Почему бывают приливы и отливы: как Луна и Солнце управляют океаном

Приливы и отливы происходят потому, что Луна своим притяжением деформирует водную оболочку Земли: со стороны, обращённой к Луне, вода притягивается и образует выпуклость, а с противоположной стороны возникает вторая выпуклость из-за инерции вращения системы. Земля вращается под этими двумя «горбами» воды, и побережья поочерёдно оказываются под ними или между ними.

Гравитация как двигатель приливов

Луна притягивает всё, что есть на Земле: камни, воздух, воду. Твёрдая кора реагирует слабее, но океан заметно деформируется. Ключевое слово здесь «приливная сила»: она является не самим притяжением, а разницей притяжения на разных точках Земли. Сторона, обращённая к Луне, притягивается сильнее, чем центр планеты, а центр притягивается сильнее, чем дальняя сторона. Эта разница и растягивает океан в сторону Луны и одновременно в противоположную.

Поэтому за сутки большинство побережий переживают два прилива и два отлива. Земля совершает оборот примерно за 24 часа, и каждое конкретное побережье дважды оказывается под водяными выпуклостями и дважды между ними. На практике из-за особенностей геометрии берегов, глубины и формы морских котловин картина сложнее: некоторые места имеют один прилив в сутки.

Роль Солнца и сизигийные приливы

Солнце тоже создаёт приливную силу, хотя оно несравнимо больше Луны. Но оно и несравнимо дальше: приливная сила убывает с расстоянием в кубе, поэтому солнечная приливная сила составляет около 46 процентов лунной. Два раза в месяц Солнце, Луна и Земля выстраиваются в линию. В новолуние и полнолуние силы складываются, и наблюдаются максимальные сизигийные приливы. Разница уровней воды в некоторых бухтах достигает 16 метров.

Когда Луна находится под прямым углом к линии Земля-Солнце (первая и последняя четверти), силы частично компенсируют друг друга, и приливы становятся небольшими, квадратурными. Рыбаки и моряки испокон веков знали этот цикл и планировали выходы в море с его учётом.

Почему в разных местах приливы такие разные

Открытый океан реагирует на приливные силы относительно скромно: подъём воды там не превышает полуметра. Но когда этот широкий фронт воды входит в воронкообразные заливы или мелководные эстуарии рек, он усиливается многократно. Уникальный пример в России: в Пенжинской губе Охотского моря, которая имеет форму клина, уровень воды меняется более чем на 13 метров. Это один из крупнейших приливов в мире.

Форма дна, конфигурация берегов и размеры водоёма создают резонансные эффекты. Если период собственных колебаний залива близок к периоду прилива (около 12,4 часа), амплитуда многократно возрастает. Именно резонанс объясняет рекордные приливы в отдельных бухтах.

Приливы как источник энергии

Колоссальная кинетическая энергия приливов привлекает энергетиков. Приливные электростанции работают по принципу гидроэлектростанции, только турбины раскручиваются не рекой, а входящей и выходящей приливной волной. В России проектируется использование потенциала Пенжинской губы: расчётная мощность возможной ПЭС там сопоставима с несколькими крупными ГЭС одновременно. Пока технические и инфраструктурные трудности сдерживают реализацию проектов, но ресурс огромен.

Приливные силы также постепенно замедляют вращение Земли. Миллиарды лет назад сутки длились около 6 часов. Сегодня сутки длиннее примерно на 1,7 миллисекунды в столетие. Луна в ответ медленно удаляется от Земли: примерно на 3,8 сантиметра в год. Это взаимодействие двух небесных тел продолжается и по сей день.