Что такое прилив по географии

Прилив и отлив

Прили́в и отли́в — периодические вертикальные колебания уровня океана или моря, являющиеся результатом изменения положений Луны и Солнца относительно Земли вкупе с эффектами вращения Земли и особенностями данного рельефа и проявляющееся в периодическом горизонтальном смещении водных масс. Приливы и отливы вызывают изменения в высоте уровня моря, а также периодические течения, известные как прили́вные течения, делающие предсказание приливов важным для прибрежной навигации.

Интенсивность этих явлений зависит от многих факторов, однако наиболее важным из них является степень связи водоёмов с мировым океаном. Чем более замкнут водоём, тем меньше степень проявления приливо-отливных явлений.

Так, например, на побережье Финского залива эти явления заметны только на мелководье, а периодически происходившие ранее наводнения в Петербурге объяснялись длинной волной, связанной с колебаниями атмосферного давления и нагонными западными ветрами.

С другой стороны, если в месте образования прилива достаточно большой амплитуды имеется сужающийся залив или устье реки, это может привести к образованию мощной приливной волны, которая поднимается вверх по течению реки, иногда на сотни километров. Из таких волн наиболее известны:

Хотя для земного шара величина силы тяготения Солнца почти в 200 раз больше, чем силы тяготения Луны, прили́вные силы, порождаемые Луной, почти вдвое больше порождаемых Солнцем. Это происходит из-за того, что приливные силы зависят не от величины гравитационного поля, а от степени его неоднородности. При увеличении расстояния от источника поля неоднородность уменьшается быстрее, чем величина самого поля. Поскольку Солнце почти в 400 раз дальше от Земли, чем Луна, то приливные силы, вызываемые солнечным притяжением, оказываются слабее.

Также одной из причин возникновения приливов и отливов является суточное (собственное) вращение Земли. Массы воды мирового океана, имеющие форму эллипсоида, большая ось которого не совпадает с осью вращения Земли, участвуют в её вращении вокруг этой оси. Это ведёт к тому, что в системе отсчёта, связанной с земной поверхностью, по океану бегут по взаимно противоположным сторонам земного шара две волны, приводящие в каждой точке океанского побережья к периодическим, два раза в сутки повторяющимся явлениям отлива, чередующихся с приливами.

Таким образом, ключевыми моментами в объяснении приливо-отливных явлений являются:

Отсутствие одного из этих факторов исключает возможность появления приливов и отливов.

При объяснении причин приливов внимание обычно обращается лишь на второй из этих факторов. Но расхожее объяснение рассматриваемого явления только действием приливных сил неполно.

Ежегодно повторяющийся приливо-отливной цикл остаётся неизменным вследствие точной компенсации сил притяжения между Солнцем и центром масс планетной пары и силами инерции, приложенными к этому центру.

Поскольку положение Луны и Солнца по отношению к Земле периодически меняется, меняется и интенсивность результирующих приливо-отливных явлений.

Источник

Прилив

Прили́в — периодическое колебание уровня океана или моря, обусловленное силами притяжения Луны и Солнца, а также другими приливообразующими силами. Приливы вызывают изменения в высоте уровня моря, а также периодические течения, известные как прили́вные течения, делающие предсказание приливов важным для прибрежной навигации.

Прили́вные изменения в каком-либо месте земного шара — результат изменения положений Луны и Солнца относительно Земли вкупе с эффектами вращения Земли и особенностями данного рельефа.

Хотя для земного шара сила тяготения Солнца почти в 200 раз больше, чем сила тяготения Луны, прили́вные силы, порождаемые Луной, почти вдвое больше порождаемых Солнцем. Это происходит из-за того, что приливные силы зависят не от величины гравитационного поля, а от степени его неоднородности (градиента). При увеличении расстояния до источника поля градиент уменьшается быстрее, чем величина самого поля. Поскольку Солнце почти в 400 раз дальше от Земли, чем Луна, то и приливные силы, вызываемые солнечным притяжением, слабее.

Содержание

История

Хосе де Акоста в своей Истории (1590), после открытия Ньютоном отливов и приливов, впервые объяснил их природу, периодичность и взаимосвязь с фазами Луны.

Терминология

Максимальный уровень поверхности воды во время прилива называется полной водой, а минимальный во время отлива — малой водой. В океане, где дно ровное, а суша далеко, полная вода проявляется как два «вздутия» водной поверхности: одно из них находится со стороны Луны, а другое — в противоположном конце земного шара. Также могут присутствовать ещё два меньших по размеру вздутия со стороны, направленной к Солнцу, и противоположной ему. Объяснение этому эффекту можно найти ниже, в разделе физика прилива.

Так как Луна и Солнце перемещаются относительно Земли, вместе с ними перемещаются и водные горбы, образуя прили́вные волны и прили́вные течения. В открытом море приливные течения имеют вращательный характер, а вблизи берегов и в узких заливах и проливах — возвратно-поступательный.

Если бы вся Земля была покрыта водой, мы бы наблюдали два регулярных прилива и отлива ежедневно. Но так как беспрепятственному распространению приливных волн мешают участки суши: острова и континенты, а также из-за действия силы Кориолиса на движущуюся воду, вместо двух приливных волн наблюдается множество маленьких волн, которые медленно (в большинстве случаев с периодом 12 ч 25,2 мин) обегают вокруг точки, называющейся амфидромической, в которой амплитуда прилива равна нулю. Доминирующая компонента прилива (лунный прилив М2) образует на поверхности Мирового океана около десятка амфидромических точек с движением волны по часовой стрелке и примерно столько же — против часовой (см. карту). Всё это делает невозможным предсказание времени прилива только на основе положений Луны и Солнца относительно Земли. Вместо этого используют «ежегодник приливов» — справочное пособие для вычисления времени наступления приливов и их высоты в различных пунктах земного шара. Также используются таблицы приливов, с данными о моментах и высотах малых и полных вод, вычисленными на год вперёд для основных прили́вных по́ртов.

Если соединить на карте точки с одинаковыми фазами прилива, мы получим так называемые котидальные линии, радиально расходящиеся из амфидромической точки. Обычно котидальные линии характеризуют положение гребня приливной волны для каждого часа. Фактически котидальные линии отражают скорость распространения приливной волны за 1 час. Карты, на которых представлены линии равных амплитуд и фаз приливных волн, называются котидальными картами.

Высота прилива — разница между высшим уровнем воды при приливе (полная вода) и низшим её уровнем при отливе (малая вода). Высота прилива — величина непостоянная, однако средний её показатель приводится при характеристике каждого участка побережья.

В зависимости от взаимного расположения Луны и Солнца малая и большая приливные волны могут усиливать друг друга. Для таких приливов исторически сложились специальные названия:

Чем меньше или больше прилив, тем меньше или, соответственно, больше отлив.

Самые высокие приливы в Мире

Можно наблюдать в бухте Фанди, которая находится на восточном побережье Канады между Нью-Брансуиком и Новой Шотландией.

Физика прилива

Приливообразующий потенциал

Пренебрегая размером, строением и формой Луны, запишем удельную силу притяжения пробного тела, находящегося на Земле. Пусть – радиус-вектор, направленный от пробного тела в сторону Луны, r‘ – длина этого вектора. В этом случае сила притяжения этого тела Луной будет равна

(1)

(2)

Здесь под и r понимаются радиус-ветор, соединяющий центры масс Земли и Луны, и их абсолютные величины. Приливной силой мы будем называть разность этих двух сил тяготения

(3)

При малых величинах , , последнее выражение можно представить в следующем виде

(5)

Подставив (5) в (4), получим

(6)

Деформация поверхности планеты под действием прилива

Так как ρ 2 = x 2 + y 2 + z 2 с той же степенью точности получим

Учитывая малость отношения последние выражения можно записать так

Приведем в конце небольшую численную иллюстрацию данного эффекта. Вычислим приливной «горб» на Земле, вызванный притяжением Луны. Радиус Земли равен R = 6378 км, расстояние между центрами Земли и Луны с учетом нестабильности лунной орбиты км, отношение массы Земли к массе Луны равно 81:1. Очевидно, что при подстановке в формулу мы получим величину, примерно равную 36 см.

Источник

Приливы и отливы

В древности мореплаватели ежедневно наблюдали повышение и понижение уровня воды, но не имели представления о природе этих процессов. Считалось, что таким образом дышит живая планета. На протяжении многих столетий ученые разгадывали загадку циклических изменений уровня воды в Мировом океане. Но лишь в 20 веке океанологи выяснили, что приливы и отливы на Земле – следствие гравитационного влияния Луны.

Что такое прилив и отлив

Прилив и отлив – изменение уровня воды в Мировом океане, вызванное влиянием на планету Луны и Солнца.

Механизм приливно-отливного процесса следующий:

Средняя продолжительность цикла – 12-13 часов. Из-за вращения Земли процесс имеет определенную периодичность, отмечается 2 раза в сутки. Вертикальный промежуток между уровнями «полной» и «малой воды» – это приливная амплитуда.

Явление имеет не только суточную, но и месячную цикличность. Положение «полной» и «малой» точки изо дня в день меняется, находится в зависимости от фаз Луны – полнолуния и новолуния. Поэтому частота максимальной приливной амплитуды составляет 2 раза в месяц, минимальной – такая же.

Также высота прилива определятся особенностями рельефа берегов. Если участок суши воронкообразной формы, то при движении приливной волны берег сжимается. В итоге уровень воды становится выше, чем на соседних участках суши, имеющих другую форму. Так, из мест самых высоких приливов следует назвать:

Что вызывает приливы и отливы

Главные причины образования приливов и отливов:

Воздействие Луны

Земля и Луна пребывают в непрерывной связи согласно закону всемирного тяготения. Планета притягивает спутник, но и Луна влияет на планету. Благодаря такой связи, сохраняется определенное расстояние между орбитами космических объектов. Земля и Луна при движении то приближаются друг к другу, то отдаляются.

Когда спутник приближается к планете, планетарная кора изгибается в сторону объекта притяжения. Из-за этого воды Мирового океана смещаются, поднимаются над планетарной поверхностью. Но куда уходит вода во время отлива, когда Луна отдаляется? Водная масса не исчезает, она возвращается в исходное положение. То есть на планете вода постоянно перемещается с места на место.

Причем приливы в аналогичное время происходят и на противоположной к Луне стороне Земли. Но если в первом случае вспучивание земной коры и подъем воды обусловлены прямым притяжением спутника, то на противоположной стороне явление вызвано снижением притяжения. То есть земная кора оседает, и освободившееся пространство заполняется водой.

Поскольку оборот Луны вокруг планеты чуть больше 24 часов, то каждые следующие сутки время наступления прилива и отлива сдвигается на 50 минут. То есть волна, движущаяся со скоростью 1600 км/ч, «догоняет» спутник, за планетарные сутки переместившийся на 13°.

В астрономии считается, что приливные волны влияют на скорость движения Земли. Они создают течения, а те движутся, испытывая сопротивление земной коры. В результате планета постепенно замедляется. Несколько миллиардов лет назад земные сутки длились 22 часа. В далеком будущем Земля замедлится настолько, что ее сутки синхронизируются с лунными, и тогда приливно-отливные явления исчезнут.

Воздействие Солнца

Гравитационное воздействие Солнца на Землю не так выражено, как лунное. Звезда как притягивающий объект гораздо крупнее Луны, но находится на значительном расстоянии от планеты. Поэтому солнечная приливная амплитуда меньше в 2 раза, чем лунная.

При полнолунии и новолунии три космических тела (Солнце, Луна, Земля) выстраиваются в линию. В результате солнечная амплитуда накладывается на лунную, отмечаются максимальные колебания воды – сизигийные.

Минимальный по силе прилив наблюдается при действии сил Луны и Солнца под прямым углом друг к другу. Он носит название квадратурный.

Разновидности

По длительности цикла приливы и отливы бывают следующих видов:

Как человек использует приливы и отливы

Приливно-отливный процесс обладает огромной силой, но эффективному использованию ее на данном этапе пока не научились. Гидроэлектростанции, работающие на энергии морских приливов, начали сооружать еще в 50 годы 20 века. Но они технически несовершенны, их производительность неудовлетворительная. Поэтому сегодня приливная энергетика не распространена в мире.

Существует связь между судоходными реками и приливами. Во время морского прилива суда получают возможность зайти в реку на многие километры против течения, добраться до портового пункта. График движения судов капитаны сопоставляют с таблицами, в которых отмечено, когда будет подъем и спад воды.

В завершение следует отметить влияние колебаний океанической воды на живую природу. Особенно зависимы от процесса мелкие организмы прибрежной зоны. Их цикл жизни зависит от спада и подъема воды. Во время приливов и отливов представители фауны ищут пищу, перебираются на новое место обитания. Но даже глубоководные организмы чувствительны к колебаниям воды: с приливным циклом у них связаны изменения метаболизма и половой активности.

Источник

Приливы и отливы на Земле

Приливы и отливы — это периодические повышения и понижения уровня воды в океане или море. Они происходят под влиянием на Землю приливных сил Луны и Солнца.

Прилив поднимает воду к Земле, когда вода отступает, возникает отлив. Дважды в течение суток с промежутком времени можно наблюдать, как вода у берега поднимается и заливает часть суши. Спустя время уровень воды снова понижается и вода отступает, обнажая прибрежное дно.

Еще с древности люди наблюдали за этим явлением. Основную причину приливов и отливов впервые указал Исаак Ньютон. В 1687 году великий математик изложил закон всемирного тяготения. Этот закон послужил важнейшим шагом к научному пониманию природы приливов.

Что такое приливы и отливы

Приливы и отливы — ритмические поднятия и опускания уровня воды в океанах, вызванные притяжением Луны и Солнца. Они возникают два раза в день и регулярно сменяют друг друга.

Наша планета Земля входит в состав солнечной системы и является третьей по счёту планетой от Солнца. Она имеет единственный спутник — Луну. Положение Земли и её спутника определяют многие процессы, происходящие на Земле. Сила лунного притяжения и сила, возникающая при взаимном вращении Земли и Луны приводит к образования приливов и отливов на Земле.

Солнце гораздо удалено от Земли, поэтому оказывает меньшее влияние. Приливообразующая сила Луны больше в 2,17 раз, поэтому характеристики прилива в основном зависят от взаимного положения Луны и Земли.

Приливно-отливные процессы имеют следующий механизм:

В ходе отлива, когда вода начинает отходить (с разной скоростью) обратно в море может возникнуть отбойное течение – это сильное движение воды от берега. Оно наблюдаются в прибрежных зонах. Отбойное течение представляет угрозу для отдыхающих.

Опасность этого течения заключается в том, что оно формируется на малых глубинах. Человек может находиться недалеко от берега (на мелководье), а нарастающая вода может сбить с его ног и унести в открытое море (океан). Главное в таком случае, соблюдать меры предосторожности и технику безопасности. Даже первоклассные пловцы могут не справиться с отбойным течением в результате неправильных действий.

Продолжительность

В среднем полный приливно-отливной цикл длится 12-13 часов. Вращение планеты оказывает на процесс своё влияние — он имеет периодичность (т.е. происходит дважды в сутки). Вертикальный промежуток между пиком и минимумом называется приливной амплитудой.

Но гораздо важнее в приливно-отливном процессе не столько суточная, сколько месячная цикличность. Положение «малой» и «полной» отметки изменяется в зависимости от лунной фазы (т.е. полнолуния и новолуния). Так что частота максимальной приливной амплитуды составляет дважды в месяц, это же касается и минимальной.

На показатели приливной высоты влияет и особенность рельефа побережья. Например, если участок имеет воронкообразную форму, то во время движения приливной волны берег будет сжиматься. Уровень воды станет выше, чем на соседних участках суши, которые имеют отличную от него форму.

Наиболее высокие точки приливов наблюдаются в:

Причина приливов и отливов

Здесь оказывают влияние два главных фактора:

Рассмотрим подробнее каждый из них.

Воздействие Луны

Земля и её спутник — Луна неразрывно связаны друг с другом. Они оказывают друг на друга значительное влияние. Именно благодаря этой связи сохраняется определённое расстояние между орбитами этих космических тел. Планета и спутник стремительно приближаются друг к другу и также стремительно друг от друга отдаляются.

Во время приближения Луны к Земле, планетарная кора последней как бы выгибается в сторону объекта, который к ней притягивается. Именно по этой причине воды Мирового океана начинают смещаться, поднимаются над поверхностью планеты.

Но вот вопрос — куда же уходит вода при отливе, когда Луна отдаляется от Земли? Естественно, водная масса никуда не исчезает, она просто возвращается на своё прежнее место. Это говорит о том, что водные объёмы Земли постоянно перемещаются с места на место.

Интересно, что приливы в то же время происходят и на противоположной к Луне стороне Земли. И если в первом случае планетарная кора выгибается, что объясняет подъём водного пространства при притяжении спутника, то с противоположной стороны это же явление вызывается снижением силы притяжения. То есть там кора как бы оседает, а свободное пространство заполняется водой.

Так как оборот спутника Земли вокруг планеты составляет чуть больше 24 часов, то каждые последующие сутки время наступления прилива и отлива будет отодвигаться на 50 минут. Волна, которая движется со скоростью 1600 км/ч, будет «гнаться» за спутником, смещаясь за планетарные сутки на 13°.

В астрономии принято считать, что приливные волны оказывают влияние на скорость движения Земли. Они формируют течения, а те, в свою очередь, движутся, подвергая испытаниям силу сопротивления земной коры. Это замедляет планету.

Ещё каких-то несколько миллиардов лет назад земные сутки составляли 22 часа, поэтому можно с уверенностью прогнозировать, что в будущем Земля замедлится настолько, что её сутки полностью синхронизируются с лунными сутками, а приливно-отливные процессы прекратят существовать.

Воздействие Солнца

Солнце оказывает только небольшое воздействие на приливные силы. Оно находится на значительном расстоянии от планеты и её спутника (почти в 400 раз дальше от Земли, чем Луна).

При своём движении вокруг Земли Луна занимает различное положение относительно Солнца. Эти положении называются фазами (новолуние, нарождающаяся Луна, неполная Луна, полнолуние, неполная Луна, убывающая).

Во время полнолуния и новолуния сразу три косметических тела (Луна, Солнце и Земля) выстраиваются в линию. В результате таких перемещений солнечная амплитуда накладывается поверх лунной, это приводит к выраженным (максимальным) колебаниям воды. Их называют сизигийными. А минимальный прилив наблюдается тогда, когда действие сил Луны и Солнца находится под прямым углом. Такое явление называется квадратурным приливом.

Разновидности

Приливно-отливные циклы принято разделять по длительности:

Воздействие и использование человеком

Огромная сила приливно-отливных процессов не могла остаться без внимания человека.

Высочайшие на Земле приливы (15,6 — 18 м) наблюдаются в бухте Фанди (заливе в северо-восточной части залива Мэн). В России самые высокие приливы случаются в Пенжинской губе Охотского моря — до 12,9 м.

Источник

Приливы и отливы

С древних времен мореплаватели наблюдали явление, когда вода неожиданно уходила, открывая дно моря. Из-за такой шутки Мирового океана корабли садились на мель. Но через некоторое время вода прибывала, корабли продолжали плавание.

С приливами и отливами люди связывали различные фантастические гипотезы, ученые пытались дать научное объяснение. Только в начале ХХ века океанологам и астрономам удалось найти связь между водами Мирового океана и силой гравитации Луны.

Что такое приливы и отливы

Явление изменения уровня воды в море или океане наблюдается в разных уголках земного шара.

Цикл выглядит следующим образом:

Периодичность настолько стабильная, что люди научились предвидеть время прихода «часа пик» и использовать его с пользой. Высота уровня воды зависит от типа рельефа местности. Там, где берега пологие, прилив не так заметен, как вблизи скалистых прибрежных территорий. Даже визуально определяется подъем уровня воды, измеряющийся несколькими метрами.

Но не везде приливно-отливный цикл заметен глазу. Жители Черноморского и Средиземноморского побережья его почти не ощущают. В других местах притяжение Луны способно почти полностью на время осушить акваторию.

Интересный факт. В заливе Ваддензе в Ваттовом море отливы составляют 3 метра. Учитывая, что глубина залива такая же, во время «малой воды» дно полностью оголяется.

Самые высокие приливы регулярно фиксируются в северо-американском заливе Фанди – до 19 метров и в заливах Бретани в Европе – до 14 метров.

Приливные волны, заходя в русла рек, способны вызывать сильнейшие разрушения. Их формы, типы и размеры варьируются. Угроза возникает, когда отлив встречается с приливом в узком канале реки. Высокий морской прилив формирует турбулентный волновой фронт и поднимается волна, способная разрушить все на своем пути. Самое ужасающее явление наблюдается на реке Цаньтан в Китае – высота волны превышает 9 метров.

Причины приливов и отливов

Явление, которое многие столетия считалось загадкой, получилось объяснить при помощи закона всемирного тяготения. Луна, взаимодействуя с Землей, как огромный магнит притягивает к себе ее частицы. Это главная причина образования приливно-отливного процесса. Таким же образом влияет Солнце, но его силы менее ощутимы на планете. Это объясняется тем, что Солнце, хоть и большая по величине звезда, находится оно на более значительном расстоянии, поэтому солнечная приливная амплитуда меньше.

Приливы и отливы зависят от фазы Луны и имеют выраженную периодичность. В среднем цикл длится 12-13 часов, а из-за того, что Земля вращается, за сутки явление отмечается дважды. Средняя продолжительность явления – 6 часов.

Наиболее сильные приливы и отливы наблюдаются в периоды, когда происходит новолуние и полнолуние. В это время Луна и Солнце принимают положение в одной плоскости с Землей. Их силы объединяются, притяжение увеличивается.

Может возникнуть вопрос, куда же уходит вода во время отлива. Объяснение просто. Там где Луна влияет на Землю, действуя, как магнит и притягивая воды Мирового океана, начинается прилив. С другой стороны – отлив. Получается, вода просто циркулирует, прибывая в одном месте, убывая в другом, смещаясь вслед за спутником.

Приливы и отливы отличаются по длительности цикла. Изучая явление, ученые смогли найти закономерность и даже составить таблицы для ориентирования капитанов судов. Но в некоторых случаях научное сообщество так и не смогло найти объяснение частоте и скорости приливов и отливов. Они получили название «аномальные», наблюдаются в Английском канале и в Белом море.

Основные виды приливно-отливных циклов:

В объемах океана изменение уровня воды не так заметно, потому что она равномерно распределяется по всей площади глади. Но встречая преграду на своем пути, например, крутой скалистый берег или дамбу, прилив ощутим даже визуально.

Использование

Научившись понимать физику явления, человек все же никак не может влиять на природный процесс. В середине прошлого века были предприняты попытки использовать влияние сил гравитации в энергетике. Тогда начали возводить гидроэлектростанции, работа которых основывалась на использовании приливов и отливов. Но низкая производительность энергии и высокие затраты на строительство заставили большинство стран отказаться от этой идеи. Сегодня приливные электростанции вырабатывают всего 2% энергии от общемирового значения.

Источник