Катастрофы и катаклизмы - Страница 6

И только когда Плиний, великий римский натуралист и писатель, подарил древнему миру в 77 г. н. э. свою «Естественную историю», появилось точное описание приливов: «Многое было сказано о природе вод; но самое удивительное – это попеременное наступление и отступление приливов, проявляющееся по-разному, но всегда порождаемое Солнцем и Луной. Прилив дважды наступает и дважды отступает между каждыми двумя восхождениями Луны……

Так или иначе, но к началу христианской эры сам факт существования приливов и их очевидной связи с Луной был общепризнанным. Спустя 7 столетий Беда Достопочтенный, английский ученый, живший в эпоху раннего Средневековья, утверждал, что прилив и Луна связаны теснейшими узами: «И так же море следует за Луной не только в ее восходах и закатах, но и в ее неизменно чередующемся прибывании и убывании; прилив не только приходит нынче позже, чем накануне, как и она, но, как она, он то увеличивается, то уменьшается…»

Первым мощным рывком к пониманию природы приливов стали опубликованные в 1687 г. «Начала» Исаака Ньютона, в которых великий математик и философ изложил свой закон всемирного тяготения.

Этот закон гласит, что все тела притягиваются друг к другу с силой, зависящей от их размеров и расстояния между ними, а еще точнее, что «каждые два тела притягивают друг друга с силой, прямо пропорциональной их массам и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними».

Это означает, что каждое тело в пространстве притягивает любое другое тело. Чем они больше, тем сильнее притяжение; чем дальше они друг от друга, тем притяжение слабее.

Поскольку Луна и Солнце – наши ближайшие соседи в пространстве, приложение к ним закона тяготения наиболее показательно. Фактически Ньютон ограничил свое исследование главным образом гравитационными силами Солнца и Луны, которые в зависимости от положения их в пространстве воздействуют на воду и сушу на Земле. И суша, и вода испытывают на себе действие этих сил, но вода, будучи жидкой и более подвижной, реагирует на них сильнее.

Примем как факт, что приливы – результат притяжения океанов Солнцем и Луной. Но почему же приливы ведут себя столь своеобразно?

Например, почему в некоторых частях света бывает два прилива в сутки, а в других – только один? И почему даже там, где бывает два прилива в сутки, они иногда равны по высоте, а иногда совершенно различны?

Почему в одном конце Панамского канала в течение суток бывает два прилива высотой 3–3,5 м, а в другом его конце (всего в 50 км) – только один, и его высота не достигает даже 0,8 м?

Почему высота приливов в заливе Фанди (Новая Шотландия, Канада) достигает 15–20 м, а в Нантакете, всего в нескольких сотнях миль от залива Фанди, она составляет чуть более полуметра?

Все эти вопросы дают представление о том, сколько важных факторов не смог учесть Ньютон, создавший первую состоятельную теорию приливов.

Наши сегодняшние знания о приливах основываются на ньютоновом законе всемирного тяготения. Но поскольку Земля принимается в нем за целое тело, то в приложении к океану, являющемуся ее жидкой оболочкой, нам следует ввести поправку в формулировку этого закона. Для этого достаточно заменить всего лишь одно слово – вместо слова «квадрат» (расстояния между телами) поставить слово «куб». Этого требует небесная механика, наука настолько сложная, что лучше всего удовлетвориться адаптацией X. А. Мар-мера, согласно которой «приливообразующая сила небесного тела изменяется прямо пропорционально его массе и обратно пропорционально кубу расстояния от него».

Масса Солнца в 26 млн раз больше массы Луны. Если бы они находились на одинаковом расстоянии от Земли, сила притяжения Солнца превышала бы силу притяжения Луны в 26 млн раз.

Однако Луна в 389 раз ближе к Земле, чем Солнце. Если, следуя закону Ньютона, возвести это число в куб – т. е. дважды помножить его на самое себя, – то получится 59 млн. Сравнив это число с числом 26 млн, легко убедиться, что приливообразующая сила Луны превышает приливообразующую силу Солнца в 2 раза. Поэтому Луна является главным приливообразующим фактором, а Солнце – лишь второстепенным. Разумеется, теоретически все небесные тела должны оказывать некоторое влияние на земные приливы, но их размеры или удаленность делают это влияние незначительным.

Если бы вы оказались на острове посреди океана и Луна стояла бы прямо над вашей головой, вы бы находились в точке, где Луна сильнее всего воздействует на земную поверхность, притягивая к себе каждую ее частицу. Вода, будучи жидкой и подвижной, естественно, реагирует на это воздействие сильнее, чем «твердая» земля, хотя действие силы притяжения испытывают на себе все частицы. Вы сами стали бы чуть легче в результате этого притяжения. Сам ваш остров неощутимо переместился бы вверх к Луне, ибо земная кора испытывает притяжение Луны так же, как и вода. Ученые вычислили, что город Москва дважды в сутки поднимается и опускается на целых 40 см. Мы не замечаем подъемов Земли точно так же, как и ее вращения, потому что мы сами – часть этого движения.

«Время и прилив не ждут никого». Это их общее свойство, недаром в английском языке слово «прилив» происходит от слова «время». Во всяком случае, они подчиняются одним и тем же законам, хотя на первый взгляд эти законы озадачивают.

Чтобы понять простейшее проявление влияния самой Земли на поведение приливов, обратимся к географии наших материков и океанов. Ранее мы установили, что вследствие гравитационного воздействия Земли на Луну последней труднее поднимать воды океанов, и поэтому движение, создаваемое лунными приливами, как правило, горизонтально. В открытом море это горизонтальное движение охватывает большую площадь, и здесь мы наблюдаем очень незначительные колебания. Но суша образует преграду этому движению. Мели, а кое-где выступы суши встречают приходящую приливную волну поднятием дна. Воде некуда деться, и высота прилива увеличивается. Поэтому именно у побережий приливы проявляются во всей своей мощи.

В бухту Мон-Сен-Мишель у побережья Бретани, где дно очень постепенно понижается в сторону моря на протяжении 18 км, прилив врывается со скоростью бегущего человека, вздымаясь вверх почти на 12 м. То же самое происходит в Бенгальском заливе и у многих побережий, где дно понижается постепенно.

Подобным образом, когда фронт приливной волны приближается к суживающемуся углублению в береговой черте, берег как бы сдавливает приливную волну с боков, и, поскольку это мешает ее продвижению вперед, она стремится вверх, отчего уровень полной воды значительно увеличивается. Так бывает, например, в заливе Фанди, где прилив попадает в суживающуюся плоскую воронку, так что в некоторых точках вершины залива уровень воды поднимается до поразительно больших высот – 15 м и более.

Однако, если вы посмотрите на глобус, то увидите, что географические точки, в которых приливы достигают наибольшей высоты, заметно различаются по широте, что опровергает одно из утверждений, а именно, что высота приливов уменьшается по мере приближения к полюсам. То же самое справедливо для приливов малой высоты у некоторых побережий. Причиной тому – другой фактор земного происхождения – собственные колебания бассейнов.

Не так-то просто понять, что такое собственное колебание. Тем не менее нам необходимо уяснить смысл этого понятия. В противном случае мы не поймем, что такое приливы.

Буквально колебание означает «движение то вперед, то назад или то вверх, то вниз». Что такое колебание в приложении к океанографии, можно проиллюстрировать следующим классическим примером.

Возьмите обычный таз для мытья посуды и налейте в него воду. Наклоните или потрясите его. Вода в тазу начнет раскачиваться, и ее движение будет напоминать качание маятника. Движение это будет продолжаться в определенном ритме и с определенной длиной волны еще долго после устранения первоначального импульса. Когда волнение наконец успокоится, попробуйте наклонить или толкнуть таз точно так же, как и в первый раз, и вся картина движения воды повторится в том же точно ритме и с той же длиной волны. Вы также заметите, что вода поднимается выше всего по краям таза, а в центре его остается неподвижной. Здесь приходит в голову простая аналогия с детскими качелями, когда доска высоко взлетает и низко опускается по краям, а в середине неподвижна. А теперь повторите этот опыт с каким-нибудь меньшим, но более глубоким сосудом. Произойдет то же самое: вода будет раскачиваться назад и вперед в одном и том же ритме. Но в меньшем резервуаре движение быстрее – формирующимся волнам приходится проделывать меньший путь, – и вы обнаружите значительные различия колебаний в двух разных сосудах.