NOAA Gezeiten und Strömungen

Kapitel 4 – Schwankungen im Bereich der Gezeiten: Ungleichheiten der Gezeiten

Wie in Abb. 6 gezeigt wird, ist der Höhenunterschied in Fuß zwischen aufeinanderfolgenden Hoch- und Niedrigwasser an einem bestimmten Ort als Tidenhub bekannt. Die Spanne der Gezeiten an einem beliebigen Ort unterliegt vielen variablen Faktoren. Die Einflüsse astronomischen Ursprungs werden zunächst beschrieben.

1. Mondphaseneffekt: Spring- und Nipptiden. Es wurde bereits erwähnt, dass die Gravitationskräfte des Mondes und der Sonne auf das Wasser der Erde wirken. Es ist offensichtlich, dass aufgrund der wechselnden Position des Mondes in Bezug auf die Erde und die Sonne (Abb. 3) während des monatlichen Phasenzyklus (29,53 Tage) die Anziehungskräfte von Mond und Sonne entlang einer gemeinsamen Linie oder in wechselnden Winkeln zueinander wirken können.

Wenn sich der Mond in der Neu- und Vollphase befindet (beide Positionen werden als Syzygie bezeichnet), verstärken sich die Anziehungskräfte von Mond und Sonne gegenseitig. Da die resultierende oder kombinierte Gezeitenkraft ebenfalls erhöht ist, sind die beobachteten Gezeiten bei Hochwasser höher und bei Niedrigwasser niedriger als im Durchschnitt. Das bedeutet, dass der Tidenhub an allen Orten, die ein aufeinanderfolgendes Hoch- und Niedrigwasser aufweisen, größer ist. Solche überdurchschnittlichen Gezeiten, die sich an den Syzygiestellungen des Mondes ergeben, werden als Springfluten bezeichnet – ein Begriff, der lediglich ein „Anschwellen“ des Wassers impliziert und keinen Bezug zur Jahreszeit hat.

Bei der ersten und dritten Viertelphase (Quadratur) des Mondes wirken die Anziehungskräfte von Mond und Sonne auf das Wasser der Erde im rechten Winkel zueinander. Jede Kraft hat die Tendenz, der anderen teilweise entgegenzuwirken. In der Gezeitenkrafteinhüllenden, die diese kombinierten Kräfte repräsentiert, sind sowohl die maximalen als auch die minimalen Kräfte reduziert. Hohe Gezeiten sind niedriger und niedrige Gezeiten sind höher als der Durchschnitt. Solche Gezeiten mit verringerter Reichweite werden Nipptiden genannt, von einem griechischen Wort, das „spärlich“ bedeutet.

2. Parallaxeneffekte (Mond und Sonne). Da der Mond einer elliptischen Bahn folgt (Abb. 4), variiert der Abstand zwischen Erde und Mond im Laufe eines Monats um etwa 31.000 Meilen. Die gezeitenerzeugende Kraft des Mondes, die auf die Gewässer der Erde einwirkt, ändert sich umgekehrt proportional zur dritten Potenz des Abstands zwischen Erde und Mond, in Übereinstimmung mit der zuvor erwähnten Variation des Newtonschen Gravitationsgesetzes. Einmal im Monat, wenn der Mond der Erde am nächsten steht (Perigäum), sind die gezeitenerzeugenden Kräfte höher als sonst, was zu überdurchschnittlichen Schwankungen der Gezeiten führt. Etwa zwei Wochen später, wenn der Mond (am Apogäum) am weitesten von der Erde entfernt ist, ist die gezeitenerzeugende Kraft des Mondes geringer, und die Gezeitenhübe sind geringer als im Durchschnitt. Ähnlich verhält es sich im Erde-Sonne-System: Wenn die Erde der Sonne am nächsten ist (Perihel), etwa am 2. Januar eines jeden Jahres, ist der Tidenhub größer, und wenn die Erde am weitesten von der Sonne entfernt ist (Apogäum), etwa am 2. Juli, ist der Tidenhub geringer.

Wenn Perigäum, Perihel und entweder der Neu- oder Vollmond ungefähr zur gleichen Zeit auftreten, ergeben sich beträchtlich vergrößerte Gezeitenbereiche. Wenn Apogäum, Aphel und der erste oder dritte Viertelmond ungefähr zur gleichen Zeit zusammenfallen, ergeben sich normalerweise erheblich geringere Tidenhüben.

3. Auswirkungen der Monddeklination: Die tageszeitliche Ungleichheit. Die Ebene der Mondbahn ist nur um etwa 5o gegen die Ebene der Erdbahn (die Ekliptik) geneigt, so dass die monatliche Mondumdrehung um die Erde sehr nahe an der Ekliptik bleibt. Die Ekliptik ist um 23,5° zum Erdäquator geneigt, nördlich und südlich von dem sich die Sonne einmal pro Halbjahr bewegt, um die Jahreszeiten zu erzeugen. In ähnlicher Weise bewegt sich der Mond bei seinem monatlichen Umlauf um die Erde in jedem Halbmonat von einer Position mit dem größten Winkelabstand nördlich des Äquators zu einer Position mit dem größten Winkelabstand südlich des Äquators. (Der Winkelabstand senkrecht nach Norden und Süden vom Himmelsäquator wird als Deklination bezeichnet.) Zweimal im Monat überquert der Mond den Äquator. In Abb. 5 ist dieser Zustand durch die gestrichelte Position des Mondes dargestellt. Die entsprechende Gezeitenkrafteinhüllende durch den Mond ist im Profil durch die gestrichelte Ellipse dargestellt.

Da die Punkte A und A‘ auf der Hauptachse dieser Ellipse liegen, ist die Höhe der bei A dargestellten Flut dieselbe wie diejenige, die eintritt, wenn sich dieser Punkt etwa 12 Stunden später zur Position A‘ dreht. Wenn sich der Mond über dem Äquator befindet – oder bei bestimmten anderen kräfteausgleichenden Deklinationen – sind die beiden Flut- und Ebbezeiten an einem bestimmten Tag an jedem Ort gleich hoch. Aufeinanderfolgende Ebbe und Flut liegen dann auch zeitlich fast gleich weit auseinander und treten zweimal täglich auf. (Siehe oberes Diagramm in Abb. 6.) Dies wird als halbtäglicher Gezeitentyp bezeichnet.

Mit dem sich ändernden Winkelabstand des Mondes über oder unter dem Äquator (dargestellt durch die Position des kleinen durchgezogenen Kreises in Abb. 5) wird jedoch die vom Mond erzeugte Gezeitenkrafteinhüllende gekippt, und es kommt zu Höhenunterschieden zwischen zwei täglichen Gezeiten der gleichen Phase. Die Schwankungen in den Höhen der Gezeiten, die sich aus den Änderungen des Deklinationswinkels des Mondes und der entsprechenden Wirkungslinien der Gravitationskraft ergeben, führen zu einem Phänomen, das als Tagesungleichheit bekannt ist.

In Abb. 5 liegt der Punkt B unter einer Ausbuchtung der Gezeitenhülle. Einen halben Tag später befindet sich der Punkt B‘ wieder unter der Ausbuchtung, aber die Höhe der Flut ist offensichtlich nicht so groß wie bei B. Diese Situation führt zu einer zweimal täglich auftretenden Flut mit ungleichen Höhen bei aufeinander folgenden Hoch- oder Niedrigwassern oder bei beiden Gezeitenpaaren. Diese Art von Gezeiten, die eine starke tageszeitliche Ungleichheit aufweisen, werden als gemischte Gezeiten bezeichnet. (Siehe mittleres Diagramm in Abb. 6.)

Schließlich liegt der Punkt C, wie in Abb. 5 dargestellt, unter einem Teil des Gezeitenkraftbereichs. Einen halben Tag später jedoch, als sich dieser Punkt zur Position C‘ dreht, liegt er oberhalb der Krafthülle. An diesem Ort erzeugen die Gezeitenkräfte also nur ein Hochwasser und ein Niedrigwasser pro Tag. Der sich daraus ergebende Tagestyp der Gezeiten ist im unteren Diagramm von Abb. 6 dargestellt.

Kapitel 5 – Faktoren, die die örtlichen Höhen und Ankunftszeiten der Gezeiten beeinflussen