Приливы

"Море дышит". - Силы космические и земные. - Причуды приливной волны. - Загадка Таити. - Календарь и часы животных. - Приливные течения

Дважды в течение суток вздымается могучая грудь океана и дважды опускается. "Море дышит" - так образно и художественно описывал приливы еще в XIV в. новгородский архиепископ Василий Калика, рассказывая в письме епископу тверскому Федору о морских плаваниях новгородцев. Действительно, перемешивая воду, приливные течения, как гигантские легкие, способствуют снабжению кислородом морских глубин, хотя, конечно, знать об этом Василий Калика в то время не мог. Благодаря тому же перемешиванию приливо-отливные течения усиливают поглощение и отдачу тепла водой и местами таким путем сглаживают сезонные изменения температуры воздуха. Это, например, отчетливо заметно в Горле Белого моря, где приливные течения изменчивы и сильны.

Там, где берег отлогий, во время прилива над ним бушуют волны прибоя, а при отливе отступившее море обнажает широкую полосу гальки, песка или ила, населенную организмами, хорошо приспособившимися к таким превратностям судьбы.

Вот мы на Терском берегу Белого моря, у входа в сравнительно мелководный пролив, соединяющий его с Баренцевым морем. (Этот пролив называют Горлом Белого моря.) Время отлива или, как говорят моряки, "малая вода". На протяжении двух - трех километров тянется песчано-илистая отмель. В углублениях, оставленных морем, соленые лужи. На высоких шестах тут и там натянуты сетки. Что это? Неужели и сюда пробрались любители спорта, чтобы во время отлива сыграть партию в волейбол?- Не сразу догадаешься, что это рыбачьи сети, предназначенные для лова семги. Рыбаки здесь выезжают на лов не на лодке, а на лошади, запряженной в телегу, и рыбу не вытаскивают из воды, а снимают с сетей, словно подарки с новогодней елки. Поистине необычайное зрелище представляют собой сети, стоящие на берегу с застрявшими в них метровыми серебристыми семгами.

Словно фрукты с дерева снимают рыбаки в отлив застрявшую в сетях рыбу. Не в лодке, а на телеге собирают улов в Горле Белого моря, в заливе Фанди в Северной Америке, у берегов Англии и Нормандии

А вот и другое проявление прилива. У пристани в Мурманске грузится большой океанский пароход. При полной воде человек, стоящий на пристани, смотрит на пароход снизу вверх, а судовые лебедки для того чтобы опустить груз в трюм парохода, поднимают его сначала высоко в воздух. Но вот наступил отлив. Палуба парохода теперь на уровне пристани, а иной раз и ниже. Человек смотрит на пароход сверху вниз, а лебедки плавно несут свои груз в трюмы парохода по горизонтали. В Лондонском порту, чтобы избежать этих неудобств при погрузке, суда для погрузочных и разгрузочных работ заходят на полной воде в доки, но зато, кончив погрузку, они должны терять время на ожидание прилива, чтобы выйти из дока.

Еще интереснее морские приливы в реках. Прилив сперва останавливает, а потом поворачивает течение реки вспять. Морская соленая вода клином внедряется в реку по дну и нередко очень высоко поднимается вверх по течению. Очень часто время прилива в реках бывает короче, чем время отлива, а полная вода держится намного дольше, чем малая. Такое длительное стояние полной воды в Северной Двине у Архангельска поморы называют "манихой".

В устьях некоторых рек приливная волна, распространяясь навстречу речному течению, принимает вид высокого крутого вала. Этот приливной рал называют "бор" или "маскарэ". Он разрушает берега и мешает плаванию судов. Бор сравнительно небольшой высоты наблюдается у нас в реках, впадающих в Мезенский залив. В реке Петикодиак, несущей свои воды в залив Фанди в Северной Америке, бор во время больших приливов достигает высоты 3 м и распространяется вверх по реке со скоростью 11-12 км в час. В китайской реке Цянь-танзян бор достигал в высоту 7-8 м; крутизна его переднего склона равнялась 70º. Эта страшная стена воды устремлялась вверх по реке со скоростью 15-16 км в час. На протяжении 800 лет ко дню праздника осени китайцы съезжались на берег моря для того, чтобы полюбоваться этим необычайным зрелищем. Но бор причинял много вреда. Чтобы умилостивить грозное явление природы, китайские императоры выстроили на берегу "башню успокоения моря". Однако башня не помогла. Тогда для укрепления берегов реки была выстроена 80-километровая стена. Очень высокий бор известен в гигантской южноамериканской реке Амазонке; при высоте 5-6 м он распространяется вверх по реке на расстояние до 300 км. На наблюдателей он производит потрясающее впечатление. На многих реках - Сене и Шаранте во Франции, Северне в Англии, Хугли в Индии с помощью специальных гидротехнических сооружений опасные для судоходства боры почти совершенно устранены.

Приливы известны человеку с давних времен, вероятно, с тех пор, как ему пришлось поселиться на берегу необозримого, временами страшного своей яростью, временами спокойного и ласкового кормильца - океана. Сколько съедобных ракушек оставлял он на берегу во время отлива! На местах древних приморских стоянок первобытного человека до сих пор находят кучи раковин, наглядно говорящих о том, каким подспорьем в его трудной жизни был океан.

Сложение силы притяжения Луны с центробежной силой, возникающей при вращении системы Земля - Луна, создает приливообразующую силу. Приливообразующая сила в точках A и B увеличивает силу тяжести, но не образует ни прилива, ни отлива. В точках Z и N она уменьшает силу тяжести, но также не образует прилива. Приливообразующие силы в секторах между точками A, Z, B и N увлекают воду к точкам Z и N, благодаря чему в океане возникают две приливные волны

О приливах в Красном море уже в V в до н. э. упоминает в своих трудах древнегреческий историк Геродот. В закрытом Средиземном море приливы незначительны, поэтому они мало привлекали к себе внимание мореплавателей. Но как только обитатели Средиземноморья вышли в океан, уменье учитывать состояние прилива стало неотъемлемой частью искусства кораблевождения.

Первым подметил связь между высотой прилива и фазами Луны уроженец Массилии (ныне Марсель) географ Пифей, побывавший на берегах Англии, где приливы особенно велики. За сто лет до новой эры появился первый труд по океанографии - книга "Об океане". Автор книги Посидониус подробно описал приливы в Кадиксе, на атлантическом берегу Пиренейского полуострова, и не только с уверенностью указал на их связь с фазами Луны, но даже постарался выразить эту связь числом. Он первым заметил разницу между величинами приливов во время равноденствий в марте и сентябре и в период солнцестояний в июне и декабре.

Две приливные волны - одна на стороне Земли, обращенной к Луне, другая на противоположной стороне

Однако понять сущность явления приливов удалось только после открытия Ньютоном всем известного теперь закона всемирного тяготения.

Масса Солнца в 30 миллионов раз больше массы Луны, но Солнце в 390 раз дальше от Земли, чем Луна. Поэтому притяжение маленькой Луны в конечном итоге в 2,17 раза больше притяжения гигантского по сравнению с ней Солнца.

Собственно же приливообразующая сила представляет собой, как это показано на рисунках, результат сложения силы притяжения Луны и центробежной силы, образующейся при вращении системы Земля - Луна. Именно поэтому вокруг земного шара за сутки обегают две волны. Гребень той, которая побольше, обращен к Луне, а гребень другой находится на противоположной стороне земного шара.

Если бы земной шар был сплошь покрыт водой, притяжение Луны создавало бы в нем прилив величиной в 0,54 м, а притяжение Солнца - прилив величиной в 0,25 м. Наибольший прилив равнялся бы сумме лунного и солнечного приливов. И повсюду было бы два прилива и два отлива в сутки. Такой вид приливов называют полусуточным. Полусуточные приливы хорошо известны у нас на Мурманском побережье, в Белом море и у берегов Сибири. Это преобладающий тип приливов. Однако свободному распространению приливной волны вокруг земного шара мешают материки, цепи островов. Они сильно искажают приливные волны, в результате чего есть места, где прилив и отлив повторяется только раз в сутки. Такие приливы носят название суточных. У наших тихоокеанских берегов приливы имеют промежуточный характер между суточными и полусуточными, их называют смешанными приливами.

В открытом океане и сейчас величина прилива около метра. Но у берегов она достигает местами 10-18 м. Там, где в полную воду свободно пройдет большой океанский пароход, в малую воду сядет на мель даже небольшая рыбачья лодка. Происходит это потому, что достигая мелководной береговой отмели и проникая в заливы и бухты, приливная волна растет. При сложении первичной приливной волны с волной, отраженной берегами, и образуются такие большие приливы.

В приведенной таблице 1 перечислены некоторые пункты, в которых приливы особенно велики.

Перемещая огромные массы воды, приливообразующая сила должна, казалось бы, обладать большой величиной. На самом деле она очень мала и равна всего одной девятимиллионной доле силы тяжести. Таким образом, благодаря притяжению Луны каждая частичка воды в океане, если Луна находится над ней в зените, теряет 1/9000000 часть своего веса, а если Луна по отношению к ней находится на горизонте, увеличивает свой вес на 1/18000000.

Взаимное положение Земли, Луны и Солнца непрерывно меняется, поэтому и величина прилива также меняется каждый день. Когда относительное положение Земли, Луны и Солнца возвращается к первоначальному, цикл прилива повторяется. Главная роль в образовании приливов принадлежит Луне. Поэтому основной цикл прилива тесно связан с ее фазами и равен, как мы уже знаем, двум неделям (точнее 13 5/6 суток).

Когда Луна и Солнце во время полнолуния и новолуния находятся на одной линии, приливообразующие силы обоих светил складываются. Приливы в это время достигают наибольших величин и называются сизигийными. Когда же Солнце и Луна находятся по отношению к Земле под углом 90º (четверть прибывающей или убывающей Луны), величина приливов наименьшая. Такие приливы носят название квадратурных. Сизигийные и квадратурные приливы наступают через каждые две недели. В промежутках между ними величина прилива либо убывает, либо увеличивается, в зависимости от изменения фазы Луны.

Итак, суточный цикл прилива равен лунным суткам, а не солнечным, по которым мы живем. Лунные сутки, т. е. время видимого суточного оборота Луны вокруг Земли, длиннее солнечных суток на 50 минут. Поэтому момент наступления прилива и отлива в каждые следующие сутки наступает на 50 минут позднее, чем в предыдущие. Прилив в океане движется в форме поступательной волны. Представление о такой волне нетрудно получить, ударив рукой по воде, заполняющей ванну. От места удара во все стороны побегут волны - это и есть поступательные волны. Поверхностные поступательные волны, возбуждаемые ветром, охватывают только небольшой верхний слой океана. Поступательная приливная волна охватывает всю толщу океанской воды. В Атлантическом океане приливная волна распространяется со скоростью 300 миль в час; в Ламанше, где сужаются берега и уменьшаются глубины, благодаря трению приливной волны о дно скорость ее уменьшается до 70 миль в час.

В некоторых заливах и бухтах образуется стоячая приливная волна. Если поднять, а потом опустить один конец корыта с водой, вода в нем будет колебаться - при подъеме уровня воды в одном конце корыта уровень воды в другом его конце будет опускаться и наоборот. Это и есть стоячая волна. В середине корыта уровень воды не будет меняться, здесь образуется, как говорят, узловая линия.

Стоячая приливная волна образуется, например, в Красном море, по своей форме напоминающем корыто. В то время, когда в Суэцком канале уровень поднимается, в восточной части моря, у Адена, он опускается, а посередине моря уровень все время остается почти без изменения.

Капитану и штурману корабля очень важно знать величину прилива и время наступления полной и малой воды. В настоящее время предвычисление приливов производится на год вперед. Из "Таблиц приливов", издаваемых в СССР, величину прилива можно выбрать для любого места и на любой день и час.

Благодаря местным особенностям распространения приливной волны и отражению ее берегами, в некоторых районах океанов и морей существуют пункты, в которых уровень совершенно не меняется. Такие пункты хорошо известны, например, в Северном море и других районах океана. Они называются амфидромическими.

Долгое время были загадкой приливы у островов Таити в Тихом океане. Еще недавно некоторые географы, описывая эти острова, утверждали, что у берегов Таити приливы наступают всегда в один и тот же час - полная вода в полдень и полночь, малая вода в 6 часов утра и 6 часов вечера. Некоторые при этом весьма образно добавляли: на Таити океан не повинуется Луне, он признает только Солнце. Но наука постепенно срывает одну за другой завесы тайны с непонятных явлений природы. Так произошло и с приливами у Таити.

В 1924 г. на одном из островов для непрерывного наблюдения за уровнем моря установили мареограф, а в 30-х годах был раскрыт секрет приливов у Таити. Обработка наблюдений показала, что действительно прилив у островов не запаздывает каждые сутки на 50 минут, как это происходит во всех других частях океана. Но все же момент его наступления несколько изменяется. Дневная полная вода приходится на время между 10 и 15 часами, ночная - на время между 22 и 3 часами, но ни та, ни другая никогда не выходят за эти пределы.

Одновременно было установлено, что под влиянием формы тихоокеанского бассейна резко изменилось соотношение между лунным и солнечным приливом. Теоретически лунный прилив в два с лишним раза больше солнечного. У Таити он составляет всего лишь 20% солнечного. Таким образом, географы в какой-то мере были правы, утверждая, что океан у островов Таити повинуется Солнцу, а не Луне. Но причина этого явления оказалась чисто земной, а не космической.

Благодаря отражению волн у берегов Англии между Уэймутом и островом Уайт, иногда случаются не два, а четыре прилива в день. Это так называемые двойные приливы, у каждого из которых по два максимума.

В некоторых районах океана приливы попеременно заливают и обнажают очень широкую береговую полосу. В некоторых местах, как например у бретонских берегов Франции, эта полоса достигает 10-20 км. Эту береговую полосу называют приливной зоной. В ней развилась особая фауна, успешно приспособившаяся к превратностям судьбы - к перемене солености и температуры и к периодическим осушкам. Моллюски, оставленные морем при отливе на сухом берегу, крепко сжимают створки своих раковин до наступления прилива. Морской червь Chaetopterus, который вместе со своим постояльцем - небольшим крабом - живет в V-образной известковой трубке, прячется при отливе в нижнюю ее часть, оставляя место для запаса воды в верхней части трубки. Плоский червь Convoluta roscoffensis живет на песчаных пляжах Англии в симбиозе с зелеными водорослями; пищеварительный органы у него почти атрофированы, так как он питается за счет растительных клеток водорослей. Чтобы дать возможность своей кормилице - водоросли - лучше пользоваться солнечным светом, этот червь, когда отступает море, вылезает на поверхность пляжа. Тысячи таких червей покрывают приливную зону во время отлива. С наступлением прилива черви зарываются в песок. Если их поместить в аквариум с песчаным дном, они продолжают привычные миграции в толщу песка и обратно на его поверхность два раза в сутки, несмотря на то, что никаких приливов в аквариуме нет.

Еще более интересно приспособилась к приливам небольшая, размером с ладонь, люминесцирующая тихоокеанская рыбка грюньон (Laurestes). Она появляется в огромных количествах у берегов Калифорнии весной и держится здесь все лето. Для икрометания эта рыбка выбирает день и час, когда сизигийный прилив достигает наибольшей высоты. При самом начале отлива, выбрав большую прибойную волну, самка и самец вместе выбрасываются на песок. Самка роет хвостом ямку и откладывает в нее икру, которую самец сейчас же оплодотворяет. Весь процесс икрометания продолжается не больше одной минуты. Извиваясь, рыбка хвостом зарывает икру в песок, а со следующей набежавшей волной возвращается в море. Теперь икра в сохранности. Так как идет отлив, вновь набегающие волны не достигнут места, где зарыта икра, а следующий прилив будет ниже сизигийного, во время которого рыбка отложила икру. Новый сизигийный прилив наступит через две недели. Он размоет песок и освободит из плена созревшие за это время икринки. Холодная вода, коснувшись оболочки икринки, заставляет ее лопнуть, и вот готовая личинка рыбы вступает в жизнь.

В период икрометания сотни тысяч, миллионы этих серебристых рыбок выбрасываются на калифорнийские пляжи. О начале нереста сообщают по радио. Сотни людей в спортивном азарте ловят грюньонов прямо руками, так как применение каких бы то ни было орудий лова в этом случае строго запрещено.

Не менее удивительно размножение червя палоло, тесно связанное с приливами и фазами Луны. Этот червь живет в Тихом океане у островов Самоа на дне моря среди скал и кораллов. Один раз в году - в октябре-ноябре - он делится пополам; одна половина червя остается на дне, другая, начиненная яйцами, всплывает на поверхность моря, где и происходит размножение. Всплывают половинки палоло всегда на рассвете того дня, когда Луна достигает последней четверти. В эти дни поверхность моря буквально кишит червями. От обилия светящихся червей и яиц море приобретает молочный цвет.

К ритму приливов отлично приспособилась также австралийская птица негоп. Она живет не ближе 50 км от берега, но регулярно появляется у моря ко времени отлива, чтобы кормиться на отмели мелкими морскими животными. При этом птица безошибочно учитывает ежесуточное запаздывание прилива и отлива на 50 минут.

Говоря о приливах, нельзя не упомянуть о приливных течениях. Направление их меняется вместе со сменой прилива отливом и наоборот. Путь частицы воды, переносимой приливо-отливным течением, в общем невелик. Он зависит от скорости течения и времени, которое занимают прилив, а затем отлив. В узких проливах, между островами, приливные течения достигают очень больших скоростей.

У полуострова Котантен, на оконечности которого расположен французский порт Шербур, скорость приливных течений достигает 6-9 миль в час; в проливах среди Японских, Филиппинских и Алеутских островов наблюдается скорость течений от 8 до 10 миль в час; среди Фольклендских островов и островов Британской Колумбии она еще больше - от 11 до 14 миль в час. Самые сильные приливные течения известны в Скиерстад-фиорде около Бодэ в Норвегии. Здесь скорость отливного течения, особенно весной, когда его усиливают талые снеговые воды, достигает 16 миль, т. е. 27 км в час. Бурный отливной поток устремляется в море с такой яростью и шумом, что дрожат стены домов, стоящих на берегу фиорда.

С развитием приборостроения океанологи получили возможность измерять скорости течений на самых больших глубинах океана. И вот, там, где предполагались застойные зоны либо очень слабые течения, были обнаружены сильные, притом переменные течения. Вероятнее всего, их возбуждают приливные волны, которые по-разному распространяются в слоях океана, различающихся по своей плотности. Однако далеко не всегда удается обнаружить прямую связь между этими двумя явлениями.

В начале 30-х годов автор занимался изучением течений в Белом море. Наблюдения велись с помощью вертушек Экмана. Оказалось, что в сильно расслоенной толще беломорской воды приливные течения на разных глубинах, измеренные в одно и то же время, различались по скорости и по направлению. Глубина в пунктах наблюдений была порядка 300 м. Можно, однако, предполагать, что даже при глубине в несколько тысяч метров в условиях бароклинного (расслоенного) моря приливные течения могут вести себя совершенно так же.

Приливы непрерывно перемещают огромные массы воды. Возникающее при этом трение постепенно замедляет вращение Земли. Впрочем Н. Н. Парийский считает, что главная роль в замедлении вращения Земли принадлежит приливным колебаниям земной коры. Размах этих колебаний на территории Москвы достигает 40 см. Замедление вращения Земли равно 0,0014 сек за 1000 лет.

Огромная энергия океанской приливной волны, превышающая миллиард киловатт, погашается в течение суток. Большая часть энергии приливов расходуется на мелководье материковой отмели и в мелководных морях. Но какая-то часть растрачивается на образование течений и перемешивание водных масс в глубоководных бассейнах Мирового океана. Для полного понимания процессов перемешивания, имеющих огромное значение для жизни океана и для решения спорных вопросов, касающихся захоронения радиоактивных отходов, очень важно знать степень участия в этих процессах приливных явлений. Есть основание, однако, предполагать, что роль их в жизни океана весьма значительна и, может быть, мы вправе сказать, что приливы - это подлинный пульс океана.