Siła pływowa

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

Wielkość amplitudy składowej księżycowej M2 pływów, będącej główną składową 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

Rozkład maksymalnych wysokości pływów w Morzu Bałtyckim w okresie 100 lat. Kolory segmentów wskazują względny udział energii dobowej (niebieskiej) i półdobowej (czerwonej) w całkowitej energii oscylacji pływowych[6]

Pływy na większości Bałtyku są małe, rzędu kilku centymetrów[6]. Jest to spowodowane brakiem szerokiego połączenia z oceanem, małą masą wody w morzu znacznie płytszym i mniejszym niż ocean[7]. Amplituda pływów jest znacznie większa w obszarze Cieśnin Duńskich i Zatoki Fińskiej, gdzie osiąga 23–24 cm. W Zatoce Fińskiej dominuje cykl dobowy, na co wpływ ma bliskość tego okresu do podstawowego okresu własnego falowania wody w Bałtyku, wynoszącego około 27 godzin, oraz wpływ dobowych zmian bryzy. W Cieśninach Duńskich dominuje pływ półdobowy, pochodzący od pływów Morza Północnego[6].

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

  1. ↑ pływy morskie, [w:] Encyklopedia PWN [dostęp 2023-01-10].
  2. ↑ 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.).
  3. ↑ US Department of Commerce, National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA National Ocean Service Education: Tides and Water Levels [online], oceanservice.noaa.gov [dostęp 2015-11-23] (ang.).-
  4. ↑ G.J. Mellor, George Mellor: Introduction to physical oceanography. Woodbury, N.Y.: American Institute of Physics, 1996, s. 169. ISBN 1-56396-210-1.
  5. ↑ Przypływy – źródło ekologicznej energii – Geofizyka w Geologii [online], gwg.uw.edu.pl [dostęp 2018-07-29] [zarchiwizowane z adresu 2018-07-11].
  6. 1 2 3 Igor P. Medvedev, Alexander B. Rabinovich, Evgueni A. Kulikov, Tides in Three Enclosed Basins: The Baltic, Black, and Caspian Seas, „Frontiers in Marine Science”, 3, 2016, DOI: 10.3389/fmars.2016.00046 (ang.).
  7. ↑ Przypływy i odpływy na Bałtyku Polskie Radio » Jedynka » Audycja Janusza Weissa ».
  8. ↑ Co jest źródłem energii pływów oceanów? | Zapytaj Fizyka [online], 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

This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.