tidevand

Tidevandet er primært knyttet til Månens bevægelse omkring Jorden og sekundært til Jordens bevægelse omkring Solen. I Jord-Måne-systemet som helhed er der en balance mellem to kræfter, massetiltrækning og centrifugalkraft, hvor den indbyrdes massetiltrækning opvejes af centrifugalkraften fra rotationen om det fælles massemidtpunkt. Da afstanden til Månen ikke er den samme overalt på Jorden, er der på et givet sted forskel mellem de to kræfter. Denne forskel er årsag til tidevandet.

På den halvdel af Jorden, der er tættest på Månen, er massetiltrækningen lidt større end centrifugalkraften. Resultatet bliver en drivkraft rettet mod det punkt, som er tættest på Månen, altså hvor Månen står i zenit (lodret over). På den side af Jorden, der vender væk fra Månen, er det modsat; her er centrifugalkraften større end massetiltrækningen, og drivkraften er rettet mod punktet længst væk fra Månen (nadir). Præcis i zenit og nadir er drivkraften lodret og uden betydning sammenlignet med Jordens egen tyngdekraft. Generelt har tidekraften dog også en vandret komponent, som sætter havet i bevægelse henimod det nærmeste af de to punkter.

Sol-Jord-systemet kan beskrives på samme måde.

Hvis Jorden bestod af væske, ville den blive deformeret af tidekraften og få form som en oval, trukket ganske svagt ud langs med aksen mellem de to himmellegemer. Denne statiske, rent hypotetiske tilstand kaldes ligevægtstidevand. Højden af ligevægtstidevandet, som er forårsaget af Månen, er ca. ½ meter. Det tilsvarende ligevægtstidevand, som er forårsaget af Solen, er knap halvt så stort.

Jorden er en fast, roterende planet, som delvis er dækket af et tyndt lag væske. Kontinenterne er placeret, så tidevandet ikke frit kan følge med i Månens bevægelse rundt om Jorden, men må følge ret betydelige omveje. Derudover sætter vanddybden en grænse for, hvor hurtigt tidevandsbølgen i det hele taget kan bevæge sig. Disse forhold gør, at det virkelige tidevand sakker bagud og dermed afviger meget fra ligevægtstidevandet.

Kystens udformning og havdybdens variation kan opkoncentrere energien i tidevandsbølgen, så tidevandet visse steder bliver op til 30 gange større end ligevægtstidevandet.

Kombinationen af Jordens rotation om sin egen akse og Månens rotation omkring Jorden bevirker, at der er 24 timer og 50 minutter mellem, at Månen står i zenit. Det skyldes, at Månen i løbet af et Jorddøgn (24 timer) har bevæget sig et stykke i sin egen bane.

I praksis betyder det, at høj- og lavvande indtræffer med en tidsforsinkelse på 50 minutter fra dag til dag. Tidsforskellen mellem to højvander er derfor 12 timer og 25 minutter.

Beskrivelsen af Månens (dominerende) virkning kan direkte overføres til det tidevand, som forårsages af Solen. Selv om Solens masse er væsentlig større end Månens, betyder den store afstand, at Solens tidevandskraft kun er ca. 40 % af Månens. Perioden af Soltidevandet er præcis 12 timer, og da de to bidrag ikke kan følges ad, kan de enten forstærke eller svække hinanden.

Tidevandet er kraftigst, når Måne, Sol og Jord ligger på linje (syzygy), idet højvandet hidrørende fra henholdsvis Måne og Sol da optræder på samme sted. Dette kaldes springflod og optræder ca. hver 14. dag, omtrent to dage efter nymåne og fuldmåne. Ved springflod er højvandet særlig højt, lavvandet er særlig lavt, og tidestrømmene er kraftigst. Tilsvarende er tidevandet svagest omtrent to dage efter halvmåne, idet højvande fra henholdsvis Måne og Sol da modvirker hinanden; dette kaldes nipflod.

Forskellen mellem vandstand ved højvande og ved lavvande kaldes tidevandets størrelse. Tidevandets amplitude er halvdelen af størrelsen, altså (ideelt set) afstanden fra middelvandstand til enten højvande eller lavvande. Specifikt kan man tale om amplituden af det halvdaglige månetidevand, også kaldet M₂-tidevandet.

To gange om året ligger Jord, Sol og Måne ikke blot på linje, men også i samme plan (ekliptika). Det sker ved forårs- og efterårsjævndøgn, som netop er de tider, hvor man kan opleve Sol- eller Måneformørkelser. Det kraftigste tidevand, det vil sige både højeste højvande og laveste lavvande, forekommer ved de to springfloder, der ligger tættest på jævndøgn, altså med et halvt års mellemrum.

Endelig findes der en langtidsvariation i forholdet (dvs. vinklen) mellem Jordens ækvatorplan og Månens baneplan med en periode på 18,6 år, den såkaldte nodale variation. Den betyder, at tidevandskraften fra Månen har stærke og svage perioder med en variation på ca. +/- 3½ %. Det sidste maksimum forekom i 2015, mens det næste sker i 2034, hvor de to jævndøgns springtidevande vil være særlig kraftige.

På oceaniske havdybder (ca. 4 km) er tidevandet ikke ret stort, og der er typisk kun ca. ½ meters forskel på høj- og lavvande. På lavere vanddybder, dvs. kystnært og i havområder beliggende på kontinentalsoklen, øges højden af tidevandet betragteligt. Det sker, fordi tidevandsbølgen grunder op (engelsk: shoaling); når en lang bølge kommer ind på lavere vand bevarer den sin energi ved at øges i højden. Denne samme effekt ses, når bølgen ledes ind i stadig snævrere passager som i Den Engelske Kanal mellem Storbritannien og Frankrig og i Bay of Fundy (Nova Scotia, Canada). Begge steder kan tidevandet ved springflod nå op over 15 meter. I visse fjorde, hvor længde- og dybdeforhold svarer til tidevandets periode, kan tidevandet blive kraftigt på grund af resonans. Havområder, som er helt eller delvis afsnøret fra verdenshavet, fx Middelhavet og Østersøen, har slet intet eller kun et meget lille tidevand. Det samme gælder for Polhavet, der i lighed med Middelhavet er en slags afsnøret bassin. Langs Danmarks kyster findes det største tidevand i Vadehavet, hvor det kan nå op til ca. 2 meter. Derimod er forskellen i de indre danske farvande mindre end ½ meter.

Jordens rotation om sin egen akse betyder, at tidevandet i et havområde forplanter sig i en roterende bevægelse omkring et fikspunkt et sted midt i bassinet, et såkaldt amfidromisk punkt, hvor tidevandet er nul. Cirkulationen foregår mod uret på den nordlige halvkugle og med uret på den sydlige.

Tidevandet skaber nogle steder en gråzone mellem land og hav. Det kommer bl.a. til udtryk i form af vader, som er havområder der regelmæssigt tørlægges ved lavvande, og det tilknyttede marskland, der regelmæssigt oversvømmes ved højvande. I sådanne vanskeligt beboelige områder skaber tidevandet et særligt økosystem, som er attraktivt for en lang række fuglearter.

Ud fra en tidsserie af timevise vandstandsmålinger kan man forudbestemme tidevandet for en bestemt lokalitet ved en såkaldt harmonisk analyse, der er baseret på meget præcise perioder for himmellegemernes bevægelse. Det er den samme præcision, som ligger til grund for forudsigelse af Måne- og Solformørkelser langt ud i fremtiden.

Vandstandsserien opdeles i et antal (op til ca. 60) såkaldte konstituenter, hver med sin periode. Perioderne er givet ud fra baneparametre for Jord, Måne og Sol, kombineret på forskellige måder, og analysen består i at fastlægge amplitude og fase for hver konstituent. Når et sæt af konstituenter en gang er etableret for en given lokalitet, er det muligt at beregne tidspunkter og niveauer for høj- og lavvande flere år frem (og tilbage) i tiden. Sådanne beregninger udføres globalt for alle større havne og offentliggøres som tidevandstabeller med en præcision på henholdsvis 1 minut og 1 cm, typisk for et år ad gangen.

Den resterende del af vandstandens variation er aperiodisk og skyldes primært vind og vejr samt eventuelle langtidsændringer af middelvandspejlet.

Flod og ebbe kan forårsage meget stærke tidevandsstrømme, da hele vandsøjlen (dvs. fra overflade til bund) er involveret i tidevandsbevægelserne. Strømmene kan, især i havområder, hvor snævre og eventuelt lavvandede sunde, fjorde og bugter begrænser den fri strømning, være meget voldsomme og generende for sejladsen. Her er det vigtigt at kende til de tider, hvor strømmen er svagest, og farvandet derfor er til at navigere i.

Nogle få steder på kloden, fx ved floden Severns udmunding i Bristol Channel mellem Wales og Cornwall, oplever man en såkaldt tidal bore, hvor springtidevandet forplanter sig mod strømmen og langt op ad floden. Det kan give anledning til spektakulære fænomener, hvor tidevandet får tydelig bølgekarakter. Når tidevandsbølgens hastighed op ad floden opvejes af strømhastigheden i flodvandet, står bølgen stille under permanent brydning. Dette er et yndet udflugtsmål for surfere.

Disse to typer bølger er nært beslægtede, selv om deres årsager er vidt forskellige. De er begge såkaldt lange bølger, hvilket betyder, at bølgelængden er meget større end vanddybden. Det har den konsekvens, at hele vandsøjlen sættes i bevægelse. De bryder ofte ikke før, de er helt inde ved kysten, og kan derfor bevæge sig meget langt uden nævneværdigt tab af energi. Ligheden gælder så langt, at tsunami på engelsk betegnes tidal wave. Forskellen, der gør tidevand til et dagligdags fænomen og tsunamien livsfarlig, ligger i bølgeperioden, som for tidevandet er ca. 12 timer, mens den for tsunamien kun er nogle få minutter.

Tidevandsbølgens hastighed er bestemt af den lokale vanddybde. Jo større havdybde, desto større bliver bølgens hastighed. Ved global opvarmning stiger vandstanden over hele kloden, således at tidevandets høj- og lavvande – stadig med samme tidsinterval mellem de to – på et givet sted vil ankomme tidligere end under nutidige forhold. På oceaniske vanddybder er forskellen lille, men cirkulationen i lavvandede havområder som Nordsøen vil ske hurtigere

Effekten på størrelsen af tidevandet er mindre indlysende, da der er to modsatrettede effekter. På dybere vand grunder bølgen i mindre grad op; til gengæld er den også mindre udsat for energitab ved friktion mod havbunden. For at få præcise tidevandstabeller kan det blive nødvendigt med mellemrum at gentage den harmoniske analyse, når dybdeforholdene ikke er konstante.

Tidevand (og tidekræfter generelt) trækker energi som en bremseklods, både fra rotationen i Jord-Måne-systemet og fra hvert himmellegemes rotation om sin egen akse. Resultatet er dels, at hvert Jorddøgn er en lille smule længere end det foregående, dels at Månen ganske langsomt driver længere væk fra Jorden og dermed får længere omløbstid.

Tidekræfter er også årsag til, at Månens rotation om egen akse i dag er låst til omløbsperioden, så Månen set fra Jorden har en forside og en bagside. Effekten på Jorddøgnets længde er ca. et par millisekunder pr. 100 år. Man kan i princippet regne tilbage til en tid, hvor året havde fx 400 dage, og frem til en tid, hvor Jordens rotation er låst på samme måde som Månens er det i dag, så hver dag er en måned lang.

• tidevandskræfter
• tidejord
• tidefelt
• Nordsøen