Pływy morskie w pigułce

Pływy morskie wywołuje siła pływowa, czyli różnica w przyciąganiu Księżyca i Słońca między bliższą a dalszą stroną Ziemi. Dlatego ocean spiętrza się w dwóch miejscach naraz: po stronie zwróconej ku Księżycowi i po stronie przeciwnej. Słońce, choć wielokrotnie masywniejsze, daje mniej niż połowę efektu księżycowego.

Co wywołuje pływy morskie i dlaczego spiętrzenia są dwa?

Pływy morskie to regularne podnoszenie się i opadanie poziomu wody, któremu ocean i każde otwarte na niego morze podlegają pod wpływem Księżyca i Słońca. Za zjawisko odpowiada siła pływowa, czyli różnica przyciągania między bliższą i dalszą stroną planety, a nie samo przyciąganie. Gdyby Księżyc ciągnął każdą kroplę oceanu tak samo, cała Ziemia przesuwałaby się razem z wodą i żadne spiętrzenie by nie powstało.

Z tej różnicy wynikają oba spiętrzenia. Woda zwrócona ku Księżycowi jest przyciągana mocniej niż środek Ziemi, więc wybrzusza się w jego stronę. Objaśnienia brytyjskiej służby pływowej tłumaczą drugie spiętrzenie w modelu uproszczonym słabszym przyciąganiem wody po stronie odwróconej od Księżyca.

Ta sama logika rozstrzyga, który ruch Ziemi się liczy. Pływy wynikają z przyciągania połączonego z obrotem układu Ziemia–Księżyc wokół wspólnego środka masy, a nie z obrotu Ziemi wokół własnej osi. Dobowy obrót planety niczego nie spiętrza, wyznacza jedynie rytm przypływów na wybrzeżach.

Dlaczego zatem Słońce, tak dużo masywniejsze, ustępuje Księżycowi? Rozstrzyga odległość. Według wyjaśnienia amerykańskiej służby oceanicznej Słońce ma masę 27 milionów razy większą od Księżyca. Leży jednak 390 razy dalej od Ziemi.

Samo przyciąganie maleje z kwadratem odległości, a siła pływowa odwrotnie proporcjonalnie do jej sześcianu, czyli znacznie szybciej. Słońce przyciąga więc Ziemię ponad 177 razy mocniej niż Księżyc, a mimo to jego siła pływowa wynosi 0,46 siły księżycowej. Na Księżyc przypadają zatem mniej więcej dwie trzecie łącznego efektu pływowego.

Wpływ faz księżyca na pływy

Pływ syzygijny jest największy i przychodzi po nowiu oraz pełni, a pływ kwadraturowy, najmniejszy, po pierwszej i ostatniej kwadrze Księżyca. Nazwa pierwszego pochodzi od syzygii, czyli ustawienia Słońca, Ziemi i Księżyca w jednej linii. Oba warianty wracają dwa razy w ciągu miesiąca synodycznego, liczącego około 29,5 dnia, więc maksimum i minimum przeplatają się mniej więcej co tydzień.

Różnicę tworzą dwa spiętrzenia – księżycowe i słoneczne – które raz się wspierają, a raz sobie przeszkadzają. Przy nowiu i pełni oba wybrzuszenia leżą na jednej osi i sumują się. Przy kwadrze Słońce stoi pod kątem prostym do kierunku na Księżyc, więc jego spiętrzenie wypada w dolinie księżycowego i częściowo je znosi.

Skalę tej różnicy wyznacza proporcja sił 0,46. W ujęciu teoretycznym pływ syzygijny osiąga 146% księżycowego, kwadraturowy 54%, więc amplituda pierwszego jest około 2,7 razy większa. Na realnych wybrzeżach kształt akwenu zmienia ten stosunek, ale przy pływach półdobowych kolejność obu wariantów pozostaje ta sama.

Kalendarz faz nie wskazuje przy tym dnia najwyższej wody. Pływy syzygijne przychodzą jeden do dwóch dni po nowiu albo pełni. Planując spacer po odsłoniętym dnie albo wejście do płytkiego portu, warto doliczyć ten zapas do daty z kalendarza.

Dwa przypływy na dobę to nie reguła

Przypływ wypada każdego dnia później, ponieważ doba księżycowa trwa 24 godziny i 50 minut, a nie 24 godziny jak doba słoneczna. Według objaśnienia NOAA o dobie księżycowej Ziemia potrzebuje tych dodatkowych 50 minut, żeby „dogonić” Księżyc.

Czy woda wraca zatem co równe dwanaście godzin? Przy rytmie półdobowym kolejne przypływy dzieli 12 godzin i 25 minut. Taki rytm obowiązuje jednak tylko w części świata. Klasyfikacja pływów według NOAA wyróżnia trzy typy:

• Półdobowy – dwie wody wysokie (HW) i dwie niskie (LW) o zbliżonej wysokości; typowy dla wschodniego wybrzeża USA.
• Dobowy – jedna woda wysoka i jedna niska w ciągu doby księżycowej; występuje w wielu miejscach Zatoki Meksykańskiej.
• Mieszany – dwie wody wysokie i dwie niskie o różnej wysokości; przeważa na zachodnim wybrzeżu USA.

Moment, w którym poziom przestaje się zmieniać, nie musi się pokrywać z zastojem prądu pływowego. W zamkniętych zatokach, gdzie pływ zachowuje się jak fala stojąca, prąd ustaje przy HW i LW, a najmocniej płynie w połowie drogi między nimi. Tam, gdzie fala jest postępująca, najsilniejszy prąd przypada na okolice HW i LW.

Od czego zależy wysokość pływu?

Wysokość pływu rozstrzyga się przy brzegu: na otwartym oceanie fala pływowa jest niska i rozciągnięta na tysiące kilometrów, a metry przybywają jej dopiero na szelfie i w zatokach. Lejkowata zatoka albo estuarium zwęża i spłyca drogę fali, więc ta sama energia mieści się w coraz mniejszym przekroju. Gdy długość akwenu współgra z okresem pływu, woda wpada w rezonans i rośnie jeszcze mocniej.

Najlepiej widać to w Zatoce Fundy, gdzie średnia syzygijna wysokość pływu wynosi 12,9 m. To średnia z pływów syzygijnych, a nie rekord. Pojedyncze pomiary rekordowe sięgają wyżej. Średnia z całego cyklu, obejmującego także kwadratury, wypada niżej.

Dlaczego więc przy polskim wybrzeżu łodzie nie osiadają na dnie? Bałtyk to płytkie morze wewnętrzne, połączone z oceanem tylko wąskimi Cieśninami Duńskimi, które tłumią falę pływową z Morza Północnego. Na polskim wybrzeżu pływ mierzy się pojedynczymi centymetrami. Wyraźniej pływ zaznacza się dopiero przy Cieśninach Duńskich i we wschodniej części Zatoki Fińskiej.

Poziom Bałtyku zmieniają przede wszystkim wiatr i ciśnienie atmosferyczne. Według danych IMGW o spiętrzeniach sztorm potrafi podnieść średni poziom wody o prawie 2 metry. Rekordowy stan wody na stacji w Świnoujściu, 696 cm, zanotowano w 1874 roku. Stan wody liczy się od zera wodowskazu, położonego kilka metrów poniżej średniego poziomu morza. Wahania widoczne na bałtyckiej plaży są więc w przeważającej mierze dziełem pogody, a nie Księżyca.