NOAA Tides & Currents

Luku 4 – Vuorovesien vaihtelut: Vuorovesien epätasaisuudet

Kuten kuvasta 6 käy ilmi, tietyssä paikassa esiintyvien peräkkäisten nousu- ja laskuvesien välistä korkeuseroa jaloissa kutsutaan vaihteluväliksi. Vuorovesien vaihteluväli missä tahansa paikassa on riippuvainen monista muuttuvista tekijöistä. Ensin kuvataan astronomisista syistä johtuvat tekijät.

1. Kuun vaiheen vaikutus: Kevät- ja vuorovesi. Edellä on todettu, että sekä kuun että auringon gravitaatiovoimat vaikuttavat maan vesiin. On ilmeistä, että koska kuun asema suhteessa maahan ja aurinkoon (kuva 3) muuttuu kuukausittaisen vaihekierron (29,53 päivää) aikana, kuun ja auringon gravitaatiovetovoima voi vaikuttaa eri tavoin yhteistä linjaa pitkin tai muuttuvissa kulmissa toisiinsa nähden.

Kun ollessa uudessa vaiheessa ja täydessä vaiheessa (molempia asentoja kutsutaan syzygiksi) kuun ja auringon gravitaatiovetovoimat vaikuttavat toisiaan vahvistavasti. Koska tuloksena oleva tai yhdistetty vuorovesivoima myös kasvaa, havaitut nousuvedet ovat keskimääräistä suurempia ja laskuvedet pienempiä. Tämä tarkoittaa, että vuoroveden vaihteluväli on suurempi kaikissa paikoissa, joissa esiintyy peräkkäistä korkeaa ja matalaa vettä. Tällaiset keskimääräistä suuremmat vuorovedet, jotka syntyvät kuun syzygian sijainneissa, tunnetaan nimellä kevättulva – termi, joka tarkoittaa vain veden ”nousua” eikä sillä ole mitään yhteyttä vuodenaikaan.

Kuun ensimmäisen ja kolmannen neljänneksen vaiheissa (kvadratuura) kuun ja auringon vetovoima vaikuttaa maapallon vesiin suorassa kulmassa toisiinsa nähden.

Kuun ensimmäisen ja kolmannen neljänneksen vaiheissa (kvadratuura) kuun ja auringon vetovoima vaikuttaa maan vesiin suorassa kulmassa toisiinsa nähden. Kumpikin voima pyrkii osittain kumoamaan toisen voiman. Näitä yhdistettyjä voimia kuvaavassa vuorovesivoimakäyrässä sekä maksimi- että minimivoimat ovat pienentyneet. Korkea vuorovesi on keskimääräistä alhaisempi ja matala vuorovesi keskimääräistä korkeampi. Tällaisia pienentyneen vaihteluvälin vuorovesiä kutsutaan kapeiksi vuorovesiksi, kreikan kielen sanasta, joka tarkoittaa ”niukkaa”.

2. Parallaksivaikutukset (Kuu ja Aurinko). Koska kuu kulkee elliptistä rataa (kuva 4), maan ja kuun välinen etäisyys vaihtelee kuukauden aikana noin 31 000 mailia. Kuun vuorovettä tuottava voima, joka vaikuttaa maan vesiin, muuttuu käänteisessä suhteessa maan ja kuun välisen etäisyyden kolmanteen potenssiin Newtonin gravitaatiolain aiemmin mainitun muunnoksen mukaisesti. Kerran kuukaudessa, kun kuu on lähimpänä maata (perigeum), vuorovesiä tuottavat voimat ovat tavallista suuremmat, jolloin vuorovesien vaihtelut ovat keskimääräistä suurempia. Noin kaksi viikkoa myöhemmin, kun kuu (apogeumissa) on kauimpana maasta, kuun vuorovesivoima on pienempi, ja vuorovesivaihtelut ovat keskimääräistä pienempiä. Vastaavasti maan ja auringon välisessä järjestelmässä, kun maa on lähimpänä aurinkoa (periheli), noin tammikuun 2. päivänä kunakin vuonna, vuorovesivaihtelut voimistuvat, ja kun maa on kauimpana auringosta (apheli), noin heinäkuun 2. päivänä, vuorovesivaihtelut pienenevät.

Kun perigeenin, perihelin ja joko uudenkuun tai täysikuun tapahtuessa suunnilleen samaan aikaan vuorovesien vaihteluväli kasvaa huomattavasti. Kun apogeumi, afeli ja ensimmäisen tai kolmannen neljänneksen kuu osuvat suunnilleen samaan aikaan, vuoroveden vaihteluväli on yleensä huomattavasti pienempi.

3. Kuun deklinaation vaikutukset: Diurnal inequality. Kuun kiertoradan taso on vain noin 5o kallistunut Maan kiertoradan tasoon (ekliptikkaan) nähden, ja siten Kuun kuukausittainen kierto Maan ympäri pysyy hyvin lähellä ekliptikkaa. Ekliptika on kallistunut 23,5o maapallon päiväntasaajan suhteen, jonka pohjoispuolella ja eteläpuolella aurinko liikkuu kerran puolessa vuodessa vuodenaikojen aikaansaamiseksi. Vastaavalla tavalla kuu kiertää maapallon ympäri kerran kuukaudessa ja kulkee kunkin puolikuukauden aikana suurimman kulmaetäisyytensä pohjoiseen päiväntasaajalta suurimman kulmaetäisyytensä etelään päiväntasaajalta. (Kulmaetäisyyttä kohtisuoraan pohjoiseen ja etelään taivaan päiväntasaajasta kutsutaan deklinaatioksi.) Kuu ylittää päiväntasaajan kaksi kertaa kuukaudessa. Kuvassa 5 tämä tilanne näkyy kuun katkoviivoitetulla sijainnilla. Vastaava kuun aiheuttama vuorovesivoima kuvataan profiilissa katkoviivoitetulla ellipsillä.

Sen vuoksi, että pisteet A ja A’ sijaitsevat tämän ellipsin pääakselilla, A:n edustama nousuveden korkeus on sama kuin korkeus, joka syntyy, kun tämä piste pyörii sijaintiin A’ noin 12 tuntia myöhemmin. Kun kuu on päiväntasaajan yläpuolella – tai tietyissä muissa voimia tasaavissa deklinaatioissa – kaksi nousuvettä ja kaksi laskuvettä ovat samana päivänä samankorkuisia missä tahansa paikassa. Peräkkäiset nousu- ja laskuvedet ovat tällöin myös ajallisesti lähes yhtä kaukana toisistaan, ja ne esiintyvät kahdesti päivässä. (Ks. kuvan 6 ylin kaavio.) Tätä kutsutaan puolivuorokautiseksi vuorovesityypiksi.

Kuun muuttuessa kulmaetäisyydellä päiväntasaajan ylä- tai alapuolella (jota kuvaa kuvassa 5 olevan pienen yhtenäisen ympyrän sijainti) kuun tuottama vuorovesivoima vinoutuu, ja kahden samaan vaiheeseen kuuluvan vuoroveden vuorokausikorkeudet alkavat erota toisistaan. Kuun deklinaatiokulman ja vastaavien gravitaatiovoiman vaikutuslinjojen muutoksista johtuvat vuorovesien korkeuksien vaihtelut synnyttävät ilmiön, jota kutsutaan vuorokausivaihteluksi.

Kuvassa 5 piste B on vuorovesikuoren pullistuman alapuolella. Puoli vuorokautta myöhemmin pisteessä B’ se on jälleen pullistuman alapuolella, mutta vuoroveden korkeus ei selvästikään ole yhtä suuri kuin pisteessä B. Tämä tilanne aiheuttaa kaksi kertaa vuorokaudessa esiintyvän vuoroveden, jonka korkeudet ovat epätasaiset peräkkäisissä korkeissa ja matalissa vesissä tai molemmissa vuorovesipareissa. Tällaista vuorovesityyppiä, jossa vuorokausivaihtelu on voimakasta, kutsutaan sekoittuneeksi vuorovedeksi. (Ks. kuvan 6 keskimmäinen kaavio.)

Lopuksi, kuten kuvassa 5 on esitetty, pisteen C nähdään sijaitsevan vuoroveden voimakentän osan alapuolella. Puoli vuorokautta myöhemmin, kun tämä piste kuitenkin kääntyy asentoon C’, sen nähdään olevan voimakentän yläpuolella. Tässä paikassa vuorovesivoimat tuottavat siis vain yhden yliveden ja yhden aliveden joka päivä. Tästä johtuva vuorokautinen vuorovesityyppi on esitetty kuvan 6 alemmassa kaaviossa.