Еще утром здесь плескались воды залива, а теперь можно спокойно пройти пешком там, где еще каких то шесть с небольшим часов назад стояли суда. Это – знаменитый залив Фанди. Одно из немногих мест на Земле, славящееся своими приливами.
Залив Фанди вытянулся на 270 километров между канадскими провинциями Нью-Брансвик (New Brunswick) и Новая Шотландия (Nova Scotia) на Атлантическом побережье Канады. Ежедневно более 160 миллиардов тонн морской воды, повинуясь приливно-отливному циклу, заполняют эту огромную чашу, превращая залив в огромную быструю полноводную реку, за считанные часы перемещающую миллионы тонн воды в своем течении.
Как известно, причиной возникновения приливно-отливных явлений является влияние сил тяготения Луны и Солнца на водные массы мирового океана. Иными словами, в процессе своего вращения вокруг Земли, Луна «тащит» за собой воду, создавая гигантскую очень пологую волну, ежедневно огибающую Земной шар. Когда эта волна достигает побережья, мы наблюдаем сначала повышение уровня воды – прилив, а затем, когда волна проходит, снижение уровня, — отлив.
Под действием центробежной силы, на противоположной стороне Земли образуется еще одна симметрично расположенная приливная волна. Поэтому прилив, в общем случае, наступает дважды в сутки. Первый – с первой волной, а затем, примерно через 6 часов 12,5 минут – второй, когда волна-антипод достигает побережья. Таким образом, если бы приливные волны не встречали на своем пути препятствия в виде суши, изменение уровня происходило бы строго два раза в сутки с интервалом примерно шесть с четвертью часов, а график этого изменения представлял бы классическую синусоиду с периодом 24 часа 50 минут. Такой прилив получил название «полусуточный», т.к. момент полной воды, — т.е. когда уровень воды достигает своей максимальной высоты, наступает дважды в сутки.
В заливе Фанди мы имеем дело с классическим полусуточным приливом. Это ясно видно из графика.
График высоты прилива для порта Сент Мартинс (St. Martins), залив Фанди
Наивысшее положение уровня воды при приливе называется «полная вода» (high water), а, соответственно, самый низкий уровень воды при отливе называется «малая вода» (low water). Разность между уровнем полной и малой вод называется величиной прилива.
Однако на Земном шаре существуют места, где из-за препятствий (островов, формы береговой черты, проливов и т.д.) характер прилива меняется. Полусуточные пики сливаются, и полная вода наступает только один раз в сутки. Таких мест на Земле не так уж много. Гораздо больше на планете мест, где, в силу тех же причин, имеют место смешанные приливы: и не полусуточные, и не суточные. График изменения высоты воды таких приливов имеют сложный неправильный рисунок. Но об этом мы расскажем позднее.
Помимо Луны, — главной причины возникновения приливных явлений, в процессе образования приливных волн участвует поле тяготения Солнца. Но в силу того, что наше светило находится существенно дальше от Земли, чем Луна, его влияние на формирование приливов менее заметно и проявляется в том, что Солнце, в зависимости от своего положения относительно Луны либо усиливает, либо ослабляет влияние сил тяготения естественного спутника Земли.
В те моменты, когда направление векторов сил тяготения Луны и Солнца совпадают, а это происходит в новолуние и полнолуние, амплитуда приливов максимальна. Такое положение небесных тел называют «сизигией» (от греческого «сопряжение», «соединение»), а прилив, вызываемый этими силами, – сизигийным, по-английски – spring tide.
Минимальное суммарное воздействие Луны и Солнца на амплитуду прилива возникает, когда Луна, Земля и Солнце расположены таким образом, что угол Луна-Земля-Солнце близок к прямому. Иными словами, когда Луна находится в первой или третьей четверти. Такое расположение небесных тел называется квадратурой, а прилив, соответственно, квадратурным, — по-английски – neap tide.
Итак, в момент новолуния имеет место сизигийный прилив с максимальной величиной прилива. Затем, в течение примерно семи суток, величина прилива день ото дня постепенно будет уменьшаться и достигает своего минимума, когда фаза Луны приближается к первой четверти. Затем еще в течение семи суток, разность между высотой прилива и отлива снова растет до максимального значения в момент полнолуния. После чего очередные семь суток величина прилива снова уменьшается и достигает очередного минимума в момент, когда Луна достигает третьей четверти. Затем снова наступает рост, до очередного новолуния, завершая месячный лунный цикл.
Принято считать, что величина прилива, т.е. разность между высотой полной воды и малой воды, в период между сизигией и квадратурой меняется линейно. Это значит, что зная высоту полной воды сизигийного и квадратурного приливов, можно легко рассчитать высоту полной воды на любую дату в пределах данного интервала. То же самое касается и высоты малой воды.
Представьте себе, что 10 октября вам предстоит стать на якорь в бухте Quako Bay порта Сент Мартинс (St. Martins), что находится в северо-западной части залива Фанди (N45°20’34,04″ W65°31’48,56″) на яхте Bavaria Cruiser 37 с осадкой 1,95 м.
Вам нужно принять решение, сможете ли вы это сделать и если да, то какой длинны потребуется якорный конец.
Обычно, время наступления полной и малой воды, а также высоту уровня указывают в ежедневных таблицах приливов.
Таблица приливов для пункта Сент Мартинс (St. Martins)
С помощью основных законов небесной механики, существует возможность рассчитать минимальную теоретическую высоту малой воды для конкретного района Земного шара. Такой расчет будет основан, прежде всего, на геометрическом факторе – взаимном расположении Солнца, Луны и Земли.
Полученный расчетным путем минимальный теоретически возможный уровень вод, как правило, принимается за так называемый «нуль глубин». Именно от этого уровня отсчитываются глубины, указанные на большинстве морских навигационных карт. Иными словами, показанная на карте глубина – есть не что иное, как минимальный теоретически возможный уровень воды для данного места. От нуля глубин отсчитывается высота прилива (полная вода – high water) и отлива (малая вода – low water).
На карте Quako Bay мы видим указание глубины в предполагаемом месте якорной стоянки — 1,8 м.
Высота отлива 10 октября – малая вода, из таблиц
составит 1,8 м, это означает, что фактическая глубина места, с учетом приливо-отливных явлений, будет 1,8+1,8 = 3,6 м. При нашей осадке в 1,95 м запас воды под килем составит 1,65 м, что вполне приемлемо.
Однако, если мы планируем оставаться в этой якорной стоянке некоторое время, то нужно оценить, насколько будет меняться уровень малой воды. По лунному календарю 13 октября – новолуние, т.е. будет иметь место сизигийный прилив, а значит, в интервале от 10 к 13-му числу величина прилива будет расти. 14 октября будет максимальный отлив. Исходя из таблиц, уровень малой воды составит 1,5 м.
С учетом этого, фактическая глубина выбранного места стоянки составит 1,8+1,5= 3,3 м, а запас под килем соответственно 3,3-1,95=1,35 м, что нас вполне устроит.
Теперь необходимо определиться с длиной якорного каната. Итак, согласно требованиям хорошей морской практики, длина якорного каната должна составлять не менее пяти глубин, поэтому необходимо ответить на вопрос, какая в этом месте будет максимальная глубина с учетом прилива.
Из тех же таблиц видно, что высота полной воды 10 октября составит 8,7 м., а 14 октября, в период сизигии – 8,9 м.
Учитывая это, глубина места в момент полной воды будет 1,8+8,9=10,7м. Отсюда, следуя правилу, нам необходимо заготовить якорный канат длинной не менее 50-ти метров!
А представьте себе, если бы мы решили ошвартоваться у пирса, например, неподалеку в порту Сент-Джон? При таких приливах было бы очень хлопотно, следить за швартовыми концами.
Если, изменение высоты полной и малой воды от сизигии к квадратуре носит линейный характер, то изменение высоты уровня воды в пределах суток, между моментами малой и полной воды, носит нелинейный характер. Поэтому для определения высоты уровня воды в этом интервале необходимо использовать графики или таблицы, приводимые в Таблицах приливов, или, для правильных полусуточных приливов, применять специальные правила расчета, о которых рассказ впереди.
В общем случае в рамках приливной навигации условно можно выделить три типа задач.
Первый тип задач – самый простейший, — определение высоты полной и малой вод для конкретного района на заданную дату. Эту задачу мы успешно решили в рамках предыдущего примера.
Второй тип задач – это расчет момента времени наступления заданной высоты прилива,- так называемая прямая задача. Обратная задача – расчет высоты прилива для заданного момента времени.
Такие задачи возникают, когда необходимо рассчитать момент времени, когда прилив позволит судну преодолеть отмели или другие подводные препятствия, например, при входе или выходе из порта, марины или гавани. Аналогичная задача может возникнуть в случае необходимости расчета момента прохода под мостом или линией электропередач.
Третий тип задач – это расчет элементов приливно-отливных течений, которые необходимо учитывать при счислении пути судна на переходе морем.
Обо всех этих задачах мы расскажем в следующий раз.