Desde tiempos prehistóricos, la gente ha sabido intuitivamente que la luna y las mareas están conectadas, pero hizo falta un genio como Isaac Newton para explicar la razón.
Resulta que la gravedad, esa misteriosa fuerza fundamental que causa el nacimiento y muerte de estrellas y la formación de galaxias, es la principal responsable. El sol también ejerce una atracción gravitacional sobre la tierra y contribuye a las mareas oceánicas. Juntas, las influencias gravitacionales del sol y la luna ayudan a determinar los tipos de mareas que ocurren.
Si bien la gravedad es la causa número uno de las mareas, los propios movimientos de la tierra juegan un papel. La tierra gira sobre su eje, y ese giro crea una fuerza centrífuga que intenta expulsar toda el agua de la superficie, de la misma manera que el agua sale de un rociador giratorio. La propia gravedad de la tierra evita que el agua vuele al espacio.
Esta fuerza centrífuga interactúa con la atracción gravitacional de la luna y el sol para crear mareas altas. y mareas bajas, y es la razón principal por la que muchos lugares de la Tierra experimentan dos mareas altas todos los días.
La luna afecta más a las mareas que el sol
De acuerdo a Ley de gravitación de Newton, la fuerza gravitacional entre dos cuerpos cualesquiera en el universo es directamente proporcional a la masa de cada cuerpo (metro1 y metro2) e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia (D) entre ellos. La relación matemática es la siguiente:
F = Gm1metro2/ D2
dónde GRAMO es la constante gravitacional universal.
Esta ley revela que la fuerza depende más de la distancia que de las masas relativas. El sol es mucho más masivo que la luna, aproximadamente 27 millones de veces más masivo, pero también está 400 veces más lejos. Cuando comparas las fuerzas gravitacionales que ejercen sobre la tierra, resulta que la luna tira aproximadamente el doble de fuerte que el sol.
La influencia del sol en las mareas puede ser menor que la de la luna, pero está lejos de ser insignificante. Es más evidente cuando el sol, la tierra y la luna se alinean durante la luna nueva y la luna llena. En luna llena, el sol y la luna están en lados opuestos de la tierra, y la marea más alta del día no es tan alta como lo normal, aunque la segunda marea alta es un poco más alta.
En la luna nueva, el sol y la luna están alineados en el mismo lado de la tierra y sus tirones gravitacionales se refuerzan mutuamente. La marea inusualmente alta se conoce como la marea de primavera.
La gravedad de la luna en combinación con la fuerza centrífuga
La fuerza centrífuga causada por la rotación de la tierra sobre su eje recibe un impulso de la gravedad de la luna, y eso se debe a que la tierra y la luna giran una alrededor de la otra.
La tierra es mucho más masiva que la luna que parece que solo la luna se mueve, pero en realidad ambos cuerpos giran alrededor de un punto común llamado baricentro, que está a 1.068 (1.719 km) millas por debajo de la superficie de la Tierra. Esto crea una fuerza centrífuga adicional, muy parecida a la que experimentaría una pelota girando sobre una cuerda muy corta.
El efecto neto de estas fuerzas centrífugas es crear un bulto permanente en los océanos de la Tierra. Si no hubiera luna, el bulto nunca cambiaría y no habría mareas. Pero hay una luna, y así es como su gravitación afecta el bulto en un punto aleatorio. A en la tierra que gira:
- Doce de la noche: Punto A está frente a la luna, y la combinación de la atracción gravitacional de la luna y el abultamiento centrífugo se combinan para crear la marea alta.
- 6 a.m. y 6 p.m .: Punto A es perpendicular a una línea entre la tierra y la luna. El componente normal de su fuerza gravitacional contrarresta el abultamiento centrífugo y lo atrae. Punto A experimenta marea baja.
- Mediodía: Punto A está en el lado opuesto de la tierra a la luna. La gravitación de la luna es más débil porque el punto A está ahora a un diámetro de la tierra de distancia, que es casi 8.000 millas (12.875 km). La fuerza gravitacional no es lo suficientemente fuerte como para neutralizar el abultamiento centrífugo y apuntar A experimenta una segunda marea alta, que es más pequeña que la primera que ocurrió a la medianoche.
La luna se mueve por el cielo a una velocidad promedio de 13,2 grados por día, lo que corresponde a unos 50 minutos, por lo que la primera marea alta del día siguiente se produce a las 12:50 a.m., no a la medianoche. De esta manera, la sincronización de las mareas altas en el punto A sigue el movimiento de la luna.
El efecto del sol en las mareas oceánicas
El sol tiene un efecto sobre las mareas análogo al de la luna, y aunque es la mitad de fuerte, cualquiera que prediga las mareas marinas debe tenerlo en cuenta.
Si visualiza los efectos gravitacionales en las mareas como burbujas alargadas que rodean el planeta, la burbuja de la luna sería dos veces más alargada que la del sol. Gira alrededor de la tierra a la misma velocidad que la luna orbita alrededor del planeta, mientras que la burbuja del sol sigue el movimiento de la tierra alrededor del sol.
Estas burbujas interactúan como ondas interferentes, a veces amplificándose unas a otras y otras anulándose entre sí.
La estructura de la Tierra también afecta las mareas oceánicas
La burbuja de marea es una idealización, porque la tierra no está completamente cubierta por agua. Tiene masas de tierra que confinan el agua en cuencas, por así decirlo. Como puede ver al inclinar una taza de agua hacia adelante y hacia atrás, el agua en un recipiente se comporta de manera diferente al agua que no está confinada por los bordes.
Mueva la taza de agua hacia un lado y toda el agua se derramará hacia un lado, luego muévala hacia el otro lado y el agua retrocede. El agua de los océanos en las tres cuencas oceánicas principales, los océanos Atlántico, Pacífico e Índico, así como en todas las más pequeñas, se comporta de la misma manera debido al giro axial de la tierra.
El movimiento no es tan simple como esto, porque también está sujeto a los vientos, la profundidad del agua, la topografía de la costa y la fuerza de Coriolis. Algunas costas de la Tierra, particularmente las de la costa atlántica, tienen dos mareas altas por día, mientras que otras, como muchos lugares de la costa del Pacífico, solo tienen una.
Los efectos de las mareas
El flujo y reflujo regular de las mareas tiene un efecto profundo en las costas del planeta, erosionándolas continuamente y cambiando sus características. El sedimento se transporta en la marea en retirada hacia el mar y se deposita de nuevo en un lugar diferente cuando la marea regresa.
Las plantas y animales marinos en las áreas de mareas han evolucionado para adaptarse y capitalizar este movimiento regular, y los pescadores a lo largo de los siglos han tenido que programar sus actividades para adaptarse a él.
El movimiento de las mareas genera una enorme cantidad de energía que se puede convertir en electricidad. Una forma de hacerlo es con una presa que utiliza el movimiento del agua para comprimir el aire para impulsar una turbina.
Otra forma es instalar turbinas directamente en la zona de las mareas para que el agua que avanza y retrocede pueda hacerlas girar, al igual que el viento hace girar las turbinas de aire. Debido a que el agua es mucho más densa que el aire, una turbina mareomotriz puede generar mucha más energía que una turbina eólica.