Приливы и отливы: почему они бывают

Приливы и отливы — периодический подъём и спад уровня моря. Их вызывает разница притяжения Луны и Солнца в разных точках Земли. На планете образуются два водяных «горба», поэтому в большинстве мест за лунные сутки (около 24 ч 50 мин) море дважды приходит и дважды уходит.

Что такое приливы и отливы

Прилив — периодический подъём воды в океанах и морях, отлив — её спад. Высшую точку подъёма называют полной водой, низшую — малой. Разницу между ними называют величиной прилива. В популярных текстах её часто зовут амплитудой, хотя в строгой терминологии амплитуда равна половине этой разницы.

На привычную волну, которая набегает на песок, прилив не похож. Это гребень приливной волны длиной в тысячи километров. Она идёт через океан так медленно, что у берега её замечаешь только по уровню воды: несколько часов он растёт, потом несколько часов падает.

Агния впервые увидела отлив студенткой, на практике на беломорской биостанции. Утром у берега плещется вода. Через несколько часов на её месте лежит мокрое дно с камнями, водорослями и лужицами, а кромка моря ушла далеко от привычного места. Потом вода возвращается, и так дважды за лунные сутки.

Почему бывают приливы и отливы: роль Луны и Солнца

Обычно говорят: «Луна притягивает воду». Объяснение неполное. Луна тянет всю Землю целиком, и океан, и сушу, а приливы рождает разница в силе этого притяжения. Ближнюю к Луне сторону планеты тянет сильнее, центр Земли слабее, дальнюю сторону ещё слабее. Эту разность называют приливообразующей силой.

Притяжение убывает пропорционально квадрату расстояния до небесного тела, а приливообразующая сила — пропорционально кубу. Поэтому для приливов близость тела весит больше, чем его масса. Солнце намного массивнее Луны? Да, но и намного дальше. В итоге Луна влияет на приливы примерно в 2,2 раза сильнее.

Теорию приливов на основе закона всемирного тяготения дал Исаак Ньютон в «Математических началах натуральной философии» (1687). Он показал, что море поднимает та же сила, что держит Луну на орбите. Расчёты потом уточняли, но фундамент остался ньютоновским.

Почему за сутки 2 прилива и 2 отлива

2 прилива и 2 отлива за сутки получаются потому, что водяных «горбов» на Земле два.

1. Вода на стороне, обращённой к Луне, притягивается сильнее, чем Земля в целом, и «вытягивается» к Луне. Это ближний горб.
2. С дальним горбом хитрее. Вода на противоположной стороне притягивается слабее центра Земли. Сама Земля смещается к Луне сильнее этой воды, и вода как бы остаётся «позади».
3. Между горбами уровень понижен, там сейчас отлив.
4. Земля вращается под горбами, и за один оборот точка на берегу проходит оба горба и оба понижения: две полные воды и две малые.

Один оборот относительно Луны длится около 24 ч 50 мин — это лунные сутки. Пока Земля поворачивается, Луна уходит дальше по орбите, и планете нужно ещё минут 50, чтобы её «догнать». Промежуток между полными водами — примерно 12 ч 25 мин, от полной воды до малой в среднем около 6 ч 12 мин. Каждый следующий день прилив опаздывает примерно на 50 минут.

Сизигийные и квадратурные приливы

Солнце тоже создаёт приливные горбы, только слабее лунных. Сложатся они с лунными или частично погасят друг друга, зависит от того, как расположены светила.

Фаза Луны	Положение светил	Прилив
Новолуние, полнолуние	Солнце, Земля и Луна на одной линии	Сизигийный: амплитуда максимальная
Первая и последняя четверть	Направления на Солнце и Луну под прямым углом	Квадратурный: амплитуда минимальная

Сизигийные приливы случаются дважды в месяц, квадратурные тоже, а между ними амплитуда меняется плавно. Сказывается и расстояние до Луны. Орбита у неё вытянутая, и когда Луна проходит перигей (ближайшую к Земле точку), приливы усиливаются.

Типы приливов в разных частях океана

Два аккуратных горба — картинка для идеальной Земли, сплошь покрытой океаном. На настоящей планете приливы ведут себя по-разному.

Тип	Циклов в сутки	Пример района
Полусуточный	2 полные и 2 малые воды примерно равной высоты	Берега Атлантики
Суточный	1 полная и 1 малая вода	Отдельные районы Мексиканского залива и Южно-Китайского моря
Смешанный	2 цикла заметно неравной высоты	Тихоокеанское побережье Северной Америки

Ритм «2+2» ломают материки: они встают поперёк пути приливной волны. Добавляют своё форма и размеры морских бассейнов, глубины и собственные колебания воды в каждом из них. Вода в заливе раскачивается со своим периодом, как в ванне, и на одни приливные составляющие откликается сильнее, чем на другие.

Есть в океане и амфидромические точки. Амплитуда прилива там близка к нулю, а приливная волна обходит их по кругу, будто вращается вокруг неподвижного центра.

На Белом море приливы полусуточные: два подъёма и два спада за лунные сутки.

От чего зависит высота прилива и отлива воды

В открытом океане вода поднимается и опускается обычно меньше чем примерно на 1 метр. Большие размахи начинаются у берегов. Луна тянет там с той же силой, зато меняется путь волны: на мелководье и в сужающемся заливе она вырастает. А если период собственных колебаний залива близок к приливному, возникает резонанс, и колебания раскачиваются сильнее.

Место	Величина прилива
Залив Фанди (Канада)	по оценкам до ~16 м, считается мировым рекордом
Пенжинская губа, Охотское море	около 9–13 м, до 13 м, максимум в России
Мезенский залив, Белое море	до ~10 м
Чёрное, Балтийское, Средиземное моря	от сантиметров до десятков сантиметров

С Чёрным, Балтийским и Средиземным морями история другая. Они почти замкнуты, океанская волна заходит туда слабо, а собственный заметный прилив им не создать: слишком малы.

Внутри Белого моря разброс большой. В Мезенском заливе прилив доходит примерно до 10 м, в Кандалакшском заливе и у Соловков он значительно меньше. Точные цифры для своего пункта ищут в таблицах приливов.

В устьях некоторых рек прилив поднимается против течения крутым валом. Его называют бором, самые известные примеры — Амазонка и китайская река Цяньтан.

Влияние приливов и отливов на природу и человека

Литораль

Литораль — полоса берега между уровнями полной и малой воды. Там, где приливы полусуточные, как на Белом море, её дважды в сутки заливает и дважды она обсыхает. Для полевой биологии на Белом море это главный объект: зону осушки можно обойти пешком.

Её жителям приходится менять среду несколько раз за день. В отлив они оказываются на воздухе, то под солнцем, то на холодном ветру. Моллюски плотно захлопывают раковины и держат внутри воду, черви зарываются в грунт. Многие прячутся под слоем водорослей, где сохраняется влага, или пересиживают в лужах, которые не успевают пересохнуть до следующего прилива.

По осушке можно уйти далеко от берега, и тут легко попасться. Прилив возвращается постепенно, но вода прибывает быстрее, чем кажется со стороны, и обратный путь сокращается, особенно на пологом берегу. Поэтому время полной воды узнают заранее.

Энергетика

Энергию приливов забирают приливные электростанции. Одна из первых, Ла-Ранс во Франции, заработала в 1966 году, её мощность 240 МВт. В России в 1968 году на Кольском полуострове, на берегу Баренцева моря, запустили экспериментальную Кислогубскую ПЭС. Есть приливная станция и в Южной Корее — Сихвинская.

Земля и Луна

Приливы бывают не только у воды. Твёрдая Земля тоже поднимается и опускается на десятки сантиметров, но без приборов этого не почувствуешь.

Приливное трение понемногу тормозит вращение Земли: за столетие сутки удлиняются примерно на 2 мс. А Луна тем временем отдаляется от нас примерно на 3,8 см в год, это измерили лазерной локацией.

Как узнать время прилива и отлива

Время прилива каждый день сдвигается, высота зависит от фазы Луны и формы берега, так что по общей схеме его самому не высчитать. Точные данные публикуют в таблицах приливов, их составляют гидрографические службы и морские порты. В такой таблице обычно есть время полной и малой воды на каждую дату, высота уровня в эти моменты и пункт, для которого сделан расчёт.

Брать нужно таблицу для ближайшего пункта: в соседнем заливе время и высота могут заметно отличаться. На Белом море это хорошо видно — от Мезени до Кандалакши приливы различаются значительно.

Частые вопросы

Почему в Чёрном море почти нет приливов?

Море почти замкнутое: океанская приливная волна проникает в него слабо, а собственные приливы у небольшого бассейна крошечные.

Почему прилив каждый день наступает позже?

Приливы следуют лунным суткам, а они длиннее солнечных. Поэтому полная вода приходит каждый день примерно на 50 минут позже.

Что сильнее влияет на приливы — Луна или Солнце?

Луна. Приливообразующая сила падает пропорционально кубу расстояния, и близость Луны перевешивает массу Солнца.

Где самые высокие приливы?

В заливе Фанди в Канаде. В России — в Пенжинской губе Охотского моря, на Белом море — в Мезенском заливе.

Везде ли бывает 2 прилива и 2 отлива в сутки?

Нет. Кроме полусуточных встречаются суточные приливы с одним циклом и смешанные, где два цикла заметно отличаются по высоте. В амфидромических точках прилива почти нет.

Какие приливы на Белом море?

Полусуточные. Сильнее всего они в Мезенском заливе, у Соловков и в Кандалакшском заливе намного слабее. Значения для конкретного места дают таблицы приливов.