Плимска интеракција на Земјата и Месечината
Плимите се еден од најлесно забележаните природни феномени во крајбрежните области: нивото на морето се крева неколку часа, потоа полека се намалува, а циклусот се повторува секојдневно. Зад овој навидум едноставен ритам лежи сложена гравитациска интеракција помеѓу Земјата и Месечината (како и придонесот на Сонцето) што ја обликува динамиката на океанот, влијаејќи врз крајбрежните екосистеми, бродската активност, па дури и дизајнот на крајбрежната инфраструктура. Разбирањето на плимната интеракција помеѓу Земјата и Месечината не е само прашање на научна љубопитност, туку и од безбедносни, економски и еколошки прашања.
Гравитациона сила и потеклото на плимата и осеката
Суштината на плимата и осеката е силата на гравитацијата. Месечината има многу помала маса од Земјата, но нејзината релативно блиска близина го прави нејзиното гравитационо влијание врз Земјата значајно. Гравитацијата на Месечината ја привлекува Земјата, а особено водната маса на океаните. Сепак, плимата и осеката не се само „морска вода што се влече кон Месечината“. Она што е важно е разликата во гравитационото привлекување на Месечината на различни точки на Земјата.
Страната на Земјата свртена кон Месечината доживува посилна гравитациска привлечност од спротивната страна. Оваа разлика се нарекува плимна сила. Како резултат на тоа, се формираат две плимни испакнатини: едната на страната свртена кон Месечината, поради посилната гравитациска привлечност, а другата на спротивната страна, поради послабата гравитациска привлечност. Во рамките на системот Земја-Месечина, присуството на испакнатината од другата страна често се објаснува со комбинација од диференцијални гравитациски ефекти и заедничкото орбитално движење на центарот на масата (барицентар) на системот Земја-Месечина.
Со овие две испакнатини, додека Земјата ротира, крајбрежната област обично ќе „помине“ преку обете испакнатини во една ротација, па затоа многу места доживуваат две плими и две осеки за околу еден ден. Меѓутоа, бидејќи Месечината исто така се движи околу Земјата, циклусот на плима не е точно 24 часа; во просек, тој следи по „лунарен ден“ од околу 24 часа и 50 минути. Затоа времето на највисока плима се поместува околу 50 минути подоцна секој ден.
Улогата на Сонцето: полна месечина и четвртина месечина
Иако Месечината е примарен двигател на плимата и осеката, Сонцето исто така игра улога. Гравитацијата на Сонцето е многу поголема, но е толку далеку што неговата плимна сила е помала од онаа на Месечината (околу половина од тоа). Кога Земјата, Месечината и Сонцето се порамнети - при млада Месечина (спој) или полна Месечина (опозиција) - плимните сили на Месечината и Сонцето дејствуваат во иста насока. Ова резултира со пролетни плими (не се поврзани со пролетта, туку со „наплив“), кои се поголем од просечниот опсег на плима и осека (разликата во нивото на водата помеѓу високата и ниската плима).
Обратно, кога Месечината е во својата прва или трета четвртина фаза, нејзината позиција формира агол од приближно 90 степени во однос на линијата Земја-Сонце. Во овој момент, плимните сили на Месечината и Сонцето се „поништуваат“ меѓусебно, стеснувајќи го опсегот на плимата и осеката. Ова е плима и осека. За рибарите, операторите на пристаништата и планерите на крајбрежните активности, овој модел на пролетно-плимно движење е важен бидејќи одредува кога плимните струи имаат тенденција да бидат посилни и кога екстремните нивоа на водата се поверојатни.
Зошто висините на плимата и осеката се разликуваат од место до место?
Доколку плимата и осеката зависеа исклучиво од гравитацијата на Месечината, сите крајбрежни линии на Земјата би доживеале слични шеми. Всушност, висините на плимата и осеката варираат многу: на некои места се јавуваат плими од само десетици сантиметри, додека на други може да достигнат десетици метри, како на пример во Заливот Фанди (Канада). Оваа разлика е предизвикана од неколку главни фактори:
1. Облик на океанскиот басен и крајбрежје
Стеснувањето на обликот на заливот може да ја „фокусира“ водната маса, зголемувајќи ја плимата. Топографијата на морското дно, исто така, влијае на тоа како се шират и одбиваат плимните бранови.
2. Резонанца
Секој воден слив има природен период на осцилација. Ако периодот на плимата и осеката се приближи до природниот период на сливот, амплитудата на плимата и осеката може да се зголеми како замав притиснат во вистинско време.
3. Кориолисов ефект и плимна динамика
Океанските плими и осеки се долги бранови под влијание на ротацијата на Земјата. Ова предизвикува ротирачки (амфидромски) струен систем во некои области, што резултира со практично отсуство на плими и осеки во некои точки (амплитуди близу нула), додека во други тие се доста големи.
4. Триење и длабочина на водата
Плитките води го зголемуваат триењето на дното, менувајќи ја фазата и намалувајќи ја или понекогаш зголемувајќи ја амплитудата преку сложени интеракции со формата на брегот.
Поради овие фактори, некои локации доживуваат двојни дневни (полудневни) плими, други еднодневни (дневни), а многу имаат мешани плими. Индонезија, на пример, има различни типови на плими под влијание на сливот на океаните, теснеците и архипелашката топографија.
Долгорочни интеракции: забавување на ротацијата на Земјата и повлекување на орбитата на Месечината
Плимните интеракции не само што ја движат океанската вода нагоре и надолу секојдневно; тие исто така пренесуваат енергија и аголен момент помеѓу Земјата и Месечината. Плимната испакнатина не секогаш се совпаѓа точно со усогласувањето помеѓу Земјата и Месечината, бидејќи Земјата ротира побрзо отколку што орбитира Месечината. Триењето во океанот и интеракциите со морското дно предизвикуваат плимната испакнатина малку да заостанува или да води во зависност од локалната динамика, но глобално, испакнатината има тенденција да биде малку пред усогласувањето на Месечината. Како резултат на тоа, гравитационата сила помеѓу Месечината и плимната испакнатина создава вртежен момент.
Овој вртежен момент има две главни последици:
1. Ротацијата на Земјата се забавува
Ротационата енергија на Земјата постепено се намалува поради дисипација на плимната енергија (главно како топлина преку триење). Како резултат на тоа, должината на денот се зголемува многу малку со текот на времето на геолошка скала.
2. Месечината се оддалечува од Земјата
Аголниот моментум изгубен од ротацијата на Земјата се пренесува на орбитата на Месечината, зголемувајќи го орбиталниот радиус на Месечината. Современите мерења со употреба на ласерски рефлектори оставени од мисиите Аполо покажуваат дека Месечината се оддалечува од Земјата за неколку сантиметри годишно. На долг рок, ова значи дека во многу далечна иднина, стапките на плимата и осеката ќе се променат и должината на денот на Земјата ќе продолжи да се зголемува.
Овој процес, исто така, дава индиции за минатото на Земјата. Од геолошките записи и одредени фосили што ги евидентираат дневните или месечните ритми (како што е растот на ламинацијата), научниците можат да проценат дека пред стотици милиони години, деновите на Земјата биле пократки, а Месечината била поблиску, што овозможило плимните обрасци да бидат посилни во некои региони.
Влијанието на плимата и осеката врз животот и активностите на човекот
Плимите влијаат на многу аспекти од крајбрежниот живот. Во екосистемите, меѓуплимната зона - област наизменично потопена и изложена на воздух - обезбедува единствено живеалиште за организми кои мора да издржат промени во температурата, соленоста и сушата. Плимските струи, исто така, помагаат во транспортот на хранливи материи, дистрибуцијата на ларвите и мешањето на водите, со што влијаат на продуктивноста на рибарството.
Од човечка страна, плимата и осеката ги одредуваат распоредите на бродовите што влегуваат во плитки пристаништа, влијаат на безбедноста на премините и влијаат врз планирањето на насипите, пристаништата и дренажните системи во крајбрежните градови. Во контекст на климатските промени и зголемувањето на нивото на морето, разбирањето на плимата и осеката е сè поважно бидејќи поплавите предизвикани од плима и осека често се јавуваат кога високите плими се совпаѓаат со бури, бранови и зголемување на нивото на морето.
Понатаму, плимната енергија е обновлив извор на енергија. Плимните електрани ги користат разликите во нивоата на водата или плимните струи. Сепак, нивната примена бара длабинско проучување за да се избегне оштетување на екосистемите, миграциските патишта на организмите или динамиката на седиментите.
Затворање
Плимната интеракција помеѓу Земјата и Месечината е живописен пример за тоа како космичките сили влијаат врз секојдневниот живот. Гравитационото привлекување на Месечината - потпомогнато од Сонцето - создава плимни бранови кои се брануваат низ океанот, обликувајќи го обликот на крајбрежјата и морското дно и создавајќи различни обрасци во различни региони. На долг рок, плимата и осеката дејствуваат како механизам за размена на енергија, постепено забавувајќи ја ротацијата на Земјата и туркајќи ја Месечината подалеку. Овој феномен ги поврзува небото и морето, покажувајќи дека Земјата не е посебен систем, туку дел од гравитациски танц кој трае милијарди години.
