Quali sono le cause delle maree nell'oceano?

Sin dalla preistoria, le persone hanno saputo intuitivamente che la luna e le maree sono collegate, ma ci è voluto un genio come Isaac Newton per spiegarne il motivo.

Si scopre che la gravità, quella misteriosa forza fondamentale che causa la nascita e la morte delle stelle e la formazione delle galassie, è la principale responsabile. Il sole esercita anche un'attrazione gravitazionale sulla terra e contribuisce alle maree oceaniche. Insieme, le influenze gravitazionali del sole e della luna aiutano a determinare i tipi di maree che si verificano.

Mentre la gravità è la causa numero uno delle maree, i movimenti della terra hanno un ruolo. La terra gira sul suo asse e quella rotazione crea una forza centrifuga che cerca di spingere tutta l'acqua fuori dalla superficie, proprio come l'acqua spruzza via da una testa di irrigazione rotante. La gravità della terra impedisce all'acqua di volare nello spazio.

Questa forza centrifuga interagisce con l'attrazione gravitazionale della luna e del sole per creare alte maree e basse maree, ed è la ragione principale per cui molti luoghi sulla Terra sperimentano due alte maree ogni giorno.

Secondo Legge di gravitazione di Newton, la forza gravitazionale tra due corpi qualsiasi nell'universo è direttamente proporzionale alla massa di ciascun corpo (m₁ e m₂) e inversamente proporzionale al quadrato della distanza (d) fra loro. La relazione matematica è la seguente:

F = Gm₁m₂/ d²

dove G è la costante gravitazionale universale.

Questa legge rivela che la forza dipende più dalla distanza che dalle masse relative. Il sole è molto più massiccio della luna – circa 27 milioni di volte più massiccio – ma è anche 400 volte più lontano. Quando si confrontano le forze gravitazionali che esercitano sulla terra, si scopre che la luna tira circa il doppio del sole.

L'influenza del sole sulle maree può essere inferiore a quella della luna, ma è tutt'altro che trascurabile. È più evidente quando il sole, la terra e la luna si allineano durante la luna nuova e la luna piena. Durante la luna piena, il sole e la luna si trovano sui lati opposti della terra e la marea più alta del giorno non è così alta come normale, anche se la seconda alta marea è un po' più alta.

Alla luna nuova, il sole e la luna sono allineati sullo stesso lato della terra e le loro forze gravitazionali si rafforzano a vicenda. L'insolitamente alta marea è conosciuta come la marea primaverile.

La forza centrifuga causata dalla rotazione della terra sul suo asse riceve una spinta dalla gravità della luna, e questo perché la terra e la luna ruotano l'una intorno all'altra.

La terra è molto più massiccia della luna che sembra che solo la luna si muova, ma in realtà entrambi i corpi ruotano attorno a un punto comune chiamato baricentro, che è 1.068 (1.719 km) miglia sotto la superficie terrestre. Questo crea una forza centrifuga aggiuntiva, proprio come sperimenterebbe una palla che gira su una corda molto corta.

L'effetto netto di queste forze centrifughe è di creare un rigonfiamento permanente negli oceani della terra. Se non ci fosse la luna, il rigonfiamento non cambierebbe mai e non ci sarebbero le maree. Ma c'è una luna, ed ecco come la sua gravitazione influenza il rigonfiamento in un punto casuale UN sulla terra che gira:

• Mezzanotte: Punto UN è rivolto verso la luna, e la combinazione dell'attrazione gravitazionale della luna e del rigonfiamento centrifugo si combinano per creare l'alta marea.

• 6:00 e 18:00: Punto UN è perpendicolare alla linea tra la terra e la luna. La componente normale della sua forza gravitazionale contrasta il rigonfiamento centrifugo e lo attira. Punto UN sperimenta la bassa marea.

• Mezzogiorno: Punto UN si trova dalla parte opposta della terra rispetto alla luna. La gravitazione della luna è più debole perché punto UN è ora a un diametro terrestre di distanza, che è quasi 8.000 miglia (12.875 km). La forza gravitazionale non è abbastanza forte da neutralizzare il rigonfiamento centrifugo e puntare UN sperimenta una seconda alta marea, che è più piccola della prima che si è verificata a mezzanotte.

La luna si muove nel cielo a una velocità media di 13,2 gradi al giorno, che corrisponde a circa 50 minuti, quindi la prima alta marea del giorno successivo si verifica alle 12:50, non a mezzanotte. In questo modo, i tempi delle alte maree al punto UN segue il moto della luna.

Il sole ha un effetto sulle maree analogo a quello della luna, e anche se è forte la metà, chiunque preveda le maree deve tenerne conto.

Se visualizzi gli effetti gravitazionali sulle maree come bolle allungate che circondano il pianeta, la bolla della luna sarebbe allungata il doppio di quella del sole. Ruota intorno alla terra alla stessa velocità con cui la luna orbita attorno al pianeta mentre la bolla del sole segue il movimento della terra intorno al sole.

Queste bolle interagiscono come onde interferenti, a volte amplificandosi a vicenda ea volte annullandosi a vicenda.

La bolla di marea è un'idealizzazione, perché la terra non è completamente ricoperta dall'acqua. Ha masse di terra che confinano l'acqua in bacini, per così dire. Come puoi vedere inclinando avanti e indietro una tazza d'acqua, l'acqua in un contenitore si comporta in modo diverso dall'acqua che non è delimitata dai bordi.

Sposta la tazza d'acqua in una direzione e tutta l'acqua scorre da un lato, quindi spostala dall'altra parte e l'acqua torna indietro. L'acqua dell'oceano nei tre principali bacini oceanici – Atlantico, Pacifico e Indiano – così come in tutti quelli più piccoli, si comporta allo stesso modo a causa della rotazione assiale della Terra.

Il movimento non è così semplice, perché è anche soggetto ai venti, alla profondità dell'acqua, alla topografia della costa e alla forza di Coriolis. Alcune coste sulla Terra, in particolare quelle sulla costa atlantica, hanno due alte maree al giorno mentre altre, come molti luoghi sulla costa del Pacifico, ne hanno solo una.

Il regolare flusso e riflusso delle maree ha un profondo effetto sulle coste del pianeta, erodendole continuamente e modificandone le caratteristiche. I sedimenti vengono trasportati in mare dalla marea in ritirata e depositati di nuovo in un luogo diverso quando la marea ritorna.

Le piante e gli animali marini nelle aree di marea si sono evoluti per adattarsi e capitalizzare su questo movimento regolare, e i pescatori nel corso dei secoli hanno dovuto cronometrare le loro attività per conformarsi ad esso.

Il movimento delle maree genera un'enorme quantità di energia che può essere convertita in elettricità. Un modo per farlo è con una diga che utilizza il movimento dell'acqua per comprimere l'aria e azionare una turbina.

Un altro modo è installare le turbine direttamente nella zona di marea in modo che l'acqua che si ritira e che avanza possa farle girare, proprio come il vento fa girare le turbine ad aria. Poiché l'acqua è molto più densa dell'aria, una turbina a marea può generare molta più energia di una turbina eolica.