Приливы и отливы: почему море дышит
Приливы и отливы — это периодические изменения уровня моря, связанные прежде всего с притяжением Луны и Солнца. Их высота и расписание зависят также от формы берегов, глубины моря и движения воды.
1Берег меняется на глазах
Лодка, которая утром плавала у причала, спустя несколько часов может оказаться рядом с обнажившимся дном. Камни выходят из воды, а привычная линия берега отступает. Потом море возвращается. Это движение повторяется, хотя его величина и ритм различаются от места к месту.
Подъём уровня воды называют приливом, понижение — отливом. Самый высокий уровень в данном цикле называют полной водой, самый низкий — малой водой. Между ними море не просто меняет высоту: вода перемещается, создавая приливные течения.
На одном берегу изменения заметны сразу, на другом почти теряются среди волн. Волны на поверхности могут вздыматься и спадать за секунды, тогда как прилив развивается в течение часов. Это разные движения, способные происходить одновременно и накладываться друг на друга.
Представить прилив как обычную волну от ветра недостаточно. Его источник лежит за пределами земной атмосферы. Чтобы понять движение моря, нужно посмотреть на Землю как на часть системы, где действуют притяжение Луны и Солнца и собственное вращение планеты.
2Почему важна разница притяжения
Луна притягивает всю Землю, включая океаны, сушу и внутренние слои. Но ближняя к Луне сторона находится к ней немного ближе, чем центр планеты, а дальняя — немного дальше. Поэтому сила лунного притяжения в этих местах неодинакова.
Для прилива существенна именно эта разница. Если сравнивать движение воды с движением центра Земли, на ближней стороне вода сильнее смещается в сторону Луны. На дальней стороне она слабее притягивается к Луне, чем центр планеты, и относительно центра смещается в противоположную сторону.
Так в упрощённой картине возникают две области повышенного уровня: со стороны Луны и на противоположной стороне. Между ними располагаются области пониженного уровня. Здесь нет второго небесного тела, которое тянуло бы воду сзади: обе области связаны с неодинаковым действием одного поля притяжения.
Земля и Луна движутся вокруг общего центра масс. Поэтому описание приливов должно учитывать движение всей системы, а не считать планету неподвижной опорой. Сравнение ускорений разных её частей позволяет понять две приливные области без представления, будто Луна притягивает только воду.
3Роль Солнца и фаз Луны
Солнце также создаёт приливные силы. Оно гораздо массивнее Луны, но находится намного дальше. Для приливов расстояние особенно важно: имеет значение, насколько сильно притяжение различается между частями Земли. Поэтому лунный вклад в земные морские приливы обычно больше солнечного.
В новолуние и полнолуние направления на Луну и Солнце располагаются примерно вдоль одной линии. Их приливное действие усиливает друг друга. Разница между полной и малой водой в такие периоды обычно увеличивается. Такие приливы называют сизигийными.
Когда с Земли видна примерно половина освещённого лунного диска, направления на Солнце и Луну близки к прямому углу. Их действие частично ослабляет общий перепад уровня. Такие приливы называют квадратурными. Они не исчезают, а обычно становятся менее выраженными.
Таблица: Как положение Луны связано с приливом
| Фаза Луны | Общая схема расположения | Обычная тенденция |
|---|---|---|
| Новолуние | Луна и Солнце в одном направлении от Земли | Перепад уровня больше |
| Полнолуние | Луна и Солнце в противоположных направлениях | Перепад уровня больше |
| Первая и последняя четверти | Направления близки к прямому углу | Перепад уровня меньше |
Это общая закономерность, а не готовое расписание для любого порта. Океан реагирует на воздействие с задержкой. Поэтому на конкретном берегу самые большие приливы могут приходиться на дни после соответствующей фазы Луны.
4Почему расписание разное
Земля вращается, и разные её области проходят относительно направлений приливного воздействия. На многих берегах за лунные сутки наблюдаются две полные и две малые воды. Но считать это универсальным правилом нельзя: существуют суточные и смешанные приливы.
Луна одновременно движется по орбите. После одного оборота Земли вокруг своей оси прежнее место ещё не оказывается в том же положении относительно Луны. Поэтому приливы обычно сдвигаются по времени от дня к дню, а не происходят ежедневно в один и тот же час.
Сложность добавляет наклон положения Луны относительно земного экватора. Два последовательных подъёма могут отличаться по высоте. В некоторых районах за сутки выделяется преимущественно один подъём и один спад, в других чередование оказывается более сложным.
Упрощённые две выпуклости воды полезны для объяснения причины, но реальный океан не является ровным слоем вокруг гладкого шара. Материки преграждают движение, а вращение Земли влияет на течения. Прилив распространяется по морям как сложная система длинных волн.
5Что делает форма берега
Глубина моря определяет особенности распространения приливной волны. Острова, проливы и заливы меняют её путь. В сужающемся заливе вода может подниматься особенно высоко, если условия усиливают поступающее движение. В другой акватории прилив остаётся небольшим.
Имеет значение и собственный ритм колебаний водоёма. Если внешнее воздействие хорошо совпадает с этим ритмом, возникает усиление, похожее на раскачивание качелей своевременными толчками. Такой отклик называют резонансом. Он помогает объяснить большие различия между побережьями.
Фактический уровень моря зависит не только от прилива. Ветер способен нагонять воду к берегу, а атмосферное давление также влияет на её уровень. Поэтому предсказанная приливная высота и наблюдаемая высота иногда различаются, особенно при сильной перемене погоды.
Приливные таблицы составляют для конкретных мест по наблюдениям и расчётам. Одного знания фазы Луны для них недостаточно. За кажущимся простым «дыханием моря» стоит совместная работа небесной механики, формы морского дна и движения огромных масс воды.