Mikä aiheuttaa vuorovesi meressä?

Esihistoriasta lähtien ihmiset ovat intuitiivisesti tienneet, että kuu ja vuorovesi ovat yhteydessä toisiinsa, mutta syyn selittäminen vaati Isaac Newtonin kaltaisen neron.

On käynyt ilmi, että painovoima, se salaperäinen perusvoima, joka aiheuttaa tähtien syntymän ja kuoleman ja galaksien muodostumisen, on ensisijaisesti vastuussa. Aurinko houkuttelee myös gravitaatiovoimaa maan päällä, ja se myötävaikuttaa valtamerien vuorovesiin. Yhdessä auringon ja kuun gravitaatiovaikutukset auttavat määrittämään vuorovesi tyypit.

Vaikka painovoima on vuoroveden ykkössyy, maan omilla liikkeillä on merkitys. Maa pyörii akselillaan, ja tämä kehruu luo keskipakovoiman, joka yrittää työntää kaiken veden pois pinnalta, samoin kuin vesi suihkuttaa pois kehräävästä sprinkleripäästä. Maan oma painovoima estää veden lentämisen avaruuteen.

Tämä keskipakovoima on vuorovaikutuksessa kuun ja auringon painovoiman kanssa nousuveden aikaansaamiseksi ja laskuvedet, ja se on tärkein syy siihen, että monilla maapallon paikoilla on kaksi vuorovettä päivittäin.

Mukaan Newtonin gravitaatiolaki, minkä tahansa kahden universumin kehon välinen painovoima on suoraan verrannollinen kunkin ruumiin massaan (m₁ ja m₂) ja kääntäen verrannollinen etäisyyden neliöön (d) heidän välillään. Matemaattinen suhde on seuraava:

F = Gm₁m₂/ d²

missä G on yleinen painovoiman vakio.

Tämä laki paljastaa, että voima riippuu enemmän etäisyydestä kuin suhteellisista massoista. Aurinko on paljon massiivisempi kuin kuu - noin 27 miljoonaa kertaa massiivisempi - mutta se on myös 400 kertaa kauempana. Kun verrataan niiden painovoimia, joita ne kohdistavat maan päälle, käy ilmi, että kuu vetää noin kaksi kertaa niin voimakkaasti kuin aurinko.

Auringon vaikutus vuorovesi voi olla pienempi kuin kuun, mutta se ei ole kaukana merkityksettömästä. Se on ilmeisin, kun aurinko, maa ja kuu ovat rivissä uuden kuun ja täysikuun aikana. Täiskuussa aurinko ja kuu ovat maan vastakkaisilla puolilla, eikä päivän korkein vuorovesi ole yhtä korkea kuin normaalisti, vaikka toinen nousuvesi on hieman korkeampi.

Uudessa kuussa aurinko ja kuu ovat rivissä samalla puolella maata ja niiden painovoima vahvistaa toisiaan. Epätavallisen korkea vuorovesi tunnetaan nimellä kevättulva.

Maapallon akselin pyörimisen aiheuttama keskipakovoima saa lisää voimaa kuun painovoimasta, ja se johtuu siitä, että maa ja kuu pyörivät toistensa ympäri.

Maa on niin paljon massiivisempi kuin kuu, että näyttää siltä, ​​että vain kuu liikkuu, mutta itse asiassa molemmat kappaleet pyörivät yhteisen pisteen ympäri, jota kutsutaan barycenter, joka on 1068 (1719 km) mailia maanpinnan alapuolella. Tämä luo ylimääräisen keskipakovoiman, aivan kuten hyvin lyhyellä narulla pyöritettävä pallo kokisi.

Näiden keskipakovoimien nettovaikutuksena on luoda pysyvä kohouma maan valtameriin. Jos ei olisi kuuta, pullistuma ei koskaan muutu eikä vuorovesiä olisi. Mutta on kuu, ja tässä miten sen painovoima vaikuttaa pullistumaan satunnaisessa pisteessä A pyörivällä maalla:

• Keskiyö: Kohta A on kuun suuntainen, ja kuun painovoiman ja keskipakopumpun yhdistelmä muodostaa nousuveden.

• Klo 6 ja 18: Kohta A on kohtisuorassa maan ja kuun väliseen viivaan nähden. Sen painovoiman normaali komponentti vastustaa keskipakoista kohoumaa ja vetää sen sisään. Kohta A kokee laskuveden.

• Keskipäivä: Kohta A on maan vastakkaisella puolella kuuta. Kuun gravitaatio on heikompi, koska piste A on nyt yhden maan halkaisijan päässä, mikä on melkein 12 875 km. Painovoima ei ole tarpeeksi vahva keskipakoputken ja pisteen neutraloimiseksi A kokee toisen nousuveden, joka on pienempi kuin ensimmäinen, joka tapahtui keskiyöllä.

Kuu liikkuu taivaan läpi keskimäärin 13,2 astetta päivässä, mikä vastaa noin 50 minuuttia, joten seuraava nousuvesi seuraavana päivänä tapahtuu klo 12.50 eikä keskiyötä. Tällä tavoin nousuveden ajoitus pisteessä A seuraa kuun liikettä.

Aurinko vaikuttaa vuorovesiin, joka on samanlainen kuin kuu, ja vaikka se on puoliksi vahvempi, jokaisen, joka ennustaa meriveden, on otettava se huomioon.

Jos visualisoit vetovoiman gravitaatiovaikutukset planeettaa ympäröivinä pitkänomaisina kuplina, kuun kupla olisi kaksi kertaa pitkänomainen kuin auringon. Se pyörii ympäri maata samalla nopeudella kuin kuu kiertää planeettaa, kun taas auringon kupla seuraa maan liikettä auringon ympäri.

Nämä kuplat ovat vuorovaikutuksessa häiritsevien aaltojen tavoin, joskus vahvistavat toisiaan ja toisinaan peruuttavat toisiaan.

Vuorovesi on idealisointi, koska maata ei peitä kokonaan vesi. Sillä on maamassoja, jotka rajoittavat veden niin sanottuihin altaisiin. Kuten voit selvittää kallistamalla kupillista vettä edestakaisin, säiliössä oleva vesi käyttäytyy eri tavalla kuin vesi, jota rajat eivät rajoita.

Siirrä vesikuppi yhteen suuntaan, ja kaikki vesi roiskuu toiselle puolelle, siirrä sitten toisella tavalla, ja vesi liukuu takaisin. Merivesi kolmessa valtamerialtaassa - Atlantilla, Tyynellämerellä ja Intian valtamerillä - samoin kuin kaikissa pienemmissä, käyttäytyy samalla tavalla maan aksiaalisen pyörimisen vuoksi.

Liike ei ole niin yksinkertainen kuin tämä, koska se altistuu myös tuulille, veden syvyydelle, rantaviivan topografialle ja Coriolis-voimalle. Joillakin maapallon rannikoilla, etenkin Atlantin rannikolla, on kaksi nousuvettä päivässä, kun taas toisilla, kuten monilla paikoilla Tyynenmeren rannikolla, on vain yksi.

Vuoroveden säännöllinen laskuvesi ja virtaus vaikuttavat syvällisesti planeetan rannikkoalueisiin, heikentävät niitä jatkuvasti ja muuttavat niiden ominaisuuksia. Sedimentti kulkeutuu vetäytyvällä vuorovedellä merelle ja laskeutuu uudestaan ​​toiseen paikkaan, kun vuorovesi tulee takaisin.

Vuorovesialueiden merikasvit ja eläimet ovat kehittyneet sopeutumaan tähän säännölliseen liikkeeseen ja hyödyntämään sitä, ja kalastajien on pitänyt aikakausien ajan ajoittaa toimintansa mukautumaan siihen.

Vuorovesien liike tuottaa valtavan määrän energiaa, joka voidaan muuntaa sähköksi. Yksi tapa tehdä tämä on patolla, joka käyttää veden liikettä puristamaan ilmaa turbiinin ajamiseksi.

Toinen tapa on asettaa turbiinit suoraan vuorovesi-alueelle, jotta vetäytyvä ja etenevä vesi voi pyörittää niitä, aivan kuten tuuli pyörii ilmaturbiinit. Koska vesi on niin paljon tiheämpää kuin ilma, vuorovesiturbiini voi tuottaa huomattavasti enemmän energiaa kuin tuuliturbiini.