OneGeology Kids

Припливами та відливами називаються періодичні вертикальні коливання рівня океану, які відбуваються один або два рази на день.

Натисніть, щоб побачити більше зображення та прочитати умовні позначення.

1. Сонце
2. Земля
3. Місяць
4. Сила тяжіння Місяця
5. Сила тяжіння Землі

Різниця між високим і низьким припливом називається амплітудою припливу. метра (3фути).

Найбільш високі припливи називаються сизигійними. Вони відбуваються, коли Земля, Місяць і Сонце вишиковуються в один ряд.

Невеликі припливи називаються квадратурними.Вони відбуваються, коли приливоутворюючі сили Місяця і Землі діють під прямим кутом одна до одної. чвертях.

Ширина берегової смуги, яка піддається впливу хвиль, залежить від величини припливу.

Припливи і відливи змушують воду витікати і витікати з гирл річок, заток і гаваней.Під час припливу вода з океану затоплює затоку, образу приливну течію. Під час відливу вода йде назад в океан – це називається відливною течією.

ПРИЛИВИ І ВІДЛИВИ

ПРИЛИВИ І ВІДЛИВИ, періодичні коливання рівня води (підйоми і спади) в акваторіях на Землі, які обумовлені гравітаційним тяжінням Місяця і Сонця, що діє на Землю, що обертається. Всі великі акваторії, включаючи океани, моря та озера, в тій чи іншій мірі схильні до припливів і відливів, хоча на озерах вони невеликі.

Найвищий рівень води, що спостерігається за добу або половину доби під час припливу, називається повною водою, найнижчий рівень під час відливу – малою водою, а момент досягнення цих граничних позначок рівня – стоянням (або стадією) відповідно до припливу або відливу. Середній рівень моря – умовна величина, вище за яку розташовані позначки рівня під час припливів, а нижче – під час відливів. Це результат середніх великих рядів термінових спостережень. Середня висота припливу (або відливу) – середня величина, розрахована за великою серією даних про рівні повних чи малих вод. Обидва ці середні рівні прив'язані до місцевого футштоку.

Вертикальні коливання рівня води під час припливів та відливів пов'язані з горизонтальними переміщеннями водних мас щодо берега. Ці процеси ускладнюються вітровим нагоном, річковим стоком та іншими факторами. Горизонтальні переміщення водних мас у береговій зоні називають припливними (або припливно-відливними) течіями, тоді як вертикальні коливання рівня води – припливами та відливами. Усі явища, пов'язані з припливами та відливами, характеризуються періодичністю.Припливні течії періодично змінюють напрямок на протилежний, тоді як океанічні течії, що рухаються безперервно і односпрямовано, зумовлені загальною циркуляцією атмосфери та охоплюють великі простори відкритого океану.

У перехідні інтервали від припливу до відливу і навпаки важко встановити тренд припливної течії. У цей час (не завжди збігається зі стоянням припливу або відливу) вода, як то кажуть, «застоюється».

Припливи і відливи циклічно чергуються відповідно до астрономічної, гідрологічної і метеорологічної обстановки, що змінюється. Послідовність фаз припливів та відливів визначається двома максимумами та двома мінімумами в добовому ході.

Пояснення походження припливоутворювальних сил.

Хоча Сонце грає істотну роль припливо-відливних процесах, вирішальним чинником розвитку служить сила гравітаційного тяжіння Місяця. Ступінь впливу припливоутворюючих сил на кожну частинку води, незалежно від її розташування на земній поверхні, визначається законом всесвітнього тяжіння Ньютона. Цей закон свідчить, що дві матеріальні частинки притягуються одна до одної з силою, прямо пропорційною добутку мас обох частинок і обернено пропорційною квадрату відстані між ними. При цьому мається на увазі, що чим більше маса тіл, тим більше сила взаємного тяжіння, що виникає між ними (при однаковій щільності менше тіло створить менше тяжіння, чим більше). Закон також означає, що чим більша відстань між двома тілами, тим менше між ними тяжіння.Оскільки ця сила обернено пропорційна квадрату відстані між двома тілами, у визначенні величини припливоутворюючої сили фактор відстані відіграє значно більшу роль, ніж маси тіл.

Гравітаційне тяжіння Землі, що діє на Місяць і утримує її на навколоземній орбіті, протилежне силі тяжіння Землі Місяцем, яка прагне змістити Землю у напрямку до Місяця і «піднімає» всі об'єкти, що знаходяться на Землі, у напрямку Місяця. Точка земної поверхні, розташована безпосередньо під Місяцем, віддалена лише на 6400 км від центру Землі та в середньому на 386 063 км від центру Місяця. Крім того, маса Землі в 81,3 рази більша за масу Місяця. Таким чином, у цій точці земної поверхні тяжіння Землі, що діє на будь-який об'єкт, приблизно 300 тис. разів більше тяжіння Місяця. Поширене уявлення, що вода на Землі, що знаходиться прямо під Місяцем, піднімається в напрямку Місяця, що призводить до відтоку води з інших місць земної поверхні, проте, оскільки тяжіння Місяця настільки мало порівняно з тяжінням Землі, його було б недостатньо, щоб підняти так величезну вагу.

Проте океани, моря і великі озера Землі, будучи великими рідкими тілами, вільні переміщатися під впливом сили бічного зміщення, і будь-яка слабка тенденція до зсуву по горизонталі наводить їх у рух. Всі води, що не знаходяться безпосередньо під Місяцем, підпорядковуються дії складової сили тяжіння Місяця, спрямованої тангенційно (щодо) до земної поверхні, як і її складової, спрямованої зовні, і піддаються горизонтальному зсуву щодо твердої земної кори.В результаті виникає течія води з прилеглих районів земної поверхні у напрямку до місця, що знаходиться під Місяцем. Результуюче скупчення води в точці під Місяцем утворює приплив. Власне, припливна хвиля у відкритому океані має висоту лише 30-60 см, але вона значно збільшується при підході до берегів материків або островів.

За рахунок переміщення води із сусідніх районів у бік точки під Місяцем відбуваються відповідні відливи води у двох інших точках, віддалених від неї на відстань, що дорівнює чверті кола Землі. Цікаво відзначити, що зниження рівня океану у цих двох точках супроводжується підвищенням рівня моря не лише на боці Землі, зверненої до Місяця, а й на протилежному боці. Цей факт також пояснюється законом Ньютона. Два або кілька об'єктів, розташовані на різних відстанях від одного і того ж джерела тяжіння і піддаються, отже, прискорення сили тяжіння різної величини, переміщаються відносно один одного, оскільки найближчий до центру тяжіння об'єкт найсильніше притягається до нього. Вода в підмісячній точці відчуває сильніше тяжіння до Місяця, ніж Земля під нею, але Земля, своєю чергою, сильніше притягується до Місяця, ніж вода, протилежному боці планети. Таким чином, виникає приливна хвиля, яка на зверненій до Місяця стороні Землі називається прямою, а на протилежній – зворотною. Перша з них лише на 5% вища за другу.

Завдяки обертанню Місяця орбітою навколо Землі між двома послідовними припливами або двома відливами в цьому місці проходить приблизно 12 год 25 хв. Інтервал між кульмінаціями послідовних припливу та відливу бл. 6 год 12 хв.Період тривалістю 24 год 50 хв між двома послідовними припливами називається приливною (або місячною) добою.

Нерівності величин припливу.

Припливно-відливні процеси дуже складні, тому, щоб розібратися в них, необхідно брати до уваги багато факторів. формою кривої ходу рівня води. різницю у величинах ранкових і вечірніх припливів у цьому порту, і навіть між тими самими припливами у різних портах. Ці відмінності називаються нерівностями величин припливу.

Напівдобовий ефект.

Зазвичай протягом доби завдяки основній припливотворчій силі – обертанню Землі навколо своєї осі – утворюються два повні приливні цикли. – проти годинникової стрілки. При кожному наступному обороті ця точка земної поверхні знову займає. позицію безпосередньо під Місяцем дещо пізніше, ніж при попередньому обороті.

Півмісячна нерівність.

Цьому основному типу варіацій властива періодичність приблизно 14 3 /₄ діб, що з обертанням Місяця навколо Землі і проходженням нею послідовних фаз, зокрема сизигий (новолуний і повного місяця), тобто моментів, коли Сонце, Земля і Місяць розташовуються на одній прямій.Досі ми торкалися лише припливоутворювальної дії Місяця. Гравітаційне поле Сонця також діє на припливи, однак, хоча маса Сонця набагато більша за масу Місяця, відстань від Землі до Сонця настільки перевершує відстань до Місяця, що припливотворна сила Сонця становить менше половини припливотворної сили Місяця. Однак, коли Сонце і Місяць знаходяться на одній прямій як по один бік від Землі, так і по різні (у молодик або повний місяць), сили їх тяжіння складаються, діючи вздовж однієї осі, і відбувається накладання сонячного припливу на місячний. Так само тяжіння Сонця посилює відплив, викликаний впливом Місяця. В результаті припливи стають вищими, а відливи нижчими, ніж якби вони були викликані лише тяжінням Місяця. Такі припливи називаються сизігійними.

Коли вектори сили тяжіння Сонця і Місяця взаємно перпендикулярні (під час квадратур, тобто коли Місяць знаходиться в першій або останній чверті), їх припливоутворюючі сили протидіють, оскільки приплив, спричинений тяжінням Сонця, накладається на відлив, спричинений Місяцем. У таких умовах припливи не такі високі, а відливи – не такі низькі, якби вони були обумовлені тільки силою тяжіння Місяця. Такі проміжні припливи та відливи називаються квадратурними. Діапазон відміток повних та малих вод у цьому випадку скорочується приблизно втричі порівняно із сизігійним припливом. У Атлантичному океані як сизигийные, і квадратурні припливи зазвичай запізнюються на добу проти відповідної фазою Місяця. У Тихому океані таке запізнення становить лише 5 год. У портах Нью-Йорк і Сан-Франциско та в Мексиканській затоці сизигійні припливи на 40% вищі за квадратурні.

Місячна паралактична нерівність.

Період коливань висот припливів, що виникає за рахунок місячного паралаксу, становить 27 1 /₂ діб. Причина цієї нерівності полягає у зміні відстані Місяця від Землі у процесі обертання останнього. Через еліптичну форму місячної орбіти приливоутворююча сила Місяця в перигеї на 40% вище, ніж в апогеї. Цей розрахунок справедливий для порту Нью-Йорк, де ефект перебування Місяця в апогеї або перигеї зазвичай запізнюється приблизно на 1 1 /₂ діб щодо відповідної фази Місяця. Для порту Сан-Франциско різниця у висотах припливів, обумовлена ​​знаходженням Місяця в перигеї або апогеї, становить лише 32%, і вони йдуть за відповідними фазами Місяця із запізненням на дві доби.

Добова нерівність.

Період цієї нерівності становить 24 год 50 хв. Причини його виникнення – обертання Землі навколо своєї осі та зміна відміни Місяця. Коли Місяць знаходиться поблизу небесного екватора, два припливи в цю добу (а також два відливи) слабо різняться, і висоти ранкових і вечірніх повних і малих вод дуже близькі. Однак зі збільшенням північного або південного відміни Місяця ранкові та вечірні припливи одного й того ж типу розрізняються по висоті, і коли Місяць досягає найбільшого північного або південного відмінювання, ця різниця максимальна. Відомі також тропічні припливи, які називаються так через те, що Місяць знаходиться майже над Північним або Південним тропіками.

Добова нерівність істотно не впливає на висоти двох послідовних відливів в Атлантичному океані, і навіть її вплив на висоти припливів мало порівняно із загальною амплітудою коливань.Однак у Тихому океані добова нерівномірність проявляється у рівнях відливів утричі сильніше, ніж у рівнях припливів.

Піврічна нерівність.

Його причиною є звернення Землі навколо Сонця та відповідна зміна відміни Сонця. Двічі на рік протягом кількох діб під час рівнодення Сонце знаходиться поблизу небесного екватора, тобто. його відмінювання близько до 0°. Місяць також розташований поблизу небесного екватора приблизно протягом доби кожні півмісяця. Таким чином, під час рівнодень існують періоди, коли відмінювання і Сонця та Місяця приблизно дорівнюють 0°. Сумарний припливоутворюючий ефект тяжіння цих двох тіл у такі моменти найбільш помітно проявляється в районах, розташованих поблизу земного екватора. Якщо в той же час Місяць знаходиться у фазі молодика або повного місяця, виникають т.зв. рівноденні сизігійні припливи.

Сонячна паралактична нерівність.

Період прояву цієї нерівності становить один рік. Його причиною є зміна відстані від Землі до Сонця в процесі орбітального руху Землі. Один раз за кожен оборот навколо Землі Місяць знаходиться на найкоротшій відстані в перигеї. Один раз на рік, приблизно 2 січня, Земля, рухаючись своєю орбітою, також досягає точки найбільшого наближення до Сонця (перигелія). Коли ці два моменти найбільшого зближення збігаються, викликаючи найбільшу сумарну припливоутворюючу силу, очікується більш високих рівнів припливів і нижчих рівнів відливів. Подібно до цього, якщо проходження афелію збігається з апогеєм, виникають менш високі припливи і менш глибокі відливи.

Методи спостережень та прогноз висоти припливів.

Вимірювання рівнів припливів здійснюється за допомогою різних типів пристроїв.

Футшток

- це звичайна рейка з нанесеною на неї шкалою в сантиметрах, що прикріплюється вертикально до пірса або до опори, зануреної у воду так, що нульова позначка знаходиться нижче за найнижчий рівень відливу. Зміни рівня зчитують безпосередньо із цієї шкали.

Поплавковий футшток.

Такі футштоки використовуються там, де постійне хвилювання або мілководний бриз ускладнюють визначення рівня за нерухомою шкалою. Усередині захисного колодязя (порожнистої камери або труби), вертикально встановленого на морському дні, поміщається поплавець, який з'єднаний з покажчиком, закріпленим на нерухомій шкалі, або пером самописця. Вода проникає в колодязь крізь невеликий отвір, розташований значно нижче за мінімальний рівень моря. Його приливні зміни через поплавок передаються вимірювальні прилади.

Гідростатичний самописець рівня моря.

На певній глибині розміщується блок гумових мішків. У міру зміни висоти припливу (шару води) змінюється гідростатичний тиск, що фіксується вимірювальними приладами. Автоматичні реєструвальні пристрої (мареографи) також можуть застосовуватися для отримання безперервного запису припливу-відливних коливань у будь-якій точці.

Таблиці припливів.

При складанні таблиць припливів використовуються два основні методи: гармонійний та негармонічний. Негармонічний спосіб цілком базується на результатах спостережень. Крім того, залучаються характеристики портових акваторій та деякі основні астрономічні дані (годинний кут Місяця, час його проходження через небесний меридіан, фази, відмінювання та паралакс).Після внесення поправок на перелічені фактори розрахунок моменту настання та рівня припливу для будь-якого порту є суто математичною процедурою.

Гармонічний метод є частково аналітичним, а частково заснований на даних спостережень за висотами припливів, що проводилися щонайменше одного місячного місяця. Для підтвердження цього прогнозів кожному порту необхідні тривалі ряди спостережень, оскільки з допомогою таких фізичних явищ, як інерція і тертя, і навіть складної конфігурації берегів акваторії та особливостей рельєфу дна виникають спотворення. Оскільки припливно-відливних процесів властива періодичність, до них застосовується аналіз гармонійних коливань. Приплив, що спостерігається, розглядається як результат складання серії простих складових хвиль припливу, кожна з яких викликана однією з припливоутворюючих сил або одним з факторів. Для повного вирішення використовується 37 таких простих складових, хоча в деяких випадках додаткові компоненти понад 20 основних зневажливо малі. Одночасна підстановка 37 констант рівняння і його рішення здійснюється на комп'ютері.

Припливи на річках та течії.

Взаємодія припливів та річкових течій добре помітна там, де великі річки впадають у океан. Висота припливів у бухтах, гирлах річок та естуаріях може суттєво зростати внаслідок збільшення стоку в маргінальних потоках, особливо під час повінь. Водночас океанічні припливи проникають далеко вгору річками у вигляді припливних течій. Наприклад, на р. Гудзон приливна хвиля заходить на відстань 210 км від гирла. Припливні течії зазвичай поширюються вгору річкою до важкопереборних водоспадів чи порогів.Під час припливів течії в річках відрізняються більшими швидкостями, ніж під час відливів. Максимальні швидкості припливних течій сягають 22 км/год.

Бір.

Коли вода, що рухається під впливом припливу великої висоти, обмежена у своєму переміщенні вузьким руслом, утворюється досить крута хвиля, яка єдиним фронтом переміщається вгору потоком. Це називається приливною хвилею, чи бором. Такі хвилі спостерігаються на річках набагато вище усть, де поєднання сили тертя і течії річки найбільше перешкоджає поширенню припливу. Відоме явище формування бору у затоці Фанді у Канаді. Біля Монктона (пров. Нью-Брансуєк) р. Птікодіак впадає в бухту Фанді, утворюючи маргінальний потік. У малу воду його ширина 150 м-коду, і він перетинає смугу осушки. Під час припливу стіна води довжиною 750 м і висотою 60-90 см шипучим і вируючим вихором спрямовується вгору по річці. Найбільший з відомих борів заввишки 4,5 м формується на р. Фучуньцзян, що впадає в затоку Ханьчжоу. Див. також БІР.

Реверсивний водоспад

(який змінює напрямок на протилежне) – це ще одне явище, пов'язане з припливами на річках. Типовий приклад - водоспад на р. Сент-Джон (пров. Нью-Брансуєк, Канада). Тут по вузькій ущелині вода під час припливу проникає в улоговину, розташовану вище за рівень малої води, проте дещо нижче за рівень повної води в цій же тісниці. Таким чином, виникає перешкода, перетікаючи через яку вода утворює водоспад. Під час відливу стік води прямує вниз за течією через звужений прохід і, долаючи підводний уступ, утворює звичайний водоспад. Під час припливу крута хвиля, що проникла в ущелину, обрушується водоспадом у вищележачу улоговину.Поп'ятна течія продовжується доти, поки рівні води по обидва боки порога не зрівняються і не почнеться відлив. Потім знову відновлюється водоспад, звернений вниз за течією. Середній перепад рівня води в ущелині становить прибл. 2,7 м, проте за найвищих припливів висота прямого водоспаду може перевищити 4,8 м, а реверсивного – 3,7 м.

Найбільші амплітуди припливів.

Найвищий у світі приплив формується в умовах сильної течії в бухті Мінас у затоці Фанді. Приливні коливання тут характеризуються нормальним перебігом із напівдобовим періодом. Рівень води під час припливу часто піднімається за шість годин більш ніж на 12 м, а потім протягом наступних шести годин знижується на ту саму величину. Коли вплив сизигійного припливу, положення Місяця в перигеї і максимальне відмінювання Місяця припадають на одну добу, рівень припливу може досягати 15 м-коду. Така винятково велика амплітуда припливно-відливних коливань частково зумовлена ​​лійкоподібною формою затоки Фанді, де глибини зменшуються, а береги зближуються до вершини затоки.

Вітер та погода.

Вітер істотно впливає на припливно-відливні явища. Вітер з моря наганяє воду у бік берега, висота припливу збільшується понад звичайну, і за відпливу рівень води теж перевищує середній. Навпаки, при вітрі, що дме з суші, вода зганяється від берега, і рівень моря знижується.

За рахунок підвищення атмосферного тиску над великою акваторією відбувається зниження рівня води, оскільки додається накладена вага атмосфери. Коли атмосферний тиск збільшується на 25 мм рт. ст., рівень води знижується приблизно 33 див. Зниження атмосферного тиску викликає підвищення рівня води.Отже, різке падіння атмосферного тиску разом із вітром ураганної сили здатне викликати помітний підйом рівня води. Подібні хвилі, хоч і називаються приливними, насправді не пов'язані з впливом припливоутворюючих сил і не мають періодичності, характерної для припливо-відливних явищ. Формування згаданих хвиль може бути пов'язане або з вітрами ураганної сили, або з підводними землетрусами (в останньому випадку вони називаються морськими сейсмічними хвилями, або цунамі).

Використання енергії припливів.

Розроблено чотири методи використання енергії припливів, але найбільш практичним є створення системи приливних басейнів. При цьому коливання рівня води, пов'язані з припливом-відливними явищами, використовуються в системі шлюзів так, що постійно підтримується перепад рівнів, що дозволяє отримувати енергію. Потужність приливних електростанцій безпосередньо залежить від площі басейнів-пасток та потенційного перепаду рівнів. Останній чинник, своєю чергою, є функцією амплітуди припливно-відливних коливань. Досяжний перепад рівнів, безумовно, найбільш важливий для електроенергії, хоча вартість споруд залежить від площі басейнів. В даний час великі приливні електростанції діють у Росії на Кольському півострові і в Примор'ї, у Франції в естуарії р.Ранс, в Китаї поблизу Шанхаю, а також в інших районах земної кулі.

Шулейкін В.В. Фізики моря. М., 1968
Гарві Дж. Атмосфера та океан. М., 1982
Дрейк Ч., Імбрі Дж., Кнаус Дж., Турекіан До. Океан сам собою і для нас. М., 1982

Припливи та відливи

Завдяки взаємопов'язаності океанів і морів води прагнуть врівноважитись і прийняти єдиний рівень. Але від зміни щільності води, атмосферного тиску та інших причин стояння рівня, особливо у прибережній області, змінюється в межах до 170 сантиметрів. Зганяні вітри віджимають воду від берега, іноді оголюючи дно на великому просторі.

Припливом і відливом називається таке періодичне коливання рівня океану чи моря. Явище полягає в наступному: рівень води поступово піднімається, що називається припливом, досягає найвищого становища, що називається повною водою. Після цього рівень починає знижуватися, що називається відливом.

Теоретично амплітуди припливів не повинні були б у сизигії перевищувати 0,8 м-коду. У міру наближення до материків зменшуються глибини, рельєф дна стає різноманітнішим і самі обриси берегів впливають, все це разом вносить великі зміни в той характер явища, яке воно мало посередині океану.

Напрями припливоутворюючих сил Місяця та Сонця внаслідок звернення Місяця навколо Землі та останнього біля Сонця безперервно змінюються. Добова нерівність Сонця, складаючись з такою самою для Місяця, при швидкому зміні останнього дуже різноманітно видозмінює характер явища припливу.

Спроби пояснити явище припливів і знайти його причину робилися давно, але після відкриття Ньютоном законів всесвітнього тяжіння ці спроби отримали тверде наукове обгрунтування. Але й відкриття законів всесвітнього тяжіння стало можливим лише після накопичення та вивчення величезної маси спостережень небесних світил.

У міру накопичення спостережень над припливами в різних місцях океану все більше і більше переконувалися, що приплив у багатьох місцях зовсім віддаляється від правильного півдобового коливання, і в цих випадках виникали великі труднощі для передбачення часу та висот повних та малих вод.

Скрізь біля берегів приплив і відплив супроводжуються течіями, які називаються припливно-відливними. Якщо приплив цілком правильний, то припливна течія починається, коли вода, піднімаючись при припливі, досягла середнього рівня. Поступово наростаючи, течія досягає найбільшої швидкості в повну воду, потім при відпливі вона поступово зменшується.

Статична теорія рівноваги, відкрита Ньютоном, вперше показала, що справжня причина припливів є всесвітнє тяжіння.Ця теорія задовільно пояснює найважливіші особливості явища; вона показує, що під впливом припливоутворюючих сил світил на добу повинно траплятися два припливи і два відливи.

Загалом на берегах океанів припливи мають досить правильний характер, в Атлантичному океані і особливо в його північній половині приплив дуже правильний, що й полегшило свого часу перше вивчення явища. Неправильні припливи є в Мексиканській затоці та Карибському морі та в деяких інших місцях.