อะไรทำให้เกิดกระแสน้ำในมหาสมุทร?

ตั้งแต่สมัยก่อนประวัติศาสตร์ ผู้คนรู้โดยสัญชาตญาณว่าดวงจันทร์กับกระแสน้ำเชื่อมโยงกัน แต่อัจฉริยะอย่างไอแซก นิวตันต้องอธิบายเหตุผล

ปรากฎว่าแรงโน้มถ่วงซึ่งเป็นแรงพื้นฐานลึกลับที่ทำให้เกิดการเกิดและการตายของดาวฤกษ์และการก่อตัวของกาแลคซีมีความรับผิดชอบหลัก ดวงอาทิตย์ยังมีแรงดึงดูดของโลก และก่อให้เกิดกระแสน้ำในมหาสมุทร อิทธิพลแรงโน้มถ่วงของดวงอาทิตย์และดวงจันทร์ร่วมกันช่วยกำหนดประเภทของกระแสน้ำที่เกิดขึ้น

ในขณะที่แรงโน้มถ่วงเป็นสาเหตุอันดับหนึ่งของกระแสน้ำ การเคลื่อนไหวของโลกเองก็มีส่วน โลกหมุนบนแกนของมัน และการหมุนนั้นสร้างแรงเหวี่ยงหนีศูนย์ที่พยายามผลักน้ำทั้งหมดออกจากพื้นผิว มากเท่ากับที่น้ำพ่นออกจากหัวสปริงเกอร์ที่หมุนอยู่ แรงโน้มถ่วงของโลกทำให้น้ำไม่สามารถบินออกสู่อวกาศได้

แรงเหวี่ยงนี้ทำปฏิกิริยากับแรงดึงดูดของดวงจันทร์และดวงอาทิตย์เพื่อสร้างกระแสน้ำขึ้น และน้ำขึ้นน้ำลง ซึ่งเป็นสาเหตุหลักที่ทำให้สถานที่ต่างๆ บนโลกประสบกับกระแสน้ำขึ้นสูง 2 แห่งทุกวัน

ตามที่ กฎความโน้มถ่วงของนิวตัน, แรงโน้มถ่วงระหว่างวัตถุสองชิ้นในจักรวาลเป็นสัดส่วนโดยตรงกับมวลของแต่ละวัตถุ (

F = Gm₁ม₂/ d²

ที่ไหน G คือค่าคงตัวโน้มถ่วงสากล

กฎข้อนี้เปิดเผยว่าแรงขึ้นอยู่กับระยะทางมากกว่าแรงที่สัมพันธ์กับมวลสัมพัทธ์ ดวงอาทิตย์มีมวลมากกว่าดวงจันทร์มาก - ประมาณ 27 ล้านเท่า - แต่ก็ไกลกว่า 400 เท่าเช่นกัน เมื่อคุณเปรียบเทียบแรงโน้มถ่วงที่พวกมันกระทำต่อโลก ปรากฎว่าดวงจันทร์ดึงแรงเป็นสองเท่าของดวงอาทิตย์

อิทธิพลของดวงอาทิตย์ที่มีต่อกระแสน้ำอาจน้อยกว่าอิทธิพลของดวงจันทร์ แต่ก็ไม่ได้สำคัญนัก จะเห็นได้ชัดเจนที่สุดเมื่อดวงอาทิตย์ โลก และดวงจันทร์เรียงแถวกันระหว่างวันขึ้นค่ำและพระจันทร์เต็มดวง ในพระจันทร์เต็มดวง ดวงอาทิตย์และดวงจันทร์อยู่คนละฟากของโลก และระดับน้ำสูงสุดของวันไม่สูงเท่าปกติ แม้ว่าน้ำขึ้นสูงครั้งที่สองจะสูงขึ้นเล็กน้อย

ที่ดวงจันทร์ใหม่ ดวงอาทิตย์และดวงจันทร์เรียงตัวกันที่ด้านเดียวกันของโลก และแรงดึงดูดของพวกมันจะเสริมกำลังซึ่งกันและกัน กระแสน้ำขึ้นสูงผิดปกติเรียกว่า น้ำขึ้นน้ำลง

แรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางที่เกิดจากการหมุนของโลกบนแกนของมันได้รับแรงหนุนจากแรงโน้มถ่วงของดวงจันทร์ และนั่นเป็นเพราะโลกและดวงจันทร์หมุนรอบกันและกัน

โลกมีมวลมากกว่าดวงจันทร์มากจนปรากฏว่ามีเพียงดวงจันทร์เท่านั้นที่เคลื่อนที่ แต่จริงๆ แล้ววัตถุทั้งสองหมุนรอบจุดร่วมที่เรียกว่า บารีเซ็นเตอร์, ซึ่งอยู่ห่างจากพื้นผิวโลก 1,068 (1,719 กม.) ไมล์ สิ่งนี้จะสร้างแรงเหวี่ยงหนีศูนย์เพิ่มเติม เช่นเดียวกับลูกบอลที่หมุนด้วยสายที่สั้นมาก

ผลกระทบสุทธิของแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางเหล่านี้คือการสร้างกระพุ้งถาวรในมหาสมุทรของโลก หากไม่มีดวงจันทร์ ส่วนที่นูนก็จะไม่เปลี่ยนแปลง และจะไม่มีกระแสน้ำ แต่มีดวงจันทร์ และนี่คือวิธีที่ความโน้มถ่วงส่งผลต่อส่วนนูนที่จุดสุ่ม อา บนโลกหมุน:

• เที่ยงคืน: จุด อา กำลังหันหน้าเข้าหาดวงจันทร์ และการรวมกันของแรงดึงดูดของดวงจันทร์และส่วนนูนแบบแรงเหวี่ยงรวมกันทำให้เกิดกระแสน้ำขึ้น

• 6:00 น. และ 18:00 น.: จุด อา ตั้งฉากกับเส้นแบ่งระหว่างโลกกับดวงจันทร์ องค์ประกอบปกติของแรงโน้มถ่วงจะต้านส่วนนูนของแรงเหวี่ยงและดึงเข้าไป จุด อา ประสบการณ์น้ำลง

• เที่ยง: จุด อา อยู่ด้านตรงข้ามของโลกจากดวงจันทร์ ความโน้มถ่วงของดวงจันทร์อ่อนลงเพราะจุด อา ปัจจุบันอยู่ห่างออกไป 1 เส้นผ่านศูนย์กลางโลก ซึ่งเกือบ 8,000 ไมล์ (12,875 กม.) แรงโน้มถ่วงไม่แรงพอที่จะแก้จุดนูนของแรงเหวี่ยงและจุด อา ประสบกับกระแสน้ำสูงครั้งที่สอง ซึ่งน้อยกว่าครั้งแรกที่เกิดขึ้นตอนเที่ยงคืน

ดวงจันทร์เคลื่อนผ่านท้องฟ้าด้วยอัตราเฉลี่ย 13.2 องศาต่อวัน ซึ่งตรงกับเวลาประมาณ 50 นาที ดังนั้นน้ำขึ้นสูงครั้งแรกในวันรุ่งขึ้นจึงเกิดขึ้นในเวลา 00:50 น. ไม่ใช่เที่ยงคืน ด้วยวิธีนี้ เวลาน้ำขึ้นสูง ณ จุดนั้น อา ตามการเคลื่อนไหวของดวงจันทร์

ดวงอาทิตย์มีผลกระทบต่อกระแสน้ำที่คล้ายคลึงกับของดวงจันทร์ และถึงแม้ว่าจะมีความแรงเพียงครึ่งเดียวก็ตาม ใครก็ตามที่ทำนายกระแสน้ำในทะเลก็ต้องคำนึงถึงเรื่องนี้ด้วย

หากคุณนึกภาพผลกระทบจากแรงโน้มถ่วงบนกระแสน้ำเป็นฟองยาวที่อยู่รอบๆ ดาวเคราะห์ ฟองของดวงจันทร์จะยาวเป็นสองเท่าของดวงอาทิตย์ มันหมุนรอบโลกด้วยความเร็วเท่ากันกับที่ดวงจันทร์โคจรรอบโลก ในขณะที่ฟองอากาศของดวงอาทิตย์ติดตามการเคลื่อนที่ของโลกรอบดวงอาทิตย์

ฟองอากาศเหล่านี้โต้ตอบเหมือนคลื่นรบกวน บางครั้งก็ขยายให้กันและกัน และบางครั้งก็หักล้างซึ่งกันและกัน

ฟองสบู่คือการสร้างอุดมคติ เพราะโลกไม่ได้เต็มไปด้วยน้ำ มันมีมวลดินที่กักขังน้ำไว้ในแอ่ง อย่างที่คุณบอกได้ด้วยการเอียงถ้วยน้ำไปมา น้ำในภาชนะมีพฤติกรรมแตกต่างจากน้ำที่ไม่มีขอบเขตจำกัด

ย้ายถ้วยน้ำไปทางเดียว น้ำทั้งหมดจะไหลไปด้านหนึ่ง จากนั้นเคลื่อนไปทางอื่น น้ำจะไหลกลับ น้ำทะเลในแอ่งน้ำหลัก 3 แห่ง ได้แก่ มหาสมุทรแอตแลนติก มหาสมุทรแปซิฟิก และอินเดีย รวมถึงในแอ่งที่มีขนาดเล็กกว่า มีลักษณะเดียวกันเนื่องจากการหมุนตามแนวแกนของโลก

การเคลื่อนที่ไม่ได้ง่ายอย่างนี้ เพราะมันขึ้นอยู่กับลม ความลึกของน้ำ ภูมิประเทศแนวชายฝั่ง และแรงโคริโอลิสด้วย ชายฝั่งทะเลบางแห่งบนโลก โดยเฉพาะอย่างยิ่งบริเวณชายฝั่งมหาสมุทรแอตแลนติก มีกระแสน้ำสูง 2 แห่งต่อวัน ในขณะที่บางแห่ง เช่น หลายแห่งบนชายฝั่งแปซิฟิก มีเพียงแห่งเดียว

การขึ้นและลงของกระแสน้ำเป็นประจำมีผลอย่างลึกซึ้งต่อแนวชายฝั่งของโลก กัดเซาะและเปลี่ยนแปลงลักษณะที่ปรากฏอย่างต่อเนื่อง ตะกอนจะถูกพัดพาไปตามกระแสน้ำที่ถอยกลับออกสู่ทะเลและสะสมใหม่ ณ ที่อื่นเมื่อน้ำขึ้นอีก

พืชและสัตว์ทะเลในพื้นที่น้ำขึ้นน้ำลงได้พัฒนาขึ้นเพื่อปรับตัวและใช้ประโยชน์จากการเคลื่อนไหวตามปกตินี้ และชาวประมงทุกยุคทุกสมัยต้องใช้เวลาในการทำกิจกรรมเพื่อให้สอดคล้องกับการเคลื่อนไหว

การเคลื่อนที่ของกระแสน้ำทำให้เกิดพลังงานจำนวนมหาศาลซึ่งสามารถแปลงเป็นไฟฟ้าได้ วิธีหนึ่งในการทำสิ่งนี้คือกับเขื่อนที่ใช้การเคลื่อนที่ของน้ำเพื่ออัดอากาศเพื่อขับเคลื่อนกังหัน

อีกวิธีหนึ่งคือการตั้งค่ากังหันโดยตรงในเขตน้ำขึ้นน้ำลงเพื่อให้น้ำที่ไหลย้อนกลับและเคลื่อนไปข้างหน้าสามารถหมุนได้ เหมือนกับลมหมุนกังหันอากาศ เนื่องจากน้ำมีความหนาแน่นมากกว่าอากาศมาก กังหันน้ำขึ้นน้ำลงจึงสามารถสร้างพลังงานได้มากกว่ากังหันลมอย่างมีนัยสำคัญ