В последнее время приливы доставляют много неприятностей. В периоды прилива низинные районы, граничащие с океаном, теперь затопляются гораздо чаще, чем раньше. В период с 2000 по 2017 год средняя частота «наводнений во время прилива» в Соединенных Штатах увеличилась на 50 процентов. Такие наводнения блокируют дороги, наносят ущерб инфраструктуре и создают ливневые стоки.
Около 40 процентов мирового населения живет в пределах 62 миль (100 километров) от береговой линии. Последние тенденции наводнений, должно быть, заставили многих из этих людей задаться вопросом о приливной науке. Как бывают приливы? Почему в одних районах приливы больше, чем в других? И почему уровень моря не может оставаться постоянным везде и все время? Сегодня мы собираемся рассмотреть физику и особенности приливов на планете Земля.
Движения воды
Посмотрите схему ниже. На картинке вы заметите, что наша планета находится внутри капли океанской воды, имеющей форму мяча для регби. По обе стороны планеты есть выпуклости в океане. Обратите внимание, что одна выпуклость выступает из половины земного шара, обращенной к Луне, а другая расположена на противоположном конце Земли.
Почему существуют эти выпуклости? Если кратко, они в первую очередь вызваны гравитационным притяжением Луны на Землю. Эта сила может иметь два отдельных компонента. Он может тянуть материю «вертикально», что мы подразумеваем перпендикулярно поверхности Земли. И он также может тянуть вещи «по горизонтали», то есть в направлении, параллельном поверхности нашей планеты.
Место на земном шаре, которое в любой момент времени находится прямо под луной, называется подлунной точкой. Между тем, точка на другой стороне нашей планеты, которая находится прямо напротив подлунной точки, известна как точка антипода. Это не совпадение, что океанские выступы являются самыми высокими прямо над этими двумя точками. В подлунной точке и противоположной точке гравитационное притяжение Луны не имеет горизонтального компонента - чего также не хватает в двух углах мира, которые расположены на 90 градусов от этих пятен.
Эти четыре области уникальны в этом отношении; любое другое место на Земле испытывает горизонтальную силу, которая толкает молекулы воды в океане либо к подлунной точке (где гравитационная сила Луны наиболее сильна), либо к противоположной точке (где гравитационное притяжение Луны самое слабое). Вот почему океан вздымается над этими двумя областями.
И восходит Солнце!
Раз в 24 часа Земля совершает полный оборот вокруг своей оси. Во время этого процесса любое место на поверхности планеты (например, Лонг-Айленд или Австралия) пройдет через оба этих океанских выступа. Итак, в большинстве районов, когда ваш дом находится прямо под выпуклостью, местный прилив должен быть высоким. Но когда он попадает в пространство между выпуклостями, прилив в вашем районе должен уменьшаться. Как вы узнаете дальше, это не всегда так.
А пока давайте обсудим еще один фактор, который влияет на наши приливы. Солнце также оказывает гравитационное притяжение на океаны, но поскольку наш солнечный спутник находится дальше, его влияние на приливы менее выражено, чем влияние Луны. Тем не менее, большой шар из газа и плазмы действительно заметно усиливает приливные выпуклости на регулярной основе.
«Приливы самые большие ... когда солнце и луна выстраиваются в линию», - пишет Дункан Агнью, геофизик из Калифорнийского университета в Сан-Диего. Он отмечает, что это происходит во время двух отдельных лунных фаз: полнолуния и новолуния. Астрономы и ученые Земли называют эти большие приливы весенними приливами. (Обратите внимание, что это название не имеет ничего общего с весенним сезоном; действительно, весенние приливы происходят в течение всего года.)
Во время весенних приливов «высокие» приливы действительно высокие, а «низкие» - необычно низкие. Ситуация становится менее экстремальной, когда Солнце и Луна располагаются под прямым углом друг к другу (относительно Земли). Такое расположение приведет к приливу; период, в котором разница между приливом и отливом минимальна.
Когда континенты взаимодействуют
Готовьтесь: все станет еще сложнее. Земля может быть «голубой планетой», но 29 процентов поверхности нашей планеты покрыто сушей. Бухты, скалы и другие географические объекты также могут влиять на приливы, усиливая их в одних местах и ослабляя в других.
В большинстве прибрежных районов бывает два прилива в день, а новый - каждые 12 часов 25 минут. Тем не менее, нетрудно найти исключения из правил. «Океанские приливы - это сложный процесс, который включает в себя приливную силу, действующую на воду, которая, так сказать, также может свободно плескаться в океанских бассейнах», - говорит Агнью. Многие пляжи в Мексиканском заливе получают только один прилив в день, что является побочным продуктом ограниченного потока воды. В другом месте вода, которая входит в V-образный залив Фанди в Новой Шотландии, поднимается вверх по мере продвижения вглубь суши. Это приводит к огромному перепаду высот между отливом и приливом, называемым приливом.
Интересный факт
Приливы можно использовать как источник возобновляемой энергии. Электростанция Rance Tidal в Бретани, Франция, использовала приливы Ла-Манша для выработки электроэнергии с 1966 года. Более крупный объект такого типа был позже построен в Южной Корее.