Pływy morskie
© Samuel Wantman / Wikimedia Commons, CC-BY-SA-3.0 | © Samuel Wantman / Wikimedia Commons, CC-BY-SA-3.0 |
Pływy morskie (przypływy i odpływy) – regularnie powtarzające się podnoszenie i opadanie poziomu wody w oceanie wywołane oddziaływaniem grawitacyjnym Ziemi z Księżycem i Słońcem[1].
Charakterystyka pływów
Obrót Ziemi i wywołana tym zmiana położenia Księżyca i Słońca względem danego miejsca na powierzchni Ziemi wywołuje różnice w przyspieszeniu grawitacyjnym (ziemskim) w tym miejscu określanym jako siła pływowa. Siła ta jest główną przyczyną zmian poziomu oceanu określanych jako pływy. Wielkość pływów zależy od wielu czynników takich jak kształt wybrzeża (duże pływy w zatokach), głębokość morza, zmienna pozycja Słońca i Księżyca w stosunku do Ziemi, co jest połączone z rotacją Ziemi. Najsilniejsze pływy (syzygijne) występują, gdy wpływy Słońca i Księżyca dodają się do siebie (tj. gdy Księżyc, Ziemia i Słońce znajdują się w linii prostej – w trakcie pełni oraz nowiu Księżyca). Natomiast gdy wpływ Słońca i Księżyca nie sumuje się (Księżyc, Ziemia i Słońce tworzą kąt prosty), pływy są najsłabsze (pływ kwadraturowy). Przeciętny czas między kolejnymi przypływami wynosi 12 godzin i 27 minut. Na podstawie długoletnich obserwacji oraz obliczeń astronomicznych oblicza się czas i wielkość pływów dla poszczególnych punktów, głównie niektórych portów. Wielkości te są podane w odpowiednich publikacjach, tzw. tablicach pływów (ang. Tide Tables). Z danych takich korzystają też specjalne programy komputerowe używane w żegludze.
Skutkiem pływów są oscylacyjne prądy nazywane prądami pływowymi, które są ważne przy nawigacji przybrzeżnej.
Pływy po raz pierwszy zostały opisane przez Seleukosa z Seleucji około 150 r. p.n.e. Badania zjawiska wznowił Simon Stevin[2]. Kontynuował je Izaak Newton, a samo zjawisko opisał w swoim dziele „Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica”[3]. Ponad pół wieku wcześniej – nie korzystając z wyrażeń matematycznych – pływy opisał Galileusz.
Pływy morskie są powtarzającą się cyklicznie zmianą poziomu morza w następujących fazach:
- poziom wody wzrasta w ciągu kilku godzin (przypływ);
- woda osiąga najwyższy poziom;
- poziom wody obniża się w ciągu kilku godzin (odpływ);
- woda osiąga najniższy stan.
W momencie, w którym poziom wody przestaje się obniżać, woda jest najspokojniejsza. Wówczas pływ zmienia kierunek i „zawraca”. Zazwyczaj moment, w którym woda jest spokojna, występuje w okresie najwyższego bądź najniższego poziomu, ale istnieją także miejsca, w których zjawisko to występuje w innych momentach[4].
Różnica pomiędzy maksymalną wysokością wody podczas przypływu, a minimalną wysokością wody podczas odpływu, to skok pływu (aktualny). Można określić także skok maksymalny – czyli różnice pomiędzy maksymalną wysokością wody wysokiej (pływ syzygijny), a minimalną wysokością wody niskiej.
Możliwe jest wykorzystanie zmian poziomu wody wskutek pływów do produkcji energii elektrycznej[5]. Obecnie elektrownie pływowe na świecie mają w sumie moc ok. 500 MW. Jednak przedzielenie ujścia rzeki Severn w Wielkiej Brytanii pozwoliłoby uzyskać elektrownię o mocy 8000 MW. Zaletą takich elektrowni jest regularność pływów, której nie mają elektrownie wiatrowe.
Pływy na Bałtyku
Pływy na Bałtyku są prawie niewidoczne. Jest to spowodowane brakiem szerokiego połączenia z oceanem, małą masą wody w morzu znacznie płytszym i mniejszym niż ocean[6]. W obszarze południowego Bałtyku, gdzie głębokość nie przekracza 100 metrów, poziom wody podczas przypływu podnosi się zaledwie o centymetr. Wielkość amplitudy pływów jest natomiast znacznie większa w obszarze cieśnin duńskich, gdzie może sięgać 14 cm. Nieznaczne zwiększenie amplitudy pływów, do ponad 6 cm, stwierdzono także w części Zatoki Fińskiej[7], na szerokości której morze jest co najmniej dwukrotnie głębsze, ale i znacznie węższe. W wydawnictwach, które ukazały się dawniej można natomiast znaleźć informację, że wielkość tej amplitudy miałaby sięgać tam nawet pół metra.
Pływy morskie w przeszłości Ziemi
Około 3–4 mld lat temu, tj. w czasie „młodości” Księżyca, znajdował się on dużo bliżej Ziemi, w odległości ok. 150 000 km (obecnie ok. 380 000 km). W związku z tym jego wpływ na naszą planetę był silniejszy niż obecnie. Powodowało to powstawanie znacznie wyższych niż obecnie pływów na powierzchni rodzących się na Ziemi pierwotnych oceanów. Wdzierająca się w ląd woda wydzierała luźny materiał mineralny, jak wielu uważa, tworząc środowisko ułatwiające powstanie tzw. „bulionu pierwotnego”. Dlatego, według założeń biologii ewolucyjnej, pływy przyczyniły się do powstania i rozwoju życia na Ziemi. Oddziaływanie pływowe systematycznie spowalnia obrót Ziemi i powoduje oddalanie się Księżyca, czyli energia ruchu obrotowego Ziemi jest zamieniana na ruch wody i na ruch Księżyca. Moc pływów powodowanych przez Księżyc wynosi ok. 3×1012 W, z czego ok. 4% uzyskuje Księżyc. Energia ta powoduje oddalanie się Księżyca od Ziemi[8]. Szacuje się, że pierwotnie okres obrotu Ziemi mógł wynosić 6 godzin.
Miejsca występowania pływów o najwyższych skokach
Miejsce | Akwen | Państwo | Wysokość pływu (m) | ||
---|---|---|---|---|---|
średnio | pływ syzygijny (średnio) | największa zarejestrowana | |||
Zatoka Fundy | Ocean Atlantycki | Kanada | 11,4 | 15,4 | 19,6 |
Río Gallegos | Ocean Atlantycki | Argentyna | 10,4 | 14,0 | 18,0 |
Zatoka Frobishera | Cieśnina Davisa | Kanada | 10,1 | 13,6 | 17,4 |
rzeka Severn | Kanał Bristolski | Anglia | 9,7 | 13,1 | 16,8 |
port Granville | kanał La Manche | Francja | 9,3 | 12,6 | 16,1 |
rzeka Koksoak | zatoka Ungava | Kanada | 8,7 | 11,7 | 15,0 |
Zatoka Penżyńska | Morze Ochockie | Rosja | 8,5 | 11,5 | 14,7 |
zatoka Collier | Ocean Indyjski | Australia | 8,1 | 11,0 | 14,0 |
port Bhaunagar | Morze Arabskie | Indie | 7,2 | 9,7 | 12,4 |
rzeka Kolorado | Zatoka Kalifornijska | Meksyk | 7,1 | 9,6 | 12,3 |
wyspa Maracá | Ocean Atlantycki | Brazylia | 6,7 | 9,1 | 11,7 |
Geodezyjne efekty zjawisk pływowych
- pływowa zmiana wysokości elipsoidalnej (spowodowana jest ona elastycznymi odkształceniami radialnymi skorupy ziemskiej),
- pływowa zmiana przyspieszenia siły ciężkości,
- pływowa zmiana wysokości ortometrycznej,
- pływowa zmiana wysokości normalnej,
- pływowa zmiana długości (są one rzędu s × 10−8, a więc nie ma potrzeby ich uwzględniania w codziennych pomiarach geodezyjnych),
- pływowa zmiana kątów poziomych (poprawki pływowe kątów poziomych osiągają wartości o kilka rzędów mniejsze od błędów pomiarowych),
- pływowa zmiana odchyleń pionu,
- pływowa zmiana różnic wysokości.
Zobacz też
Przypisy
- ↑ pływy morskie, [w:] Encyklopedia PWN [online] [dostęp 2023-01-10] .
- ↑ Simon Stevin. [w:] Historische figuren van het zeewetenschappelijk onderzoek [Skarby nauki ∙ Historyczne postacie morskich badań naukowych] [on-line]. Vlaams instituut voor de zee [Flamandzki Instytut Morski]. s. 4. [dostęp 2020-12-13]. (niderl.).
- ↑ US Department of Commerce , National Oceanic and Atmospheric Administration , NOAA National Ocean Service Education: Tides and Water Levels, oceanservice.noaa.gov [dostęp 2015-11-23] (ang.).-
- ↑ G.J. Mellor, George Mellor: Introduction to physical oceanography. Woodbury, N.Y.: American Institute of Physics, 1996, s. 169. ISBN 1-56396-210-1.
- ↑ Przypływy – źródło ekologicznej energii – Geofizyka w Geologii, gwg.uw.edu.pl [dostęp 2018-07-29] [zarchiwizowane z adresu 2018-07-11] (pol.).
- ↑ Przypływy i odpływy na Bałtyku Polskie Radio » Jedynka » Audycja Janusza Weissa ».
- ↑ Czesław Druet Fizyka morza w:Encyklopedia fizyki współczesnej, PWN, 1983, rysunek 14, strona 864.
- ↑ Co jest źródłem energii pływów oceanów? | Zapytaj Fizyka, zapytajfizyka.fuw.edu.pl [dostęp 2018-02-11] (pol.).
Bibliografia
- Lesław Furmaga, Józef Wójcicki: Mały słownik morski. Gdynia: Mitel International Ltd, 1993. ISBN 83-85413-73-1.
Linki zewnętrzne
- Marek Piotrowski: Nawigacja morska – Sposoby obliczania wartości pływów. Navipedia. [dostęp 2010-04-16]. (pol.).
Media użyte na tej stronie
The M2 tidal constituent. Amplitude is indicated by color ( Which amplitude is meant: peak or peak-to-peak amplitude?), and the white lines are cotidal differing by 30° (a bit over 1 hr). The curved arcs around the amphidromic points show the direction of the tides, each indicating a synchronized 6 hour period.
© Samuel Wantman / Wikimedia Commons, CC-BY-SA-3.0
The bay of Fundy at low tide, 1972. As I recall, this was in New Brunswick, not far from the w:Fundy National Park.
© Samuel Wantman / Wikimedia Commons, CC-BY-SA-3.0
The bay of Fundy at high tide, 1972. As I recall, this was in New Brunswick, not far from the w:Fundy National Park.