Perquè el cel és blau

i els núvols són blancs?

Les marees

Posted by Costa M. a 20 Mai 2009


He pensat que aquest tema us pot interessar tant com a mi em va interessar en el moment en què vaig començar a saber-ne més i més coses… Per tant, us aniré posant diversos posts aquests dies per anar introduint i aprofundint en aquesta temàtica tant interessant. Espero que us agradi!!

 

Una marea és el canvi periòdic de nivell del mar, produït principalment per les forces gravitacionals que exerceixen el Sol i la Lluna sobre les capes “fluïdes” de la Terra (hidrosfera). Quan aquest nivell és màxim s’anomena “marea alta” o plenamar, i quan aquest nivell és mínim s’anomena “marea baixa” o baixamar.

Dues marees altes successives estan separades per un període de temps de dotze hores i mitja, de manera que entre una plenamar i una baixamar passen sis hores i quart aproximadament. En els mars tancats o petits (com el Mediterrani) les marees són gairebé imperceptibles, però en els oceans i mars oberts, en canvi, hi pot haver diferències d’alguns metres entre la baixamar i la plenamar.

La influència gravitatòria solar pot augmentar o disminuir la intensitat de les marees. Pot originar marees vives si el Sol i la Lluna estan alineats (succeeix dues vegades al mes, en lluna nova –marea viva de conjunció- i en lluna plena –marea viva d’oposició), i marees mortes (quan la Lluna està en quart creixent i en quart minvant).

La pressió atmosfèrica també influeix, a vegades fins a 15cm o més; aquestes marees es denominen marees meteorològiques o baromètriques.

L’explicació completa del mecanisme de les marees, amb totes les periodicitats, és extremament llarga i complicada. Per tant, es començarà l’explicació mitjançant totes les simplificacions possibles i llavors s’anirà aproximant a la realitat suprimint algunes d’aquestes simplificacions.

Primer considerarem la Terra com a una esfera sense continents rodejada per una hidrosfera i no tenim en compte que gira al voltant del Sol en una trajectòria circular, ni la rotació. 

Quan un astre està en òrbita al voltant d’un altre, la força d’atracció gravitacional entre els dos ve donada per la llei de la gravitació de Newton:

1 

 

Les marees Lunars

La Lluna gira al voltant de la Terra, però aquesta última no està immòbil. En realitat, tant la Lluna com la Terra giren al voltant del centre de masses de les dos. Aquest punt se situa a 4.670 km del centre de la Terra. Com que el radi de la Terra és de 6.366 km, el centre de masses es troba a uns 1.700 km de profunditat sota la superfície.

 2

La figura anterior mostra el moviment excèntric de la Terra al voltant del centre de masses comú Terra-Lluna, tal i com ho veuria un observador situat sobre el Pol Sud i amb la Lluna ubicada sobre l’Equador. Cada punt de la Terra segueix una òrbita circular amb el mateix radi que la traçada pels punts S i C. (Brown et al., 1989)

 El moviment excèntric de la Terra és un moviment orbital, i és independent de la rotació de la Terra sobre el seu propi eix: no s’han de confondre. Igualment, l’acceleració centrífuga deguda al moviment excèntric, orbital, no ha de ser confosa amb l’acceleració també centrífuga i també d’inèrcia deguda a la rotació diürna del planeta; aquesta última acceleració depèn de la latitud, ja que la distància de l’eix varia amb el cosinus de la mateixa (Rω2cosλ), mentre que la deguda al moviment excèntric és igual a tota la superfície terrestre.

  3 

L’esquema anterior mostra l’origen de l’acceleració de marea a partir de l’acceleració centrífuga i l’acceleració gravitacional exercida per la Lluna. Donat que l’acceleració centrífuga en relació al centre comú de masses del sistema Terra-Lluna és la mateixa per tots els punts de la Terra, però l’atracció exercida per la Lluna no, obtenim una resultant, la inclinació de la qual està exagerada a la figura per oferir una major claredat. Aquesta resultant o acceleració mareal varia inversament amb el cub de la distància entre els cossos. (Brown et al., 1989)

Tots els cossos situats sobre la Terra sofreixen l’acceleració deguda a l’atracció de la Lluna. Aquesta atracció és major en els punts més pròxims a la Lluna, i menor en els més allunyats. Per altra banda, els cossos situats sobre la Terra experimenten, com s’ha discutit, una acceleració addicional d’inèrcia deguda al moviment excèntric de la mateixa. Aquesta competició, entre l’acceleració gravitatòria de la Lluna i l’acceleració centrífuga, és la que causa els moviments diferenciats de les masses d’aigua en regions diferents del planeta.

La següent representació és un esquema de la magnitud relativa de l’acceleració motriu en diferents punts de la superfície de la Terra. S’assumeix que la Lluna es troba directament sobre l’Equador (declinació zero). (Brown et al., 1989)

 4 

La competició es resol a favor de l’acceleració gravitatòria en regions pròximes a la Lluna, i a favor de l’acceleració centrífuga en les regions més allunyades. La resultant de les dues acceleracions s’anomena acceleració de marea (am), i depenent de la posició respecte la Lluna, pot entrar, ser paral·lela o sortir de la superfície de la Terra. L’acceleració de marea és la contribució de la presència de la Lluna al pes efectiu. Les acceleracions de marea son mínimes en les regions de major proximitat i allunyament de la Lluna: allà apareixen les marees altes, separades per un cinturó planetari entremig de marees baixes.

Cal denotar que no és l’acceleració de marea la responsable directa dels moviments de les masses d’aigua en una oscil·lació mareal, ja que aquesta acceleració no és en general paral·lela a la superfície de l’aigua (es a dir, no és localment horitzontal). En particular, en els punts de màxim allunyament i de màxima proximitat a la Lluna, la am és localment vertical, i per tant, no produeix desplaçaments horitzontals d’aigua. Li diem acceleració motriu (ah) a la part horitzontal de am a cada punt.

Suposem, per simplificar el mecanisme bàsic del fenomen, que la Lluna es troba en el pla equatorial terrestre, com succeeix cada cert temps. Al donar-se aquesta circumstància, les acceleracions de marea són aproximadament iguals en magnitud en els dos punts de cada paral·lel situats en els costats oposats de la Terra, tenint el seu mòdul màxim en l’equador. Les acceleracions motrius que resulten, de mòdul màxim en latituds mitjanes i zero a l’equador, farien que l’aigua es desplacés cap als punts més pròxims i més allunyats de la Lluna; s’establiria un estat d’equilibri (marea d’equilibri) produint-se un el·lipsoide mareal  amb els seus dos bombaments  en els punts X i Y de la següent figura (primera):

5

Així, paradoxalment, encara que les acceleracions motrius són mínimes en aquests llocs, cap a ells aniria l’aigua. En l’eix major d’aquest el·lipsoide d’equilibri coincideix amb la línia que conté els centres de la Terra i la Lluna, i l’el·lipsoide és en aquest cas simètric respecte a l’equador terrestre. En realitat l’el·lipsoide de la marea d’equilibri no es produeix per varies raons, que s’exposaran més endavant al parlar de la teoria dinàmica. 

6

Resumidament en la primera representació esquemàtica de l’el·lipsoide d’equilibri que prediu la teoria de l’equilibri la lluna està en declinació equatorial o nul·la, i en el segon cas la Lluna es troba en declinació màxima. En aquest últim cas, es mostra l’origen de la desigualtat mareal diürna deguda a la declinació lunar. Un observador situat en el punt Y experimentarà una marea d’amplitud superior a un altre observador situat al punto X, a la mateixa latitud. De totes maneres, 12 hores i 25 minuts desprès, la situació serà exactament la oposada. Per tant, a cada punt es notaran amplituds mareals diferents en un mateix dia. (Brown et al., 1989.)

 7

 

 Continuarà…..             (segons l’ìndex següent)

Pertorbacions de les marees lunars

Les posicions i orientacions relatives de la Terra i la Lluna no es repeteixen exactament, ni cada dia lunar ni tampoc cada mes lunar, per l’existència d’altres fenòmens que fan que el sistema tingui una periodicitat més complexa. D’ells els dos més importants, que es manifesten en variacions de detall de la marea ja descrites són:

  • La declinació de la Lluna respecte al pla equatorial:
  • La el·lipticitat de l’òrbita de la Lluna
Les marees Solars
Les marees lunisolars: Marees vives i marees mortes
Teoria dinàmica de les marees
Inclinació de l’eix de la Terra
Sol es troba en el pla equatorial. Això passa durant els equinoccis. Les marees d’equinocci són les més grans de l’any.
Influencia dels continents
Les marees en les costes
Corrents de marea
Marees terrestres
Frenament de la rotació de la Terra
Predicció de marees: el mètode harmònic. Taules de marees. Tipus de marees.

Deixa un comentari

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

Esteu comentant fent servir el compte WordPress.com. Log Out / Canvia )

Twitter picture

Esteu comentant fent servir el compte Twitter. Log Out / Canvia )

Facebook photo

Esteu comentant fent servir el compte Facebook. Log Out / Canvia )

Google+ photo

Esteu comentant fent servir el compte Google+. Log Out / Canvia )

Connecting to %s

 
%d bloggers like this: