Pływy morskie

© Samuel Wantman / Wikimedia Commons, CC-BY-SA-3.0
Zatoka Fundy podczas odpływu
© Samuel Wantman / Wikimedia Commons, CC-BY-SA-3.0
... i podczas przypływu
Siła pływowa
Wielkość amplitudy składowej M2 pływów. Księżycowa składowa M2 jest główną składową pływów

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

MiejsceAkwenPaństwoWysokość pływu (m)
średniopływ syzygijny
(średnio)		największa
zarejestrowana
Zatoka FundyOcean AtlantyckiKanada
11,4
15,4
19,6
Río GallegosOcean AtlantyckiArgentyna
10,4
14,0
18,0
Zatoka FrobisheraCieśnina DavisaKanada
10,1
13,6
17,4
rzeka SevernKanał BristolskiAnglia
9,7
13,1
16,8
port Granvillekanał La MancheFrancja
9,3
12,6
16,1
rzeka Koksoakzatoka UngavaKanada
8,7
11,7
15,0
Zatoka PenżyńskaMorze OchockieRosja
8,5
11,5
14,7
zatoka CollierOcean IndyjskiAustralia
8,1
11,0
14,0
port BhaunagarMorze ArabskieIndie
7,2
9,7
12,4
rzeka KoloradoZatoka KalifornijskaMeksyk
7,1
9,6
12,3
wyspa MaracáOcean AtlantyckiBrazylia
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 [online] [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, 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, gwg.uw.edu.pl [dostęp 2018-07-29] [zarchiwizowane z adresu 2018-07-11] (pol.).
  6. ↑ Przypływy i odpływy na Bałtyku Polskie Radio » Jedynka » Audycja Janusza Weissa ».
  7. ↑ Czesław Druet Fizyka morza w:Encyklopedia fizyki współczesnej, PWN, 1983, rysunek 14, strona 864.
  8. ↑ 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

Media użyte na tej stronie

Field tidal.png
Autor: unknown, Licencja: CC-BY-SA-3.0
M2 tidal constituent.jpg
The M2 tidal constituent. Amplitude is indicated by color (Pictogram-voting question.svg 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.
Bay of Fundy Low Tide.jpg
© 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.
Bay of Fundy High Tide.jpg
© 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.