Что является причиной приливов и отливов?

Зачем сёрферу знать, как работают приливы

Что является причиной приливов и отливов?
«Волны — это голоса прилива. А прилив — сама жизнь. Он приносит пищу морским обитателям и выносит корабли в море. Он — пульс океана.»

Тамора Пирс

Чтобы научиться хорошо серфить, каждый сёрфер должен уметь понимать океан. Он должен знать, что такое свелл, откуда берутся волны, как на них влияет ветер и многое другое. Среди таких знаний, в том числе, находятся знание о приливах с отливами.

Чтобы кататься в лучшее время на лучших волнах, нужно разобраться, каким образом прилив может изменить волны, какой уровень воды идеально подойдёт для определённого спота и в какое время стоит ожидать этот уровень.

В этой статье мы разберёмся, что такое приливы и отливы, откуда они берутся, какие бывают, что влияет на уровень прилива, и как определить, в какое время какой уровень воды стоит ожидать. Ну а в конце мы напишем, какую практическую ценность для сёрфера имеют приливы.

Причина

Главной причиной того, что уровень воды каждый день в мировом океане то повышается, то понижается, является гравитация. В первую очередь, это гравитация Луны. Так как Луна находится ближе всего к Земле среди всех остальных небесных тел, её влияние самое большое. На втором месте находится Солнце.

И, хоть оно находится гораздо дальше от нас, чем Луна, притяжение Cолнца всё равно ощущается, так как оно значительно больше по размеру любой планеты в Солнечной системе.
Однако, сила гравитации Cолнца по отношению к Земле составляет лишь 46 процентов от лунной.

Кстати, есть ещё одно небесное тело, гравитация которого влияет на землю, это Венера! Да-да, однако, сила её притяжения составляет лишь 0.001% от силы Солнечной гравитации.

Силу притяжения Луны и Солнца называют приливной силой. Она не достаточно велика, чтобы действовать на твёрдые тела (хотя и их Луна способна растягивать до 30см!), однако, значительному её влиянию поддаётся вода в Мировом Океане, жидкое состояние которой позволяет уровню воды изменяться на несколько метров.

Время приливов и отливов

Время обращения Луны вокруг Земли — лунные сутки — составляет примерно 24 часа 50 минут. В большинстве мест на Земле полудневной прилив, то есть за лунные сутки мы имеем два прилива, два отлива. Так как лунные сутки длинней земных, то каждый день время приливов и отливов смещается. Однако, есть несколько мест на Земле, где за сутки вода приливает только один раз. Такими местами являются Южно-китайское море, Мексиканский залив и другие.

Сизигийный и квадратурный приливы

Многие, кто бывал на океане больше двух недель замечали, что в одни дни отлив может быть очень сильным, а в другие — не так заметен. Дело в том, что в зависимости от того, в какой фазе сейчас находится Луна, перепад между максимальной и минимальной водой может различаться.

Во время полной и новой Луны, то есть когда Солнце, Луна и Земля встают в одну линию, перепад максимальный. Такой прилив называется «сизигийный». Данное явление происходит потому, что приливные силы Солнца и Луны складываются.
А во время первой и третьей четверти лунного цикла, то есть когда Луна освещается Солнцем наполовину, перепад воды будет минимальный. Это явление называется квадратурным приливом.

Также на высоту прилива влияет ещё и траектория движения Луны и Солнца. Дело в том, что Луна двигается вокруг Земли не по кругу, а по эллипсу. Поэтому, в одно время Луна находится ближе к Земле, в другое — дальше. Когда сизигийный отлив выпадает на период, когда Луна находится в ближайшей к Земле точке (это происходит раз в 7,5 лунных циклов), наблюдается очень высокий прилив.

Если же во время сизигийного прилива ещё и Земля приближается максимально близко к Солнцу (её орбита тоже выглядит как эллипс), тогда прилив будет ещё выше. Это происходит каждые 18,6 лет.

Откуда второй прилив

Вы можете спросить, если Луна притягивает воду только с одной стороны, тогда почему приливов и отливов в сутки два, с одной и с другой стороны планеты?

Честно говоря, этот вопрос не давал мне покоя, до тех пор пока я не прочитал замечательную книгу Surf Science автора Tony Butt.

Второй прилив появляется из-за двух факторов. Первый — разница в силе притяжения Луны между одной стороной Земли и другой. Второй — центробежная сила, возникающая во время вращения Земли.

Читайте также  Что читают богатые люди?

С первым фактором, мне кажется, должно быть всё понятно сразу. Луна находится ближе к одной стороне Земли, чем к другой. Логично предположить, что сила гравитации будет различаться. Так оно и есть. Если мы возьмём силу гравитации Луны в центре Земли за основу, то тогда на её поверхности, ближайшей к Луне, сила гравитации нашего спутника будет на 3.4% больше, чем в центре, и слабее на 3.2% с противоположной стороны нашей планеты.

Теперь поговорим про второй фактор. Что за центробежная сила и откуда она берется. Выше я упоминал о вращении Земли, но имел ввиду не её вращение вокруг собственной оси, но вращение вокруг Луны.
Большинство из нас знает со школы, что Луна вращается вокруг Земли. Но, на самом деле, они обе вращаются вокруг общего центра своих масс, который находится на расстоянии 4.5 тысяч километров от центра Земли. То есть, этот центр находится внутри радиуса Земли, который составляет чуть больше 6.3 тысячи километров. Следовательно, Земля и Луна вращаются вокруг этого центра с одинаковой скоростью.

Представьте, что вы надели резинку для волос на карандаш и начали крутить её. Резинка вытянется поперёк движения. Примерно то же самое происходит и с водой на Земле. Благодаря этому вращению Земли вокруг Луны, возникает центробежная сила, которая оттягивает воду океана с Земли.

Взгляните на рисунок ниже. Синими стрелками показана сила притяжения Луны. Красными — центробежная сила. Пурпурные стрелки показывают направление действия сил, сложенных вместе.

Почему в разных местах Земли высота прилива различается

Если вы бывали на побережьях в разных странах, возможно вы замечали, что где-то отлив заметен очень сильно, например, на Бали, а где-то уровень воды во время полной и малой воды почти не отличается, например на Мальдивах.
Теперь мы знаем, что сила гравитации ни Луны, ни Солнца значительно не изменяются, то есть в одном месте на поверхности планеты максимальный прилив и минимальный отлив будут всегда примерно одинаковыми. Однако, при всём этом, где-то высота отлива составляет пол-метра, где-то три, а где-то и целых шестнадцать (это место называется Залив Фанди в Канаде — на фото ниже).

Причина этому — рельеф дна. Прилив можно рассматривать как огромную волну. Если вспомнить о том, откуда возникает волна, — она начинает подниматься, когда глубина становится меньше определённой отметки, — тогда становится всё понятней. Соответственно, высота прилива зависит от глубины океана. Чем меньше глубина, тем «выше» становится приливная волна, и тем больше становится перепад между максимальной водой и минимальной. Если бы на нашей планете не было бы суши, тогда вокруг планеты двигалось бы только две приливные волны. Однако, из-за континентов и сложной формы дна океанов, приливных волн больше.

Взгляните на карту. На ней цветом выделены места с различной высотой прилива, где тёмно-красный — максимальная высота, голубой — минимальная. Точки, где сходятся белые линии, называются амфидромическими. В них перепад между приливом и отливом нулевой. Чем дальше от этой точки, тем выше будет амплитуда колебания прилива.

Рядом с этими точками можно увидеть чёрную стрелку, она показывает, в какую сторону двигается приливная волна. Белыми линиями очерчены зоны, где прилив находится в одной фазе, между каждой линией разница чуть больше часа. Вокруг каждой точки двенадцать таких фаз.

Время прохождения приливной волны через все эти зоны равно половине лунных суток.

Как определить высоту и время прилива

Всё вышеописанное может показаться слишком сложным, для того, чтобы все эти движения описать математическими формулами. Это действительно сложно, но возможно. Благодаря этим формулам, высоту прилива и отлива можно просчитать на многие годы вперёд. В каждом порту можно найти специальные таблицы или графики, которые называются тайд-чартами. Ниже вы найдёте два вида тайд-чартов.

В первом варианте по горизонтальной оси отмечаются дни месяца, по вертикальной — часы в сутках. На пересечениях столбцов находятся данные об уровне воды в этот конкретный день и конкретный час.

Второй вариант взят с сайта сёрф-прогнозов magicseaweed.com, который знаком всем сёрферам. Здесь прилив показан графиком, рядом с которым указывается время максимальной и минимальной воды.

Зачем это знать сёрферам

Сёрферам информация об уровне воды в океане или море нужна для того, чтобы понимать, будет ли работать нужный спот в то или иное время и как он будет это делать. Характер волны зависит от глубины воды на споте. Чем она больше, тем более пологой и медленной становится волна. Чем меньше глубина — тем волна более резкая, быстрая.

Соответственно, в местах, где приливы с отливами заметны, характер волны на споте будет довольно сильно изменяться в зависимости от уровня воды. Таким образом некоторые волны могут работать только на отливе, потому что там слишком глубоко, чтобы волна вставала на приливе, а какие-то — только на приливе, потому что там слишком мелко.

Читайте также  Что можно найти при помощи металлоискателя?

Взять например спот Кудета на Бали. При среднем уровне свелла, здесь можно нормально посерфить только когда уровень воды будет меньше 1 метра. При этом лучшие волны будут на минимальной воде в сизигийный отлив. На максимальной воде волна вообще перестаёт там вставать.

А вот на Филиппинах, на острове Сиаргао, на споте Клауд 9, когда воды много, волна всё равно остаётся резкой и даже слегка потрубливает. А когда вода отливает, глубина становится по пояс, и тогда волна начинает очень сильно трубить, становится супер-быстрой и опасной.

Поэтому, если вы собираетесь покататься на новом споте, предварительно узнайте о том, при каком уровне воды там лучшие волны. Эту информацию можно узнать в интернете на одном из многочисленных сайтов с описаниями спотов, или узнать на берегу у бывалых сёрферов.

Ещё один фактор, на который влияют приливы и отливы — это течения. Чем больше перепад воды, тем быстрее она приходит и уходит, то есть течения становятся сильнее. При этом, максимальная скорость течений приходится на середину периода между отливом и приливом. То есть, если сегодня минимальная вода в 12 часов дня, а максимальная в 6, то в промежуток между 2 и 4 часами дня вода будет отливать быстрее всего и скорость течения будет выше. А во время пересменки движения воды, то есть в 12 или 6 часов, течение замедляется.

Кроме того, существует поверье, что волны во время повышения уровня воды становятся лучше. Мол, движение воды во время прилива направлено в ту же сторону, что и волны, и поэтому они более ровные. И наоборот, при отливающей воде волны становятся хуже. Никаких достоверных научных данных, подтверждающих этот факт нет, однако, зачастую, волны действительно лучше на приливающей воде.

Надеюсь, что эта статья оказалась полезной для вас, что вы узнали немного нового и что эта информация поможет выбирать вам время с лучшими волнами!

Иллюстрации автора

Источник: https://surf-journal.ru/prilivy/

Приливы и отливы как источник энергии

Что является причиной приливов и отливов?

Многим известно изречение великого русского химика Дмитрия Ивановича Менделеева: «Сжигать нефть – это все равно, что топить ассигнациями». Необходимо развитие альтернативных источников энергии.

Нефть – ценнейший источник углеводородов, основного сырья для получения полимеров, а полимеры – это пластик, углеволокно, пластмассы, синтетические ткани, органические жидкости. Оглянитесь вокруг, все, что вас окружает, за исключением немногих вкраплений дерева, металла и стекла, сделано из нефти и угля. Тем не менее, нефть, уголь и газ продолжают гореть, буквально вылетают в трубу накопленные за миллиарды лет невосполнимые запасы углеводородов.

Приливные электростанции вдоль берега

Разумеется, продолжаться бесконечно такая ситуация не может, проще сегодня найти альтернативные источники энергии, чем завтра (когда «жареный петух клюнет») искать альтернативные источники полимеров. Одним из источников неисчерпаемой по человеческим меркам (восполняемой, даровой) энергии является энергия приливов и отливов.

От чего бывают приливы и отливы

Причиной приливов и отливов является сила притяжения небесных соседей Земли – Луны и (в меньшей степени) Солнца. Вернее, не притяжение само по себе, а так называемый гравитационный градиент, разница в притяжении Луны и Солнца, которые испытывает центр Земли и ее поверхность. Как известно, притяжение убывает пропорционально квадрату расстояния, а радиус Земли примерно равен 6000 км, таким образом, разные по глубине слои земли испытывают притяжение разной силы. И хотя отличия силы притяжения составляет малые доли процента, когда речь идет о массах в триллионы тонн, рождающиеся силы поистине колоссальны.

В соответствии с одной из теорий, гипотетическая планета Фаэтон, чья орбита находилась за орбитой Юпитера, была попросту разорвана на куски приливными силами, порождаемыми притяжением гиганта-Юпитера. К счастью, наша соседка Луна несоизмеримо меньше главы планетарного Олимпа, а сам Юпитер, как и Солнце, находятся от нас достаточно далеко, поэтому подобные катастрофы Земле не грозят.

Влияние Луны и Солнца на Землю

Следует заметить, что приливы испытывает не только Мировой Океан, но и «земная твердь» — литосфера, и «Пятый Океан» — газовая оболочка Земли. Вызванные приливными силами колебания земной поверхности могут быть заметны только вооруженным точными приборами сейсмологам, зато приливные волны воздушного океана достигают высоты в десятки, а иногда и в сотню километров. Так орбита американской орбитальной станции Skylab была дестабилизирована аномальной атмосферной приливной волной, что привело к эвакуации астронавтов, отмене планировавшихся миссий и досрочному сходу станции с орбиты.

Но, так как мы находимся на самом дне воздушного океана, единственный заметный для нас и годный для практического использования вид приливно-отливной активности – это морские приливы и отливы. Амплитуда морских приливов и отливов зависит от множества факторов, в том числе от порождаемых вращением Земли кориолисовых сил, но существенно влияющими факторами является притяжение Луны, притяжения Солнца и рельеф берега. Регулярные циклические изменения высоты приливов и отливов возникают из-за изменений взаимного расположения Солнца, Луны и Земли.

Читайте также  Что значит висеть на блоке?

Что влияет на высоту волн

Чтобы лучше понять механизм этих взаимодействий, представим себе механизм гигантских часов, где ось – Земля, одна стрелка – линия Земля-Луна, а другая – линия Земля-Солнце. Когда стрелки накладываются одна на другую (на часах полдень, полшестого и т.д.) прилив максимальный, Луна и Солнце «тянут за бороду старика Нептуна» в одну сторону. Такой прилив называют сизигийным.

На первый взгляд может показаться, что минимальный прилив должен быть, когда стрелки наших воображаемых часов находятся в противофазе (шесть часов, полпервого и т.д.) и светила «работают» друг против друга, но на самом деле это не так. Происходящие одновременно солнечный прилив и лунный отлив (или наоборот) вступают во взаимный резонанс, усиливая друг друга.

На самом деле минимальные приливы и отливы случаются, когда космические стрелки находятся под прямым углом (три часа, без четверти шесть и т.д.). Такие приливы называются квадратурными.

Принцип возникновения приливов и отливов

Конечно такая модель упрощенная, для полноты картины добавим в модель объем: представим себе, что стрелки вращаются в разных плоскостях, причем и плоскости их вращения постоянно смещаются друг относительно друга. Когда стрелки лежат на одной линии, да еще и сходятся на пересечении плоскостей, вот тогда и бывают самые заметные, пиковые максимумы приливно-отливной амплитуды, накатывают на берег и поднимаются по устьям рек самые высокие приливные волны, о которых речь далее.

Еще одним из упоминавшихся выше важнейших факторов влияния на амплитуду приливов и отливов, является рельеф берега. Приливно-отливная амплитуда многократно усиливается там, где берег имеет вид обращенной широкой горловиной к морю воронки. В таком случае, берег служит линзой концентрирующей энергию прилива.

Если входная горловина такой воронки-линзы имеет ширину в сотни километров, а у берега она сужается до десятков, а то и вообще до считанных километров, да еще и снизу массу приливающей воды подпирает отмель, то формируются огромные приливные волны высотой в 10-20, а кое-где в 30 и более метров.

Механизм формирования приливных волн во многом схож с формированием сейсмических волн цунами, поэтому последние также иногда называют приливными волнами, но это очевидно ошибочно.

Если в «фокусе» приливной линзы находится устье реки, а обычно подобные воронкообразные заливы (эстуарии) как раз и образуются в устьях рек, то приливная волна может подниматься на сотни километров вверх против течения реки. Такая волна в русле реки называется «бор». Рекордных высот (до 9 м) бор достигает в русле китайской реки Фучунцзян, скорость его движения превышает 40 км/ч.

Как использовать энергию приливов и отливов

Мысли об использовании столь огромных количеств энергии посещали людей достаточно давно. Упоминание полезного использования приливов и отливов встречаются в произведениях Жюля Верна, Герберта Уэллса и Александра Беляева. На практике использование энергии приливов осуществляется за счет преобразования кинетической энергии движения воды в энергию электрическую с помощью приливных электростанций.

Приливная электростанция (или приливная гидроэлектростанция) – разновидность электростанций, по конструкции близкая к электростанциям, устанавливаемым на реках. Так как сила притяжения Луны и Солнца – постоянные величины, на выбор места строительства электростанции влияют особенности рельефа берега, способствующие формированию наибольшей приливно-отливной амплитуды. При строительстве плотиной перегораживают устье реки или достаточно узкий залив, и устанавливают гидравлические турбины, вырабатывающую электроэнергию за счет энергии потока движущейся воды.

Схема работы приливной электростанции

В СССР и России строительством приливных электростанций всерьез не занимались, основным способом использования даровой энергии движения воды были ГЭС на реках. В 1967 году была построена экспериментальная приливная электростанция на берегу Баренцева моря мощностью всего 1,7 МВт. Мощность речных ГЭС, как правило, выше на порядок, а крупнейшие речные ГЭС имеют мощность, исчисляемую десятками гигаватт.

Существовал ряд проектов строительства сети гигантских приливных электростанций с планируемой мощностью выработки в тысячи МВт, одна из них, Пенжинская приливная электростанция должна была стать мощнейшей электростанцией в мире (не только среди гидравлических), ее мощность должна была достигать 90 ГВт. К сожалению, кризис позднего СССР и последующий его распад помешал осуществлению этих проектов.

За рубежом строительство приливных электростанций ведется более активно. Так мощнейшая в Европе приливная электростанция «Ля Франс» (240 МВт) примечательна самой длинной в мире плотиной. Длина плотины ПЭС «ЛяФранс», являющейся одновременно мостом, соединяющим скоростной магистралью два берега реки Ранс, составляет более 800 метров. А крупнейшая в мире приливная электростанция находится в Южной Корее в искусственном заливе Сихва-Хо (Озеро Сихва). Ее мощность составляет 253 МВт.

Главный недостаток приливных электростанций — невозможность их непрерывной работы, что связано с циклическим характером приливов и отливов. Применение приливных электростанций рассматривается, прежде всего, в рамках общей энергосистемы, в качестве аккумулирующих или резервных электростанций, осуществляющих накопление энергии и выброс ее в момент пика потребления.

Приливные электростанции – один из самых востребованных способов использования восполняемых источников энергии, имеющий широкие перспективы развития.

Источник: http://www.energomir.net/alternativnaya-energetika/energiya-prilivov-i-otlivov.html