Открыть меню

Источники энергии – Приливы и отливы морские и океанские

Источники энергии – Приливы и отливы морские и океанские

Жители многих населенных пунктов на побережьях морей и океанов ежедневно наблюдают очень интересное явление природы — периодические повышения и понижения уровня воды у берегов. Такие периодические колебания воды в океанах и морях называются приливам и отливами. Заметнее всего приливы и отливы у берегов океанов или открытых морей. Здесь обычно наблюдается такая картина. В течение суток, точнее 24 часов 50 минут, уровень воды у берегов дважды повышается и дважды понижается.

Повышение от наименьшего уровня воды до наибольшего происходит постепенно и сначала медленно, а затем все быстрее и быстрее. Оно длится в среднем около 6 часов 12,5 минут. После этого начинается понижение уровня воды. Понижение продолжается в среднем также 6 часов 12,5 минут.

Один из двух приливов в течение суток в данной местности наступает вскоре после того, как Луна достигнет самого высокого положения на небе (верхней кульминации). Основываясь на этом и на совпадении удвоенного периода приливов (24 часа 50 минут) с периодом видимого обращения Луны вокруг Земли, еще в древние времена люди связывали приливы и отливы с Луной.

И действительно, основная причина приливов, как впервые указал Исаак Ньютон,— это притяжение Земли Луной, точнее говоря, разность между притяжением Луной всей Земли в целом, с одной стороны, и водной оболочки ее — с другой. В общих чертах теория Ньютона объясняет приливы и отливы так.

Притяжение Земли Луной складывается из притяжения Луной отдельных частиц Земли. Частицы, которые находятся в данный момент ближе к Луне, притягиваются ею сильнее, а более далекие — слабее. Если бы Земля была абсолютно твердой, то это различие в силе притяжения ее частиц не играло бы никакой роли. Но Земля не абсолютно твердое небесное тело. Кроме того, она покрыта океанами и морями, которые занимают 71% ее поверхности. Поэтому разное притяжение частиц, находящихся вблизи поверхности Земли и вблизи ее центра (эту разность называют приливообразующей силой), смещает эти частицы друг относительно друга, и Земля, прежде всего ее водная оболочка, изменяет свою форму, деформируется.

Частицы воды, наиболее близкие к Луне в данный момент притягиваются Луной сильнее, а частицы, наиболее далекие от нее — слабее, чем частицы, находящиеся в центре Земли

Поэтому частицы водная оболочка Земли деформируется — она вытягивается в направлении Луны. Деформируется и вытягивается к Луне вообще все твердое тело Земли, но гораздо меньше, так как оно состоит из вещества, гораздо более вязкого, чем вода.

Таким образом, на стороне Земли, обращенной к Луне, и на противоположной ее стороне вода поднимается, образуются так называемые приливные выступы и накопляется излишек воды. В других местах уровень воды снижается, оттуда вода стекает, и здесь наступает отлив.

Приливные выступы вблизи стремятся сохранить по отношению к Луне одно и то же положение. И если бы Земля не вращалась, а Луна была неподвижной по отношению к Земле, то Земля вместе со своей водной оболочкой всегда сохраняла бы одну и ту же форму, вытянутую по направлению к Луне, и никаких приливов и отливов не было бы. Однако, Луна обращается вокруг Земли (в ту же сторону, в какую Земля вращается вокруг своей оси). Поэтому приливные выступы следуют за направлением к Луне и перемещаются по поверхности океанов. Образуется так называемая приливная волна (точнее, две волны в противоположных точках земного шара). Вращение Земли со своей стороны непрерывно вносит в полосу прилива все новые и новые области океанов и потому приливы как бы бегут по поверхности Земли. Над каждым пунктом в океане приливная волна, поднимающая уровень воды, проходит дважды в сутки.

В открытом океане уровень воды при прохождении приливной волны поднимается незначительно, в среднем на несколько десятков сантиметров, и естественно, что это остается незаметным, например, для плывущих на корабле людей. Но у берегов даже такой подъем уровня воды уже заметен. Кроме того, у берегов, особенно в узких заливах или бухтах, уровень воды поднимается гораздо выше, чем в открытом океане, так как берег материка препятствует движению приливной волны и вода здесь накапливается в течение всего времени между отливом и приливом. Поэтому около берегов приливы (точнее говоря, разность между уровнями воды при приливе и отливе) достигают в среднем 4—5 м. Самый большой прилив — около 18 м — наблюдается в одной из бухт побережья Канады.

В нашей стране наибольшие приливы — около 13 м — наблюдаются в Гижигинской и Пенжинской губах на Охотском море.

Во внутренних морях, например в Балтийском и Черном, приливы и отливы очень малы и почти незаметны. Это происходит потому, что через узкие проливы, соединяющие такие моря с океанами, за время от отлива до прилива не успевают проникнуть в моря сколько-нибудь значительные массы воды, перемещающиеся вместе с океанской приливной волной. Правда, в каждом закрытом море или даже озере возникают самостоятельные приливные волны и перемещения масс воды внутри этих морей и озер. Но чем меньше море или озеро, тем меньше воды перемещается в нем от одного берега к другому и тем меньше приливы и отливы. Например, в Средиземном море приливы достигают 1—2 м, а в Черном море — 10 см.

Такова в общих чертах картина приливов и отливов и причина их возникновения

При более детальном изучении приливов и отливов наблюдаются такие очень интересные и очень сложные явления. Момент полной воды в данной местности не совпадает с кульминацией Луны, а всегда запаздывает. Это происходит потому, что трение воды о дно океанов и внутреннее трение воды несколько задерживают движение приливной волны и она не поспевает, так сказать, за Луной. Приливная волна достигает данного пункта в океане лишь через некоторый промежуток времени после кульминации Луны, так что прямая линия, проведенная через приливные выступы на противоположных сторонах земного шара, проходит восточнее направления из центра Земли на Луну.

Величина запаздывания приливов в данной местности по сравнению с моментом кульминации Луны называется «прикладным часом».

В разных местностях «прикладной час» разный, так как он зависит от особенностей рельефа дна и берегов. Например, в Остенде (Бельгия) «прикладной час» равен в среднем 25 минутам, в Гибралтаре — 1 часу 47 минутам, в Бресте (Франция) — 3 часам 46 минутам, в некоторых заливах Белого моря — 5 часам и т. д.

В одной и той же местности высота приливов изо дня в день меняется. Это связано прежде всего с тем, что расстояние от Луны до Земли и высота Луны над горизонтом в данной местности в момент кульминации все время изменяются. Изменяется в связи с этим и величина действующей приливообразующей силы. Существует такая формула для приливообразующей силы, действующей на единицу массы на поверхности Земли в момент кульминации Луны.

В течение месяца расстояние от Луны до Земли изменяется приблизительно от 365 тыс. км до 405 тыс. км, а приливообразующая сила изменяется примерно в 1,4 раза. Высота Луны над горизонтом в момент кульминации изменяется в течение месяца в среднем на 47°, причем эта амплитуда изменений колеблется с периодом около 19 лет от 37 до 57°; это приводит как к месячным колебаниям высоты приливов и отливов, так и к колебаниям с периодом около 19 лет.

Заметное приливное действие оказывает на Землю и Солнце, и по той же причине, что и Луна. Хотя Солнце находится от Земли значительно дальше, чем Луна (в среднем в 389 раз), но его масса намного больше массы Луны (в 27 млн. раз), поэтому и влияние его также велико. В моменты сизигий (т. е. когда Земля, Луна и Солнце располагаются на прямой линии) солнечная и лунная приливные волны складываются друг с другом, а в моменты квадратур (когда направления с Земли на Луну и Солнце отличаются друг от друга на 90°) солнечная приливная волна несколько повышает уровень отлива и несколько понижает уровень прилива. Поэтому высота приливов во время сизигий бывает примерно в 2,7 раза больше, чем во время квадратур.

Кроме указанных основных причин колебания высоты приливов и отливов, существуют и более мелкие. Они связаны главным образом с особенностями движения Луны вокруг Земли и Земли вокруг Солнца. Теоретически приливное действие оказывают также и планеты, но оно слишком мало, чтобы его можно было обнаружить.

Под действием приливообразующих сил деформируется не только водная оболочка, но и все твердое тело Земли

Таким образом, приливные волны возникают и на твердой поверхности Земли. Их бы не было совсем, если бы Земля была абсолютно твердой. И наоборот, они были бы наибольшими, если бы Земля была жидкой. Наблюдения приливных волн на твердой поверхности Земли позволяют судить об упругости вещества Земли. Эти наблюдения показывают, что Земля по своей упругости обладает свойствами стального шара.

Приливообразующие силы вызывают также деформации воздушной оболочки Земли. Они выражаются, прежде всего, в периодических колебаниях атмосферного давления. Обнаруживаются также периодические изменения свойств различных слоев атмосферы. Приливы и отливы перемещают большие массы воды, и люди давно стали задумываться над тем, как бы заставить эти массы воды вращать колеса турбин, вырабатывающих электроэнергию. В последние годы вопрос этот уже практически решен, и в ближайшем будущем человек широко будет использовать энергию приливов и отливов.

Принцип работы приливной гидроэлектростанции простой. В заливе, где наблюдаются более или менее значительные приливы и отливы, строится плотина, отделяющая часть залива от океана. Во время прилива или отлива образуется разность уровней воды между океаном и отделенной частью залива. Вода по специальному каналу устремляется сквозь плотину сверху вниз и приводит в движение установленные там турбины.


Просто о сложном – Источники энергии – Приливы и отливы морские и океанские

  • Галерея изображений, картинки, фотографии.
  • Приливы и отливы морские и океанские как источники энергии – основы, возможности, перспективы, развитие.
  • Интересные факты, полезная информация.
  • Зеленые новости – Приливы и отливы морские и океанские как источники энергии.
  • Ссылки на материалы и источники – Источники энергии – Приливы и отливы морские и океанские.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

© 2017 Чистая энергия · Копирование материалов сайта без разрешения и установки прямой обратной ссылки запрещено.