Știința din spatele mareelor: Interacțiunea dintre Lună, Soare și Pământ

Mareele, creșterea și scăderea ritmică a nivelului mării, sunt fundamentale pentru procesele naturale ale Pământului. Cauzate în principal de interacțiunile gravitaționale dintre Pământ, Lună și Soare, mareele creează mișcarea regulată a apei observată de-a lungul coastelor. Înțelegerea științei care stă la baza mareelor este importantă pentru diverse activități umane, inclusiv navigația, pescuitul și gestionarea coastelor. Mareele influențează ecosistemele marine și contribuie la sistemul climatic general al planetei. Acest articol descrie modul în care funcționează mareele, explicând forțele din spatele acestui fenomen important și impactul său major asupra vieții noastre de zi cu zi.

Înțelegerea mareelor

Care sunt cauzele mareelor?

Mareele sunt cauzate în principal de forțele gravitaționale exercitate de Lună și Soare asupra oceanelor Pământului. Aceste forțe generează creșterea și scăderea regulată a nivelului mărilor pe care le observăm sub formă de maree. Atracția gravitațională a Lunii și a Soarelui atrage apa din oceanele Pământului, făcând-o să se umfle în afară. Forța gravitațională este mai puternică pe partea Pământului cea mai apropiată de Lună, creând o maree înaltă în acea zonă. Simultan, pe partea opusă a Pământului, se produce o altă maree mare datorită inerției apei.

Luna are cea mai mare influență asupra mareelor Pământului. Atracția sa gravitațională este forța principală care creează umflăturile mareelor. Pe măsură ce Pământul se rotește, diferite zone ale planetei trec prin aceste umflături, rezultând un ciclu regulat de maree mari și mici. Poziția Lunii față de Pământ se modifică ușor în fiecare zi, ceea ce duce la un ciclu al mareelor care durează aproximativ 24 de ore și 50 de minute.

Deși atracția gravitațională a Soarelui asupra oceanelor Pământului este mai slabă decât cea a Lunii, aceasta joacă totuși un rol semnificativ în formarea mareelor. Atunci când Soarele, Luna și Pământul se aliniază în timpul lunilor pline și noi, forțele lor gravitaționale combinate creează mareele de primăvară, care sunt maree înalte mai mari și maree joase mai mici. Dimpotrivă, atunci când Soarele și Luna sunt în unghi drept față de Pământ, forțele lor gravitaționale combinate se anulează parțial, rezultând mareele de vară, care sunt maree înalte mai mici și maree joase mai mari. Știința din spatele mareelor ajută la clarificarea acestor interacțiuni complexe și a impactului lor asupra tiparelor mareelor.

Tipuri de maree

Maree mare

Mareea mare are loc atunci când nivelul mării atinge cel mai înalt punct în ciclul mareelor. Acest lucru se întâmplă din cauza atracției gravitaționale a Lunii și, într-o mai mică măsură, a Soarelui, care face ca apa să se umfle spre exterior pe partea Pământului cea mai apropiată de Lună. Simultan, o altă maree mare are loc pe partea opusă a Pământului din cauza inerției apei. Mareele înalte au loc de obicei de două ori pe zi, la aproximativ 12 ore și 25 de minute distanță.

Maree joasă

Mareea joasă apare atunci când nivelul apei oceanului atinge cel mai scăzut punct de-a lungul țărmului. Acest lucru se întâmplă deoarece atracția gravitațională a lunii și a soarelui afectează apa Pământului, făcând-o să se umfle în anumite zone și să se retragă în altele. Pe măsură ce Pământul se rotește, diferite zone se confruntă cu această umflare și retragere, ceea ce duce la creșterea și scăderea ciclică a mareelor. În timpul mareei joase, o mai mare parte a țărmului și a fundului mării este expusă, ceea ce poate avea un impact asupra activităților de coastă, cum ar fi pescuitul, navigația cu barca și pescuitul pe plajă. De asemenea, aceasta scoate la iveală bălțile de maree și viața marină care se află de obicei sub apă.

Mareea de primăvară

Mareele de primăvară sunt cele mai mari maree înalte și cele mai mici maree joase, care apar atunci când Pământul, Luna și Soarele sunt aliniate. Această aliniere are loc în timpul fazelor de lună plină și lună nouă, de aproximativ două ori pe lună. În timpul mareelor de primăvară, forțele gravitaționale combinate ale Lunii și Soarelui lucrează împreună pentru a exercita o atracție mai puternică asupra oceanelor Pământului, rezultând condiții de maree mai extreme. Aceste maree sunt numite "maree de primăvară" nu din cauza anotimpului, ci pentru că apa "izvorăște" mai sus.

Mareea Neap

Mareele Neap sunt mareele moderate care apar atunci când Luna și Soarele se află în unghi drept față de Pământ, în timpul primului și celui de-al treilea sfert al fazelor lunii. În timpul acestei alinieri, forțele gravitaționale ale Lunii și ale Soarelui se anulează parțial, ducând la maree mari mai mici și maree mici mai mari. Mareele Neap au loc, de asemenea, de două ori pe lună și sunt caracterizate de condiții de maree mai puțin extreme în comparație cu mareele de primăvară.

*Sursa: Serviciul național pentru oceane*

Cum funcționează mareele

Atracția gravitațională

Atracția gravitațională a Lunii este principala forță responsabilă pentru crearea mareelor pe Pământ. Pe măsură ce orbitează în jurul planetei noastre, gravitația Lunii exercită o atracție asupra oceanelor Pământului, provocând o umflătură a apei spre exterior pe partea dinspre Lună, rezultând o maree ridicată în acea regiune. Simultan, pe partea opusă a Pământului, inerția se opune acestei atracții, creând o umflătură secundară și o altă maree mare. Aceste umflături de maree se schimbă pe măsură ce Pământul se rotește, rezultând aproximativ două maree mari și două maree mici la fiecare 24 de ore și 50 de minute.

Ilustrația lunii disponibile în galeria noastră.

În timp ce influența gravitațională a Lunii domină în crearea mareelor, Soarele joacă, de asemenea, un rol semnificativ. Deși mai slabă din cauza distanței mai mari, gravitația Soarelui afectează oceanele Pământului. În timpul lunilor noi și pline, alinierea Soarelui și a Lunii amplifică forțele lor gravitaționale, provocând maree de primăvară cu maxime mai mari și minime mai mici. Dimpotrivă, atunci când se află în unghi drept în raport cu Pământul, forțele gravitaționale se anulează parțial, producând maree de toamnă cu înălțimi mai mici și coborâri mai mari.

Interacțiunea dintre aceste forțe gravitaționale și rotația Pământului creează modelele complexe de maree observate în întreaga lume. Lunile pline și noi aliniază Pământul, Luna și Soarele, maximizând atracția gravitațională și creând mareele de primăvară cu intervale de maree extreme. În timpul trimestrelor, alinierea în unghi drept reduce efectul gravitațional, producând maree de vară cu intervale mai puțin extreme. Această interacțiune explică creșterea și scăderea regulată a nivelului mării, esențială pentru înțelegerea impactului mareelor asupra mediului de coastă și a activităților umane. Explorați în continuare acest fenomen pe NASA Science - Maree.

Rotația Pământului

Rotația Pământului influențează semnificativ momentul și apariția mareelor. Pe măsură ce planeta noastră se rotește pe axa sa, diferite regiuni trec prin umflăturile mareelor formate de atracția gravitațională a Lunii și a Soarelui. Această rotație determină fluxul și refluxul regulat al nivelului mărilor, cunoscut sub numele de ciclul mareelor. În plus, forța centrifugă generată de rotația Pământului contribuie la formarea unei umflături de maree secundare pe partea opusă Lunii.

În fiecare zi, ciclul mareelor include două maree înalte și două maree joase, care au loc aproximativ la fiecare 24 de ore și 50 de minute - o perioadă puțin mai lungă decât o zi standard din cauza orbitei Lunii. Pe măsură ce Pământul se rotește, localitățile se deplasează prin umflăturile mareelor, înregistrând maree mari sub o umflătură și maree mici între ele. Momentul acestor maree se modifică zilnic, pe măsură ce se schimbă poziția Lunii față de Pământ.

Tiparele mareelor variază la nivel global datorită formelor liniei de coastă, adâncimilor oceanului și geografiei locale. Există trei tipuri principale:

Maree semidiurnă: caracterizată de două maree mari și mici aproape egale pe zi, comună pe coastele atlantice ale Americii de Nord și Europei.
Maree diurnă: oferă zilnic o maree mare și una mică, observate în regiuni precum Golful Mexic și Marea Chinei de Sud.
Maree mixte: prezintă zilnic două maxime și două minime cu înălțimi variabile, predominante de-a lungul coastelor Pacificului din America de Nord și Asia, modelate de interacțiunile complexe dintre curenții oceanici și caracteristicile de coastă.

Factorii care afectează mareele

Factori geografici

Forma liniei de coastă influențează semnificativ tiparele și amplitudinile mareelor. Golurile sau estuarele largi și deschise pot amplifica mareele datorită efectului de pâlnie, unde forma îngustă concentrează forțele mareelor și conduce la intervale mai mari. În schimb, liniile de coastă cu numeroase insulițe, insule și forme complexe perturbă fluxul regulat al mareelor, provocând variații în ceea ce privește momentul și înălțimea. De exemplu, Golful Fundy din Canada se mândrește cu unele dintre cele mai mari amplitudini ale mareelor din lume datorită liniei sale de coastă în formă de pâlnie.

Forma și caracteristicile fundului oceanului, cunoscute sub denumirea de topografie subacvatică, influențează, de asemenea, în mod semnificativ mareele. Platformele continentale, crestele oceanice și șanțurile adânci pot modifica fluxul și înălțimea valurilor de maree. Platformele puțin adânci încetinesc valurile de maree, provocând acumularea apei și rezultând valuri mai mari. În schimb, șanțurile și dorsalele perturbă mișcarea valurilor de maree, creând variabilitate în tiparele mareelor. Zonele de coastă cu pante ușoare și ape puțin adânci înregistrează, în general, maree mai mari decât regiunile cu teren subacvatic abrupt.

Diferențele regionale în ceea ce privește amplitudinea mareelor provin dintr-o combinație de factori: Pozițiile Pământului, Lunii și Soarelui, alături de geografia și topografia locală. Golful Fundy amplitudinile extreme ale mareelor ilustrează modul în care dinamica geografică interacționează pentru a crea modele unice. Mările închise, cum ar fi Marea Mediterană, prezintă de obicei intervale de maree mai mici din cauza expunerii limitate la influențele oceanului deschis. În plus, rotația Pământului și efectul Coriolis introduc variații în tiparele mareelor, influențând dacă zonele prezintă maree diurne sau semidiurne mai pronunțate în funcție de latitudine și localizare.

Factori meteorologici

Vântul și condițiile meteorologice exercită o influență semnificativă asupra condițiilor mareelor. Vânturile puternice de pe uscat împing apa spre țărm, creând maree mai înalte cunoscute sub numele de maree provocate de vânt sau valuri de furtună. În schimb, vânturile din larg pot diminua înălțimea mareelor. Vânturile persistente care suflă constant într-o direcție de-a lungul timpului generează curenți care pot perturba ciclul regulat al mareelor.

Fenomenele meteorologice precum cicloanele și uraganele au efecte profunde asupra mareelor. Aceste furtuni generează vânturi puternice și valuri de furtună masive, ceea ce duce la maree anormal de mari și la inundații de coastă grave. Interacțiunea dintre aceste valuri de furtună și ciclurile naturale ale mareelor poate duce la niveluri extreme ale apei, prezentând riscuri substanțiale pentru comunitățile de coastă.

Presiunea atmosferică influențează, de asemenea, modul în care factorii meteorologici influențează mareele. Presiunea atmosferică ridicată exercită presiune asupra suprafeței oceanului, reducând nivelul apei și provocând maree mai mici. În schimb, presiunea atmosferică scăzută permite apei să se ridice, ceea ce duce la creșterea mareelor - un fenomen cunoscut sub numele de efectul barometrului invers.

În timpul sistemelor meteorologice, cum ar fi depresiunile sau ciclonii, scăderea presiunii atmosferice poate determina creșterea considerabilă a nivelului mării. Atunci când este combinat cu forțele mareelor, acest efect poate agrava inundațiile de coastă. Impactul presiunii atmosferice asupra mareelor este deosebit de semnificativ în corpurile de apă închise sau semi-închise, cum ar fi Marea Baltică, unde schimbările de presiune pot afecta semnificativ nivelul apei.

Mareele și impactul lor

Viața marină

Influența mareelor asupra ecosistemelor marine este critică, modelând distribuția nutrienților, comportamentul organismelor marine și caracteristicile habitatelor de coastă. Fluxul și refluxul regulat al mareelor asigură circulația nutrienților și a oxigenului în întreaga coloană de apă, favorizând creșterea și sănătatea plantelor și animalelor marine. Mișcările mareelor ajută la dispersarea larvelor și a organismelor tinere, promovând diversitatea genetică și refacerea populației. Aceste procese dinamice contribuie semnificativ la reziliența și biodiversitatea ecosistemelor de coastă.

Zonele intertidale, care sunt expuse la aer în timpul mareei joase și scufundate în timpul mareei înalte, reprezintă ecosisteme dinamice puternic influențate de maree. Aceste zone adăpostesc diverse specii care depind de variațiile mareelor pentru hrănire, reproducere și adăpost. Fluctuațiile mareelor creează habitate variate, cum ar fi bălțile de maree, nămolurile și mlaștinile sărate, fiecare găzduind comunități unice de organisme. Interacțiunea dintre maree și zonele intertidale modelează aceste habitate și susține rețeaua complexă de viață de-a lungul regiunilor de coastă, subliniind interconexiunea dintre dinamica mareelor și sănătatea ecosistemelor.

Organismele marine au dezvoltat diverse adaptări pentru a prospera în medii cu niveluri fluctuante ale apei, salinitate și temperatură:

Adaptări comportamentale: Animalele mobile, precum crabii, se adăpostesc în vizuini sau crăpături în timpul mareei joase pentru a evita deshidratarea și prădătorii. Unii pești și nevertebrate își cronometrează activitățile pentru a coincide cu mareele înalte pentru hrănire și reproducere.

Adaptări fiziologice: Speciile intertidale, cum ar fi perișoarele și midiile, se pot închide ermetic pentru a reține umiditatea și a regla echilibrul de sare, ceea ce este esențial pentru supraviețuirea expunerii în timpul mareei joase.

Adaptări structurale: Organisme precum scoicile și moluștele folosesc adezivi puternici pentru a se ancora pe stânci împotriva curenților de maree, în timp ce algele marine folosesc stavile pentru a se fixa pe fundul oceanului.

Activități umane

Pescuit: Mareele influențează comportamentul și disponibilitatea peștilor și a altor organisme marine. În timpul mareelor mari, peștii se apropie de țărm pentru a se hrăni cu substanțele nutritive și cu prăzile mai mici aduse de creșterea nivelului apei, ceea ce face ca această perioadă să fie optimă pentru pescuitul de coastă și în apropierea țărmului. Dimpotrivă, în timpul mareelor joase, peștii se retrag în ape mai adânci, ceea ce le face mai puțin accesibile. Cunoașterea tiparelor mareelor le permite pescarilor să planifice eficient, asigurând capturi mai bune și practici durabile.

Navigație: Mareele sunt esențiale pentru siguranța navigației de coastă. Modificările nivelului mării afectează adâncimea apei în porturi, estuare și căi navigabile de coastă, influențând deplasarea navelor. Mareele mari oferă apă mai adâncă pentru ca navele cu un pescaj mai mare să poată naviga în siguranță, în timp ce mareele mici expun pericole precum stâncile și bancurile de nisip. Navigatorii se bazează pe hărțile mareelor pentru a evita eșuarea și pentru a naviga în siguranță, deoarece mareele influențează, de asemenea, curenții de maree, afectând timpul de călătorie și consumul de combustibil.

Energie regenerabilă: Mareele oferă energie regenerabilă promițătoare prin generarea de energie de maree. Energia mareelor captează energia cinetică și potențială din apa în mișcare în timpul ciclurilor mareelor. Două metode principale includ sistemele de flux de maree, care utilizează turbine subacvatice în curenții puternici de maree, și barajele de maree, care exploatează fluxul de apă prin structuri mari. Spre deosebire de energia solară și eoliană, energia mareelor este fiabilă și previzibilă, contribuind la o aprovizionare stabilă cu energie electrică și reducând emisiile de gaze cu efect de seră.

Înțelegerea importanței mareelor pentru pescuit, navigație și energie regenerabilă evidențiază impactul acestora asupra activităților umane. Exploatarea energiei mareelor sporește activitățile economice, asigură siguranța maritimă și sprijină inițiativele privind energia durabilă, oferind o alternativă viabilă la combustibilii fosili.

Revoluționați comunicarea științifică cu Mind the Graph!

Mind the Graph revoluționează comunicarea științifică, oferind oamenilor de știință instrumente puternice pentru a crea rezumate grafice, infografice și prezentări convingătoare din punct de vedere vizual. Această platformă oferă o interfață ușor de utilizat cu șabloane personalizabile și o bibliotecă vastă de ilustrații și pictograme științifice. Oamenii de știință își pot vizualiza cu ușurință rezultatele cercetării, făcând conceptele complexe accesibile unui public mai larg. Mind the Graph îmbunătățește colaborarea și accelerează diseminarea științifică, ajutând cercetătorii să își comunice descoperirile în mod eficient și să se implice cu colegii, studenții și publicul.