WZAJEMNE ZALEŻNOŚCI MIĘDZY SIŁAMI

PŁYWOTWÓRCZYMI A PŁYWAMI WYSTĘPUJĄCYMI

W RZECZYWISTOŚCI

Teoria statyczna (Newton) stanowi pierwszy krok w wyjaśnieniu zjawiska pływów. Oddziaływanie Księżyca i Słońca na powłokę wodną Ziemi dowodzi stosunkowo niewielkich wahań pionowych mas wody i przemieszczania się fali pływu.

Rezultatem statycznej teorii pływów jest ogólna prognoza, że maksimum pływu będzie zgodne w fazie z siłę wywołującą to zjawisko, a w szczególności, że w czasie pływu syzygijnego maksymalny pływ winniśmy obserwować w południe i o północy przy zerowej deklinacji Księżyca. Obserwacje pływów występujących w rzeczywistości, generalnie nie potwierdzają tych oczekiwań, jakkolwiek w niektórych portach, np. w Los Angeles (φ = 33°43'N, λ = 118°16'W) bądź w St. Michel na Alasce (φ = 63°29'N, λ = 162°02'W) pełnia i nów Księżyca występują w przybliżeniu w momencie wystąpienia wysokiej wody syzygijnej, podczas gdy w czasie pierwszej i ostatniej kwadry występuje korelacja z pływem kwadraturowym. Można również zauważyć, że w Los Angeles występuje pływ półdobowy, a w St. Michel dobowy, przy czym w przypadku pływu półdobowego obserwujemy większe amplitudy niż dla dobowego.

Rozwinięciem teorii statycznej jest teoria dynamiczna (Laplace), tłumacząca zjawisko przemieszczania się fal długich, przekształcania fal postępowych w stojące itd. Możemy tu wyjaśnić przyczyny braku zgodności między fazą pływu a siłą wzbudzającą oraz przyczyny piętrzenia się wód w strefie brzegowej, ale nie określimy tych konkretnych wielkości bez odwołania się do rzeczywistych obserwacji w danym interesującym nas miejscu. W niektórych punktach kuli ziemskiej przykładowo, pływ słoneczny może być tak duży jak księżycowy, w innych stanowi około 6% jego wielkości, a wiadomo przecież, że teoretycznie wynosi 45% pływu księżycowego. Inną jeszcze rozbieżnością pomiędzy teorią a rzeczywistością jest fakt, że w obszarach arktycznych często występuje pływ o charakterze półdobowym, mimo że przewidywany byłby pływ dobowy.

Przyczyną wspomnianych rozbieżności są poczynione założenia teoretyczne wynikające ze złożoności problemu i konieczność ograniczenia się do pewnej ilości schematycznych czy wycinkowych opracowań. Dotyczy to głównie takich założeń jak: oceany całkowicie pokrywają Ziemię, a więc nie uwzględnia się kontynentów, nie bierze się pod uwagę topografii dna, aktualnego ruchu mas wody itp. Niezmiernie istotnym czynnikiem wywierającym wpływ na amplitudy obserwowanych pływów jest zjawisko rezonansu. Tym również możemy tłuma­czyć fakt, dlaczego pewne części oceanu reagują na przyciąganie Księżyca i Słońca odmiennym rytmem pływowym niż inne. Aby częściowo wyjaśnić to zjawisko posłużymy się badaniami, jakie zostały przeprowadzone w pasie równikowym oceanów: Atlantyckiego i Pacyfiku.

Jak wykazały badania, stosunek własnego okresu wahań wody w danym akwenie (kanale, oceanie) do okresu działającej siły pływotwórczej jest ważnym miernikiem określającym charakter obserwowanych pływów. Naturalne okresy wahań T_n wynoszą dla Oceanu Atlantyckiego 19 godzin, a dla Pacyfiku 42 godziny. W przypadku pływu półdobowego, wywołanego oddziaływaniem Księżyca, okres sił pływotwórczych wynosi około 12,4 godziny.

Obliczony dla pasa równikowego stosunek własnego okresu wahań wody w danym akwenie do okresu działającej siły pływotwórczej wynosi na Atlantyku 1,53, a na Pacyfiku 3,4. Z tego wynika, że Ocean Atlantycki bardziej reaguje na półdobowy cykl sił pływotwórczych, podczas gdy Pacyfik reaguje bardziej na cykl dobowy, minimalnie zaś na półdobowy. Porównując otrzymane ilorazy (1,53 i 3,4) okazuje się, że relatywna wielkość pływu księżycowego na Atlantyku win­na być większa od pływu na Pacyfiku o współczynnik 1,22. Te prawidłowości generalnie znajdują potwierdzenie w pływach występujących w rzeczywistości. Dodajmy jeszcze, że jeżeli wspominany wyżej stosunek jest większy od jedności, to pływ obserwowany jest opóźniony w fazie w stosunku do wywołującej go siły. Im stosunek ten jest bardziej zbliżony do jedności, tym większe jest prawdopodobieństwo wystąpienia zjawiska rezonansu. W tym przypadku reakcje mas wody na działające cyklicznie siły pływotwórcze można przyrównać do elektrycznego obwodu rezonansowego, którego amplituda uzależniona będzie od częstotliwości prądu wzbudzającego. Dla niektórych częstotliwości nastąpi znaczne zwiększenie amplitudy, przy innych natomiast niewielkie, chociaż w jednym i drugim przypadku mamy do czynienia z podobną siłą zewnętrzną.

Reakcja mas wodnych na działające siły pływotwórcze jest podobnej natury, i tak niektóre składowe sił pływotwórczych powodują wzrost amplitudy pływu, a inne (różniące się prędkością) wywierają tylko nieznaczny wpływ. Procesy takie zachodzą najpierw na oceanie, a następnie na przestrzeniach wodnych stosunkowo ograniczonych, lecz połączonych z oceanem, takich jak estuaria, głębokie zatoki czy morza literalne. Amplitudy niektórych składowych mogą rosnąć, a innych znów maleć. Na wodach płytkich następuje dalsza zmiana wielkości składowych i, w konsekwencji, fali pływu. Wreszcie, może następować zniekształcenie fali pływu przez składowe harmoniczne podstawowych składowych fali pływu o prędkościach podwójnych, potrójnych itd. Zjawiskiem rezonansu między innymi możemy wyjaśnić największe obserwowane pływy na świecie, jakie występują w Zatoce Fundy, gdzie skok pływu syzygijnego dochodzi do 18 m. Skoki pływu powyżej 10 m obserwujemy m.in. w Puerto Gallegos w Argentynie, Cook Inlet na Alasce, Zatoce Frobishera czy Zatoce St. Mało we Francji.

Reasumując: ani teoria statyczna Newtona, ani dynamiczna Laplace'a (jakkolwiek bez nich trudno byłoby przedstawić zjawisko fenomenu pływów) nie wyjaśniają w pełni rzeczywistych wahań poziomu mórz i zjawiska prądów pły­wowych, bez uciekania się do obserwacji pływów w danym interesującym nas miejscu. Nie udało się jak dotąd przeprowadzić pełnego obliczenia dotyczącego całokształtu pływów na powierzchni kuli ziemskiej. Ma chyba rację F. Biesel, mówiąc, że „w pewnej mierze należy przyznać, że od tamtych czasów (Newtona i Laplace'a) nie wniesiono do teorii pływów żadnych istotnych udoskonaleń”.

Największy postęp został dokonany w zakresie obserwacji, które stały się dużo liczniejsze i bardziej precyzyjne, a wprowadzenie metod analizy harmo­nicznej pozwoliło przewidywać pływy z dużą dokładnością. Należy jednak są­dzić, że postęp w dziedzinie komputeryzacji pozwoli na uwzględnienie wszyst­kich czynników mających wpływ na zjawisko pływów, a tym samym uzyskanie kompletnego obrazu i wyjaśnienia wszystkiego, co dotyczy pływów na Ziemi.

3

---