Вход

Гидрология

Реферат по биологии
Дата добавления: 23 января 2002
Язык реферата: Русский
Word, rtf, 144 кб
Реферат можно скачать бесплатно
Скачать
Данная работа не подходит - план Б:
Создаете заказ
Выбираете исполнителя
Готовый результат
Исполнители предлагают свои условия
Автор работает
Заказать
Не подходит данная работа?
Вы можете заказать написание любой учебной работы на любую тему.
Заказать новую работу
Гидрология Явление морских приливов было замечено очень давно . В V веке до нашей эры о нём уже писал древне греческий историк Геродот . Долгое время причи ны , вызывающие приливы , оставались непонятными . В древности их объясняли дыханием живущего в море божества Океана , или следствием дыхания планеты . Высказывались и другие фантастические предположения о природе приливо в . Между тем уже в весьма отдалённые в ремена простые жители приморских земель не только знали об особенностях приливов , но и связывали их с положением луны . Древн ие финикийцы – лучшие мореплаватели античног о м ира – были убеждены , что три движения моря управляются Луной : одно из них можно наблюдать ежедневно , второе – ежемесячно , третье – ежегодно. На островах Самоа ещё задолго до прихода туда европейцев жители заранее очень точно высчитывали время приливов , рук оводствуясь положением и фазами Луны . На к оралловых рифах у берегов Самоа в огромно м количестве живут морские черви палоло – излюбленное лакомство самоанцев . Дважды в год (в октябре и ноябре ) черви покидаю т риф и всплывают к поверхности моря , где их и лов я т . Каждый раз палоло "приходят " среди ночи во время пр илива на шестые сутки после полнолуния и потом ещё две ночи подряд . На Самоа не было календаря , не велось летосчисления , но наблюдательные самоанцы к долгожданной ночи запасали сети и корзины и никогда не ошибались в сроках лова. Из европейских учёных первым обратил внимание на связь приливов с движением Лу ны философ Р . Декарт (1596 – 1650). Он подметил , что время наступления приливов связано с положением нашего естественного спутника над горизонтом , а а мплитуда зависит от фазы луны . Связь между Луной и приливами он установил , а вот правильно объяснить её не смог . Согласно теории Декарта Л уна , проходя по небосводу , давит на воздух , окружающий Землю , а воздух , в свою оч ередь , давит на воду , заставляя её п о нижаться . Теория приливов Декарта была совершенно непохожа на господствовавшие в то время взгляды Галилея на приливы. Галилей отказался от идеи Кеплера о гравитационном притяжении , которую он считал вызывающей сожаление уступкой средневековью . (К еплер в св оей "Новой астрономии " (1609г .), содержавшей общие рассуждения о силе тяже сти , объяснял приливы как результат гравитаци онного притяжения , с которым Луна действует на поверхность океана .) Сам Галилей верил , что приливы вызываются влиянием вращения З емли на море и что само сущест вование приливов является доказательством того , что Земля движется , и тем самым косвенн ым подтверждением коперниковской системы . Теория приливов Галилея была изложена им в 1595г ., и окончательный её вариант появился в 1632 г . в " Dealo gi sopra i due massimi sismi del mondo , Tolecaico e Coperniciano ". Галилей предположил , что в каждой точке земной поверхности происходят постоянн ые изменения в скорости , зависящие от того , совпадают ли направления орбитального и осевого вращения Земли . Под орбитальным здесь понималось движение Земли вокруг Солнца в течение года , а под осевым – в ращение каждые 24 часа вокруг своей оси . Изм енения скорости каждой отдельной точки Земли вызывают возмущения в морском дне , которы е , передаваясь воде , вызывали прил и вы . Галилей пытался объяснить наблюдаемые времена и высоты приливов , также как и их изменения от места к месту , как результат ограничений , наложенных на первоначал ьную силу , вызываемую движениями Земли вокруг Солнца и своей оси , конфигурацией морског о дна. Эти три подхода к объяснению происхож дения морских приливов – галилеев , декартов и ранние версии гравитационной теории (на иболее полно изложенные у Кеплера ) были ос новным содержанием "теории " морских приливов в середине Х VII в ека . Ни одна из них ни тогда, ни через некоторо е время не смогла занять место другой , и все три имели своих почитателей и последователей , также как и критиков . До настоящего объяснения устройства Вселенной , так же как морских приливов , пришлось , однако , подождать до рождения в Англии Исаака Ньютона . Он сумел в своих "Н ачалах " не только сформулировать основные зак оны механики , но и показать , как на их основе можно объяснить многие загадочные явления , наблюдаемые на нашей планете . В первую очередь это , пожалуй , относится к объяснению пр и ливов в Мировом океане . Теория приливов Ньютона предполагает , что в поле приливообразующей силы поверхность океана приобретает фигуру равновесия . Если считать , что океан покрывает твёрдую оболоч ку Земли непрерывным слоем одинаковой глубины , то такой повер х ностью будет эллипсоид вращения - эллипсоид прилива , большая ось которого всегда направлена на Луну . Поверхность эллипсоида двумя выпуклостями – "горбами " – поднимается выше среднего уровн я покоя океана , а между ними широким п оясом , охватывающим весь твёр д ый ш ар , - пояс малых вод – лежит ниже сред него уровня . Эллипсоид , следуя за луной , де лает один оборот в течение месяца , а т вёрдое тело внутри эллипсоида делает один оборот в сутки , что и создаёт в каж дой точке тела периодические колебания уровня приливног о типа . В течение суто к Луна продвигается в ту же сторону , ч то и Земля (при её вращении ) по своему пути на расстояние , соответствующее 50 минутам (Луна обращается вокруг Земли за 27 1 /3 дня ). Поэтому от момента одной полной воды до другой до лжно проходить не 12 часов , а 12 ч 25 мин. Так как Луна имеет склонение , периодич ески изменяющееся в пределах от 23,5° S до 23,5° N , то бо льшая ось эллипсоида переменно наклонена к плоскости экватора . Это и создаёт суточное неравенство прилива в амплитудах и време нах . Иног да это приводит к полному изменению картины прилива . На параллели буд ет уже наблюдаться только одна полная вод а в сутки . Прилив из полусуточного (две полные и две малые воды в сутки ) ст ановится суточным . Ньютон смог дать вполне законченное объяснение тако й трансфо рмации приливов , и это было его первой теорией так называемых неравенств прилива. Ньютон не упустил из вида , что Сол нце , с точки зрения механизма возникновения приливообразующих сил , также должно приводить к аналогичным эффектам , что и действие Лун ы . В некотором смысле его действ ие должно быть даже проще . Ведь вращение земли составляет 24 часа ( а не 24ч 50 мин как у Луны ), так что солнечный прилив будет иметь период равный точно 12 ч . П равда , он может уступать по мощности лунно му и несмотря на то, что масса Солнца больше массы Луны , так что при тягивать водные частицы оно должно сильнее . Это было бы так , если бы не огромна я разница в расстояниях от Земли до Л уны и до Солнца . Расчёт солнечного эллипсо ида , сделанный Ньютоном , показал , что величины сол н ечного прилива в 2,17 раз ме ньше лунного . Имея теперь два равноправных эллипсоида : солнечный и лунный , Ньютон смог дать вполне наглядное объяснение сизигийным и квадратурным приливам . Когда оба эллипс оида складываются , т.е . когда приливообразующие силы Лу н ы и Солнца действуют в одном направлении (а это бывает в сизигии – при полнолунии или новолунии ), то высокая вода максимальна . В квадратуре , наоборот , она минимальна (солнечный эллипсоид "вычитается " из лунного ). Ньютону удалось также заметить , что та кие в ажные астрономические эффекты как изменение расстояния Луны от Земли в т ечение месяца и расстояния от Земли до Солнца в течение года приведут , естественно , к соответствующему изменению величин прилив ообразующих сил и к особым долгопериодным аномалиям в хо д е приливов . Посл едние носят названия параллактических неравенств , наличие которых было также объяснено Нью тоном. Ньютон обнаружил , что в рамках его теории путём учёта изменений в склонениях Луны и Солнца можно объяснить и тако й казалось бы малозначительный факт , под меченный уже к тому времени наблюдателями , что в разных местах вечерний прилив вы ше , чем утренний в одно время года , и ниже в другое . Поскольку между весенним и осенним равноденствием Солнце имеет се верное склонение (лунная орбита почти не м еняе т своего склонения относительно солнца ), то линия из центра Земли к Луне всегда будет на солнечной стороне , т. е . в северных широтах . Эта линия – ось приливного эллипсоида , так что днев ной прилив выше ночного , а зимой когда склонение Солнца южное – на о б орот. Приходится лишь удивляться , как Ньютон смог в то время объяснить практически все основные особенности приливов . Видимо , х орошее знание астрономии позволило ему сразу уловить причины аномалий приливов , связанные с изменением во времени взаимного рас положения Земли , Солнца и Луны. Теория морских приливов , созданная Ньютон ом и известная в настоящее время под названием статическая (потому что предполагалось существование равновесного эллипсоида в кажд ый момент времени ), открыла всем глаза на природу при ливов и их особенности . Это было блестящим достижением . Но вот один факт из приливных наблюдений не мог не смущать Ньютона и послужил зародышем дальнейшего развития теории приливов . Факт этот заключался в том , что наблюдаемые приливы могли сильно запаздыв а ть или наоборот опережать статические приливы. Чтобы объяснить несоответствия , отмеченные в статической теории , динамическая теория п рилива рассматривает явление не в статике , а в движении , как волну . Эта теория была выдвинута П . Лапласом (1749 – 1827), ра зв ивалась Дж . Эри , Дж . Дарвином , А . Дудсоном и продолжает совершенствоваться. В 1773 – 1775 гг . в своей знаменитой раб оте "Небесная механика " Лаплас впервые сформул ировал динамические уравнения движения жидкости под действием приливообразующих (периодическ их ) сил . Основное отличие динамической теории от статической заключалось в том , что не требовалась мгновенная реакция жидкост и на действие приливообразующих сил Ньютона . Естественно , что как частный случай из динамической теории должна была получаться ста т ическая . Лапласу в своей те ории удалось показать то , что ускользнуло от Ньютона , а именно , решающую роль в х арактере приливов глубины водоёмов , так как период свободных колебаний приливных волн зависит от неё . Лаплас сделал первые попыт ки применения теори и к данным н аблюдений над приливами во французском порту Брест , так как ему было ясно , что успехи в предсказании приливов теперь должны зависеть от понимания гидродинамики больше , чем от знания астрономии . В Бресте с 1711 до 1715 г . проводились довольно де т альные наблюдения над колебаниями уровня моря . Но они были далеки от совершенс тва . А новые наблюдения , инициированные Лаплас ом , начались только в 1806 г . Таким образом , эпоха , когда наблюдения над морскими прилив ами стали использовать для проверки теории, началась только с Х I Х века. Для практической деятельности человека , в частности для судовождения , очень важно з аранее знать уровень воды в любое время суток и в любом месте . Для этого со здаются специальные карты и таблицы приливов . По инициативе англичанин а Уэвелла в 1834 г . в течение двух недель были сделан ы наблюдения над приливами и отливами по всему побережью Великобритании и Ирландии , а затем они были повторены в июне 1835 г ., причём в то же самое время произв одились наблюдения от м . Нордкап до Гибрал т арского пролива и от устья р еки Св . Лаврентия до устьев Миссисипи . Так ая программа наблюдений являлась следствием т ого , что Уэвелл решил построить фактически первую карту приливов в Мировом океане . В 1833 г . в "Философских трудах " эта карта была опубликов а на как приложение к его статье "Опыт построения первой карты котидальных линий ". Котидальные линии , как пишет Уэвелл , те , которые соединяют точки , в которых в одно и то же время отмечается высокая вода . Они показывают гребе нь приливной волны и тем самым д а ют сведения о прикладном часе (время между прохождением Луны через меридиан и моментом наступления полной воды ) в разны х местах . Первые таблицы приливов были сос тавлены в 1870 г . английским учёным У . Кельвин ом. Величина и характер приливов в различ ных част ях побережья Мирового океана зависят от конфигурации берегов , угла наклона морского дна и от ряда других причин . Наиболее типично они проявляются на откр ытом побережье океана . Проникновение приливных волн во внутренние моря затруднено , и п отому амплитуда п риливов в них невелика. Узкие мелководные Датские проливы надёжно заслоняют от приливов Балтийское море . Те оретические расчёты показывают , что амплитуда колебания высоты уровня воды в Балтике ра вна приблизительно 10 сантиметрам , но увидеть эт и приливы прак тически невозможно , так как они полностью стираются колебаниями уровн я воды под влиянием ветра или изменениями атмосферного давления . Ещё более надёжно защищены от приливной волны наши южные мо ря – Чёрное и Азовское , сообщающиеся с водами Мирового океана ч ерез ряд узких проливов , и внутренние Эгейское и Средиземное моря . Если разница в уровне воды во время прилива и отлива на атлантическом берегу Испании вблизи Гибралтара достигала 3 метров , то в Средиземном море у самого пролива она равна лишь 1,3 мет ра . В остальных частях моря прилив ы ещё менее значительны и обычно не п ревышают 0,5 метра . В Эгейском море и пролива х Босфор и Дарданеллы приливная волна ещё сильнее затухает . Поэтому в Чёрном море колебания уровня воды под влиянием прили вов менее 10 сантиметр о в . В Азовском море , соединённом с Чёрным лишь узким Керченским проливом , амплитуда приливов близка к нулю. По этой же причине очень невелики приливы и в Японском море – здесь они едва достигают 0,5 метра. Если во внутренних морях величина при ливов по сравн ению с открытым побереж ьем океана уменьшена , то в заливах и б ухтах , имеющее с океаном широкое сообщение , она возрастает . В такие заливы приливная волна входит свободно . Водные массы устремл яются вперёд , но , стеснённые суживающимися бер егами и не находя вы х ода , подн имаются вверх и заливают сушу на значител ьную высоту. У входа в Белое море , в так на зываемой Воронке , приливы почти такие же , как и на побережье Баренцева моря , то есть , равны 4 – 5 метрам . На мысе Канин Н ос они даже не превышают 3 метров . Однако , входя в постепенно суживающуюся Воронку Белого моря , приливная волна становится в сё выше и в Мезенском заливе достигает уже десятиметровой высоты. Ещё более значителен подъём уровня во ды в самой северной части Охотского моря . Так , у входа в залив Шелихова у ровень моря в прилив поднимается до 4 – 5 метров , в кутовой же (наиболее удалённой от моря ) части залива возрастает до 9,5 ме тра , а в Пенжинской губе достигает почти 13 метров ! Очень велики приливы в Ла-Манше . На английском его побережье в маленьком залив е Лайм вода в сизигий поднимается д о 14,4 метра , а на французском , у городка Гранвиль , даже на 15 метров. Предельных величин приливы достигают на некоторых участках атлантического побережья Канады . В проливе Фробишера (он находится у входа в Гудзонов пролив ) – 15,6 метра , а в заливе Фанди (вблизи границы США ) – целых 18 метров. Иногда влияние морских приливов видно и на реках . В устьевую область приливна я волна приходит из открытых районов океа на или моря . По мере приближения к бер егу уровень повышается , а п рофиль прил ивной волны под влиянием уменьшения глубины и особенностей конфигурации берега деформиру ется . На взморье её передний склон станови тся круче заднего . От устьевого взморья пр иливная волна проникает в русловую систему реки . Более солёная вода по д н у речного русла , подобно клину , стреми тельно движется против течения . Столкновение двух встречных потоков , морского и речного , вызывает образование крутого вала , получившего название бора . В реке Цаньтанцзян , впадаю щей в Восточно-Китайское море к югу от Ш а нхая , бор достигает высоты 7 - 8 м етров , а крутизна волны равняется 70 градусам . Эта страшная водяная стена со скоростью 15 – 16 километров в час проносится вверх п о реке , размывая берега и грозя потопить любое судно , вовремя не укрывшееся в спокойном зат о не . Мощным бором сла вится и величайшая река Южной Америки – Амазонка . Там волна высотой 5 – 6 метров распространяется вверх по реке на три тысячи километров от океана . На Меконге во лны прилива распространяются до 500 км , на Ми ссисипи - до 400 км , на Север н ой Д вине – до 140 км . Прилив несёт с собой осолонённые воды в реку . При этом на устьевом участке реки происходит либо по лное , либо частичное смешение речных и сол ёных морских вод , либо имеет место стратиф ицированное состояние , когда наблюдается резкое ра з личие солёности поверхностных и подстилающих их вод . Солёные воды проника ют в устье реки тем дальше , чем больше глубина русла и плотность (солёность ) мор ской воды и меньше расход речных вод. Кроме изменения уровня приливы сопровожда ются перемещением вод – приливными теч ениями . Это периодические течения . Они возника ют с началом прилива , прекращаются на очен ь короткое время по окончании отлива . В устьях рек скорость приливного течения 5 – 10 м /с , но в конкретных районах наблюда ются и другие величины. В зимнее время приливно - отливные явления , перемешивающие водные массы , как пр авило , задерживают начало льдообразования . Однако в дальнейшем приливо-отливные явления непрес танно взламывают ледяной покров , причём на открывающихся пространствах чистой воды идёт инт е нсивное льдообразование , вследствие чего общее количество льдов увеличивается. Прежде приливно-отливные явления приводили лишь к разрушениям или создавали известные неудобства . Изучив их природу , человек на чал использовать эту пока ещё почти необу зданную с илу . Так построена полуэкспериме нтальная Кислогубская приливная электростанция (П ЭС ). Существуют проекты строительства ПЭС в Мезенском заливе Белого моря и других местах.
© Рефератбанк, 2002 - 2017