Maré - Tide

Esquema simplificado de apenas a porção lunar das marés terrestres, mostrando (exageradas) as marés altas no ponto sublunar e seu antípoda para o caso hipotético de um oceano de profundidade constante sem terra. Marés solares não mostradas.
No Maine (EUA), a maré baixa ocorre aproximadamente ao nascer da lua e a maré alta com uma lua cheia, correspondendo ao modelo gravitacional simples de duas protuberâncias de maré; na maioria dos lugares, entretanto, a Lua e as marés têm uma mudança de fase .
Maré subindo, vídeo para cerca de 1+12 horas antes da maré alta

As marés são a subida e a descida do nível do mar causadas pelos efeitos combinados das forças gravitacionais exercidas pela Lua e pelo Sol e pela rotação da Terra .

As tabelas de marés podem ser usadas para qualquer local para encontrar os tempos e amplitude previstos (ou " amplitude das marés "). As previsões são influenciadas por muitos fatores, incluindo o alinhamento do Sol e da Lua, a fase e a amplitude da maré (padrão das marés no oceano profundo), os sistemas anfidrômicos dos oceanos e a forma da costa e perto da costa batimetria (ver Tempo ). No entanto, são apenas previsões, o tempo e a altura reais da maré são afetados pelo vento e pela pressão atmosférica. Muitos litorais experimentam marés semi-diurnas - duas marés alta e baixa quase iguais a cada dia. Outros locais têm maré diurna - uma maré alta e uma maré baixa todos os dias. Uma "maré mista" - duas marés de magnitude desigual por dia - é uma terceira categoria regular.

As marés variam em escalas de tempo que variam de horas a anos devido a uma série de fatores, que determinam o intervalo lunitidal . Para fazer registros precisos, medidores de maré em estações fixas medem o nível da água ao longo do tempo. Os medidores ignoram variações causadas por ondas com períodos menores que minutos. Esses dados são comparados ao nível de referência (ou datum) geralmente chamado de nível médio do mar .

Embora as marés sejam geralmente a maior fonte de flutuações do nível do mar de curto prazo, os níveis do mar também estão sujeitos a forças como vento e mudanças de pressão barométrica, resultando em ondas de tempestade , especialmente em mares rasos e perto da costa.

Os fenômenos de maré não se limitam aos oceanos, mas podem ocorrer em outros sistemas sempre que um campo gravitacional que varia no tempo e no espaço está presente. Por exemplo, a forma da parte sólida da Terra é ligeiramente afetada pela maré da Terra , embora isso não seja tão facilmente visto como os movimentos das marés.

Características

Três gráficos.  O primeiro mostra o padrão de marés subindo e descendo duas vezes ao dia, com elevações altas e baixas quase regulares.  O segundo mostra as marés alta e baixa, muito mais variáveis, que formam uma "maré mista".  O terceiro mostra o período de um dia inteiro de uma maré diurna.
Tipos de marés (ver calendário (abaixo) para mapa costeiro)

As mudanças de maré ocorrem por meio de dois estágios principais:

  • A água para de cair, atingindo um mínimo local denominado maré baixa .
  • A água para de subir, atingindo um máximo local denominado maré alta .

Em algumas regiões, existem dois estágios adicionais possíveis:

  • O nível do mar sobe ao longo de várias horas, cobrindo a zona intertidal ; maré cheia .
  • O nível do mar desce ao longo de várias horas, revelando a zona entremarés; maré vazante .

As correntes oscilantes produzidas pelas marés são conhecidas como correntes de maré ou correntes de maré . O momento em que a corrente da maré cessa é chamado de água parada ou maré parada . A maré então inverte a direção e diz-se que está virando. A maré baixa geralmente ocorre perto da maré alta e da maré baixa, mas há locais onde os momentos da maré baixa diferem significativamente dos momentos da maré cheia e baixa.

As marés são geralmente semi-diurnas (duas marés altas e duas marés baixas por dia) ou diurnas (um ciclo de marés por dia). As duas marés em um determinado dia normalmente não têm a mesma altura (a desigualdade diária); essas são as preia-mar mais altas e a preia-mar mais baixa nas tabelas de marés . Da mesma forma, as duas marés baixas de cada dia são a maré baixa mais alta e a maré baixa mais baixa . A desigualdade diária não é consistente e geralmente é pequena quando a Lua está sobre o Equador .

Níveis de referência

Os seguintes níveis de referência da maré podem ser definidos, do nível mais alto ao mais baixo:

  • Maré astronômica mais alta (HAT) - A maré mais alta que pode ocorrer. Observe que as condições meteorológicas podem adicionar altura extra ao HAT.
  • Média de nascentes de água alta (MHWS) - A média das duas preia-mares nos dias de marés vivas.
  • Média das marés altas (MHWN) - A média das duas marés altas nos dias de marés mortas.
  • Nível médio do mar (MSL) - Este é o nível médio do mar. O MSL é constante para qualquer local por um longo período.
  • Média das marés baixas (MLWN) - A média das duas marés baixas nos dias de marés mortas.
  • Média de nascentes de água baixa (MLWS) - A média das duas marés baixas nos dias de marés vivas.
  • Maré astronômica mais baixa (LAT) - A maré mais baixa que pode ocorrer.


Ilustração ao longo de meio mês

Constituintes das marés

Os constituintes das marés são o resultado líquido de múltiplas influências que afetam as mudanças das marés em determinados períodos de tempo. Os constituintes primários incluem a rotação da Terra, a posição da Lua e do Sol em relação à Terra, a altitude da Lua (elevação) acima do Equador da Terra e a batimetria . Variações com períodos de menos de meio dia são chamadas de constituintes harmônicos . Por outro lado, os ciclos de dias, meses ou anos são chamados de constituintes de longo período .

As forças das marés afetam toda a Terra , mas o movimento da Terra sólida ocorre por meros centímetros. Em contraste, a atmosfera é muito mais fluida e compressível, de modo que sua superfície se move por quilômetros, no sentido do nível de contorno de uma determinada baixa pressão na atmosfera externa.

Constituinte semi-diurno lunar principal

Elevação da superfície global da maré oceânica M2 (NASA) 

Na maioria das localidades, o maior constituinte é o princípio lunar semi-diurna , também conhecido como o M2 corrente constituinte ou H 2 constituinte das marés . Seu período é de cerca de 12 horas e 25,2 minutos, exatamente a metade de um dia lunar de maré , que é o tempo médio que separa um zênite lunar do próximo e, portanto, é o tempo necessário para a Terra girar uma vez em relação à lua. Relógios de maré simples rastreiam esse constituinte. O dia lunar é mais longo que o dia da Terra porque a Lua orbita na mesma direção em que a Terra gira. Isso é análogo ao ponteiro dos minutos de um relógio cruzando o ponteiro das horas às 12:00 e novamente por volta de 1: 05½ (não às 1:00).

A Lua orbita a Terra na mesma direção em que a Terra gira em seu eixo, por isso leva um pouco mais de um dia - cerca de 24 horas e 50 minutos - para a Lua retornar ao mesmo local no céu. Durante este tempo, passou por cima ( culminação ) uma vez e sob os pés uma vez (em um ângulo horário de 00:00 e 12:00, respectivamente), então em muitos lugares o período de forçante de maré mais forte é o mencionado acima, cerca de 12 horas e 25 minutos. O momento da maré alta não é necessariamente quando a Lua está mais próxima do zênite ou nadir , mas o período da forçante ainda determina o tempo entre as marés altas.

Como o campo gravitacional criado pela Lua enfraquece com a distância da Lua, ele exerce uma força ligeiramente mais forte do que a média no lado da Terra voltado para a Lua e uma força ligeiramente mais fraca no lado oposto. A Lua, portanto, tende a "esticar" a Terra ligeiramente ao longo da linha que conecta os dois corpos. A Terra sólida se deforma um pouco, mas a água do oceano, sendo fluida, é livre para se mover muito mais em resposta à força da maré, especialmente na horizontal (ver maré de equilíbrio ).

À medida que a Terra gira, a magnitude e a direção da força da maré em qualquer ponto específico da superfície da Terra mudam constantemente; embora o oceano nunca alcance o equilíbrio - nunca há tempo para o fluido "alcançar" o estado que acabaria por atingir se a força da maré fosse constante - a mudança da força da maré, no entanto, causa mudanças rítmicas na altura da superfície do mar.

Quando há duas marés altas a cada dia com alturas diferentes (e duas marés baixas também de alturas diferentes), o padrão é denominado maré semi-diurna mista .

Variação da faixa: nascentes e neaps

Maré de primavera: o Sol, a lua e a terra formam uma linha reta.  Maré morta: o Sol, a Lua e a Terra formam um ângulo reto.
Os tipos de marés

A faixa semi-diurna (a diferença de altura entre marés altas e baixas em cerca de meio dia) varia em um ciclo de duas semanas. Aproximadamente duas vezes por mês, por volta da lua nova e da lua cheia, quando o Sol, a Lua e a Terra formam uma linha (uma configuração conhecida como sizígia ), a força da maré devida ao Sol reforça aquela devida à Lua. A amplitude da maré está então no seu máximo; isso é chamado de maré de primavera . Não tem o nome da estação , mas, como essa palavra, deriva do significado "pular, irromper, subir", como em uma primavera natural . As marés vivas às vezes são chamadas de marés de sizígia .

Quando a Lua está no primeiro quarto ou terceiro quarto, o Sol e a Lua são separados por 90 ° quando vistos da Terra, e a força da maré solar cancela parcialmente a força da maré da Lua. Nesses pontos do ciclo lunar, a amplitude da maré está no mínimo; isso é chamado de maré morta , ou neaps . "Neap" é uma palavra anglo-saxônica que significa "sem o poder", como em forðganges nip (avançando sem o poder). As marés mortas são às vezes chamadas de marés de quadratura .

As marés vivas resultam em marés mais altas do que a média, marés baixas abaixo da média, tempo de " águas paradas " mais curtas do que a média e correntes de maré mais fortes do que a média. Neaps resultam em condições de maré menos extremas. Existe um intervalo de cerca de sete dias entre as nascentes e as nascentes.


Distância lunar

Maré baixa na área cênica de Bangchuidao, Dalian , província de Liaoning , China
Maré baixa em Ocean Beach em São Francisco , Califórnia , EUA
Maré baixa em Bar Harbor , Maine , EUA (2014)

A mudança na distância que separa a Lua e a Terra também afeta a altura das marés. Quando a Lua está mais próxima, no perigeu , o alcance aumenta, e quando está no apogeu , o alcance diminui. Seis ou oito vezes por ano, o perigeu coincide com a lua nova ou a lua cheia, causando marés vivas perigenas com a maior amplitude de maré . A diferença entre a altura de uma maré na maré alta perigeana e a maré alta quando a lua está no apogeu depende da localização, mas pode ser grande, 30 centímetros mais alta.

Outros constituintes

Estes incluem efeitos gravitacionais solares, a obliquidade (inclinação) do Equador da Terra e eixo de rotação, a inclinação do plano da órbita lunar e a forma elíptica da órbita do Sol da Terra.

Uma maré composta (ou overtide) resulta da interação em águas rasas de suas duas ondas-mãe.

Fase e amplitude

Mapa mostrando as magnitudes relativas das marés de diferentes áreas do oceano
H 2 constituinte das marés. O vermelho é o mais extremo (agudos mais altos, graves mais baixos), com o azul sendo o menos extremo. Linhas cotidais brancas convergem em áreas azuis indicando pouca ou nenhuma maré. Os arcos curvos em torno dessas áreas convergentes são pontos anfidrômicos . Eles mostram a direção das marés, cada um indicando um período sincronizado de 6 horas. As faixas de maré geralmente aumentam com o aumento da distância dos pontos anfidrômicos. As ondas da maré se movem em torno desses pontos, geralmente no sentido anti-horário no hemisfério N. e no sentido horário no hemisfério S.

Porque o H 2 marés constituinte domina na maioria dos locais, a fase ou fase de uma onda, indicada pelo tempo em horas após a alta de água, é um conceito útil. O estágio da maré também é medido em graus, com 360 ° por ciclo da maré. As linhas de fase de maré constante são chamadas de linhas cotidais , que são análogas às curvas de nível de altitude constante em mapas topográficos e, quando plotadas, formam um mapa cotidal ou carta cotidal . A maré alta é alcançada simultaneamente ao longo das linhas cotidais que se estendem da costa até o oceano, e as linhas cotidais (e, portanto, as fases das marés) avançam ao longo da costa. Os constituintes semi-diurnos e de fase longa são medidos na maré alta e diurna na maré cheia. Isso e a discussão que se segue são precisamente verdadeiros apenas para um único constituinte de maré.

Para um oceano com a forma de uma bacia circular delimitada por uma linha costeira, as linhas cotidais apontam radialmente para dentro e devem, eventualmente, se encontrar em um ponto comum, o ponto anfidrômico . O ponto anfidrômico é ao mesmo tempo cotidal com marés altas e baixas, o que é satisfeito pelo movimento de maré zero . (A rara exceção ocorre quando a maré circunda uma ilha, como ao redor da Nova Zelândia, Islândia e Madagascar .) O movimento das marés geralmente diminui o afastamento das costas continentais, de modo que cruzar as linhas cotidais são contornos de amplitude constante (metade da distância entre água alta e baixa) que diminuem para zero no ponto anfidrômico. Para uma maré semi-diurna, o ponto anfidrômico pode ser considerado mais ou menos como o centro de um mostrador de relógio, com o ponteiro das horas apontando na direção da linha cotidal de maré alta, que está diretamente oposta à linha cotidal de maré baixa. A maré alta gira em torno do ponto anfidrômico uma vez a cada 12 horas na direção das linhas cotidais crescentes e para longe das linhas cotidais vazantes. Essa rotação, causada pelo efeito Coriolis , geralmente ocorre no sentido horário no hemisfério sul e no sentido anti-horário no hemisfério norte. A diferença entre a fase cotidal e a fase de uma maré de referência é a época . A maré de referência é o constituinte hipotético "maré de equilíbrio" em uma Terra sem terra medida a 0 ° de longitude, o meridiano de Greenwich.

No Atlântico Norte, como as linhas cotidais circulam no sentido anti-horário em torno do ponto anfidrômico, a maré alta passa pelo porto de Nova York aproximadamente uma hora à frente do porto de Norfolk. Ao sul do Cabo Hatteras, as forças de maré são mais complexas e não podem ser previstas de maneira confiável com base nas linhas cotidais do Atlântico Norte.

História

História da teoria das marés

A investigação da física das marés foi importante no desenvolvimento inicial da mecânica celeste , com a existência de duas marés diárias sendo explicadas pela gravidade da lua. Mais tarde, as marés diárias foram explicadas mais precisamente pela interação da gravidade da Lua e do Sol.

Seleuco de Selêucia teorizou por volta de 150 aC que as marés eram causadas pela lua. A influência da Lua sobre corpos de água também foi mencionado em Ptolomeu 's Tetrabiblos .

Em De temporum ratione ( The Reckoning of Time ) de 725, Bede relacionou as marés semidurnas e o fenômeno das diferentes alturas das marés à Lua e suas fases. Bede começa notando que as marés sobem e descem 4/5 de uma hora mais tarde a cada dia, assim como a Lua nasce e se põe 4/5 de uma hora depois. Ele continua enfatizando que em dois meses lunares (59 dias) a Lua circula a Terra 57 vezes e há 114 marés. Bede então observa que a altura das marés varia ao longo do mês. As marés crescentes são chamadas de malinae e as marés decrescentes de ledones e que o mês é dividido em quatro partes de sete ou oito dias com malinae e ledones alternadas . Na mesma passagem, ele também observa o efeito dos ventos para conter as marés. Bede também registra que o tempo das marés varia de um lugar para outro. Ao norte da localização de Bede ( Monkwearmouth ), as marés são anteriores, ao sul, mais tarde. Ele explica que a maré "deserta essas margens para poder ainda mais poder inundar outras [margens] quando chega lá" notando que "a Lua que sinaliza a subida da maré aqui, sinaliza seu recuo em outras regiões longe deste quadrante dos céus ".

A compreensão medieval das marés baseava-se principalmente em obras de astrônomos muçulmanos , que se tornaram disponíveis por meio da tradução para o latim a partir do século XII. Abu Ma'shar (falecido por volta de 886), em seu Introductorium in astronomiam , ensinou que as marés vazantes e cheias eram causadas pela lua. Abu Ma'shar discutiu os efeitos do vento e das fases da Lua em relação ao Sol nas marés. No século 12, al-Bitruji (falecido por volta de 1204) contribuiu com a noção de que as marés eram causadas pela circulação geral dos céus.

Simon Stevin , em seu De spiegheling der Ebbenvloet ( A teoria da vazante e enchente ) de 1608 , rejeitou um grande número de equívocos que ainda existiam sobre a vazante e a enchente. Stevin defendeu a ideia de que a atração da Lua era responsável pelas marés e falou em termos claros sobre vazante, enchente, maré alta e maré morta , destacando que novas pesquisas precisavam ser feitas.

Em 1609, Johannes Kepler também sugeriu corretamente que a gravitação da Lua causava as marés, que ele baseou em observações e correlações antigas.

Galileo Galilei em seu Diálogo sobre os dois principais sistemas mundiais de 1632 , cujo título provisório era Diálogo sobre as marés , deu uma explicação sobre as marés. A teoria resultante, no entanto, estava incorreta, pois ele atribuiu as marés ao espirrar da água causado pelo movimento da Terra em torno do Sol. Ele esperava fornecer uma prova mecânica do movimento da Terra. O valor de sua teoria das marés é contestado. Galileu rejeitou a explicação de Kepler sobre as marés.

Isaac Newton (1642-1727) foi a primeira pessoa a explicar as marés como o produto da atração gravitacional de massas astronômicas. Sua explicação das marés (e muitos outros fenômenos) foi publicada no Principia (1687) e usou sua teoria da gravitação universal para explicar as atrações lunares e solares como a origem das forças geradoras das marés. Newton e outros antes de Pierre-Simon Laplace trabalharam o problema da perspectiva de um sistema estático (teoria do equilíbrio), que fornecia uma aproximação que descrevia as marés que ocorreriam em um oceano não inercial cobrindo uniformemente toda a Terra. A força geradora da maré (ou seu potencial correspondente ) ainda é relevante para a teoria das marés, mas como uma quantidade intermediária (função de força) e não como um resultado final; a teoria também deve considerar a resposta dinâmica acumulada das marés da Terra às forças aplicadas, cuja resposta é influenciada pela profundidade do oceano, a rotação da Terra e outros fatores.

Em 1740, a Académie Royale des Sciences de Paris ofereceu um prêmio para o melhor ensaio teórico sobre as marés. Daniel Bernoulli , Leonhard Euler , Colin Maclaurin e Antoine Cavalleri dividiram o prêmio.

Maclaurin usou a teoria de Newton para mostrar que uma esfera lisa coberta por um oceano suficientemente profundo sob a força da maré de um único corpo deformado é um esferóide prolato (essencialmente um oval tridimensional) com eixo principal direcionado para o corpo deformado. Maclaurin foi o primeiro a escrever sobre os efeitos rotacionais da Terra no movimento. Euler percebeu que o componente horizontal da força da maré (mais do que a vertical) impulsiona a maré. Em 1744, Jean le Rond d'Alembert estudou as equações das marés para a atmosfera que não incluíam a rotação.

Em 1770 , o barco HMS Endeavour de James Cook encalhou na Grande Barreira de Corais . Foram feitas tentativas de reflotá-la na maré seguinte, que falhou, mas a maré depois disso a afastou com facilidade. Enquanto ela estava sendo reparada na foz do rio Endeavour, Cook observou as marés por um período de sete semanas. Nas marés mortas, as duas marés de um dia eram semelhantes, mas nas nascentes as marés aumentavam 2,1 m de manhã, mas 2,7 m à noite.

Pierre-Simon Laplace formulou um sistema de equações diferenciais parciais relacionando o fluxo horizontal do oceano com a altura de sua superfície, a primeira grande teoria dinâmica para as marés. As equações de marés de Laplace ainda estão em uso hoje. William Thomson, 1º Barão Kelvin , reescreveu as equações de Laplace em termos de vorticidade, o que permitiu soluções para a descrição de ondas aprisionadas na costa impulsionadas pela maré, conhecidas como ondas de Kelvin .

Outros, incluindo Kelvin e Henri Poincaré, desenvolveram ainda mais a teoria de Laplace. Com base nesses desenvolvimentos e na teoria lunar de EW Brown descrevendo os movimentos da Lua, Arthur Thomas Doodson desenvolveu e publicou em 1921 o primeiro desenvolvimento moderno do potencial gerador de maré na forma harmônica: Doodson distinguiu 388 frequências de maré. Alguns de seus métodos continuam em uso.

História da observação das marés

Almanaque de Brouscon de 1546: Marcas da bússola das marés altas no Golfo da Biscaia (à esquerda) e na costa da Bretanha a Dover (à direita).
Almanaque de Brouscon de 1546: Diagramas de marés "de acordo com a idade da lua".

Desde os tempos antigos, a observação e a discussão das marés aumentaram em sofisticação, marcando primeiro a recorrência diária, depois a relação das marés com o Sol e a lua. Pítias viajou para as Ilhas Britânicas por volta de 325 aC e parece ser o primeiro a relacionar as marés vivas com a fase da lua.

No século 2 aC, o astrônomo helenístico Seleuco de Selêucia descreveu corretamente o fenômeno das marés para apoiar sua teoria heliocêntrica . Ele teorizou corretamente que as marés eram causadas pela lua , embora acreditasse que a interação era mediada pelo pneuma . Ele observou que as marés variam com o tempo e a força em diferentes partes do mundo. De acordo com Estrabão (1.1.9), Seleuco foi o primeiro a vincular as marés à atração lunar, e que a altura das marés depende da posição da lua em relação ao sol.

O Naturalis Historia de Plínio, o Velho reúne muitas observações sobre as marés, por exemplo, as marés da primavera ocorrem alguns dias depois (ou antes) da lua nova e cheia e são mais altas em torno dos equinócios, embora Plínio tenha notado muitas relações agora consideradas fantasiosas. Em sua Geografia , Estrabão descreveu as marés no Golfo Pérsico tendo sua maior amplitude quando a lua estava mais distante do plano do Equador. Tudo isso apesar da amplitude relativamente pequena das marés da bacia do Mediterrâneo . (As fortes correntes através do Estreito de Euripo e do Estreito de Messina intrigaram Aristóteles .) Filóstrato discutiu as marés no Livro Cinco de A Vida de Apolônio de Tiana . Filóstrato menciona a lua, mas atribui as marés a "espíritos". Na Europa, por volta de 730 DC, o Venerável Bede descreveu como a maré crescente em uma costa das Ilhas Britânicas coincidiu com a queda na outra e descreveu a progressão temporal da maré alta ao longo da costa da Nortúmbria.

A primeira tábua de marés na China foi registrada em 1056 DC principalmente para visitantes que desejam ver a famosa nascente de maré no rio Qiantang . Acredita-se que a primeira tábua de marés britânica conhecida seja a de John Wallingford, que morreu abade de St. Albans em 1213, com base na enchente ocorrendo 48 minutos depois a cada dia, e três horas antes na foz do Tâmisa do que rio acima em Londres .

William Thomson (Lord Kelvin) liderou a primeira análise harmônica sistemática de registros de marés começando em 1867. O principal resultado foi a construção de uma máquina de previsão das marés usando um sistema de polias para somar seis funções de tempo harmônicas. Foi "programado" reiniciando as engrenagens e correntes para ajustar as fases e amplitudes. Máquinas semelhantes foram usadas até a década de 1960.

O primeiro registro do nível do mar conhecido de um ciclo inteiro de primavera-neap foi feito em 1831 no cais da marinha no estuário do Tâmisa . Muitos portos grandes tinham estações maregráficas automáticas em 1850.

William Whewell mapeou pela primeira vez as linhas cotidais terminando em um gráfico quase global em 1836. A fim de tornar esses mapas consistentes, ele hipotetizou a existência de anfidromos onde as linhas cotidais se encontram no meio do oceano. Esses pontos sem maré foram confirmados por medição em 1840 pelo Capitão William Hewett, RN , a partir de sondagens cuidadosas no Mar do Norte.

Física

Forças

A força de maré produzida por um objeto massivo (Lua, a seguir) em uma pequena partícula localizada em ou em um corpo extenso (Terra, a seguir) é a diferença vetorial entre a força gravitacional exercida pela Lua na partícula e a força gravitacional que seria exercido sobre a partícula se ela estivesse localizada no centro de massa da Terra.

Enquanto a força gravitacional submetida por um corpo celeste na Terra varia inversamente com o quadrado de sua distância à Terra, a força de maré máxima varia inversamente como, aproximadamente, o cubo dessa distância. Se a força de maré causada por cada corpo fosse igual à sua força gravitacional total (o que não é o caso devido à queda livre de toda a Terra, não apenas dos oceanos, em direção a esses corpos) um padrão diferente de forças de maré seria observado , por exemplo, com uma influência muito mais forte do Sol do que da Lua: A força gravitacional solar na Terra é em média 179 vezes mais forte do que a lunar, mas porque o Sol está em média 389 vezes mais distante da Terra, seu gradiente de campo é mais fraco. A força da maré é proporcional a

onde M é a massa do corpo celeste, d é sua distância, ρ é sua densidade média e r é seu raio. A razão r / d está relacionada ao ângulo subtendido pelo objeto no céu. Como o sol e a lua têm praticamente o mesmo diâmetro no céu, a força da maré do sol é menor que a da lua porque sua densidade média é muito menor, e é apenas 46% maior que a lunar. Mais precisamente, a aceleração das marés lunares (ao longo do eixo Lua-Terra, na superfície da Terra) é de cerca de 1,1 × 10 -7 g , enquanto a aceleração das marés solares (ao longo do eixo Sol-Terra, na superfície da Terra) é de cerca de 0,52 × 10 −7 g , onde g é a aceleração gravitacional na superfície da Terra. Os efeitos dos outros planetas variam conforme suas distâncias da Terra variam. Quando Vênus está mais próximo da Terra, seu efeito é 0,000113 vezes o efeito solar. Em outras ocasiões, Júpiter ou Marte podem ter o maior efeito.

Diagrama mostrando um círculo com setas espaçadas apontando para longe do leitor nos lados esquerdo e direito, enquanto apontam para o usuário na parte superior e inferior.
O campo diferencial gravitacional lunar na superfície da Terra é conhecido como a força geradora da maré . Este é o principal mecanismo que impulsiona a ação das marés e explica duas protuberâncias equipotenciais de maré, responsáveis ​​por duas cheias diárias.

A superfície do oceano é aproximada por uma superfície denominada geóide , que leva em consideração a força gravitacional exercida pela Terra e também a força centrífuga devida à rotação. Agora considere o efeito de corpos externos massivos, como a Lua e o Sol. Esses corpos têm fortes campos gravitacionais que diminuem com a distância e fazem com que a superfície do oceano se desvie do geóide. Eles estabelecem um novo equilíbrio na superfície do oceano que se projeta em direção à lua de um lado e para longe da lua do outro lado. A rotação da Terra em relação a esta forma causa o ciclo diário das marés. A superfície do oceano tende para essa forma de equilíbrio, que está em constante mudança e nunca chega a alcançá-la. Quando a superfície do oceano não está alinhada com ele, é como se a superfície estivesse inclinada e a água acelera na direção da encosta.

Equilíbrio

A maré de equilíbrio é a maré idealizada assumindo uma Terra sem terra. Isso produziria uma protuberância de maré no oceano, com a forma de um elipsóide alongado em direção ao corpo de atração (Lua ou Sol). É não causada pela força de tracção vertical mais próximo ou mais distante do corpo, que é muito fraca; em vez disso, é causada pela força de maré tangente ou "trativa", que é mais forte a cerca de 45 graus do corpo, resultando em uma corrente de maré horizontal.

Equações das marés de Laplace

As profundidades dos oceanos são muito menores do que sua extensão horizontal. Assim, a resposta ao forçamento de maré pode ser modelada usando as equações de maré de Laplace que incorporam as seguintes características:

  • A velocidade vertical (ou radial) é desprezível e não há cisalhamento vertical - este é um fluxo em folha.
  • O forçamento é apenas horizontal ( tangencial ).
  • O efeito Coriolis aparece como uma força inercial (fictícia) atuando lateralmente à direção do fluxo e proporcional à velocidade.
  • A taxa de variação da altura da superfície é proporcional à divergência negativa de velocidade multiplicada pela profundidade. À medida que a velocidade horizontal estica ou comprime o oceano como um lençol, o volume fica mais fino ou mais espesso, respectivamente.

As condições de contorno não impõem fluxo ao longo da costa e deslizamento livre no fundo.

O efeito Coriolis (força inercial) direciona os fluxos que se movem em direção ao Equador para o oeste e os fluxos se movem para longe do Equador em direção ao leste, permitindo ondas aprisionadas na costa. Finalmente, um termo de dissipação pode ser adicionado, o qual é análogo à viscosidade.

Amplitude e tempo de ciclo

A amplitude teórica das marés oceânicas causadas pela Lua é de cerca de 54 centímetros (21 in) no ponto mais alto, o que corresponde à amplitude que seria alcançada se o oceano possuísse uma profundidade uniforme, não houvesse massas de terra e a Terra estivesse girando em sintonia com a órbita da lua. O Sol também causa marés, cuja amplitude teórica é de cerca de 25 centímetros (9,8 pol.) (46% daquela da Lua) com um ciclo de 12 horas. Na maré de primavera, os dois efeitos somam-se a um nível teórico de 79 centímetros (31 polegadas), enquanto na maré morta o nível teórico é reduzido para 29 centímetros (11 polegadas). Como as órbitas da Terra em torno do Sol e da Lua em torno da Terra são elípticas, as amplitudes das marés mudam um pouco como resultado das distâncias Terra-Sol e Terra-Lua. Isso causa uma variação na força da maré e amplitude teórica de cerca de ± 18% para a Lua e ± 5% para o Sol. Se o Sol e a Lua estivessem em suas posições mais próximas e alinhados na lua nova, a amplitude teórica chegaria a 93 centímetros (37 polegadas).

As amplitudes reais diferem consideravelmente, não apenas por causa das variações de profundidade e obstáculos continentais, mas também porque a propagação das ondas através do oceano tem um período natural da mesma ordem de magnitude que o período de rotação: se não houvesse massas de terra, levaria cerca de 30 horas para uma onda de superfície de longo comprimento de onda se propagar ao longo do Equador na metade do caminho ao redor da Terra (em comparação, a litosfera da Terra tem um período natural de cerca de 57 minutos). As marés terrestres , que aumentam e diminuem o fundo do oceano, e a auto-atração gravitacional da própria maré são significativas e complicam ainda mais a resposta do oceano às forças das marés.

Dissipação

As oscilações de maré da Terra introduzem dissipação a uma taxa média de cerca de 3,75 terawatts . Cerca de 98% dessa dissipação ocorre pelo movimento das marés marítimas. A dissipação surge à medida que os fluxos de maré na escala da bacia conduzem os fluxos em escala menor que experimentam dissipação turbulenta. Este arrasto de maré cria torque na lua que transfere gradualmente o momento angular para sua órbita e um aumento gradual na separação Terra-lua. O torque igual e oposto na Terra diminui correspondentemente sua velocidade de rotação. Assim, ao longo do tempo geológico, a lua se afasta da Terra, em cerca de 3,8 centímetros (1,5 pol.) / Ano, alongando o dia terrestre. A duração do dia aumentou cerca de 2 horas nos últimos 600 milhões de anos. Assumindo (como uma aproximação grosseira) que a taxa de desaceleração foi constante, isso implicaria que 70 milhões de anos atrás, a duração do dia era da ordem de 1% mais curta, com cerca de 4 dias a mais por ano.

Batimetria

O porto de Gorey, Jersey, fica seco na maré baixa.

A forma da linha da costa e do fundo do oceano muda a forma como as marés se propagam, portanto não existe uma regra geral simples que preveja a época da maré alta a partir da posição da Lua no céu. As características costeiras, como a batimetria subaquática e a forma da linha costeira, significam que as características de localização individuais afetam a previsão das marés; O tempo e a altura reais da cheia podem diferir das previsões do modelo devido aos efeitos da morfologia costeira no fluxo das marés. No entanto, para um determinado local, a relação entre a altitude lunar e o tempo da maré alta ou baixa (o intervalo lunitidal ) é relativamente constante e previsível, assim como o tempo da maré alta ou baixa em relação a outros pontos na mesma costa. Por exemplo, a maré alta em Norfolk, Virgínia , EUA, ocorre previsivelmente cerca de duas horas e meia antes de a Lua passar diretamente por cima.

Massas de terra e bacias oceânicas atuam como barreiras contra a água que se move livremente ao redor do globo, e suas formas e tamanhos variados afetam o tamanho das frequências das marés. Como resultado, os padrões das marés variam. Por exemplo, nos EUA, a costa leste tem predominantemente marés semi-diurnas, assim como as costas atlânticas da Europa, enquanto a costa oeste tem predominantemente marés mistas. Mudanças humanas na paisagem também podem alterar significativamente as marés locais.

Observação e previsão

Cronometragem

Mapa mundial mostrando a localização das marés diurnas, semi-diurnas e semi-diurnas mistas.  As costas oeste europeia e africana são exclusivamente semi-diurnas, e a costa oeste da América do Norte é mista semi-diurna, mas em outros lugares os diferentes padrões são altamente misturados, embora um determinado padrão possa cobrir 200-2.000 quilômetros (120-1.240 milhas).
A mesma forçante de maré tem resultados diferentes dependendo de muitos fatores, incluindo orientação da costa, margem da plataforma continental e dimensões do corpo d'água.

As forças das marés devidas à Lua e ao Sol geram ondas muito longas que viajam ao redor do oceano seguindo os caminhos mostrados nas cartas cotidais . O momento em que a crista da onda atinge um porto indica o momento da enchente no porto. O tempo que a onda leva para percorrer o oceano também significa que há um atraso entre as fases da Lua e seu efeito na maré. As nascentes e neaps no Mar do Norte , por exemplo, estão dois dias atrás da lua nova / cheia e da lua do primeiro / terceiro quarto. Isso é chamado de idade da maré .

A batimetria do oceano influencia muito a altura exata da maré e a altura em um determinado ponto costeiro . Existem alguns casos extremos; a Baía de Fundy , na costa leste do Canadá, costuma ter as marés mais altas do mundo por causa de sua forma, batimetria e distância da borda da plataforma continental. As medições feitas em novembro de 1998 em Burntcoat Head na Baía de Fundy registraram um alcance máximo de 16,3 metros (53 pés) e um extremo mais alto previsto de 17 metros (56 pés). Medições semelhantes feitas em março de 2002 em Leaf Basin, Ungava Bay no norte de Quebec deram valores semelhantes (permitindo erros de medição), um alcance máximo de 16,2 metros (53 pés) e um extremo mais alto previsto de 16,8 metros (55 pés). A Baía de Ungava e a Baía de Fundy ficam a distâncias semelhantes da borda da plataforma continental, mas a Baía de Ungava fica livre de gelo por cerca de quatro meses a cada ano, enquanto a Baía de Fundy raramente congela.

Southampton no Reino Unido tem uma preia-mar dupla causada pela interação entre os constituintes das marés M 2 e M 4 ( marés superficiais da lua principal). Portland tem águas duplas pelo mesmo motivo. A maré M 4 é encontrada ao longo de toda a costa sul do Reino Unido, mas seu efeito é mais perceptível entre a Ilha de Wight e Portland porque a maré M 2 é a mais baixa nesta região.

Como os modos de oscilação do Mar Mediterrâneo e do Mar Báltico não coincidem com nenhum período de forçamento astronômico significativo, as maiores marés estão perto de suas estreitas conexões com o Oceano Atlântico. Marés extremamente pequenas também ocorrem pelo mesmo motivo no Golfo do México e no Mar do Japão . Em outros lugares, como ao longo da costa sul da Austrália , as marés baixas podem ser devido à presença de um anfidromo próximo .

Análise

Um gráfico regular de nível de água

A teoria da gravitação de Isaac Newton permitiu primeiro uma explicação de por que geralmente havia duas marés por dia, não uma, e ofereceu esperança para uma compreensão detalhada das forças e do comportamento das marés. Embora possa parecer que as marés podem ser previstas por meio de um conhecimento suficientemente detalhado das forças astronômicas instantâneas, a maré real em um determinado local é determinada por forças astronômicas acumuladas pelo corpo d'água ao longo de muitos dias. Além disso, resultados precisos exigiriam conhecimento detalhado da forma de todas as bacias oceânicas - sua batimetria e formato do litoral.

O procedimento atual para analisar as marés segue o método de análise harmônica introduzido na década de 1860 por William Thomson . É baseado no princípio de que as teorias astronômicas dos movimentos do Sol e da Lua determinam um grande número de frequências componentes, e em cada frequência há um componente de força que tende a produzir movimento de maré, mas que em cada local de interesse no Terra, as marés respondem a cada frequência com uma amplitude e fase peculiares àquela localidade. Em cada local de interesse, as alturas das marés são, portanto, medidas por um período de tempo suficientemente longo (normalmente mais de um ano no caso de um novo porto não estudado anteriormente) para permitir que a resposta a cada frequência geradora de maré significativa seja distinguida por análise, e para extrair as constantes de maré para um número suficiente dos componentes mais fortes conhecidos das forças astronômicas das marés para permitir a previsão prática da maré. Espera-se que as alturas das marés sigam a força da maré, com amplitude e atraso de fase constantes para cada componente. Como as frequências e fases astronômicas podem ser calculadas com certeza, a altura da maré em outros momentos pode ser prevista assim que a resposta aos componentes harmônicos das forças astronômicas geradoras da maré for encontrada.

Os principais padrões das marés são

  • a variação duas vezes ao dia
  • a diferença entre a primeira e a segunda maré de um dia
  • o ciclo primavera-neap
  • a variação anual

A Maré Astronômica Mais Alta é a maré de primavera perigeana quando o Sol e a Lua estão mais próximos da Terra.

Quando confrontado por uma função que varia periodicamente, a abordagem padrão é empregar a série de Fourier , uma forma de análise que usa funções senoidais como um conjunto de base , tendo frequências que são zero, um, dois, três, etc. vezes a frequência de um determinado ciclo fundamental. Esses múltiplos são chamados de harmônicos da frequência fundamental, e o processo é chamado de análise de harmônicos . Se o conjunto básico de funções senoidais se adequar ao comportamento que está sendo modelado, relativamente poucos termos harmônicos precisam ser adicionados. Os caminhos orbitais são quase circulares, portanto as variações sinusoidais são adequadas para as marés.

Para a análise da altura das marés, a abordagem da série de Fourier deve, na prática, ser mais elaborada do que o uso de uma única frequência e seus harmônicos. Os padrões de maré são decompostos em muitas sinusóides com muitas frequências fundamentais, correspondendo (como na teoria lunar ) a muitas combinações diferentes dos movimentos da Terra, da Lua e dos ângulos que definem a forma e a localização de suas órbitas.

Para as marés, então, a análise de harmônicos não se limita aos harmônicos de uma única frequência. Em outras palavras, as harmonias são múltiplos de muitas frequências fundamentais, não apenas da frequência fundamental da abordagem mais simples da série de Fourier. Sua representação como uma série de Fourier tendo apenas uma frequência fundamental e seus múltiplos (inteiros) exigiria muitos termos e seria severamente limitada no intervalo de tempo para o qual seria válida.

O estudo da altura da maré por análise harmônica foi iniciado por Laplace, William Thomson (Lord Kelvin) e George Darwin . AT Doodson estendeu seu trabalho, introduzindo a notação Doodson Number para organizar as centenas de termos resultantes. Essa abordagem tem sido o padrão internacional desde então, e as complicações surgem da seguinte maneira: a força da maré alta é, teoricamente, dada por somas de vários termos. Cada termo está na forma

onde A é a amplitude, ω é a frequência angular geralmente dada em graus por hora correspondendo a t medida em horas e p é o deslocamento de fase em relação ao estado astronômico no tempo t = 0. Existe um termo para a Lua e um segundo termo para o Sol. A fase p do primeiro harmônico para o termo da Lua é chamada de intervalo lunitidal ou intervalo de águas altas. A próxima etapa é acomodar os termos harmônicos devido à forma elíptica das órbitas. Consequentemente, o valor de A não é uma constante, mas também varia com o tempo, ligeiramente, em torno de algum valor médio. Substitua-o então por A ( t ) onde A é outra sinusóide, semelhante aos ciclos e epiciclos da teoria ptolomaica . De acordo,

ou seja, um valor médio A com uma variação senoidal em torno dele de magnitude A a , com frequência ω a e fase p a . Assim, o termo simples agora é o produto de dois fatores de cosseno:

Dado que para qualquer x e y

é claro que um termo composto envolvendo o produto de dois termos de cosseno, cada um com sua própria frequência, é o mesmo que três termos de cosseno simples que devem ser adicionados na frequência original e também em frequências que são a soma e a diferença das duas frequências do termo do produto. (Três, não dois termos, uma vez que toda a expressão é .) Considere ainda que a força da maré em um local depende também se a Lua (ou o Sol) está acima ou abaixo do plano do Equador, e que esses atributos têm seus próprios períodos também incomensuráveis ​​com um dia e um mês, e é claro que muitas combinações resultam. Com uma escolha cuidadosa das frequências astronômicas básicas, o Número de Doodson anota as adições e diferenças particulares para formar a frequência de cada termo cosseno simples.

Gráfico mostrando uma linha cada para M 2, S 2, N 2, K 1, O 1, P 1 e uma para sua soma, com o eixo X abrangendo um pouco mais de um único dia
Previsão das marés somando as partes constituintes. Os coeficientes de marés são definidos na teoria das marés de página .

Lembre-se de que as marés astronômicas não incluem os efeitos do clima. Além disso, as mudanças nas condições locais (movimento do banco de areia, dragagem da foz do porto, etc.) daquelas prevalecentes no momento da medição afetam o momento e a magnitude reais da maré. Organizações que citam uma "maré astronômica mais alta" para algum local podem exagerar o número como um fator de segurança contra incertezas analíticas, distância do ponto de medição mais próximo, mudanças desde o último tempo de observação, afundamento do solo, etc., para evitar responsabilidade caso um trabalho de engenharia ser overtopped. É necessário cuidado especial ao avaliar o tamanho de uma "onda climática" subtraindo a maré astronômica da maré observada.

A análise cuidadosa dos dados de Fourier ao longo de um período de dezenove anos (a National Tidal Datum Epoch nos EUA) usa frequências chamadas de constituintes harmônicos das marés . Dezenove anos é preferido porque as posições relativas da Terra, da Lua e do Sol se repetem quase exatamente no ciclo metônico de 19 anos, que é longo o suficiente para incluir o constituinte nodal de maré lunar de 18.613 anos . Esta análise pode ser feita usando apenas o conhecimento do período de forçamento , mas sem uma compreensão detalhada da derivação matemática, o que significa que tabelas de marés úteis foram construídas por séculos. As amplitudes e fases resultantes podem então ser usadas para prever as marés esperadas. Estes são geralmente dominados pelos constituintes perto das 12 horas (os constituintes semi-diurnos ), mas também existem constituintes principais perto das 24 horas ( diurnos ). Constituintes de longo prazo são 14 dias ou quinzenais , mensais e semestrais. As marés semi-diurnas dominaram a linha costeira, mas algumas áreas como o Mar da China Meridional e o Golfo do México são principalmente diurnas. Nas áreas semi-diurnas, os  períodos constituintes primários M 2  (lunar) e S 2 (solar) diferem ligeiramente, de modo que as fases relativas e, portanto, a amplitude da maré combinada, mudam quinzenalmente (período de 14 dias).

No gráfico M 2 acima, cada linha cotidal difere em uma hora de suas vizinhas, e as linhas mais grossas mostram as marés em fase de equilíbrio em Greenwich. As linhas girar em torno dos pontos amphidromic anti-horário no hemisfério norte para que a partir Península de Baja California para o Alasca e da França para a Irlanda os M 2 propaga maré norte. No hemisfério sul, essa direção é no sentido horário. Por outro lado, M 2 propaga maré horário ao redor da Nova Zelândia, mas isso é porque as ilhas agir como uma barragem e permitir que as marés ter alturas diferentes em lados opostos das ilhas. (As marés se propagam para o norte no lado leste e para o sul na costa oeste, conforme previsto pela teoria.)

A exceção é no Estreito de Cook, onde as correntes das marés ligam periodicamente a alta e a baixa-mar. Isso ocorre porque as linhas cotidais de 180 ° ao redor dos anfidromos estão em fase oposta, por exemplo, maré alta e maré baixa em cada extremidade do Estreito de Cook. Cada componente de corrente tem um padrão diferente de amplitudes, fases e pontos amphidromic, de modo que os H 2 padrões não pode ser usado para outros componentes da maré.

Cálculo de exemplo

Gráfico com uma única linha subindo e descendo entre 4 picos em torno de 3 e quatro vales em torno de -3
Marés em Bridgeport, Connecticut , EUA durante um período de 50 horas.
Gráfico com uma única linha mostrando picos de maré e vales alternando gradualmente entre máximas mais altas e mais baixas em um período de 14 dias
Marés em Bridgeport, Connecticut, EUA durante um período de 30 dias.
Gráfico mostrando com uma única linha mostrando apenas uma flutuação de maré anual mínima
Marés em Bridgeport, Connecticut, EUA durante um período de 400 dias.
Gráfico mostrando 6 linhas com duas linhas para cada uma das três cidades.  Nelson tem duas marés vivas mensais, enquanto Napier e Wellington têm uma.
Padrões de marés no Estreito de Cook. A parte sul (Nelson) tem duas marés vivas por mês, contra apenas uma no lado norte (Wellington e Napier).

Como a Lua está se movendo em sua órbita ao redor da Terra e no mesmo sentido da rotação da Terra, um ponto na Terra deve girar um pouco mais para alcançá-la, de modo que o tempo entre as marés semidiurnas não seja de doze, mas de 12,4206 horas - um pouco mais de vinte e cinco minutos extras. Os dois picos não são iguais. As duas marés altas por dia alternam em alturas máximas: altura mais baixa (pouco menos de um metro), alta mais alta (pouco mais de um metro) e, novamente, altura mais baixa. Da mesma forma para as marés baixas.

Quando a Terra, a Lua e o Sol estão alinhados (Sol-Terra-Lua ou Sol-Lua-Terra), as duas influências principais se combinam para produzir as marés vivas; quando as duas forças se opõem, como quando o ângulo Lua-Terra-Sol está próximo de noventa graus, resultam em marés mortas. Conforme a Lua se move em torno de sua órbita, ela muda do norte do Equador para o sul do Equador. A alternância nas alturas da maré alta torna-se menor, até que sejam iguais (no equinócio lunar, a Lua está acima do equador), então se desenvolve novamente, mas com a outra polaridade, aumentando para uma diferença máxima e então minguando novamente.

Atual

A influência das marés no fluxo atual é muito mais difícil de analisar e os dados são muito mais difíceis de coletar. A altura da maré é um número simples que se aplica a uma ampla região simultaneamente. Um fluxo tem uma magnitude e uma direção, ambas as quais podem variar substancialmente com a profundidade e em distâncias curtas devido à batimetria local. Além disso, embora o centro de um canal de água seja o local de medição mais útil, os marinheiros objetam quando o equipamento de medição de corrente obstrui os cursos d'água. Um fluxo que prossegue por um canal curvo é o mesmo fluxo, embora sua direção varie continuamente ao longo do canal. Surpreendentemente, os fluxos de enchente e vazante geralmente não ocorrem em direções opostas. A direção do fluxo é determinada pela forma do canal a montante, não pela forma do canal a jusante. Da mesma forma, redemoinhos podem se formar em apenas uma direção de fluxo.

No entanto, a análise atual é semelhante à análise de marés: no caso simples, em um determinado local, o fluxo de inundação está principalmente em uma direção e o fluxo de vazante em outra direção. As velocidades de inundação recebem um sinal positivo e as velocidades de vazante, um sinal negativo. A análise prossegue como se fossem as alturas das marés.

Em situações mais complexas, os fluxos principais de vazante e cheia não são dominantes. Em vez disso, a direção do fluxo e a magnitude traçam uma elipse ao longo de um ciclo de marés (em um gráfico polar) em vez de ao longo das linhas de vazante e inundação. Nesse caso, a análise pode prosseguir ao longo de pares de direções, com as direções primária e secundária em ângulos retos. Uma alternativa é tratar os fluxos das marés como números complexos, pois cada valor tem uma magnitude e uma direção.

As informações sobre o fluxo das marés são mais comumente vistas em cartas náuticas , apresentadas como uma tabela de velocidades de fluxo e rumos em intervalos de uma hora, com tabelas separadas para as marés de primavera e de mortas. O tempo é relativo à maré alta em algum porto onde o comportamento das marés é semelhante em padrão, embora possa estar longe.

Tal como acontece com as previsões da altura da maré, as previsões do fluxo da maré baseadas apenas em fatores astronômicos não incorporam as condições climáticas, que podem mudar completamente o resultado.

O fluxo das marés através do Estreito de Cook entre as duas ilhas principais da Nova Zelândia é particularmente interessante, já que as marés em cada lado do estreito estão quase exatamente defasadas, de modo que a maré cheia de um lado é simultânea com a maré baixa do outro. O resultado são correntes fortes, com mudança quase nula da altura da maré no centro do estreito. Ainda assim, embora a onda de maré normalmente flua em uma direção por seis horas e na direção reversa por seis horas, uma onda particular pode durar oito ou dez horas com a onda reversa enfraquecida. Em condições climáticas especialmente turbulentas, o pico reverso pode ser totalmente superado para que o fluxo continue na mesma direção por três ou mais períodos de pico.

Uma complicação adicional para o padrão de fluxo do Estreito de Cook é que a maré no lado sul (por exemplo, em Nelson ) segue o ciclo de maré de primavera-neap comum bissemanal (como encontrado ao longo do lado oeste do país), mas o padrão de maré do lado norte tem apenas um ciclo por mês, já no lado leste: Wellington e Napier .

O gráfico das marés do Estreito de Cook mostra separadamente a altura e o tempo da maré alta e da maré baixa, até novembro de 2007; estes não são valores medidos, mas, em vez disso, são calculados a partir de parâmetros de marés derivados de medições antigas. A carta náutica de Cook Strait oferece informações sobre as marés. Por exemplo, a edição de janeiro de 1979 para 41 ° 13 · 9'S 174 ° 29 · 6'E (noroeste do Cabo Terawhiti ) refere-se a horários a Westport, enquanto a edição de janeiro de 2004 se refere a Wellington. Perto do Cabo Terawhiti, no meio do Estreito de Cook, a variação da altura das marés é quase nula, enquanto a corrente das marés atinge seu máximo, especialmente perto do notório Karori Rip. Além dos efeitos do clima, as correntes reais através do Estreito de Cook são influenciadas pelas diferenças de altura das marés entre as duas extremidades do estreito e, como pode ser visto, apenas uma das duas marés vivas no extremo noroeste do estreito perto de Nelson tem um contraparte da maré de primavera na extremidade sudeste (Wellington), então o comportamento resultante não segue nenhum porto de referência.

Geração de energia

A energia das marés pode ser extraída por dois meios: inserindo uma turbina de água em uma corrente das marés ou construindo lagoas que liberam / admitem água através de uma turbina. No primeiro caso, a quantidade de energia é inteiramente determinada pelo tempo e magnitude da corrente de maré. No entanto, as melhores correntes podem não estar disponíveis porque as turbinas obstruiriam os navios. No segundo, as barragens de represamento são caras de construir, os ciclos naturais da água são completamente interrompidos, a navegação do navio é interrompida. No entanto, com várias lagoas, a energia pode ser gerada em momentos escolhidos. Até agora, há poucos sistemas instalados para geração de energia das marés (mais famosa, La Rance em Saint Malo , França) que enfrentam muitas dificuldades. Além das questões ambientais, simplesmente resistir à corrosão e incrustação biológica representa desafios de engenharia.

Os defensores da energia das marés apontam que, ao contrário dos sistemas de energia eólica, os níveis de geração podem ser previstos com segurança, exceto pelos efeitos do clima. Embora alguma geração seja possível para a maior parte do ciclo das marés, na prática as turbinas perdem eficiência com taxas de operação mais baixas. Como a potência disponível de um fluxo é proporcional ao cubo da velocidade do fluxo, os tempos durante os quais a geração de alta potência é possível são breves.

Navegação

Gráfico ilustrando que as alturas das marés entram nos cálculos de dados legalmente significativos, como linhas de fronteira entre o alto mar e as águas territoriais.  O gráfico mostra uma linha costeira exemplar, identificando características de fundo como barra e bermas costeiras, alturas de maré, como maré alta média, e distâncias da costa, como o limite de 12 milhas.
Usos civis e marítimos dos EUA de dados de marés

Os fluxos das marés são importantes para a navegação e erros significativos de posição ocorrem se não forem acomodados. As alturas das marés também são importantes; por exemplo, muitos rios e portos têm uma "barra" rasa na entrada que impede que os barcos com calado significativo entrem na maré baixa.

Até o advento da navegação automatizada, a competência no cálculo dos efeitos das marés era importante para os oficiais da marinha. O certificado de exame para tenentes da Marinha Real declarava certa vez que o futuro oficial era capaz de "mudar de posição".

Os tempos e velocidades do fluxo das marés aparecem em gráficos de marés ou em um atlas de correntes de marés . Os gráficos de marés vêm em conjuntos. Cada gráfico cobre uma única hora entre uma preia-mar e outra (eles ignoram os 24 minutos restantes) e mostram o fluxo médio da maré para essa hora. Uma seta no gráfico de marés indica a direção e a velocidade média do fluxo (geralmente em nós ) para as marés vivas e mortas. Se uma carta de marés não estiver disponível, a maioria das cartas náuticas tem " diamantes de marés " que relacionam pontos específicos na carta a uma tabela que fornece a direção e velocidade do fluxo das marés.

O procedimento padrão para neutralizar os efeitos das marés na navegação é (1) calcular uma posição de " cálculo morto " (ou DR) da distância e direção de viagem, (2) marcar o gráfico (com uma cruz vertical como um sinal de mais) e (3 ) traçar uma linha do RD na direção da maré. A distância que a maré move o barco ao longo desta linha é calculada pela velocidade da maré, e isso dá uma "posição estimada" ou EP (tradicionalmente marcada com um ponto em um triângulo).

Indicador de marés, Rio Delaware, Delaware c. 1897. No momento mostrado na figura, a maré é 1+14 pés acima significa maré baixa e ainda está caindo, conforme indicado pela ponta da seta. O indicador é alimentado por sistema de polias, cabos e flutuador. (Relatório do Superintendente da Costa e Pesquisa Geodésica Mostrando o Progresso da Obra Durante o Ano Fiscal Encerrado em Junho de 1897 (p. 483))

As cartas náuticas exibem a "profundidade cartografada" da água em locais específicos com " sondagens " e o uso de linhas de contorno batimétricas para representar a forma da superfície submersa. Essas profundidades são relativas a um " datum gráfico ", que normalmente é o nível da água na maré astronômica mais baixa possível (embora outros dados sejam comumente usados, especialmente historicamente, e as marés podem ser mais baixas ou mais altas por razões meteorológicas) e são, portanto, o mínimo possível profundidade da água durante o ciclo das marés. As "alturas de secagem" também podem ser mostradas no gráfico, que são as alturas do fundo do mar exposto na maré astronômica mais baixa.

As tabelas de marés listam as alturas e horários das marés altas e baixas de cada dia. Para calcular a profundidade real da água, adicione a profundidade mapeada à altura da maré publicada. A profundidade para outras épocas pode ser derivada das curvas de maré publicadas para os principais portos. A regra dos duodécimos pode ser suficiente se uma curva precisa não estiver disponível. Esta aproximação presume que o aumento da profundidade nas seis horas entre a maré baixa e a maré alta é: primeira hora - 1/12, segunda - 2/12, terceira - 3/12, quarta - 3/12, quinta - 2/12, sexto - 1/12.

Aspectos biológicos

Ecologia Intertidal

Foto de rocha parcialmente submersa mostrando faixas horizontais de cores e texturas diferentes, onde cada faixa representa uma fração diferente do tempo gasto submerso.
Uma rocha, vista na baixa-mar, exibindo um zoneamento entre-marés típico.

A ecologia entre marés é o estudo dos ecossistemas entre as linhas de maré baixa e alta ao longo de uma costa. Na maré baixa, a zona entremarés fica exposta (ou emersa ), enquanto na maré alta fica submersa (ou submersa ). Ecologistas intertidais, portanto, estudam as interações entre organismos intertidais e seu ambiente, bem como entre as diferentes espécies . As interações mais importantes podem variar de acordo com o tipo de comunidade intertidal. As classificações mais amplas são baseadas em substratos - costão rochoso ou fundo macio.

Os organismos intertidais experimentam um ambiente altamente variável e freqüentemente hostil, e se adaptaram para enfrentar e até mesmo explorar essas condições. Uma característica facilmente visível é o zoneamento vertical , no qual a comunidade se divide em faixas horizontais distintas de espécies específicas em cada elevação acima da maré baixa. A capacidade de uma espécie de lidar com a dessecação determina seu limite superior, enquanto a competição com outras espécies define seu limite inferior.

Os humanos usam as regiões intertidais para alimentação e recreação. A superexploração pode danificar diretamente os intertidais. Outras ações antropogênicas, como a introdução de espécies invasoras e mudanças climáticas, têm grandes efeitos negativos. As áreas marinhas protegidas são uma opção que as comunidades podem aplicar para proteger essas áreas e auxiliar na pesquisa científica .

Ritmos biológicos

O ciclo das marés, aproximadamente quinzenal, tem grandes efeitos nos organismos intertidais e marinhos. Conseqüentemente, seus ritmos biológicos tendem a ocorrer em múltiplos aproximados desse período. Muitos outros animais, como os vertebrados , apresentam ritmos semelhantes. Os exemplos incluem gestação e incubação de ovos. Em humanos, o ciclo menstrual dura aproximadamente um mês lunar , um múltiplo par do período das marés. Esses paralelos pelo menos sugerem a descendência comum de todos os animais de um ancestral marinho.

Outras marés

Quando correntes de maré oscilantes no fluxo oceânico estratificado sobre topografia de fundo irregular, elas geram ondas internas com frequências de maré. Essas ondas são chamadas de marés internas .

Áreas rasas em águas abertas podem experimentar correntes de maré rotativas, fluindo em direções que mudam continuamente e, portanto, a direção do fluxo (não o fluxo) completa uma rotação completa em 12+12 horas (por exemplo, Nantucket Shoals ).

Além das marés oceânicas, grandes lagos podem experimentar pequenas marés e até planetas podem experimentar marés atmosféricas e marés terrestres . Esses são fenômenos mecânicos contínuos . Os dois primeiros ocorrem em fluidos . O terceiro afeta a fina crosta sólida da Terra em torno de seu interior semilíquido (com várias modificações).

Marés do lago

Grandes lagos como Superior e Erie podem experimentar marés de 1 a 4 cm (0,39 a 1,6 pol.), Mas podem ser mascarados por fenômenos induzidos meteorologicamente, como o seiche . A maré no Lago Michigan é descrita como 1,3 a 3,8 cm (0,5 a 1,5 pol.) Ou 4,4 cm ( 1+34  pol.). Isso é tão pequeno que outros efeitos maiores mascaram completamente qualquer maré e, como tal, esses lagos são considerados sem maré.

Marés atmosféricas

As marés atmosféricas são insignificantes no nível do solo e nas altitudes da aviação, mascaradas pelos efeitos muito mais importantes do clima . As marés atmosféricas são gravitacionais e térmicas em origem e são as dinâmicas dominantes de cerca de 80 a 120 quilômetros (50 a 75 milhas), acima dos quais a densidade molecular se torna muito baixa para suportar o comportamento do fluido.

Marés da terra

As marés terrestres ou terrestres afetam toda a massa da Terra, que age de forma semelhante a um giroscópio líquido com uma crosta muito fina. A crosta terrestre muda (para dentro / fora, leste / oeste, norte / sul) em resposta à gravitação lunar e solar, marés oceânicas e carga atmosférica. Embora desprezível para a maioria das atividades humanas, a amplitude semi-diurna das marés terrestres pode chegar a cerca de 55 centímetros (22 pol.) No Equador - 15 centímetros (5,9 pol.) Devido ao Sol - o que é importante na calibração do GPS e medições VLBI . Medições angulares astronômicas precisas requerem conhecimento da taxa de rotação da Terra e do movimento polar , ambos influenciados pelas marés da Terra. As semi-diurnas H 2 -mares de terra são quase em fase com a lua com um desfasamento de cerca de duas horas.

Marés galácticas

As marés galácticas são as forças das marés exercidas pelas galáxias nas estrelas dentro delas e nas galáxias satélites que as orbitam. Os efeitos da maré galáctica no Sistema Solar 's nuvem de Oort são acreditados para causar 90 por cento dos cometas de longo período.

Misnomers

Tsunamis , as grandes ondas que ocorrem após terremotos, às vezes são chamadas de ondas gigantes , mas esse nome é dado por sua semelhança com a maré, ao invés de qualquer vínculo causal com a maré. Outros fenômenos não relacionados às marés, mas usando a palavra maré são rasgão maré , maré de tempestade , maré furacão , e preto ou marés vermelhas . Muitos desses usos são históricos e referem-se ao significado anterior da maré como "uma porção de tempo, uma estação".

Veja também

Notas

Referências

Leitura adicional

links externos