В последнее время приливы доставили много неприятностей. В периоды приливов низменные районы, граничащие с океаном, теперь затапливаются гораздо чаще, чем раньше. В период с 2000 по 2017 год средняя частота «приливных наводнений» в Соединенных Штатах увеличилась на 50 процентов. Наводнения такого рода блокируют дороги, наносят ущерб инфраструктуре и задерживают ливневые стоки.
Около 40 процентов населения мира проживает в пределах 62 миль (100 километров) от береговой линии. Недавние тенденции наводнений, должно быть, заставили многих из этих людей задуматься о науке о приливах. Как происходят приливы? Почему в одних районах приливы бывают более драматичными, чем в других? И почему уровень моря не может оставаться постоянным везде и всегда? Сегодня мы рассмотрим физику и особенности приливов и отливов на планете Земля.
Толкающая вода
Посмотрите на диаграмму ниже. На картинке вы заметите, что наша планета находится внутри капли океанской воды, по форме напоминающей мяч для регби. На каждой стороне планеты есть выпуклость в океане. Обратите внимание, что одна выпуклость выступает из половины земного шара, обращенной к Луне, а другая расположена на противоположном конце Земли.
Почему существуют эти выпуклости? В двух словах, они в первую очередь вызваны гравитационным притяжением Луны к Земле. Эта сила может иметь два отдельных компонента. Он может тянуть материю «вертикально», под которой мы подразумеваем перпендикулярно поверхности Земли. А еще он может тянуть вещи «горизонтально» - т. е.: в направлении, параллельном лику нашей планеты.
Точка на земном шаре, которая в любой момент времени находится прямо под Луной, называется подлунной точкой. Между тем, точка на другой стороне нашей планеты, которая находится прямо напротив подлунной точки, известна как антиподальная точка. Не случайно именно над этими двумя точками самые высокие океанские выпуклости. В подлунной точке и антиподальной точке гравитационное притяжение Луны лишено горизонтальной составляющей - чего-то, чего нет и в двух углах мира, расположенных на 90 градусов от этих точек.
Эти четыре области уникальны в этом отношении; в любом другом месте на Земле действует горизонтальная сила, которая толкает молекулы воды в океане либо к подлунной точке (где гравитационная сила Луны наиболее сильна), либо к противоположной точке (где гравитационное притяжение Луны наиболее слабое). Вот почему океан возвышается над этими двумя областями.
А вот и солнце
Раз в 24 часа Земля совершает полный оборот вокруг своей оси. Во время этого процесса любое заданное место на поверхности планеты (например, Лонг-Айленд или Австралия) пройдет прямо через обе эти океанские выпуклости. Таким образом, в большинстве районов, когда ваш дом находится прямо под выпуклостью, местный прилив должен быть высоким. Но по мере того, как он входит в пространство между выпуклостями, прилив в вашем районе должен становиться ниже. Это не всегда так, как вы узнаете далее.
А пока давайте обсудим еще один фактор, влияющий на наши приливы. Солнце также оказывает гравитационное притяжение на океаны, но, поскольку наш солнечный спутник находится дальше, его влияние на приливы менее выражено, чем влияние Луны. Тем не менее, большой шар из газа и плазмы регулярно заметно усиливает приливные выпуклости.
«Приливы самые большие, когда солнце и луна выстраиваются в линию», - говорит в электронном письме Дункан Эгнью, геофизик из Калифорнийского университета в Сан-Диего. Он отмечает, что это происходит во время двух отдельных лунных фаз: полнолуний и новолуний. Астрономы и ученые Земли называют эти большие приливы весенними приливами. (Обратите внимание, что название не имеет никакого отношения к весеннему сезону; действительно, весенние приливы случаются в течение всего года.)
Во время весенних приливов «приливы» очень высокие, а «отливы» необычно низкие. Все становится менее экстремальным, когда солнце и луна располагаются под прямым углом друг к другу (относительно Земли). Такое расположение произведет быстрый прилив; период, когда разница между приливами и отливами минимальна.
Когда континенты вмешиваются
Приготовьтесь: все станет еще сложнее. Земля может быть «голубой планетой», но 29 процентов поверхности нашего мира покрыто сушей. Бухты, скалы и другие географические объекты также могут влиять на приливы, усиливая их в одних местах и ослабляя в других.
В большинстве прибрежных районов бывает два прилива в день, причем новый прилив наступает каждые 12 часов 25 минут. И все же исключения из правил найти нетрудно. «Океанские приливы - это сложный процесс, в котором приливная сила действует на воду, которая, так сказать, также свободно плещется в океанских бассейнах», - говорит Агнью. На многих пляжах Мексиканского залива бывает только один прилив в день, что является побочным продуктом ограниченного потока воды. В другом месте вода, которая входит в V-образный залив Фанди в Новой Шотландии, выталкивается вверх по мере продвижения вглубь суши. Это приводит к огромной разнице в высоте между отливами и приливами, называемыми буровыми приливами.
Интересно
Приливы можно использовать как источник возобновляемой энергии. Приливная электростанция Ранс в Бретани, Франция, использует приливы Ла-Манша для выработки электроэнергии с 1966 года. Позднее в Южной Корее была построена более крупная электростанция такого типа.
Часто задаваемые вопросы о приливе
Что такое приливы и отливы?
Приливы и отливы относятся к регулярному подъему и отливу вод океана. Прилив - это когда вода покрывает большую часть берега после подъема до своего наивысшего уровня. Отлив - это когда вода опускается до самого низкого уровня, удаляясь от берега.
Что происходит во время прилива?
Во время прилива океанские воды подступают к берегу, углубляя воду. Это происходит, когда водоем приближается к одной из двух выпуклостей, созданных гравитационной силой Луны.
Что вызывает отлив?
Притяжение Луны или приливная сила вызывают две выпуклости на Земле (и ее воде) - одну в точке, ближайшей к Луне, и другую на прямо противоположной стороне планеты. По мере того, как Земля вращается, область становится ближе или дальше от выпуклостей. Чем дальше от единицы, тем меньше прилив.
Какие объекты влияют на приливы?
Помимо луны, на приливы могут влиять солнце и бухты, скалы и другие географические особенности. Солнце оказывает гравитационное воздействие на океаны, в то время как географические особенности могут влиять на приливы, усиливая их в одних частях и ослабляя в других.