Гэвин Претор-Пинни - Занимательное волноведение. Волненя и колебания вокруг нас

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.

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.

Александру Македонскому, в IV веке до нашей эры вторгшемуся в Индию, приливы порядком досадили. Этот живший в древние времена великий человек был знаком только с едва заметными приливами Средиземного моря и оказался совершенно не готов к тому, что произошло, когда флотилия его легких судов пришвартовалась на реке Инд. Из сообщения древнегреческого историка Арриана нам известно, что после отлива суда оказались на мели — факт, воинов Александра порядком озадачивший. Однако их ждало еще большее потрясение — позднее в этот же день суда снова оказались в воде благодаря нахлынувшему приливу, который поднялся вверх по реке в виде бора:

«Суда, завязшие в грязи, были тихонько подняты приливом и поплыли дальше, не потерпев никакого ущерба. Те же, которые стояли на более твердом грунте и не были прочно укреплены на месте, под напором воды или наскочили одно на другое, или же ударились о берег и разбились».{130}

Все той же неосведомленностью о приливах объясняется и тот факт, что в Библии это природное явление ни разу не упоминается. Ведь Палестина выходит к Средиземному морю, а сколько-нибудь серьезными мореходами израильтяне не были.

Прогнозирование приливов — штука неблагодарная. И не только из-за географических особенностей той или иной местности. Сложность еще и в том, что для каждой конкретной области приливная амплитуда сильно разнится по времени. Главная причина тому — изменения в положении Солнца и Луны. Самые большие амплитуды прилива, сизигийные приливы, происходят во время полнолуния или новолуния. То есть, когда Солнце, Луна и Земля выстраиваются на одной линии, силы гравитационного притяжения Солнца и Луны, направленные на Землю, усиливаются. С другой стороны, сизигийный отлив, при котором амплитуда прилива достигает минимума, происходит как раз тогда, когда Солнце и Луна находятся не на одной линии, а под прямым углом друг к другу. При таком положении солнечный свет падает на часть Луны — мы видим не полную Луну, а лишь ее половину. И хотя сама по себе Луна влияет на приливы гораздо сильнее, чем Солнце, важнее всего взаимное расположение этих небесных тел относительно друг друга.

Более того, амплитуда прилива зависит и от погоды. При низком, предвещающим шторм атмосферном давлении воздух оказывает на воду не такое сильное давление — уровень воды поднимается только слегка. Когда же в сторону берега задувает штормовой ветер, уровень воды поднимается больше — это называется штормовым нагоном. При особенно крупном штормовом нагоне, совпадающем с полной водой, прибрежным районам грозит серьезное затопление. Штормовой нагон, вызванный ураганом «Катрина», ударившим по южному побережью США в августе 2005 года, привел к грандиозному затоплению — под воду ушел практически весь город Новый Орлеан. Вода поднялась до 8,5 м, а в некоторых областях, где нагон усилился полной водой, выше 9 м.

Но и кроме погоды существуют факторы, сообщающие приливам индивидуальность. Необходимо принимать во внимание и то, что, во-первых, на протяжении всего лунного месяца расстояние между Землей и Луной меняется, а во-вторых, на протяжении всего солнечного года расстояние между Землей и Солнцем меняется. Силы гравитационного притяжения то усиливаются, то ослабевают; максимум наступает тогда, когда Земля оказывается наиболее близко и к Солнцу, и к Луне.[60]

Неудивительно, что даже с помощью современных компьютеров и замеряющих уровень воды приборов давать точный прогноз приливов от недели к неделе, из области к области практически невозможно. Одни силы при этом надо сложить, другие — вычесть: уравнение слишком уж сложное. Однако результат прост: беспрестанное возрастание и убывание воды.

Разумеется, перемещение гигантских масс воды подразумевает высвобождение невероятного количества энергии.

Принимая во внимание конечность запасов полезных ископаемых, было бы разумно использовать хотя бы часть этой энергии. Технология добычи энергии от порождаемых ветром океанических волн и порождаемых силами гравитационного притяжения приливных волн существует, а уж Великобритания с ее обширными береговыми линиями и высокими амплитудами приливов просто обязана использовать энергию и тех, и других волн. В правительственном отчете за 2006 год подсчитано: 15-20% всех текущих потребностей страны в энергии может быть покрыто за счет «возобновляемой энергии моря»{131}. Слишком смело? Но еще в конце 1990-х годов Комитет по использованию морских ресурсов пришел к выводу, что «даже если 0,1% возобновляемой энергии океанов удастся преобразовать в электричество, мировые потребности в энергии будут удовлетворены в пятикратном объеме».{132}

Однако идея использовать энергию приливов вовсе не нова. В 1999 году возле средневекового монастыря Нендрум на острове у озера Стренгфорд-Лох в северной части Ирландии обнаружили руины приливной мельницы. В озеро заходят приливы, их амплитуда достигает 3,6 м. С подходом приливной волны монахи открывали шлюз, заполняя водой запруду у мельницы. Когда приливная волна спадала, вода из запруды отводилась вниз по выложенному камнем каналу на горизонтально расположенное гребное колесо, которое вращало мельничный жернов, перемалывавший зерно в помещении уровнем выше. Найденная во время раскопок под жерновом дубовая балка была исследована методом датировки по числу годовых колец; выяснилось, что ее изготовили из дерева, срубленного в 787 г. н.э.{133} Археологи предполагают, что мельница была выстроена тогда же. Если так, то это самая первая в мире мельница, работавшая на энергии приливной волны.