Plimovanje

    Zanimajo me vzroki za nastanek plimovanja. Zakaj, kot sem nekje prebral, le Luna tako močno vpliva na plimovanje in ne Sonce, ki ima mnogokrat večjo maso od Lune? Zelo bi vam bil hvaležen, če bi dopisali tudi kaj literature v kateri so ti pojavi opisani z enačbami.

    Plimovanje je pojav, pri katerem prihaja do periodičnega dvigovanja in zniževanja morske gladine. Vzrok za to se skriva (predvsem) v gravitacijski privlačni sili Lune. Tako kot Zemlja privlači predmete, da ne “odletijo” z nje, tako tudi Luna privlači posamezne predmete in tudi Zemljo. Ta gravitacijska sila je močno odvisna od oddaljenosti in pojema s kvadratom razdalje. Tako je sila na strani Zemlje, ki je bliže Luni, večja in potegne vodo stran od Zemljinega središča – pojavi se plima. Ko se Zemlja vrti okoli svoje osi, se lega Lune glede na zemeljsko površje spreminja. Presežek vode na Luni bližnji in oddaljeni strani Zemlje sledi navideznemu dnevnemu kroženju Lune, kar mi zaznamo kot lokalno dviganje in spuščanje gladine.

    plima1

    Na plimovanje pa poleg Lune vpliva tudi Sonce. Čeprav je Sonce veliko težje od Lune (masa Sonca je 2 1030 kg, Lune pa ‘le’ 7.4 1022 kg), je razdalja od Zemlje do Sonca toliko večja (1.5 1011 m, do Lune je 4 108 m), da postaneta učinka primerljive velikosti. Izkaže se, da je velikost Sončevega prispevka enaka približno polovici Luninega. Prav tako se razlikujeta periodi ponavljanja Sončne in Lunine plime. Sončeva je točno ob 12 h, Lunina pa okoli 12 h in 25 min. Pri preučevanju plime je tako potrebno upoštevati oba prispevka – tako Lune kot Sonca – vendar z ustreznimi obhodnimi časi.

    Plima 2

    Višina plime in oseke ni stalna, ampak se s časom spreminja. Največje plime se pojavijo, ko se vpliva Lune in Sonca seštejeta. Do tega pride v primeru, ko ležijo Sonce, Luna in Zemlja na isti premici, kar se zgodi dvakrat na mesec: ob polni luni in mlaju. V vmesnem času vlečeta Sonce in Luna vsak na svojo stran in je učinek zato zmanjšan. Prav tako je velikost plime in oseke odvisna od letnega časa. Največje razlike se namreč pojavijo ob spomladanskem in jesenskem enakonočju (kot posledica nagnjenosti osi, okoli katere se Zemlja vrti, glede na ravnino gibanja okoli Sonca). Podobno kot morje, tudi kopno čuti privlak in čeprav se kopno ne ‘pretaka’, čuti spreminjajoče napetosti, kar zlasti ob času največjih razlik (polna luna ali mlaj spomladi in jeseni) privede do povečane pogostosti potresov.

    Plima 3Še vedno ostaja zanimivo vprašanje, zakaj prihaja do dveh plim (in osek) dnevno. Luna namreč vleče le na eno stran, zakaj se potem na nasprotni strani pojavi podoben presežek vodnih mas? Odgovor leži v dveh prispevkih, v spreminjanju gravitacijske sile in v centripetalni sili zaradi kroženja Zemlje okoli skupnega težišča. Slednji prispevek mnogokrat v knjigah pozabijo, čeprav da v sistemu Luna-Zemlja prevladujoč prispevek. Najprej pa si podrobneje oglejmo plimsko silo zaradi spreminjanj gravitacijske sile z razdaljo. Neposreden vzrok plime ni v sami gravitacijski sili, ampak v razliki velikosti sile v različnih krajih na Zemlji. Referenčna sila naj bo sila, ki deluje med težiščema Lune in Zemlje (razdalja r0). Na strani bliže Luni je ta razdalja zmanjšana na  r0 – R (R je polmer Zemlje: 6400 km), kar da ustrezno večjo privlačno silo proti Luni. Na drugi strani pa je gravitacijska sila šibkejša kot referenčna sila, zato voda “uhaja” stran, kar povzroči podoben pojav plime na drugi strani Zemlje.

    Poleg tega je, kot že rečeno, v sistemu Luna-Zemlja potrebno upoštevati tudi vrtenje Zemlje in Lune okoli skupnega težišča. Zaradi vrtenja okoli težišča namreč na Zemljo deluje tudi sistemska sila – centripetalna sila, ki deluje stran od osi vrtenja (tako kot nas vleče navzven iz ovinka, ko hitro pripeljemo z avtom v ovinek). Težišče okoli katerega se vrtita Zemlja in Luna je oddaljeno okoli 4700 km od središča Zemlje in je torej znotraj Zemlje. Sedaj tudi lahko enostavno ugotovimo, da centripetalna sila ravno tako kot gravitacijska povzroča dve plimi. Na od Lune oddaljeni strani namreč centripetalna sila deluje navzven, stran od smeri Luna-Zemlja in vleče vodo navzven. Na strani bližnji Luni pa je ta del Zemlje že na drugi strani osišča. Tako centripetalna sila ravno tako deluje stran od središča Zemlje (proti Luni) ter povzroča drugo plimo (ob robu: centripetalna sila bi ravno tako povzročala dve plimi tudi če bi bilo osišče zunaj Zemlje, pomembno je namreč le, da je centripetalna sila večja dlje kot gremo od osišča in manjša, bliže kot smo osišču). Poleg tega se centripetalna sila drugače kot gravitacijska sila spreminja linearno z razdaljo od osi vrtenja (težišča sistema Luna-Zemlja). Ker je težišče sistema blizu središča Zemlje, je vpliv centripetalne sile na plimo veliko večji, kar okoli 40-krat, kot bi bil le zaradi spreminjanja gravitacijske sile. Poudarimo še enkrat, da je tako kot pri gravitacijski sili, tudi pri centripetalni sili pomembno le spreminjanje sile v odvisnosti od razdalje do središča Zemlje. Celotna centripetalna sila pač ravno uravnoteži privlačno gravitacijsko silo Lune.

    Centripetalna sila pa na primer ni tako pomembna v sistemu Sonce-Zemlja, saj je sedaj osišče, okoli katerega se vrti Zemlja, daleč od Zemlje (težišče sistema Sonce-Zemlja je namreč znotraj Sonca). Zato se tu centripetalna sila v različnih delih Zemlje le malo spreminja, s tem pa k plimski sili prispeva le polovico toliko kot spreminjanje gravitacijskega privlaka Sonca.

    Na dejansko (lokalno) plimo pa poleg pozicije Sonca in Lune vpliva še veliko drugih dejavnikov, kot so na primer oblika kontinentov, globina morja ipd. Na odprtih oceanih tako plima redko preseže pol metra, znani pa so primeri ob obalah, kjer lahko doseže razlika 10 m ali več. Najvišjo nam poznano razliko so izmerili v Kanadskem zalivu Fundy (Bay of Fundy, med kanadskima provincama Nova Scotia in New Brunswick na Atlantskem oceanu), kjer znaša plima v ugodnih razmerah do 21 m. Evropejcem bolj poznan primer velikih plim je Rokavski preliv med Anglijo in Francijo (npr. pri Mont-St-Michelu je razlike do 16 m). V takih zaključenih zalivih ali prelivih lahko visoko plimo razložimo s pojavom resonance: frekvenca prihajanja vode (približno dvakrat dnevno) se ravno ujema z lastno frekvenco vode v zalivu, zato se tam valovanje (plimovanje) močno ojači. Iz podobnega razloga se lahko drugje zgodi, da do plimovanja praktično sploh ne pride.

    Ljudje so se na življenje z velikimi plimami že prav dobro navadili. Tako imajo marsikje postavljene jezove, da jim plima ne poplavi naseljenih področij ali njiv. Tudi plovila (npr. jadrnice) so prilagojene: namesto ene kobilice pri dnu, ima vsaka jadrnica dve, tako da se v primeru, ko vsa voda odteče iz zaliva, ne prevrne na bok. Na javnih kopališčih visijo urniki plime in oseke ter opozorilne table, saj se marsikatera sprehajalna pot na polotok ob plimi izgubi v morju, polotok pa postane čisto pravi otok. Zelo nevarni so tudi morski tokovi kot posledica pritekanja in odtekanja velike količine vode. Zato svetujejo v primeru ujetja na nastalem otočku počakati, da plima mine.

    V naših krajih plima in oseka nista tako izraziti. Razlika dosega običajno vrednosti do 70 cm. Prav lahko pa se zgodi, da ta vrednost ob močnem vetru (jugu, ki potiska vodo proti severu) in polni luni močno naraste. Tako so v Trstu že izmerili povišanje za 2,8 m. V tem primeru sta tako Tartinijev trg v Piranu kot tudi Markov trg v Benetkah pod vodo.

    Kljub navedenim težavam, pa plimo ponekod tudi s pridom izkoriščajo. Tako je na reki Rance v Bretanji (sever Francije, blizu kraja St. Malo) postavljena prva elektrarna na plimo in oseko, ki v povprečju dela z močjo 240 MW (za primerjavo: jedrska elektrarna Krško deluje z močjo 630 MW).

    Plima in oseka sta torej posledica delovanja gravitacijske sile tako Lune kot Sonca, pa tudi posledica vrtenja Zemlje okoli skupnega težišča. Višina je močno odvisna od časa ter kraja, kjer se nahajamo. In kljub težavam, ki nam jih včasih prinaša, poskrbi za enega lepših čudežev narave.

    literatura:

    • G. D. Garland, Introduction to Geophysics, Mantle Core and Crust (W.B.Saunders, Philadelphia, 1971).
    • Introductionary Oceanography 8. ed, H. Thurman

    In verjetno vsaka geofizikalna knjiga (ki v naslovu vključuje “Geophysics” ali “Oceanography”).

    (Mojca Vilfan in Jure Zupan)