Приливи
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Приливи

Приливи , періодичні коливання рівня морить (морські П.), обумовлені силами тяжіння Місяця і Сонця. Під дією цих же сил відбуваються деформації твердого тіла Землі (земні П.) і вагання атмосферного тиску (атмосферні П.).

  Під впливом Луни (Сонця) виникають прілівообразующие сили, які є різницею між силами тяжіння Луной частки (елементу маси води, землі або повітря) розташованої в будь-якій крапці Землі, наприклад на її поверхні, і тяжінням Луной частки тієї ж маси в центрі Землі ( див. мал.(малюнок) ). Ці сили пропорційні масі Луни ( m ) , відстані від центру Землі ( r ) і назад пропорційні кубу відстані від Землі до Луни ( R ) , крім того, вони залежать від зенітної відстані Луни ( z ).

загрузка...

  Вертикальна складова приливної сили (на одиницю маси) F в змінює силу тяжіння на величину

,

де G — гравітаційна постійна . Сила тягаря зменшується на поверхні Землі, коли Луна знаходиться в зеніті або надірі, на 0,1 мгал, або на 1×10 -7 своєї величини, і збільшується на половину цієї величини в тих місцях Землі, де Луна в даний момент сходить або заходить.

  Горизонтальна складова приливних сил дорівнює 0, коли Луна знаходиться в зеніті, надірі або на горизонті, і максимальна, коли зенітна відстань Луни рівна 45° і досягає 0,08 мгал:

  Прілівообразующая сила, викликана Сонцем, визначається аналогічно, але із-за більшої відстані (не дивлячись на значно велику масу Сонця) вона в середньому в 2,16 разу менше.

  Унаслідок добового обертання Землі і руху Землі, Місяця і Сонця по своїх орбітах прілівообразующая сила в кожній крапці на поверхні Землі безперервно міняється в часі, ніколи точно не повторюючись. Проте приливні сили можна представити як суму великого числа строго періодичних складових, визначуваних з теорії руху Луни довкола Землі і Землі довкола Сонця. Таблиці, складені англійським ученим Д. Картрайтом (1973), містять близько 500 членів. Ці періодичні приливні сили розділяються на 4 типи. Долгоперіодниє П. дають найбільші коливання уровенной поверхні на полюсах, удвічі менші на екваторі і нульові на широтах ± 35,3°. До них відносяться П. з періодами в 18,6 роки, 1 рік, 0,5 роки, 1 місяць і 2 тижні ( M f ). Ці П. періодично змінюють стискування Землі, її полярний момент інерції і кутову швидкість обертання Землі. Добові П. виникають унаслідок неспівпадання плоскості екватора з плоскістю місячної орбіти і плоскістю екліптики. Вони дають найбільші піднімання і опускання земних П. на широтах ± 45° і нульові на полюсах і екваторі. Головні з них — місячна хвиля O 1 з періодом 25,8 ч і місячно-сонячна хвиля K 1 з періодом в 23,9 ч. Півдобові П., максимальні, що дають, піднімання і опускання для статичних П. на екваторі і нульові на полюсах. Головні півдобові хвилі — це місячна хвиля M 2 з періодом в 12,4 ч і приблизно в 2 рази менша сонячна хвиля S 2 з періодом в 12 ч. Короткоперіодні хвилі з періодами біля 1 / 3 сут і коротше.

  Н. Н. Парійський.

  Морські П. Ізмененія прілівообразующей сили викликають зміни сили тягарю і величини і напрями горизонтальних складових приливних сил, а отже, і напрями прямовисній лінії. Під дією цих сил поверхня океанів прагне зайняти положення, перпендикулярне прямовисній лінії, тобто що змінюється з часом в кожній точці Землі. Якби вся Земля була покрита океанами і водні маси встигали досягти рівноважного стану, як це спочатку передбачалося в статичній теорії приливів Ньютона, то під впливом Луни сферична поверхня океану зміщувалася і набувала б форми витягнутого еліпсоїда з великою віссю, направленою до Луне. До цих зсувів додавалися б зсуви, відповідні аналогічним еліпсоїдним деформаціям з великою віссю, направленою до Сонця. Максимальні піднімання і опускання рівня морить при цьому досягали б всього 0,5 м.

  Насправді океан покриває не всю Землю, і приливна хвиля, поширюючись, зустрічає перешкоди у вигляді материків, випробовує тертя об дно, виникають зворотні течії; в результаті всього цього розподілу амплітуд і фаз різних приливних хвиль надзвичайно сильно відрізняються від відповідних величин, що даються статичною теорією. Т. о., величина і характер П. залежать не лише від взаємного положення Землі, Місяці і Сонця, але також від географічної широти, глибини морить і форми берегової лінії. У 1775 П. Лапласом була розроблена динамічна теорія П., заснована на загальних рівняннях гідродинаміки, яка дала можливість розраховувати поширення приливних хвиль в морях і океанах.

  Найбільше піднімання води називають повною водою, мінімальне — малою водою. У те час як в океані далеко від материків величина П. порядка 1 м-код, в берегів різниця послідовних повної і малої води може досягати дуже великого значення. Так, в затоці Фанді (Атлантичне побережжя Канади) найбільша величина П. досягає 18 м-коду, в затоці Фробішер на о. Земля Баффіна і в деяких пунктах протоки Ла-манш — до 15 м-код, в Пенжінськой губі на З.-В.(північний схід) Охотського моря — до 13 м-код, в Мезенськом затоці (Біле море) — до 10 м. Приливна хвиля, проникаючи в гирло річки, може викликати появу крутої хвилі.

  Для забезпечення мореплавання в СРСР, Великобританії, США, Японії і ін. країнах видаються «Таблиці приливів», що містять дані про висоту приливу в потрібних портах на кожну годину протягом року.

  Розподіл приливних хвиль у відкритому океані визначається рішенням на ЕОМ(електронна обчислювальна машина) гідродинамічних диференціальних рівнянь Лапласа з врахуванням конфігурації берегової лінії, розподілу глибин океану і законів тертя об дно. В результаті вирішення цих рівнянь створюються котідальниє карти Світового океану, на яких кривими (т.з. котідальнимі лініями) сполучають точки хвилі з однаковою фазою, наприклад положення максимуму даної хвилі через кожну годину, а іншою системою кривих сполучають крапки з однаковою амплітудою даної хвилі. Найбільш детальні котідальниє карти для чотирьох основних хвиль — M 2 , S 2 , K 1 і O 1 — складені в СРСР К. Т. Богдановим і В. А. Магаріком. Океанічні П. своїм тиском прогинають пружне тіло Землі, тому знання котідальних карт необхідне при інтерпретації спостережень земних П.

  Би. Л. Лагутін.

  Земні П. Земля також деформується під дією приливних сил; ці деформації називаються земними або пружними П. Прі проходженні пружних приливних хвиль вертикальні зсуви земної поверхні можуть досягати 50 см (при положеннях Місяця і Сонця в зеніті або надірі), а горизонтальні — 5 див. Приливні зміни сили тягарю на екваторі досягають 0,25 мгал (див. Варіації сили тяжіння ) , зміни прямовисній лінії — 0,01’’, а зміни нахилів земній поверхні, тобто кута між поверхнею землі і схилом, — 0,02’’, приливні розтягування і стискування поверхневих шарів Землі — порядку 10 -8 . Об'ємні деформації при земних П. виявляються в періодичних змінах рівня води в шурфах і колодязях, рівня лави у вулканах, в дебеті води деяких джерел. Долгоперіодниє П., деформуючи Землю, змінюють швидкість її обертання, що виявляється при порівнянні астрономічного часу, визначуваного по обертанню Землі, з атомним часом (див. Служба часу ) . Величина всіх цих приливних ефектів залежить від внутрішньої будови Землі, тобто розподіли щільності і пружних властивостей різних шарів Землі на всіх глибинах від поверхні до центру. Т. о., спостереження за земними П. дозволяють вивчати внутрішню будову Землі.

  Теорія, що зв'язує спостережувані явища земних П. з внутрішньою будовою Землі, розроблена Г. Такеуті (Японія), X. Джефрісом (Великобританія), Р. Вісенті (Португалія) і найдетальніше М. С. Молоденським . Зокрема, теоретично було передбачено явище резонансу між деякими добовими земними приливними хвилями ( K 1 і ін.) і добовою нутацією Землі, викликане рідким станом ядра Землі. Ця теорія підтвердилася спостереженнями приливних змін сили тягарю і нахилів.

  Виміри приливних змін сили тягарю, окрім вивчення глобальних характеристик будови Землі, дозволяють вивчати регіональні глибинні неоднорідності мантії Землі. Ці дані необхідні при гравіметричній зйомці для геодезичних цілей, при геофизичній розвідці корисних копалини, а також для вивчення тимчасових змін сили тягарю. Виміри приливних нахилів вказують на залежність їх від локальних особливостей будови земної кори і можуть бути використані для вивчення блокової будови земної кори і глибинних розломів.

  Н. Н. Парійський.

  Атмосферні П. В атмосфері поряд з добовими коливаннями температури повітря існують дуже слабкі добові і порівняно інтенсивні півдобові зміни приземного атмосферного тиску. Виділення їх скрутно на фоні задоволений інтенсивних і безладних погодних змін. Амплітуда цих варіацій максимальна в тропічній зоні (близько 1 мбар для півдобової компоненти) і сильно зменшується при видаленні в область помірних і високих широт. Хоча приливні сили Луни в 2 з гаком разу більше приливних сил Сонця, в атмосфері сонячні П. превалюють над місячними, на відміну від П. в морі і землі.; Пояснення цьому дали новітні дослідження верхньої атмосфери. Атмосферні П., період якого дорівнює половині сонячної доби, викликається в основному не гравітаційною, а термічною дією Сонця на атмосферу. Ультрафіолетова сонячна радіація, поглинаючись озоном в стратосфері, веде до розігрівання зтіх шарів атмосфери, що, у свою чергу, приводить до збудження коливань метеорологічних елементів (тиск, температури, щільність, швидкості вітру) з періодами — доба, напівдоба і т.д. Основна доля енергії добової компоненти доводиться на хвилі, які не поширюються з верхньої атмосфери до Землі, що пояснює крайню незначність добового вагання атмосферного тиску в поверхні Землі. Навпаки, півдобові коливання поширюються у напрямку до Землі, тому їх амплітуда в поверхні Землі значно більше.

  Атмосферні П. грають велику роль в динаміці верхньої атмосфери. Добові і півдобові зміни параметрів на великих висотах настільки значительни, що без їх знання неможливий розрахунок руху штучних об'єктів у верхній атмосфері.

  Е. П. Чунчузов.

  роль Космогонії П. Налічие тертя або в'язкість в разі земних П., а також складних материкових кордонів для морських П. приводить до того, що приливний горб виноситься вперед, у бік обертання Землі, і його вісь не направлена точно на прілівообразующєє тіло, В цьому випадку при обертанні планети швидше, ніж звернення супутника (як це має місце в системі Земля — Луна), сили, Місяці (супутника), що діють з боку, на приливну деформацію Землі (планети) дають пару сил, гальмівних обертання Землі. З іншого боку, дія приливної деформації на Луну приводить до видалення Луни (супутника) від Землі. Це вікове уповільнення обертання Землі було передбачене ще Дж. Дарвіном (див. Обертання Землі ). Сучасні розрахунки приливного уповільнення обертання Землі показують, що головна частина уповільнення викликана океанічними приливами. Земні П. також уповільнюють обертання Землі, але значно менше, ніж морські. Сумарне приливне уповільнення обертання Землі повинне складати близько 3,5 мсек в століття, хоча астрономічні спостереження вказують на подовження доби за останніх 2000 років в середньому на 2,0 мсек в століття. Т. о., існують причини, ще не з'ясовані, прискорюючі обертання Землі приблизно на 1,5 мсек в століття. Луна під дією П. віддаляється від Землі на 3 см в рік. Впливом П. пояснюється те, що Луна звернена до Землі однією стороною, а також повільність обертання Меркурія. У космогонії вивчається вплив П. на зміни орбіти Луни (її положення і розмірів) відносно Землі.

  Зв'язок між коливаннями рівня морить і фазами Луни була відмічена ще в старовині. Перша статична теорія була запропонована І. Ньютоном (1688) і розвинена його послідовниками Д. Бернуллі, До. Маклореном, Л. Ейлером і ін. Динамічна теорія П. Лапласа (1775) була вдосконалена англ.(англійський) ученими Дж. Ері (1848), В. Томсоном (Кельвіном, 1895) і Дж. Дарвіном. Числові методи передбачення морських П. вдосконалені англ.(англійський) ученими А. Дудсоном (1928) і Д. Картрайтом (1973). Методи аналізу земних приливів розроблені А. Дудсоном, Р. Леколазе (Франція), Б. П. Перцевим і П. С. Матвєєвим (СРСР) і А. П. Венедіковим (Болгарія). Значення Еволюційної космогонії П. вперше розроблене Дж. Дарвіном (1911).

  В Росії перші спостереження над П. відносяться до початку 18 ст У 1848 Ф. П. Літке опублікував котідальную карту Баренцева м. А. М. Бухтєєв і В. С. Стахевіч обробили спостереження над П., зібрані до 1907. Вивченню морських П. присвячені роботи сов.(радянський) учених Ю. М. Шокальського, Ст Ст Шулейкина, Л. Н. Сретенського, Н. Е. Кочина, Н. П. Володимирського, А. І. Дуваніна, Би. А. Качана, К. Р. Богданова і В. А. Магаріка. Земні П. в СРСР систематично почав спостерігати А. Я. Орлов за допомогою наклономеров, а потім гравіметрів, створивши для цієї мети Полтавську гравіметричну обсерваторію. У вивчення земних П. великий вклад внесли роботи сов.(радянський) вчених М. С. Молоденського, Н. Н. Парійського і ін.

  значення Космогонії П. і їх вплив на орбіту Луни вивчалося амер.(американський) ученими Р. Дж. Ф. Макдональдом, П. Гольдрайх і В. Каула, а в СРСР — А. С. Моніним і Е. Л. Руськол.

  Н. Н. Парійський.

 

  Літ.: Шокальський Ю. М., Океанографія, Л., 1959; Дуванін А. І., Приливи в морі, Л., 1960; Дарвін Д. Р., Приливи і родинні ним явища в сонячній системі, пер.(переведення) з англ.(англійський), М. — П., 1923; Ламб Р., Гідродинаміка пер.(переведення) з англ.(англійський), М. — Л., 1947, гл.(глав) 8; Молоденський М. С., Пружні приливи, вільна нутація і деякі питання будови Землі, «Тр. Геофизичного інституту АН(Академія наук) СРСР», 1953 № 19; Мельхиор П., Земні приливи, пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1968; Парійський Н. Н., Ковалів М. Ст і Кузнецова Л, Ст, Про вплив океанічних приливів на вікове уповільнення обертання Землі, «Фізика землі», 1972 № 2, 12; Siebert М., Atmospheric tides, в кн.: Advances in geophysics, v. 7, N. Y. — L., 1961.

Розподіл прілівообразующих сил в різних точках (А, В, З ...) поверхні Землі, викликаних тяжінням Луни; тонкі стрілки — сили тяжіння, пунктирні, — сила тяжіння, що віднімається, в центрі Землі, жирні — приливні сили.