Чтобы понять простейшее проявление влияния самой Земли на поведение приливов, обратимся к географии наших материков и океанов. Ранее мы установили, что вследствие гравитационного воздействия Земли на Луну последней труднее поднимать воды океанов, и поэтому движение, создаваемое лунными приливами, как правило, горизонтально. В открытом море это горизонтальное движение охватывает большую площадь, и здесь мы наблюдаем очень незначительные колебания. Но суша образует преграду этому движению. Мели, а кое-где выступы суши встречают приходящую приливную волну поднятием дна. Воде некуда деться, и высота прилива увеличивается. Поэтому именно у побережий приливы проявляются во всей своей мощи.
В бухту Мон-Сен-Мишель у побережья Бретани, где дно очень постепенно понижается в сторону моря на протяжении 18 км, прилив врывается со скоростью бегущего человека, вздымаясь вверх почти на 12 м. То же самое происходит в Бенгальском заливе и у многих побережий, где дно понижается постепенно.
Подобным образом, когда фронт приливной волны приближается к суживающемуся углублению в береговой черте, берег как бы сдавливает приливную волну с боков, и, поскольку это мешает ее продвижению вперед, она стремится вверх, отчего уровень полной воды значительно увеличивается. Так бывает, например, в заливе Фанди, где прилив попадает в суживающуюся плоскую воронку, так что в некоторых точках вершины залива уровень воды поднимается до поразительно больших высот – 15 м и более.
Однако, если вы посмотрите на глобус, то увидите, что географические точки, в которых приливы достигают наибольшей высоты, заметно различаются по широте, что опровергает одно из утверждений, а именно, что высота приливов уменьшается по мере приближения к полюсам. То же самое справедливо для приливов малой высоты у некоторых побережий. Причиной тому – другой фактор земного происхождения – собственные колебания бассейнов.
Собственные колебания океанских бассейнов
Не так-то просто понять, что такое собственное колебание. Тем не менее нам необходимо уяснить смысл этого понятия. В противном случае мы не поймем, что такое приливы.
Буквально колебание означает «движение то вперед, то назад или то вверх, то вниз». Что такое колебание в приложении к океанографии, можно проиллюстрировать следующим классическим примером.
Возьмите обычный таз для мытья посуды и налейте в него воду. Наклоните или потрясите его. Вода в тазу начнет раскачиваться, и ее движение будет напоминать качание маятника. Движение это будет продолжаться в определенном ритме и с определенной длиной волны еще долго после устранения первоначального импульса. Когда волнение наконец успокоится, попробуйте наклонить или толкнуть таз точно так же, как и в первый раз, и вся картина движения воды повторится в том же точно ритме и с той же длиной волны. Вы также заметите, что вода поднимается выше всего по краям таза, а в центре его остается неподвижной. Здесь приходит в голову простая аналогия с детскими качелями, когда доска высоко взлетает и низко опускается по краям, а в середине неподвижна. А теперь повторите этот опыт с каким-нибудь меньшим, но более глубоким сосудом. Произойдет то же самое: вода будет раскачиваться назад и вперед в одном и том же ритме. Но в меньшем резервуаре движение быстрее – формирующимся волнам приходится проделывать меньший путь, – и вы обнаружите значительные различия колебаний в двух разных сосудах.
Итак, из наших несложных опытов мы можем заключить, что в каждом водном бассейне существует собственный установившийся ритм колебаний и почти неподвижный центр, или «узел», колебаний. Это – «собственный период колебаний», называемый также «тоном», по аналогии с гитарной струной, продолжающей вибрировать на одной ноте, т. е. одной звуковой волне, еще долго после того, как ее задели.
Наши наблюдения за поведением воды в небольшом сосуде мы можем применить к приливам. Приливы постоянно тревожат и приводят в движение воды океанов. И каждый водный бассейн имеет свой собственный период колебаний, свой особый тон. Возвращаясь к нашему эксперименту, мы можем сравнить наш больший сосуд с Северной Атлантикой, а меньший – с Мексиканским заливом. И представьте теперь себе, как непрерывно раскачивается вода в каждом из этих водоемов в ритме, характерном для размеров и глубины каждого из них.
Ну а теперь нетрудно понять, что, если период колебаний совпадает с лунным периодом, т. е. если волна проходит свой путь назад и вперед за 12 часов вместе с лунной приливной волной, мы будем иметь усиление полусуточного прилива, как, например, в Северной Атлантике. Но (и это «но» очень существенно) новейшие исследования океанского дна показали, что Северная Атлантика, как и все остальные океаны, представляет собой не единый бассейн, а несколько отдельных океанских бассейнов. Мировой океан состоит из 45 главных бассейнов. Каждый из них имеет свой собственный период колебаний. В одних случаях собственный период колебаний бассейна совпадает с приливным периодом, в других – не совпадает. Период колебаний в океанском бассейне, примыкающем к заливу Фанди, точно совпадает с лунным периодом. Это еще одна причина, почему приливы в заливе Фанди (и в других зонах больших приливов) достигают необычайной высоты.
Все остальные явления, которые мы наблюдали в нашем эксперименте с тазом, приложимы, к океанам. Как и у краев таза, у берегов океана вода поднимается и спадает особенно заметно. И, по существу, нет никакого движения в центре, или узле, отчего и возникает поразительное различие между высотой приливов в разных местах. Так не знает приливов о. Таити, расположенный в узле колебаний Тихоокеанского бассейна.
Теперь предположим, что период колебаний какого-то моря не совпадает с лунным полусуточным периодом, а имеет совсем другую, скажем 24-часовую, продолжительность. В таком случае собственные колебания бассейна будут прежде всего отзываться на приливообразующие силы, имеющие точно такой же период. В результате полусуточные приливы будут относительно невелики.
Итак, мы обсудили четыре фактора, влияющие на приливы: 1) притяжение Солнца и Луны и изменение их положения; 2) центробежная сила; 3) очертания побережий континентов и 4) собственные колебания воды в различных океанских бассейнах. Все они вместе взятые и создают то сложное сочетание условий, которому обязано великое разнообразие приливов на нашей планете.
Проснувшись утром 1 апреля 1946 г., жители Хило на о. Гавайи не поверили своим глазам: город был буквально перевернут вверх ногами. Дома лежали опрокинутые, дороги и пляжи исчезли, железнодорожный мост сдвинуло чуть ли не на 300 м вверх по течению, и по всей опустошенной местности валялись каменные глыбы весом по нескольку тонн.
Это был результат смещения дна океана, произошедшего на расстоянии 4000 км от Хило – в районе Алеутских островов. Этот толчок породил череду волн, которые промчались через Тихий океан со скоростью свыше 1100 км/ч, достигая высот от 7,5 до 15 м там, где они набегали на берег. Это явление многие называют «приливной волной».
Такие происшествия отмечаются с тех пор, как существует письменная история. Предполагается, что около 1500 г. до н. э. подобная волна затопила остров Крит в Эгейском море. Группа греческих и американских специалистов приступила к поискам древнего города Хелике в Коринфском заливе, который был затоплен в 373 г. до н. э. В 358 г. н. э. огромная волна накатилась на восточное побережье Средиземного моря, вышвырнув корабли на крыши домов Александрии и потопив несколько тысяч жителей этого города.
Термин «приливная волна» к таким случаям применять ошибочно. Явления, о которых мы сейчас упоминали, не могут считаться приливной волной. Они не вызваны ни Солнцем или Луной, ни какими-либо другими силами приливной природы. Они порождены подводным землетрясением, извержением вулкана или смещением земных пластов на дне океана. Волну, возникающую в результате этих причин, называют японским словом «цунами» (буквально означающим «большая волна в гавани»).
Волны такого происхождения распространяются радиально из точки, где они возникли, с большими интервалами и с устрашающей скоростью. В то время как расстояние между обычными морскими волнами приблизительно 100 м, гребни волн цунами следуют друг за другом через 180 км и более, а иногда даже через 1200 км. Поэтому прохождение каждой такой волны сопровождается обманчивым затишьем. Когда первая волна в Хило схлынула, многие жители спустились к берегу, чтобы определить масштабы разрушений, – и были поглощены следующей волной.
Если скорость обычной ветровой волны может достигать 100 км/ч, то волны цунами движутся со скоростью реактивного самолета – от 900 до 1500 км/ч. Разумеется, они более опасны на пологих побережьях, чем на крутых. Над большими глубинами открытого моря они едва заметны, но, набегая на пологий берег, они часто достигают высоты 15–30 м.
