Kas izraisa plūdmaiņas okeānā?

Kopš aizvēsturiskiem laikiem cilvēki intuitīvi zina, ka mēness un plūdmaiņas ir saistītas, taču iemesla izskaidrošanai bija vajadzīgs tāds ģēnijs kā Īzaks Ņūtons.

Izrādās, ka galvenais ir gravitācija, tas noslēpumainais fundamentālais spēks, kas izraisa zvaigžņu dzimšanu un nāvi, kā arī galaktiku veidošanos. Saule arī rada gravitācijas piesaisti uz zemes, un tā veicina okeāna plūdmaiņas. Kopā saules un mēness gravitācijas ietekme palīdz noteikt plūdmaiņu veidus.

Lai gan gravitācija ir plūdmaiņu pirmais numurs, savu lomu spēlē pašas zemes kustības. Zeme griežas uz savas ass, un šī vērpšana rada centrbēdzes spēku, kas mēģina izspiest visu ūdeni no virsmas, līdzīgi kā ūdens izsmidzina prom no vērpšanas sprinklera galvas. Zemes gravitācija neļauj ūdenim aizlidot kosmosā.

Šis centrbēdzes spēks mijiedarbojas ar mēness un saules gravitācijas spēku, lai radītu plūdmaiņas un bēgums, un tas ir galvenais iemesls, kāpēc daudzās vietās uz Zemes katru dienu ir divas plūdmaiņas.

Pēc Ņūtona gravitācijas likums, gravitācijas spēks starp jebkuriem diviem Visuma ķermeņiem ir tieši proporcionāls katra ķermeņa masai (m₁ un m₂) un apgriezti proporcionāls attāluma kvadrātam (d) starp viņiem. Matemātiskās attiecības ir šādas:

F = Gm₁m₂/ d²

kur G ir universālā gravitācijas konstante.

Šis likums atklāj, ka spēks vairāk ir atkarīgs no attāluma nekā no relatīvās masas. Saule ir daudz masīvāka nekā Mēness - apmēram 27 miljonus reižu masīvāka -, bet tā ir arī 400 reizes tālāk. Salīdzinot gravitācijas spēkus, ko tie iedarbojas uz Zemi, izrādās, ka mēness pievelk apmēram divreiz vairāk nekā saule.

Saules ietekme uz plūdmaiņām var būt mazāka nekā mēness, taču tā nebūt nav nenozīmīga. Tas ir visredzamākais, kad saule, zeme un mēness atrodas jaunā mēness un pilnmēness laikā. Pilnmēness laikā saule un mēness atrodas pretējās zemes malās, un dienas augstākais plūdmaiņas nav tik augstas kā parasti, lai gan otrais plūdmaiņas ir nedaudz augstākas.

Jaunā mēness laikā saule un mēness atrodas vienā un tajā pašā zemes pusē, un to gravitācijas spēki viens otru pastiprina. Neparasti plūdmaiņas ir pazīstamas kā pavasara plūdmaiņas.

Centrbēdzes spēks, ko izraisa zemes rotācija uz tās ass, palielina Mēness gravitāciju, un tas ir tāpēc, ka Zeme un Mēness rotē ap otru.

Zeme ir tik daudz masīvāka nekā Mēness, ka šķiet, ka pārvietojas tikai mēness, bet patiesībā abi ķermeņi rotē ap kopīgu punktu, ko barycenter, kas atrodas 1068 (1719 km) jūdzes zem Zemes virsmas. Tas rada papildu centrbēdzes spēku, līdzīgi kā piedzīvotu bumbu, kas griežas uz ļoti īsas auklas.

Šo centrbēdzes spēku tīrais efekts ir radīt pastāvīgu uzpūšanos zemes okeānos. Ja nebūtu mēness, uzpūšanās nekad nemainītos un nebūtu plūdmaiņu. Bet ir mēness, un lūk, kā tā gravitācija nejauši ietekmē izliekumu A uz vērpšanas zemes:

• Pusnakts: Punkts A ir vērsts pret Mēnesi, un Mēness gravitācijas spēka un centrbēdzes izliekuma kombinācija apvieno plūdmaiņu.

• 6:00 un 18:00: Punkts A ir perpendikulāra līnijai starp zemi un mēnesi. Parastā tā gravitācijas spēka sastāvdaļa neitralizē centrbēdzes izliekumu un to ievelk. Punkts A piedzīvo bēgumu.

• Pusdienlaiks: Punkts A atrodas zemes pretējā pusē no mēness. Mēness gravitācija ir vājāka, jo punkts A tagad ir viena zemes diametra attālumā, kas ir gandrīz 8000 jūdzes (12 875 km). Gravitācijas spēks nav pietiekami spēcīgs, lai neitralizētu centrbēdzes izliekumu un punktu A piedzīvo otro plūdmaiņu, kas ir mazāka nekā pirmā, kas notika pusnaktī.

Mēness pārvietojas pa debesīm ar vidējo ātrumu 13,2 grādi dienā, kas atbilst aptuveni 50 minūtēm, tāpēc nākamās dienas pirmais plūdmaiņas notiek pulksten 12:50, nevis pusnakti. Tādā veidā plūdmaiņu laiks attiecīgajā brīdī A seko mēness kustībai.

Saule ietekmē plūdmaiņas, kas ir līdzīgas mēness ietekmei, un, lai arī tā ir uz pusi spēcīgāka, ikvienam, kas prognozē jūras plūdmaiņas, tas ir jāņem vērā.

Ja jūs vizualizējat gravitācijas ietekmi uz plūdmaiņām kā iegarenus burbuļus, kas ieskauj planētu, Mēness burbulis būtu divtik pagarināts nekā saules. Tas griežas ap Zemi tādā pašā ātrumā kā Mēness riņķo ap planētu, kamēr Saules burbulis seko Zemes kustībai ap Sauli.

Šie burbuļi mijiedarbojas kā traucējoši viļņi, dažkārt pastiprinot viens otru un dažreiz atceļot viens otru.

Plūdmaiņu burbulis ir idealizācija, jo zemi pilnībā neaizsedz ūdens. Tajā ir zemes masas, kas, tā sakot, ierobežo ūdeni baseinos. Kā jūs varat noteikt, noliekot ūdens tasi uz priekšu un atpakaļ, ūdens traukā izturas savādāk nekā ūdens, kuru neierobežo robežas.

Pārvietojiet tasi ar ūdeni vienā virzienā, un viss ūdens noslīdēs uz vienu pusi, tad pārvietojiet to uz citu pusi, un ūdens noslīdēs atpakaļ. Okeāna ūdens trīs galvenajos okeāna baseinos - Atlantijas, Klusajā un Indijas okeānos -, kā arī visos mazākajos, izturas tāpat kā zemes aksiālā griešanās dēļ.

Kustība nav tik vienkārša kā šī, jo tā ir pakļauta arī vējiem, ūdens dziļumam, piekrastes topogrāfijai un Koriolisa spēkam. Dažās Zemes piekrastēs, īpaši Atlantijas okeāna piekrastēs, ir divas plūdmaiņas dienā, savukārt citās, piemēram, daudzās vietās Klusā okeāna piekrastē, ir tikai viena.

Regulārais plūdmaiņu plūdums un plūsma dziļi ietekmē planētas krasta līnijas, nepārtraukti tos graužot un mainot to pazīmes. Nogulumi tiek izvadīti uz atplūstošo plūdmaiņu uz jūru un, kad plūdmaiņa atgriežas, no jauna nogulsnējas citā vietā.

Jūras augi un dzīvnieki plūdmaiņu zonās ir attīstījušies, lai pielāgotos šai regulārajai kustībai un gūtu no tās labumu, un zvejniekiem visu vecumu laikā bija jāpiešķir sava darbība, lai tā atbilstu.

Plūdmaiņu kustība rada milzīgu enerģijas daudzumu, ko var pārveidot par elektrību. Viens veids, kā to izdarīt, ir ar aizsprostu, kas izmanto ūdens kustību, lai saspiestu gaisu, lai darbinātu turbīnu.

Vēl viens veids ir uzstādīt turbīnas tieši plūdmaiņu zonā, lai atkāpjošais un virzošais ūdens varētu tās griezt, līdzīgi kā vējš griež gaisa turbīnas. Tā kā ūdens ir tik daudz blīvāks nekā gaiss, plūdmaiņu turbīna var radīt ievērojami vairāk enerģijas nekā vēja turbīna.