Co způsobuje příliv a odliv v oceánu?

Od pravěku lidé intuitivně věděli, že Měsíc a příliv a odliv jsou spojeny, ale vysvětlit důvod si vyžádal génius jako Isaac Newton.

Ukázalo se, že primárně je zodpovědná gravitace, ta záhadná základní síla, která způsobuje zrození a smrt hvězd a vznik galaxií. Slunce také vyvíjí na Zemi gravitační přitažlivost a přispívá k přílivům a odlivům oceánů. Gravitační vlivy Slunce a Měsíce společně pomáhají určovat typy přílivu a odlivu.

Zatímco gravitace je příčinou přílivu a odlivu číslo jedna, vlastní pohyby Země hrají roli. Země se točí kolem své osy a toto otáčení vytváří odstředivou sílu, která se pokouší vytlačit veškerou vodu z povrchu, podobně jako voda stříká pryč od otáčející se postřikovací hlavy. Vlastní gravitace Země brání vodě odletět do vesmíru.

Tato odstředivá síla interaguje s gravitačním tahem měsíce a slunce a vytváří příliv a odlivy, a to je hlavní důvod, proč mnoho míst na Zemi zažívá každý den dva přílivy.

Podle Newtonův gravitační zákon

F = Gm₁m₂/ d²

kde G je univerzální gravitační konstanta.

Tento zákon ukazuje, že síla závisí více na vzdálenosti než na relativních hmotnostech. Slunce je mnohem hmotnější než Měsíc - asi 27 milionůkrát hmotnější - ale je také 400krát dál. Když porovnáte gravitační síly, které vyvíjejí na Zemi, ukázalo se, že Měsíc táhne asi dvakrát tak silně než slunce.

Vliv slunce na příliv a odliv může být menší než vliv měsíce, ale zdaleka není zanedbatelný. Nejviditelnější je to, když se slunce, země a měsíc seřadí během novoluní a úplňku. Za úplňku jsou slunce a měsíc na opačných stranách Země a nejvyšší příliv dne není tak vysoký jako obvykle, i když druhý příliv je o něco vyšší.

Na novém měsíci jsou slunce a měsíc seřazené na stejné straně Země a jejich gravitační tahy se navzájem posilují. Neobvyklý příliv je známý jako jarní příliv.

Odstředivá síla způsobená rotací Země na její ose získává podporu z gravitace měsíce, a to proto, že Země a Měsíc se otáčejí kolem sebe.

Země je mnohem hmotnější než Měsíc, takže se zdá, že se pohybuje pouze Měsíc, ale ve skutečnosti se obě těla otáčejí kolem společného bodu zvaného barycentrum, což je 1068 (1719 km) mil pod zemským povrchem. Tím se vytvoří další odstředivá síla, podobně jako by se setkala koule rotující na velmi krátké struně.

Čistým účinkem těchto odstředivých sil je vytvoření trvalé boule v zemských oceánech. Pokud by nebyl měsíc, boule by se nikdy nezměnila a nebyl by příliv a odliv. Existuje ale měsíc a zde je ukázáno, jak jeho gravitace ovlivňuje bouli v náhodném bodě A na rotující zemi:

• Půlnoc: Směřovat A směřuje k Měsíci a kombinace gravitačního tahu měsíce a odstředivé boule se spojí a vytvoří příliv.

• 6:00 a 18:00: Směřovat A je kolmá na čáru mezi zemí a měsícem. Normální složka jeho gravitační síly působí proti odstředivé bouli a vtáhne ji dovnitř. Směřovat A zažívá odliv.

• Poledne: Směřovat A je na opačné straně Země než Měsíc. Gravitace měsíce je slabší, protože bod A je nyní o jeden průměr Země daleko, což je téměř 8 875 mil (12 875 km). Gravitační síla není dostatečně silná na to, aby neutralizovala odstředivou bouli a směřovala A zažije druhý příliv, který je menší než ten první, který nastal o půlnoci.

Měsíc se pohybuje oblohou průměrnou rychlostí 13,2 stupňů za den, což odpovídá asi 50 minutám, takže první příliv následujícího dne nastává ve 12:50 hodin, ne o půlnoci. Tímto způsobem načasování přílivu v bodě A sleduje pohyb měsíce.

Slunce má vliv na příliv a odliv obdobně jako na Měsíci, ai když je o polovinu tak silný, každý, kdo předpovídá přílivy moře, to musí vzít v úvahu.

Pokud si vizualizujete gravitační účinky na příliv a odliv jako podlouhlé bubliny obklopující planetu, měsíční bublina by byla dvakrát tak podlouhlá než sluneční. Rotuje kolem Země stejnou rychlostí jako Měsíc obíhá kolem planety, zatímco sluneční bublina sleduje pohyb Země kolem Slunce.

Tyto bubliny interagují jako interferující vlny, někdy se navzájem zesilují a někdy navzájem ruší.

Přílivová bublina je idealizace, protože Země není úplně pokryta vodou. Má pevninu, která vodu takřka omezuje na povodí. Jak poznáte podle naklonění šálku vody tam a zpět, voda v nádobě se chová jinak než voda, která není omezena hranicemi.

Posuňte šálek vody jedním směrem a všechny vodní příkopy na jednu stranu, poté jej posuňte jiným způsobem a voda se přikloní zpět. Oceánská voda ve třech hlavních oceánských povodích - v Atlantském, Tichém a Indickém oceánu - stejně jako ve všech menších, se chová stejně kvůli axiální rotaci Země.

Pohyb není tak jednoduchý, protože je také vystaven větru, hloubce vody, topografii pobřeží a Coriolisově síle. Některá pobřeží na Zemi, zejména na pobřeží Atlantiku, mají dva přílivy denně, zatímco jiná, jako například mnoho míst na pobřeží Tichého oceánu, má pouze jeden.

Pravidelný příliv a odliv má zásadní vliv na pobřeží planety, neustále je narušuje a mění jejich rysy. Sediment je nesen na ustupujícím přílivu na moře a po přílivu se znovu ukládá na jiné místo.

Mořské rostliny a zvířata v přílivových oblastech se vyvinuly tak, aby se tomuto pravidelnému pohybu přizpůsobily a těžily z něj, a rybáři po celé věky museli načasovat své činnosti, aby se mu přizpůsobili.

Pohyb přílivu a odlivu generuje obrovské množství energie, kterou lze přeměnit na elektřinu. Jedním ze způsobů, jak toho dosáhnout, je přehrada, která využívá pohyb vody ke stlačování vzduchu k pohonu turbíny.

Dalším způsobem je nastavit turbíny přímo v přílivové zóně, aby je mohla ustupující a postupující voda roztočit, podobně jako vítr roztočí vzduchové turbíny. Protože voda je mnohem hustší než vzduch, může přílivová turbína generovat podstatně více energie než větrná turbína.