ПРИЛИ́ВЫ И ОТЛИ́ВЫ

  • рубрика

    Рубрика: Физика

  • родственные статьи
  • image description

    В книжной версии

    Том 27. Москва, 2015, стр. 489-491

  • image description

    Скопировать библиографическую ссылку:




Авторы: С. М. Молоденский (приливные силы, земные приливы, влияние приливов на движение небесных тел)

ПРИЛИ́ВЫ И ОТЛИ́ВЫ, пе­рио­дич. ко­ле­ба­ния уров­ня океа­на (мо­ря), а так­же са­мо­го не­бес­но­го те­ла, вы­зван­ные влия­ни­ем внеш­них (т. н. при­ли­во­об­ра­зую­щих) тел. Пе­рио­ды ко­ле­ба­ний оп­ре­де­ля­ют­ся пе­рио­да­ми об­ра­ще­ния при­ли­во­об­ра­зую­щих тел от­но­си­тель­но рас­смат­ри­вае­мо­го не­бес­но­го те­ла.

Приливные силы

При­лив­ные си­лы воз­ни­ка­ют из-за не­од­но­род­но­сти гра­ви­тац. по­ля: эле­мен­ты масс, рас­по­ло­жен­ные бли­же к при­ли­во­об­ра­зую­ще­му те­лу, ис­пы­ты­ва­ют боль­шее при­тя­же­ние к не­му и по­это­му сме­ща­ют­ся в его сто­ро­ну не­сколь­ко боль­ше, чем бо­лее уда­лён­ные. В ре­зуль­та­те не­бес­ное те­ло стре­мит­ся вы­тя­нуть­ся вдоль пря­мой, со­еди­няю­щей её с при­ли­во­об­ра­зую­щим те­лом. Для на­блю­да­те­ля, на­хо­дя­ще­го­ся на не­бес­ном те­ле, при­лив­ные си­лы на­прав­ле­ны вверх, ко­гда при­ли­во­об­ра­зую­щее те­ло на­хо­дит­ся в зе­ни­те или на­ди­ре, и на­прав­ле­ны вниз, ко­гда оно на­хо­дит­ся на го­ри­зон­те.

Рис. 1. Расположение небесных тел при сизигийном (а) и квадратурном (б) приливах: С – Солнце, З – Земля,Л – Луна.

На Зем­ле при­ли­вы вы­зы­ва­ют в осн. Лу­на и Солн­це (со­от­вет­ст­вен­но лун­ный и сол­неч­ный при­ли­вы), при­чём вы­со­та лун­но­го при­ли­ва при­мер­но в 2 ра­за боль­ше сол­неч­но­го. Вы­де­ля­ют т. н. си­зи­гий­ный при­лив, воз­ни­каю­щий в те дни, когда Зем­ля, Лу­на и Солн­це ле­жат при­мер­но на од­ной пря­мой (рис. 1, а), и квад­ра­тур­ный при­лив, при ко­то­ром на­прав­ле­ния на Лу­ну и Солн­це об­ра­зу­ют пря­мой угол (рис. 1, б). При си­зи­гий­ном при­ли­ве влия­ние Солн­ца уси­ли­ва­ет влия­ние Лу­ны, при квад­ра­тур­ном при­ли­ве – ос­лаб­ля­ет. В ре­зуль­та­те вы­со­та си­зи­гий­но­го при­ли­ва при­мер­но втрое боль­ше вы­со­ты квад­ра­тур­но­го при­ли­ва.

Океанические приливы и отливы

Фото О. А. Бочковой Рис. 2. Сизигийный прилив (1) и отлив (2) в Кандалакшском заливе Белого моря.

Океа­ни­че­ские при­ли­вы и от­ли­вы вы­зы­ва­ют дви­же­ния вод, на­зы­вае­мые при­лив­ны­ми те­че­ния­ми. Ти­пич­ный пе­ри­од волн океа­нич. П. и о. при­бли­зи­тель­но 12 ч 25 мин, дли­на – по­ло­ви­на ок­руж­но­сти Зем­ли, ок. 20038 км. При­лив­ная вол­на, рас­про­стра­ня­ясь, встре­ча­ет пре­гра­ды в ви­де ма­те­ри­ков, ост­ро­вов, ис­пы­ты­ва­ет тре­ние о дно, воз­ни­ка­ют от­лив­ные те­че­ния; в ре­зуль­та­те все­го это­го рас­пре­де­ле­ния ам­пли­туд и фаз разл. при­лив­ных волн чрез­вы­чай­но силь­но от­ли­ча­ют­ся от тео­ре­тич. ве­ли­чин, напр. во внутр. мо­рях П. и о. не­зна­чи­тель­ны. Раз­мер и ха­рак­тер П. и о. за­ви­сят не толь­ко от вза­им­но­го по­ло­же­ния Зем­ли, Лу­ны и Солн­ца, но так­же от гео­гра­фич. ши­ро­ты, глу­би­ны во­до­ёма и фор­мы бе­ре­го­вой ли­нии. Ди­на­мич. тео­рия П. и о., ос­но­ван­ная на об­щих урав­не­ни­ях гид­ро­ди­на­ми­ки, по­зво­ляю­щая рас­счи­ты­вать рас­про­стра­не­ние при­лив­ных волн в мо­рях и океа­нах, раз­ра­бо­та­на в 1780 П. Ла­п­ла­сом.

Наи­боль­шее под­ня­тие во­ды в Ми­ро­вом ок. на­зы­ва­ют пол­ной во­дой, ми­ни­маль­ное – ма­лой во­дой. Про­ме­жу­ток вре­ме­ни ме­ж­ду со­сед­ни­ми пол­ны­ми или ма­лы­ми во­да­ми на­зы­ва­ет­ся пе­рио­дом при­ли­ва. В за­ви­си­мо­сти от пе­рио­да раз­ли­ча­ют при­ли­вы су­точ­ные, по­лу­су­точ­ные и сме­шан­ные (не­пра­виль­ные по­лу­су­точ­ные и не­пра­виль­ные су­точ­ные). В океа­не вда­ли от ма­те­ри­ков ве­ли­чи­на П. и о. по­ряд­ка 1 м, у бе­ре­гов раз­ность по­сле­до­ва­тель­ных пол­ной и ма­лой во­ды мо­жет дос­ти­гать боль­ших зна­че­ний. Так, в зал. Фан­ди наи­боль­шая ве­ли­чи­на П. и о. дос­ти­га­ет 18 м (по др. дан­ным, 16 м), в зал. Фро­би­шер на о. Баф­фи­но­ва Зем­ля и в не­ко­то­рых пунк­тах прол. Ла-Манш – до 15 м, в Пен­жин­ской гу­бе Охот­ско­го м. – до 12,9 м. При­лив­ная вол­на, про­ни­кая в устье ре­ки, мо­жет вы­звать по­яв­ле­ние кру­той вол­ны (см. По­ро­ро­ка). При от­ли­вах об­на­жа­ют­ся ог­ром­ные тер­ри­то­рии мел­ко­во­дий с мно­го­числ. оби­та­те­ля­ми мор­ско­го дна, объ­ек­та­ми про­мыс­ла ме­ст­но­го на­се­ле­ния. Энер­гию П. и о. ис­поль­зу­ют для вы­работ­ки элек­тро­энер­гии на при­лив­ных элек­тро­стан­ци­ях.

Рас­пре­де­ле­ние при­лив­ных волн в от­кры­том океа­не оп­ре­де­ля­ет­ся ре­ше­ни­ем гид­ро­ди­на­мич. диф­фе­рен­ци­аль­ных урав­не­ний Ла­п­ла­са. Для обес­пе­че­ния мо­ре­пла­ва­ния из­да­ют­ся «Таб­ли­цы при­ли­вов», со­дер­жа­щие дан­ные о вы­со­те при­ли­ва в важ­ных пор­тах на ка­ж­дый час в те­че­ние го­да. В ре­зуль­та­те ре­ше­ния урав­не­ний соз­да­ют­ся ко­ти­даль­ные кар­ты Ми­ро­во­го ок., на ко­то­рых од­ни изо­ли­нии (т. н. ко­ти­даль­ные ли­нии) со­еди­ня­ют точ­ки вол­ны с оди­на­ко­вой фа­зой, напр. по­ло­же­ние мак­си­му­ма дан­ной вол­ны че­рез ка­ж­дый час, а дру­гие – точ­ки с оди­на­ко­вой ам­пли­ту­дой дан­ной вол­ны.

Земные приливы

При­лив­ные си­лы дей­ст­ву­ют не толь­ко на во­ды океа­нов, но и на все эле­мен­ты мас­сы пла­нет. Ко­ле­ба­ния те­ла Зем­ли (сме­ще­ния уро­вен­ной по­верх­но­сти) на­зы­ва­ют зем­ны­ми при­ли­ва­ми. Вы­со­ко­точ­ные дан­ные о зем­ных при­ли­вах бы­ли по­лу­че­ны с по­мо­щью крио­ген­ных гра­ви­мет­ров, а так­же ра­дио­ин­тер­фе­ро­мет­ров со сверх­длин­ной ба­зой. Ам­пли­ту­да ко­ле­ба­ний уро­вен­ной по­верх­но­сти со­став­ля­ет ок. 0,5 м.

В 1863 У. Том­сон (лорд Кель­вин) вы­ска­зал идею о воз­мож­но­сти оп­ре­де­ле­ния сред­ней жё­ст­ко­сти зем­но­го ша­ра при по­мо­щи изу­че­ния зем­ных при­ли­вов. Ес­ли бы Зем­ля пред­став­ля­ла со­бой рас­плав­лен­ное те­ло, по­кры­тое от­но­си­тель­но тон­кой ко­рой, то при­лив­ные сме­ще­ния зем­ной по­верх­но­сти долж­ны бы­ли бы поч­ти точ­но сов­па­дать с при­лив­ны­ми сме­ще­ния­ми уро­вен­ной по­верх­но­сти, т. е. океа­нич. при­ли­вы не долж­ны были бы на­блю­дать­ся. Т. о., сам факт су­ще­ст­во­ва­ния океа­нич. при­ли­вов сви­де­тель­ст­ву­ет о том, что тол­щи­на жё­ст­кой обо­лоч­ки Зем­ли, при лю­бых ра­зум­ных пред­по­ло­же­ни­ях о её жё­ст­ко­сти, ис­чис­ля­ет­ся сот­ня­ми или ты­ся­ча­ми ки­ло­мет­ров. Эта оцен­ка позд­нее (с раз­ви­ти­ем сейс­мо­ло­гии) бы­ла под­твер­жде­на.

Не­смот­ря на то, что от­но­ше­ние ср. глу­би­ны океа­нов к ра­диу­су Зем­ли со­став­ля­ет ме­нее 1/1000 (при­чём зна­чит. часть объ­ё­ма Зем­ли при­хо­дит­ся на жид­кое яд­ро, вяз­кость ко­то­ро­го срав­ни­ма с вяз­ко­стью мор. во­ды), по­гло­ще­ние при­лив­ной энер­гии в те­ле Зем­ли со­став­ля­ет лишь ок. 3% от её по­гло­ще­ния в океа­не. Это объ­яс­ня­ет­ся бли­зо­стью пе­рио­дов сво­бод­ных ко­ле­ба­ний океа­на к при­лив­ным пе­рио­дам. Кро­ме то­го, из-за вы­со­ко­го дав­ле­ния в не­драх Зем­ли ме­ха­нич. свой­ст­ва обо­лоч­ки ма­ло от­ли­ча­ют­ся от ме­ха­нич. свойств иде­аль­но уп­ру­го­го те­ла, что так­же при­во­дит к ма­ло­му по­гло­ще­нию при­лив­ной энер­гии в тол­ще Зем­ли.

Влияние приливов на движение небесных тел

При­лив­ные си­лы иг­ра­ют оп­ре­де­ляю­щую роль в за­мед­ле­нии су­точ­но­го вра­ще­ния пла­нет и их спут­ни­ков. По­гло­ще­ние при­лив­ной энер­гии в океа­нах Зем­ли при­во­дит к ве­ко­во­му за­мед­ле­нию её су­точ­но­го вра­ще­ния (про­дол­жи­тель­ность су­ток уве­ли­чи­ва­ет­ся при­мер­но на 2 мс за 100 лет), а так­же к ве­ко­во­му уда­ле­нию Лу­ны от Зем­ли (ок. 4 см в год). Для тео­ре­тич. рас­чё­та этих эф­фек­тов ис­поль­зу­ют­ся по­лу­чен­ные с ИСЗ де­таль­ные аль­ти­мет­рич. дан­ные о вы­со­тах океа­нич. при­ли­вов.

При­лив­ная энер­гия, по­гло­щае­мая Зем­лёй, пре­неб­ре­жи­мо ма­ла по срав­не­нию с энер­ги­ей, по­лу­чае­мой Зем­лёй от Солн­ца. Од­на­ко для га­ли­лее­вых спут­ни­ков Юпи­те­ра имен­но при­лив­ная энер­гия иг­ра­ет оп­ре­де­ляю­щую роль: из-за при­лив­но­го за­мед­ле­ния су­точ­но­го вра­ще­ния все га­ли­лее­вы спут­ни­ки в совр. эпо­ху по­вёр­ну­ты к Юпи­те­ру од­ной сто­ро­ной (по­доб­но то­му, как по­вёр­ну­та Лу­на к Зем­ле). Вслед­ст­вие эл­лип­тич­но­сти ор­бит спут­ни­ков и их гра­ви­тац. взаи­мо­дей­ст­вия друг с дру­гом рас­стоя­ния от га­ли­лее­вых спут­ни­ков до Юпи­те­ра и их ори­ен­та­ция от­но­си­тель­но Юпи­тера слег­ка из­ме­ня­ют­ся. Этих из­ме­не­ний дос­та­точ­но для вы­де­ле­ния в не­драх спут­ни­ков те­п­ло­вой энер­гии, зна­чи­тель­но пре­вос­хо­дя­щей энер­гию, по­лу­чае­мую ими от Солн­ца. Бла­го­да­ря при­лив­ным воз­дей­ст­ви­ям в не­драх спут­ни­ка Юпи­те­ра Ио вы­де­ля­ет­ся энер­гия по­ряд­ка (6–8)·1013 Вт, что со­от­вет­ст­ву­ет ве­ли­чи­не те­п­ло­во­го по­то­ка на по­верх­но­сти ок. 2 Вт/м 2 (это в 30 раз боль­ше те­п­ло­во­го по­то­ка, вы­де­ляе­мо­го че­рез по­верх­ность Зем­ли). Как по­ка­за­ли на­блю­де­ния с КА се­рии «Во­яд­жер» (НАСА), отд. уча­ст­ки по­верх­но­сти Ио из-за по­гло­ще­ния при­лив­ной энер­гии ра­зо­гре­ты до темп-ры по­ряд­ка 300–600 К. На этих уча­ст­ках за­ре­ги­ст­ри­ро­ва­на вул­ка­нич. ак­тив­ность. Об­щая пло­щадь та­ких уча­ст­ков со­став­ля­ет ок. 2% от об­щей пло­ща­ди по­верх­но­сти спут­ни­ка. По­верх­ность спут­ни­ка Юпи­те­ра Ев­ро­пы пред­став­ля­ет со­бой по­кры­тую тре­щи­на­ми кор­ку из во­дя­но­го льда тол­щи­ной от несколь­ких ки­ло­мет­ров до не­сколь­ких со­тен ки­ло­мет­ров. Под ней, как пред­по­ла­га­ют, су­ще­ст­ву­ет вод­ный оке­ан. При­лив­ная энер­гия, вы­де­ляе­мая в не­драх Ев­ро­пы, зна­чи­тель­но мень­ше той же энер­гии на Ио, но её дос­та­точ­но для про­гре­ва океа­на до темпе­ра­тур, при­год­ных для зем­ных форм жиз­ни.

В ат­мо­сфе­рах Зем­ли и др. пла­нет на­блю­да­ют­ся пе­рио­дич. из­ме­не­ния ат­мо­сфер­но­го дав­ле­ния, на­зы­вае­мые ат­мо­сфер­ны­ми при­ли­ва­ми. Од­на­ко эти при­ли­вы вы­зы­ва­ют­ся пре­им. пе­рио­дич. ко­ле­ба­ния­ми сол­неч­но­го те­п­ло­во­го из­лу­че­ния (а не гра­ви­тац. влия­ни­ем др. не­бес­ных тел): днев­ная сто­ро­на пла­не­ты по­лу­ча­ет боль­ше энер­гии, чем ноч­ная. Тем­пе­ра­тур­ное рас­ши­ре­ние воз­ду­ха при­во­дит к ко­ле­ба­ни­ям ат­мо­сфер­но­го дав­ле­ния и к цик­лич. пе­ре­ме­ще­ни­ям возд. масс с пе­рио­да­ми, крат­ны­ми сол­неч­ным сут­кам.

Лит.: Мель­хи­ор П. Зем­ные при­ли­вы. М., 1968; Шу­лей­кин В. В. Фи­зи­ка мо­ря. 4-е изд. М., 1968.

Вернуться к началу