прилива увеличивается сверх обычной, и при отливе уровень воды тоже превосходит средний. Напротив, при ветре, дующем с суши, вода сгоняется от берега, и уровень моря понижается.
Амплитуда прилива в океане вдали от побережья не превышает 1 м, но у берегов в зависимости от их очертаний и глубины приливы могут достигать значительной высоты. Особенно высокие приливы наблюдаются в узких проливах либо в глубине длинных заливов [1].
Величина приливов и отливов на побережье зависит от многих факторов. Согласно проведенным наблюдениям, наиболее важным является наличие участка, соединяющего водоём с океаном. Чем более замкнут водоём, тем меньше степень проявления приливо-отливных явлений.
Наблюдающиеся на берегу и в устьях рек приливы – это отголоски, а иногда и отражение («рикошет») от скалистых берегов тех мощных «приливных волн», которые разгоняются на просторах океана. При столкновении приливной волны с берегом или островом она продолжает движение вдоль берега в сторону его уклона. Попадая таким образом в узкий залив, волна огибает его и выходит вдоль противоположного берега залива через туже горловину, через которую зашла. При этом внутри залива образуется водоворот, вращающийся в направлении движения приливной волны вдоль берега. Учитывая, что за счет торможения о берег скорость волны снижается, то количество поступающей воды превышает ее отток, вследствие этого уровень воды в заливе (приливе) резко повышается.
Возникновение на поверхности морей и океанов, «вблизи» участков суши относительно небольших водоворотов вызвано, очевидно, столкновением встречных потоков накатывающихся и отраженных волн или наличием глубоких впадин или подводных рифов на дне.
Все, имеющиеся «загадки» приливов и отливов для разных мест на Земле, легко можно объяснить с точки зрения нашей теории на основании выше приведенных положений о поведении приливных волн, вызываемых потоками звездного ветра, с учетом природного ландшафта данного места.
Разберем одну из таких «загадок» прилива: «Лунное приливное течение», движущееся с Индийского океана с востока на запад, врезаясь в восточный берег острова Мадагаскар, вопреки ожиданиям, создает нулевые приливы и отливы. А аномально высокая приливная волна почему-то возникает между островом Мадагаскар и восточным берегом Африки [2].
Основные причины этого заключаются в следующем:
1. Энергия набегающей на восточный берег о-ва Мадагаскар приливной волны гасится расположенным перед ним довольно высоким Маскаренским подводным хребтом и Маскаренскими островами, что создает нулевые приливы и отливы.
2. Наиболее мощная приливная волна образуется выше Маскаренского подводного хребта и Сейшельских островов. Минуя относительно невысокий Аравийско-Индийский подводный хребет, она ударяется в побережье Сомали и, с учетом его уклона, движется вдоль берега на юг.
3. Встретившиеся на пути приливной волны Каморские острова и относительно небольшая ширина Мозамбикского пролива между Мозамбик и о. Мадагаскар не в состоянии свободно пропустить такой объем воды. Это приводит к резкому аномально высокому подъему уровня воды в данном месте.
Таким образом, предложенная гипотеза приливов и отливов позволяет объяснить:
1. Отсутствие регулярных приливов и отливов в замкнутых водоемах.
2. Колебания количества и величины суточных приливов и отливов, и их аномалий.
3. Образование океанских течений и водоворотов и их сезонных изменений.
4. Влияние природного ландшафта дна океана и побережья на приливы и отливы.
5. Образование зон пониженного и повышенного давления в атмосфере Земли.
1. Коммуника. Бутиков Е.И. Океанские приливы в компьютерных моделях. [Электронный ресурс]. – URL.: https://kommunikaru268121494.wordpress.com/2019/10/05/ [дата обращения 30.03.2020].
2. Юсуп Хизиров. Приливы и отливы – результат вращения Земли и водоворотов. 06.07.2018. [Электронный ресурс]. – URL.: http://www.rusnor.org/pubs/articles/15638.htm [дата обращения 18.03.2020].
3. Кузнецов А.И. Движение и вращение планет и звезд // Материалы Международной научно-практической конференции «ХI Торайгыровские чтения». – Павлодар, 2019. – Т. 4. – С. 3 – 8.
Зачем сёрферу знать, как работают приливы
Чтобы научиться хорошо серфить, каждый сёрфер должен уметь понимать океан. Он должен знать, что такое свелл, откуда берутся волны, как на них влияет ветер и многое другое. Среди таких знаний, в том числе, находятся знание о приливах с отливами. Чтобы кататься в лучшее время на лучших волнах, нужно разобраться, каким образом прилив может изменить волны, какой уровень воды идеально подойдёт для определённого спота и в какое время стоит ожидать этот уровень.
В этой статье мы разберёмся, что такое приливы и отливы, откуда они берутся, какие бывают, что влияет на уровень прилива, и как определить, в какое время какой уровень воды стоит ожидать. Ну а в конце мы напишем, какую практическую ценность для сёрфера имеют приливы.
Причина
Главной причиной того, что уровень воды каждый день в мировом океане то повышается, то понижается, является гравитация. В первую очередь, это гравитация Луны. Так как Луна находится ближе всего к Земле среди всех остальных небесных тел, её влияние самое большое. На втором месте находится Солнце. И, хоть оно находится гораздо дальше от нас, чем Луна, притяжение Cолнца всё равно ощущается, так как оно значительно больше по размеру любой планеты в Солнечной системе.
Однако, сила гравитации Cолнца по отношению к Земле составляет лишь 46 процентов от лунной. Кстати, есть ещё одно небесное тело, гравитация которого влияет на землю, это Венера! Да-да, однако, сила её притяжения составляет лишь 0.001% от силы Солнечной гравитации.
Силу притяжения Луны и Солнца называют приливной силой. Она не достаточно велика, чтобы действовать на твёрдые тела (хотя и их Луна способна растягивать до 30см!), однако, значительному её влиянию поддаётся вода в Мировом Океане, жидкое состояние которой позволяет уровню воды изменяться на несколько метров.
Время приливов и отливов
Время обращения Луны вокруг Земли — лунные сутки — составляет примерно 24 часа 50 минут. В большинстве мест на Земле полудневной прилив, то есть за лунные сутки мы имеем два прилива, два отлива. Так как лунные сутки длинней земных, то каждый день время приливов и отливов смещается. Однако, есть несколько мест на Земле, где за сутки вода приливает только один раз. Такими местами являются Южно-китайское море, Мексиканский залив и другие.
Сизигийный и квадратурный приливы
Многие, кто бывал на океане больше двух недель замечали, что в одни дни отлив может быть очень сильным, а в другие — не так заметен. Дело в том, что в зависимости от того, в какой фазе сейчас находится Луна, перепад между максимальной и минимальной водой может различаться.
Во время полной и новой Луны, то есть когда Солнце, Луна и Земля встают в одну линию, перепад максимальный. Такой прилив называется «сизигийный». Данное явление происходит потому, что приливные силы Солнца и Луны складываются.
А во время первой и третьей четверти лунного цикла, то есть когда Луна освещается Солнцем наполовину, перепад воды будет минимальный. Это явление называется квадратурным приливом.
Также на высоту прилива влияет ещё и траектория движения Луны и Солнца. Дело в том, что Луна двигается вокруг Земли не по кругу, а по эллипсу. Поэтому, в одно время Луна находится ближе к Земле, в другое — дальше. Когда сизигийный отлив выпадает на период, когда Луна находится в ближайшей к Земле точке (это происходит раз в 7,5 лунных циклов), наблюдается очень высокий прилив.
Если же во время сизигийного прилива ещё и Земля приближается максимально близко к Солнцу (её орбита тоже выглядит как эллипс), тогда прилив будет ещё выше. Это происходит каждые 18,6 лет.
Откуда второй прилив
Вы можете спросить, если Луна притягивает воду только с одной стороны, тогда почему приливов и отливов в сутки два, с одной и с другой стороны планеты?
Честно говоря, этот вопрос не давал мне покоя, до тех пор пока я не прочитал замечательную книгу Surf Science автора Tony Butt.
Второй прилив появляется из-за двух факторов. Первый — разница в силе притяжения Луны между одной стороной Земли и другой. Второй — центробежная сила, возникающая во время вращения Земли.
С первым фактором, мне кажется, должно быть всё понятно сразу. Луна находится ближе к одной стороне Земли, чем к другой. Логично предположить, что сила гравитации будет различаться. Так оно и есть. Если мы возьмём силу гравитации Луны в центре Земли за основу, то тогда на её поверхности, ближайшей к Луне, сила гравитации нашего спутника будет на 3.4% больше, чем в центре, и слабее на 3.2% с противоположной стороны нашей планеты.
Теперь поговорим про второй фактор. Что за центробежная сила и откуда она берется. Выше я упоминал о вращении Земли, но имел ввиду не её вращение вокруг собственной оси, но вращение вокруг Луны.
Большинство из нас знает со школы, что Луна вращается вокруг Земли. Но, на самом деле, они обе вращаются вокруг общего центра своих масс, который находится на расстоянии 4.5 тысяч километров от центра Земли. То есть, этот центр находится внутри радиуса Земли, который составляет чуть больше 6.3 тысячи километров. Следовательно, Земля и Луна вращаются вокруг этого центра с одинаковой скоростью.
Представьте, что вы надели резинку для волос на карандаш и начали крутить её. Резинка вытянется поперёк движения. Примерно то же самое происходит и с водой на Земле. Благодаря этому вращению Земли вокруг Луны, возникает центробежная сила, которая оттягивает воду океана с Земли.
Взгляните на рисунок ниже. Синими стрелками показана сила притяжения Луны. Красными — центробежная сила. Пурпурные стрелки показывают направление действия сил, сложенных вместе.
Почему в разных местах Земли высота прилива различается
Если вы бывали на побережьях в разных странах, возможно вы замечали, что где-то отлив заметен очень сильно, например, на Бали, а где-то уровень воды во время полной и малой воды почти не отличается, например на Мальдивах.
Теперь мы знаем, что сила гравитации ни Луны, ни Солнца значительно не изменяются, то есть в одном месте на поверхности планеты максимальный прилив и минимальный отлив будут всегда примерно одинаковыми. Однако, при всём этом, где-то высота отлива составляет пол-метра, где-то три, а где-то и целых шестнадцать (это место называется Залив Фанди в Канаде — на фото ниже).
Причина этому — рельеф дна. Прилив можно рассматривать как огромную волну. Если вспомнить о том, откуда возникает волна, — она начинает подниматься, когда глубина становится меньше определённой отметки, — тогда становится всё понятней. Соответственно, высота прилива зависит от глубины океана. Чем меньше глубина, тем «выше» становится приливная волна, и тем больше становится перепад между максимальной водой и минимальной. Если бы на нашей планете не было бы суши, тогда вокруг планеты двигалось бы только две приливные волны. Однако, из-за континентов и сложной формы дна океанов, приливных волн больше.
Взгляните на карту. На ней цветом выделены места с различной высотой прилива, где тёмно-красный — максимальная высота, голубой — минимальная. Точки, где сходятся белые линии, называются амфидромическими. В них перепад между приливом и отливом нулевой. Чем дальше от этой точки, тем выше будет амплитуда колебания прилива. Рядом с этими точками можно увидеть чёрную стрелку, она показывает, в какую сторону двигается приливная волна. Белыми линиями очерчены зоны, где прилив находится в одной фазе, между каждой линией разница чуть больше часа. Вокруг каждой точки двенадцать таких фаз. Время прохождения приливной волны через все эти зоны равно половине лунных суток.
Как определить высоту и время прилива
Всё вышеописанное может показаться слишком сложным, для того, чтобы все эти движения описать математическими формулами. Это действительно сложно, но возможно. Благодаря этим формулам, высоту прилива и отлива можно просчитать на многие годы вперёд. В каждом порту можно найти специальные таблицы или графики, которые называются тайд-чартами. Ниже вы найдёте два вида тайд-чартов.
В первом варианте по горизонтальной оси отмечаются дни месяца, по вертикальной — часы в сутках. На пересечениях столбцов находятся данные об уровне воды в этот конкретный день и конкретный час.
Второй вариант взят с сайта сёрф-прогнозов magicseaweed.com, который знаком всем сёрферам. Здесь прилив показан графиком, рядом с которым указывается время максимальной и минимальной воды.
Зачем это знать сёрферам
Сёрферам информация об уровне воды в океане или море нужна для того, чтобы понимать, будет ли работать нужный спот в то или иное время и как он будет это делать. Характер волны зависит от глубины воды на споте. Чем она больше, тем более пологой и медленной становится волна. Чем меньше глубина — тем волна более резкая, быстрая. Соответственно, в местах, где приливы с отливами заметны, характер волны на споте будет довольно сильно изменяться в зависимости от уровня воды. Таким образом некоторые волны могут работать только на отливе, потому что там слишком глубоко, чтобы волна вставала на приливе, а какие-то — только на приливе, потому что там слишком мелко.
Взять например спот Кудета на Бали. При среднем уровне свелла, здесь можно нормально посерфить только когда уровень воды будет меньше 1 метра. При этом лучшие волны будут на минимальной воде в сизигийный отлив. На максимальной воде волна вообще перестаёт там вставать.
А вот на Филиппинах, на острове Сиаргао, на споте Клауд 9, когда воды много, волна всё равно остаётся резкой и даже слегка потрубливает. А когда вода отливает, глубина становится по пояс, и тогда волна начинает очень сильно трубить, становится супер-быстрой и опасной.
Поэтому, если вы собираетесь покататься на новом споте, предварительно узнайте о том, при каком уровне воды там лучшие волны. Эту информацию можно узнать в интернете на одном из многочисленных сайтов с описаниями спотов, или узнать на берегу у бывалых сёрферов.
Ещё один фактор, на который влияют приливы и отливы — это течения. Чем больше перепад воды, тем быстрее она приходит и уходит, то есть течения становятся сильнее. При этом, максимальная скорость течений приходится на середину периода между отливом и приливом. То есть, если сегодня минимальная вода в 12 часов дня, а максимальная в 6, то в промежуток между 2 и 4 часами дня вода будет отливать быстрее всего и скорость течения будет выше. А во время пересменки движения воды, то есть в 12 или 6 часов, течение замедляется.
Кроме того, существует поверье, что волны во время повышения уровня воды становятся лучше. Мол, движение воды во время прилива направлено в ту же сторону, что и волны, и поэтому они более ровные. И наоборот, при отливающей воде волны становятся хуже. Никаких достоверных научных данных, подтверждающих этот факт нет, однако, зачастую, волны действительно лучше на приливающей воде.
Надеюсь, что эта статья оказалась полезной для вас, что вы узнали немного нового и что эта информация поможет выбирать вам время с лучшими волнами!