Energie z kosmu pomáhá civilizaci

Co přinášejí naší planetě změny jejího gravitačního pole

Energie z kosmu pomáhá civilizaci

"Když vlna vzpíná se vstříc luně, která hoří, /tu na břeh ulehnu - když smočil jsem se v moři -/pak hlavu pozvednu, aby ji luna zřela/- protože ve vlasech se voda udržela -/a tažen měsícem, jak anděl výše stoupám,/volně a vzpřímeně svou skráň v azuru koupám..."
(Edmond Rostand, Cyrano z Bergeracu; překlad J. Vrchlického)

"Příliv a odliv je pádným a jako slunce jasným důvodem proti zpozdilcům, kteří tvrdí, že hvězdy Zemi nepodcházejí nebo že Země není otáčející se koulí, neboť východ a západ zřejmě ukazuje, že hvězdy obíhají pod Zemí a vykonávají své působení, i když jsou skryty našemu zraku."
(Plinius)

Prvního dne oddělil Bůh světlo od tmy, v den druhý klenbou rozdělil vody. Těm, co byly pod klenbou, přikázal třetího dne nahromadit se na jedno místo; vody nazval mořem a souš zemí. Když potom stvořil ještě dvě veliká světla, větší, aby vládlo ve dne, menší pro vládu v noci, mohla země s mořem začít hrát v režii kosmických sil na bretaňském pobřeží svá každodenní představení.
Už jen měsíce zbývají do konce dvacátého století a pyšný pán tvorstva se cítí být i vládcem všehomíra. Nesmí však přijít bouřka, po níž zůstane bez elektrického proudu, ani sněhová kalamita; je bezmocný proti povodním, větrným smrštím, neví si rady se záhadami bermudského trojúhelníka; a když začne soptit vulkán, tak stejně jako v pravěku bere raději nohy na ramena.
Jedno z míst, kde příroda trpělivě připomíná, že lidským údělem zůstane navždy přijímat její zákony s pokorou, je zátoka Lamanšského průlivu pod velkolepým chrámem Saint-Michel. Každý den všední i sváteční se po písečném prostoru za osamělou skálou s věžemi chrámů valí vlny od západního horizontu. Stačí několik desítek minut a moře změní granitovou horu na ostrov spojený s bretaňskými loukami jen umělou hrází.

Jsme moudřejší než Plinius?

Pravidelnost mořských pohybů znali buď z vlastní zkušenosti, nebo podle vyprávění i starověké středomořské národy. Podrobné svědectví se o tom dochovalo ve II. knize rozsáhlého encyklopedického díla Naturalis historia od římského polyhistora Plinia Staršího z prvního století naší éry.
"Příčina přílivu a odlivu vězí ve Slunci a Měsíci. Dvakrát ve čtyřiadvaceti hodinách mezi dvěma východy Měsíce vody přitékají a dvakrát odtékají; zprvu se nadouvají, když se vesmír vzdouvá s lunou, potom když se Měsíc odchýlí z konce nebes, se usazují, a když se Měsíc od západu blíží nejspodnějším částem (nadiru), vyrovnávají a pohlcují, dokud Měsíc podruhé nevyjde. Avšak nikdy neodtékají zcela stejně jako minulý den..."
Opakující se stoupání a klesání mořské hladiny má původ v periodických změnách (slapech) gravitačního pole Země. Kromě přílivu a odlivu jsou těmito slapy vyvolávány také zdvihy a poklesy zemské kůry (až o několik desítek cm) a změny tlaku vzduchu.
Podle Newtonova pohybového zákona (1687) je síla, kterou na sebe působí dvě tělesa, přímo úměrná jejich hmotnosti a nepřímo úměrná druhé mocnině vzdálenosti. I když je od Země ke Slunci zhruba 390krát dál (149,5.106 kilometrů) než k Měsíci (384,4.103 kilometrů), rozhodující vliv na Zemi nemá Měsíc, ale 27.106krát hmotnější Slunce. S mořem však přesto pohybuje především Měsíc. Těžiště (barycentrum) dvojice Země - Měsíc, kolem něhož se obě tělesa otáčejí, leží asi 1700 kilometrů pod zemským povrchem. Protože Země jako tuhé těleso svůj tvar při rotaci kolem barycentra nemění, má odstředivá síla na Zemi všude stejnou velikost. Přitažlivá síla Měsíce bude ovšem různá; největší na straně přivrácené k Měsíci a nejmenší na straně opačné. Rozdíl sil přitažlivých a odstředivých se projeví zdvihem mořské hladiny. Na straně přivrácené k Měsíci vyvolá hromadění vodních mas síla přitažlivá (gravitační), na straně odvrácené od Měsíce naopak působení sil odstředivých. V daném místě zemského povrchu nastává tento proces za jeden měsíční den (24 hodin, 50 minut a 30 sekund) dvakrát. Stejnou periodu jako příliv má i odliv.
Důvod, proč o slapových pohybech moře rozhoduje hlavně Měsíc, je čistě geometrický; při průměru naší planety 12 756 kilometrů jsou rozdíly přitažlivých sil, kterými na různá místa zemského povrchu působí vzdálené Slunce, méně významné než ty, za které odpovídá blízký Měsíc.
"V Atlantickém oceáně je příliv mnohem mocnější a více země zakrývá neb odkrývá než v jiných mořích, a to buď proto, že oceán je bujnější než jeho části, nebo že patrně rozlehlost vody více podléhá moci hvězdy volně prostupující, zatímco úžiny moc tu omezují. Z téhož důvodu se nevyskytuje tento periodický pohyb na jezerech a řekách...
V blízkosti břehů se tyto pohyby též snáze pozorují než na širém moři, podobně jako v končetinách se lépe pociťuje tep než uprostřed těla." (Plinius)
Dmutí moře je jev velice složitý. Napadne to každého, kdo si o dovolené u moře v Bretani všiml, že na informačních tabulích s jízdními řády přílivů jsou kromě času uvedena i čísla od 20 do 120 (koeficienty dmutí). Největší hodnotu mají za úplňku a novu, nejnižší při první a poslední čtvrti Měsíce.
Intenzita slapových pohybů moře závisí nejen na příčinách kosmických, ale i pozemských, např. na členitosti pobřeží, hloubce pobřežních vod nebo typu moře (okrajové nebo vnitrozemské). Nejvyšší dmutí (až 21 metrů) bývá uváděno v zálivu Bay of Fundy u Nového Skotska. O evropské prvenství se dělí Golfe de Saint-Malo (14 metrů) s Bristolským zálivem (Cardiff, 14 metrů). Vysoké hodnoty byly naměřeny také v Bílém moři (Mezenský záliv, 10 metrů) a Liverpoolském zálivu (8 metrů). Gibraltar má naproti tomu necelé 4 metry a Janov dokonce méně než 20 centimetrů.
V řekách s nálevkovitým ústím se příliv projevuje jako vlna postupující proti říčnímu proudu hluboko do vnitrozemí. Na Seině a Labi je zvýšení hladiny možné pozorovat ještě 145 - 150 kilometrů od ústí, na Amazonce se několik metrů vysoká přílivová vlna šíří rychlostí 25 kilometrů za hodinu do vzdálenosti 1000 kilometrů. Nejvyšší říční příliv na světě je v kanadském Monctonu u Bay of Fundy, kde hladina Petitcodiac River stoupá až o 16 metrů.
"Rozdílné působení Měsíce souvisí s jeho fázemi, či spíše s polohou vzhledem k Zemi a Slunci. V první čtvrti je příliv mírný, silný za úplňku, pak se zase mírní a zase znovu zesiluje v novoluní... Na velikost dmutí moře má vliv i Slunce, a to rozmnožuje účinky vzdutí nejvíce za obojí rovnodennosti, za podzimní více než za jarní; slabě působí v zimě a ještě méně za letního slunovratu. Avšak neděje se to přesně v udaných úsecích časových, nýbrž o něco později, právě tak jako se voda nevzdouvá okamžitě s východem a neodpadá se západem Měsíce, nýbrž se posouvá asi o dvě rovnodennostní hodiny později, jak lze pozorovat v Gadech (dnešní Cádiz na jihu Španělska); vždyť účinek všeho, co se děje na nebi, dopadá na zemi později než zjev sám, jako je tomu při blesku a hromu." (Plinius)
Měsíční přílivové vlny oběhnou Zemi dvakrát za 24 h 50 min 30 s (měsíční den), slunečním vlnám na to stačí o 50 minut a 30 sekund méně. Leží-li Země, Měsíc a Slunce přibližně na přímce (při úplňku a novu) vlny se sčítají a dosahují maxima (tzv. skočný příliv). Při první a poslední čtvrti nastává měsíční příliv v době slunečního odlivu, gravitační účinky Měsíce a Slunce se odečítají a pozorované zvýšení hladiny je minimální (tzv. hluché dmutí).
Pohyby mořské vody závisejí také na výšce Měsíce nad obzorem (nejnižší příliv je při východu a západu Měsíce), na jeho vzdálenosti od Země (oběžná dráha není kruhová) a na roční době (poloze Země vůči Slunci). Zvláště vysoké dmutí nastává, je-li při rovnodennosti Měsíc v úplňku nebo novu a zároveň v perigeu (nejblíže k Zemi). Další takový extrémní příliv (s koeficientem 117) je očekáván zjara v roce 2002. Všechny prognózy ale selžou, pokud nebude bezvětří a normální atmosférický tlak 1013 hPa; rozdíl tlaku vzduchu o 1 hPa odpovídá poklesu nebo vzestupu hladiny moře asi o 1 cm. Např. za uragánu 15. října 1987 byl na bretaňském pobřeží koeficient 90, i když předpověď udávala jenom 28. A naopak příliv století 9. března 1993 oproti očekávání poněkud zklamal, protože byl zrovna vysoký tlak a vanul silný východní vítr.
Při předpovědích se nesmí zapomenout, že účinky vzájemné polohy Slunce, Země a Měsíce mají ve slapových pohybech zpoždění jeden až dva dny.

Energie z mořského přílivu

Mořský příliv je jako energetický zdroj využíván v Evropě nejméně 900 let. Na pobřeží stačilo najít vhodnou zátoku (nebo ústí řeky) a oddělit ji od moře hrází s propustí. Dvakrát denně pak byla k dispozici nádrž přílivové vody, která při odlivu odtékala propustí zpět a přitom roztáčela vodní kola nebo turbíny. V anglickém Doveru prý měli přílivový mlýn už v roce 1086. Na bretaňském pobřeží zavedli tento pohon později, zato se mlýn v Trégastelu zachoval od roku 1384 až dodnes. Úctyhodnou tradici mají Francouzi také v přeměně slapové energie na elektrickou; první proud vyrobila dynama v obci Ploumanac'h už před více než sto lety (1897).
I když slapové elektrárny nejsou ohroženy nedostatkem vody, vyčerpáním ložisek uhlí nebo ropy ani havárií jaderného reaktoru, mají ve srovnání s ostatními zdroji elektrické energie význam zcela symbolický. Vysoký příliv je totiž pro ně sice podmínkou nutnou, ne však postačující. Protože pracují na obdobném principu jako klasické vodní s akumulační nádrží, mohou být postaveny jen tam, kde se nechá pro přílivovou vodu vybudovat za přijatelné náklady dostatečně objemný zásobník.
Doslova ideálně jsou obě podmínky splněny na bretaňském pobřeží u ústí řeky Rance. Nejenže je na tomto místě dmutí mořské hladiny téměř 14 metrů, ale díky reliéfu krajiny se v nálevkovitém ústí nechá zachytit až 180 miliónů m3 přílivové vody. Ve špičkách odlivu protéká řekou 18 tisíc m3.s-1; to je např. desetinásobek běžného průtoku Rhôny.
Práce na staveništi elektrárny byly zahájeny právě před čtyřiceti lety, v roce 1960. Aby se dalo stavět na suchu, musely být nejdříve vybudovány dvě dočasné přehrady, jedna na straně moře, druhá směrem k ústí řeky. Vlastní stavba 750 metrů dlouhé a 13 metrů vysoké hráze začala v červenci 1963. Má čtyři úseky: propust pro říční čluny, hráz s turbínovými generátory (330 metrů), pevnou kamenitou hráz (165 metrů) a pohyblivou hráz se 6 vraty k rychlému vyrovnání hladin při napouštění nebo vypouštění nádrže. Po koruně hráze vede silnice spojující města Saint-Malo a Dinard. První ze čtyřiadvaceti generátorů byl instalován v srpnu 1966, poslední koncem listopadu 1967. Energie, kterou elektrárna od 4. prosince 1967 ročně vyrábí (550 GWh), stačí pro 250 tisíc domácností.
Na rozdíl od mlýnů minulosti, které byly v provozu jen dvakrát denně (za odlivu), má elektrárna Rance své turbíny v činnosti jak při plnění přehrady, tak při jejím vypouštění. Umožňují to speciální axiální turbíny Kaplanova typu schopné obousměrné rotace. Každá z 24 turbín má průměr 5,3 metru, hmotnost 470 tun a výkon 10 MW.
V elektrárně pracuje od zahájení provozu 58 stálých zaměstnanců; po roce 1996 se tento počet zvýšil ještě o dalších 30 přijatých na pravidelnou údržbu. Podle údajů Electricité de France dodala elektrárna v období 1967 - 1996 (za 160 tisíc hodin provozu) do sítě 16 biliónů kWh, a to za nižší cenu 1 kWh, než je francouzský průměr. Díky efektivní výrobě může společnost EF věnovat ročně 14 miliónů franků okolním obcím. Stavba přehrady přispěla k hospodářskému, sociálnímu a turistickému rozvoji celé oblasti i tím, že zkrátila vzdálenost Saint Malo-Dinard z dřívějších 45 kilometrů na pouhých patnáct.
Ve stejném období, kdy Francouzi uvedli do provozu elektrárnu na Rance, začal mořský příliv vyrábět elektřinu také v zálivu Bay of Fundy a v Bílém moři u Kislogubu. Dosahovaný výkon byl však sotva desetinou bretaňského.

Severně od Le Havru jsou na pobřeží, kterému se říká Alabastrové, mořské lázně - normandská perla Etretat. Městečko s úzkou pláží mezi strmými křídovými útesy, z hladiny vztyčené ostré jehly a monumentální brány s jedním obloukem opřeným o mořské dno, vysoké srázy poskládané z vrstev tmavého chalcedonu a nažloutlého slínu. Kdo nechce přijít o pohledy zdola, musí počkat na odliv, překlopýtat kamenitou pláž, pak po žebřících do skalních tunelů a pod převisy skal k vyhlídkám, které jsou po většinu dne vyhrazeny jenom ptákům. Ještě před začátkem krkolomné cesty je informační tabule, na ní křídou napsána hodina, kdy cestu zpátky odřízne moře, a pokyny těm, kteří nepřijdou včas. Na prvním místě byla rada zcela univerzální. Dostanete-li se do nesnází, nezpanikařte!
Ivo Kraus