Природное явление прилива и отлива
Приливом и отливом называется такое периодическое колебание уровня океана или моря, которое происходит от притяжения Луны и Солнца. Явление заключается в следующем: уровень воды постепенно поднимается, что называется приливом, достигает наивысшего положения, называемого полной водой. После того уровень начинает понижаться, что называется отливом, и через 6 час. 12,5 мин. (приблизительно) достигает наиболее низкого положения, называемого малой водой. Затем уровень снова начинает повышаться, и еще через 6 час. 12,5 мин. (приблизительно) наступает опять полная вода.
Таким образом, период явления равен 12 час. 25 мин. (приблизительно), и каждые 24—25 час. бывает два прилива и два отлива, две полные воды и две малые.
Расстояние от вертикали между уровнями последовательных полной и малой вод есть амплитуда прилива.
Если производить в том же месте наблюдения прилива в течение месяца, то окажется, что изо дня в день полная и малая воды изменяют свои положения. Два раза в месяц, в сизигии (полнолуние и новолуние), уровни полной и малой воды располагаются всего далее друг от друга, и тогда амплитуда прилива наибольшая, это случается каждые 14 дней (приблизительно). После момента сизигийных полных и малых вод уровни последующих полных и малых вод начинают приближаться друг к другу; первые располагаются все ниже и ниже, а вторые — все выше и выше, и около времени квадратур (первая и последняя четверти) амплитуда прилива достигает наименьшей величины, что случается тоже каждые 14 дней (приблизительно).
Наблюдая моменты полных вод, нетрудно заметить, что они бывают около времени верхнего и нижнего прохождений Луны через меридиан места, а малые — приблизительно посередине между этими моментами (т. е. когда Луна находится около первого вертикала). При этом каждая последующая полная и малая воды опаздывают относительно момента предшествовавшей в среднем на 12,5 мин.; таким образом, за сутки накопится около 50 мим. опоздания явления, т. е. столько же, как и опоздание прохождения Луны через верхнюю часть меридиана места.
В свою очередь наибольшие амплитуды бывают около времени фаз Луны, называемых сизигиями, а наименьшие — около времени фаз Луны, называемых квадратурами.
Все эти обстоятельства были подмечены еще до нашей эры и тогда же привели к заключению, что явление приливов связано с Луной. Прошло, однако, более полуторы тысячи лет, пока нашли и сумели выразить научным образом зависимость между явлением приливов и Луной, это открытие было сделано Ньютоном на основании впервые им высказанных законов всемирного тяготения.
Наблюдая внимательно приливы или изучая таблицы тщательно произведенных наблюдений, нетрудно заметить еще некоторые особенности, представляющие уклонения от идеально правильного хода явления; но так как эти уклонения правильно повторяются, то они тоже суть характерные признаки явления.
Моменты полных и малых вод всегда опаздывают относительно времени прохождения Луны через меридиан. Промежуток времени между верхним или нижним прохождениями Луны через меридиан и моментами полной воды называется лунным промежутком, этот промежуток изменяется в некоторых пределах; среднее из многих лунных промежутков во время сизигий называется прикладным часом.
Лунные промежутки бывают меньше средних между новолунием л полнолунием и следующими за ними квадратурами. Лунные промежутки бывают больше средних между квадратура;ми и следующими за ними сизигиями.
Промежутки времени между полной и малой водами, а также малой и полной водами в действительности никогда не бывают равны между собой, но различаются иногда до 2 час. времени. Так же точно и промежутки времени между сизигийными и квадратурными приливами неравны между собой.
При большом удалении Луны от экватора, т. е. когда склонение Луны велико, все местные отклонения явления от его нормального хода увеличиваются в размерах.
Все эти особенности явления подтверждают преобладающее значение Луны в возбуждении явления приливов.
Изучение явления приливов
Явление приливов на берегах морей, где колебания уровня, вызываемые приливами, сколько-нибудь заметны, своей правильной повторяемостью должны были неминуемо обратить на себя внимание береговых жителей, тем более, что последние всегда заняты рыболовством, для которого правильное колебание уровня имеет большое практическое значение. Таким образом, существование периодических колебаний уровня было известно, конечно в глубокой древности.
Геродот (484—428 гг. до н. э.) был первый, который упоминает о явлении приливов в своих трудах, именно о приливах в Красном море. В Средиземном море приливы очень невелики, и, хотя европейская цивилизация « зародилась на берегах этого моря, вполне понятно, что явление приливов стало изучаться только после плаваний греков за пределы Гибралтара.
Первые наблюдения и выводы из них были сделаны Пифеем (325 г. до н. э.) из греческой колонии Массилия (нынешний Марсель), ученым мореплавателем, бывавшем не только в Англии, но и далее на север. Наблюдая приливы у берегов Англии, i де они очень велики я отличаются правильностью, Пифей был первый, который заметил зависимость между явлением приливов и Луной, а именно, что полные воды бывают около времени прохождений Луны через меридиан, а малые — посередине между ними; и второе, что амплитуда пр.илявов изменяется в течение полумесяца вместе с фазами Луны; очевидно, для получения таких выводов надо было наблюдать приливы и измерять амплитуды их.
Посидоний (130—50 гг. до н. э.), греческий ученый, считался знатоком явления приливов и даже сделал попытку выразить числом влияние Луны на приливы. Его описание приливов в Кадиксе замечательно обстоятельно, причем оп указывает даже на существование разности амплитуд приливов во время равноденствий и солнцестояний.
Взгляды Галилея (1564—1642 гг.) на приливы не были особенно ясны. Кеплер (1571—1630 гг.) внес более серьезный вклад в дело изучения явления. Он указал, что, разбирая приливы, надо принимать во внимание не солнечные сутки, а лунные. Он же упоминает впервые о 19-летнем периоде приливов. В общем до открытия законов всемирного тяготения представления о причинах приливов не могли быть ясны.
Ньютон (1642—1727 гг.) на основании законов всемирного тяготения изложил свою теорию приливов, так называемую теорию равновесия, пользуясь которой он дал первое объяснение главных особенностей приливов, как, например, суточного неравенства, и первое вычисление величины сил, производящих приливы; все последующие труды основаны на работе Ньютона.
Дальнейшее движение в изучении приливов принадлежит Д. Беряулли (1700— 1782 гг.), который развил теорию равновесия Ньютона и первый приспособил ее к предсказанию приливов. Его работа была большим усовершенствованием теории равновесия вообще.
Маклорен (1698—1746 гг.) доказал те стороны теории равновесия, которые Ньютон дал без подтверждения; а именно он окончательно подтвердил, что под влиянием притяжения Луны однородная сфера должна принимать вид эллипсоида вращения.
Лаплас (1749—1827 гг.) первый приложил к изучению приливов новый взгляд, разбирая явление не как результат статического равновесия, а как род колебательного движения частиц воды, возбуждаемого притяжением каждой из них Солнцем и Луной. Пользуясь предпринятыми по его настоянию наблюдениями в Бресте (с 1807 по 1822 г.), он проверил выводы своей теории, впервые показавшей, каким способом можно выразить аналитически какое-либо периодическое явление. Работы Лапласа легли в основание всех современных приемов изучения явления приливов.
Лёббок (1803—1865 гг.) много сделал для применения теории к практике предсказания приливов и дал для этого прекрасные примеры. Он же высказал мысль, о построении карт распространения приливов, на что уже указывал Юнг, и хотя последний и не построил подобных карт, но ему принадлежит термин «котидальная линия», т. е. линия, соединяющая местность с одновременными полными водами.
Уевель (1794—1866 гг.) много работал по изучению приливов, и ему обязана наука многими одновременными наблюдениями в большом числе мест в Атлантическом океане. Он же построил и первые карты котидальных линий для большей части Мирового океана. Однако к концу своей деятельности он справедливо высказал сомнение о правильном представлении явления такими картами для открытого океана, оставляя их для прибрежных вод, где прилив распространяется по законам волн в водах малой глубины.'
Эри (1801—1892 гг.) в своих трудах, имеющих отношение к приливам, разобрал случаи движения волн в каналах малой глубины сравнительно с размерами волн. Ои объяснил и показал, что трение действительно может произвести опоздание в наступлении полной воды сравнительно с моментом прохождения Луны через меридиан, как это почти везде и наблюдается; обстоятельство, которое предшествовавшими теориями не объяснялось. Он же приложил свою теорию ко многим случаям на практике и показал, что она объясняет такие стороны явления приливов у берегов, которые остались до тех пор не ясными (явление бора, смена приливных течений).
В. Томсон, лорд Кельвин (1824—1908 гг.) очень много сделал для практической стороны вопроса предсказания приливов. Он применил прием Лапласа:—выражение прилива с помощью особых рядов — и развил его в гармонический анализ кривой колебания уровня при приливе. Им был построен особый прибор (в 1878 г.) — гармонический анализатор, решавший задачу механически. При помощи его можно было из кривой прилива за годовой период в каком-либо месте вывести коэффициенты прилива, подобно тому, как из наблюдений девиации получаются ее коэффициенты. Пользуясь этими коэффициентами, можно построить или вычислить кривую прилива для того же мест? на год вперед. Для облегчения зыполнения этой задачи Томсон построил другой прибор — приливопредсказатель (1876 г.).
Г. Дарвину (1845—1912 гг.) принадлежит разработка важных теоретических вопросов приливов, между прочим, он высказал гипотезу о возникновении Луны, как следствия приливов в еще жидкой массе Земли. Он же разработал вопрос о влиянии прилива на замедление вращения Земли на оси. Кроме того, Дарвин много работал над улучшением приемов гармонического анализа и дал удобные для выполнения его приемы. Его статьи о приливах в «Encyclopedia Britannica» представляют образцовые изложения вопроса, и им же написано одно из лучших популярных описаний состояния теории приливов под заглавием .Tides and Kindred phenomena in the Solar system, 1911.
P. Гарриссв (1894—1904 и 1911 гг.) посвятил приливам громадный труд, где он сделал свод всего достигнутого его предшественниками и изложил свою гипотезу распространения прилива в Мировом океане, основанную на применении стоячих волн (сейш) к явлению прилива.
|
|
Читайте в рубрике «Приливы и отливы»: |