Marea
Mareas son las subidas y bajadas del nivel del mar provocadas por los efectos combinados de las fuerzas gravitatorias que ejerce la Luna (y en mucha menor medida, el Sol) y también son provocadas por la Tierra y la Luna orbitando entre sí.
Las tablas de mareas se pueden usar para cualquier ubicación determinada para encontrar los tiempos y la amplitud pronosticados (o "rango de marea"). Las predicciones están influenciadas por muchos factores que incluyen la alineación del Sol y la Luna, la fase y la amplitud de la marea (patrón de las mareas en las profundidades del océano), los sistemas anfidrómicos de los océanos y la forma de la costa y cerca de la costa. batimetría (ver Cronometraje). Sin embargo, son solo predicciones, el tiempo real y la altura de la marea se ven afectados por el viento y la presión atmosférica. Muchas costas experimentan mareas semidiurnas, dos mareas altas y bajas casi iguales cada día. Otros lugares tienen una marea diurna: una marea alta y baja cada día. Una 'marea mixta', dos mareas de magnitud desigual al día, es una tercera categoría regular.
Las mareas varían en escalas de tiempo que van desde horas hasta años debido a una serie de factores que determinan el intervalo lunitidal. Para realizar registros precisos, los mareógrafos en estaciones fijas miden el nivel del agua a lo largo del tiempo. Los medidores ignoran las variaciones provocadas por las olas con periodos inferiores a minutos. Estos datos se comparan con el nivel de referencia (o nivel de referencia), generalmente llamado nivel medio del mar.
Si bien las mareas suelen ser la principal fuente de fluctuaciones a corto plazo del nivel del mar, los niveles del mar también están sujetos a cambios debido a la expansión térmica, el viento y los cambios en la presión barométrica, lo que genera marejadas ciclónicas, especialmente en mares poco profundos y cerca de las costas.
Los fenómenos de marea no se limitan a los océanos, sino que pueden ocurrir en otros sistemas siempre que esté presente un campo gravitacional que varía en el tiempo y el espacio. Por ejemplo, la forma de la parte sólida de la Tierra se ve ligeramente afectada por la marea terrestre, aunque esto no se ve tan fácilmente como los movimientos de las mareas del agua.
Características
Los cambios de marea se realizan a través de dos etapas principales:
- El agua deja de caer, alcanzando un mínimo local llamado marea baja.
- El agua deja de subir, alcanzando un máximo local llamado marea alta.
En algunas regiones, hay dos etapas adicionales posibles:
- El nivel del mar aumenta durante varias horas, cubriendo la zona intermareal; marea alta.
- El nivel del mar cae durante varias horas, revelando la zona intermareal; marea.
Las corrientes oscilantes producidas por las mareas se conocen como corrientes de marea o corrientes de marea. El momento en que cesa la corriente de la marea se denomina agua floja o marea floja. Luego, la marea cambia de dirección y se dice que está cambiando. La marea baja generalmente ocurre cerca de la pleamar y la bajamar, pero hay lugares donde los momentos de marea baja difieren significativamente de los de marea alta y baja.
Las mareas suelen ser semidiurnas (dos mareas altas y dos mareas bajas cada día) o diurnas (un ciclo de mareas por día). Las dos pleamares en un día determinado normalmente no tienen la misma altura (la desigualdad diaria); estos son el agua alta superior y el agua alta baja en las tablas de mareas. De manera similar, las dos aguas bajas cada día son la bajamar superior y la bajamar inferior. La desigualdad diaria no es consistente y generalmente es pequeña cuando la Luna está sobre el Ecuador.
Niveles de referencia
Se pueden definir los siguientes niveles de marea de referencia, desde el nivel más alto hasta el más bajo:
- marea astronómica más alta (HAT) – La marea más alta que se puede predecir que ocurre. Tenga en cuenta que las condiciones meteorológicas pueden añadir altura adicional al HAT.
- Aguas altas medias (MHWS) – El promedio de las dos mareas altas en los días de las mareas de primavera.
- Agua alta media neaps (MHWN) – El promedio de las dos mareas altas en los días de mareas neap.
- Nivel del mar (MSL) – Este es el nivel medio del mar. El MSL es constante para cualquier ubicación durante un largo período.
- Significa agua baja neaps (MLWN) – El promedio de las dos mareas bajas en los días de mareas neap.
- Aguas bajas medias (MLWS) – El promedio de las dos mareas bajas en los días de las mareas de primavera.
- marea astronómica más baja (LAT) – La marea más baja que se puede predecir que ocurre.
Constituyentes de las mareas
Los componentes de las mareas son el resultado neto de múltiples influencias que afectan los cambios de las mareas durante ciertos períodos de tiempo. Los constituyentes primarios incluyen la rotación de la Tierra, la posición de la Luna y el Sol en relación con la Tierra, la altitud (elevación) de la Luna sobre el ecuador de la Tierra y la batimetría. Las variaciones con periodos inferiores a medio día se denominan componentes armónicos. Por el contrario, los ciclos de días, meses o años se denominan constituyentes de período largo.
Las fuerzas de marea afectan a toda la tierra, pero el movimiento de la Tierra sólida ocurre por meros centímetros. Por el contrario, la atmósfera es mucho más fluida y comprimible, por lo que su superficie se mueve por kilómetros, en el sentido del nivel de contorno de una baja presión particular en la atmósfera exterior.
Constituyente semidiurno lunar principal
En la mayoría de los lugares, el componente más grande es el semidiurno lunar principal, también conocido como componente de marea M2 o M2</ componente submareal. Su período es de unas 12 horas y 25,2 minutos, exactamente la mitad de un día lunar mareal, que es el tiempo medio que separa un cenit lunar del siguiente, y por lo tanto es el tiempo necesario para que la Tierra gire una vez relativa a la Luna. Los relojes de marea simples rastrean este constituyente. El día lunar es más largo que el día terrestre porque la Luna orbita en la misma dirección en que gira la Tierra. Esto es análogo a la manecilla de los minutos en un reloj que cruza la manecilla de la hora a las 12:00 y luego nuevamente alrededor de la 1:05½ (no a la 1:00).
La Luna orbita la Tierra en la misma dirección en que la Tierra gira sobre su eje, por lo que la Luna tarda un poco más de un día (alrededor de 24 horas y 50 minutos) en volver a la misma ubicación en el cielo. Durante este tiempo, ha pasado una vez por encima (culminación) y una vez por debajo de los pies (en un ángulo horario de 00:00 y 12:00 respectivamente), por lo que en muchos lugares el período de mayor fuerza de marea es el mencionado anteriormente, alrededor de 12 horas. y 25 minutos. El momento de la marea más alta no es necesariamente cuando la Luna está más cerca del cenit o del nadir, pero el período de forzamiento aún determina el tiempo entre las mareas altas.
Debido a que el campo gravitacional creado por la Luna se debilita con la distancia a la Luna, ejerce una fuerza ligeramente superior a la media en el lado de la Tierra que mira hacia la Luna y una fuerza ligeramente inferior en el lado opuesto. La Luna tiende así a "estirarse" la Tierra ligeramente a lo largo de la línea que conecta los dos cuerpos. La Tierra sólida se deforma un poco, pero el agua del océano, al ser fluida, es libre de moverse mucho más en respuesta a la fuerza de la marea, particularmente horizontalmente (ver marea de equilibrio).
A medida que la Tierra gira, la magnitud y la dirección de la fuerza de marea en cualquier punto particular de la superficie terrestre cambian constantemente; aunque el océano nunca alcanza el equilibrio—nunca hay tiempo para que el fluido "se ponga al día" al estado que eventualmente alcanzaría si la fuerza de la marea fuera constante; sin embargo, la fuerza de la marea cambiante provoca cambios rítmicos en la altura de la superficie del mar.
Cuando hay dos mareas altas cada día con alturas diferentes (y dos mareas bajas también de alturas diferentes), el patrón se denomina marea semidiurna mixta.
Variación de rango: muelles y muescas
La amplitud semidiurna (la diferencia de altura entre altura y aguas bajas durante aproximadamente medio día) varía en un ciclo de dos semanas. Aproximadamente dos veces al mes, alrededor de la luna nueva y la luna llena cuando el Sol, la Luna y la Tierra forman una línea (una configuración conocida como syzygy), la fuerza de marea debida al Sol refuerza la debida a la Luna. El rango de la marea está entonces en su máximo; esto se llama la marea viva. No lleva el nombre de la estación, sino que, como esa palabra, deriva del significado "saltar, brotar, levantarse", como en un manantial natural. Las mareas vivas a veces se denominan mareas sizigias.
Cuando la Luna está en cuarto creciente o cuarto menguante, el Sol y la Luna están separados 90° cuando se ven desde la Tierra, y la marea solar fuerza cancela parcialmente la fuerza de marea de la Luna. En estos puntos del ciclo lunar, la amplitud de la marea es mínima; esto se llama marea muerta, o muertos. "Neop" es una palabra anglosajona que significa "sin poder", como en forðganges nip (adelante sin poder). Las mareas muertas a veces se denominan mareas en cuadratura.
Las mareas vivas dan como resultado mareas altas que son más altas que el promedio, aguas bajas que son más bajas que el promedio, "aguas flojas" tiempo más corto que el promedio y corrientes de marea más fuertes que el promedio. Los neaps resultan en condiciones de marea menos extremas. Hay aproximadamente un intervalo de siete días entre las primaveras y las siestas.
marea de primavera: Sol y Luna en el mismo lado (0°)
La marea neap: Sol y Luna a 90°
marea de primavera: Sol y Luna a los lados opuestos (180°)
La marea neap: Sol y Luna a 270°
marea de primavera: Sol y Luna al mismo lado (restaurantes de ciclo)
Distancia lunar
La distancia cambiante que separa la Luna y la Tierra también afecta la altura de las mareas. Cuando la Luna está más cerca, en el perigeo, el rango aumenta, y cuando está en el apogeo, el rango se reduce. Seis u ocho veces al año, el perigeo coincide con la luna nueva o la luna llena, lo que provoca mareas vivas perigeas con la mayor rango de marea. La diferencia entre la altura de una marea en la marea de primavera del perigeo y la marea de primavera cuando la luna está en el apogeo depende de la ubicación, pero puede ser tan grande como un pie más alta.
Otros constituyentes
Estos incluyen los efectos de la gravedad solar, la oblicuidad (inclinación) del ecuador de la Tierra y el eje de rotación, la inclinación del plano de la órbita lunar y la forma elíptica de la órbita de la Tierra del Sol..
Una marea compuesta (o sobremarea) resulta de la interacción en aguas poco profundas de sus dos olas principales.
Fase y amplitud
Debido a que el componente de marea M2 domina en la mayoría de los lugares, la etapa o fase de una marea, denotada por el tiempo en horas después marea alta, es un concepto útil. El nivel de marea también se mide en grados, con 360° por ciclo de marea. Las líneas de fase de marea constante se denominan líneas comareales, que son análogas a las líneas de contorno de altitud constante en los mapas topográficos, y cuando se trazan forman un mapa comareal o gráfico comareal . La marea alta se alcanza simultáneamente a lo largo de las líneas comareales que se extienden desde la costa hacia el océano, y las líneas comareales (y, por lo tanto, las fases de las mareas) avanzan a lo largo de la costa. Los componentes semidiurnos y de fase larga se miden a partir de la pleamar, los diurnos a partir de la marea máxima de inundación. Esto y la discusión que sigue es precisamente cierto solo para un solo constituyente de marea.
Para un océano con la forma de una cuenca circular rodeada por una línea de costa, las líneas comareales apuntan radialmente hacia adentro y finalmente deben encontrarse en un punto común, el punto anfidrómico. El punto anfidrómico es a la vez comareal con aguas altas y bajas, lo que se satisface con un movimiento de marea cero. (La rara excepción ocurre cuando la marea rodea una isla, como lo hace alrededor de Nueva Zelanda, Islandia y Madagascar). El movimiento de la marea generalmente disminuye al alejarse de las costas continentales, de modo que cruzando las líneas comareales hay contornos de amplitud (la mitad de la distancia entre la pleamar y la bajamar) que disminuyen a cero en el punto anfidrómico. Para una marea semidiurna, el punto anfidrómico se puede considerar más o menos como el centro de la esfera de un reloj, con la manecilla de la hora apuntando en la dirección de la línea de marea alta, que está directamente opuesta a la línea de marea baja. El agua alta gira alrededor del punto anfidrómico una vez cada 12 horas en la dirección de las líneas comareales ascendentes y alejándose de las líneas comareales menguantes. Esta rotación, provocada por el efecto de Coriolis, es generalmente en el sentido de las agujas del reloj en el hemisferio sur y en el sentido contrario a las agujas del reloj en el hemisferio norte. La diferencia entre la fase comareal y la fase de una marea de referencia es la época. La marea de referencia es el constituyente hipotético "marea de equilibrio" en una Tierra sin tierra medida a 0° de longitud, el meridiano de Greenwich.
En el Atlántico norte, debido a que las líneas comareales circulan en sentido antihorario alrededor del punto anfidrómico, la marea alta pasa por el puerto de Nueva York aproximadamente una hora antes que el puerto de Norfolk. Al sur del cabo Hatteras, las fuerzas de las mareas son más complejas y no se pueden predecir de manera confiable en función de las líneas comareales del Atlántico norte.
Historia
Historia de la teoría de las mareas
La investigación de la física de las mareas fue importante en el desarrollo inicial de la mecánica celeste, ya que la gravedad de la Luna explica la existencia de dos mareas diarias. Más tarde, las mareas diarias se explicaron con mayor precisión por la interacción de la gravedad de la Luna y el Sol.
Seleuco de Seleucia teorizó alrededor del año 150 a. C. que las mareas eran causadas por la Luna. La influencia de la Luna en las masas de agua también se menciona en el Tetrabiblos de Ptolomeo.
En De temporum ratione (El cómputo del tiempo) de 725 Bede vinculó las mareas semidurnales y el fenómeno de las alturas de marea variables a la Luna y sus fases. Beda comienza señalando que las mareas suben y bajan 4/5 de hora más tarde cada día, al igual que la Luna sale y se pone 4/5 de hora más tarde. Continúa enfatizando que en dos meses lunares (59 días) la Luna gira alrededor de la Tierra 57 veces y hay 114 mareas. Bede luego observa que la altura de las mareas varía durante el mes. Las mareas crecientes se denominan malinae y las mareas decrecientes ledones ya que el mes se divide en cuatro partes de siete u ocho días alternando malinae y ledones. En el mismo pasaje también nota el efecto de los vientos para contener las mareas. Bede también registra que el tiempo de las mareas varía de un lugar a otro. Al norte de la ubicación de Beda (Monkwearmouth), las mareas son más tempranas, al sur, más tardías. Explica que la marea "abandona estas costas para poder más poder inundar otras [costas] cuando llegue allí" señalando que "la Luna, que señala aquí la subida de la marea, señala su retirada en otras regiones alejadas de esta parte de los cielos".
La comprensión medieval de las mareas se basó principalmente en los trabajos de los astrónomos musulmanes, que estuvieron disponibles a través de la traducción al latín a partir del siglo XII. Abu Ma'shar al-Balkhi (m. alrededor de 886), en su Introductorium in astronomiam, enseñó que las mareas altas y bajas fueron causadas por la Luna. Abu Ma'shar discutió los efectos del viento y las fases de la Luna en relación con el Sol en las mareas. En el siglo XII, al-Bitruji (d. circa 1204) aportó la noción de que las mareas eran causadas por la circulación general de los cielos.
Simon Stevin, en su De spiegheling der Ebbenvloet de 1608 (La teoría del flujo y reflujo ), descartó una gran cantidad de conceptos erróneos que aún existían sobre el flujo y reflujo. Stevin abogó por la idea de que la atracción de la Luna era responsable de las mareas y habló en términos claros sobre el reflujo, la inundación, la marea viva y la marea muerta, y enfatizó que era necesario realizar más investigaciones.
En 1609, Johannes Kepler también sugirió correctamente que la gravitación de la Luna causaba las mareas, y se basó en correlaciones y observaciones antiguas.
Galileo Galilei en su Diálogo sobre los dos principales sistemas mundiales de 1632, cuyo título provisional era Diálogo sobre las mareas, dio una explicación de las mareas. La teoría resultante, sin embargo, era incorrecta ya que atribuía las mareas al chapoteo del agua causado por el movimiento de la Tierra alrededor del Sol. Esperaba proporcionar una prueba mecánica del movimiento de la Tierra. Se discute el valor de su teoría de las mareas. Galileo rechazó la explicación de Kepler sobre las mareas.
Isaac Newton (1642–1727) fue la primera persona en explicar las mareas como el producto de la atracción gravitatoria de masas astronómicas. Su explicación de las mareas (y muchos otros fenómenos) se publicó en los Principia (1687) y usó su teoría de la gravitación universal para explicar las atracciones lunares y solares como el origen de las fuerzas generadoras de mareas. Newton y otros antes que Pierre-Simon Laplace trabajaron el problema desde la perspectiva de un sistema estático (teoría del equilibrio), que proporcionaba una aproximación que describía las mareas que se producirían en un océano no inercial que cubriera uniformemente toda la Tierra. La fuerza generadora de mareas (o su potencial correspondiente) sigue siendo relevante para la teoría de las mareas, pero como una cantidad intermedia (función de fuerza) más que como un resultado final; la teoría también debe considerar la respuesta de marea dinámica acumulada de la Tierra a las fuerzas aplicadas, cuya respuesta está influenciada por la profundidad del océano, la rotación de la Tierra y otros factores.
En 1740, la Académie Royale des Sciences de París ofreció un premio al mejor ensayo teórico sobre las mareas. Daniel Bernoulli, Leonhard Euler, Colin Maclaurin y Antoine Cavalleri compartieron el premio.
Maclaurin usó la teoría de Newton para demostrar que una esfera lisa cubierta por un océano lo suficientemente profundo bajo la fuerza de marea de un solo cuerpo que se deforma es un esferoide alargado (esencialmente un óvalo tridimensional) con el eje mayor dirigido hacia el cuerpo deformante. Maclaurin fue el primero en escribir sobre los efectos de la rotación de la Tierra en el movimiento. Euler se dio cuenta de que la componente horizontal de la fuerza de marea (más que la vertical) impulsa la marea. En 1744, Jean le Rond d'Alembert estudió las ecuaciones de mareas para la atmósfera que no incluían la rotación.
En 1770, la barca HMS Endeavour de James Cook encalló en la Gran Barrera de Coral. Se hicieron intentos para reflotarla en la siguiente marea que fracasó, pero la marea posterior la levantó con facilidad. Mientras la reparaban en la desembocadura del río Endeavour, Cook observó las mareas durante un período de siete semanas. En las mareas muertas, ambas mareas en un día fueron similares, pero en los manantiales las mareas subieron 7 pies (2,1 m) por la mañana pero 9 pies (2,7 m) por la noche.
Pierre-Simon Laplace formuló un sistema de ecuaciones diferenciales parciales que relacionan el flujo horizontal del océano con la altura de su superficie, la primera teoría dinámica importante para las mareas de agua. Las ecuaciones de mareas de Laplace todavía se usan en la actualidad. William Thomson, primer barón de Kelvin, reescribió las ecuaciones de Laplace en términos de vorticidad, lo que permitió soluciones que describían ondas atrapadas costeras impulsadas por mareas, conocidas como ondas de Kelvin.
Otros, incluidos Kelvin y Henri Poincaré, desarrollaron aún más la teoría de Laplace. Basado en estos desarrollos y la teoría lunar de EW Brown que describe los movimientos de la Luna, Arthur Thomas Doodson desarrolló y publicó en 1921 el primer desarrollo moderno del potencial generador de mareas en forma armónica: Doodson distinguió 388 frecuencias de mareas. Algunos de sus métodos siguen en uso.
Historia de la observación de mareas
Desde la antigüedad, la observación y discusión de mareas ha aumentado en sofisticación, primero marcando la recurrencia diaria, luego las mareas' Relación con el Sol y la Luna. Pytheas viajó a las Islas Británicas alrededor del 325 a. C. y parece ser el primero en relacionar las mareas vivas con la fase de la luna.
En el siglo II a. C., el astrónomo helenístico Seleuco de Seleucia describió correctamente el fenómeno de las mareas para sustentar su teoría heliocéntrica. Él correctamente teorizó que las mareas eran causadas por la luna, aunque creía que la interacción estaba mediada por el pneuma. Señaló que las mareas variaban en el tiempo y la fuerza en diferentes partes del mundo. Según Estrabón (1.1.9), Seleuco fue el primero en relacionar las mareas con la atracción lunar, y que la altura de las mareas depende de la posición de la luna con respecto al sol.
La Naturalis Historia de Plinio el Viejo recopila muchas observaciones de mareas, por ejemplo, las mareas vivas ocurren unos días después (o antes) de la luna nueva y la luna llena y son más altas alrededor de los equinoccios, aunque Plinio notó muchas relaciones que ahora se consideran fantasiosas. En su Geografía, Strabo describió que las mareas en el Golfo Pérsico tenían su mayor rango cuando la luna estaba más alejada del plano del Ecuador. Todo ello a pesar de la amplitud relativamente pequeña de las mareas de la cuenca mediterránea. (Las fuertes corrientes a través del Estrecho de Euripus y el Estrecho de Messina desconcertaron a Aristóteles.) Philostratus discutió las mareas en el Libro Cinco de La vida de Apolonio de Tyana. Philostratus menciona la luna, pero atribuye las mareas a los 'espíritus'. En Europa, alrededor del año 730 d. C., el Venerable Beda describió cómo la marea creciente en una costa de las Islas Británicas coincidió con la caída en la otra y describió la progresión temporal de la marea alta a lo largo de la costa de Northumbria.
La primera tabla de mareas en China se registró en 1056 d. C. principalmente para los visitantes que deseaban ver la famosa marea en el río Qiantang. Se cree que la primera tabla de mareas británica conocida es la de John Wallingford, quien murió como abad de St. Albans en 1213, según la marea alta que ocurre 48 minutos más tarde cada día y tres horas antes en la desembocadura del Támesis que río arriba en Londres.
En 1614, Claude d'Abbeville publicó la obra “Histoire de la mission de pères capucins en l'Isle de Maragnan et terres circonvoisines ”, donde expuso que el pueblo Tupinambá ya tenía un entendimiento de la relación entre la Luna y las mareas antes de Europa.
William Thomson (Lord Kelvin) dirigió el primer análisis armónico sistemático de los registros de mareas a partir de 1867. El principal resultado fue la construcción de una máquina de predicción de mareas utilizando un sistema de poleas para sumar seis funciones armónicas de tiempo. Fue "programado" reajustando engranajes y cadenas para ajustar fases y amplitudes. Se utilizaron máquinas similares hasta la década de 1960.
El primer registro conocido del nivel del mar de un ciclo completo de primavera-muerte se realizó en 1831 en el Navy Dock en el estuario del Támesis. Muchos puertos grandes tenían estaciones automáticas de medición de mareas en 1850.
John Lubbock fue uno de los primeros en cartografiar las líneas comareales de Gran Bretaña, Irlanda y las costas adyacentes en 1840. William Whewell amplió este trabajo finalizando con un gráfico casi global en 1836. Para que estos mapas fueran coherentes, planteó la hipótesis de la existencia de una región sin subida o bajada de mareas donde las líneas co-mareales se encuentran en medio del océano. La existencia de tal punto anfidrómico, como se les conoce ahora, fue confirmada en 1840 por el Capitán William Hewett, RN, a partir de sondeos cuidadosos en el Mar del Norte.
Física
Fuerzas
La fuerza de marea producida por un objeto masivo (Luna, en adelante) sobre una pequeña partícula ubicada sobre o en un cuerpo extenso (Tierra, en adelante) es la diferencia vectorial entre la fuerza gravitatoria ejercida por la Luna sobre la partícula, y la fuerza gravitacional que se ejercería sobre la partícula si estuviera ubicada en el centro de masa de la Tierra.
Mientras que la fuerza gravitatoria a la que se somete un cuerpo celeste en la Tierra varía inversamente al cuadrado de su distancia a la Tierra, la fuerza de marea máxima varía inversamente al cubo de esta distancia, aproximadamente. Si la fuerza de marea provocada por cada cuerpo fuera en cambio igual a su fuerza gravitatoria total (que no es el caso debido a la caída libre de toda la Tierra, no solo de los océanos, hacia estos cuerpos) se observaría un patrón diferente de fuerzas de marea., p.ej. con una influencia mucho más fuerte del Sol que de la Luna: La fuerza gravitatoria solar en la Tierra es en promedio 179 veces más fuerte que la lunar, pero debido a que el Sol está en promedio 389 veces más lejos de la Tierra, su gradiente de campo es más débil. La fuerza de marea es proporcional a
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donde M es la masa del cuerpo celeste, d es su distancia, ρ es su densidad promedio y r es su radio. La relación r/d está relacionada con el ángulo subtendido por el objeto en el cielo. Dado que el sol y la luna tienen prácticamente el mismo diámetro en el cielo, la fuerza de marea del sol es menor que la de la luna porque su densidad promedio es mucho menor, y es solo el 46% del tamaño de la luna, por lo que durante una marea de primavera, la Luna contribuye con el 69% mientras que el Sol contribuye con el 31%. Más precisamente, la aceleración de la marea lunar (a lo largo del eje Luna-Tierra, en la superficie de la Tierra) es de aproximadamente 1,1 × 10−7 g, mientras que la solar la aceleración de las mareas (a lo largo del eje Sol-Tierra, en la superficie de la Tierra) es de aproximadamente 0,52 × 10−7 g, donde g es la aceleración gravitacional en la superficie de la Tierra. Los efectos de los otros planetas varían a medida que varían sus distancias a la Tierra. Cuando Venus está más cerca de la Tierra, su efecto es 0,000113 veces el efecto solar. En otras ocasiones, Júpiter o Marte pueden tener el mayor efecto.
La superficie del océano se aproxima mediante una superficie denominada geoide, que tiene en cuenta la fuerza gravitatoria ejercida por la tierra, así como la fuerza centrífuga debida a la rotación. Ahora considere el efecto de cuerpos externos masivos como la Luna y el Sol. Estos cuerpos tienen fuertes campos gravitatorios que disminuyen con la distancia y hacen que la superficie del océano se desvíe del geoide. Establecen una nueva superficie oceánica en equilibrio que sobresale hacia la luna por un lado y se aleja de la luna por el otro lado. La rotación de la tierra relativa a esta forma provoca el ciclo diario de las mareas. La superficie del océano tiende hacia esta forma de equilibrio, que cambia constantemente, y nunca la alcanza del todo. Cuando la superficie del océano no está alineada con él, es como si la superficie estuviera inclinada y el agua se acelera en la dirección de la pendiente descendente.
Equilibrio
La marea de equilibrio es la marea idealizada que asume una Tierra sin tierra. Produciría una protuberancia de marea en el océano, alargada hacia el cuerpo de atracción (Luna o Sol). No es causado por el tirón vertical más cercano o más lejano del cuerpo, que es muy débil; más bien, es causada por la tangente o "tractiva" la fuerza de marea, que es más fuerte a unos 45 grados del cuerpo, lo que da como resultado una corriente de marea horizontal.
Ecuaciones de marea de Laplace
Las profundidades de los océanos son mucho más pequeñas que su extensión horizontal. Por lo tanto, la respuesta al forzamiento de las mareas se puede modelar utilizando las ecuaciones de mareas de Laplace que incorporan las siguientes características:
- La velocidad vertical (o radial) es insignificante, y no hay un corte vertical, es un flujo de hoja.
- El forzamiento es sólo horizontal (tangencial).
- El efecto Coriolis aparece como una fuerza inercial (ficticia) actuando lateralmente a la dirección del flujo y proporcional a la velocidad.
- La tasa de cambio de altura superficial es proporcional a la divergencia negativa de velocidad multiplicada por la profundidad. A medida que la velocidad horizontal se extiende o comprime el océano como hoja, el volumen disminuye o espesa, respectivamente.
Las condiciones de contorno dictan que no haya flujo a lo largo de la costa y deslizamiento libre en el fondo.
El efecto Coriolis (fuerza de inercia) dirige los flujos que se desplazan hacia el ecuador hacia el oeste y los flujos que se alejan del ecuador hacia el este, lo que permite que las olas queden atrapadas en la costa. Finalmente, se puede agregar un término de disipación que es análogo a la viscosidad.
Amplitud y tiempo de ciclo
La amplitud teórica de las mareas oceánicas provocadas por la Luna es de unos 54 centímetros (21 pulgadas) en el punto más alto, que corresponde a la amplitud que se alcanzaría si el océano tuviera una profundidad uniforme, no hubiera masas terrestres y la La Tierra giraba al ritmo de la órbita de la Luna. El Sol también provoca mareas, cuya amplitud teórica es de unos 25 centímetros (9,8 pulgadas) (46% de la de la Luna) con un tiempo de ciclo de 12 horas. Durante la marea viva, los dos efectos se suman a un nivel teórico de 79 centímetros (31 pulgadas), mientras que durante la marea muerta el nivel teórico se reduce a 29 centímetros (11 pulgadas). Dado que las órbitas de la Tierra alrededor del Sol y la Luna alrededor de la Tierra son elípticas, las amplitudes de las mareas cambian un poco como resultado de las diferentes distancias Tierra-Sol y Tierra-Luna. Esto provoca una variación en la fuerza de marea y la amplitud teórica de aproximadamente ±18% para la Luna y ±5% para el Sol. Si tanto el Sol como la Luna estuvieran en sus posiciones más cercanas y alineados en la luna nueva, la amplitud teórica alcanzaría los 93 centímetros (37 pulgadas).
Las amplitudes reales difieren considerablemente, no solo por las variaciones de profundidad y los obstáculos continentales, sino también porque la propagación de las olas a través del océano tiene un período natural del mismo orden de magnitud que el período de rotación: si no hubiera masas de tierra, sería una onda superficial de longitud de onda larga tarda unas 30 horas en propagarse a lo largo del ecuador a la mitad de la Tierra (en comparación, la litosfera terrestre tiene un período natural de unos 57 minutos). Las mareas terrestres, que suben y bajan el fondo del océano, y la propia atracción gravitacional de la marea son significativas y complican aún más la respuesta del océano a las fuerzas de marea.
Disipación
Las oscilaciones de las mareas de la Tierra introducen disipación a una tasa promedio de alrededor de 3,75 teravatios. Alrededor del 98% de esta disipación es por el movimiento de las mareas marinas. La disipación surge cuando los flujos de marea a escala de cuenca impulsan flujos de menor escala que experimentan una disipación turbulenta. Este arrastre de marea crea un par en la luna que transfiere gradualmente el momento angular a su órbita y un aumento gradual en la separación entre la Tierra y la luna. El par igual y opuesto en la Tierra disminuye correspondientemente su velocidad de rotación. Así, a lo largo del tiempo geológico, la luna se aleja de la Tierra, a unos 3,8 centímetros (1,5 pulgadas)/año, alargando el día terrestre.
La duración del día ha aumentado unas 2 horas en los últimos 600 millones de años. Suponiendo (como una aproximación cruda) que la tasa de desaceleración ha sido constante, esto implicaría que hace 70 millones de años, la duración del día era del orden de un 1% más corta con alrededor de 4 días más por año.
Batimetría
La forma de la costa y el fondo del océano cambia la forma en que se propagan las mareas, por lo que no existe una regla general simple que prediga el momento de la marea alta a partir de la posición de la Luna en el cielo. Las características costeras, como la batimetría submarina y la forma de la línea de la costa, significan que las características de cada ubicación afectan el pronóstico de mareas; El tiempo y la altura reales de la pleamar pueden diferir de las predicciones del modelo debido a los efectos de la morfología costera en el flujo de marea. Sin embargo, para un lugar determinado, la relación entre la altitud lunar y la hora de la marea alta o baja (el intervalo lunitidal) es relativamente constante y predecible, al igual que la hora de la marea alta o baja en relación con otros puntos de la misma costa. Por ejemplo, la marea alta en Norfolk, Virginia, EE. UU., previsiblemente ocurre aproximadamente dos horas y media antes de que la Luna pase directamente sobre su cabeza.
Las masas de tierra y las cuencas oceánicas actúan como barreras contra el agua que se mueve libremente por todo el mundo, y sus formas y tamaños variados afectan el tamaño de las frecuencias de las mareas. Como resultado, los patrones de las mareas varían. Por ejemplo, en los EE. UU., la costa este tiene predominantemente mareas semidiurnas, al igual que las costas atlánticas de Europa, mientras que la costa oeste tiene predominantemente mareas mixtas. Los cambios humanos en el paisaje también pueden alterar significativamente las mareas locales.
Observación y predicción
Tiempo
Las fuerzas de marea debidas a la Luna y el Sol generan olas muy largas que viajan por todo el océano siguiendo los caminos que se muestran en los gráficos de co-mareas. El momento en que la cresta de la ola llega a un puerto da el momento de la pleamar en el puerto. El tiempo que tarda la ola en viajar alrededor del océano también significa que hay un retraso entre las fases de la Luna y su efecto sobre la marea. Las primaveras y las siestas en el Mar del Norte, por ejemplo, tienen dos días de retraso con respecto a la luna nueva/llena y al primer/tercer cuarto de luna. Esto se llama la edad de la marea.
La batimetría del océano influye en gran medida en la hora y la altura exactas de la marea en un punto costero en particular. Hay algunos casos extremos; A menudo se dice que la Bahía de Fundy, en la costa este de Canadá, tiene las mareas más altas del mundo debido a su forma, batimetría y su distancia desde el borde de la plataforma continental. Las mediciones realizadas en noviembre de 1998 en Burntcoat Head en la Bahía de Fundy registraron un alcance máximo de 16,3 metros (53 pies) y un extremo más alto previsto de 17 metros (56 pies). Mediciones similares realizadas en marzo de 2002 en Leaf Basin, Ungava Bay en el norte de Quebec dieron valores similares (permitiendo errores de medición), un rango máximo de 16,2 metros (53 pies) y un extremo más alto previsto de 16,8 metros (55 pies). La bahía de Ungava y la bahía de Fundy se encuentran a distancias similares del borde de la plataforma continental, pero la bahía de Ungava solo está libre de hielo durante unos cuatro meses cada año, mientras que la bahía de Fundy rara vez se congela.
Southampton en el Reino Unido tiene una marea alta doble causada por la interacción entre los constituyentes de marea M2 y M4 (sobremareas de aguas poco profundas de la luna principal). Portland tiene aguas bajas dobles por la misma razón. La marea M4 se encuentra a lo largo de la costa sur del Reino Unido, pero su efecto es más notable entre la Isla de Wight y Portland porque la M2 la marea es más baja en esta región.
Debido a que los modos de oscilación del Mar Mediterráneo y el Mar Báltico no coinciden con ningún período de forzamiento astronómico significativo, las mareas más grandes están cerca de sus estrechas conexiones con el Océano Atlántico. Las mareas extremadamente pequeñas también ocurren por la misma razón en el Golfo de México y el Mar de Japón. En otros lugares, como a lo largo de la costa sur de Australia, las mareas bajas pueden deberse a la presencia de un anfídrome cercano.
Análisis
La teoría de la gravitación de Isaac Newton primero permitió una explicación de por qué generalmente había dos mareas al día, no una, y ofreció la esperanza de una comprensión detallada de las fuerzas y el comportamiento de las mareas. Aunque pueda parecer que las mareas pueden predecirse mediante un conocimiento suficientemente detallado de los forzamientos astronómicos instantáneos, la marea real en un lugar dado está determinada por las fuerzas astronómicas acumuladas por la masa de agua durante muchos días. Además, los resultados precisos requerirían un conocimiento detallado de la forma de todas las cuencas oceánicas: su batimetría y la forma de la costa.
El procedimiento actual para analizar las mareas sigue el método de análisis armónico introducido en la década de 1860 por William Thomson. Se basa en el principio de que las teorías astronómicas de los movimientos del Sol y la Luna determinan un gran número de componentes de frecuencia, y en cada frecuencia hay un componente de fuerza que tiende a producir movimiento de marea, pero que en cada lugar de interés en el Tierra, las mareas responden a cada frecuencia con una amplitud y fase propias de esa localidad. En cada lugar de interés, las alturas de las mareas se miden por lo tanto durante un período de tiempo suficientemente largo (normalmente más de un año en el caso de un nuevo puerto no estudiado previamente) para permitir distinguir la respuesta en cada frecuencia significativa de generación de mareas. por análisis, y para extraer las constantes de marea para un número suficiente de los componentes más fuertes conocidos de las fuerzas de marea astronómicas para permitir la predicción práctica de mareas. Se espera que las alturas de las mareas sigan la fuerza de las mareas, con una amplitud y un retraso de fase constantes para cada componente. Debido a que las frecuencias y fases astronómicas se pueden calcular con certeza, la altura de la marea en otros momentos se puede predecir una vez que se ha encontrado la respuesta a los componentes armónicos de las fuerzas generadoras de mareas astronómicas.
Los patrones principales en las mareas son
- la variación dos veces diaria
- la diferencia entre la primera y la segunda marea de un día
- el ciclo primavera-neap
- la variación anual
La marea astronómica más alta es la marea primaveral del perigeo cuando tanto el Sol como la Luna están más cerca de la Tierra.
Cuando se enfrenta a una función que varía periódicamente, el enfoque estándar es emplear series de Fourier, una forma de análisis que utiliza funciones sinusoidales como un conjunto base, con frecuencias que son cero, uno, dos, tres, etc. veces la frecuencia de un ciclo fundamental particular. Estos múltiplos se denominan armónicos de la frecuencia fundamental, y el proceso se denomina análisis armónico. Si el conjunto básico de funciones sinusoidales se adapta al comportamiento que se modela, es necesario agregar relativamente pocos términos armónicos. Las trayectorias orbitales son casi circulares, por lo que las variaciones sinusoidales son adecuadas para las mareas.
Para el análisis de las alturas de las mareas, el enfoque de la serie de Fourier tiene que ser en la práctica más elaborado que el uso de una sola frecuencia y sus armónicos. Los patrones de marea se descomponen en muchas sinusoides que tienen muchas frecuencias fundamentales, correspondientes (como en la teoría lunar) a muchas combinaciones diferentes de los movimientos de la Tierra, la Luna y los ángulos que definen la forma y ubicación de sus órbitas.
Para las mareas, entonces, el análisis armónico no se limita a los armónicos de una sola frecuencia. En otras palabras, las armonías son múltiplos de muchas frecuencias fundamentales, no solo de la frecuencia fundamental del enfoque más simple de la serie de Fourier. Su representación como una serie de Fourier que tiene solo una frecuencia fundamental y sus múltiplos (enteros) requeriría muchos términos y estaría severamente limitada en el rango de tiempo para el cual sería válida.
El estudio de la altura de la marea mediante análisis armónico fue iniciado por Laplace, William Thomson (Lord Kelvin) y George Darwin. A. Doodson amplió su trabajo, introduciendo la notación Doodson Number para organizar los cientos de términos resultantes. Este enfoque ha sido el estándar internacional desde entonces, y las complicaciones surgen de la siguiente manera: la fuerza de elevación de la marea está teóricamente dada por la suma de varios términos. Cada término es de la forma
- Ao#()⋅ ⋅ t+p){displaystyle A_{o}cos ,(omega t+p)}
dónde
- Ao es la amplitud.
- ⋅ es la frecuencia angular, generalmente dada en grados por hora correspondiente a t medido en horas.
- p es la fase offset con respecto al estado astronómico a la vez t = 0.
Hay un término para la Luna y un segundo término para el Sol. La fase p del primer armónico del término lunar se denomina intervalo lunitidal o intervalo de pleamar.
El próximo refinamiento es acomodar los términos armónicos debido a la forma elíptica de las órbitas. Para ello, se toma el valor de la amplitud no constante, sino variable en el tiempo, sobre la amplitud media Ao . Para hacerlo, reemplace Ao en la ecuación anterior con A (t) donde A es otra sinusoide, similar a los ciclos y epiciclos de la teoría ptolemaica. Esto da:
- A()t)=Ao()1+Aa#()⋅ ⋅ at+pa)){displaystyle A(t)=A_{o}{bigl (}1+A_{a}cos ,(omega ¿Qué?
lo que equivale a decir un valor promedio Ao con una variación sinusoidal al respecto de magnitud Aa, con frecuencia ωa y fase pa. Sustituyendo esto por Ao en la ecuación original da un producto de dos factores de coseno:
- Ao()1+Aa#()⋅ ⋅ at+pa))#()⋅ ⋅ t+p){displaystyle A_{o}{bigl (}1+A_{a}cos ,(omega {fnK}cH00}cos ,(omega t+p)}
Dado que para cualquier x y y
- # x# Sí.=12#()x+Sí.)+12#()x− − Sí.){displaystyle cos xcos y={textstyle {frac {1}{2}}cos ,(x+y)+{textstyle {frac {1}{2}}cos ,(x-y)}}
está claro que un término compuesto que implica el producto de dos términos cosinos cada uno con su propia frecuencia es el mismo que tres simples términos cosinos que se van a añadir en la frecuencia original y también en frecuencias que son la suma y diferencia de las dos frecuencias del término del producto. (Tres, no dos términos, ya que toda la expresión es ()1+# x)# Sí.{displaystyle (1+cos x)cos y}.) Considere además que la fuerza de marea de un lugar depende también de si la Luna (o el Sol) está por encima o por debajo del plano del Ecuador, y que estos atributos tienen sus propios períodos también incommensurables con un día y un mes, y está claro que muchas combinaciones resultan. Con una elección cuidadosa de las frecuencias astronómicas básicas, el Doodson Number anota las adiciones y diferencias particulares para formar la frecuencia de cada simple término cosino.
Recuerda que las mareas astronómicas no incluyen efectos meteorológicos. Además, los cambios en las condiciones locales (movimiento de bancos de arena, dragado de bocas de puertos, etc.) que se alejan de las prevalecientes en el momento de la medición afectan el momento y la magnitud reales de la marea. Organizaciones que citan una "marea astronómica más alta" para alguna ubicación puede exagerar la cifra como un factor de seguridad frente a las incertidumbres analíticas, la distancia desde el punto de medición más cercano, los cambios desde la última hora de observación, el hundimiento del suelo, etc., para evitar responsabilidades en caso de que se sobrepase una obra de ingeniería. Se necesita especial cuidado al evaluar el tamaño de un "oleada climática" restando la marea astronómica de la marea observada.
El análisis cuidadoso de los datos de Fourier durante un período de diecinueve años (la época nacional de datos de mareas en los EE. UU.) utiliza frecuencias denominadas componentes armónicos de mareas. Se prefieren diecinueve años porque las posiciones relativas de la Tierra, la Luna y el Sol se repiten casi exactamente en el ciclo metónico de 19 años, que es lo suficientemente largo como para incluir el componente de marea nodal lunar de 18,613 años. Este análisis se puede realizar utilizando únicamente el conocimiento del período forzado, pero sin una comprensión detallada de la derivación matemática, lo que significa que se han construido útiles tablas de mareas durante siglos. Las amplitudes y fases resultantes se pueden usar para predecir las mareas esperadas. Estos suelen estar dominados por los constituyentes cerca de las 12 horas (los constituyentes semidiurnos), pero también hay constituyentes importantes cerca de las 24 horas (diurnos). Los constituyentes a más largo plazo son de 14 días o quincenales, mensuales y semestrales. Las mareas semidiurnas dominaron la costa, pero algunas áreas, como el Mar de China Meridional y el Golfo de México, son principalmente diurnas. En las áreas semidiurnas, los componentes primarios M2 (lunar) y S2 (solar) difieren ligeramente, de modo que las fases relativas y, por lo tanto, la amplitud de la marea combinada, cambian quincenalmente (período de 14 días).
En el gráfico M2 anterior, cada línea comareal difiere en una hora de sus vecinas, y las líneas más gruesas muestran mareas en fase con equilibrio en Greenwich. Las líneas giran alrededor de los puntos anfidrómicos en sentido antihorario en el hemisferio norte, de modo que desde la península de Baja California hasta Alaska y desde Francia hasta Irlanda, la marea M2 se propaga hacia el norte. En el hemisferio sur, esta dirección es en el sentido de las agujas del reloj. Por otro lado, la marea M2 se propaga en sentido contrario a las agujas del reloj alrededor de Nueva Zelanda, pero esto se debe a que las islas actúan como una presa y permiten que las mareas tengan diferentes alturas en las islas. 39; lados opuestos. (Las mareas se propagan hacia el norte en el lado este y hacia el sur en la costa oeste, como predice la teoría).
La excepción es el Estrecho de Cook, donde las corrientes de las mareas vinculan periódicamente las aguas altas con las bajas. Esto se debe a que las líneas comareales de 180° alrededor de los anfídromos están en fase opuesta, por ejemplo, la pleamar frente a la bajamar en cada extremo del estrecho de Cook. Cada componente de marea tiene un patrón diferente de amplitudes, fases y puntos anfidrómicos, por lo que los patrones M2 no se pueden usar para otros componentes de marea.
Ejemplo de cálculo
Debido a que la Luna se mueve en su órbita alrededor de la Tierra y en el mismo sentido que la rotación de la Tierra, un punto en la Tierra debe rotar un poco más para ponerse al día, de modo que el tiempo entre las mareas semidiurnas sea no doce sino 12.4206 horas, un poco más de veinticinco minutos extra. Los dos picos no son iguales. Las dos mareas altas del día se alternan en alturas máximas: más baja (poco menos de tres pies), más alta (poco más de tres pies) y nuevamente más baja. Igualmente para las mareas bajas.
Cuando la Tierra, la Luna y el Sol están alineados (Sol-Tierra-Luna o Sol-Luna-Tierra), las dos influencias principales se combinan para producir mareas vivas; cuando las dos fuerzas se oponen, como cuando el ángulo Luna-Tierra-Sol está cerca de los noventa grados, se producen mareas muertas. A medida que la Luna se mueve alrededor de su órbita, cambia del norte del ecuador al sur del ecuador. La alternancia en las alturas de las mareas altas se vuelve más pequeña, hasta que son iguales (en el equinoccio lunar, la Luna está sobre el ecuador), luego se vuelven a desarrollar pero con la otra polaridad, aumentando hasta una diferencia máxima y luego menguando nuevamente.
Actual
Las mareas' la influencia sobre la corriente o el flujo es mucho más difícil de analizar, y los datos son mucho más difíciles de recopilar. La altura de la marea es una cantidad escalar y varía suavemente en una amplia región. Un flujo es una cantidad vectorial, con magnitud y dirección, las cuales pueden variar sustancialmente con la profundidad y en distancias cortas debido a la batimetría local. Además, aunque el centro de un canal de agua es el sitio de medición más útil, los navegantes se oponen cuando el equipo de medición de corriente obstruye las vías fluviales. Un flujo que asciende por un canal curvo puede tener una magnitud similar, aunque su dirección varíe continuamente a lo largo del canal. Sorprendentemente, los flujos de inundación y reflujo a menudo no están en direcciones opuestas. La dirección del flujo está determinada por la forma del canal aguas arriba, no por la forma del canal aguas abajo. Asimismo, los remolinos pueden formarse en una sola dirección de flujo.
Sin embargo, el análisis de la corriente de marea es similar al análisis de la altura de la marea: en el caso simple, en un lugar determinado, el flujo de inundación es principalmente en una dirección y el flujo de reflujo en otra dirección. Las velocidades de inundación reciben signo positivo y las velocidades de reflujo signo negativo. El análisis procede como si se tratara de alturas de marea.
En situaciones más complejas, los principales flujos de reflujo y de inundación no dominan. En cambio, la dirección y la magnitud del flujo trazan una elipse sobre un ciclo de mareas (en un gráfico polar) en lugar de a lo largo de las líneas de flujo y reflujo. En este caso, el análisis podría proceder a lo largo de pares de direcciones, con las direcciones primaria y secundaria en ángulo recto. Una alternativa es tratar los flujos de marea como números complejos, ya que cada valor tiene tanto una magnitud como una dirección.
La información sobre el flujo de mareas se ve con más frecuencia en las cartas náuticas, que se presentan como una tabla de velocidades de flujo y rumbos a intervalos de una hora, con tablas separadas para mareas vivas y muertas. El momento es relativo a la marea alta en algún puerto donde el comportamiento de las mareas es similar en patrón, aunque puede estar lejos.
Al igual que con las predicciones de altura de marea, las predicciones de flujo de marea basadas únicamente en factores astronómicos no incorporan las condiciones meteorológicas, que pueden cambiar completamente el resultado.
El flujo de marea a través del estrecho de Cook entre las dos islas principales de Nueva Zelanda es particularmente interesante, ya que las mareas en cada lado del estrecho están casi exactamente desfasadas, de modo que la pleamar de un lado es simultánea con el otro es agua baja. El resultado son fuertes corrientes, con un cambio de altura de marea casi nulo en el centro del estrecho. Sin embargo, aunque la marejada normalmente fluye en una dirección durante seis horas y en la dirección opuesta durante seis horas, una marejada en particular puede durar ocho o diez horas si la marejada inversa se debilita. En condiciones climáticas especialmente bulliciosas, el oleaje inverso puede superarse por completo para que el flujo continúe en la misma dirección durante tres o más períodos de oleaje.
Otra complicación para el patrón de flujo del Estrecho de Cook es que la marea en el lado sur (por ejemplo, en Nelson) sigue el ciclo común de marea primaveral-mueca quincenal (como se encuentra en el lado oeste del país), pero el patrón de mareas del lado norte tiene solo un ciclo por mes, como en el lado este: Wellington y Napier.
El gráfico de las mareas del estrecho de Cook muestra por separado la altura y el tiempo de la pleamar y la bajamar, hasta noviembre de 2007; estos no son valores medidos, sino que se calculan a partir de parámetros de marea derivados de mediciones de hace años. La carta náutica del Estrecho de Cook ofrece información sobre las corrientes de marea. Por ejemplo, la edición de enero de 1979 para 41°13·9'S 174°29·6'E (noroeste del cabo Terawhiti) se refiere a los tiempos de Westport, mientras que la edición de enero de 2004 se refiere a Wellington. Cerca del cabo Terawhiti, en medio del estrecho de Cook, la variación de la altura de la marea es casi nula, mientras que la corriente de la marea alcanza su máximo, especialmente cerca del famoso Karori Rip. Aparte de los efectos del clima, las corrientes reales a través del Estrecho de Cook están influenciadas por las diferencias de altura de las mareas entre los dos extremos del estrecho y, como se puede ver, solo una de las dos mareas vivas en el extremo noroeste del estrecho cerca de Nelson tiene un marea de primavera contraparte en el extremo sureste (Wellington), por lo que el comportamiento resultante no sigue ningún puerto de referencia.
Generación de energía
La energía de las mareas se puede extraer de dos formas: insertando una turbina de agua en una corriente de marea o construyendo estanques que liberen/admitan agua a través de una turbina. En el primer caso, la cantidad de energía está completamente determinada por el tiempo y la magnitud de la corriente de marea. Sin embargo, las mejores corrientes pueden no estar disponibles porque las turbinas obstruirían los barcos. En el segundo, las presas de embalse son costosas de construir, los ciclos naturales del agua se interrumpen por completo, la navegación de los barcos se interrumpe. Sin embargo, con múltiples estanques, se puede generar energía en los momentos elegidos. Hasta el momento, hay pocos sistemas instalados para la generación de energía mareomotriz (el más famoso, La Rance en Saint Malo, Francia) que enfrentan muchas dificultades. Además de los problemas ambientales, el simple hecho de resistir la corrosión y las incrustaciones biológicas plantea desafíos de ingeniería.
Los defensores de la energía de las mareas señalan que, a diferencia de los sistemas de energía eólica, los niveles de generación se pueden predecir de manera confiable, excepto por los efectos del clima. Si bien es posible cierta generación durante la mayor parte del ciclo de las mareas, en la práctica, las turbinas pierden eficiencia a tasas de operación más bajas. Dado que la potencia disponible de un flujo es proporcional al cubo de la velocidad del flujo, los tiempos durante los cuales es posible la generación de alta potencia son breves.
Navegación
Los flujos de marea son importantes para la navegación y se producen errores significativos en la posición si no se acomodan. Las alturas de las mareas también son importantes; por ejemplo, muchos ríos y puertos tienen un "bar" poco profundo; en la entrada que impide la entrada de barcos de gran calado en bajamar.
Hasta la llegada de la navegación automatizada, la competencia en el cálculo de los efectos de las mareas era importante para los oficiales navales. El certificado de examen para tenientes de la Royal Navy declaraba una vez que el futuro oficial podía "cambiar de rumbo".
Los tiempos y velocidades del flujo de mareas aparecen en gráficos de mareas o en un atlas de corrientes de mareas. Los gráficos de mareas vienen en conjuntos. Cada gráfico cubre una sola hora entre una marea alta y otra (ignoran los 24 minutos sobrantes) y muestran el flujo de marea promedio para esa hora. Una flecha en el gráfico de mareas indica la dirección y la velocidad promedio del flujo (generalmente en nudos) para las mareas vivas y muertas. Si no hay una tabla de mareas disponible, la mayoría de las cartas náuticas tienen "diamantes de mareas" que relacionan puntos específicos del gráfico con una tabla que indica la dirección y la velocidad del flujo de las mareas.
El procedimiento estándar para contrarrestar los efectos de las mareas en la navegación es (1) calcular un "tiempo estimado" posición (o DR) desde la distancia y dirección de viaje, (2) marque la carta (con una cruz vertical como un signo más) y (3) dibuje una línea desde el DR en la dirección de la marea. La distancia a la que la marea mueve el barco a lo largo de esta línea se calcula mediante la velocidad de la marea, y esto da una "posición estimada" o EP (tradicionalmente marcado con un punto en un triángulo).
Las cartas náuticas muestran la "profundidad registrada" del agua. en lugares específicos con "sondeos" y el uso de curvas de nivel batimétricas para representar la forma de la superficie sumergida. Estas profundidades son relativas a un "dato de carta", que suele ser el nivel del agua en la marea astronómica más baja posible (aunque normalmente se usan otros datos, especialmente históricamente, y las mareas pueden ser más bajas o más altas por razones meteorológicas) y son, por lo tanto, la profundidad mínima posible del agua durante el ciclo de la marea. "Alturas de secado" también pueden mostrarse en la carta, que son las alturas del lecho marino expuesto en la marea astronómica más baja.
Las tablas de mareas enumeran las horas y alturas máximas y mínimas del agua de cada día. Para calcular la profundidad real del agua, agregue la profundidad graficada a la altura de la marea publicada. La profundidad para otras horas se puede derivar de las curvas de marea publicadas para los principales puertos. La regla de los doceavos puede ser suficiente si no se dispone de una curva precisa. Esta aproximación supone que el aumento de profundidad en las seis horas entre la pleamar y la bajamar es: primera hora — 1/12, segunda — 2/12, tercera — 3/12, cuarta — 3/12, quinta — 2/12, sexto - 1/12.
Aspectos biológicos
Ecología intermareal
La ecología intermareal es el estudio de los ecosistemas entre las líneas de marea alta y baja a lo largo de una costa. En marea baja, la zona intermareal está expuesta (o sumergida), mientras que en marea alta está bajo el agua (o sumergida). Por lo tanto, los ecologistas intermareales estudian las interacciones entre los organismos intermareales y su entorno, así como entre las diferentes especies. Las interacciones más importantes pueden variar según el tipo de comunidad intermareal. Las clasificaciones más amplias se basan en sustratos: costa rocosa o fondo blando.
Los organismos intermareales experimentan un entorno muy variable y, a menudo, hostil, y se han adaptado para hacer frente e incluso explotar estas condiciones. Una característica fácilmente visible es la zonificación vertical, en la que la comunidad se divide en distintas bandas horizontales de especies específicas en cada elevación sobre la bajamar. Una especie' la capacidad para hacer frente a la desecación determina su límite superior, mientras que la competencia con otras especies establece su límite inferior.
Los humanos usan las regiones intermareales para alimentarse y recrearse. La sobreexplotación puede dañar los intermareales directamente. Otras acciones antropogénicas como la introducción de especies invasoras y el cambio climático tienen grandes efectos negativos. Las áreas marinas protegidas son una opción que las comunidades pueden aplicar para proteger estas áreas y ayudar a la investigación científica.
Ritmos biológicos
El ciclo de mareas de aproximadamente 12 horas y quincenal tiene grandes efectos en los organismos intermareales y marinos. Por lo tanto, sus ritmos biológicos tienden a ocurrir en múltiplos aproximados de estos períodos. Muchos otros animales, como los vertebrados, muestran ritmos circatidales similares. Los ejemplos incluyen la gestación y la eclosión de huevos. En los humanos, el ciclo menstrual dura aproximadamente un mes lunar, un múltiplo par del período de las mareas. Tales paralelismos al menos insinúan la descendencia común de todos los animales de un antepasado marino.
Otras mareas
Cuando las corrientes de marea oscilantes en el océano estratificado fluyen sobre una topografía de fondo irregular, generan ondas internas con frecuencias de marea. Tales ondas se llaman mareas internas.
Las áreas poco profundas en aguas abiertas pueden experimentar corrientes de marea giratorias, que fluyen en direcciones que cambian continuamente y, por lo tanto, la dirección del flujo (no el flujo) completa una rotación completa en 12 +1⁄2 horas (por ejemplo, los bajíos de Nantucket).
Además de las mareas oceánicas, los lagos grandes pueden experimentar mareas pequeñas e incluso los planetas pueden experimentar mareas atmosféricas y mareas terrestres. Estos son fenómenos mecánicos continuos. Los dos primeros tienen lugar en los fluidos. El tercero afecta a la delgada corteza sólida de la Tierra que rodea su interior semilíquido (con diversas modificaciones).
Mareas del lago
Los lagos grandes como Superior y Erie pueden experimentar mareas de 1 a 4 cm (0,39 a 1,6 pulgadas), pero estas pueden quedar enmascaradas por fenómenos inducidos por la meteorología, como el seiche. La marea en el lago Michigan se describe como de 1,3 a 3,8 cm (0,5 a 1,5 in) o 4,4 cm (1+3⁄4 in). Esto es tan pequeño que otros efectos más grandes enmascaran por completo cualquier marea y, como tales, estos lagos se consideran sin mareas.
Mareas atmosféricas
Las mareas atmosféricas son insignificantes a nivel del suelo y altitudes de aviación, enmascaradas por los efectos mucho más importantes del clima. Las mareas atmosféricas son de origen tanto gravitacional como térmico y son la dinámica dominante desde aproximadamente 80 a 120 kilómetros (50 a 75 mi), por encima de la cual la densidad molecular se vuelve demasiado baja para soportar el comportamiento de los fluidos.
Mareas terrestres
Las mareas terrestres o mareas terrestres afectan a toda la masa de la Tierra, que actúa de forma similar a un giroscopio líquido con una corteza muy fina. La corteza terrestre se desplaza (adentro/afuera, este/oeste, norte/sur) en respuesta a la gravitación lunar y solar, las mareas oceánicas y la carga atmosférica. Si bien es insignificante para la mayoría de las actividades humanas, las mareas terrestres' la amplitud semidiurna puede alcanzar unos 55 centímetros (22 pulgadas) en el ecuador, 15 centímetros (5,9 pulgadas) debido al Sol, lo que es importante en la calibración del GPS y las mediciones de VLBI. Las mediciones angulares astronómicas precisas requieren el conocimiento de la tasa de rotación de la Tierra y el movimiento polar, los cuales están influenciados por las mareas terrestres. Las mareas M2 semidiurnas de la Tierra están casi en fase con la Luna con un retraso de unas dos horas.
Mareas galácticas
Mareas galácticas son las fuerzas de marea ejercidas por las galaxias sobre las estrellas dentro de ellas y las galaxias satélite que las orbitan. Se cree que los efectos de la marea galáctica en la nube de Oort del Sistema Solar causan el 90 por ciento de los cometas de período largo.
Nombres inapropiados
Los tsunamis, las grandes olas que se producen después de los terremotos, a veces se denominan maremotos, pero este nombre se debe a su parecido a la marea, más que a cualquier vínculo causal. a la marea Otros fenómenos no relacionados con las mareas pero que utilizan la palabra marea son la marea de resaca, la marea de tormenta, la marea de huracán y las mareas negras o rojas. Muchos de estos usos son históricos y se refieren al significado anterior de marea como "una porción de tiempo, una estación" y "un arroyo, corriente o inundación".
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