A maré é a variação da altura do nível do mar e dos oceanos , causada pela combinação das forças gravitacionais devidas à Lua e ao Sol e às forças de inércia devidas à revolução da Terra em torno do centro de massa do o par Terra-Lua e o par Terra-Sol, todos combinados com a rotação da Terra em seu eixo.
Durante a lua cheia e a lua nova , ou seja, quando a Terra , a Lua e o Sol estão substancialmente no mesmo eixo (falamos de sizígia ), acrescenta-se a influência dos corpos celestes e as marés são de maior amplitude ( primavera marés ). Ao contrário, durante o primeiro e último trimestres, quando os três corpos estão em quadratura , a amplitude é menor ( napolitana ).
A corrente de maré alta é chamado fluxo ou fluxo , a corrente de vazante da maré é chamado fluxo ou fluxo .
Dependendo da localização da Terra, o ciclo de vazantes e vazantes pode ocorrer uma vez (maré diurna) ou duas vezes ao dia (maré semi-diurna) ou mesmo ser de tipo misto.
O nível mais alto atingido pelo mar durante um ciclo de maré é chamado de mar (ou geralmente maré alta ). Em contraste, o nível mais baixo é denominado maré baixa (ou maré baixa ). Quando o mar atinge seu nível mais alto ou mais baixo e parece parar de se mover, diz-se que o mar está mole . Falar em "maré alta" e "maré baixa" é o mais comum, embora a palavra maré normalmente se refira a movimento.
As marés mais baixas do ano ocorrem normalmente nos solstícios de inverno e verão , as mais fortes nos equinócios de primavera e outono.
Este movimento das marés é o mais visível, mas não se limita às águas: as marés, quase invisíveis, afectam também a atmosfera ( marés atmosféricas ) e toda a crosta terrestre ( marés terrestres ), embora em menor grau. Portanto, o que percebemos nas costas é na verdade a diferença entre a maré crustal e a maré oceânica. De maneira mais geral, devido às leis da gravidade , os objetos e fluidos celestes são objeto de forças de maré perto de outros corpos ( Io , um satélite próximo a Júpiter , está sujeito a forças de maré colossais).
As marés são devidas à deformação dos oceanos pelas forças atrativas da Terra e dos corpos celestes mais influentes (a Lua e o Sol), bem como o efeito da força centrífuga devido à rotação da Terra. Baricentro Terra-Lua. É expressa de forma diferente em cada ponto do globo, devido a muitos efeitos adicionais: inércia do movimento da água, efeitos induzidos pela própria maré e deformações terrestres, propagação de diferentes ondas induzidas por fatores como a força de Coriolis , o tamanho e a forma das bacias (abertas ou fechadas, profundas ou não), etc.
De acordo com a lei universal da gravitação , as massas líquidas dos mares e oceanos são atraídas pelos objetos celestes mais influentes: a Terra, a Lua e o Sol. Em particular, o ponto mais próximo da Lua é mais atraído do que o ponto oposto. Um primeiro componente da força de maré resulta, portanto, da diferença de atração entre a da Terra e a da Lua, de acordo com o baricentro Terra-Lua.
O mesmo fenômeno existe para todas as estrelas, e em particular para o Sol , que, embora longe da Terra, exerce uma forte influência por causa de sua grande massa.
Por outro lado, a Terra gira em torno do baricentro do sistema Terra-Lua, que sujeita os objetos localizados em sua superfície a uma força centrífuga . De forma simplificada, a maré, portanto, resulta da combinação dessas duas forças:
É a combinação desses dois fatores que explica a presença de duas “margens de água” em cada lado da Terra ao longo do eixo Terra-Lua.
Isso resulta em uma deformação da superfície do mar, mas também do solo, que, portanto, difere do que seria sem a presença da Lua e do Sol.
Para o mar, podemos comparar esta deformação a uma enorme onda que teria forma regular se o fundo do oceano "fosse regular e se não houvesse costas ".
Deve-se acrescentar que a rotação diurna da Terra sobre si mesma não é a origem física - no sentido estrito - do fenômeno das marés. Por outro lado, participa do fenômeno em que a rotação modula localmente o efeito da maré, o mesmo lugar no globo vendo um potencial gerador que varia no tempo devido à combinação do movimento rotacional e dos movimentos relativos dos corpos .desreguladores em relação à Terra.
Potencial de geraçãoA presença da Lua e do Sol está na origem das forças gravitacionais que produzem as marés.
A força geradora da maré deriva de um potencial relacionado à distância da Terra à Lua, ou cerca de 380.000 km , enquanto o raio da Terra é de cerca de 6.400 km . A atração que uma partícula experimenta em qualquer ponto do globo difere em magnitude dependendo de sua posição.
Observe o potencial de onde deriva a força geradora da maré. Em um sistema de coordenadas geocêntricas , escrevemos este potencial aplicado a um ponto P na superfície do globo, coordenadas atribuídas na forma:
(eq: 1,1)
com:
Podemos expressar como uma função de , e pela relação resultante de teorema de Al-Kashi (ver figura representação Terra - Lua):
(eq: 1,2)
se expressarmos 1 / d, a equação anterior (eq 1.2) torna-se:
(eq: 1,3)
A Lua e o Sol são os únicos corpos celestes cuja influência é notável na geração das marés na Terra, uma por sua proximidade, a outra por sua massa.
O termo é válido aproximadamente para a Lua e para o Sol. Podemos, portanto, estimar que:
Portanto, torna-se possível, com esta suposição, decompor (eq 1.3) na forma de uma série usando polinômios de Legendre .
com os polinômios de Legendre definidos por:
É aqui que entra a sutileza. O termo principal da série é o de ordem 1, que é proporcional a . Este termo tem um período angular de 360 graus, o que significa que descreve um ciclo de baixa-mar alta em 24 horas. No entanto, o ciclo das marés é de cerca de 12 horas. Para resolver esta questão, deve-se especificar que o referencial no qual analisamos o problema não é galileu, pois a Terra e a Lua não são estacionárias (como mostra a figura), mas estão em rotação em torno de seu centro comum. de gravidade. A análise rigorosa das forças, portanto, obriga a adicionar ao potencial descrito pela (eq 1.1) um termo potencial que descreve a força motriz do nosso quadro de referência (que neste caso é uma força centrífuga) para podermos aplicar as leis da mecânica. Agora, esse termo centrífugo compensa e cancela exatamente o termo de primeira ordem da série. O maior termo da série torna-se então o da ordem 2.
Se nos limitarmos à ordem 2, que já representa 98% do sinal, podemos escrever o potencial (eq 1.1) na forma:
(eq: 1,4)
Damos as coordenadas ao corpo celeste e as coordenadas ao ponto do globo P, podemos portanto expressar na forma:
A equação (eq 1.4) então se torna:
(eq: 1,5)Se detalharmos cada um dos três termos da equação (eq 1.5), e considerarmos apenas o movimento rotacional da Terra em um dia, podemos obter os termos de geração das primeiras ondas gigantes.
De fato :
Não desenvolveremos mais o potencial aqui em função de todos os movimentos orbitais dos dois corpos celestes perturbadores. Citaremos apenas as obras de Darwin :
Foram Darwin e Doodson que nomearam os termos do desenvolvimento do potencial; esses nomes ainda são usados para nomear ondas.
Os nomes correspondem a um conjunto de informações e M tem M (Lua) termo lunar e 2 termo semi-diurno, é o mesmo para a onda S solar .
Por que duas contas opostas?Tomemos dois objetos esféricos homogêneos A e B atraídos um pelo outro pela força gravitacional. Para o objeto A, seu centro de gravidade é atraído para o centro de gravidade de B, de acordo com as leis de atração universal (g no diagrama). A força de atração é um pouco mais importante na parte mais próxima de B (g + no diagrama), esta parte, portanto, tenderá a se projetar na direção de B, porque a força de atração é mais importante lá do que no centro da gravidade de A. Por outro lado, na parte de A mais distante de B, a atração é menos forte (g - no diagrama), a força de atração é mais fraca lá, e esta parte distante tenderá a se projetar no direção oposta a B. A rotação da Terra e da Lua ocorre em torno do centro de gravidade comum da montagem Terra-Lua (que está localizado no interior da Terra, a 4.700 km de seu centro ). Sob as suposições acima da maré estática, normalmente se observaria duas marés oceânicas correspondentes a cada uma das duas contas localizadas na linha Terra-Lua. À medida que a Terra gira sobre si mesma, o fenômeno seria observado de acordo com uma periodicidade semi-diurna de cerca de 12 h 25 min, correspondendo à metade do dia lunar (tempo que separa duas passagens sucessivas da Lua até o meridiano). Notou-se também uma periodicidade de 12 h, o que reflete a existência de uma maré solar, de amplitude ligeiramente menor que a causada pela Lua.
No entanto, o raciocínio apresentado não leva em consideração os efeitos da propagação horizontal das correntes de maré na superfície dos oceanos ou próximo à costa. Neste último caso, isso resulta na existência de marés de grande amplitude em certas regiões favoráveis, pela conformação das costas ou do fundo do mar, e no primeiro caso a existência em certas regiões oceânicas de pontos onde apenas se observa apenas um diariamente. maré.
A Lua também sofre um efeito de maré causado pela Terra, e muito maior do que o observado na Terra, dada a grande massa da Terra em relação à Lua. É por isso que aos poucos o movimento de rotação da Lua sobre si foi sincronizado com o movimento da Lua em torno da Terra, doravante sempre nos apresentando a mesma face (exceto por uma pequena oscilação: a libração ). A Lua sofre um efeito de maré constante da Terra em sua superfície, o que explica por que sua forma não pode ser perfeitamente esférica, mas elipsoidal .
Os efeitos das marés também existem na crosta terrestre, que se eleva com a passagem da Lua e do Sol e nos antípodas. O desenvolvimento de uma teoria sistemática das marés terrestres começou com George H. Darwin em 1879 e foi continuado por vários autores, notadamente por William Kaula em 1964 e por Paul Melchior. Foi este efeito que permitiu resolver um enigma no CERN , nos levantamentos realizados no LEP : os feixes de partículas viajaram mais por causa desta elevação com um ritmo idêntico ao das marés. Esta diferença no caminho modificou periodicamente as medições. Estávamos falando de uma amplitude de 40 cm de deslocamento vertical da crosta terrestre, não muito diferente da amplitude média do movimento médio no centro dos oceanos.
Outros efeitos induzidos: desaceleração da velocidade de rotação da Terra e afastamento da LuaO fenômeno das marés cria movimentos da estrutura terrestre e dos oceanos que geram atrito, ou seja, uma dissipação de energia (na forma de calor) que é retirada da energia cinética de rotação da Terra.
Ao mesmo tempo, para manter o momento angular do sistema Terra-Lua, a Lua está se afastando da Terra cerca de 3,8 centímetros por ano.
Esses mecanismos contribuem para uma redução da energia cinética, ou seja, uma desaceleração da velocidade de rotação da Terra, o que leva a uma extensão da duração dos dias. Nos últimos 100 milhões de anos, estima-se que a duração do dia aumentou em uma hora. Atualmente, a duração de um dia está aumentando em cerca de 2 ms por século.
A passagem da Lua ao meridiano do lugar (possivelmente com um certo atraso nas oscilações forçadas ; chamaremos de "meridiano das marés" o meridiano que corresponde ao ângulo horário de atraso das marés) ou em oposição explica o semi- ciclo diurno. O período desse fenômeno é de 0,517525050 dia (12 horas 25 minutos e 14 segundos), metade da duração do dia lunar médio. A diferença de tempo (o atraso), para um determinado porto, entre a passagem da Lua no meridiano e a hora da maré alta é chamada de estabelecimento do porto . As marés altas geralmente ocorrem no outono e na primavera.
Vários fenômenos astronômicos contribuem para a variação na amplitude das marés:
É possível ter conjunções bastante boas Entre todos esses fenômenos.
Como o sistema Terra-Lua, os sistemas planeta-satélite e Sol-planeta, mesmo satélite-satélite e planeta-planeta, são a sede das forças das marés. Eles são atribuídos em particular:
Os efeitos das forças de maré são particularmente dramáticos nas proximidades de um buraco negro ou de uma estrela de nêutrons .
Para a Terra , apenas a Lua e o Sol têm impactos significativos, que são somados ou opostos de acordo com as respectivas posições da Terra, da Lua e do Sol, e suas inclinações. Na verdade, a Lua está muito mais próxima da Terra do que o Sol, mas também tem uma massa muito menor, de modo que suas atrações são de ordens de magnitude comparáveis: a do Sol é cerca de metade da lua. Os outros corpos celestes têm uma relação massa / distância muito baixa para que sua influência seja perceptível.
Esta atração combinada da Lua e do Sol é, no entanto, perturbada ou mesmo às vezes contrariada por outros fenômenos físicos, como a inércia das massas de água, a forma das costas, as correntes marinhas , a profundidade dos mares ou mesmo o significado local. vento.
Além disso, um longo ciclo também é estabelecido ao longo de um período de 18,6 anos, durante o qual o nível médio do alto mar aumenta 3% ao ano durante 9 anos, depois diminui 3% durante 9 anos, e assim por diante. Este ciclo agrava depois diminui os efeitos da subida dos oceanos induzida pelo aquecimento global. De acordo com o IRD da França, onde a amplitude das marés é naturalmente forte (exemplo: baía do Monte Saint-Michel) este ciclo vai contribuir nos anos 2008-2015 proporcionalmente mais à elevação do nível do mar aberto, ou das grandes marés altas do que apenas o aquecimento global (até + 50 cm , ou seja, 20 vezes a expansão térmica do oceano após o aquecimento global) . Por outro lado, de 2015 a 2025, a fase de declínio desse ciclo deve levar a uma aparente desaceleração do fenômeno da ascensão do oceano e, provavelmente, da erosão da linha costeira que geralmente está associada a ele.
É uma força que se opõe ao movimento de uma massa que se quer mover (aumentar a velocidade) ou parar (diminuir a velocidade). Quanto maior a massa, maior a inércia . É o caso da massa de água de todos os oceanos do globo, que tenta frustrar os movimentos a que é submetida pela atração conjunta da Lua e do Sol.
Geralmente há dois ciclos de marés por dia (há exceções), os instantes da maré alta e da maré baixa variam com a Lua (atração predominante).
A maré se manifesta principalmente nas costas marítimas, onde o mar sobe ou recua de acordo com um ciclo ligado, por um lado, à rotação da Terra e sua rotação em torno do Sol, por outro lado, à rotação da Lua em torno a Terra. Este ciclo completo (cheia e baixa água) dura aproximadamente 12 horas e 25 minutos.
Quando as costas se estreitam em funil , como no fundo de certas baías ( baía do Mont-Saint-Michel , baía de Fundy , etc.), ocorre uma ampliação da altura das marés que pode ultrapassar os 14 metros entre a maré baixa e a cheia. água por efeito de ressonância . Também há um atraso progressivo ali, como no Canal da Mancha desde a entrada de Dunquerque , ou no estuário do Rio São Lourenço no Canadá. Os mares intracontinentais e interiores não são propensos às marés porque as massas de água e as distâncias entre as costas em questão são muito menores do que nos oceanos . Para mares parcialmente abertos, tudo depende da abertura em relação ao volume real: no Mediterrâneo , a estreiteza do Estreito de Gibraltar impede o consequente enchimento ou esvaziamento, enquanto no Golfo de Morbihan a maré gera correntes violentas.
O substrato geológico e a crosta terrestre também são influenciados pelas marés. Na verdade, as placas que formam o manto da Terra são grossas e sólidas, mas embora sejam bastante elásticas e deformáveis em grande escala e, portanto, movem-se como o nível dos oceanos, mas a deformação da Terra é menor (da ordem de de um alguns decímetros) do que o de grandes massas marinhas. Em Paris , às vezes que corresponderia a uma maré alta, o nível da Terra está, portanto, mais longe do centro da Terra em cerca de 30 centímetros em comparação com uma posição em relação à Lua correspondente à maré baixa. As marés terrestres, combinadas com a autogravitação da massa oceânica, tendem, por outro lado, a reduzir a amplitude das marés em mar aberto (correspondendo à maré de equilíbrio ) de cerca de 30%.
As marés da Terra são capazes de desencadear de terremotos de alta magnitude .
Na Antiguidade , o fenômeno das marés foi notado por Heródoto no Mar Vermelho , e os gregos também notaram as correntes caprichosas de certos estreitos do Mediterrâneo. Eles tomaram plena consciência do fenômeno por se aventurar fora do Mediterrâneo, no IV ª século aC. AD ( Pítias no Atlântico, Alexandre o Grande na Índia). Um vínculo com a posição da Lua é proposto pelo mesmo Pítias , este baseado em suas próprias observações e também nas dos celtas da costa atlântica.
Platão pensava que as marés eram causadas por oscilações da Terra . Mas as observações mais precisas são feitas por Posidonius a I st século aC. AD em Cadiz . Ele descreve três fenômenos periódicos ligados às marés: as duas marés diárias, correspondentes aos dois picos (inferior e superior) da Lua; o período semestral correspondente às sizigias com o Sol; o período semestral correspondente às marés de equinócio . Ele avalia corretamente o lapso de tempo entre a passagem da Lua e a ascensão das águas.
Posidonios vê neste fenômeno a manifestação de uma simpatia, de uma atração das ondas pela Lua supostamente úmida. Cícero , Plínio , o Velho , Estrabão , Ptolomeu afirmam que o fenômeno das marés depende do curso da Lua e do Sol.
No VII th século, Augustine Eriugena , termos de NEAP (ledo) e Whitewater (malina) e a sua correlação com as fases da Lua aparecem pela primeira vez.
No VIII th século, o Venerável Bede aprofunda observações e estudos Posidonios variações de maré de um ponto a outro da costa Inglês. Ele é o primeiro a "afirmar a existência e a constância, em cada lugar, de um atraso da maré na hora lunar" : o estabelecimento do porto . Ele observa que "ventos favoráveis ou contrários podem adiantar ou atrasar as horas de vazante e fluxo ..." .
No IX th século, o persa astrônomo Albumasar descrito em detalhes em seus magnum Introductorium anúncios astronomiam correlações entre maré ea lua.
Porém, se a explicação pela atração é favorecida por astrólogos e médicos para quem a Lua é a estrela úmida por excelência, ela não é aceita pelos discípulos de Aristóteles que limitam à luz e ao movimento a ação das estrelas na Terra.
Desde o XIV th século , desenvolveu a teoria aimantique das marés que compara a ação da lua sobre as águas do mar para a ação do ímã sobre o ferro.
Esta é médicos e astrólogos do XVI th século que devemos atribuir a ideia de decompor as marés maré totais em dois semelhante, produzido pela Lua, o outro pelo sol.
No XVII th século, Kepler adotou o conceito de uma força de atração da Lua, magnético na natureza, o que faria com que as marés. Galileu zomba da posição de Kepler sobre a atração lunar e explica a vazante e o fluxo do oceano pelas ações da rotação da Terra. Apesar das objeções, Galileu considera provar o movimento da Terra com essa explicação.
A teoria da gravidade de Newton possibilitou o retorno à influência lunar e solar, com base em princípios científicos. Esta teoria foi amplamente adotado no XVIII th século, embora no início do XIX ° século, Bernardin de Saint-Pierre tentou convencer a Academia Francesa de Ciências que não era a lua, mas o elenco (alternando com a geada da noite ) das geleiras que causaram as marés. Levando seu raciocínio ao limite, ele justificou a grande amplitude das marés do equinócio pela ação combinada das geleiras árticas e antárticas .
A amplitude das marés é, para um determinado dia e no intervalo entre maré alta - maré baixa, a diferença de altura da água entre o nível da maré alta e o da maré baixa (exemplo: amplitude da maré de 6,0 m ). A amplitude das marés varia continuamente. A zona alternadamente coberta e descoberta pelo mar, limitada por estes dois níveis quando atingem o seu máximo, é denominada zona de costa ou zona das marés, ou mesmo "zona das marés".
A amplitude da maré às vezes é confundida com a amplitude da maré, mas esta última expressão às vezes é assimilada à expressão inglesa amplitude da maré que designa a amplitude da maré, às vezes assimilada à expressão amplitude da maré que designa a amplitude da meia maré (diferença na altura da água na maré alta ou na maré baixa com a da meia-mar).
É expressa em centésimos e varia de 20 a 120, e indica a força da maré. O coeficiente médio é 70.
As marés ou marés marés vivas ocorrem quando a Lua e o Sol estão em conjunção ou oposição (chamada sizígia ) da Terra (onde lua cheia ou nova ): forças de atração são adicionadas. Este fenômeno explica porque as maiores marés ( equinócio de marés ) ter lugar durante o primeiro syzygy após o equinócio (21 de março e 21 de setembro)
Por outro lado, as marés são baixas ( maré quadrada ) quando a Lua está a 90 ° do eixo Sol-Terra (situação no primeiro ou último quarto ). Da mesma forma, os mais fracos ocorrem em torno dos solstícios de verão e inverno (21 de junho e 21 de dezembro)
C = 20 , define a maré mais baixa possível C = 45 , define uma água morta média C = 70 , define a separação entre nascente e água C = 95 , define uma água de nascente média C = 100 , define uma água de nascente equinocial média C = 120 , define a maré mais forte possívelSe U for, em um determinado lugar, a faixa de meia maré da maré alta mais forte que ocorre após uma sizígia equinocial média ( C = 100 ), então a profundidade da água ( h ) na maré alta de um coeficiente de maré ( C ) é de aproximadamente :
h pm = (1,2 + C) × U da mesma forma, a profundidade da água na maré baixa será de aproximadamente: h bm = (1,2 - C) × UObservação:
Exemplo prático: a altura da água em mar aberto em um local onde a unidade de altura U = 5,50 m , quando o coeficiente C = 95 será aproximadamente: h pm = (1,2 + 0,95) × 5,50 = 11,825 m . Da mesma forma, a profundidade da água na maré baixa será de h bm = (1,2 - 0,95) × 5,50 = 1,375 m .
Sobrenome | Causa | Período | Amplitude |
---|---|---|---|
Semi-diurno | |||
M2 | Diretor lunar | 12 h 25 min | 100% |
S2 | Solar principal | 12 h 00 min | 46,5% |
N2 | Elíptica lunar maior | 12 h 40 min | 19,1% |
K2 | Declinação lunisolar | 11 h 58 min | 12,6% |
Dia | |||
O1 | Diretor lunar | 25 h 49 min | 41,5% |
K1 | Declinação lunisolar | 23 h 56 min | 58,4% |
P1 | Solar principal | 24 h 04 min | 19,3% |
T1 | Elíptica lunar maior | 26 h 52 min | 7,9% |
A atração da Lua e do Sol cria uma onda gigantesca que, ao se propagar, cria o fenômeno da maré. A velocidade de propagação é alta em águas profundas (400 nós no Atlântico , ou cerca de 200 metros por segundo), muito menor em águas rasas (30 nós no Canal da Mancha , ou cerca de 15 metros por segundo). Essa velocidade determina o deslocamento dos tempos de mar aberto em diferentes lugares.
Além disso, a maré sofre um atraso em relação às situações astrais; estamos falando sobre a idade da maré . Na costa francesa, vale cerca de 36 horas. Em Brest, portanto, veremos as marés altas 36 horas após a lua cheia. Esta noção de idade da maré não deve ser confundida com o tempo de propagação da onda da maré descrita no parágrafo anterior.
A magnitude e a periodicidade da maré dependem da localização: são determinadas por muitos fatores, incluindo o tamanho da bacia do mar, sua profundidade, o perfil do fundo do mar, a existência de enseadas, latitude , etc. Em alguns mares, como o Mediterrâneo , todos esses fatores fazem com que a maré fique tão baixa que pode ser esquecida. Em outros lugares, as marés podem chegar a 15 metros de amplitude das marés .
Dependendo da latitude do local e da morfologia de sua costa (características acima), existem quatro tipos de marés:
É do tipo “semi-diurno”, com duração média de 12 horas e 25 minutos. Há, portanto, uma mudança todos os dias entre as horas de maré baixa e alta.
A amplitude das marés é muito variável. Pode chegar a 14 metros na baía do Monte Saint-Michel durante as marés altas e a apenas algumas dezenas de centímetros no Mediterrâneo nas marés mortas.
Em Niue , diz a lenda que o tarambola-grifo canta na maré alta e novamente na maré baixa para informar o pescador da mudança na maré.