Занимательное волноведение. Волнения и колебания вокруг нас - Гэвин Претор-Пинней

* * *

Раз уж сила гравитационного притяжения воздействует на весь земной шар, откуда такая разница в амплитудах прилива? Почему на тихоокеанском острове Таити она не дотягивает и до 30 см, а у Брисбена на австралийском побережье, в 6 000 км к востоку, составляет 1,7 м? Почему в устье Северна максимум амплитуды — 13,7 м, а у Ньюкуэй, всего на 160 км дальше, достигает лишь половины этого значения? Общего ответа на эти вопросы нет, потому как в каждом конкретном случае должны учитываться факторы как локального, так и глобального масштаба.

Приливные волны не просто распространяются от одного края океана к другому, с востока на запад и обратно, как вы могли подумать, исходя из того, что Земля вращается вокруг своей оси с запада на восток. Вообще-то, полная вода прилива распространяется вдоль берегов океанов. Для наглядности проведем нехитрый опыт. Возьмите сковороду, заполненную на 2,5 см водой. Поставьте ее на стол и слегка подвигайте из стороны в сторону, чтобы возникла волна — она будет подниматься то с одного края, то с другого. Приливные же волны в океане перемещаются иначе. Чтобы сымитировать их ход, добавьте вращение: подвигайте сковороду так, чтобы она описывала легкие круговые движения — волна будет распространяться вдоль края сковороды. Вот это больше похоже на правду. Приливные волны стремятся обойти океанические бассейны вкруговую — получается, что полная вода, гребень приливной волны, проходит порты один за другим.

Некоторые области, называемые океанографами амфидромиями, находятся в центре системы распространяющихся вкруговую приливных волн. В этой области, как и в центре сковороды, уровень воды едва колеблется. У острова, расположенного поблизости от такой амфидромии, например тихоокеанского Таити, приливные волны будут иметь практически нулевую амплитуду.

Но, понятное дело, не все так просто. Дно океана не бывает ровным и плоским, с антипригарным тефлоновым покрытием. Изрезанный рельеф дна и береговой линии обусловливает гораздо более сложную схему распространения приливных волн. Вода образует круговое вращение вокруг отдельных областей внутри самого океанического бассейна.

Думаете, приливные волны просто болтаются себе туда и обратно? А вот и нет: они совершают круговые движения вокруг амфидромических точек, самые значительные из которых отмечены на этой карте

Но что заставляет приливные волны распространяться именно таким образом? Причиной тому вращение планеты. Существует такое явление, как сила Кориолиса, — это отклоняющая сила вращения Земли, действующая на движение особо крупных масс воды на поверхности.[59] Эта же сила заставляет циклоны вращаться по спирали — их снимки из космоса мы видели не раз. Благодаря силе Кориолиса, вода в Северном полушарии при движении отклоняется вправо, а в Южном — влево. Вот почему приливные волны вращаются по часовой стрелке к северу от экватора и против часовой стрелки к югу от экватора.

Итак, свойственное приливным волнам круговое движение до некоторой степени объясняет разницу в амплитуде приливов в разных областях Земли — эта разница обусловлена близостью берега к океанической области амфидромии. Ну а факторы локального масштаба? Благодаря уникальному рельефу, береговая линия никогда не бывает ровной и гладкой. Как мы уже убедились, эффект воронки, в которую превращается залив или устье реки, вынуждает волны собираться «гармошкой», в результате чего амплитуда прилива по сравнению с соседними областями береговой линии увеличивается.

Существует еще один фактор, благодаря которому амплитуды прилива вдоль одной части берега повышаются по сравнению с другой частью берега. Называется это явление приливным резонансом: отражения одной приливной волны накладываются на гребень следующей приливной волны, еще больше увеличивая амплитуду. Приливная волна отражается от берега — совсем как рябь в ванне отражается от ее стенок. Когда береговая линия окружена континентальным шельфом, а это справедливо для большинства океанических бассейнов, приливный резонанс возникает в результате взаимодействия отражения с последующей малой водой. Когда соблюдается определенное расстояние — приливные волны и отражения встречаются у кромки шельфа, — амплитуда прилива резко возрастает. Как, например, в канадском заливе Фанди и в Бристольском заливе, переходящем в реку Северн.

На расстоянии чуть более 600 км от узкой части Бристольского залива в сторону Атлантического океана находится точка, где континентальный шельф Европы заканчивается — морское дно круто обрывается в мрачную бездну. Если измерить эту глубину (у кромки шельфа Кельтского моря), получится одна четвертая длины волны самого мощного прилива в этой части Атлантического океана. Значит, стоячая волна, она же сейш, образуется с узлом (точка минимальной амплитуды колебаний волн) в месте кромки шельфа; пучность (точка максимальной амплитуды колебаний волн) образуется в узкой части Бристольского залива.

Но как бы незначительно волны от берега ни отражались, это все равно способствует возникновению резонанса (тут уместно вспомнить качели, которые подталкивают в определенный момент, наращивая их естественные колебания), поскольку эти волны всегда синхронизируются с последующей малой водой, образуя узел у кромки шельфа. Благодаря явлению резонанса волновые колебания воды у берега нарастают — амплитуда прилива увеличивается по сравнению с тем, какой она была бы при отсутствии континентального шельфа, отстоящего от берега на данном расстоянии. То же самое происходит и у залива Фанди, только в еще больших масштабах.

Полная вода достигает узкой части Бристольского залива, отражается и на обратном пути встречает идущую следом малую воду; место встречи — кромка континентального шельфа Кельтского моря.

Образуется приливный резонанс с узлом у кромки шельфа и пучностью возле устья реки

В некоторых морях, наоборот, амплитуда приливов едва заметна. Происходит это по той простой причине, что морские акватории недостаточно обширны — чем меньше площадь замкнутого моря, тем менее выражены будут его приливы. Запомните: вызывающая приливы сила гравитационного притяжения зависит от разницы притяжения между одной частью водной массы и другой. Лишь когда море или океан достаточно велики, эта разница видна. Вот почему приливы Балтийского и Средиземного морей так малы, что практически незаметны.