Hvorfor er der højvande på begge sider af Jorden? – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Niels Bohr Institutet > Spørg om fysik > ? om Geofysik > Hvorfor er der højvand...

29. juli 2008

Hvorfor er der højvande på begge sider af Jorden?

Goddag NBI
Jeg fik forleden spørgsmålet af en kollega: Hvorfor er det nu lige, at når der er tidevand på Jorden og vandet stiger, at det også stiger på den "modsatte" side af Jorden? 

Set udefra danner vandmasserne jo nærmest en oval omkring Jorden, så der er lavvande på "siderne" og højvande for "enderne".

Hvorfor er der ikke kun højvande på den side, hvor vandet bliver "trukket" hen?

På forhånd tak for svaret.

Med venlig hilsen
K L

 

Månen og solens tyngdekræfter trækker begge i jorden (og  omvendt trækker jordens tyngdekræfter i  omvendt i månen og sole).

Man fik forståelsen af tidevandet, som følge af en prisopgave fra det franske akademi i 1740, med basis i Newtons love, hvor der kom en række besvarelser.

Tidevandskilder 
Den primære tidevandskilde er månen, som jo er ret nær på jorden (384 400 km, masse 7,348*1022 kg).

Den sekundære er solen (1,4959772 *1011 m, masse 1,989*1030 kg). Solens bidrag ca. er det halve af månens. Da vand er let deformerbar, betyder det, at der under månen er et ekstra træk i vandet, så det løftes lidt op, tilsvarende fra solen af de vertikale tyngdekræfter.

Når det er nymåne eller fuldmåne, virker solens- og månens tyngdekræfter samtidigt, og der kommer særligt højt tidevand, springflod. Studerer man en tidevands-tabel, vil man se, at der er flod to gange i døgnet. Det modsatte af lavvande hedder ebbe. Mellemrummene imellem højvande er 12 timer og 25,2 min.

Når månen er i første og tredje kvarter (de står vinkelret på hinanden, set fra floden og ebbens amplituder, er afstanden mindst, fordi de til dels modvirker hinanden jordcenteret). De varierende afstande til især månen, men også solen påvirker også højden. Sagen er lidt mere indviklet og kræver også anvendelse af en kraft der hedder corioliskraften (den som er hovedansvarlig for passatvindene), og fordi de horisontale tyngdegradienter har betydning, men det ligger nok udenfor denne spalte.

Når der er højvande to gange pr. døgn, er forklaringen lidt mere indviklet. Situationen er, at månen ikke "kun" bevæger sig rundt om jorden. Jorden og månen roterer om et fælles centrum. Da månen er meget lettere end jorden, viser det sig at ligge ¾ jordradius ude fra jordcenteret. Det betyder, at der kræves en centripetalkraft for at holde vandet i ro,  og den leveres ved at vandet stiger. Ser vi specielt på området modsat månen, er det der, den skal være størst, fordi der er 1+3/4 jordradius til omdrejningspunktet. Samtidigt er det der månens tiltrækningskraft er svagest, fordi det er længst fra månen, og kraften aftager med afstanden i anden. Her kommer så også et højvande lige modsat det andet.

Tidevand i jordskorpen
Hvis hele jorden var dækket af vand, af næsten ens dybde, ville tidevandet fra månen være lidt over ½ m, og fra solen ca. ¼ m. Det teoretisk højeste tidevand, når månen og solen er nærmest muligt, og trækker i samme retning, er knap en meter. Tidevandet findes også i jordskorpen.

Da man på et vist tidspunkt lavede en meget stor og præcis opstilling til måling af lyshastigheden, fik man en periodisk forstyrrelse. Det viste sig at være "tidevand" i jordskorpen, men det er naturligvis en meget mindre effekt. Det findes også i lufthavet omkring os.

Tidevandet virker som et par bremseklodser på jorden. Det betyder at jordrotationen langsomt bremses. Dagen har altså været kortere for årmillioner siden. Det udvikler naturligvis noget varme, i gennemsnit 3,8 terrawatt (1012 w) = 1,2 * 1020 pr år.  

Danmarks energiforbrug ventes i 2008 forventes at ligge på ca. 800 PJ eller tidevandesenergien er ca. 150 gange større pr. år). En anden effekt, det virker med disse bremseklodser, som om månen (med sin tyngdekraft) holder i den anden ende af bremsestangen, som bremser jorden. Det betyder, at der overføres kræfter til månen (forklaringen kræver brug af impulsmoment og kraftmoment). Månen kommer så længere og længere væk, oprindeligt har den været langt nærmere ved jorden.

Nu er ebbe og flod jo langt højere end angivet ovenfor i det mindste visse steder på jorden. Når tidevandsbølgen går ind i en tragtformig landmasse f.eks. visse franske atlanterhavs-floder og den engelske kanal (men også i vores eget vadehav), samles vandmængden i bølgen sammen på en kortere og kortere strækning, og det betyder at den bliver højere og højere. F.eks. i Dover (England) kan forskellen på ebbe og flod være op til 8 m, i Avonmouth over 15 m. Ved Højer slusen er forskellen ca. 2 m.

Med venlig hilsen
Malte Olsen