Fysikken bag tidevand

Det er flere forskellige faktorer, der tilsammen resulterer i, at vi har tidevand. Blandt andet spiller andre himmellegemer, tyngdekraften, Jordens rotation og landmasser ind. 
 

Kraftbalancen

Tidevandet skyldes massetiltrækning fra andre himmellegemer, især Månen. Derudover er det kun Solen, der skaber et tidevand af betydning. Månen påvirker tidevandet dobbelt så meget som solen. Virkningen fra andre planeter eller stjerner er helt ubetydelig.

Ser man på systemet mellem Jorden og Månen som et hele, er det i balance. Månen holder sig (med små variationer) i fast afstand til Jorden. Den indbyrdes massetiltrækning opvejes af centrifugalkraften i Månens rotation om Jorden.

Illustration af tidevandskraften

Pilene viser tidekraften, dvs. summen af månens tiltrækning og centrifugalkraften. Den stiplede linje viser, hvilken form jorden ville have, hvis den var lavet af vand. Niveauet er stærkt overdrevet.

Mens centrifugalkraften er lige stor overalt på Jorden, afhænger Månens tiltrækningskraft af dens masse og afstand til det sted, man befinder sig. Afstanden til Månen er ikke helt den samme overalt på Jorden, og tidevandet har sin oprindelse i denne lille forskel, som skitseret på figuren.

Månens tiltrækningskraft er størst i det punkt på Jorden, der er tættest på Månen, og mindst i det punkt, der er længst væk fra Månen. Variationen er i alt cirka ±3 %.

Centrifugalkraften er lige stor overalt på Jorden, og summen af de to kræfter - massetiltrækningskraft og centrifugalkraft - udgør tidekraften.

I Jordens centrum er massetiltrækningskraften og centrifugalkraften lige store og modsatrettede, hvilket giver en sum på nul - der er altså ingen tidekraft. Alle andre punkter på Jorden mærker tidekraften.

Tættest på Månen er massetiltrækningen større end centrifugalkraften, så tidekraften er rettet mod Månen. Her får vi højvande. Længst væk fra Månen er centrifugalkraften større end massetiltrækningen, så tidekraften er rettet væk fra Månen. Her får vi også højvande.

I mellem de to punkter har vi lavvande.

Tidekraften kan deles op på en lodret og en vandret komponent. Den lodrette del er ubetydelig sammenlignet med jordens egen tyngdekraft. Den vandrette del er af samme størrelsesorden som de øvrige krafter, der skaber havstrømmene.
 

Ligevægtstidevandet

Tidekraften er meget lille sammenlignet med Jordens egen tyngdekraft. Men mens tyngdekraften er præcis lodret (og ikke i sig selv giver anledning til havstrømme), har tidekraften en vandret komponent, som sætter tidestrømme i gang og flytter rundt på vandmasserne.

Figuren ovenfor viser det ligevægtstidevand, som havoverfladen ville indstille sig i, hvis Jorden overalt var dækket af et dybt ocean. Jorden formes ganske svagt som en amerikansk fodbold. Månens bidrag til ligevægtstidevandet er et højvande på 27 cm i de to yderpunkter.

Det halvdaglige tidevand skyldes Jordens rotation om sin egen akse. Står man på et fast punkt på Jorden, passerer man to højvandspunkter og to lavvandspunkter i døgnet. Månen følger i sin bane omkring Jorden langsomt med i denne rotation. Derfor er perioden for måne-tidevandet lidt større end et halvt døgn.

Et billede af månen

Det tager Månen 27,3 døgn at cirkulere hele vejen rundt om Jorden.

Spring- og nipflod

Solens betydning for tidevandet viser sig især ved, at den forstærker Månens virkning. Der sker hver gang, vi fra Jorden ser Solen og Månen i samme retning (nymåne), eller når Solen står i modsat retning af Månen (fuldmåne). De to tidspunkter kaldes springflod og indtræffer cirka hver 14. dag.

Illustration af flod og ebbe

Spring- og nipflod skitseret. Springtid forekommer ved fuldmåne og ved nymåne. Niptid indtræffer midt i mellem springtiderne.

Ved springflod er højvandet højere end det normale gennesmit for højvande og lavvandet lavere end det normale gennemsnit for lavvande. Derfor bliver der også størst forskel mellem højvande og lavvande her.

Nipflod indtræffer mellem to springfloder, når retningen til Solen er vinkelret på retningen til Månen. Ved nipflod er højvandet lavere end gennemsnittet og lavvandet højere end gennemsnittet.

Ud over 14 dages-perioden er der en årlig variation i tidevandets styrke. Det sker ved forårsjævndøgn og efterårsjævndøgn, hvor Jorden, Solen og Månen ligger i samme plan. Her er springfloden særlig markant.

Hertil spiller det en lille rolle for tidevandet, at Månens bane om Jorden ikke er cirkel men en ellipse, og tilsvarende for Månens bane omkring Jorden.
 

Det virkelige tidevand

Det virkelige tidevand afviger meget fra det idealiserede og beregnede billede, som er opridset ovenfor. Et par af forklaringerne er:

- Havoverfladen indstiller sig ikke øjeblikkeligt i ligevægt med tidekraften.

- Der er landmasser, som blokerer for tidevandets rejse rundt om jorden.

- Vanddybden sætter en grænse for, hvor hurtigt tidevandsbølgen kan bevæge sig. Tidevandsbølgen bevæger sig med flere hundrede kilometer i timen på dybt vand, mens hastigheden aftager med lavere vanddybde.

Når tidevandsbølgen kommer fra oceanet ind mod kysten, bliver havdybden som regel lavere. Ved uændret transport af vand forstærkes tidevandet. Forskellen mellem høj- og lavvande stiger, og tidevandsstrømmene bliver kraftigere.

Tidevandet bliver nogle steder så kraftigt, at strømmen kan være vanskelig eller helt umulig at navigere i (den såkaldte malstrøm).

I visse fjorde og indhave, f.eks. Østersøen og Sortehavet, er forbindelsen til oceanet for snæver til, at tidevandet kan trænge ind. I andre fjorde kan der forekomme resonans, så tidevandet bliver meget kraftigt, f.eks. i Bay of Fundy.

Temaansvarlig Mads Hvid Ribergaard
Opdateret 28. juni 2018