Περιεχόμενο
- Ο Νεύτωνας εξήγησε την παλιρροϊκή δύναμη από την άποψη της βαρύτητας
- Ο λόγος Υπάρχουν δύο μεγάλες παλίρροιες την ημέρα
- Επιδράσεις της τροχιάς των φεγγαριών
- Ο ήλιος επηρεάζει επίσης τις παλίρροιες
- Παλίρροια στον πραγματικό κόσμο των λεκανών ωκεανού
- Οι παλίρροιες επηρεάζονται επίσης από τις καιρικές και γεωλογικές εκδηλώσεις
Η άνοδος και η πτώση των παλίρροιων έχει μια βαθιά επίδραση στη ζωή στον πλανήτη Γη. Όσο υπάρχουν παράκτιες κοινότητες που εξαρτώνται από τη θάλασσα για τροφή, οι άνθρωποι έχουν προγραμματίσει τις δραστηριότητές τους για τη συλλογή τροφίμων ώστε να είναι σε αρμονία με τις παλίρροιες. Από την πλευρά τους, τα θαλάσσια φυτά και τα ζώα έχουν προσαρμοστεί στην κυκλική απόκλιση και ρέουν με πολλούς έξυπνους τρόπους.
Η βαρύτητα προκαλεί τις παλίρροιες, αλλά ο παλιρροϊκός κύκλος δεν συγχρονίζεται με την κίνηση οποιουδήποτε ενιαίου ουράνιου σώματος. Είναι εύκολο να φανταστεί κανείς ότι τα φεγγάρια επηρεάζουν τις παλίρροια των ωκεανών στη Γη, αλλά είναι πιο περίπλοκο από αυτό. Ο ήλιος επηρεάζει επίσης τις παλίρροιες.
Ακόμη και άλλοι πλανήτες, όπως η Αφροδίτη και ο Δίας, ασκούν βαρυτικές επιρροές που έχουν μικροσκοπικό αποτέλεσμα. Βάλτε όμως όλες αυτές τις επιρροές μαζί, και ακόμη και δεν μπορούν να εξηγήσουν το γεγονός ότι κάθε δεδομένο σημείο στη Γη βιώνει δύο μεγάλες παλίρροιες την ημέρα. Αυτή η εξήγηση απαιτεί μια εκτίμηση για το πώς η Γη και η σελήνη γύρω από την άλλη.
Η εξιδανίκευση του να θεωρεί τις παλίρροιες ως αποτέλεσμα αποκλειστικά των βαρυτικών δυνάμεων. Οι καιρικές συνθήκες στη γη, μαζί με τη δομή της επιφάνειας των πλανητών, επηρεάζουν επίσης την κίνηση του νερού στις θαλάσσιες λεκάνες του. Οι μετεωρολόγοι πρέπει να λάβουν υπόψη τους όλους αυτούς τους παράγοντες όταν προβλέπουν τις παλίρροιες για μια συγκεκριμένη τοποθεσία.
Ο Νεύτωνας εξήγησε την παλιρροϊκή δύναμη από την άποψη της βαρύτητας
Όταν σκέφτεστε τον Sir Isaac Newton, μπορείτε να φανταστείτε την οικεία εικόνα του αγγλικού φυσικού / μαθηματικού που χτυπάται στο κεφάλι από ένα φτωχό μήλο. Η εικόνα σας υπενθυμίζει ότι ο Newton, αντλώντας από το έργο του Johannes Kepler, διατύπωσε το νόμο της παγκόσμιας βαρύτητας, το οποίο ήταν μια σημαντική ανακάλυψη στην κατανόηση του σύμπαντος. Χρησιμοποίησε αυτόν τον νόμο για να εξηγήσει τις παλίρροιες και να διαψεύσει τον Γαλιλαίο Γαλιλαί, ο οποίος πίστευε ότι η παλίρροια ήταν το μόνο αποτέλεσμα της κίνησης της Γης γύρω από τον ήλιο.
Ο Newton προέβει τον νόμο της βαρύτητας από τον τρίτο νόμο Keplers, ο οποίος δηλώνει ότι το τετράγωνο μιας περιόδου περιστροφής των πλανητών είναι ανάλογο του κύβου της απόστασης από τον ήλιο. Ο Νεύτωνας γενικεύει αυτό για όλα τα σώματα του σύμπαντος, όχι μόνο για τους πλανήτες. Ο νόμος δηλώνει ότι, για οποιαδήποτε δύο σώματα μάζας Μ1 και Μ2, που χωρίζονται από απόσταση r, η βαρυτική δύναμη φά μεταξύ τους δίνεται από:
F = Gm1Μ2/ r2
που σολ είναι η σταθερά βαρύτητας.
Αυτό σας λέει αμέσως γιατί το φεγγάρι, το οποίο είναι πολύ μικρότερο από τον ήλιο, έχει μεγαλύτερη επίδραση στις παλίρροιες της Γης. Ο λόγος είναι ότι πιο κοντά του. Η βαρυτική δύναμη μεταβάλλεται άμεσα με την πρώτη δύναμη της μάζας, αλλά αντιστρόφως με τη δεύτερη δύναμη της απόστασης, οπότε ο διαχωρισμός μεταξύ δύο σωμάτων είναι πιο σημαντικός από τις μάζες τους. Όπως αποδεικνύεται, οι ήλιοι που επηρεάζουν τις παλίρροιες είναι περίπου το μισό της σελήνης.
Άλλοι πλανήτες, που είναι μικρότεροι από τον ήλιο και πιο απομακρυσμένοι από το φεγγάρι, έχουν αμελητέες επιδράσεις στις παλίρροιες. Η επίδραση της Αφροδίτης, που είναι ο πλησιέστερος πλανήτης προς τη Γη, είναι 10.000 φορές μικρότερος από εκείνον του ήλιου και του φεγγαριού μαζί. Ο Δίας έχει ακόμα λιγότερη επιρροή - περίπου το ένα δέκατο αυτής της Αφροδίτης.
Ο λόγος Υπάρχουν δύο μεγάλες παλίρροιες την ημέρα
Η Γη είναι τόσο πολύ μεγαλύτερη από το φεγγάρι που φαίνεται ότι το φεγγάρι περιστρέφεται γύρω από αυτήν, αλλά η αλήθεια είναι ότι περιστρέφονται γύρω από ένα κοινό κέντρο, γνωστό ως το bararycenter. Είναι περίπου 1.068 μίλια κάτω από την επιφάνεια των Γη σε μια γραμμή που εκτείνεται από το κέντρο της Γης μέχρι το κέντρο της σελήνης. Η περιστροφή της Γης γύρω από αυτό το σημείο δημιουργεί μια φυγόκεντρη δύναμη στην επιφάνεια του πλανήτη που είναι η ίδια σε κάθε σημείο της επιφάνειάς της.
Μια φυγόκεντρη δύναμη είναι αυτή που ωθεί ένα σώμα μακριά από το κέντρο περιστροφής. όσο το νερό απομακρύνεται από μια περιστρεφόμενη κεφαλή καταιωνιστήρων. Σε ένα τυχαίο σημείο ΕΝΑ - από την πλευρά της Γης που βλέπει το φεγγάρι, η βαρύτητα των φεγγαριών αισθάνεται το ισχυρότερο και η βαρύτητα συνδυάζεται με τη φυγόκεντρη δύναμη για να δημιουργήσει μια μεγάλη παλίρροια.
Ωστόσο, 12 ώρες αργότερα, η Γη έχει γυρίσει, και το σημείο ΕΝΑ βρίσκεται πολύ πιο μακριά από το φεγγάρι. Λόγω της αύξησης της απόστασης, η οποία είναι ίση με τη διάμετρο της Γης (σχεδόν 8,000 μίλια ή 12,874 χλμ.), Το σημείο Α βιώνει την ασθενέστερη έλξη της σεληνιακής βαρύτητας, αλλά η φυγόκεντρη δύναμη παραμένει αμετάβλητη και το αποτέλεσμα είναι ένα δεύτερο υψηλό κύμα.
Οι επιστήμονες το απεικονίζουν αυτό γραφικά ως μια επιμήκη φυσαλίδα νερού γύρω από τη Γη. Η εξιδανίκευση του, επειδή υποθέτει ότι η Γη είναι ομοιόμορφα καλυμμένη με νερό, αλλά παρέχει ένα λειτουργικό μοντέλο της παλιρροιακής περιοχής λόγω της βαρύτητας των φεγγαριών.
Στα σημεία που χωρίζονται από τον άξονα Γης-Σελήνης κατά 90 μοίρες, η κανονική συνιστώσα της βαρύτητας των φεγγαριών επαρκεί για να ξεπεραστεί η φυγόκεντρη δύναμη και η διόγκωση ισιώνει. Αυτή η ισοπέδωση αντιστοιχεί στις χαμηλές παλίρροιες.
Επιδράσεις της τροχιάς των φεγγαριών
Η φανταστική διόγκωση που περιβάλλει τη Γη είναι περίπου μια ελλειπτική με ημικυκλικό άξονα κατά μήκος της γραμμής που συνδέει το κέντρο της Γης με το κέντρο της σελήνης. Εάν η σελήνη ήταν στατική στην τροχιά της, κάθε σημείο της Γης θα βιώσει υψηλές παλίρροιες και χαμηλές παλίρροιες την ίδια ώρα κάθε μέρα, αλλά το φεγγάρι δεν είναι στάσιμο. Μετακινείται 13,2 μοίρες κάθε μέρα σε σχέση με τα αστέρια, έτσι αλλάζει και ο προσανατολισμός του κύριου άξονα της διόγκωσης.
Όταν ένα σημείο στον κύριο άξονα της διόγκωσης ολοκληρώνει μια περιστροφή, ο κύριος άξονας έχει μετακινηθεί. Παίρνει τη Γη περίπου 4 λεπτά για να περιστραφεί σε ένα μόνο βαθμό και ο κύριος άξονας έχει μετακινηθεί κατά 13 μοίρες, οπότε η Γη πρέπει να περιστρέφεται για επιπλέον 53 λεπτά πριν το σημείο επιστρέψει στον κύριο άξονα της διογκώσεως. Εάν οι τροχιακές κινήσεις του φεγγαριού ήταν ο μόνος παράγοντας που επηρέασε τις παλίρροιες (προειδοποίηση για σπόιλερ: δεν είναι), η μεγάλη παλίρροια θα συμβεί 53 λεπτά αργότερα κάθε μέρα για ένα σημείο στον ισημερινό.
Όσον αφορά την επίδραση των φεγγαριών στις παλίρροιες, δύο άλλοι παράγοντες επηρεάζουν τον χρόνο των παλίρροιων καθώς και το ύψος του νερού.
Ο ήλιος επηρεάζει επίσης τις παλίρροιες
Η βαρύτητα του ήλιου δημιουργεί μια δεύτερη διόγκωση στη φανταστική φυσαλίδα που περιβάλλει τη Γη και ο άξονάς της βρίσκεται κατά μήκος της γραμμής που συνδέει τη Γη με τον ήλιο. Ο άξονας προχωράει περίπου 1 βαθμός την ημέρα καθώς ακολουθεί την εμφανή θέση του ήλιου στον ουρανό και είναι περίπου μισή επιμήκη ως η φούσκα που δημιουργείται από τη βαρύτητα των φεγγαριών.
Στην Θεωρία ισορροπίας των παλίρροιων, η οποία δημιουργεί το παλιρροϊκό μοντέλο φυσαλίδων, η επικάλυψη της φυσαλίδας που δημιουργείται από τη βαρύτητα των φεγγαριών και εκείνη που δημιουργείται από τον ήλιο, η βαρύτητα πρέπει να παρέχει έναν τρόπο να προβλέπουν την καθημερινή παλίρροια σε οποιαδήποτε τοποθεσία.
Τα πράγματα δεν είναι τόσο απλά, όμως, επειδή η Γη δεν καλύπτεται από έναν γιγαντιαίο ωκεανό. Έχει μάζες γης που δημιουργούν τρεις λεκάνες ωκεανού που συνδέονται με αρκετά στενά περάσματα. Ωστόσο, η βαρύτητα των ήλιων συνδυάζεται με εκείνη του φεγγαριού για τη δημιουργία διμηνιαίων κορυφών στα ύψη των παλίρροιων σε όλο τον κόσμο.
Εαρινές παλίρροιες και παλίρροιες: Οι εαρινές παλίρροιες δεν έχουν καμία σχέση με την εποχή της άνοιξης. Εμφανίζονται στη νέα σελήνη και την πανσέληνο, όταν ο ήλιος και η σελήνη ευθυγραμμίζονται με τη Γη. Οι βαρυτικές επιρροές αυτών των δύο ουράνιων σωμάτων συνδυάζονται για να παράγουν ασυνήθιστα υψηλά παλιρροϊκά νερά.
Οι εαρινές παλίρροιες συμβαίνουν, κατά μέσο όρο, κάθε δύο εβδομάδες. Περίπου μία εβδομάδα μετά από κάθε εαρινή παλίρροια, ο άξονας Γης-Σελήνης είναι κάθετος προς τον άξονα Γης-Ήλιου. Οι βαρυτικές επιδράσεις του ήλιου και της σελήνης ακυρώνουν το ένα το άλλο και οι παλίρροιες είναι χαμηλότερες από το συνηθισμένο. Αυτά είναι γνωστά ως παλίρροιες.
Παλίρροια στον πραγματικό κόσμο των λεκανών ωκεανού
Εκτός από τις τρεις κύριες λεκάνες ωκεανού - τον Ειρηνικό, τον Ατλαντικό και τους Ινδούς ωκεανούς - υπάρχουν αρκετές μικρότερες λεκάνες, όπως η Μεσόγειος Θάλασσα, η Ερυθρά Θάλασσα και ο Περσικός Κόλπος. Κάθε λεκάνη είναι σαν ένα δοχείο και όπως μπορείτε να δείτε όταν γυρίζετε ένα ποτήρι νερό πίσω και πίσω, το νερό τείνει να τσαλακωθεί ανάμεσα στους τοίχους ενός δοχείου.Το νερό σε κάθε μια από τις λεκάνες του κόσμου έχει μια φυσική περίοδο ταλάντωσης, και αυτό μπορεί να τροποποιήσει τη βαρυτική παλιρροιακή δύναμη του ήλιου και του φεγγαριού.
Η περίοδος του Ειρηνικού Ωκεανού, για παράδειγμα, είναι 25 ώρες, πράγμα που εξηγεί γιατί υπάρχει μόνο μια μεγάλη παλίρροια την ημέρα σε πολλά μέρη του Ειρηνικού. Η περίοδος του Ατλαντικού Ωκεανού, από την άλλη πλευρά, είναι 12,5 ώρες, επομένως υπάρχουν γενικά δύο μεγάλες παλίρροιες την ημέρα στον Ατλαντικό. Είναι ενδιαφέρον ότι, στη μέση των μεγάλων λεκανών νερού, συχνά δεν υπάρχουν παλίρροιες, επειδή η φυσική ταλάντωση του νερού τείνει να έχει μηδενικό σημείο στο κέντρο της λεκάνης.
Οι παλίρροιες τείνουν να είναι υψηλότερες σε ρηχά νερά ή σε νερό που εισέρχεται σε περιορισμένο χώρο, όπως ένας κόλπος. Ο κόλπος του Fundy στις Καναδικές Maritimes βιώνει τις υψηλότερες παλίρροιες στον κόσμο. Το σχήμα του κόλπου δημιουργεί μια φυσική ταλάντωση νερού που σχηματίζει έναν συντονισμό με την ταλάντωση του Ατλαντικού Ωκεανού για να παράγει μια διαφορά ύψους περίπου 40 ποδιών μεταξύ του υψηλού και του χαμηλού παλίρροια.
Οι παλίρροιες επηρεάζονται επίσης από τις καιρικές και γεωλογικές εκδηλώσεις
Πριν υιοθετήσετε το όνομα τσουνάμι, που σημαίνει "μεγάλο κύμα" στα ιαπωνικά, οι ωκεανογράφοι αναφερόταν στις μεγάλες κινήσεις του ύδατος που ακολουθούν σεισμούς και τυφώνες ως παλιρροϊκά κύματα. Αυτά είναι ουσιαστικά κύματα σοκ που ταξιδεύουν μέσα στο νερό για να δημιουργήσουν καταστροφικά υψηλό νερό στην ακτή.
Οι παρατεταμένοι υψηλοί άνεμοι μπορούν να βοηθήσουν να οδηγήσουν το νερό προς την ακτή και να δημιουργήσουν υψηλές παλίρροιες γνωστές ως υπερχείλιση. Για τις παράκτιες κοινότητες, αυτές οι υπερτάσεις είναι συχνά οι περισσότερες επιπτώσεις τροπικών καταιγίδων και τυφώνων.
Αυτό μπορεί να λειτουργήσει και με τον άλλο τρόπο. Ισχυροί υπεράκτιοι άνεμοι μπορούν να ωθήσουν το νερό στη θάλασσα και να δημιουργήσουν ασυνήθιστα χαμηλές παλίρροιες. Μεγάλες καταιγίδες συμβαίνουν σε περιοχές με χαμηλή πίεση αέρα, που ονομάζονται κατάθλιψη. Οι ριπές του αέρα εισέρχονται από τις μάζες αέρα υψηλής πίεσης σε αυτές τις κοιλότητες και οι ριπές οδηγούν το νερό.