Sjávarfallasamspil jarðar og tungls
Sjávarföll eru eitt af auðsjáanlegum náttúrufyrirbærum á strandsvæðum: sjávarborð hækkar í nokkrar klukkustundir, lækkar síðan hægt og rólega og hringrásin endurtekur sig daglega. Að baki þessum sýnilega einfalda takti liggur flókið þyngdarkraftssamspil milli jarðar og tunglsins (auk framlags sólarinnar) sem mótar hafstrauma og hefur áhrif á vistkerfi stranda, skipaflutninga og jafnvel hönnun strandmannvirkja. Að skilja sjávarföllssamspil milli jarðar og tunglsins er ekki aðeins spurning um vísindalega forvitni heldur einnig öryggis-, hagfræði- og umhverfisáhyggjur.
Þyngdarafl og uppruni sjávarfalla
Kjarni sjávarfalla er þyngdarkrafturinn. Tunglið er mun minni en jörðin, en tiltölulega nálægð þess gerir þyngdaráhrif þess á jörðina mikilvæg. Þyngdarafl tunglsins togar í jörðina og sérstaklega í vatnsmassa hafsins. Hins vegar eru sjávarföll ekki bara „sjór sem dregur að tunglinu“. Það sem skiptir máli er munurinn á þyngdarkrafti tunglsins á mismunandi stöðum á jörðinni.
Sú hlið jarðar sem snýr að tunglinu upplifir sterkari þyngdarkraft en gagnstæða hliðin. Þessi munur kallast sjávarfallakraftur. Fyrir vikið myndast tvær sjávarfallabungur: önnur á þeirri hlið sem snýr að tunglinu, vegna sterkari þyngdarkrafts, og hin á gagnstæðri hlið, vegna veikari þyngdarkrafts. Innan ramma jarðar-tunglkerfisins er tilvist fjærhliðarbungunnar oft skýrð með blöndu af mismunandi þyngdaráhrifum og sameiginlegri brautarhreyfingu massamiðju jarðar-tunglkerfisins (þyngdarmiðju).
Með þessum tveimur bungum, þegar jörðin snýst, mun strandsvæði venjulega „fara“ yfir báðar bungurnar í einum snúningi, þannig að margir staðir upplifa tvö flóð og tvö fjöru á um það bil einum degi. Hins vegar, þar sem tunglið snýst einnig um jörðina, er sjávarfallahringurinn ekki nákvæmlega 24 klukkustundir; að meðaltali fylgir hann „tungldegi“ sem er um 24 klukkustundir og 50 mínútur. Þess vegna færist tími hæsta flóðs um 50 mínútum fram á dag.
Hlutverk sólarinnar: fullt tungl og fjórðungs tungl
Þótt tunglið sé aðaldrifkraftur sjávarfalla gegnir sólin einnig hlutverki. Þyngdarafl sólarinnar er miklu meira, en það er svo langt í burtu að sjávarfallakraftur hennar er minni en tunglsins (um það bil helmingi minni). Þegar jörðin, tunglið og sólin eru í beinni átt — við nýtt tungl (samhliða) eða fullt tungl (andstæður) — verka sjávarfallakraftar tunglsins og sólarinnar í sömu átt. Þetta leiðir til vorflóða (ekki tengd vorflóði, heldur „flóðbylgju“), sem er meiri en meðalfjöldi sjávarfalla (munurinn á vatnsborði milli flóðs og fjöru).
Aftur á móti, þegar tunglið er í fyrsta eða þriðja fjórðungsfasa sínum, myndar staðsetning þess um það bil 90 gráðu horn við línuna milli jarðar og sólar. Á þessum tímapunkti „fella“ sjávarfallakraftar tunglsins og sólarinnar hvor annan út og þrengja sjávarfallsbilið. Þetta er drangsflóð. Fyrir sjómenn, hafnarstjóra og þá sem skipuleggja strandstarfsemi er þetta vor-drangsmynstur mikilvægt því það ákvarðar hvenær sjávarfallastraumar eru tilhneigðir til að vera sterkari og öfgakenndir vatnsborð eru líklegri.
Hvers vegna er sjávarfallahæð mismunandi eftir stöðum?
Ef sjávarföll væru eingöngu háð þyngdarafli tunglsins, myndu allar strandlengjur jarðar upplifa svipuð mynstur. Í raun og veru er sjávarföll mjög mismunandi: sums staðar er sjávarföll aðeins tugir sentimetra, en á öðrum geta þau náð tugum metra, eins og í Fundy-flóa (Kanada). Þessi munur stafar af nokkrum meginþáttum:
1. Lögun hafsbotnsins og strandlengja
Þrenging lögun flóans getur „fókuserað“ vatnsmassann og aukið sjávarföll. Landslag sjávarbotnsins hefur einnig áhrif á hvernig flóðbylgjur breiðast út og endurkastast.
2. Ómun
Sérhvert vatnasvið hefur náttúrulegan sveiflutíma. Ef sjávarfallatímabilið nálgast náttúrulegan sveiflutíma vatnasviðsins getur sjávarfallavíddin aukist eins og sveifla sem ýtt er á réttum tíma.
3. Coriolis-áhrif og sjávarfallahreyfingar
Sjávarföll eru langar öldur sem verða fyrir áhrifum af Snúningur jarðarÞetta veldur snúningsstraumakerfi (amfídrómi) á sumum svæðum, þannig að á vissum stöðum eru nánast engin sjávarföll (sveifluvídd nálægt núlli) en á öðrum stöðum eru þau mikil.
4. Núningur og vatnsdýpt
Grunnsjávarsvæði eykur botnnúning, breytir fasa og minnkar eða stundum eykur sveifluvíddina í gegnum flókin víxlverkun við strandlínuformið.
Vegna þessara þátta verða tvöföld dagleg sjávarföll (hálfsjávarflóð) á sumum stöðum, einföld dagleg sjávarföll (dagsflóð) og mörg þeirra hafa blandað sjávarföll. Til dæmis hefur Indónesía fjölbreytt sjávarföll undir áhrifum frá ármótum hafa, sunda og eyjaklasa.
Langtíma víxlverkun: hægari snúningur jarðar og hörfun á braut tunglsins
Sjávarföll hreyfa ekki aðeins hafið upp og niður daglega; þau flytja einnig orku og skriðþunga milli jarðar og tunglsins. Sjávarföllin eru ekki alltaf nákvæmlega í takt við stefnu Jarðar og tungls því jörðin snýst hraðar en tunglið. Núningur í hafinu og víxlverkun við hafsbotninn veldur því að sjávarföllin eru örlítið á eftir eða á undan stefnu tunglsins, en á heimsvísu hefur sjávarföllin tilhneigingu til að vera örlítið á undan stefnu tunglsins. Þar af leiðandi myndar þyngdarkrafturinn milli tunglsins og sjávarföllanna togkraft.
Þessi togkraftur hefur tvær meginafleiðingar:
1. Snúningur jarðar er að hægja á sér
Snúningsorka jarðar minnkar smám saman vegna orkudreifingar sjávarfalla (aðallega sem varmi með núningi). Þar af leiðandi eykst lengd dagsins örlítið með tímanum á jarðfræðilegum skala.
2. Tunglið er að færast frá jörðinni
Hornmómentið sem tapast við snúning jarðar flyst yfir á braut tunglsins og eykur brautargeisla þess. Nútíma mælingar með leysigeislum sem Apollo-geimförin skildu eftir sýna að tunglið er að fjarlægjast jörðina um nokkra sentimetra á ári. Til lengri tíma litið þýðir þetta að í mjög fjarlægri framtíð munu sjávarföll breytast og lengd sólarhringsins á jörðinni mun halda áfram að lengjast.
Þetta ferli gefur einnig vísbendingar um fortíð jarðar. Út frá jarðfræðilegum skrám og ákveðnum steingervingum sem skrá daglegan eða mánaðarlegan takt (eins og lagskiptingu) geta vísindamenn áætlað að fyrir hundruðum milljóna ára hafi dagar jarðar verið styttri og tunglið nær, sem gerði sjávarföllum kleift að vera sterkari á sumum svæðum.
Áhrif sjávarfalla á líf og athafnir manna
Sjávarföll hafa áhrif á marga þætti strandlífsins. Í vistkerfum veitir sjávarfallabeltið – svæði sem er til skiptis undir vatni og berskjaldað fyrir lofti – einstakt búsvæði fyrir lífverur sem verða að þola breytingar á hitastigi, seltu og þurrki. Sjávarfallastraumar hjálpa einnig til við að flytja næringarefni, dreifa lirfum og hræra í sjónum og hafa þannig áhrif á framleiðni fiskveiða.
Hvað varðar mannlegt ástand ákvarða sjávarföll tímaáætlanir skipa sem sigla inn í grunn hafnir, hafa áhrif á öryggi við siglingar og hafa áhrif á skipulagningu varnargarða, bryggja og frárennsliskerfa í strandborgum. Í samhengi við loftslagsbreytingar og hækkun sjávarstöðu er skilningur á sjávarföllum sífellt mikilvægari vegna þess að sjávarflóð eiga sér oft stað þegar flóð falla saman við storma, öldur og hækkandi sjávarstöðu.
Þar að auki er sjávarfallaorka endurnýjanleg orkulind. Sjávarfallavirkjanir nýta mismunandi vatnsborð eða sjávarfallastrauma. Notkun þeirra krefst þó ítarlegrar rannsóknar til að forðast skaða á vistkerfum, flutningsleiðum lífvera eða setmyndun.
Lokun
Sjávarföllin milli jarðar og tunglsins eru skýrt dæmi um hvernig kraftar geimsins hafa áhrif á daglegt líf. Þyngdarafl tunglsins – með aðstoð sólarinnar – skapar flóðbylgjur sem ganga yfir hafið, móta strandlengjur og hafsbotn og skapa mismunandi mynstur á mismunandi svæðum. Til langs tíma litið virka sjávarföll sem orkuskipti, hægja smám saman á snúningi jarðar og ýta tunglinu frá sér. Þetta fyrirbæri tengir himininn og hafið og sýnir að jörðin er ekki aðskilið kerfi heldur hluti af þyngdardansi sem hefur verið í gangi í milljarða ára.
