Приливообразующие силы и их геофизическая роль

Согласно закону всемирного тяготения все тела притягиваются одно к другому, в т.ч. и такие небесные тела как Земля и Луна. Сила притяжения Земли и Луны F_зл уравновешивается центробежной силой I_зл, возникающей при вращении двойной планеты Земля – Луна вокруг Солнца относительно общего центра тяжести. Масса Луны меньше массы Земли в 81,5 раза, поэтому общий центр тяжести расположен в теле Земли на расстоянии 0,73 R (R – радиус Земли). F_зл и I_зл противоположно направлены и точно равны относительно центров масс планет. Это равновесие не распространяется на отдельные точки земной поверхности из-за больших размеров Земли, в результате происходит возмущение поля силы тяжести, вызывающее приливы и отливы в атмосфере, гидросфере и твердом теле Земли.

Теория приливов была разработана Ньютоном, сначала для океана, позднее для твердого тела Земли. Согласно этой теории притяжение Луны действует на каждую i-ую точку поверхности Земли с силой F_iл. Для стороны Земли, обращенной к Луне (в зените), F_iл> F_зл, для противоположной, находящейся в надире, F_iл< F_зл. Двойная планета движется около Солнца (без вращения) вокруг общего центра тяжести. Центробежная сила I_зл всюду одинакова и направлена в одну сторону – от Луны. Равнодействующая сил F_iл и I_зл - приливообразующая сила. На половине Земли, обращенной к Луне, F_iл > I_зл, на обратной стороне Земли F_iл < I_зл. При суточном вращении Земли все ее точки оказываются то на стороне прилива, то отлива. Полный цикл включает два прилива (в надире и зените) и два отлива. Его продолжительность 24 часа 52 мин. Это время полного оборота Луны вокруг Земли. Так как Луна вращается вокруг Земли в ту же сторону, что и Земля вращается вокруг своей оси, но медленнее, каждый меридиан оказывается обращенным к Луне не в тот же час, что и в предыдущие сутки, а на 52 мин. позднее. Промежуток времени между приливом и отливом составляет 6 час. 13 мин. Сторона Земли в надире притягивается ~ на 10 % слабее, чем в зените.

В системе Земля – Солнце тоже действует приливообразующая сила, но она меньше лунной (~ 0,46 величины последней). В течение месяца взаимное положение Земли, Луны и Солнца меняется. В сизигии (новолуние и полнолуние) лунный и солнечный приливы совпадают, усиливая друг друга; а в квадратурах (1-ая и последняя четверти) – солнечному приливу соответствует лунный отлив. В результате сизигийные приливы в 2-3 раза больше квадратурных.

Действительная картина приливов очень сложна. В течение месяца постоянно меняются расстояния между Землей, Луной и Солнцем. На приливную волну влияет расположение материков и очертания их береговых линий. Из-за вязкости воды, трения ее о дно и одного слоя о другой наступление приливов несколько запаздывает по отношению ко времени прохождения Луны через меридиан данного места. Величина приливов еще более разнообразна, чем их период. В открытом океане у островов высота прилива (h) близка к теоретической величине (h = 0,53 м – лунный прилив; h = 0,24 м – солнечный). У материков со слаборасчлененной береговой линией h = 1,5 – 2 м. Самая высокая величина прилива – 18 м – наблюдается в заливе Фанди (45 ⁰с.ш.); в Пенжинской губе h = 12 м. Во внутренних морях высота прилива небольшая: Черное море – 0,13 м; Балтийское – 0,12 м.

Воздействие приливообразующей силы на твердое тело Земли незаметно для человека из-за большой длины приливной волны и незначительной высоты. Так, например, район г.Москвы дважды в сутки поднимается и опускается на 0,5 м, длина волны достигает при этом 20000 км, поэтому угол наклона поверхности составляет очень небольшую величину.

При движении приливной волны частицы вещества мантии и ядра Земли взаимно перемещаются, преодолевая внутреннее трение. Это приливное трение, на которое расходуется энергия вращения Земли; в результате скорость вращения замедляется (2 с за 100 000 лет), что является одним из основных геофизических следствий влияния Луны на Землю. (в силуре длительность суток была 21.53 час.).

Приливообразующие силы оказывают определенное воздействие на атмосферу, где с периодом 12 час. 26 мин. отмечаются вариации давления, правда их величина значительно меньше, чем изменения атмосферного давления, происходящие под воздействием солнечной радиации.

Дата добавления: 2014-01-07