POWRÓT

 SIŁY  PŁYWOTWÓRCZE

Zjawisko pływów pozostawało zagadką przez tysiąclecia. Przyczyn ich występowania nie zdołali ustalić ani Arabowie, ani Chińczycy. Dla starożytnych żeglarzy z basenu Morza Śródziemnego nie miały one znaczenia, gdyż były niewielkie. Wzmianki o pływach można znaleźć u Herodota z Halikarnasu i Pytheasa Massalioty. Grecy pierwsi zauważyli związek między pływam i zmianami położenia Księżyca byli to Arystoteles i Pliniusz Starszy. Rzymianie, którzy zaczęli osiedlać się na Wyspach Brytyjskich, spotkali się z wyjątkowo wysokimi pływami. Posiedli umiejętność ich przewidywania. Jednak nie potrafili wyjaśnić ich natury. Dopiero pod koniec XVII w. Izaac Newton, definiując prawo powszechnego ciążenia, wyjaśnił istotę pływów. Z niego wynika, iż każde ciało we wszechświecie ulega wzajemnemu przyciąganiu, a siła ta jest wprost proporcjonalna do iloczynu obu mas, natomiast odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między nimi. Energia, która decyduje o pływach, ma charakter grawitacyjny. Dla ciał kulistych można przyjąć, iż cała masa mieści się w środkach ciężkości, a odległość między masami stanowi promień między środkami ciężkości analizowanych ciał. Siła wywołująca pływy jest odwrotnie proporcjonalna do sześcianu odległości dzielącej środek Ziemi i środek ciała, która wzbudza pływy. Księżyc obiega Ziemię w ciągu 24 h i 50 min. W tym okresie powierzchnia wód oceanicznych dwa razy się podnosi i opada.

Mechanizm wzbudzania pływów jest tylko pozornie prosty, w praktyce zależy od wielu czynników. Obecnie nie ma takiego teoretycznego modelu, który oddałby naturę tego Zjawiska. Złożoność pływów warunkują przede wszystkim dwa czynniki - astronomiczny i lokalny. Wielkość sił przyciągania Księżyca i Słońca zmienia się w zależności od współrzędnych geograficznych oraz miejsca obserwacji. Wpływa na nią: obrót Ziemi wokół własnej osi (15,041°/ h), ruch orbitalny Księżyca wokół Ziemi (0,549°/ h) i obieg systemu Ziemia-Księżyc wokół Słońca (0,041°/ h). Każda cząsteczka wody Wszechoceanu poddana jest z jednej strony przyciąganiu Księżyca i Słońca, a z drugiej siłom odśrodkowym, tworzącym się wskutek obrotu układów Ziemia-Księżyc i Ziemia-Słońce dookoła wspólnych środków ciężkości. Ich wypadkowa to siła, która wywołuje pływy. Z relacji wielkości mas i odległości między Ziemią, Księżycem i Słońcem wynika, że siła pływotwórcza Słońca stanowi jedynie 46% siły pływotwórczej Księżyca. Środek ciężkości układu Ziemia-Księżyc leży w odległości 0,73 promienia Ziemi od jej środka. Wynika z tego, że masa Ziemi jest ponad 80 razy większa od masy Księżyca, a odległość między nimi jest równa około 60 promieniom Ziemi. W układzie Ziemia-Słońce środek ciężkości leży bliżej Słońca, gdyż jego masa przewyższa masę Ziemi ponad 330 000 razy. W trakcie obrotu systemu Ziemia-Księżyc wokół wspólnego środka ciężkości w każdym miejscu na Ziemi wytwarza się siła odśrodkowa współmierna do wielkości i kierunku siły, która działa na jej środek. Kierunek określa prosta łącząca środek Ziemi i Księżyca, zwrócona do Księżyca. Siła odśrodkowa w jądrze jest równoważna sile przyciągania, lecz ma zwrot przeciwny. Zapewnia to stałość równowagi systemu Ziemia-Księżyc. Wypadkowa przyciągania Księżyca oraz siły odśrodkowej, która jest efektem ru­chu obrotowego systemu Ziemia-Księżyc, objawia się jako energia generująca pływ. W poszczególnych miejscach na Ziemi w danym momencie posiada ona jednak różną wielkość i kierunek, Maksymalna jej wartość występuje w punkcie zenitu i nadiru. Kierunek siły jest tam prostopadły, a wraz z oddalaniem od nich wzrasta jej horyzontalna składowa, która powoduje przepływ wody do punktu subpolarnego i leżącego po drugiej stronie Ziemi. Z tego powodu następuje maksymalne wybrzuszenie wodnej powłoki. Na oddziaływanie Księżyca nakłada się wpływ Słońca. W związku z fazami Księżyca, zmianami deklinacji Księżyca i Słońca, a także z okresowymi fluktuacjami odległości między Ziemia a tymi ciałami niebieskimi mają miejsce odchylenia pływów od ich średnich wielkości. Nazywane są one nierównościami pływów, a najważniejsze z nich to nierówności fazowe - półmiesięczne, zwrotnikowe i paralaktyczne. Największa jest nierówność fazowa - Słońce w swoim pozornym ruchu obraca się wokół Ziemi w ciągu 24 h. W następstwie tego bezustannie zmienia się położenie Ziemi, Księżyca i Słońca. W dniach, w których występuje pełnia i nów (syzygium), zachodzi jednoczesna kulminacja Księżyca i Słońca. Kształtują się wtedy wysokie pływy syzygijne - księżycowo-słoneczne. Największy przypływ występuje z pewnym opóźnieniem w stosunku do nowiu lub pełni. Okres ten nosi nazwę interwału księżycowego. Podczas kwadr, gdy Księżyc i Słońce tworzą kąt prosty, którego wierzchołkiem jest Ziemia, powstaje wysoka woda pływu księżycowego przy równocześnie niskiej wodzie pływu słonecznego; słoneczny powoduje zmniejszenie wyso­kiej wody księżycowego, a ten nie dopuszcza do znacznego obniże­nia się poziomu wody niskiej. W tego typu układzie grzbiet fali leży niższej, a dolina wyższej. Taki przypływ, zwany kwadraturowym, jest najniższy. Przy różnych fazach Księżyca interwał księżycowy ma różną długość. Okres owej nierówności trwa 14,77 dób, gdyż miesiąc synodyczny wynosi 29,54 doby. Nierówność między pływami kwadraturowymi i syzygijnymi nazywa się półmiesięczną i choć charakterystyczna jest dla wszystkich typów pływów, to ewidentnie zaznacza się w półdobowych. Między syzygią i kwadraturą zachodzą pływy pośrednie. Gdy wysokość fali wywołanej działaniem Księżyca przyjmu­je się jako 1,00. to w okresie nowiu i pełni będzie ona miała wartość 1,46, podczas przypływów kwadraturowych tylko 0,54, a w okresach pośrednich - między pełnią i nowiem Księżyca - zawrze się w przedziale 1,46-0,54. Zwrotnikowa nierówność pływów wiąże się z dekli­nacją Księżyca i Słońca. Księżyc obiega Ziemię pod kątem 5° do ekliptyki. Dzięki temu deklinacja zawiera się między +28,5° i -28,5°. Fala przypływu o największej wysokości obiega Ziemię po obu stronach. Ma ona łączny zasięg blisko 60°. Także strefa stałego odpływu przemieszcza się zależnie od pozycji Księżyca w odniesieniu do Ziemi, wychodząc nawet poza zasięg kół podbiegunowych. Przy małych deklinacjach Księżyca w pływach półdobowych nie zachodzą nierówności wysokości i czasu wystąpienia niskich i wysokich wód. Nieregularne pływy dobowe mają natomiast naturę zmiennych pływów półdobowych. W wypadku znacznych deklinacji Księżyca w półdobowych pływach zaznaczają się dysproporcje dobowe tak pod względem czasu podniesienia i obniżenia poziomu wód, jak również samej wielkości przypływu. Przy nieregularnych pływach dobowych tworzy się okres wahań dobowych z większą wielkością niż przy małej deklinacji, gdy Księżyc zbliża się i przechodzi przez równik. Pełny ruch precesyjny Księżyca wokół Ziemi zachodzi w ciągu 18,6 lat. Oddziaływanie zmian deklinacji Słońca jest podobne, lecz nieporównywalnie mniejsze od wpływu zmienności deklinacji bliżej leżącego Księżyca. Paralaktyczna nierówność pływów to następstwo zmiennej odległości Księżyca i Słońca od Ziemi. Odległość Ziemi od Słońca w peryhelium wynosi 148,5 min km, a w aphelium 152,2 min km. Księżyc przemieszcza się od perygeum wynoszącym 375200 km do apogeum, które równa się 405 800 km. Ziemia znajduje się w peryhelium co 365,26 dób Średnich, a Księżyc powraca do perygeum co 27,55 doby średniej i jest to miesiąc anomalny. Dzięki zmianom odległości pływy syzygijne na półkuli północnej mają większą wysokość zima niż latem. Ich wahania zmniejszają się w apogeum, a zwiększają w perygeum, podobnie mniejsze będą w aphelium, a relatywnie większe w peryhelium. Skok pływu księżycowego w perygeum przewyższa o blisko 40% skok pływu, gdy Księżyc jest w apogeum. Skok pływu słonecznego w analogicznej sytuacji zmienia się już tylko o 10%.