Was man Ebbe und Flut nennt. Das Geheimnis der Meeresgezeiten

Schüler der Gruppe N-30

Tsvetkov E.N.

Geprüft:

Petrova I.F.

Moskau, 2003

Hauptteil…………………………………………………….
Definition..……………......……………………………...
Die Essenz des Phänomens………………………………………………………...
Veränderung im Laufe der Zeit………………………………………………………
Verteilung und Ausmaß der Manifestation………………...
Mythen und Legenden …………………………………………….
Geschichte der Studie………………………………………………………
Umweltfolgen………………………………...
Auswirkungen auf die Wirtschaftstätigkeit…………………
Menschlicher Einfluss auf diesen Prozess…………………….
Möglichkeit der Prognose und Verwaltung…………….
Referenzliste………………………………………………..

Definition.

Ebbe und Flut, periodische Schwankungen des Wasserspiegels (Anstieg und Abfall) in Wassergebieten auf der Erde, die durch die Anziehungskraft von Mond und Sonne auf die rotierende Erde verursacht werden. Alle großen Wasserflächen, einschließlich Ozeane, Meere und Seen, unterliegen in gewissem Maße den Gezeiten, obwohl sie in Seen klein sind.

Der höchste Wasserstand, der an einem Tag oder einem halben Tag bei Flut beobachtet wird, wird als Hochwasser bezeichnet, der niedrigste Wasserstand bei Ebbe wird als Niedrigwasser bezeichnet und der Zeitpunkt des Erreichens dieser maximalen Wasserstandsmarken wird als Hochwasserstand (oder Hochwasserstand) bezeichnet Flut bzw. Ebbe. Der durchschnittliche Meeresspiegel ist ein bedingter Wert, über dem sich die Pegelmarkierungen bei Flut und unter dem bei Ebbe befinden. Dies ist das Ergebnis der Mittelung großer Serien dringender Beobachtungen. Die durchschnittliche Flut (oder Ebbe) ist ein Durchschnittswert, der aus einer großen Datenreihe zu Hoch- oder Niedrigwasserständen berechnet wird. Diese beiden mittleren Ebenen sind an die örtliche Fußstange angebunden.

Vertikale Schwankungen des Wasserspiegels bei Flut und Ebbe gehen mit horizontalen Bewegungen der Wassermassen relativ zum Ufer einher. Diese Prozesse werden durch Windstoß, Flussabfluss und andere Faktoren erschwert. Horizontale Bewegungen von Wassermassen in der Küstenzone werden als Gezeitenströmungen (oder Gezeitenströme) bezeichnet, während vertikale Schwankungen des Wasserspiegels als Ebbe und Flut bezeichnet werden. Alle mit Ebbe und Flut verbundenen Phänomene sind durch Periodizität gekennzeichnet. Gezeitenströmungen kehren periodisch ihre Richtung um, während Meeresströmungen, die sich kontinuierlich und unidirektional bewegen, durch die allgemeine Zirkulation der Atmosphäre bestimmt werden und weite Teile des offenen Ozeans bedecken.

In Übergangsintervallen von Flut zu Ebbe und umgekehrt ist es schwierig, den Trend der Gezeitenströmung festzustellen. Zu diesem Zeitpunkt (der nicht immer mit Flut oder Ebbe zusammenfällt) soll das Wasser „stagnieren“.

Flut und Ebbe wechseln sich zyklisch entsprechend den sich ändernden astronomischen, hydrologischen und meteorologischen Bedingungen ab. Die Abfolge der Gezeitenphasen wird durch zwei Maxima und zwei Minima im Tageszyklus bestimmt.

15. Oktober 2012

Der britische Fotograf Michael Marten hat eine Reihe von Originalfotos erstellt, die die Küste Großbritanniens aus denselben Blickwinkeln, aber zu unterschiedlichen Zeiten einfangen. Eine Aufnahme bei Flut und eine bei Ebbe.

Es stellte sich als recht ungewöhnlich heraus und positive Rezensionen des Projekts zwangen den Autor buchstäblich dazu, mit der Veröffentlichung des Buches zu beginnen. Das Buch mit dem Titel „Sea Change“ erschien im August dieses Jahres und erschien in zwei Sprachen. Michael Marten brauchte rund acht Jahre, um seine beeindruckende Fotoserie zu erstellen. Die Zeit zwischen Hoch- und Niedrigwasser beträgt durchschnittlich etwas mehr als sechs Stunden. Daher muss Michael an jedem Ort länger als nur ein paar Auslöserklicks verweilen. Die Idee, eine Reihe solcher Werke zu schaffen, hegte der Autor schon seit längerem. Er suchte nach einer Möglichkeit, Veränderungen in der Natur ohne menschlichen Einfluss filmisch darzustellen. Und ich fand es zufällig in einem der schottischen Küstendörfer, wo ich den ganzen Tag verbrachte und die Zeit von Flut und Ebbe einfing.

Periodische Schwankungen des Wasserspiegels (Steigen und Senken) in Wassergebieten auf der Erde werden als Gezeiten bezeichnet.

Vertikale Schwankungen des Wasserspiegels bei Flut und Ebbe gehen mit horizontalen Bewegungen der Wassermassen relativ zum Ufer einher. Diese Prozesse werden durch Windstoß, Flussabfluss und andere Faktoren erschwert. Horizontale Bewegungen von Wassermassen in der Küstenzone werden als Gezeitenströmungen (oder Gezeitenströme) bezeichnet, während vertikale Schwankungen des Wasserspiegels als Ebbe und Flut bezeichnet werden. Alle mit Ebbe und Flut verbundenen Phänomene sind durch Periodizität gekennzeichnet. Gezeitenströmungen ändern periodisch ihre Richtung in die entgegengesetzte Richtung, im Gegensatz dazu werden Meeresströmungen, die sich kontinuierlich und unidirektional bewegen, durch die allgemeine Zirkulation der Atmosphäre verursacht und bedecken große Teile des offenen Ozeans.

Obwohl die Sonne bei Gezeitenprozessen eine bedeutende Rolle spielt, ist der entscheidende Faktor für deren Entstehung die Anziehungskraft des Mondes. Der Grad des Einflusses der Gezeitenkräfte auf jedes Wasserteilchen, unabhängig von seiner Position auf der Erdoberfläche, wird durch das Newtonsche Gesetz der universellen Gravitation bestimmt.

Dieses Gesetz besagt, dass zwei materielle Teilchen einander mit einer Kraft anziehen, die direkt proportional zum Produkt der Massen beider Teilchen und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands zwischen ihnen ist. Es versteht sich, dass je größer die Masse der Körper ist, desto größer ist die gegenseitige Anziehungskraft, die zwischen ihnen entsteht (bei gleicher Dichte erzeugt ein kleinerer Körper weniger Anziehungskraft als ein größerer).

Das Gesetz besagt auch, dass die Anziehung zwischen ihnen umso geringer ist, je größer der Abstand zwischen zwei Körpern ist. Da diese Kraft umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands zwischen zwei Körpern ist, spielt der Abstandsfaktor eine viel größere Rolle bei der Bestimmung der Größe der Gezeitenkraft als die Massen der Körper.

Die Anziehungskraft der Erde, die auf den Mond einwirkt und ihn in einer erdnahen Umlaufbahn hält, ist der Anziehungskraft der Erde durch den Mond entgegengesetzt, der dazu neigt, die Erde in Richtung Mond zu bewegen und alle dort befindlichen Objekte „anzuheben“. auf der Erde in Richtung Mond.

Der direkt unter dem Mond liegende Punkt auf der Erdoberfläche ist nur 6.400 km vom Erdmittelpunkt und durchschnittlich 386.063 km vom Mondmittelpunkt entfernt. Darüber hinaus beträgt die Masse der Erde das 81,3-fache der Masse des Mondes. Somit ist an diesem Punkt der Erdoberfläche die Schwerkraft der Erde, die auf jedes Objekt einwirkt, etwa 300.000 Mal größer als die Schwerkraft des Mondes.

Es ist eine verbreitete Vorstellung, dass Wasser auf der Erde direkt unter dem Mond in Richtung des Mondes aufsteigt, was dazu führt, dass Wasser von anderen Orten auf der Erdoberfläche wegfließt, aber da die Schwerkraft des Mondes im Vergleich zur Erde so gering ist, wäre dies nicht der Fall reicht aus, um so viel Wasser zu heben. Riesiges Gewicht.
Allerdings können sich die Ozeane, Meere und großen Seen auf der Erde als große flüssige Körper unter dem Einfluss seitlicher Verschiebungskräfte frei bewegen, und jede leichte Tendenz zur horizontalen Bewegung setzt sie in Bewegung. Alle Wässer, die sich nicht direkt unter dem Mond befinden, unterliegen der Wirkung der tangential (tangential) zur Erdoberfläche gerichteten Komponente der Schwerkraft des Mondes sowie ihrer nach außen gerichteten Komponente und unterliegen einer horizontalen Verschiebung relativ zum Festkörper Erdkruste.

Dadurch fließt Wasser aus benachbarten Bereichen der Erdoberfläche zu einem Ort unter dem Mond. Die daraus resultierende Ansammlung von Wasser an einem Punkt unter dem Mond bildet dort eine Flut. Die Flutwelle selbst hat im offenen Ozean eine Höhe von nur 30-60 cm, nimmt aber deutlich zu, wenn sie sich den Ufern von Kontinenten oder Inseln nähert.
Aufgrund der Bewegung von Wasser aus benachbarten Gebieten zu einem Punkt unter dem Mond kommt es an zwei anderen, von ihm entfernten Punkten in einem Abstand von einem Viertel des Erdumfangs zu entsprechenden Wasserebben. Interessant ist, dass der Rückgang des Meeresspiegels an diesen beiden Punkten mit einem Anstieg des Meeresspiegels nicht nur auf der dem Mond zugewandten Seite der Erde einhergeht, sondern auch auf der gegenüberliegenden Seite.

Diese Tatsache wird auch durch das Newtonsche Gesetz erklärt. Zwei oder mehr Objekte, die sich in unterschiedlichem Abstand von derselben Schwerkraftquelle befinden und daher unterschiedlich starken Erdbeschleunigungen ausgesetzt sind, bewegen sich relativ zueinander, da das Objekt, das dem Schwerpunkt am nächsten liegt, am stärksten von ihm angezogen wird.

Wasser am sublunaren Punkt erfährt eine stärkere Anziehungskraft zum Mond als die Erde darunter, aber die Erde übt wiederum eine stärkere Anziehungskraft zum Mond aus als Wasser auf der gegenüberliegenden Seite des Planeten. So entsteht eine Flutwelle, die auf der dem Mond zugewandten Seite der Erde als direkt und auf der gegenüberliegenden Seite als umgekehrt bezeichnet wird. Der erste von ihnen ist nur 5 % höher als der zweite.

Aufgrund der Rotation des Mondes auf seiner Umlaufbahn um die Erde vergehen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Fluten bzw. zwei Ebben an einem bestimmten Ort etwa 12 Stunden und 25 Minuten. Der Abstand zwischen den Höhepunkten aufeinanderfolgender Flut und Ebbe beträgt ca. 6 Stunden 12 Minuten Der Zeitraum von 24 Stunden und 50 Minuten zwischen zwei aufeinanderfolgenden Gezeiten wird als Gezeitentag (oder Mondtag) bezeichnet.

Gezeitenungleichheiten. Gezeitenprozesse sind sehr komplex und zu ihrem Verständnis müssen viele Faktoren berücksichtigt werden. In jedem Fall werden die Hauptmerkmale festgelegt:
1) das Entwicklungsstadium der Gezeiten im Verhältnis zum Monddurchgang;
2) Gezeitenamplitude und
3) die Art der Gezeitenschwankungen oder die Form der Wasserspiegelkurve.
Zahlreiche Variationen in Richtung und Stärke der Gezeitenkräfte führen zu Unterschieden in der Stärke der Morgen- und Abendfluten in einem bestimmten Hafen sowie zwischen denselben Gezeiten in verschiedenen Häfen. Diese Unterschiede werden Gezeitenungleichheiten genannt.

Halbtägiger Effekt. Normalerweise bilden sich innerhalb eines Tages aufgrund der Hauptgezeitenkraft – der Rotation der Erde um ihre Achse – zwei vollständige Gezeitenzyklen.

Vom Nordpol der Ekliptik aus gesehen ist es offensichtlich, dass sich der Mond in derselben Richtung um die Erde dreht, in der sich die Erde um ihre Achse dreht – gegen den Uhrzeigersinn. Bei jedem weiteren Umlauf nimmt ein bestimmter Punkt der Erdoberfläche etwas später als beim vorherigen Umlauf wieder eine Position direkt unter dem Mond ein. Aus diesem Grund verzögern sich Ebbe und Flut täglich um etwa 50 Minuten. Dieser Wert wird Mondverzögerung genannt.

Halbmonatsungleichheit. Diese Hauptvariationsart zeichnet sich durch eine Periodizität von etwa 143/4 Tagen aus, die mit der Rotation des Mondes um die Erde und seinem Durchgang durch aufeinanderfolgende Phasen, insbesondere Syzygien (Neumonde und Vollmonde), verbunden ist, d. h. Momente, in denen sich Sonne, Erde und Mond auf derselben Geraden befinden.

Bisher haben wir nur den Gezeiteneinfluss des Mondes angesprochen. Das Gravitationsfeld der Sonne beeinflusst auch die Gezeiten, doch obwohl die Masse der Sonne viel größer ist als die Masse des Mondes, ist der Abstand von der Erde zur Sonne so größer als der Abstand zum Mond, dass die Gezeitenkraft entsteht der Sonne ist weniger als halb so groß wie die des Mondes.

Wenn sich Sonne und Mond jedoch auf derselben Geraden befinden, entweder auf derselben Seite der Erde oder auf gegenüberliegenden Seiten (bei Neumond oder Vollmond), addieren sich ihre Gravitationskräfte und wirken entlang derselben Achse Die Sonnenflut überschneidet sich mit der Mondflut.

Ebenso verstärkt die Anziehungskraft der Sonne die durch den Einfluss des Mondes verursachte Ebbe. Dadurch werden die Gezeiten höher und die Gezeiten niedriger, als wenn sie nur durch die Schwerkraft des Mondes verursacht würden. Solche Gezeiten werden Springfluten genannt.

Wenn die Gravitationskraftvektoren von Sonne und Mond senkrecht zueinander stehen (bei Quadraturen, d. h. wenn sich der Mond im ersten oder letzten Viertel befindet), sind ihre Gezeitenkräfte entgegengesetzt, da die durch die Anziehungskraft der Sonne verursachte Gezeitenkraft der überlagert ist Ebbe, verursacht durch den Mond.

Unter solchen Bedingungen sind die Gezeiten nicht so hoch und die Gezeiten nicht so niedrig, als ob sie nur auf die Anziehungskraft des Mondes zurückzuführen wären. Solche zwischenzeitlichen Ebbe und Flut nennt man Quadratur.

Der Bereich der Hoch- und Niedrigwassermarken verringert sich in diesem Fall im Vergleich zur Springflut um etwa das Dreifache.

Mondparallaktische Ungleichheit. Die Schwankungsdauer der Gezeitenhöhen, die aufgrund der Mondparallaxe auftritt, beträgt 271/2 Tage. Der Grund für diese Ungleichheit ist die Änderung des Abstands des Mondes von der Erde während der Rotation der Erde. Aufgrund der elliptischen Form der Mondbahn ist die Gezeitenkraft des Mondes im Perigäum um 40 % höher als im Apogäum.

Tägliche Ungleichheit. Die Periode dieser Ungleichung beträgt 24 Stunden 50 Minuten. Die Gründe für sein Auftreten sind die Rotation der Erde um ihre Achse und eine Änderung der Deklination des Mondes. Wenn sich der Mond in der Nähe des Himmelsäquators befindet, unterscheiden sich die beiden Fluten an einem bestimmten Tag (sowie die beiden Ebbe) geringfügig, und die Höhen von Hoch- und Niedrigwasser am Morgen und am Abend liegen sehr nahe beieinander. Wenn jedoch die Nord- oder Süddeklination des Mondes zunimmt, unterscheiden sich morgens und abends Gezeiten desselben Typs in der Höhe, und wenn der Mond seine größte Nord- oder Süddeklination erreicht, ist dieser Unterschied am größten.

Man kennt auch tropische Gezeiten, die so genannt werden, weil sich der Mond fast über den nördlichen oder südlichen Wendekreisen befindet.

Die Tagesungleichheit hat keinen wesentlichen Einfluss auf die Höhe zweier aufeinanderfolgender Ebbe im Atlantischen Ozean, und selbst ihre Auswirkung auf die Höhe der Gezeiten ist im Vergleich zur Gesamtamplitude der Schwankungen gering. Allerdings ist im Pazifischen Ozean die tageszeitliche Variabilität bei Ebbe dreimal größer als bei Flut.

Halbjährliche Ungleichheit. Ihre Ursache ist die Drehung der Erde um die Sonne und die damit verbundene Änderung der Deklination der Sonne. Zweimal im Jahr steht die Sonne während der Tagundnachtgleiche mehrere Tage lang in der Nähe des Himmelsäquators, d. h. seine Deklination liegt nahe bei 0. Der Mond befindet sich auch jeden halben Monat etwa einen Tag lang in der Nähe des Himmelsäquators. Daher gibt es während der Tagundnachtgleiche Perioden, in denen die Deklinationen sowohl der Sonne als auch des Mondes ungefähr gleich 0 sind. Der gesamte Gezeiteneffekt der Anziehungskraft dieser beiden Körper ist in solchen Momenten am deutlichsten in Gebieten in der Nähe des Erdäquators spürbar. Befindet sich der Mond gleichzeitig in der Neumond- oder Vollmondphase, sog. Äquinoktiale Springfluten.

Sonnenparallaxenungleichung. Der Erscheinungszeitraum dieser Ungleichheit beträgt ein Jahr. Seine Ursache ist die Änderung des Abstands der Erde zur Sonne während der Umlaufbewegung der Erde. Einmal bei jedem Umlauf um die Erde befindet sich der Mond im Perigäum in der kürzesten Entfernung von ihr. Einmal im Jahr, etwa am 2. Januar, erreicht die Erde auf ihrer Umlaufbahn auch den Punkt ihrer größten Annäherung an die Sonne (Perihel). Wenn diese beiden Momente der größten Annäherung zusammenfallen und die größte Netto-Gezeitenkraft verursachen, sind höhere und niedrigere Gezeitenstände zu erwarten. Wenn der Durchgang des Aphels mit dem Apogäum zusammenfällt, treten ebenfalls niedrigere Gezeiten und flachere Gezeiten auf.

Größte Gezeitenamplituden. Die höchste Flut der Welt wird durch starke Strömungen in der Minas Bay in der Bay of Fundy erzeugt. Gezeitenschwankungen zeichnen sich hier durch einen normalen Verlauf mit halbtägiger Periode aus. Der Wasserstand steigt bei Flut oft in sechs Stunden um mehr als 12 m an und sinkt dann in den nächsten sechs Stunden um den gleichen Betrag. Wenn der Effekt der Springflut, die Position des Mondes im Perigäum und die maximale Deklination des Mondes am selben Tag auftreten, kann der Gezeitenstand 15 m erreichen. Diese außergewöhnlich große Amplitude der Gezeitenschwankungen ist teilweise auf die Trichterform zurückzuführen Form der Bay of Fundy, wo die Tiefe abnimmt und die Küsten zum oberen Ende der Bucht hin näher zusammenrücken. Die Ursachen von Gezeiten, die seit vielen Jahrhunderten Gegenstand ständiger Forschung sind, gehören zu den Problemen, die zu vielen Problemen geführt haben umstrittene Theorien auch in relativ neuer Zeit

Charles Darwin schrieb 1911: „Es besteht keine Notwendigkeit, wegen grotesker Gezeitentheorien nach antiker Literatur zu suchen.“ Seglern gelingt es jedoch, ihre Höhe zu messen und die Gezeiten auszunutzen, ohne eine Ahnung von den tatsächlichen Ursachen ihres Auftretens zu haben.

Ich denke, dass wir uns über die Ursachen der Gezeiten keine allzu großen Sorgen machen müssen. Basierend auf Langzeitbeobachtungen werden für jeden Punkt im Wasser der Erde spezielle Tabellen berechnet, die für jeden Tag die Hoch- und Niedrigwasserzeiten angeben. Ich plane meine Reise zum Beispiel nach Ägypten, das für seine flachen Lagunen bekannt ist, aber versuche im Voraus zu planen, dass das volle Wasser in der ersten Hälfte des Tages anfällt, sodass du den größten Teil des Tages vollständig fahren kannst die Tageslichtstunden.
Eine weitere für Kiter interessante Frage im Zusammenhang mit Gezeiten ist der Zusammenhang zwischen Wind und Wasserstandsschwankungen.

Ein Volksaberglaube besagt, dass der Wind bei Flut stärker wird, bei Ebbe jedoch sauer wird.
Der Einfluss des Windes auf Gezeitenphänomene ist verständlicher. Der Wind vom Meer drückt das Wasser in Richtung Küste, die Fluthöhe steigt über den Normalwert und bei Ebbe liegt auch der Wasserstand über dem Durchschnitt. Im Gegenteil: Wenn der Wind vom Land weht, wird Wasser von der Küste verdrängt und der Meeresspiegel sinkt.

Der zweite Mechanismus funktioniert durch die Erhöhung des atmosphärischen Drucks über eine große Wasserfläche; der Wasserspiegel sinkt, wenn das überlagerte Gewicht der Atmosphäre hinzugefügt wird. Wenn der Atmosphärendruck um 25 mm Hg steigt. Art. sinkt der Wasserspiegel um ca. 33 cm. Eine Hochdruckzone oder ein Hochdruckgebiet wird normalerweise als gutes Wetter bezeichnet, aber nicht für Kiter. Im Zentrum des Hochdruckgebiets herrscht Ruhe. Ein Absinken des Luftdrucks führt zu einem entsprechenden Anstieg des Wasserspiegels. Folglich kann ein starker Abfall des Luftdrucks in Kombination mit Winden in Orkanstärke zu einem spürbaren Anstieg des Wasserspiegels führen. Obwohl solche Wellen als Gezeitenwellen bezeichnet werden, sind sie tatsächlich nicht mit dem Einfluss von Gezeitenkräften verbunden und weisen nicht die für Gezeitenphänomene charakteristische Periodizität auf.

Es ist aber durchaus möglich, dass auch Ebbe den Wind beeinflussen kann, beispielsweise führt ein Absinken des Wasserspiegels in Küstenlagunen zu einer stärkeren Erwärmung des Wassers und damit zu einer Verringerung des Temperaturunterschieds zwischen dem kalten Meer und dem kalten Meer das erwärmte Land, was den Briseneffekt schwächt.

Foto von Michael Marten

Der Wasseroberflächenspiegel in den Meeren und Ozeanen unseres Planeten ändert sich periodisch und schwankt in bestimmten Abständen. Diese periodischen Schwingungen sind Meeresgezeiten.

Bild von Meeresgezeiten

Visualisieren Bild von Ebbe und Flut Stellen Sie sich vor, Sie stehen am abfallenden Ufer des Ozeans, in einer Bucht, 200–300 Meter vom Wasser entfernt. Im Sand liegen viele verschiedene Gegenstände – ein alter Anker, etwas näher ein großer Haufen weißer Steine. Nun liegt nicht weit entfernt der eiserne Rumpf eines kleinen Bootes, auf die Seite gefallen. Der Rumpfboden im Bug ist stark beschädigt. Es ist offensichtlich, dass dieses Schiff, als es nicht weit vom Ufer entfernt war, einmal vor Anker ging. Dieser Unfall ereignete sich aller Wahrscheinlichkeit nach bei Ebbe, und offenbar lag das Schiff schon seit vielen Jahren an dieser Stelle, da fast sein gesamter Rumpf mit braunem Rost bedeckt war. Sie neigen dazu, den unvorsichtigen Kapitän für den Schuldigen des Schiffsunglücks zu halten. Anscheinend war der Anker die scharfe Waffe, mit der das auf die Seite gefallene Schiff einschlug. Sie suchen diesen Anker und können ihn nicht finden. Wohin könnte er gegangen sein? Dann bemerken Sie, dass sich das Wasser bereits einem Haufen weißer Steine nähert, und dann wird Ihnen klar, dass der Anker, den Sie gesehen haben, längst von einer Flutwelle überflutet wurde. Das Wasser „tritt“ ans Ufer, es steigt immer weiter nach oben. Nun stellte sich heraus, dass der Haufen weißer Steine fast vollständig unter Wasser verborgen war.

Phänomene der Meeresgezeiten

Phänomene der Meeresgezeiten Menschen werden seit langem mit der Bewegung des Mondes in Verbindung gebracht, doch dieser Zusammenhang blieb bis zum brillanten Mathematiker ein Rätsel Isaac Newton nicht auf der Grundlage des von ihm entdeckten Gesetzes der Schwerkraft erklärt. Die Ursache dieser Phänomene ist die Wirkung der Schwerkraft des Mondes auf die Wasserhülle der Erde. Immer noch berühmt Galileo Galilei verband Ebbe und Flut mit der Rotation der Erde und sah darin einen der fundiertesten und wahrsten Beweise für die Gültigkeit der Lehren von Nikolaus Kopernikus (mehr Details:). Die Pariser Akademie der Wissenschaften schrieb 1738 einen Preis für denjenigen aus, der die Gezeitentheorie am fundiertesten darlegte. Anschließend wurde die Auszeichnung entgegengenommen Euler, Maclaurin, D. Bernoulli und Cavalieri. Die ersten drei legten Newtons Gravitationsgesetz als Grundlage für ihre Arbeit zugrunde, und der Jesuit Cavalieri erklärte die Gezeiten auf der Grundlage der Wirbelhypothese von Descartes. Zu den herausragendsten Werken in diesem Bereich gehören jedoch Newton und Laplace, und alle nachfolgenden Forschungen basieren auf den Erkenntnissen dieser großen Wissenschaftler.

Wie erklärt man das Phänomen von Ebbe und Flut?

Wie am deutlichsten Erklären Sie das Phänomen von Ebbe und Flut. Wenn wir der Einfachheit halber davon ausgehen, dass die Erdoberfläche vollständig mit Wasser bedeckt ist, und wir den Globus von einem seiner Pole aus betrachten, dann kann das Bild von Ebbe und Flut im Meer wie folgt dargestellt werden.

Mondattraktion

Der Teil der Oberfläche unseres Planeten, der dem Mond zugewandt ist, ist ihm am nächsten; Dadurch ist es einer größeren Kraft ausgesetzt Mondgravitation, als beispielsweise der zentrale Teil unseres Planeten und wird daher stärker zum Mond gezogen als der Rest der Erde. Dadurch bildet sich auf der dem Mond zugewandten Seite ein Gezeitenbuckel. Gleichzeitig erscheint auf der gegenüberliegenden Seite der Erde, die der Schwerkraft des Mondes am wenigsten ausgesetzt ist, derselbe Gezeitenbuckel. Die Erde nimmt daher die Form einer etwas verlängerten Figur an, die entlang einer geraden Linie verläuft, die die Zentren unseres Planeten und des Mondes verbindet. So bilden sich auf zwei gegenüberliegenden Seiten der Erde, die sich auf derselben Geraden befinden, die durch die Mittelpunkte der Erde und des Mondes verläuft, zwei große Höcker, zwei riesige Wasserschwellungen. Gleichzeitig kommt es auf den beiden anderen Seiten unseres Planeten, die sich in einem Winkel von neunzig Grad zu den oben genannten Punkten der maximalen Flut befinden, zu den größten Ebbe. Hier fällt das Wasser stärker als irgendwo sonst auf der Erdoberfläche. Die Verbindungslinie dieser Punkte verkürzt sich bei Ebbe etwas und erweckt so den Eindruck einer zunehmenden Dehnung der Erde in Richtung der maximalen Hochwasserpunkte. Aufgrund der Mondgravitation behalten diese Punkte maximaler Gezeiten ständig ihre Position relativ zum Mond bei, aber da sich die Erde um ihre Achse dreht, scheinen sie sich tagsüber über die gesamte Erdoberfläche zu bewegen. Deshalb In jedem Gebiet gibt es tagsüber zwei Flut- und zwei Ebbezeiten.

Ebbe und Flut der Sonne

Die Sonne erzeugt wie der Mond durch die Kraft ihrer Schwerkraft Ebbe und Flut. Allerdings befindet er sich im Vergleich zum Mond in einer viel größeren Entfernung von unserem Planeten, und die auf der Erde auftretenden Sonnengezeiten sind fast zweieinhalb Mal geringer als die Mondgezeiten. Deshalb Sonnengezeiten, werden nicht separat beobachtet, sondern nur ihr Einfluss auf die Stärke der Mondfluten betrachtet. Zum Beispiel, Die höchsten Meeresgezeiten treten bei Voll- und Neumond auf, da zu diesem Zeitpunkt Erde, Mond und Sonne auf derselben Geraden liegen und unser Tageslicht mit seiner Anziehungskraft die Anziehungskraft des Mondes erhöht. Im Gegenteil, wenn wir den Mond im ersten oder letzten Viertel (Phase) beobachten, gibt es solche niedrigste Meeresgezeiten. Dies liegt daran, dass in diesem Fall die Mondflut mit zusammenfällt Sonnenebbe. Die Wirkung der Mondgravitation wird um die Schwerkraft der Sonne reduziert.

Gezeitenreibung

« Gezeitenreibung", das auf unserem Planeten existiert, wirkt sich wiederum auf die Mondumlaufbahn aus, da die durch die Schwerkraft des Mondes verursachte Flutwelle eine umgekehrte Wirkung auf den Mond hat und eine Tendenz zur Beschleunigung seiner Bewegung erzeugt. Dadurch entfernt sich der Mond allmählich von der Erde, seine Umlaufdauer nimmt zu und er hinkt seiner Bewegung aller Wahrscheinlichkeit nach etwas hinterher.

Das Ausmaß der Meeresgezeiten

Zusätzlich zur relativen Position von Sonne, Erde und Mond im Raum das Ausmaß der Meeresgezeiten In jedem einzelnen Bereich haben die Form des Meeresbodens und die Beschaffenheit der Küstenlinie Einfluss. Es ist auch bekannt, dass in geschlossenen Meeren wie dem Aral-, Kaspischen, Asowschen und Schwarzen Meer Ebbe und Flut fast nie beobachtet werden. Es ist schwierig, sie im offenen Ozean zu entdecken; Hier erreichen die Gezeiten kaum einen Meter, der Wasserspiegel steigt kaum. Aber in manchen Buchten gibt es Gezeiten von so kolossalem Ausmaß, dass Das Wasser steigt auf eine Höhe von mehr als zehn Metern und überschwemmt an manchen Stellen riesige Räume.

Ebbe und Flut in der Luft und in den festen Hüllen der Erde

Ebbe und Flut passieren auch in der Luft und in festen Hüllen der Erde. In den unteren Schichten der Atmosphäre nehmen wir diese Phänomene kaum wahr. Zum Vergleich weisen wir darauf hin, dass Ebbe und Flut am Meeresgrund nicht zu beobachten sind. Dieser Umstand erklärt sich dadurch, dass vor allem die oberen Schichten der Wasserhülle an Gezeitenprozessen beteiligt sind. Ebbe und Flut in der Lufthülle lassen sich nur durch sehr langfristige Beobachtung der Veränderungen des Luftdrucks erkennen. Was die Erdkruste betrifft, so steigt jeder Teil davon aufgrund der Gezeitenwirkung des Mondes im Laufe des Tages zweimal an und senkt sich zweimal um etwa mehrere Dezimeter. Mit anderen Worten: Schwankungen in der festen Hülle unseres Planeten sind etwa dreimal kleiner als Schwankungen im Oberflächenniveau der Ozeane. Somit scheint unser Planet ständig zu atmen, tief ein- und auszuatmen, und seine äußere Hülle hebt sich, wie die Brust eines großen Wunderhelden, entweder ein wenig oder senkt sich. Diese in der festen Erdhülle ablaufenden Prozesse können nur mit Hilfe von Instrumenten zur Aufzeichnung von Erdbeben erfasst werden. Es ist darauf hinzuweisen, dass Auf anderen Weltkörpern kommt es zu Ebbe und Flut und haben einen großen Einfluss auf ihre Entwicklung. Wenn der Mond im Verhältnis zur Erde bewegungslos wäre, würden in Abwesenheit anderer Faktoren, die die Verzögerung der Flutwelle beeinflussen, alle 6 Stunden an jedem Ort der Erde zwei Fluten und zwei Ebbe auftreten. Da sich der Mond aber ständig um die Erde dreht und das noch dazu in der gleichen Richtung, in der sich unser Planet um seine Achse dreht, kommt es zu einer gewissen Verzögerung: Die Erde schafft es, sich mit jedem Teil nicht innerhalb von 24 Stunden, sondern in etwa dem Mond zuzuwenden 24 Stunden und 50 Minuten. Daher dauert die Ebbe oder Flut in jedem Gebiet nicht genau 6 Stunden, sondern etwa 6 Stunden und 12,5 Minuten.

Wechselnde Gezeiten

Darüber hinaus ist auf die Richtigkeit zu achten wechselnde Gezeiten wird abhängig von der Art der Lage der Kontinente auf unserem Planeten und der ständigen Reibung des Wassers auf der Erdoberfläche verletzt. Diese Unregelmäßigkeiten im Wechsel erreichen manchmal mehrere Stunden. Somit tritt das „höchste“ Wasser nicht zum Zeitpunkt des Höhepunkts des Mondes auf, wie es der Theorie zufolge sein sollte, sondern mehrere Stunden später als der Durchgang des Mondes durch den Meridian; Diese Verzögerung wird als Port-angewandte Uhr bezeichnet und erreicht manchmal 12 Stunden. Früher wurde allgemein angenommen, dass Ebbe und Flut der Meeresströmungen mit den Meeresströmungen zusammenhängen. Jetzt weiß jeder, dass es sich um Phänomene einer anderen Art handelt. Eine Flut ist eine Art Wellenbewegung, ähnlich der durch Wind verursachten. Wenn sich eine Flutwelle nähert, schwingt ein schwimmendes Objekt wie bei einer Welle, die durch den Wind entsteht – vorwärts und rückwärts, ab und auf, wird aber nicht von ihm mitgerissen, wie eine Strömung. Die Dauer einer Flutwelle beträgt etwa 12 Stunden und 25 Minuten. Nach dieser Zeitspanne kehrt das Objekt normalerweise in seine ursprüngliche Position zurück. Die Kraft, die Gezeiten verursacht, ist um ein Vielfaches geringer als die Schwerkraft. Während die Schwerkraft umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands zwischen den anziehenden Körpern ist, ist die Kraft, die Gezeiten verursacht, ungefähr proportional ist umgekehrt proportional zur dritten Potenz dieses Abstands, und überhaupt nicht sein Quadrat.

Der Oberflächenpegel von Ozeanen und Meeren ändert sich periodisch, etwa zweimal täglich. Diese Schwankungen werden Ebbe und Flut genannt. Bei Flut steigt der Meeresspiegel allmählich an und erreicht seinen höchsten Stand. Bei Ebbe sinkt der Pegel allmählich auf den niedrigsten Stand. Bei Flut fließt das Wasser zum Ufer hin, bei Ebbe vom Ufer weg.

Die Ebbe und Flut der Gezeiten stehen. Sie entstehen durch den Einfluss kosmischer Körper wie der Sonne. Nach den Gesetzen der Wechselwirkung kosmischer Körper ziehen sich unser Planet und der Mond gegenseitig an. Die Schwerkraft des Mondes ist so stark, dass sich die Meeresoberfläche ihr entgegenzubeugen scheint. Der Mond bewegt sich um die Erde und eine Flutwelle „läuft“ hinter ihm über den Ozean. Wenn eine Welle das Ufer erreicht, ist das die Flut. Es vergeht etwas Zeit, das Wasser folgt dem Mond und entfernt sich vom Ufer – das ist Ebbe. Nach den gleichen universellen kosmischen Gesetzen entstehen auch Ebbe und Flut durch die Anziehungskraft der Sonne. Allerdings ist die Gezeitenkraft der Sonne aufgrund ihrer Entfernung deutlich geringer als die des Mondes, und wenn es keinen Mond gäbe, wären die Gezeiten auf der Erde 2,17-mal geringer. Die Erklärung der Gezeitenkräfte wurde erstmals von Newton gegeben.

Gezeiten unterscheiden sich voneinander in Dauer und Stärke. Am häufigsten gibt es tagsüber zwei Fluten und zwei Ebbe. An den Bögen und Küsten Ost- und Mittelamerikas gibt es täglich eine Flut und eine Ebbe.

Die Stärke der Gezeiten ist noch vielfältiger als ihre Periode. Theoretisch entspricht eine Mondflut 0,53 m, die Sonnenflut 0,24 m. Somit sollte die größte Flut eine Höhe von 0,77 m haben. Im offenen Ozean und in der Nähe der Inseln liegt der Gezeitenwert ziemlich nahe an der Theorie: auf Hawaii Inseln - 1 m, auf St. Helena Island - 1,1 m; auf den Inseln - 1,7 m. Auf den Kontinenten liegt die Stärke der Gezeiten zwischen 1,5 und 2 m. In den Binnenmeeren sind die Gezeiten sehr unbedeutend: - 13 cm, - 4,8 cm. Es gilt als gezeitenlos, aber in der Nähe von Venedig Die Gezeiten betragen bis zu 1 m. Die größten Gezeiten sind die folgenden, aufgezeichnet in:

In der Bay of Fundy () erreichte die Flut eine Höhe von 16–17 m. Dies ist die höchste Flut auf der ganzen Welt.

Im Norden, in der Penzhinskaya-Bucht, erreichte die Fluthöhe 12-14 m. Dies ist die höchste Flut vor der Küste Russlands. Allerdings sind die oben genannten Gezeitenzahlen eher die Ausnahme als die Regel. An den allermeisten Tidenstandmesspunkten sind sie klein und überschreiten selten 2 m.

Die Bedeutung der Gezeiten ist für die Seeschifffahrt und den Hafenbau von großer Bedeutung. Jede Flutwelle trägt eine riesige Menge an Energie.

Ebbe und Flut

Tide Und Ebbe- periodische vertikale Schwankungen des Meeres- oder Meeresspiegels, die aus Änderungen der Positionen von Mond und Sonne relativ zur Erde resultieren, verbunden mit den Auswirkungen der Erdrotation und den Merkmalen eines bestimmten Reliefs und sich periodisch manifestieren horizontal Verdrängung von Wassermassen. Gezeiten verursachen Veränderungen der Meeresspiegelhöhe sowie periodische Strömungen, die als Gezeitenströme bekannt sind. Daher ist die Gezeitenvorhersage für die Küstenschifffahrt wichtig.

Die Intensität dieser Phänomene hängt von vielen Faktoren ab, der wichtigste davon ist jedoch der Grad der Verbindung der Gewässer mit dem Weltmeer. Je geschlossener das Gewässer ist, desto geringer ist der Grad der Manifestation von Gezeitenphänomenen.

Der jährlich wiederkehrende Gezeitenzyklus bleibt aufgrund der präzisen Kompensation der Anziehungskräfte zwischen der Sonne und dem Massenschwerpunkt des Planetenpaares und den auf diesen Mittelpunkt wirkenden Trägheitskräften unverändert.

Da sich die Position von Mond und Sonne im Verhältnis zur Erde periodisch ändert, ändert sich auch die Intensität der daraus resultierenden Gezeitenphänomene.

Ebbe in Saint-Malo

Geschichte

Ebbe spielte eine wichtige Rolle bei der Versorgung der Küstenbevölkerung mit Meeresfrüchten und ermöglichte die Sammlung essbarer Nahrungsmittel vom freigelegten Meeresboden.

Terminologie

Niedrigwasser (Bretagne, Frankreich)

Als Höchstwasserspiegel wird der maximale Wasserspiegel bei Flut bezeichnet Voll mit Wasser, und das Minimum bei Ebbe beträgt niedriges Wasser. Im Ozean, wo der Boden flach und das Land weit weg ist, volles Wasser erscheint als zwei „Wellen“ der Wasseroberfläche: Eine davon befindet sich auf der Seite des Mondes und die andere am gegenüberliegenden Ende des Globus. Auf der der Sonne zugewandten und dieser gegenüberliegenden Seite können sich noch zwei weitere kleinere Schwellungen befinden. Eine Erklärung dieses Effekts finden Sie weiter unten im Abschnitt Gezeitenphysik.

Da sich Mond und Sonne relativ zur Erde bewegen, bewegen sich auch Wasserhügel mit und bilden sich Flutwellen Und Gezeitenströmungen. Im offenen Meer haben Gezeitenströmungen Rotationscharakter und in Küstennähe sowie in engen Buchten und Meerengen kehren sie hin und her.

Wenn die gesamte Erde mit Wasser bedeckt wäre, würden wir jeden Tag zwei regelmäßige Fluten und Ebbe erleben. Da aber die ungehinderte Ausbreitung von Flutwellen durch Landgebiete (Inseln und Kontinente) und auch durch die Wirkung der Coriolis-Kraft auf fließendes Wasser behindert wird, gibt es anstelle von zwei Flutwellen viele kleine Wellen, die langsam (in den meisten Fällen mit a Zeitraum von 12 Stunden 25,2 Minuten) um einen Punkt herumlaufen genannt amphidromisch, bei dem die Gezeitenamplitude Null ist. Die dominierende Komponente der Gezeiten (Mondflut M2) bildet etwa ein Dutzend amphidrome Punkte auf der Oberfläche des Weltozeans, wobei sich die Welle im Uhrzeigersinn und etwa ebenso viele gegen den Uhrzeigersinn bewegt (siehe Karte). All dies macht es unmöglich, den Zeitpunkt der Gezeiten allein anhand der Positionen von Mond und Sonne relativ zur Erde vorherzusagen. Stattdessen verwenden sie ein „Gezeitenjahrbuch“ – ein Referenzhandbuch zur Berechnung des Zeitpunkts des Einsetzens der Gezeiten und ihrer Höhen an verschiedenen Punkten der Erde. Es werden auch Gezeitentabellen mit Daten zu den Zeitpunkten und Höhen von Niedrig- und Hochwasser verwendet, die ein Jahr im Voraus berechnet werden wichtigsten Gezeitenhäfen.

Gezeitenkomponente M2

Wenn wir Punkte auf der Karte mit den gleichen Gezeitenphasen verbinden, erhalten wir die sogenannte Kotidallinien, radial vom amphidromischen Punkt divergierend. Typischerweise charakterisieren Kotidallinien die Position des Gezeitenwellenkamms für jede Stunde. Tatsächlich spiegeln Kotidallinien die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Flutwelle in einer Stunde wider. Karten, die Linien gleicher Amplitude und Phase von Flutwellen zeigen, werden aufgerufen Kotidalkarten.

Gezeitenhöhe- die Differenz zwischen dem höchsten Wasserstand bei Flut (Hochwasser) und dem niedrigsten Wasserstand bei Ebbe (Niedrigwasser). Die Höhe der Flut ist kein konstanter Wert, sondern ihr Durchschnitt wird bei der Charakterisierung jedes Küstenabschnitts angegeben.

Abhängig von der relativen Position von Mond und Sonne können sich kleine und große Flutwellen gegenseitig verstärken. Für solche Gezeiten wurden in der Vergangenheit spezielle Namen entwickelt:

Quadraturflut- die niedrigste Flut, wenn die Gezeitenkräfte von Mond und Sonne im rechten Winkel zueinander wirken (diese Position der Leuchten wird Quadratur genannt).
Springflut- die höchste Flut, wenn die Gezeitenkräfte von Mond und Sonne in die gleiche Richtung wirken (diese Position der Leuchten wird Syzygie genannt).

Je niedriger oder höher die Flut, desto niedriger oder höher die Ebbe.

Höchste Gezeiten der Welt

Kann in der Bay of Fundy (15,6–18 m) beobachtet werden, die an der Ostküste Kanadas zwischen New Brunswick und Nova Scotia liegt.

Auf dem europäischen Kontinent werden die höchsten Gezeiten (bis zu 13,5 m) in der Bretagne in der Nähe der Stadt Saint-Malo beobachtet. Hier konzentriert sich die Flutwelle auf die Küstenlinie der Halbinseln Cornwall (England) und Cotentin (Frankreich).

Physik der Gezeiten

Moderne Formulierung

In Bezug auf den Planeten Erde ist die Ursache für Gezeiten die Anwesenheit des Planeten im Gravitationsfeld, das von Sonne und Mond erzeugt wird. Da die von ihnen erzeugten Wirkungen unabhängig voneinander sind, kann der Einfluss dieser Himmelskörper auf die Erde separat betrachtet werden. In diesem Fall können wir für jedes Körperpaar davon ausgehen, dass sich jeder von ihnen um einen gemeinsamen Schwerpunkt dreht. Für das Erde-Sonne-Paar liegt dieses Zentrum tief in der Sonne in einer Entfernung von 451 km von ihrem Zentrum. Beim Erde-Mond-Paar befindet er sich tief in der Erde in einer Entfernung von 2/3 seines Radius.

Jeder dieser Körper erfährt Gezeitenkräfte, deren Quelle die Schwerkraft und innere Kräfte sind, die die Integrität des Himmelskörpers gewährleisten, in deren Rolle die Kraft seiner eigenen Anziehung, im Folgenden Selbstgravitation genannt, spielt. Die Entstehung von Gezeitenkräften lässt sich am deutlichsten im Erde-Sonne-System beobachten.

Die Gezeitenkraft ist das Ergebnis der konkurrierenden Wechselwirkung der auf den Schwerpunkt gerichteten und umgekehrt proportional zum Quadrat der Entfernung von ihm abnehmenden Gravitationskraft und der fiktiven Zentrifugalkraft der Trägheit, die durch die Rotation des Himmelskörpers verursacht wird um dieses Zentrum herum. Diese Kräfte sind entgegengesetzt gerichtet und stimmen nur im Massenschwerpunkt jedes Himmelskörpers in ihrer Größe überein. Dank der Wirkung innerer Kräfte dreht sich die Erde als Ganzes um den Mittelpunkt der Sonne mit einer konstanten Winkelgeschwindigkeit für jedes Element ihrer konstituierenden Masse. Wenn sich dieses Massenelement daher vom Schwerpunkt entfernt, nimmt die auf es wirkende Zentrifugalkraft proportional zum Quadrat der Entfernung zu. Eine detailliertere Verteilung der Gezeitenkräfte in ihrer Projektion auf eine Ebene senkrecht zur Ekliptikebene ist in Abb. 1 dargestellt.

Abb. 1 Diagramm der Verteilung der Gezeitenkräfte in Projektion auf eine Ebene senkrecht zur Ekliptik. Der gravitierende Körper befindet sich entweder rechts oder links.

Die Reproduktion von Veränderungen in der Form von ihnen ausgesetzten Körpern, die durch die Einwirkung von Gezeitenkräften erreicht werden, kann gemäß dem Newtonschen Paradigma nur dann erreicht werden, wenn diese Kräfte durch andere Kräfte, zu denen auch die gehören können, vollständig kompensiert werden Kraft der universellen Schwerkraft.

Abb. 2 Verformung der Wasserhülle der Erde als Folge des Gleichgewichts von Gezeitenkraft, Eigengravitationskraft und der Reaktionskraft des Wassers auf die Kompressionskraft

Durch die Addition dieser Kräfte entstehen Gezeitenkräfte symmetrisch auf beiden Seiten des Globus, die von diesem in unterschiedliche Richtungen gerichtet sind. Die auf die Sonne gerichtete Gezeitenkraft ist gravitativer Natur, während die von der Sonne weg gerichtete Kraft eine Folge der fiktiven Trägheitskraft ist.

Diese Kräfte sind extrem schwach und nicht mit den Kräften der Eigengravitation zu vergleichen (die von ihnen erzeugte Beschleunigung ist 10 Millionen Mal geringer als die Beschleunigung der Schwerkraft). Sie bewirken jedoch eine Verschiebung der Wasserpartikel des Weltozeans (der Scherwiderstand im Wasser ist bei niedrigen Geschwindigkeiten praktisch Null, während er bei Kompression extrem hoch ist), bis die Tangente an die Wasseroberfläche senkrecht zur Wasseroberfläche wird resultierende Kraft.

Infolgedessen entsteht auf der Oberfläche der Weltmeere eine Welle, die in Systemen gegenseitig anziehender Körper eine konstante Position einnimmt, aber zusammen mit der täglichen Bewegung ihres Bodens und ihrer Ufer entlang der Meeresoberfläche läuft. Somit erfährt (ohne Berücksichtigung der Meeresströmungen) jedes Wasserteilchen im Laufe des Tages zweimal eine oszillierende Auf- und Abbewegung.

Eine horizontale Wasserbewegung ist nur in Küstennähe als Folge eines Anstiegs des Wasserspiegels zu beobachten. Je flacher der Meeresboden ist, desto größer ist die Bewegungsgeschwindigkeit.

Gezeitenpotenzial

(Konzept von acad. Shuleikina)

Unter Vernachlässigung der Größe, Struktur und Form des Mondes notieren wir die spezifische Gravitationskraft des auf der Erde befindlichen Testkörpers. Sei der Radiusvektor, der vom Testkörper zum Mond gerichtet ist, und sei die Länge dieses Vektors. In diesem Fall ist die Anziehungskraft dieses Körpers durch den Mond gleich

Wo ist die selenometrische Gravitationskonstante? Platzieren wir den Testkörper am Punkt. Die Anziehungskraft eines Testkörpers, der sich im Massenschwerpunkt der Erde befindet, ist gleich

Dabei bezieht sich „und“ auf den Radiusvektor, der die Massenschwerpunkte der Erde und des Mondes verbindet, und auf deren Absolutwerte. Die Differenz zwischen diesen beiden Gravitationskräften nennen wir Gezeitenkraft

In den Formeln (1) und (2) wird der Mond als Kugel mit sphärisch symmetrischer Massenverteilung betrachtet. Die Kraftfunktion der Anziehung eines Testkörpers durch den Mond unterscheidet sich nicht von der Kraftfunktion der Anziehung einer Kugel und ist gleich. Die zweite Kraft wirkt auf den Massenschwerpunkt der Erde und ist ein streng konstanter Wert. Um die Kraftfunktion für diese Kraft zu erhalten, führen wir ein Zeitkoordinatensystem ein. Zeichnen wir die Achse vom Mittelpunkt der Erde und richten sie auf den Mond. Die Richtungen der anderen beiden Achsen bleiben beliebig. Dann ist die Kraftfunktion der Kraft gleich. Gezeitenpotenzial wird gleich der Differenz dieser beiden Kraftfunktionen sein. Wir bezeichnen es als , wir erhalten Die Konstante wird aus der Normalisierungsbedingung bestimmt, nach der das Gezeitenpotential im Erdmittelpunkt gleich Null ist. Im Mittelpunkt der Erde folgt daraus. Folglich erhalten wir die endgültige Formel für das Gezeitenpotential in der Form (4)

Weil das

Für kleine Werte von , kann der letzte Ausdruck in der folgenden Form dargestellt werden

Wenn wir (5) in (4) einsetzen, erhalten wir

Verformung der Planetenoberfläche unter dem Einfluss von Gezeiten

Der störende Einfluss des Gezeitenpotentials verformt die ebene Oberfläche des Planeten. Bewerten wir diesen Einfluss unter der Annahme, dass die Erde eine Kugel mit einer kugelsymmetrischen Massenverteilung ist. Das ungestörte Gravitationspotential der Erde an der Oberfläche wird gleich sein. Für Punkt. , in einem Abstand vom Mittelpunkt der Kugel gelegen, ist das Gravitationspotential der Erde gleich . Durch Reduktion um die Gravitationskonstante erhalten wir . Hier sind die Variablen und . Bezeichnen wir das Verhältnis der Massen des gravitierenden Körpers zur Masse des Planeten mit einem griechischen Buchstaben und lösen wir den resultierenden Ausdruck auf nach:

Denn mit dem gleichen Maß an Genauigkeit erhalten wir

In Anbetracht der Kleinheit des Verhältnisses können die letzten Ausdrücke wie folgt geschrieben werden

Damit haben wir die Gleichung eines zweiachsigen Ellipsoids erhalten, dessen Rotationsachse mit der Achse zusammenfällt, also mit der Geraden, die den gravitierenden Körper mit dem Erdmittelpunkt verbindet. Die Halbachsen dieses Ellipsoids sind offensichtlich gleich

Am Ende geben wir eine kleine numerische Darstellung dieses Effekts. Berechnen wir den Gezeitenbuckel auf der Erde, der durch die Anziehungskraft des Mondes verursacht wird. Der Radius der Erde beträgt km, der Abstand zwischen den Erdmittelpunkten und dem Mond beträgt unter Berücksichtigung der Instabilität der Mondumlaufbahn km, das Verhältnis der Erdmasse zur Mondmasse beträgt 81:1. Offensichtlich erhalten wir beim Einsetzen in die Formel einen Wert von ungefähr 36 cm.

siehe auch

Anmerkungen

Literatur

Frisch S. A. und Timoreva A. V. Studiengang Allgemeine Physik, Lehrbuch für physikalisch-mathematische und physikalisch-technische Fakultäten staatlicher Universitäten, Band I. M.: GITTL, 1957
Shchuleykin V.V. Physik des Meeres. M.: Verlag „Science“, Abteilung für Geowissenschaften der Akademie der Wissenschaften der UdSSR 1967
Voight S.S. Was sind Gezeiten? Redaktionsausschuss für populärwissenschaftliche Literatur der Akademie der Wissenschaften der UdSSR

Links

WXTide32 ist ein Freeware-Gezeitentabellenprogramm

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