To ciekawe

Odwiedzając nadmorskie lub nadoceaniczne plaże o różnych godzinach możemy zauważyć, że poziom wody jest różny. Często na wydmach można zaobserwować, jak regularnie woda wymywa piasek. Zjawisko zmiany poziomu wody w zbiornikach wodnych nazywamy pływami. Olbrzymie statki towarowe lub pasażerskie, które muszą wpłynąć do małego portu, często starają się wykonywać ten manewr w czasie przypływu tak, aby nie osiąść na mieliźnie. Ale skąd kapitan statku dokładnie wie, o której godzinie woda w porcie będzie wystarczająco wysoka? Wszystko zależy od pływów morskich, które odbywają się bardzo regularnie. Co wpływa na poziom wody w dużych zbiornikach wodnych? Jest to położenie Słońca i Księżyca! Czy wpływają one jedynie na ruch wody, czy także innych substancji? O tym dowiesz się w tym e‑materiale.

Warto przeczytać

Gdy rozważymy wybrany punkt na powierzchni Ziemi zaobserwujemy, że jego położenie względem Słońca i Księżyca cały czas się zmienia. Powoduje to, że w tym miejscu zmienia się także wartość przyspieszenia grawitacyjnego. W ten sposób powstaje tak zwana siła pływowa, która jest główną przyczyną zmian poziomu oceanów na Ziemi. Wielkość tych zmian zależy od wielu czynników:

• głębokości zbiornika wodnego (im większy tym silniejsze oddziaływanie);

• kształtu wybrzeża;

• odległości ciał niebieskich w układzie Ziemia‑Księżyc‑Słońce.

Pływy morskie to regularnie powtarzające się podnoszenie i opadanie poziomu wody w oceanach, wywołane oddziaływaniem grawitacyjnym wody na Ziemi z Księżycem i Słońcem. Jednak największy wpływ na to zjawisko ma Księżyc.

Cykliczne zmiany poziomu wód następują po sobie w następujących fazach:

• poziom wody wzrasta w ciągu kilku godzin (przypływ);

• poziom wody osiąga maksymalną wartość;

• poziom wody obniża się w ciągu kilku godzin (odpływ);

• poziom wody osiąga minimalną wartość.

Zazwyczaj woda jest najspokojniejsza, gdy jej poziom jest najmniejszy lub największy.

Fazy pływów wiążą się z ruchem obrotowym Ziemi wokół własnej osi, którego okres wynosi 24 godziny. Ponieważ jednak Księżyc porusza się po swojej orbicie, czas jaki  potrzebuje wybrany punkt na powierzchni Ziemi, aby znowu znaleźć się najbliżej Księżyca wynosi nieco więcej – około 24 godzin i 54 minut. Kiedy Ziemia w swoim ruchu obrotowym zbliża się tym punktem  do Księżyca, działają siły pływowe, które wywołują wzrost poziomu wody w oceanach – powstaje „spiętrzenie”. Występuje ono na linii łączącej Ziemię i Księżyc (patrz - Rys. 1.).

Najbliżej Księżyca woda jest najsilniej przyciągana przez naszego satelitę; najdalej od niego – łączne przyciąganie wody przez Ziemię i Księżyc jest najsłabsze, a stale działa siła odśrodkowa, związana z ruchem obrotowym Ziemi i Księżyca wokół wspólnego środka masy.

Dalszy ruch obrotowy Ziemi powoduje, że obserwowany przez nas punkt oddala się od Księżyca – zaczyna się odpływ.

RgGgacViEsauG

Rys. 1. Na schematycznym rysunku po prawej pokazana jest Ziemia, a po lewej Księżyc. Ziemia przedstawiona jest w postaci białego koła, wpisanego w poziomą elipsę o niebieskim wypełnieniu. Górny i dolny biegun Ziemi jest styczny z elipsą. Elipsa oznacza wodę zebraną w morzach i oceanach. Na ilustracji po lewej umieszczono Księżyc w postaci okręgu o czarnych krawędziach. Środek Księżyca na ilustracji znajduje się na tej samej wysokości co środek Ziemi i elipsy. Siła grawitacyjna Księżyca powoduje pływy wodne na Ziemi. W opisanym ustawieniu obu ciał niebieskich, na północnym i południowym biegunie Ziemi obserwowany jest odpływ, natomiast na równiku, zarówno po zachodniej i wschodniej stronie kuli ziemskiej, następuje przypływ. Przypływ pokazany jest w postaci różnicy pomiędzy niebieską powierzchnią elipsy i białą powierzchnią kuli ziemskiej.

Poza dzienną zmiennością poziomu mórz obserwujemy także efekty związane  z ruchem Księżyca po jego orbicie. Miesiąc synodycznymiesiąc synodycznyMiesiąc synodyczny trwa 29,53 dnia, od nowiu do nowiu. Wyróżnia się dwa rodzaje pływów charakterystycznych, związanych z fazami Księżycafazy Księżycafazami Księżyca:

• pływy syzygijne, czyli maksymalne;

• pływy kwadraturowe, czyli minimalne.

Pływy syzygijne występują wtedy, gdy Ziemia, Księżyc i Słońce układają się na jednej linii. Księżyc jest wtedy w pełni lub w nowiu. Pływy kwadraturowe, jak sama nazwa wskazuje, występują wtedy, gdy Księżyc jest w jednej z kwadr (z Ziemi widzimy tylko połowę tarczy). W czasie występowania pierwszej i trzeciej kwadry Ziemia, Księżyc i Słońce tworzą trójkąt prostokątny tak, że Ziemia znajduje się w wierzchołku jego kąta prostego. Widać zatem (patrz Rys. 2.), że zarówno pływ syzygijny, jak i kwadraturowy występują dwa razy w ciągu miesiąca synodycznego.

R4iYw16f8LU4p

Rys. 2. Na rysunku po lewej widoczne jest Słońce w postaci żółtej kuli. Widoczna jest również Ziemia wraz z orbitą Księżyca w różnych pozycjach względem Słońca, która definiuje rodzaj pływu wód znajdujących się na planecie. Na rysunku zaznaczono kierunek obiegu Ziemi wokół Słońca, przeciwny względem ruchu wskazówek zegara. Ziemia widoczna jest w postaci okręgu o czarnych krawędziach i białym wypełnieniu. Ziemia wpisana jest w dwie elipsy. Jedna z elips ma niebieskie wypełnienie, a jej długa oś jest równoległa względem kierunku wektora prędkości liniowej w ruchu Ziemi wokół Słońca. Symbolizuje on poziom wody zebranej w morzach i oceanach na Ziemi. Druga elipsa ma czerwone wypełnienie, a jej długa oś jest równoległa do odcinka łączącego środek Ziemi i środek Słońca. Orbita Księżyca widoczna jest w postaci okręgu narysowanego przerywaną i czarną linią wokół Ziemi. Orbita Księżyca jest współśrodkowa z okręgiem symbolizującym Ziemię. Księżyc widoczny jest na orbicie wokół Ziemi w postaci niebieskiej i znacznie mniejszej od Ziemi kulki z wielką literą K w środku. Księżyc obiega Ziemię przeciwnie do ruchu wskazówek zegara, co zaznaczono na rysunku czarną strzałką styczną do jego orbity. Czarna strzałka symbolizuje wektor prędkości liniowej w ruchu Księżyca po orbicie. Pierwsza pozycja Ziemi widoczna jest u góry nad Słońcem i nieco z lewej strony. Podpisana jako pierwsza kwadra. Księżyc znajduje się z prawej strony od Ziemi. Długie osie elips niebieskiej i czerwonej są wzajemnie prostopadłe. W takiej sytuacji mamy do czynienia z pływem kwadraturowym. Druga pozycja Ziemi widoczna jest po lewej stronie od Słońca i nieco z góry. Podpisana jest jako pełnia. Księżyc znajduje się z lewej strony od Ziemi. Długie osie elips niebieskiej i czerwonej są wzajemnie równoległe. W takiej sytuacji mamy do czynienia z pływem syzygijnym. Słońce, Ziemia oraz Księżyc znajdują się na jednej linii łączącej ich środki mas. Trzecia pozycja Ziemi widoczna jest po lewej stronie od Słońca i nieco u dołu. Podpisana jest jako trzecia kwadra. Księżyc znajduje się z lewej strony od Ziemi. Długie osie elips niebieskiej i czerwonej są wzajemnie prostopadłe. W takiej sytuacji mamy do czynienia z pływem kwadraturowym. Czwarta i ostatnia pozycja Ziemi widoczna jest u dołu od Słońca i nieco z lewej. Podpisana jest jako nów. Księżyc znajduje się u góry nad Ziemią. Długie osie elips niebieskiej i czerwonej są wzajemnie równoległe. W takiej sytuacji mamy do czynienia z pływem syzygijnym. Słońce, Ziemia oraz Księżyc znajdują się na jednej linii łączącej ich środki mas.

Dla ludzi bardzo istotne jest, kiedy i z jakim nasileniem występują pływy. Budowa portów morskich, połowy ryb i transport wodny uzależnione są bowiem od poziomu wód. Pływy są też istotne z energetycznego punktu widzenia. Elektrownie pływowe stanowią ekologiczne, cykliczne i niezawodne źródło energii.

Warto jednak wiedzieć, że pływom podlega wszystko, co znajduje się na Ziemi. Pływy wodne są wprawdzie najbardziej widoczne, ale geolodzy zauważają jednak odkształcenia skorupy ziemskiej związane z siłami pływowymi. Ulega im również to, co znajduje się głęboko pod ziemią – płynne jądro Ziemi.

Słowniczek