Kas lemia potvynius vandenyne?

Nuo priešistorinių laikų žmonės intuityviai žinojo, kad mėnulis ir potvyniai yra susiję, tačiau paaiškinti priežastį prireikė tokio genijaus kaip Isaacas Newtonas.

Pasirodo, visų pirma atsakinga gravitacija, ta paslaptinga pagrindinė jėga, sukelianti žvaigždžių gimimą ir mirtį bei galaktikų susidarymą. Saulė taip pat sukelia gravitacinę trauką žemėje ir prisideda prie vandenyno potvynių. Kartu gravitacinė saulės ir mėnulio įtaka padeda nustatyti potvynių tipus.

Nors gravitacija yra potvynių priežastis, svarbiausia yra pačios žemės judesiai. Žemė sukasi ant savo ašies, o tas verpimas sukuria išcentrinę jėgą, kuri bando išstumti visą vandenį iš paviršiaus, panašiai kaip vanduo purškiasi nuo verpimo purkštuvo galvutės. Žemės gravitacija neleidžia vandeniui išskristi į kosmosą.

Ši išcentrinė jėga sąveikauja su mėnulio ir saulės gravitacine trauka ir sukuria potvynius ir atoslūgiai, ir tai yra pagrindinė priežastis, dėl kurios daugelyje Žemės vietų kiekvieną dieną būna du potvyniai.

Pagal Niutono gravitacijos dėsnis, gravitacinė jėga tarp bet kurių dviejų visatos kūnų yra tiesiogiai proporcinga kiekvieno kūno masei (m₁ ir m₂) ir atvirkščiai proporcingas atstumo kvadratui (d) tarp jų. Matematinis ryšys yra toks:

F = Gm₁m₂/ d²

kur G yra visuotinė traukos konstanta.

Šis dėsnis atskleidžia, kad jėga labiau priklauso nuo atstumo, nei nuo santykinės masės. Saulė yra daug masyvesnė už mėnulį - maždaug 27 milijonus kartų masyvesnė, tačiau ji taip pat yra 400 kartų toliau. Palyginus gravitacines jėgas, kurias jos daro žemėje, paaiškėja, kad mėnulis tempia maždaug dvigubai stipriau nei saulė.

Saulės įtaka potvyniams gali būti mažesnė nei mėnulio, tačiau ji toli gražu nėra nereikšminga. Tai ryškiausia, kai saulė, žemė ir mėnulis išsirikiuoja per jaunatį ir pilnatį. Pilnaties metu saulė ir mėnulis yra priešingose ​​žemės pusėse, o didžiausias dienos potvynis nėra toks aukštas, kaip įprasta, nors antrasis potvynis yra šiek tiek aukštesnis.

Jaunaties metu saulė ir mėnulis išsirikiavę toje pačioje žemės pusėje, o jų traukos jėgos sustiprina viena kitą. Neįprastai atoslūgis yra žinomas kaip pavasario potvynis.

Išcentrinė jėga, kurią sukelia žemės sukimasis savo ašyje, padidėja dėl mėnulio traukos, ir todėl, kad žemė ir mėnulis sukasi aplink vienas kitą.

Žemė yra tiek masyvesnė už mėnulį, kad atrodo, kad juda tik mėnulis, bet iš tikrųjų abu kūnai sukasi aplink bendrą tašką, vadinamą barycenteris, kuris yra 1 068 (1 719 km) mylių žemiau Žemės paviršiaus. Tai sukuria papildomą išcentrinę jėgą, panašiai kaip patirtų labai trumpą virvelę sukantis kamuolys.

Grynasis šių išcentrinių jėgų poveikis yra sukurti nuolatinį žemės vandenynų išsipūtimą. Jei nebūtų mėnulio, išsipūtimas niekada nepasikeistų ir nebūtų potvynių. Tačiau yra mėnulis, ir štai kaip jo gravitacija atsitiktiniu būdu veikia išsipūtimą A verpiančioje žemėje:

• Vidurnaktis: Taškas A yra nukreiptas į mėnulį, o mėnulio traukos ir išcentrinio išsipūtimo derinys sukuria potvynį.

• 6 ir 18 val .: Taškas A yra statmena linijai tarp žemės ir mėnulio. Įprastas jo gravitacinės jėgos komponentas neutralizuoja išcentrinį išsipūtimą ir jį įtraukia. Taškas A išgyvena atoslūgį.

• Vidurdienis: Taškas A yra priešingoje žemės pusėje nei mėnulis. Mėnulio gravitacija yra silpnesnė, nes taškas A dabar yra vienas žemės skersmuo, kuris yra beveik 8000 mylių (12 875 km). Gravitacijos jėga nėra pakankamai stipri, kad neutralizuotų išcentrinį išsipūtimą ir tašką A patiria antrą potvynį, kuris yra mažesnis nei pirmasis, įvykęs vidurnaktį.

Mėnulis dangumi juda vidutiniškai 13,2 laipsnių per dieną greičiu, o tai atitinka maždaug 50 minučių, todėl pirmoji kitos dienos atoslūgis būna 12:50, o ne vidurnaktis. Tokiu būdu atoslūgių laikas taške A seka mėnulio judėjimą.

Saulė potvynio potvynius veikia analogiškai kaip mėnulis, ir, nors jis perpus stipresnis, bet kas, numatantis jūros potvynius, turi į tai atsižvelgti.

Jei vizualizuosite potvynio potvynio gravitacinius efektus kaip pailgus burbuliukus, supančius planetą, mėnulio burbulas būtų dvigubai pailgesnis nei saulės. Jis sukasi aplink žemę tokiu pat greičiu, kaip mėnulis skrieja aplink planetą, o saulės burbulas seka žemės judėjimą aplink saulę.

Šie burbuliukai sąveikauja kaip trukdančios bangos, kartais sustiprina vienas kitą, o kartais panaikina vienas kitą.

Potvynio burbulas yra idealizacija, nes žemė nėra visiškai padengta vandeniu. Jis turi sausumos masių, kurios, taip sakant, uždaro vandenį baseinuose. Kaip galite suprasti, pakreipdami puodelį vandens pirmyn ir atgal, vanduo inde elgiasi kitaip nei vanduo, kurio nevaržo sienos.

Perkelkite vandens puodelį į vieną pusę, o visas vanduo paslydo į vieną pusę, tada perkelkite jį į kitą pusę, o vanduo pasislinks atgal. Vandenyno vanduo trijuose pagrindiniuose vandenynų baseinuose - Atlanto, Ramiojo vandenyno ir Indijos vandenynuose, taip pat visuose mažesniuose, elgiasi vienodai dėl ašies žemės sukimosi.

Judesys nėra toks paprastas, nes jis taip pat priklauso nuo vėjų, vandens gylio, pakrantės topografijos ir Koriolio jėgos. Kai kuriose Žemės pakrantėse, ypač Atlanto vandenyno pakrantėse, yra du potvyniai per dieną, o kitose, pavyzdžiui, daugelyje vietų Ramiojo vandenyno pakrantėje, yra tik viena.

Reguliarus potvynių atoslūgis ir srautas daro didžiulį poveikį planetos pakrantėms, nuolat jas ardo ir keičia jų ypatybes. Nuosėdos atsitraukiančiame potvynyje yra išleidžiamos į jūrą ir vėl atsiranda kitoje vietoje, kai potvynis grįžta.

Jūros augalai ir gyvūnai potvynių zonose vystėsi, kad prisitaikytų prie šio reguliaraus judėjimo ir pasinaudotų tuo, o žvejai per amžius turėjo skirti savo veiklą tam, kad atitiktų šį judėjimą.

Judant potvyniams, susidaro milžiniškas energijos kiekis, kurį galima paversti elektra. Vienas iš būdų tai padaryti yra užtvanka, naudojanti vandens judėjimą orui suspausti turbiną.

Kitas būdas yra pastatyti turbinas tiesiai potvynio zonoje, kad besitraukiantis ir besiveržiantis vanduo galėtų jas sukti, panašiai kaip vėjas suka oro turbinas. Kadangi vanduo yra tankesnis už orą, potvynio turbina gali pagaminti žymiai daugiau energijos nei vėjo turbina.