Плимна интеракција Земље и Месеца
Плима и осека су једна од најлакше уочљивих природних појава у приобалним подручјима: ниво мора расте неколико сати, затим полако опада, а циклус се понавља свакодневно. Иза овог наизглед једноставног ритма крије се сложена гравитациона интеракција између Земље и Месеца (као и допринос Сунца) која обликује динамику океана, утичући на приобалне екосистеме, активности бродарства, па чак и дизајн приобалне инфраструктуре. Разумевање плимне интеракције између Земље и Месеца није само питање научне радозналости већ и безбедности, економије и еколошких проблема.
Гравитациона сила и порекло плиме и осеке
Суштина плиме и осеке је сила гравитације. Месец има много мању масу од Земље, али његова релативно близина чини његов гравитациони утицај на Земљу значајним. Месечева гравитација привлачи Земљу, а посебно водену масу океана. Међутим, плиме и осеке нису само „морска вода која се вуче ка Месецу“. Оно што је важно јесте разлика у Месечевој гравитационој сили на различитим тачкама Земље.
Страна Земље окренута ка Месецу доживљава јаче гравитационо привлачење него супротна страна. Ова разлика се назива плимска сила. Као резултат тога, формирају се два плимска испупчења: једно на страни окренутој ка Месецу, због јачег гравитационог привлачења, а друго на супротној страни, због слабијег гравитационог привлачења. У оквиру система Земља-Месец, присуство испупчења на даљој страни се често објашњава комбинацијом диференцијалних гравитационих ефеката и заједничког орбиталног кретања центра масе (барицентра) система Земља-Месец.
Са ова два испупчења, како се Земља ротира, приобално подручје ће обично „прећи“ преко оба испупчења у једној ротацији, тако да многа места доживљавају две плиме и две осеке за отприлике један дан. Међутим, пошто се и Месец креће око Земље, циклус плиме и осеке није тачно 24 сата; у просеку, он следи „лунарни дан“ од око 24 сата и 50 минута. Због тога се време највише плиме помера за око 50 минута касније сваког дана.
Улога Сунца: пун месец и четврт месеца
Иако је Месец главни покретач плиме и осеке, Сунце такође игра улогу. Сунчева гравитација је много већа, али је толико далеко да је његова плимска сила мања од Месечеве (око упола мање). Када су Земља, Месец и Сунце поравнати - за време младог Месеца (коњункција) или пуног Месеца (опозиција) - плимске силе Месеца и Сунца делују у истом смеру. То резултира пролећним плимама (које нису повезане са пролећем, већ „таласима“), које представљају већи од просечног распона плиме и осеке (разлика у нивоу воде између високе и ниске плиме).
Насупрот томе, када је Месец у својој првој или трећој четвртини фазе, његов положај формира угао од отприлике 90 степени у односу на линију Земља-Сунце. У овом тренутку, плимне силе Месеца и Сунца се међусобно „поништавају“, сужавајући распон плиме и осеке. Ово је пролећна плима. За рибаре, оператере лука и планере приобалних активности, овај образац пролећне плимне осеке је важан јер одређује када су плимне струје обично јаче и када су екстремни нивои воде вероватнији.
Зашто се висина плиме разликује од места до места?
Када би плиме и осеке искључиво зависиле од Месечеве гравитације, све Земљине обале би имале сличне обрасце. У стварности, висине плиме и осеке се значајно разликују: нека места имају плиму од само неколико десетина центиметара, док друга могу достићи десетине метара, као што је у заливу Фанди (Канада). Ова разлика је узрокована неколико главних фактора:
1. Облик океанског басена и обала
Сужавање облика залива може да „фокусира“ водену масу, повећавајући плиму. Топографија морског дна такође утиче на то како се плимски таласи шире и рефлектују.
2. Резонанција
Сваки водени базен има природни период осцилације. Ако се период плиме и осеке приближи природном периоду базена, амплитуда плиме и осеке може се повећати попут љуљашке погуране у право време.
3. Кориолисов ефекат и динамика плиме и осеке
Океанске плиме су таласи слични дугим таласима на које утиче ротација Земље. То узрокује ротирајући (амхидромски) систем струја у неким областима, што резултира практично непостојањем плиме у неким тачкама (амплитуде близу нуле), док су у другима прилично велике.
4. Трење и дубина воде
Плитке воде повећавају трење о дну, мењајући фазу и смањујући или понекад повећавајући амплитуду кроз сложене интеракције са обликом обале.
Због ових фактора, неке локације имају двоструке дневне (полудневни) осеке, друге једнодневне (дневни), а многе имају мешовите осеке. Индонезија, на пример, има различите типове осеке на које утичу сусрет океана, мореуза и архипелашке топографије.
Дугорочне интеракције: успоравање Земљине ротације и удаљавање Месечеве орбите
Плимне интеракције не само да померају океанску воду горе-доле свакодневно; оне такође преносе енергију и угаони момент између Земље и Месеца. Плимна избочина се не поклапа увек тачно са поравнањем Земље и Месеца јер се Земља ротира брже него што Месец кружи. Трење у океану и интеракције са морским дном узрокују да плимна избочина мало заостаје или испредаје у зависности од локалне динамике, али глобално, избочина има тенденцију да буде мало испред Месечевог поравнања. Као резултат тога, гравитациона сила између Месеца и плимне избочине производи обртни момент.
Овај обртни момент има две главне последице:
1. Земљина ротација се успорава
Земљина ротациона енергија постепено опада због расипања енергије плиме и осеке (углавном као топлота услед трења). Као резултат тога, дужина дана се временом врло мало повећава на геолошком нивоу.
2. Месец се удаљава од Земље
Угаони момент изгубљен услед ротације Земље преноси се на Месечеву орбиту, повећавајући Месечев орбитални радијус. Модерна мерења помоћу ласерских рефлектора које су оставиле мисије Аполо показују да се Месец удаљава од Земље за неколико центиметара годишње. Дугорочно гледано, то значи да ће се у веома далекој будућности брзине плиме и осеке променити, а дужина Земљиног дана ће наставити да се повећава.
Овај процес такође пружа трагове о прошлости Земље. На основу геолошког записа и одређених фосила који бележе дневне или месечне ритмове (као што је раст слојевитости), научници могу проценити да су пре стотина милиона година Земљини дани били краћи, а Месец ближи, што је омогућавало да обрасци плиме и осеке буду јачи у неким регионима.
Утицај плиме и осеке на људски живот и активности
Плима и осека утичу на многе аспекте живота на обали. У екосистемима, међуплимна зона – подручје које је наизменично потопљено и изложено ваздуху – пружа јединствено станиште за организме који морају да издрже промене температуре, салинитета и суше. Плимне струје такође помажу у транспорту хранљивих материја, дистрибуцији ларви и узбуркавању воде, чиме утичу на продуктивност рибарства.
Са људске стране, плиме и осеке одређују распоред бродова који улазе у плитке луке, утичу на безбедност прелаза и информишу планирање насипа, пристаништа и система за одводњавање у приобалним градовима. У контексту климатских промена и пораста нивоа мора, разумевање плиме и осеке је све важније јер се поплаве услед плиме и осеке често јављају када се високе плиме поклапају са олујама, таласима и порастом нивоа мора.
Штавише, енергија плиме и осеке је обновљиви извор енергије. Плимне електране користе разлике у нивоима воде или плимним струјама. Међутим, њихова примена захтева детаљно проучавање како би се избегло оштећење екосистема, путева миграције организама или динамике седимента.
Пенутуп
Плимна интеракција између Земље и Месеца је живописан пример како космичке силе утичу на свакодневни живот. Месечева гравитациона сила – уз помоћ Сунца – ствара плимске таласе који се шире преко океана, обликујући облик обала и морског дна и стварајући различите обрасце у различитим регионима. На дужи рок, плиме делују као механизам за размену енергије, постепено успоравајући ротацију Земље и гурајући Месец. Овај феномен повезује небо и море, показујући да Земља није засебан систем, већ део гравитационог плеса који траје милијардама година.
