Приливообразующие силы Луны и Солнца

Под влиянием притяжения Луны и Солнца происходят перио­дические поднятия и опускания поверхности морей и океанов — приливы и отливы. Частицы воды совершают при этом и верти­кальные и горизонтальные движения. Наибольшие приливы на­блюдаются в дни сизигий (новолуний и полнолуний), наимень­шие (квадратурные) совпадают с первой и последней четвертями Луны. Между сизигиями и квадратурами амплитуды приливов могут изменяться в 2,7 раза.

Вследствие изменения расстояния между Землей и Луной, приливообразующая сила Луны в течение месяца может изме­няться на 40%, изменение приливообразующей силы Солнца за год составляет лишь 10%. Лунные приливы в 2,17 раза превыша­ют по силе солнечные.

Основной период приливов полусуточный. Приливы с такой периодичностью преобладают в Мировом океане. Наблюдаются также приливы суточные и смешанные. Характеристики смешан­ных приливов изменяются в течение месяца в зависимости от склонения Луны.

В открытом море подъем водной поверхности во время при­лива не превышает 1 м. Значительно большей величины приливы достигают в устьях рек, проливах и в постепенно суживающихся заливах с извилистой береговой линией. Наибольшей величины приливы достигают в заливе Фанди (Атлантическое побережье Канады). У порта Монктон в этом заливе уровень воды во время прилива поднимается на 19,6 м. В Англии, в устье реки Северн, впадающей в Бристольский залив, наибольшая высота прилива составляет 16,3 м. На Атлантическом побережье Франции, у Гран-виля, прилив достигает высоты 14,7 м, а в районе Сен-Мало до 14 м. Во внутренних морях приливы незначительны. Так, в Фин-

ском заливе, вблизи Санкт-Петербурга, величина прилива не пре­вышает 4...5 см, в Черном море, у Трапезунда, доходит до 8 см. Поднятия и опускания водной поверхности во время при­ливов и отливов сопровождаются горизонтальными приливо-отливными течениями. Скорость этих течений во время сизигий в 2...3 раза больше, чем во время квадратур. Приливные течения в моменты наибольших скоростей называют «живой водой».

При отливах на пологих берегах морей может происходить обнажение дна на расстоянии в несколько километров по перпен­дикуляру к береговой линии. Рыбаки Терского побережья Белого моря и полуострова Новая Шотландия в Канаде используют это обстоятельство при ловле рыбы. Перед приливом они уста­навливают на пологом берегу сети, а после спада воды подъезжа­ют к сетям на телегах и собирают попавшую в них рыбу.

Когда время прохождения приливной волны по заливу совпа­дает с периодом колебаний приливообразующей силы, возникает явление резонанса, и амплитуда колебаний водной поверхности сильно возрастает. Подобное явление наблюдается, например, в Кандалакшском заливе Белого моря.

В устьях рек приливные волны распространяются вверх по течению, уменьшают скорость течения и могут изменить его на­правление на противоположное. На Северной Двине действие прилива сказывается на расстоянии до 200 км от устья вверх по реке, на Амазонке — на расстоянии до 1 400 км. На некоторых реках (Северн и Трент в Англии, Сена и Орне во Франции, Ама­зонка в Бразилии) приливное течение создает крутую волну вы­сотой 2...5 м, которая распространяется вверх по реке со скорос­тью 7 м/сек. За первой волной может следовать несколько волн меньших размеров. По мере продвижения вверх волны постепен­но ослабевают, при встрече с отмелями и преградами они с шу­мом дробятся и пенятся. Явление это в Англии называется бор, во Франции маскаре, в Бразилии поророка.

В большинстве случаев волны бора заходят вверх по реке на 70...80 км, на Амазонке же до 300 км. Наблюдается бор обычно во время наиболее высоких приливов.

Спад уровня воды в реках при отливе происходит медленнее, чем подъем во время прилива. Поэтому, когда в устье начинается отлив, на удаленных от устья участках еще может наблюдаться последействие прилива.

Река Сен-Джонс в Канаде, недалеко от места впадения в за­лив Фанди, проходит через узкое ущелье. Во время прилива ущелье задерживает движение воды вверх по реке, уровень воды

Глава 6

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ ОКЕАНОВ И МОРЕЙ

выше ущелья оказывается ниже и поэтому образуется водопад с движением воды против течения реки. При отливе же вода не успевает достаточно быстро проходить через ущелье в обратном направлении, поэтому уровень воды выше ущелья оказывается выше и образуется водопад, через который вода устремляется вниз по течению реки.

Приливо-отливные течения в морях и океанах распространя­ются на значительно большие глубины, чем течения ветровые. Это способствует лучшему перемешиванию воды и задерживает образование льда на ее свободной поверхности. В северных мо­рях благодаря трению приливной волны о нижнюю поверхность ледяного покрова происходит уменьшение интенсивности при­ливо-отливных течений. Поэтому зимой в северных широтах при­ливы имеют меньшую высоту, чем летом.

Поскольку вращение Земли вокруг своей оси опережает по времени движение Луны вокруг Земли, в водной оболочке нашей планеты возникают силы приливного трения, на преодоление которых тратится энергия вращения, и вращение Земли замедля­ется (примерно на 0,001 с за 100 лет). По законам небесной меха­ники дальнейшее замедление вращения Земли повлечет за собой уменьшение скорости движения Луны по орбите и увеличение расстояния между Землей и Луной. В конечном итоге период вра­щения Земли вокруг своей оси должен сравняться с периодом обращения Луны вокруг Земли. Это произойдет, когда период вращения Земли достигнет 55 суток. При этом прекратится су­точное вращение Земли, прекратятся и приливо-отливные явле­ния в Мировом океане.

В течение длительного времени происходило торможение вращения Луны за счет возникавшего в ней приливного трения под действием земного притяжения (приливно-отливные явления могут возникать не только в жидкой, но и в твердой оболочке небесного тела). В результате Луна потеряла вращение вокруг своей оси и теперь обращена к Земле одной стороной. Благодаря длительному действию приливообразующих сил Солнца потерял свое вращение и Меркурий. Как и Луна по отношению к Земле, Меркурий обращен к Солнцу только одной стороной.

В XVI и XVII в. энергия приливов в небольших бухтах и узких проливах широко использовалась для приведения в дей­ствие мельниц. Впоследствии она применялась для приведения в действие насосных установок водопроводов, для транспорти­ровки и монтажа массивных деталей сооружений при гидрострои­тельстве.

В наше время приливная энергия в основном превращается в электрическую энергию на приливных электростанциях и влива­ется затем в общий поток энергии, вырабатываемой электростан­циями всех типов. В отличие от гидроэнергии рек, средняя вели­чина приливной энергии мало меняется от сезона к сезону, что позволяет приливным электростанциям более равномерно обес­печивать энергией промышленные предприятия.

В приливных электростанциях используется перепад уровней воды, образующийся во время прилива и отлива. Для этого отде­ляют прибрежный бассейн невысокой плотиной, которая задер­живает приливную воду при отливе. Затем воду выпускают, и она вращает гидротурбины.