Marea
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Las mareas son el subir y bajar de la Tierra 's océano superficial causada por el las fuerzas de marea de la Luna y el Sol actúa sobre los océanos. Fenómenos de marea pueden ocurrir en cualquier objeto que se somete a un campo gravitacional que varía en el tiempo y en el espacio, como la de la Tierra masas de tierra. (Ver Otros mareas ).
Las mareas afectan notablemente la profundidad marina y las masas de agua de estuarios y producen corrientes oscilantes conocidas como corrientes de marea, por lo que la predicción de mareas muy importantes para la navegación costera (ver Las mareas y navegación ). La franja de costa que se sumerge en agua alta y expuesta en la bajamar, la zona intermareal o playa, es un producto ecológico importante de las mareas oceánicas (véase ecología intermareal ).
La marea cambiante producido en un lugar determinado es el resultado de los cambios de posición de la Luna y el Sol respecto a la Tierra, junto con el efectos de la rotación de la Tierra y lo local forma del fondo del mar. El nivel del mar medido por la costa mareógrafos también pueden ser fuertemente afectados por el viento.
Introducción y terminología de las mareas
Una marea es un ciclo repetido de los cambios del nivel del mar en las siguientes etapas:
- Durante varias horas el agua sube o avanza hasta una playa en la inundación
- El agua alcanza su nivel más alto y se detiene en la pleamar. Debido a las corrientes de marea cesan esto también se llama estoa o marea floja. La marea cambia de dirección y se dice que está girando.
- El nivel del mar se aleja o se cae durante varias horas durante la marea baja.
- El nivel deja de caer en la bajamar. Este punto también se describe como holgura o de inflexión.
Las mareas pueden ser semidiurna (dos pleamares y dos bajamares cada día), o diurno (un ciclo de marea por día). En la mayoría de los lugares, las mareas son semidiurna. Debido a la contribución diurna, hay una diferencia de altura (la desigualdad al día) entre las dos altas aguas en un día determinado; éstos se diferencian como el mayor de agua de alta y el alto de agua más bajo en tablas de mareas. Del mismo modo, las dos aguas bajas cada día se conocen como el más alto de agua baja y el agua baja inferior. La desigualdad diaria cambia con el tiempo y es generalmente pequeño cuando la Luna está sobre el ecuador.
Las diferentes frecuencias de la variación orbital que contribuyen a las variaciones de marea son llamados constituyentes. En la mayoría de ubicaciones, el más grande es el constituyente "principal lunar semidiurno", también conocido como el M2 (o M 2) componente de marea. Su período es de aproximadamente 12 horas y 25,2 minutos, exactamente la mitad de un día lunar de las mareas, el tiempo promedio que separa un lunar cenit de la siguiente, y así el tiempo necesario para que la Tierra gira una vez en relación con la Luna. Este es el constituyente seguido por sencillo relojes de marea.
Las mareas varían en escalas de tiempo que van desde horas hasta años, por lo que para hacer un registro exacto mareógrafos miden el nivel de agua en el tiempo en estaciones fijas que se proyectará a partir de las variaciones causadas por las ondas cortas de minutos en el período. Estos datos se comparan con la referencia (o de referencia) Nivel usualmente llamado nivel medio del mar.
Componentes distintos del M 2 se deben a factores como la influencia gravitatoria del Sol, la inclinación del eje de rotación de la Tierra, la inclinación de la órbita lunar y la elipticidad de la órbita de la Luna alrededor de la Tierra y de la Tierra alrededor del Sol Variaciones con períodos de menos de medio día se llaman componentes armónicas. Constituyentes largo período tienen períodos de días, meses o años.
Variación amplitud de la marea: manantiales y NEAPs
La amplitud de la marea semidiurna (la diferencia de altura entre pleamar y bajamar durante aproximadamente un día y medio) varía de dos semanas o ciclo quincenal. Alrededor nueva y luna llena , cuando el Sol, la Luna y la Tierra forman una línea (una condición conocida como sicigia), la las fuerzas de marea debido a la Sun refuerzan los de la Luna. El alcance de la marea es entonces máximo: esto se llama la marea viva, o simplemente salta y no se deriva de la temporada de primavera, sino del verbo que significa "salto" o "saltar". Cuando la Luna está en cuarto creciente o tercer trimestre, el Sol y la Luna están separados por 90 ° cuando se ve desde la tierra, y las fuerzas debidas al Sol anulan parcialmente los de la Luna. En estos momentos del ciclo lunar, la gama de la marea es mínima: esto se llama la marea muerta, o PNAA. Las mareas vivas resultan en altas aguas que son más altos que lo normal, aguas bajas que son más bajos que el promedio, el tiempo de estoa que es más corto que las corrientes de marea media y más fuerte que el promedio. NEAPs resultan en condiciones de marea menos extremas. No se trata de un intervalo de siete días entre manantiales y PNAA.
La distancia cambiante de la Luna de la Tierra afecta también a alturas de las mareas. Cuando la Luna está en perigeo la gama se incrementa y cuando está en apogeo se reduce la gama. Cada 7½ lunaciones, perigeo coincide con ya sea una luna nueva o llena causando mareas de perigeo con la mayor amplitud de la marea. Si una tormenta pasa a estar en movimiento en tierra en este momento, las consecuencias (en forma de daños a la propiedad, etc.) pueden ser especialmente graves.
Fase y la amplitud de las mareas
Debido a que el M 2 componente de marea domina en la mayoría de los lugares, la etapa o fase de una marea, denotado por el tiempo en horas después de la marea alta, es un concepto útil. También se mide en grados, con 360 ° por ciclo de marea. Las líneas de fase constante de las mareas se llaman líneas cotidales. Alta de agua se logra simultáneamente a lo largo de las líneas que se extienden desde cotidales la costa hacia el océano, y líneas cotidales (y por lo tanto, las fases de marea) avance a lo largo de la costa. Si uno piensa en el océano como una cuenca circular delimitada por una línea de costa, las líneas cotidales apuntan radialmente hacia el interior y deben cumplir con el tiempo en un punto común, el punto anfidrómico. Un punto anfidrómico es a la vez cotidal con aguas altas y bajas, que se satisface con cero movimiento de las mareas. (La rara excepción se produce cuando los círculos de marea alrededor de una isla, como lo hace alrededor de Nueva Zelanda .) De hecho el movimiento de las mareas generalmente disminuye alejándose de las costas continentales, por lo que el cruce de las líneas cotidales son contornos de amplitud constante (la mitad de la distancia entre alta y baja de agua) que disminuyen a cero en el punto anfidrómico. Para una marea semidiurna 12 horas el punto anfidrómico se comporta más o menos como un reloj, con la mano apuntando horas en la dirección de la línea de alta cotidal agua, que está justo enfrente de la línea de baja cotidal agua. Alto agua gira alrededor de una vez cada 12 horas, en la dirección de las líneas ascendentes cotidales, y lejos de menguando líneas cotidales. La diferencia de fase cotidal de la fase de una marea de referencia es la época.
La forma de la costa y el fondo del océano cambian la forma en que las mareas se propagan, por lo que no hay una regla simple y general para predecir el momento de la marea alta de la posición de la Luna en el cielo. Características costeras tales como la topografía submarina y forma costa hacen que las características de ubicación individuo deben tomarse en consideración cuando la previsión de las mareas; hora de agua puede ser diferente de la sugerida por un modelo como el de arriba, debido a los efectos de la morfología costera sobre el flujo de marea.
La física Tidal
Isaac Newton estableció las bases para la explicación matemática de mareas en el Philosophiae Naturalis Principia Mathematica ( 1687). En 1740, la Académie Royale des Sciences de París ofreció un premio para el mejor ensayo teórico sobre las mareas. Daniel Bernoulli, Antoine Cavalleri, Leonhard Euler , y Colin Maclaurin compartió el premio. Maclaurin utiliza la teoría de Newton para demostrar que una esfera lisa cubierta por un océano suficientemente profundo bajo la fuerza de la marea de un solo cuerpo deformante es una esferoide alargado con eje mayor dirigido hacia el cuerpo de deformación. Maclaurin también fue el primero en escribir sobre la Tierra efectos de rotación en movimiento. Euler dio cuenta de que la componente horizontal de la fuerza de la marea (más de la vertical) impulsa la marea. En 1744 Jean le Rond d'Alembert estudió las ecuaciones de marea para la atmósfera que no incluyó la rotación. La primera formulación teórica importante para las mareas de agua fue hecha por Pierre-Simon Laplace , quien formuló un sistema de ecuaciones diferenciales parciales que relacionan el flujo horizontal a la altura de la superficie del océano. Las ecuaciones de marea Laplace están todavía en uso hoy en día. William Thomson reescribió las ecuaciones de Laplace en términos de vorticidad que permitió que describen soluciones tidally impulsados ondas coastally atrapados, que se conocen como Ondas de Kelvin.
Las fuerzas de marea
La fuerza de marea producida por un objeto masivo (Moon, en lo sucesivo) en una pequeña partícula situado sobre o en un extenso cuerpo (Tierra, de aquí en adelante) es la diferencia vectorial entre la fuerza gravitatoria ejercida por la Luna sobre la partícula, y la fuerza gravitacional que haría ser ejercida sobre la partícula si se encuentra en el centro de masa de la Tierra. Por lo tanto, la fuerza de marea no depende de la intensidad del campo gravitatorio de la Luna, pero en su gradiente. La fuerza gravitatoria ejercida sobre la Tierra por el Sol es en promedio 179 veces más fuerte que la que se ejerce sobre la Tierra por la Luna, sino porque el Sol es en promedio 389 veces más lejos de la Tierra, el gradiente de su campo es más débil. La fuerza de marea producida por el Sol es, por tanto, sólo un 46% mayor que la producida por la Luna.
Las fuerzas de marea también se pueden analizar desde el punto de vista de un marco de referencia que se traduce con el centro de masa de la Tierra. Considere la marea debido a la Luna (el Sol es similar). Primero observan que la Tierra y la Luna giran alrededor de un orbital común centro de masa , según lo determinado por sus masas relativas. El centro orbital de masa es 3/4 de la distancia desde el centro de la Tierra hasta su superficie. La segunda observación es que la de la Tierra movimiento centrípeto es la respuesta promedio de toda la Tierra a la gravedad de la Luna y es exactamente el movimiento correcto para equilibrar la gravedad de la Luna sólo en el centro de la Tierra; pero cada parte de la tierra se mueve junto con el centro de masa y todas las partes tienen el mismo movimiento centrípeto, ya que la Tierra es rígido. Por otro lado cada punto de la Tierra experimenta gravedad radialmente decreciente de la Luna de manera diferente; las partes cerca de la Tierra están más fuertemente atraídos que se compensa por la inercia y la experiencia de una fuerza de marea neta hacia la Luna; las partes lejanas tienen más inercia que es necesario para la atracción reducida, y por lo tanto se sienten una fuerza neta de distancia de la Luna. Finalmente sólo los componentes horizontales de las fuerzas de marea contribuyen realmente aceleración de marea a las partículas de agua ya que no es pequeña resistencia. La fuerza de marea real sobre una partícula es sólo a unos diez millonésima parte de la fuerza causada por la gravedad de la Tierra.
La superficie del océano está estrechamente aproximarse por una superficie equipotencial, (ignorando las corrientes oceánicas), que se conoce comúnmente como la geoide. Dado que la fuerza de la gravedad es igual a la gradiente del potencial, no hay fuerzas tangenciales sobre una superficie tal, y la superficie del océano es por lo tanto en equilibrio gravitacional. Ahora considere el efecto de, cuerpos masivos externos como la Luna y el Sol Estos órganos tienen fuertes campos gravitatorios que disminuyen con la distancia en el espacio y que actúan para alterar la forma de una superficie equipotencial en la Tierra. Las fuerzas gravitacionales siguen una fuerza del inverso del cuadrado ley (es inversamente proporcional a la cuadrado de la distancia), pero las fuerzas de marea son inversamente proporcional a la cubo de la distancia. La superficie del océano se mueve para ajustarse a los cambios de potencial de las mareas, que tiende a subir cuando el potencial de marea es alta, la parte de la Tierra más cercano a la Luna, y la parte más lejana. Cuando los cambios de potencial de las mareas, la superficie de los océanos ya no está alineado con ella, por lo que la dirección aparente de los desplazamientos verticales. La superficie entonces experimenta una pendiente hacia abajo, en la dirección que la de potencial ha aumentado.
Laplace ecuación tidal
La profundidad de los océanos es mucho menor que su extensión horizontal; por lo tanto, la respuesta a las mareas forzando puede ser modelado utilizando las ecuaciones de Laplace de marea que incorporan las siguientes características: (1) la velocidad vertical (o radial) es insignificante, y no hay verticales cizalla-este es un flujo laminar. (2) El forzamiento es sólo horizontal (tangencial). (3) la Efecto Coriolis aparece como un lateral ficticia forzando proporcional a la velocidad. (4) la tasa de cambio de la altura de la superficie es proporcional a la divergencia negativa de la velocidad multiplicada por la profundidad. El último significa que a medida que los tramos horizontales de la velocidad o comprime el océano como una hoja, el volumen se adelgaza o se espesa, respectivamente. Las condiciones de contorno dictan hay flujo a través de la línea de costa, y sin deslizamiento en la parte inferior. El efecto Coriolis dirige las ondas a la derecha en el hemisferio norte y hacia la izquierda en el sur de las olas que permiten coastally atrapados. Finalmente, un término de disipación se puede añadir que es un análogo a la viscosidad.
Amplitud de las mareas y el tiempo de ciclo
La amplitud de las mareas oceánicas teórica debido a la Luna es de unos 54 cm en el punto más alto, lo que corresponde a la amplitud que se alcanzaría si el océano poseía una profundidad uniforme, no había masas de tierra, y la tierra no fueron rotando. El Sol hace de manera similar las mareas, de las cuales la amplitud teórica es de aproximadamente 25 cm (46% de la de la Luna), con un tiempo de ciclo de 12 horas. En la marea de primavera de los dos efectos se suman entre sí a un nivel teórico de 79 cm, mientras que en marea muerta nivel teórico se reduce a 29 cm. Desde la órbita de la Tierra alrededor del Sol, y la Luna alrededor de la Tierra, son elípticas, las amplitudes de las mareas cambian algo como consecuencia de las distintas Tierra-Sol y Tierra-Luna distancias. Esto provoca una variación en la fuerza de la marea y la amplitud teórica de aproximadamente ± 18% para la Luna y ± 5% para el dom Si tanto el Sol y la Luna estaban en sus posiciones más cercanos y alineados con la luna nueva, la amplitud teórica alcanzaría 93 cm.
Amplitudes reales difieren considerablemente, no sólo debido a las variaciones en la profundidad del océano, y los obstáculos al flujo causadas por los continentes, pero también debido a que el periodo natural de propagación de la onda es del mismo orden de magnitud que el período de rotación: alrededor de 30 horas. Si no hay masas de tierra, se necesitarían alrededor de 30 horas para una onda superficie del océano longitud de onda larga para propagar a lo largo del ecuador medio camino alrededor de la Tierra (en comparación, el período natural de la litosfera de la Tierra es de unos 57 minutos).
Disipación de las mareas
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 en los mares y océanos. Surge la disipación como el flujo de las mareas cuenca escala impulsa flujos de menor escala que experimentan disipación turbulenta. Este arrastre de la marea da lugar a un par sobre la Luna que se traduce en la transferencia gradual de momento angular de su órbita, y un aumento gradual de la separación Tierra-Luna. Como resultado del principio de conservación del momento angular , la velocidad de rotación de la Tierra se redujo correspondientemente. De este modo, a lo largo del tiempo geológico, la Luna se aleja de la Tierra, aproximadamente a 3,8 cm / año, y la duración de los días terrestres se incrementa, lo que significa que hay menos aproximadamente 1 día por cada 100 millones de años. Ver aceleración de marea para más detalles.
Observación y predicción de mareas
Desde la antigüedad, las mareas se han observado y discutido con el aumento de la sofisticación, la primera toma nota de la repetición diaria, entonces su relación con el Sol y la Luna. Piteas viajó a las Islas Británicas y parece ser el primero en tener las mareas vivas relacionadas con la fase de la luna. La Naturalis Historia de Plinio el Viejo recopila muchas observaciones de detalle: ser las mareas vivas unos días después (o antes) luna nueva y llena, y que las mareas de primavera en la época de los equinoccios fueron los más altos, aunque también hubo muchas relaciones ahora considerados como fantasiosa. En su Geografía, Estrabón describió mareas en el Golfo Pérsico teniendo su mayor rango cuando la luna estaba más alejada del plano del ecuador. Todo esto a pesar de las mareas relativamente débiles en la cuenca del Mediterráneo, aunque hay fuertes corrientes a través del estrecho de Messina y entre Grecia y la isla de Eubea a través de la Euripo que desconcertaron Aristóteles . En Europa alrededor de 730 dC, el Venerable Bede describe cómo la subida de la marea en una costa de las Islas Británicas coincidió con la caída en el otro y se describe la progresión en tiempos de la misma agua de alta a lo largo de la costa de Northumbria.
Finalmente la primera tabla de mareas en China se registró en 1056 dC, principalmente en beneficio de los visitantes que deseen ver el famoso marejada en el Río Qiantang. La tabla de mareas primero conocido se piensa que es el de Juan, Abbott de Wallingford (m. 1213), basada en la alta del agua que ocurren 48 minutos más tarde cada día, y tres horas más tarde, río arriba en Londres que en la desembocadura del Támesis.
William Thomson dirigió el primer análisis armónico sistemático de los registros de marea comenzaba en 1867. El principal resultado fue la construcción de una máquina (TPM) marea predecir mediante un sistema de poleas para sumar seis funciones armónicas de tiempo. Fue "programado" restableciendo engranajes y cadenas para ajustar escalonamiento y amplitudes. Máquinas similares fueron utilizados hasta la década de 1960.
El registro del nivel del mar primera conocida de un ciclo primavera-neap entero fue hecho en 1831 en el Muelle de la Marina en el estuario del Támesis, y muchos puertos grandes tenido estaciones automáticas mareógrafos para 1850.
William Whewell primero asigna líneas cotidales que terminan con un gráfico casi mundial en 1836. Con el fin de hacer estos mapas consistente, que la hipótesis de la existencia de amphidromes donde las líneas cotidales se reúnen en el medio del océano. Estos puntos de no marea fueron confirmados por la medición en 1840 por el capitán Hewett, RN, de sondeos cuidadosos en el Mar del Norte.
Sincronización
En la mayoría de los lugares hay un retraso entre las fases de la Luna y el efecto de la marea. Springs y PNAA en el Mar del Norte , por ejemplo, hay dos días de retraso del nuevo / Luna llena y el primer trimestre /. Esto se conoce como la edad de la marea.
La hora exacta y la altura de la marea en un determinado punto costera también está muy influenciado por lo local batimetría. Hay algunos casos extremos: la Bahía de Fundy, en la costa este de Canadá , cuenta con las mareas más altas bien documentados en el mundo, 16 metros (53 pies), debido a la forma de la bahía. Southampton en el Reino Unido tiene una alta doble de agua causada por la interacción entre los diferentes armónicos de marea dentro de la región. Esto es contrario a la creencia popular de que el flujo de agua alrededor de la Isla de Wight crea dos aguas altas. La Isla de Wight es importante, sin embargo, ya que es responsable de la 'inundación joven de pie', que describe la pausa de la marea alrededor de tres horas después de la bajamar. Ungava Bay en el norte Quebec, el noreste de Canadá, que se cree por algunos expertos tienen mayores rangos de marea que la Bahía de Fundy (unos 17 metros o 56 pies), pero es libre de hielo durante sólo cuatro meses al año, mientras que la Bahía de Fundy rara vez se congela.
Debido a que los modos de oscilación del mar Mediterráneo y el mar Báltico no coinciden con un período forzando astronómica significativa las mareas más grandes están cerca de sus conexiones estrechas con el Océano Atlántico. Extremadamente pequeñas mareas se producen también por la misma razón en el Golfo de México y Mar del Japón. En la costa sur de Australia , debido a que la costa es muy recta (en parte debido a las pequeñas cantidades de escorrentía que fluye de los ríos), amplitud de las mareas son igualmente pequeño.
Análisis de marea
Era la teoría de la gravitación universal, debido a Isaac Newton que primero permitió una explicación de por qué había dos mareas al día, no una, y, a través de cálculo de las fuerzas, esperanza ofrecida de comprensión detallada. Aunque pueda parecer que las mareas se podría predecir a través de un conocimiento suficientemente detallado de las condiciones que obligan astronómicos, la marea real en un lugar determinado es determinado por la respuesta de los océanos a las fuerzas astronómicas acumuladas durante un período de muchos días y para el cálculo de este requiere un conocimiento detallado de la forma de todas las cuencas oceánicas. En cambio, el procedimiento es pragmático. En cada lugar de interés, medir las alturas de las mareas durante al menos un ciclo lunar (para capturar la primavera - la respuesta de las mareas de cuadratura) y luego analizar las diferencias de nivel medio del mar con respecto a las frecuencias astronómicos conocidos y fases de las fuerzas de marea de fondos en la expectativa de que el comportamiento altura de la marea seguirá el comportamiento de la fuerza de la marea. Luego, porque los estados astronómicos se pueden calcular con certeza, la altura de la marea en otras ocasiones se puede predecir. Los principales patrones son la marea dos veces al día, la diferencia entre la primera y segunda ola de un día (por la luna y el sol es al norte o al sur del ecuador), el ciclo de primavera marea muerta en amplitud (debido a las posiciones relativas de la luna y el sol), y el ajuste de las alturas de las mareas de primavera debido a las perigeos de la luna y el sol. La más alta marea astronómica es la marea viva de perigeo cuando tanto el sol y la luna son los más cercanos a la tierra.
Cuando se enfrenta a una función que varía periódicamente, el enfoque estándar es emplear Serie de Fourier, una forma de análisis ortogonal que utiliza funciones trigonométricas como su conjunto de base, específicamente una colección de funciones sinusoidales tienen frecuencias (el número de ciclos por día, u otra unidad conveniente) que son cero, uno, dos, tres, etc. veces la frecuencia fundamental de un ciclo en particular; éstos se llaman armónicos de la frecuencia fundamental, y el proceso se denomina Análisis de armónicos. Si las funciones sinusoidales son muy adecuados para el comportamiento que se está modelando, relativamente pocos términos armónicos deben llevarse en el análisis, y por suerte, porque trayectorias orbitales son circulares, las variaciones sinusoidales son muy adecuados.
Para el análisis de alturas de las mareas, el enfoque de la serie de Fourier se realiza mejor más elaborado. Mientras que el teorema sigue siendo verdadera y la altura de la marea podría ser analizada en términos de una sola frecuencia y sus armónicos, se requeriría un gran número de términos significativos. Una mucho mejor descomposición (es decir, más compacto) para este caso se refiere a un conjunto de bases que tiene más de una frecuencia fundamental: en concreto, los períodos de una revolución de la tierra (que es equivalente, del sol alrededor de la tierra), y una órbita de la luna sobre la tierra son inconmensurables (por simplicidad en el fraseo, esta discusión es enteramente geocéntrico, pero es informado por el modelo heliocéntrico), de modo de representar las influencias a través de una frecuencia requeriría muchos términos armónicos. Es decir, la suma de dos sinusoides, uno en la frecuencia del sol y la segunda a la frecuencia de la luna, requiere los dos únicos términos, pero su representación como una serie de Fourier que tiene una frecuencia fundamental y sus (entero) múltiplos requeriría muchos términos. Para mareas entonces, aunque el proceso todavía denomina Análisis Armónico, que no se limita a los armónicos de una sola frecuencia. Para demostrar esto, http://www.arachnoid.com/tides/index.html ofrece un patrón de altura de la marea convertida en un archivo de sonido .mp3, y el sonido rico es muy diferente de un tono puro. Todavía en otras palabras, las armonías son múltiplos de muchas frecuencias fundamentales, no sólo de la frecuencia fundamental del enfoque de las series de Fourier común.
El estudio de la altura de la marea de Análisis Armónico fue iniciada por Laplace , Lord Kelvin y George Darwin, entonces rigurosamente ampliado por AT Doodson quien introdujo la notación Número Doodson organizar los centenares de términos que resulten. Este enfoque ha sido el estándar internacional desde entonces, y las complicaciones surgen de la siguiente manera: hasta el momento, la fuerza de la marea de fondos es en teoría dada por A.cos (p + p), donde A es la amplitud, la frecuencia angular w (por lo general administrada en grados por hora) y p la fase compensado con respecto al estado astronómico en el tiempo t = 0; hay un plazo para la luna y un segundo plazo para el sol. Si las órbitas eran circulares, eso sería el fin de la cuestión, pero por supuesto que no lo eres. En consecuencia, el valor de A es en sí misma varía con el tiempo, ligeramente, sobre algunos cifra media. Cambie entonces por A (t), pero, ¿qué forma funcional? Resulta que otra sinusoide da una excelente aproximación, más bien como los ciclos y epiciclos de la teoría de Ptolomeo . Por consiguiente, A (t) = A. (1 + Aa.cos (wa.t + pa)), es decir, un valor medio A con una variación sinusoidal respecto de Aa magnitud, frecuencia y con wa pa fase. Así, el término simple es ahora un término compuesto, el producto de dos términos coseno:. A. [1 + Aa.cos (wa + pa)] cos (wt + p)
Ahora, dado que cos (a) .cos (b) = [cos (a + b) + cos (a - b)] / 2, es evidente que un término compuesto que implica el producto de dos términos coseno cada uno con su propio frecuencia es el mismo que tres (no dos: es (1 + cos) .cos) Los términos de coseno simples que se van a añadir, a la frecuencia original y también en la suma y diferencia de las dos frecuencias del término producto. Considere además que la fuerza de la marea en un lugar depende también de si la luna (o sol) está por encima o por debajo del plano del ecuador, y que estos atributos tienen sus propios períodos también inconmensurable con un día y un mes, y es claro que muchas combinaciones dan como resultado. Con una cuidadosa elección de las frecuencias astronómicos básicos, el Número Doodson anota las adiciones y las diferencias de los particulares para formar la frecuencia de cada término coseno simple.
Recuerde siempre que las mareas astronómicas no incluyen el efecto del clima, y, los cambios en las condiciones locales (movimiento banco de arena, bocas de puerto dragado, etc.) lejos de las existentes en el momento de la medida puede afectar el ritmo y la magnitud de la marea actual . Organizaciones citando una "marea astronómica más alta" por algún lugar se puede exagerar la figura como un factor de seguridad frente a la incertidumbre del análisis, la extrapolación desde el punto de medición más cercana, cambios desde el momento de la observación, es posible hundimiento del suelo, etc., para proteger la organización contra culpa debe overtopped una obra de ingeniería. Si el tamaño de un "aumento del tiempo" se evalúa restando la marea astronómica de la marea observada en el momento, es necesario tener cuidado.
Cuidadoso Fourier el análisis de datos durante un período de diecinueve años (la National Tidal Datum Epoch en los EE.UU.) utiliza frecuencias llamados los componentes armónicas de marea. Diecinueve años se prefiere debido a las posiciones relativas de la tierra, la luna y el sol de repetición casi exactamente en el Ciclo metónico de 18,6 años. Este análisis puede hacerse usando sólo el conocimiento del período de forzar, pero sin comprensión detallada de las matemáticas físicas, lo que significa que las tablas de marea útiles se han construido durante siglos. Las amplitudes y fases resultantes pueden entonces ser usados para predecir las mareas esperados. Estos suelen ser dominados por los constituyentes cerca de 12 horas (los constituyentes semidiurnas), pero hay importantes constituyentes cerca de 24 horas (diurnas) también. Constituyentes a más largo plazo son 14 días o quincenal , mensual y semestral. La mayor parte de la costa está dominada por las mareas semidiurnas, pero algunas zonas como el Mar de China Meridional y el Golfo de México son principalmente diurna. En las zonas semidiurnas, los constituyentes primaria M 2 (lunar) y S 2 (solares) períodos difieren ligeramente de modo que las fases relativas, y por tanto la amplitud de la marea combinado, cambian cada dos semanas (periodo de catorce días).
En el M 2 gráfico de arriba cada línea cotidal difiere por una hora de sus vecinos, y las líneas gruesas muestran mareas en fase con el equilibrio de Greenwich. Las líneas giran en torno a los puntos anfidrómicos antihorario en el hemisferio norte para que desde Baja California hasta Alaska y de Francia a Irlanda del M 2 marea se propaga hacia el norte. En el hemisferio sur esta dirección es hacia la derecha. Por otro lado M 2 marea se propaga en sentido antihorario alrededor de Nueva Zelanda, pero esto porque el acto islas como una presa y permitir las mareas tener diferentes alturas en los lados opuestos de las islas. Pero las mareas no 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 marea vinculan periódicamente mayor a menor agua. Esto es porque las líneas cotidales 180 ° alrededor de los amphidromes están en fase opuesta, por ejemplo agua de alta a través del agua baja. Cada componente de marea tiene un patrón diferente de amplitudes, fases, y los puntos de anfidrómicos, por lo que los M 2 patrones no se puede utilizar para otros componentes de marea.
La corriente de marea
El patrón de flujo debido a la influencia de las mareas es mucho más difícil de analizar, y también, los datos son mucho más difíciles de recoger. A la altura de las mareas es un simple número, y se aplica a una amplia región al mismo tiempo (a menudo por lo que el ojo puede ver), sino un flujo tiene una magnitud y una dirección, y puede variar considerablemente en sólo una corta distancia debido a la batimetría local, , y también varían con la profundidad. Aunque el centro de un canal es el lugar de medición más útil, los marineros no aceptará una navegación que obstruye la instalación de medición de corriente! Se requiere una actitud flexible. Un flujo de proceder hasta un canal curvado es el mismo flujo, aunque su dirección varía continuamente a lo largo del canal. Incluso la expectativa obvio que los flujos de inundación y reflujo estarán en direcciones recíprocas no se cumple, como la dirección de un flujo se determina por la forma del canal que está viniendo, no la forma en la que estará en breve. Del mismo modo, los remolinos se pueden formar en una dirección pero no en la otra.
Sin embargo, el análisis procede de la misma forma. En un lugar dado en el caso simple, la gran mayoría del flujo de inundación será en una dirección, y el flujo de reflujo en otro (no necesariamente recíproco) dirección. Tome las velocidades a lo largo de la dirección de inundaciones como positivo, ya lo largo de la dirección de flujo como negativo, y proceder como si fueran figuras de la altura de la marea. En situaciones más complejas, el flujo no estará dominado por las principales direcciones de flujo y reflujo, con la dirección del flujo y la magnitud trazando una elipse más de un ciclo de marea (en un gráfico polar) en lugar de a lo largo de las dos líneas de flujo y reflujo de dirección . En este caso, el análisis puede proceder a lo largo de dos pares de direcciones, las direcciones de flujo primaria y las direcciones secundarias en ángulos rectos. Alternativamente, los flujos de marea pueden ser tratados como números complejos, ya que cada valor tiene una magnitud y una dirección.
Al igual que con las predicciones de la altura de marea, las predicciones de flujo de marea basados sólo en factores astronómicos no toman en cuenta las condiciones meteorológicas, que pueden cambiar por completo la situación. El flujo de las mareas a través del estrecho de Cook entre las dos islas principales de Nueva Zelanda es particularmente interesante, ya que en cada lado del estrecho la marea está casi exactamente fuera de fase por lo que la alta agua en un lado se reúne bajo el agua por el otro. Las fuertes corrientes resultan, con casi cero cambio de altura de la marea en el centro del estrecho. Sin embargo, aunque la marejada debe fluir en una dirección durante seis horas y luego la dirección inversa durante seis horas, etc. un aumento en particular puede durar ocho o diez horas con el aumento inversa debilitado. En condiciones climáticas especialmente ruidosas, el aumento inversa podría ser enteramente superar de manera que el flujo permanece en la misma dirección a través de tres períodos de sobretensión y más largos.
Una complicación adicional para el patrón del estrecho de Cook del flujo de corriente es que las mareas en el extremo norte tienen los dos ciclos comunes de mareas primaverales mareas muertas en un mes (como se encuentra en el lado oeste del país), pero el patrón de marea del extremo sur tiene un ciclo de mareas primaverales de cuadratura de un mes, tal como se encuentra en el lado este del país. Las corrientes de marea son mucho más complejas que las alturas de marea!
Tidal Power Generation
La potencia puede ser extraída por dos medios: la inserción de una turbina de agua en una corriente de marea, o, la construcción de estanques de embalse a fin de liberar o admitir agua a través de una turbina. En el primer caso, la generación está totalmente determinada por el tiempo y la magnitud de las corrientes de marea, y los mejores corrientes puede no estar disponible debido a que las turbinas obstruirían de navegación. En el segundo, las presas de embalse son caros de construir, los ciclos naturales de agua están completamente interrumpidas, como es la navegación, pero con múltiples embalse charcas de energía se puede generar a veces elegido. Hasta el momento, son pocos los sistemas de generación de energía de las mareas (la más famosa, La Rance por Saint Malo, Francia) y muchas dificultades. Aparte de las cuestiones ambientales, simplemente resistir la corrosión del agua de mar y el ensuciamiento por crecimientos biológicos es difícil!
Los defensores de los sistemas de energía de las mareas por lo general cuentan que a diferencia de los sistemas de energía eólica, el patrón de generación se puede predecir años por delante, y prefieren no hablar de los efectos del tiempo. Otra afirmación es que algunos generación es posible para la mayoría del ciclo de marea. Esto puede ser cierto, en principio, desde la época de aguas tranquilas es corto, pero en la práctica las turbinas de perder eficiencia a los poderes operativos parciales. Dado que la potencia disponible de un flujo es proporcional al cubo de la velocidad del flujo, los tiempos durante los cuales alta generación de energía es posible llegar a ser más bien breve. Un repliegue obvio entonces es tener un número de estaciones de generación de energía de las mareas, en los lugares donde la fase de marea es lo suficientemente diferente para que bajo el poder de una estación se rellena por el alto poder de otro. Una vez más, Nueva Zelanda tiene oportunidades particularmente interesantes. Debido a que el patrón de las mareas es tal que un estado de alta el agua gira alrededor del país una vez por ciclo, siempre hay algún lugar alrededor de la costa, donde la marea está en su apogeo, y en otro lugar donde se encuentra en su nivel más bajo, etc, para que a través de la red de transmisión de electricidad, siempre podría ser la oferta de generación mareomotriz en alguna parte. La situación más conveniente se presenta con la ciudad de Auckland , que se encuentra entre el puerto de Manukau y Waitemata puerto de modo que ambas centrales serían cerca de la carga.
Pero, debido a la potencia disponible varía con el cubo del flujo, incluso con la diferencia de fase óptima de cada tres horas entre dos estaciones, todavía hay cantidades significativas de tiempo cuando ni flujo de la marea es lo suficientemente rápida para la generación significativa, y peor, durante el época de mareas muertas, el flujo es débil todo el día, y no se puede pasar alrededor de este a través de múltiples estaciones, debido a que las mareas muertas se aplican a toda la tierra a la vez. Las mareas muertas más débiles serían cuando la influencia del Sol es máxima, mientras que es más débil de la luna, y en lo que se refiere al sol, es más cercana a la tierra durante la época de verano del hemisferio sur, que es cuando la demanda de electricidad es la menos allí, una pequeña bonificación.
Como resultado, el interés debe caer sobre elpuerto de Kaipara que no sólo es grande, pero también es de dos lóbulos en forma, y por lo tanto casi pre-diseñado para un esquema de embalse de marea donde un lóbulo podría ser llenado por agua alta y el otro vaciado por un bajo agua, y luego a través de un canal desde una a la otra generación sería posible en un momento de elección.
Hay poca probabilidad de cualquier procedimiento esquema, debido a la interrupción a las condiciones naturales.
Flujos de marea son de profunda importancia en la navegación y los errores muy significativos en la posición ocurrirá si no se toman en cuenta. Alturas de marea son también muy importantes; por ejemplo, muchos ríos y puertos tienen un "bar" poco profunda en la entrada, lo que impide barcos con significativo proyecto de entrar en ciertos estados de la marea.
Los tiempos y las velocidades de flujo de las mareas se pueden encontrar buscando en una tabla de marea o corriente de marea atlas para el área de interés. Tablas de mareas vienen en grupos, con cada diagrama del conjunto para una sola hora entre una pleamar y otra (que ignoran los 24 minutos extra) y dar al flujo de la marea promedio para que una hora. Una flecha en el gráfico de mareas indica la dirección y la velocidad media de flujo (por lo general en nudos) durante mareas vivas y muertas. Si un gráfico de marea no está disponible, la mayoría de las cartas náuticas tienen " diamantes de marea "que se refieren los puntos específicos en el gráfico a una tabla de datos que dan dirección y la velocidad del flujo de marea.
Procedimiento estándar para contrarrestar los efectos de las mareas en la navegación es (1) calcular una " posición estimada "(o DR) de distancia y dirección de desplazamiento, (2) marcar este en la carta (con una cruz vertical como un signo más ) y (3) trazar una línea desde la República Dominicana en la dirección de la corriente. La distancia que la marea se habrá movido el barco a lo largo de esta línea se calcula por la velocidad de las mareas, y esto da una "posición estimada" o EP (tradicionalmente marcada con un punto en un triángulo).
Cartas náuticas muestran la "profundidad indicada en las cartas" del agua en lugares específicos con " sondeos "y el uso de batimétricos curvas de nivel para representar la forma de la superficie sumergida. Estas profundidades son en relación con una " carta de referencia ", que suele ser el nivel de agua en la marea astronómica más baja posible (mareas pueden ser más bajos o más altos por razones meteorológicas) y son, por tanto, la profundidad mínima del agua posible durante el ciclo de las mareas. "Alturas de secado", también se puede mostrar en la tabla, que son las alturas de la exposición del fondo marino en la marea astronómica más baja.
Alturas y horas de agua baja y alta de cada día se publican en tablas de mareas. la profundidad real del agua a los puntos dados en agua de alta o baja se puede calcular fácilmente mediante la adición de la profundidad indicada en las cartas a la altura publicada de la marea. La profundidad del agua para tiempos distintos del agua alta o baja puede ser derivada de curvas de marea publicados para los puertos principales. Si una curva exacta no está disponible, el imperio de doceavas partes se puede utilizar. Esta aproximación funciona sobre la base de que el aumento de la profundidad de las seis horas entre el agua baja y alta seguirá esta regla simple: primera hora - 1/12, segundo - 2/12, tercero - 3/12, cuarto - 3/12 , quinto - 2/12, sexto - 1/12.
Aspectos biológicos
Ecología intermareal
Ecología intermareal es el estudio de intermareales ecosistemas, donde los organismos viven entre las líneas de baja y alta de agua. En aguas bajas, el intermareal está expuesto (o "fuera del agua '), mientras que en marea alta, el intermareal está bajo el agua (o' sumergida '). Intermareales ecologistas , por tanto, estudiar las interacciones entre los organismos intermareales y su entorno, así como entre las diferentes especies de organismos intermareales dentro de una comunidad intermareal particular. Los más importantes interacciones ambientales y especies pueden variar según el tipo de comunidad intermareal en estudio, la más amplia de las clasificaciones se basan en sustratos - costa rocosa y las comunidades de fondos blandos.
Los organismos que viven en esta zona tienen un ambiente muy variable y, a menudo hostil, y han evolucionado varias adaptaciones para hacer frente e incluso explotar estas condiciones. Una característica fácilmente visible de las comunidades intermareales es zonación vertical, donde la comunidad se divide en bandas verticales distintas de especies específicas que suben la orilla. La capacidad de hacer frente a las especies desecación determina sus límites superiores, mientras que la competencia con otras especies establece sus límites más bajos.
Regiones intermareales son utilizados por los seres humanos para la alimentación y la recreación, pero las acciones antropogénicas que también tienen un gran impacto, con la sobreexplotación, las especies invasoras y el cambio climático es uno de los problemas que enfrentan las comunidades intermareales. En algunos lugares Áreas Marinas Protegidas se han establecido para proteger estas áreas y ayudar en la investigación científica.
Ritmos biológicos y las mareas
Organismos intermareales están muy afectados por el ciclo de aproximadamente quincenal de las mareas, y por lo tanto sus ritmos biológicos tienden a ocurrir en múltiplos ásperos de este período. Esto se ve no sólo en los organismos intermareales sin embargo, sino también en muchos otros animales terrestres, tales como la vertebrados . Los ejemplos incluyen gestación y la eclosión de los huevos. En los seres humanos, por ejemplo, el ciclo menstrual dura aproximadamente un mes, incluso un múltiplo del período del ciclo de las mareas. Esto puede ser una prueba de la descendencia común de todos los animales de un ancestro marino.
Otros mareas
Además de las mareas oceánicas, hay mareas atmosféricas , así como mareas terrestres . Todos estos son fenómenos continuos mecánicos, los dos primeros son los fluidos y la tercera sólido (con varias modificaciones).
Mareas atmosféricas son insignificantes desde el nivel del suelo y de la aviación altitudes, ahogados por los efectos más importantes de tiempo . Mareas atmosféricas son tanto gravitatoria y térmica de origen, y son las dinámicas dominantes de unos 80 km a 120 kilometros donde la densidad molecular llega a ser demasiado pequeño para comportarse como un fluido.
Mareas de la Tierra o mareas terrestres afectan a toda la masa rocosa de la Tierra. Desplazamientos de la corteza de la Tierra (arriba / abajo, este / oeste, norte / sur) en respuesta a la Luna de la gravitación y del Sol, las mareas oceánicas, y la carga atmosférica. Mientras insignificante para la mayoría de las actividades humanas, la amplitud de las mareas terrestres semidiurno puede alcanzar unos 55 cm en el ecuador (15 cm se debe al Sol), que es importante en la calibración GPS y mediciones VLBI. También para hacer mediciones angulares astronómicas precisas requiere el conocimiento de la frecuencia de la Tierra de la rotación y la nutación, ambos de los cuales están influenciados por las mareas terrestres. Los semi-diurna M 2 mareas de la Tierra son casi en fase con la Luna con rezago de marea de unas dos horas. Mareas terrestres también deben tenerse en cuenta en el caso de algunos de física de partículas experimentos. Por ejemplo, en el CERN o SLAC, los grandes aceleradores de partículas se han diseñado teniendo en cuenta las mareas terrestres para su correcto funcionamiento. Entre los efectos que deben tenerse en cuenta son la deformación circunferencia de aceleradores circulares y energía del haz de partículas. Desde que las fuerzas de marea generan corrientes de conducción de fluidos dentro del interior de la Tierra, que afectan a su vez el propio campo magnético de la Tierra.
Cuando oscilante corrientes de marea en el flujo del océano estratificada sobre la topografía del fondo desigual, generan ondas internas con frecuencias de marea. Tales ondas se denominan mareas internas .
La marea galáctica es la fuerza de marea ejercida por las galaxias en las estrellas dentro de ellas y galaxias satélites que orbitan alrededor de ellos. Los efectos de la marea galáctica en el Sistema Solar 's nube de Oort se cree que son la causa del 90 por ciento de todos los observados cometas de período largo.
Malas aplicaciones
Los tsunamis , las grandes olas que se producen después de los terremotos, se llama a veces maremotos , pero este nombre se debe a su parecido a la marea, en lugar de cualquier vínculo real con la marea en sí. Otros fenómenos no relacionados con las mareas, pero el uso de la palabra la marea son robo marea, marea de tormenta, marea de huracanes y negro o mareas rojas. El término maremoto parece estar desapareciendo de uso popular.
