Михаил Курушин - Катастрофы и катаклизмы
На нашей планете приливы существовали задолго до того, как появились океаны. И даже до того, как образовалась Луна, которая отчасти управляет ими. Согласно одной из теорий, притяжение Солнца породило огромные приливы на поверхности Земли еще в те времена, когда она представляла собой расплавленную массу. В какой-то момент эти приливы стали настолько большими (поверхность Земли так далеко выпятилась в сторону Солнца), что часть расплавленной массы оторвалась и вихрем взвилась в космическое пространство. Так появилась Луна. И поверхность Земли тотчас же стала испытывать притяжение новорожденного небесного тела. В начале своего космического путешествия Луна была намного ближе к Земле, чем теперь. И надо думать, что в то время, когда земные испарения, сконденсировавшись во влагу, образовали океаны, приливы, порождаемые Луной, достигали огромной высоты. Они обрушивались на острова-континенты, меняя их очертания и вымывая из твердых земных пород соль и другие химические вещества, которые теперь содержатся в морской воде.
По мере того как Луна отдалялась от Земли, приливы слабели и наконец стали такими, какими мы наблюдаем их сегодня. Но и теперь они испытывают заметные колебания. Каждые несколько столетий расположение Земли, Луны и Солнца относительно друг друга повторяется, что обусловливает длительные приливные циклы: в сравнительно недавнем прошлом, где-то около 550 г. н. э., приливы были минимальны, в 1400 г. они достигли максимума, а следующий минимум ожидается примерно в 2400 г.
В наши дни, по мере того как Луна неуклонно отдаляется от Земли, приливы продолжают незаметно ослабевать. Одновременно приливное трение замедляет вращение Земли, вследствие чего с каждым столетием земные сутки удлиняются на доли секунды. Так будет продолжаться и дальше, и в невообразимо далеком будущем (через многие миллионы лет) лунные приливы исчезнут вовсе.
Первые сведения о приливах и первые теории
Одна из причин того, что мы так поздно получили первые сведения о приливах и так мало знаем о них и сейчас, состоит в том, что первые записи исторических фактов пришли к нам от древних египтян, греков и римлян. Эти цивилизации развивались на берегах Средиземного моря, где приливы почти незаметны.
Даже английское слово «tide», означающее «прилив», имеет весьма туманное происхождение. По-видимому, оно происходит от древнеанглийского «tid» или немецкого «zeit», а оба эти слова означают «время» или «относительно времени». Это наводит на мысль, что уже в древние времена люди подметили связь подъемов и спадов поверхности океана с фазами Солнца и Луны. У древних греков соответствующее слово означало отступление и наступление воды.
Первое упоминание о приливах относится приблизительно к 425 г. до н. э. и принадлежит перу древнегреческого историка Геродота, который, описывая некий залив у побережья Аравии (вероятно, Красное море), заметил: «Там каждый день отступает и наступает прилив». Полутора веками позже Пифей из Массилии, который отважился выйти за пределы не знающего приливов Средиземного моря и обогнуть Британские острова, заметил некую связь между приливами и Луной. Но ни Геродот, ни Пифей не дают объяснений этому странному явлению.
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…»
Ньютон и закон всемирного тяготения
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.
Силы, возбуждающие приливы
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
«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.
