Приливы это явление периодических колебаний уровня воды в океанах, морях, озерах, деформация коры Земли, изменение давления атмосферы.
Приливы-отливы возникают из-за сил гравитации Луны, Солнца и других планет, которые «проходя» над поверхностью Земли, стремятся притянуть её к себе. Однако наибольшую роль играет Луна, как наиболее близко расположенное к Земле небесное тело.
Но даже притяжение Луны столь мало, что приливы в основном появляются от сил горизонтального смещения воды. Приливная сила непрерывно изменяется в каждой точке поверхности Земли, ведь наша планета крутится, постоянно изменяется и положение Солнца и Луны. Поэтому расчет приливов сложное дело, нужно принять в расчет множество факторов. Кстати, из того факта, что на появление приливов действует Солнце и Луна, сразу можно сделать вывод, что если Луна и Солнце стоят на одной линии по отношению к поверхности Земли, то приливная сила в этой точке будет максимальной. Об этом поговорим ниже.
Приливная механика
Вертикальная составляющая прилива земной коры достигает небольших величин, так как Земля хоть и упругое, но все таки твердое тело. Значения колеблются в районе полметра, а горизонтальная составляющая и того меньше. Однако, с водой дело обстоит не совсем так. Действительно, в открытом океане приливные волны почти не заметны и также равны примерно полуметра в среднем. Но вертикальный подъем воды сопровождается и горизонтальным смещением водных масс. Вот именно горизонтальное смещение и дает большие значения высоты приливов в некоторых областях. Все воды под воздействием приливных сил стремятся перетечь к месту, находящемуся непосредственно под Луной. Так возникают приливные течения. Так как вода прибывает в одном месте, то соответственно убывает в другом — возникает явление отлива. Отлив возникает в двух точках, отстоящих от точки прилива примерно в четверти окружности Земли. Приливная волна движется вслед за движением Луны, причем волн возникает две — на стороне Земли обращенной к Луне и на противоположной. На стороне обращенной к Луне приливная волна называется прямой, а на противоположной — обратной.
Так как Луна вращается вокруг Земли, то следовательно, между приливами проходит примерно 12 часов и 25 минут. Приливные сутки таким образом составляют 24 часа 50 минут. Однако вращение собственно Земли вносит свои коррективы и каждый день время прилива смещается примерно на 50 минут — запаздывает. Также на величину прилива действует периодичность в 14 и три четверти суток — это половина лунного месяца. Это прохождение фаз Луны — полнолуний и новолуний, так называемых сизигий, когда Луна, Солнце и Земля занимают положение на одной линии. Хоть солнце и действует на Землю с силой в 2.15 раз меньшей чем Луна, все равно влияние очень заметно. Когда Луна и Солнце находятся на одной линии как с одной стороны, так и с противоположных сторон Земли это время наибольших значений приливов и отливов, так как силы притяжения Луны и Солнца складываются. Когда Луна и Солнце находятся перпендикулярно — по отношению к Земле, то силы притяжения компенсируют друг друга и значения приливов наименьшие. Такие приливы называют квадратурными. Насколько они меньше? — Значения сизигийных приливов отличается от квадратурных иногда в три раза.
Также неравенства приливов зависят от формы орбиты — у Луны она эллиптическая и потому во время прохождения перигея приливообразующая сила Луны процентов на 30-40 больше чем в апогее. Эффект от пребывания Луны в перигее или апогее действует на величину прилива с запаздывание на полтора -двое суток. Это так называемое лунное параллактическое неравенство.
Кроме этого, Земля тоже имеет эллиптическую орбиту и во время наибольшего сближения с Солнцем, что происходит 2 января, наблюдаются также большие значения приливов и отливов. Это явление называется солнечное параллактическое неравенство.
Ещё существуют и равноденственные сизигийные приливы. Это явление возникает дважды в год, когда Солнце находится над экватором в дни равноденствия и Луна имеет склонения приблизительно около 0 градусов. Эти приливы имеют наибольшую силу вблизи экватора.
Итак, подытожим, существует три типа приливов. Когда приливы возникают два раза в сутки — это так называемые полусуточные приливы — два прилива и два отлива. Существуют и суточные приливы, когда за одни сутки наблюдается один прилив и один отлив. В некоторых областях наблюдается смешанный тип — например на Северном море из-за влияния огибающей материки приливной волны.
Наибольшего значения достигают сизигийные приливы, наименьшего — квадратурные.
Для каждого конкретного места высота воды, то есть практически необходимая величина — зависит от множества факторов. Это и фазы Луны — сизигийный или квадратурный прилив, также географическое положение — приливные течения заходя в узости способствуют возникновению большой волны, существование стока рек, также высота прилива зависит и от метеорологических факторов — например нагонного ветра, который вкупе с приливом повышает или понижает уровень воды. Сложно? Да, Аристотель, наблюдая над приливными течениями в проливе между островом Эвией и материковой Грецией не смог разгадать причину. Древние вообще считали приливы — могилой человеческого любопытства. Однако, несмотря на огромное количество разнообразных и меняющихся причин возникновения приливов и влияющих на его высоту — таких например как возникновение нескольких волн при огибании приливной волной материков, были предприняты попытки расчетов приливов ещё в 19 веке. Английский изобретатель Томсон в тоже время предложил свой прибор — интегратор. В нем нить проходила через ряд блоков которые были подобраны так, что отражали гармонические волны. К нити прикреплен карандаш, который чертил кривую высоту прилива на весь год.
Также уже несколько столетий действуют измеряющие станции во многих точках мирового океана. Эмпирические данные, вычисления с помощью современных технических средств дают достаточно точный прогноз по приливам в настоящее время. Его точности хватает с избытком для нужд яхтсменов, учитывая также влияние волнения и гидрометеорологических изменений.
Какие приливы бывают
Перейдем теперь к измерению высоты воды. Яхтсмену и в более широком смысле моряку требуется знать и решить задачу — в какое время, имея определенную осадку судна, пройти над мелями или зайти в порт определенной глубины. Также требуется знать — как изменится высота воды в определенный промежуток времени и каковы приливные течения. То есть обладая информацией об приливных течениях требуется реить навигационные задачи. Немного реже стоит и такая задача — в какой момент времени нужно пройти, чтобы не задеть мачтой провода электропередач или мосты. Понятно, что для решения этих задач требуется иметь точку отсчета, от которой и будут откладываться все значения и обозначаться на карте и в расчетах. В каждый момент, в произвольно выбранной точке океана уровень воды не остается постоянным — приливы, разное атмосферное давление, меняющаяся плотность воды… Поэтому точкой отсчета принята минимально возможный уровень воды. Это Chart Datum или нуль глубин. Как правило, он определяется опытным путем и астрономическими вычислениями. Эта точка отсчета принята в большинстве картографических систем. В некоторых странах — США, принято среднее значение минимальной воды при сизигии, то есть в какой-то возможный момент глубина согласно этим картам может быть ниже, указанной на ка таких картах. Именно это значение указывают на картах и от них нужно отталкиваться при прохождении мелей и осушек.
Большое значение имеет не только абсолютная высота прилива, но и относительная. Большая разница в уровне воды говорит о том, что уровень воды сильно меняется и возможны большие приливные течения.
Итак, теперь абсолютные значения. Самый большие зафиксированы в заливе Фанди в Канаде — они доходят до 19 метров. Скорость приливных течений достигает до 15 км/час. Одно из наибольших значений — скорость течения опять таки в Канаде неподалеку от Ванкувера. Она достигает 13 узлов (20 км/час). Очень опасны приливные волны, которые распространяются по рекам. Поророка — так называется приливная волна по Амазонке, которая идет вверх по течению на 300 км, при этом имеет 5-6 метров высоты.
Зачем надо знать приливы?
Знание приливов необходимо для безопасного судовождения. Множество несчастных случаев происходит именно из-за незнания приливов. Это — поломка мачты при прохождении под мостами, посадка на мель, посадка на мель после того, как встал на якорную стоянку, переворачивание и даже утопление яхты у причальной стенке из-за неправильно заведенных шпринтов и швартовых без учета приливов. Влияние приливных течений на курс яхты — тоже может привести к печальным последствиям.
В яхтенных школах знание расчетов приливов является уже мерилом мастерства яхтсмена. Как правило — знать и рассчитывать прилив должны уже яхтсмены уровня Master of Yacht IYT или Yachtnmaster IYT.
К расчету приливов вернемся в следующей статье.