14 Slapové jevy Vzájemné gravitační působení jednotlivých těles sluneční soustavy má jednak vliv na rotaci a oběžný pohyb planet a měsíců, jednak na jejich periodické tvarové deformace, které se označují obecně pojmem slapové jevy. Intenzita slapového působení jev souladu s Newtonovým zákonem závislá na hmotnosti a vzdálenosti těles, konkrétní projevy na vlastnostech tělesa, na které slapové síly působí. Na zemském tělese jsou slapové jevy vyvolány gravitačním působením Měsíce (vzhledem k Zemi má relativně malou hmotnost, ale je velmi blízko) a Slunce (je od Země značně vzdálené, ale má velkou hmotnost). Zanedbatelné je gravitační působení jiných planet. Zmíněným gravitačním působením na částice Země dochází v některých částech zemského tělesa k jejich zdvihu a hromadění (příliv), v jiných k jejich poklesu a úbytku (odliv). Podle prostředí, v němž se slapové účinky projevují, se rozeznávají slapy mořské (mořské dmutí), slapy zemské kůry a slapy atmosféry. Nejsnadněji pozorovatelné jsou mořské slapy, které byly již v antickém období spojovány s působením vesmírných těles. Tak již ve 4. století př. n. 1. Řek Pytheas z Massílie zjišťoval v Severním moři rozdíly ve výšce dmutí ve vztahu k fázím Měsíce. Hérodotos popsal dmutí v Rudém moři, Aristoteles se zmiňoval o dmutí v Severním moři a v Atlantském oceánu a Seleukos (365—283 př. n. 1.) vedle popisu dmutí ve Středozemním moři se snažil vysvětlit i nepravidelné dmutí v Perském zálivu. Plinius Starší (23—79 n. 1.) již popsal hluché a skočné dmutí a uvažoval o vzájemném působení Slunce a Měsíce při jejich vzniku. Nezbytným předpokladem správné analýzy příčin dmutí však byly až astronomické objevy M. KopernIka a J. Keplera. Na gravitačním základě pak I. Newton vypracoval tzv. statickou teorii slapů. Dalším přínosem byly práce D. Bernoulliho, Mac Laurena, L. Eulera a zejména P. S. Laplacea, autora tzv. dynamické teorie slapů. 14.1______Příčiny vzniku slapových jevů_______________________ 14.1.1 POHYB ZEMĚ KOLEM TĚŽIŠTĚ SOUSTAVY ZEMĚ - MĚSÍC Těžiště soustavy Země — Měsíc (tzv. bárycentrum) se neshoduje se středem Země, nýbrž leží na spojnici středů obou těles ve vzdálenosti / od středu Země, kterou lze stanovit ze vztahu: Mzl = Me (/■„ - /) , odkud /=_^ —ry- • r Potom platí a,MA = - G -^f sin y , (14.10) anMA = G-^- cos y' . (14.11) r 312 Znaménko mínus v (14.10) značí, že zrychlení směřuje ve směru, v němž se zmenšuje úhel ip. Jsou-li odpovídající složky gravitačního zrychlení v bodě S rovny: ^ Me . atMS = - G —f- sin xp , n, ^ Mk ClnMS = G —f- COS Xp , n můžeme vyjádřit hodnoty zrychlení v bodě A ytMA a y„ma následovně: ^ Me , . r0 ■ ,n YtMA = atMA - a,Ms = G —f- (sin xp-------r sin xp ) , n r'- _ Mg , r0 , . YnMA = a„MA - anMS = G ----— ( —5- cos xp - cos xp) • r0 r'- Poněvadž z trojúhelníků SAP a SXP (obr. 14.3b) plyne: r0 sin xp = r' sin xp' , r0 cos xp = r' cos xp' -V rz , r'2 = li + rz - 2 r0 rz cos ip , a protože /-z « r0, dostaneme po zanedbání členů vyššího řádu: ' 3 G M$rz YlAM - ň sin 2^ Y„M. = ^p- (3 cos2 v - D M7 (14.12) (14.13) (14.14) (14.15) (14.16) (14.17) (14.18) (14.19) (14.20) b) / \ / \ B !z l f yzemě Měsíc b) k odvození slapového zrychlení pro místo se zenitovou vzdáleností Měsíce z = V> 313 Z (14.19) a (14.20) plyne, že v bodě B, vzdáleném o %p = 90° od spojnice SP, je složka zrychlení y,MB nulová (analogicky v bodě C). V bodě Z, kde je ip = 0°, je yíMZ =0a ynAřzbude největší. Kdyby Země byla pokryta souvislou vrstvou vody, došlo by vlivem tečné složky slapového zrychlení y,M ke stékání vod k bodům Z a N (tj. ke spojnici středů Země — Měsíc) a Země by nabyla tvaru přílivového elipsoidu (obr. 14.3c), jehož velká poloosa by směrovala k Měsíci. V souladu s Newtonovou statickou teorií slapů (pomineme-li vnitřní tření, setrvačnost vody a tření o dno) si elipsoid zachovává stav statické rovnováhy. V souvislosti s pohybem soustavy Země — Měsíc vykonává přílivový elipsoid za dobu jednoho oběhu Měsíce kolem Země právě jednu otočku kolem své osy. c^ B c) deformace Země pokryté souvislou vrstvou vody v důsledku slapového působení Měsíce. V jednotlivých bodech povrchu je znázorněn rozklad zrychlení yM do tečných a normálových složek (podle M. M. Jermolajeva, 1975) 14.1.3 SLAPOVÉ PŮSOBENÍ SLUNCE Stejně jako Měsíc působí na částice zemského povrchu i Slunce. Analogicky jako v případě působení Měsíce lze vyjádřit hodnotu zrychlení yspro Slunce: MQrz Y.S 2C (14.21) = 2,177 ;i4.22) kde Mq je hmotnost Slunce a r je střední vzdálenost Země a Slunce (r = 1 AU). Z porovnání hodnot y? a yM plyne: yM _ A/gr' _ 7.35 . 10:: kg / 149,6.1()'V ~Y^ M0/-„3 ~ 1,99.10-1"kg \ 384,4. 106m> tedy slapové působení Slunce je asi dvakrát menší než slapové působení Měsíce, tj. Slunce má na průběh, intenzitu a dobu výskytu dmutí vyvolaného Měsícem pouze pozměňující vliv. Vlivem slapového působení Slunce by Země krytá souvislou vrstvou vody nabyla podoby elipsoidu, jehož osa by ležela v rovině ekliptiky a stále by směřovala ke Slunci. 314 14.2_______Slapy hydrosféry 14.2.1 ZÁKLADNI POJMY Slapové pohyby hydrosféry se projevují periodickým střídáním zdvihu (príliv) a poklesu (odliv) vodní hladiny. V přílivových kolísáních hladiny lze vymezit několik základních prvků a pojmů (obr. 14.4). Nejvyšší úroveň hladiny, dosažená za určitou periodu, je velká voda, nejnižší malá 6[h] SUM 14.4 Prvky přílivu (podle L. A. Žukova, 1976). Označení: SUM - střední úroveň moře, OH — nula hlubin, A0 — výška SUM nad OH, BítB2— výška vysoké resp. nízké velké vody, C\, C2 — výška vysoké resp. nízké malé vody, £>„ D2 - denní nerovnost velkých resp. malých vod, Ar — interval dmutí, § — kulminace Měsíce voda. Jsou-li za den pozorovány dvě velké (dvě malé) vody, označují se jako vysoká a nízká velká (malá) voda. Jejich vzdálenosti od výchozí úrovně odečtu (nula hlubin) jsou dány výškami vysoké a nízké velké vody (Bx, B2) a vysoké a nízké malé vody (Cu C2). Rozdíl mezi výškou vysoké a nízké velké vody a rozdíl mezi výškou vysoké a nízké malé vody určují denní nerovnost velkých a malých vod (Z>x, D2). Poloha úrovně přílivu vzhledem k nule hlubin je výška přílivu. Výška velké nebo malé vody nad střední úrovní moře se nazývá amplituda přílivu. Protože přílivy nemusí být symetrické vzhledem ke střední úrovni, mohou se amplitudy stanovené podle velké a malé vody navzájem lišit. Časový interval mezi okamžikem kulminace Měsíce v daném místě a okamžikem maxima nejbližší velké vody se nazývá interval dmutí (Aí)- Amplitudu slapů registrují přístroje zvané mareografy, u nichž změny polohy plováku ve vertikálním směru jsou přenášeny na registrační zařízení. Při vysvětlení mechanismu mořského dmutí v daném místě vyjdeme z představy přílivového elipsoidu, popsaného v části 14.1.2. Budeme sledovat změny vodní hladiny v bodě A zemského povrchu (obr. 14.5), v němž je ve výchozím okamžiku t0 Měsíc v horní kulminaci. Bod A, stejně jako každý bod zemského povrchu, se při rotaci Země dostane do původní polohy za dobu hvězdného dne. Za tuto dobu však Měsíc na oběžné dráze kolem Země se posune o určitý úhel a, tj. o tento úhel se musí pootočit i bod A, aby nastala" opět horní kulminace Měsíce. O úhel a se zároveň pootočí i přílivový elipsoid. Doba mezi dvěma sousedními souhlasnými kulminacemi Měsíce je lunární den (trvá 24 h 50 min). Tedy vodní masy vykonávají denní rotaci spolu s pevnou Zemí a současně neustále zachovávají tvar přílivového elipsoidu. Nechť v čase t0 = 0 je v bodě A, v němž je Měsíc v zenitu, pozorována velká voda (příliv). V důsledku rotace Země se bude bod A vzdalovat z výchozí polohy, tj. bude v něm pozorován pokles vodní hladiny. Za tri hodiny by se měl bod A dostat do bodu AI} který odpovídá střední úrovni přílivového elipsoidu. Ovšem za tutéž dobu se přílivový elipsoid poněkud pootočí za Měsícem, tj. posune se i bod A! a střední úrovně elipsoidu bude dosaženo v čase řj = 3 h 06 min. 315 O C 12 » »M 14.5 Mechanismus mořského dmutí (podle L. A. Žukova, 1976): a) poloha přílivového elipsoidu, b) denní chod vodní hladiny v bodě A Za 6 h 12,5 min se bod A dostane do místa, kde je malá voda (odliv) atd. Úplný cyklus kolísání vodní hladiny se opakuje s periodou 24 h 50 min. V bodě A se tak za lunární den vystřídá dvakrát příliv a dvakrát odliv (půldenní dmutí) s periodou 12 h 25 min. Nestejná délka lunárního a hvězdného dne způsobuje časový posun doby výskytu přílivu a odlivu v daném místě (asi po 7 dnech se příliv dostavuje v tu hodinu, v níž byl dříve odliv). Místa na zemském povrchu, která nikdy nemají Měsíc v zenitu (nadiru), budou mít dmutí největší v době kulminací. 14.2.2 NEROVNOSTI PŘÍLIVŮ Protože dochází k neustálé změně vzájemné polohy Slunce, Země a Měsíce, vznikají na Zemi rozdíly ve výškách a v časech nástupu následujících velkých a malých vod, označované jako nerovnosti. Nerovností přílivů jsou způsobeny několika faktory. Rovina měsíční dráhy svírá s ekliptikou úhel asi 5°09', tj. deklinace Měsíce se za dobu jeho oběhu kolem Země mění od -28°36' do +28°36'. Navíc v důsledku eliptické dráhy se neustále mění jeho vzdálenost od Země, což má vliv na velikost gravitační síly. Také Slunce na své zdánlivé dráze kolem Země mění svoji deklinaci od —23°27' do +23°27' (s periodou roku) a vzdálenost od Země. Z těchto příčin se místa maximálního dmutí na Zemi posunují v uvedeném intervalu na sever a na jih od rovníku a rozrůzňují se i výšky velkých a malých vod. Obr. 14.6a znázorňuje vertikální řez přílivovým elipsoidem při největší kladné deklinaci Měsíce (28,5°). Na rovníku jsou změny úrovně vodní hladiny stejné jako při nulové deklinaci Měsíce, tj. pozoruje se pravidelný půldenní příliv, jehož amplituda je samozřejmě menší než při nulové deklinaci. Na linii AC severně od rovníku bude v bodě A velká voda větší než v bodě C, tj. vzniká denní nerovnost výšek velkých vod, rostoucí se zeměpisnou šířkou. Zároveň vzniká i denní nerovnost v čase nástupu malých vod (zpoždění nástupu). Na linii DE je v bodě D pozorována velká voda, potom úroveň hladiny klesá až do bodu E a odtud znova roste, tj. pozoruje se jeden příliv a jeden odliv za den (jednodenní dmutí). Perioda změn denní nerovnosti je asi 13,7 dne (t j. polovina siderického měsíce). 316 a) 2) fe (Oi«.s) 2) y»o' O S 12 18 W[h] ra O S 12 18 M [h] O 6 12 18 M [h] 14.6 a) Nerovnosti přílivů (podle L. A. Žukova, 1976): 1) přílivový elipsoid při maximálni kladné deklinaci Měsíce, 2) denní chod vodní hladiny v různých zeměpisných šířkách, Analogické denní nerovnosti vyvolává slapovým působením i Slunce, změna denní nerovnosti však probíhá s periodou půl roku. V důsledku změn vzájemné polohy Slunce, Země a Měsíce vzniká tzv. půhněsíční nerovnost s periodou rovnou polovině synodického měsíce (asi 14,8 dne). Amplituda přílivů se totiž mění během synodického měsíce v souladu s fázemi Měsíce tak, že kolem úplňku a novu je největší (skočný neboli syzygijní přffiv - gravitační účinky Slunce a Měsíce se sčítají). Je-li Měsíc v první nebo poslední čtvrti, amplituda přílivů je nejmenší (hluchý neboli kvadraturní přffiv - gravitační působení Slunce a Měsíce na Zemi je protichůdné). Protože Měsíc obíhá kolem Země po eliptické dráze, je při jeho poloze v přízemí velikost slapové sfly asi o 40 % větší než v odzemí. Tomu odpovídá i rozdfl ve výšce přílivů během siderického měsíce - vzniká tzv. paralaktická nerovnost (protože vzdálenost mezi Zemí a Měsícem lze určovat podle paralaxy Měsíce). Kromě uvedených existují i nerovnosti přílivů delších period (např. s periodou 9,3 roku související se stáčením měsíční dráhy). 14.2.3 TYPY PŘÍLIVŮ I přes různotvárnost přílivů v různých místech Země v závislosti na reliéfu dna, morfologii pobřeží atd., lze podle charakteru kolísání úrovně vodní hladiny vymezit následující typy přílivů (obr. 14.6b): 1. Půldenní přílivy - jsou charakterizovány dvěma velkými a dvěma malými vodami během lunárního dne (perioda 12 h 25 min), jejichž průběh má téměř sinusoidálm charakter. Rozdíl výšek sousední vysoké a nízké velké vody je malý (tj. denní nerovnost se prakticky neprojevuje). V amplitudě přílivů se během měsíce výrazně projevuje půlměsíční nerovnost. 317 3 2 1 - O - b) Typy přílivů (podle L. A. Žukova, 1976). Označení: 1) půldenní příliv, 2) nepravidelný půldenní příliv, 3) nepravidelný denní příliv; 4) denní příliv; S, J — největší kladná resp. záporná deklinace Měsíce, A, P — odzemí resp. přízemí Měsíce, R — průchod Měsíce přes světový rovník (nulová deklinace), fáze Měsíce: J — první čtvrť, ® — úplněk, § — poslední čtvrt, $ — nov 2. Denní přílivy — jsou charakterizovány jednou velkou a jednou malou vodou během lunárního dne, přičemž vzestup a pokles úrovně vodní hladiny lze vyjádřit křivkou blízkou sinusoidě. Amplituda přílivů vzrůstá s rostoucí deklinací Měsíce a dosahuje nejvyšší hodnoty krátce po největší deklinaci Měsíce (tropické přílivy). Při průchodu Měsíce přes světový rovník je amplituda přílivů během měsíce nejmenší (rovnodennostní přílivy). 3. Smíšené přílivy a) Nepravidelné půldenní přílivy — jsou charakterizovány jako v případě půldenních přílivů dvěma velkými a dvěma malými vodami během lunárního dne. Ve výškách následujících vysokých a nízkých velkých vod (stejně i malých) se výrazně projevuje denní nerovnost. S rostoucí dekhnací Měsíce denní nerovnost roste a při největší deklinaci se druhá velká voda 318 stává nevýznamnou (tropické přílivy). Denní nerovnost klesá se zmenšováním deklinace a při nulové deklinaci jsou přílivy blízké půldenním (rovnodennostní přílivy). b) Nepravidelné denní přílivy — jsou charakterizovány jednou velkou a jednou malou vodou během lunárního dne. Při průchodu Měsíce přes rovník (rovnodennostní přílivy) vzniká druhá velká voda za den a na několik dnů se příliv stává půldenním. S rostoucí deklinací Měsíce pak rychle roste denní nerovnost (až tropický příliv). 4. Anomábií přílivy — jsou rozšířeny málo a liší se od výše uvedených specifickými rysy. Při šíření přílivových vln na rozsáhlých mělčinách půldenní přílivy ztrácejí symetrii vzestupu a poklesu úrovně hladiny a nazývají se mělčinové přílivy. Silný vliv mělčin může někdy zapříčinit výskyt doplňkových vln v půldenním přílivu — vzniká tzv. čtvrtdenní příliv (tj. 4 velké a 4 malé vody za lunární den). 14.2.4 VLIV FYZICKOGEOGRAFICKÝCH PODMÍNEK NA MOŘSKÉ DMUTÍ Newtonova statická teorie přílivů objasňuje jejich fyzikální podstatu na základě gravitačního zákona. Zjednodušující předpoklady, přijaté při rozpracování teorie, jsou příčinou podstatných rozdílů mezi teorií a přílivovými jevy, pozorovanými ve skutečnosti. Významný vliv na charakteristiky mořského dmutí mají fyzickogeografické podmínky. Vodní částice nesledují bez zpoždění pohyb Měsíce a Slunce, protože setrvačnost vodních mas, různý tvar a hloubka mořského dna, vnitřní tření částic vody, vlastní vlnění vodních mas, mořské proudy a hlavně pevniny brání volnému postupu přílivových vln. Proto se maximum přílivu v daném místě opožďuje za kulminací Měsíce často o několik hodin. Jak bylo uvedeno v části 14.2.1; toto zpožďování charakterizuje interval dmutí. Interval dmutí v době syzygií se nazývá přístavní čas. Přístavní čas tedy udává, o kolik se v daném místě opožďuje nejvyšší příliv za kulminací Měsíce v úplňku nebo novu. Morfologií pobřeží je významně ovlivňována výška a amplituda přílivů. Maximální teoretická výška přílivu by měla dosahovat asi 0,8 m, čemuž se blíží pozorované hodnoty dmutí vnitřních moří a v centrálních částech oceánů. Na pobřeží je dmutí podstatně větší, zejména pak na pobřežích obrácených do zálivů, protože v zužujících se zálivech brání pobřeží přílivové vlně rozlít se do šířky. Např. v zálivu Fundy na východním pobřeží Kanady dosahuje výška přílivu 15—20 m, zatímco na východním pobřeží Nového Skotska, obráceného do otevřeného oceánu, klesá příliv na 1—3 m. Vedle zálivu Fundy patří mezi oblasti s největším dmutím na Zemi Magalháesův průliv při jihoamerickém pobřeží, Bristolský záliv a záliv St. Malo v západní Evropě a Penžinský záliv Ochotského moře. Mořské dmutí na druhé straně ovlivňuje utváření morfologie pobřeží. Na některých pobřežích se během odlivu vynoří velké plochy, které jsou při přílivu opět zaplavovány. Jde o tzv. vaty nebo přílivové plošiny. Vaty jsou velmi ploché, jen místy jsou prořezány odtokovými kanály, jimiž při odlivu odtéká voda zpět do moře. Někdy bývají ohraničeny řetězy písčitých ostrůvků, kterými jsou odděleny od volného moře. Známé jsou např. vaty na severoněmeckém pobřeží, na pobřeží Nizozemí a Dánska. V mnoha řekách ústících do moří se silným dmutím postupuje vznikající příliv často mnoho set km proti proudu, což umožnilo, aby se z mnohých vnitrozemských měst staly důležité námořní přístavy. Např. v případě Amazonky se projevuje příliv ještě 850 km od ústí (Óbidos), na řece sv. Vavřince přes 700 km (Trois Riviěres), na Jang-č-ťiangu přes 300 km (Nanking) a na Labi do 150 km (Geesthacht v NSR). Na některých řekách se při přílivu zvedá říční hladina pozvolna, neboť v důsledku větší hustoty proudí mořská voda do řeky spodem. Jinde se při ústí řeky zvedá vlna v podobě vodní hráze, která přepadává a s rachotem se pohybuje proti proudu řeky jako tzv. přílivový příboj, známý zejména na Amazonce pod názvem pororoca (vlna až 5 m vysoká postupuje rychlostí asi 20 km . h"1). 319 Je-li astronomicky podmíněný příliv podporován silnými větry vanoucími ve směru pohybu vody, jde o tzv. bouřlivý příliv, který měl v minulosti několikrát za následek mimořádné přírodní katastrofy. Např. 31. ledna a 1. února 1953 postihl bouřlivý příliv (vlny byly o 3 metry vyšší než normálně) při orkánu Nizozemí, NSR, Belgii a Anglii. Zahynulo při něm 1800 lidí a téměř milión jich muselo být evakuováno. Také katastrofa v Bangladéši v r. 1970, kdy zahynulo asi 1 milión lidí, souvisela s bouřlivým přílivem. 14.2.5 VYUŽITÍ POZNATKŮ O MOŘSKÉM DMUTÍ V NÁMOŘNÍ DOPRAVĚ Periodičnost slapových jevů umožňuje stanovit některé charakteristiky dmutí metodou harmonické analýzy. Velmi důležité pro námořní dopravu jsou hodnoty přístavních časů (tab. 14.1) a výška přílivu (tab. 14.2), protože mnohé přístavy s mělkými vjezdy jsou přístupné větším námořním lodím jen v době přílivu. Uvedené údaje jsou součástí plavebních příruček a často se označují jako konstanty přístavu. Tabulka 14.1 Přístavní časy (příchod přílivové vlny po průchodu Měsíce místním poledníkem ve světovém čase) pro některé přístavy Severního moře podle G. Sagera (1959) Aberdeen 0 h 52 min Emden 11 h 25 min Hull 5 h 53 min Wilhelmshaven 12 h 20 min Londýn 1 h 18 min Brémy 2 h 05 min Ostende 12 h 20 min Hamburk 3 h 47 min Antverpy 2 h 55 min Esbjerg 1 h 21 min Rotterdam 3 h 41 min Tabulka 14.2 Střední skočné a hluché dmutí v některých přístavech podle G. Sagera (1959) Moře Střední dmutí [m] Přístav skočné hluché Hamburk Severní 2,5 2,1 Rotterdam Severní 1,8 1,6 Le Havre* Lamanšský průliv 6,8 3,8 Bordeaux Atlantský oceán 5,3 4,0 Londýn Severní 6,6 4,8 Murmansk Barentsovo 3,0 1,7 Archangelsk Bílé 0,8 0,5 Casablanca Atlantský oceán 1,6 0,6 Kalkata Bengálsky záliv 4,2 2,0 Kapské město Atlantský oceán 1,6 0,6 Vladivostok Japonské 0,2 0,1 Tokio Tichý oceán 0,8 0,4 Melbourne Bassův průliv 0,6 0,3 Honolulu Tichý oceán 0,5 0,2 San Francisco Tichý oceán 1,6 0,6 Havana Mexický záliv 0,4 0,1 Spojnice stejných hodnot přístavních časů na mapě, přepočtených na jednotný čas (např. světový), znázorňují postup přílivové vlny. Tyto izolinie se nazývají izorhachie. Např. v Severním moři mají tvar kruhu (amfidroma), z něhož všemi směry vybíhají izolinie. Naopak v Atlantském oceánu přibývá přístavní čas pravidelně od jihu k severu až asi na 20° s. š. 320 14.2.6 ENERGETICKÉ VYUŽITÍ MOŘSKÉHO DMUTÍ Rostoucí spotřeba energie ve světě a postupné vyčerpávání klasických energetických zdrojů vede k pokusům využívat i energii mořského dmutí. Myšlenka využití slapů se objevila již v 15. století, kdy byl Italem Marianim navržen mlýn poháněný přílivovými proudy. Princip přílivové elektrárny je následující: Vhodné místo (např. ústí řeky, záliv) je přehrazeno přehradní zdí, kterou při přílivu voda postupuje do přehradní nádrže, při odlivu stejnou cestou vytéká. Přitom jsou poháněny turbíny, vyrábějící elektrický proud. První přílivová elektrárna na světě byla postavena ve Francii na řece La Rance v blízkosti St. Malo. Délka přehrady je 750 m, výška 32 m a pracuje v ní 24 turbín. Ročně produkuje 540 mil. kWh. Vedle Francie pracují přílivové elektrárny také ve Velké Británii, Kanadě, SSSR (v zálivu západně od Murmanská) aj. Existuje řada projektů na výstavbu dalších přílivových elektráren. 14.3_______Slapy zemské kury___________________________________ V důsledku pružnosti zemské kůry prodělává také samotný zemský povrch periodické deformace působením gravitačních sil Slunce a Měsíce, které označujeme jako slapy zemské kůry. Projevují se změnami hodnot tíhové síly a výchylkami jejího směru, které se měří pomocí speciálních gravimetrů resp. horizontálních kyvadel. Chceme-li vyjádřit relativní změnu tíhové síly v důsledku slapového působení Měsíce v libovolném bodě A (obr. 14.3b), vypočteme hodnotu Ág/g. Veličina g je tíhové zrychlení na slapovými jevy neovlivněné Zemi: ř---^-- (14.23) rz Za hodnotu Ag dosadíme ze vztahu (14.20) ynM a dostaneme relativní hodnotu změny tíhové síly pro dokonale tuhou Zemi: Al. = Y-« = _ Mi. (_rz_\3 (3 cos2 ^ _ 1} . (14.24) g g Mz \ r„ I Hodnota (A/g/A/z) (rz/r0ý je podle M. Burši (1981) pro měsíční přílivy 5.8 . 10~8 (pro sluneční přílivy 2,6 . 10~8). Odpovídající odchylka ß ve směru tíhové síly bude: ß = arctg lUL = arctg I" A ig- (-^ľsin 2 J • (14.25) Podle (14.25) lze pro rp = 45° stanovit největší teoretické výchylky ve směru tíhové síly, které působením Měsíce dosahují 0,018" (vlivem Slunce 0,008"). Podle M. Bursi (1981) pro dokonale pružnou Zemi největší slapové změny tíhové síly ôg působením Měsíce činí 1,3 . 10~6 m . s-2, působením Slunce 0,6 . 10~6 m . s-2, největší vertikální posuny zemské kůry ôh působením Měsíce činí 0,21 m a Slunce 0,10 m. Odpovídající hodnoty pro slapové působení Venuše, které je ze všech planet největší, jsou ôg = 7. 10~n m . s-2 a óh = 10~5 m. Z toho plyne, že gravitační účinky planet na slapové jevy jsou zcela zanedbatelné. Amplituda zemských slapů je největší na rovníku, kde dosahuje několika desítek cm. Konkrétní představu o slapech zemské kůry podává obr. 14.7. 321 .t dolu 100 10— •+ m- í*- • 100-10— ŕ i ^A/WAM,^/Yy-^YyvyvA^vvvvY|/- nahoru Brusel, qravimetr Askania č 145 0.02 východ 2apad sc(«iqne»ux (Namur), horiiontálnf kyvadlo Verbaandert-Mtlchior či 0,02 0,02' ,» sev«r t lW\ŕtfyť*J\r+r-^+<*^r^ľ*^^ jih Scteiqneaux (Namur), horizontální kgvadlo Verbaandert-Melchior č.1 -I___U_l___L. I , I-----1-----1 I bden 19611 2 34 s s 7 8 9ioiii2i3Hi5Hi7»W202iaa»!Maea8279ia93on 14.7 Slapy zemské kůry - změny hodnoty tíhové sfly a výchylky v jejím směru podle měření v Belgii (P. M. Melchior, 1966) 14.4 Slapy atmosféry Gravitační působení Slunce a Měsíce a termické působení Slunce vyvolává periodická kolísání v zemské atmosféře - atmosférické slapy. Nejvýrazněji se projevují v poli atmosférického tlaku a větru. Na rozdíl od mořského dmutí jsou však variace prvků vyvolané působením Slunce větší než v případě působení Měsíce. Tak např. amplituda půldenní složky tlaku vyvolané Sluncem dosahuje nejvyšší hodnoty na Zemi na rovníku, kde svou velikostí 1,2 -1,5 hPa asi dvacetinásobně převyšuje analogickou lunární složku. Zesílení sluneční půldenní složky je vysvětlováno pohlcováním slunečního záření ozonem a vodní parou v atmosféře. Přílivová kolísání tlaku vzduchu se dají nejlépe stanovit z barogramů stanic v tropických oblastech, zatímco v mimotropických šířkách jsou periodické slapové výkyvy často narušeny aperiodickými faktory (obr. 14.8). 1013 1008 1006 ^•j/L^'W i 9.TI. 14.8 Kolísání atmosférického tlaku v Djakarte (1) a v Postupimi (2) v listopadu r. 1919 (podle J. Bartelse) 322 Přílivové variace atmosférického tlaku vyvolávají v zásadě pohyby vzduchu v horizontálním směru, které lze označit jako „přílivový" vítr. Při zemském povrchu nabývá přílivový vítr velmi malých hodnot několika cm . s"1. Např. podle B. Haurwitze a A. D. Cowleve (1969) byly v Honkongu (67 let pozorování) půldenní amplitudy přílivového větru způsobené Sluncem 18,1 cm. s_1 (ve směru sever—jih) a 13,0 cm . s_1 (ve směru západ-východ), zatímco analogické složky vyvolané Měsícem byly pouze 1,0 resp, 2,2 cm . s_1. Na rozdíl od přílivového větru při zemském povrchu jsou podmínky pro sledování přílivových variací v horní atmosféře v důsledku zesilování přílivové vlny s výškou příznivější. Přílivový vítr se zde zjišťuje pozorováním ionizovaných stop, zanechávaných meteory, nebo pozorováním umělých oblak (hlavně sodíkových). Ve výškách kolem 80—110 km již dosahují denní a půldenní složky přílivového větru amplitud od 10 do 50 m . s_t. Vedle tlaku a větru věnují některé práce pozornost přílivovým kolísáním teploty vzduchu, výšky ionosférických vrstev, atd. 14.5 Vliv slapů na zemskou rotaci_____________________ Jak bylo uvedeno v části 13.1.3, v dlouhodobém trendu rychlosti zemské rotace se projevuje její zpomalování podmíněné ztrátou kinetické energie v důsledku pohybu slapové vlny vyvolané Sluncem a Měsícem proti směru rotace Země. Nechť v obr. 14.9 značí a odchylku delší osy ^JP Zeme Mesic 14.9 Schéma sil způsobujících zpomalování zemské rotace (podle J. Maďara, 1955) přílivového elipsoidu od spojnice Země — Měsíc, odpovídající průměrnému intervalu dmutí pro celý zemský povrch. Představíme-li si hmotnost obou těles soustředěnou v bodech S a P, vyrovnává se jejich silové působení na spojnici SP. Nahradíme-li hmoty „elipsoidálních vrchlíků" jejich těžišti A a B, je gravitační působení Měsíce dáno silami Ft (částečně působí proti směru zemské rotace) a F2 (částečně působí ve směru rotace). Tedy Fj by způsobovala zpomalení a F2 zrychlování zemské rotace. Protože však při stejných hmotnostech leží A blíže Měsíci než B, směřuje jejich výslednice proti směru zemské rotace, tedy ji zpomaluje. Analogickým způsobem jako v případě Země docházelo a dochází ke zpomalování rotace jiných vesmírných těles, pokud jejich povrch byl nebo je příznivý pro vznik slapových jevů. Např. slapové účinky Země na Měsíc jsou značně větší než v opačném smyslu vzhledem k větší hmotnosti naší planety, a to v poměru 1 : 20. Tyto slapy zřejmě zpomalily rotaci Měsíce natolik, že dnes má Měsíc pouze rotaci synchronizovanou s oběhem kolem Země. 323