Влияние Луны на океанические течения
Вначале очень смелое утверждение:
океанические течения - это результат деятельности лунных приливов.
Далее приведем обоснование. Когда прилив входит в узкое горлышко бухты возникает сильное течение. Это вполне естественно. Чтобы уровень воды в бухте поднялся, она должна туда втечь. А если прилив входит в залив и поднимает там уровень воды? Вода втекает в залив? Или это может произойти каким-то другим образом? По-видимому, есть один только естественный ответ: да, втекает. А когда вследствие лунного прилива в одной части океана уровень воды повышается, то понижается в другой. Это связано с перемещением водных масс? Двух мнений быть не может. Если мы признаем закон сохранения материи, то должны признать, что какая-то часть воды переместилась из одной части океана в другую. Далее приведем некоторые широко известные из литературы сведения о лунных приливах. Лунный прилив является очень длинной волной, скорость ее распространения в океане зависит от глубины океана, чем глубже океан, тем выше скорость, для глубины океана в 11000 м скорость волны равна примерно 1100 км/ час. С такой скоростью волна обежит Земной шар по экватору за 36 часов, т.е. с большим отставанием от видимого движения Луны. Реальное отставание приливной волны в некоторых точках Земного шара достигает величины даже в несколько суток. Как же отставание приливной волны отражается на движении водных масс в океане? Оказывается, самым существенным образом. Луна, обогнав фронт собственной волны, начинает с помощью горизонтальной составляющей силы притяжения тянуть за собой горб этой волны, создавая интенсивное поверхностное течение по направлению движения Луны. Почему же интенсивное течение развивается только в горбе волны, тогда как горизонтальная составляющая притяжения Луны действует на всю толщу океана с одинаковой силой? Дело в том, что на глубине существует огромное сопротивление любым перемещениям: чтобы куда-то двигаться, нужно пробить себе дорогу, растолкать соседей. И в горбе скорость перемещения водных слоев растет от подошвы к его вершине. Это утверждение можно пояснить следующим мысленным экспериментом. Представьте себе стопку листов картона на ровной плоскости. Начинаем тянуть за нижний лист - движется вся стопка, начинаем дополнительно тянуть за второй лист от низа - вышележащая стопка опережает нижний лист, который продолжает двигаться с прежней скоростью. Если одновременно с одинаковой силой тянуть за все листы сразу, то быстрее всех будет двигаться верхний лист; медленнее верхнего листа, но быстрее остальных движется второй по счету от верха лист, третий уступает первому, второму, но опережает прочие и т. д. Таким образом скорость движения листа определяется его положением в стопке: чем ниже находится лист, тем меньше его скорость. Чтобы легче осмыслить предыдущие рассуждения, позволим себе еще одно сравнение. Мы едем в поезде, при этом нам не надо тратить собственную энергию на передвижение, нас везет поезд. Собственную энергию мы начнем тратить только тогда, когда пойдем по вагонам, т. е. будем перемещаться относительно поезда. Вот так и с картоном, каждый нижележащий лист является “поездом для вышележащих. Далее вернемся от стопки с картоном к приливной волне. Но нам теперь уже не сложно горб этой волны мысленно представить в виде стопки водных слоев, по аналогии со стопкой картона, и теперь понятно, почему Луна, опережая приливную волну, создает сильное именно поверхностное течение. Достигнув противоположного берега океана, приливная волна должна отразиться и повернуть назад. Но здесь вступает в действие еще один фактор: т.к. высота приливной волны убывает по фронту по мере удаления от центральной оси в одну и другую стороны, то этот перепад высот приводит к возникновению течения в сторону более низкого потенциала. Отраженная волна не может сохранять форму прямой приливной волны, потому что поле сил, придающее волне именно такую форму, ушло вместе с Луной. Вот и возникают вместо отраженной волны два циркуляционных вихря, закрученные в противоположные стороны.
Если быть более точным, то следует отметить, что приливная волна частично начала расползаться до того момента как дошла до берега. Убегая вперед, Луна ослабляет поле действия своих сил на приливную волну, что заставляет приливное течение расползаться вправо и влево от оси симметрии, при набегании на берег процесс интенсифицируется.
Почему же до сих пор ученые считают, что ответственными за создание морских течений являются ветра, преобладающие над этим районом? Ответ на этот вопрос заключается в следующем. Лунные приливы на океан и атмосферу Земли действуют аналогичным образом, поэтому большую часть выше приведенных рассуждений можно отнести не только к океану, но и к атмосфере, а следовательно и к ветрам. Поэтому нет ничего удивительного в том, что направление океанических течений и атмосферных течений, т. е. ветров, как правило, совпадают. Хотя не следует забывать о том, что если по значимости влияния на океанические течения Луна играет первостепенную роль, а роль Солнца вторична, то в атмосферных течениях роль Солнца первична, а Луны вторична. Это следует из того, что атмосферные течения теснейшим образом связаны с конвективными переносами тепла солнечной радиации. Действие же приливных сил лунного и солнечного тяготений по степени значимости влияния на атмосферные циркуляционные процессы стоят после конвективных. Этим пока и ограничим разговор об атмосферных циркуляционных процессах и вернемся к океаническим течениям.
Выше изображена схема приложения сил лунного притяжения просто к тору земной поверхности (левый рисунок) и к тору земной поверхности, на которой находится подвижный предмет (правый рисунок). Если в первом варианте силы лунного притяжения не могут привести тор в движение, а могут только его деформировать, что мы и наблюдаем при лунных приливах, то во втором варианте силы лунного притяжения заставят подвижный предмет скользить по поверхности тора, а чтобы момент количества движения сохранился, сам тор немного раскрутится навстречу предмету. Если подразумевать под подвижным предметом горб приливной волны, то сразу становится понятным механизм приливного течения. Парадоксальность ситуации состоит только в том, что пара сил симметрична, и она как бы должна сдвинуть предмет сначала в одну сторону, а затем вернуть в исходное место. Все правильно, так происходит, когда подвижность предмета не меняется при действии приливной силы сначала одного направления, а затем обратного. Но если, например, корабль стоял на якоре до тех пор, пока луна не зависла над кораблем, а затем с якоря снялся, то приливная сила его переместит на значительное расстояние и никогда не вернет в исходную точку. Так можно даже совершать кругосветные путешествия, то вставая на якорь, то снимаясь, лишь бы эти действия были синхронизированы с действием приливных сил. А вот пример из жизни на эту тему: на побережье океана, где приливы и отливы достаточно сильны, запрещено купаться во время отливов - унесет в океан. Осталось только напомнить, что приливная волна создается в центре конуса гравитационных сил, и далее, когда Луна обгоняет собственную волну, то на гребень волны действует тангенциальная составляющая гравитационных сил одного направления. Это и создает приливное океаническое течение.
Работа опубликована в газете “Время” за 15 марта 2006 г.