גאות ושפל

מתוך אנציקלופדיה, המכון למדעי כדור הארץ, האוניברסיטה העברית

קפיצה אל: ניווט, חיפוש

גאות ושפל הם מחזורים המתרחשים באוקינוסים של כדור הארץ במחזוריות של כ- 25 שעות, בגלל משכה של יממה. כבר בעבר חשבו שלירח יש קשר לתופעת הגאות והשפל. חוק הכבידה של ניוטן מספק הסבר כמותי לקשר זה.

כוחות דיפרנציאלים

מולקולת מים באוקיינוס נמשכת בגרביטציה של כדוה"א, אך פועל עליה גם כוח משיכה הרבה יותר קטן מכיוון מהירח (קטן בהרבה מהכח מכדור הארץ כיוון שהירח רחוק יותר ופחות מסיבי מכדור הארץ). כוח הכבידה של הירח אינו מוגבל רק למולקולת המים באוקיינוס, ולמעשה הירח מושך כל אובייקט בכדוה"א. גאות ושפל מתרחשים משום שכדוה"א הינו גוף בעל היקף סופי וכוחות אלו אינם אחידים: ישנם חלקים בכדוה"א שקרובים יותר לירח מחלקים אחרים, ומאחר שכוח המשיכה יורד כמו (R- המרחק מהירח), על חלקים קרובים מופעל כוח משיכה גדול יותר (מכיוון הירח) מאשר על חלקים רחוקים יותר. במצב כמו שמתואר באיור הסכמטי המצורף, ניתן להגיד שכוחות דיפרנציאלים פועלים על הגוף (כדוה"א). האפקט של הכוחות הדיפרנציאלים על הגוף הוא עיוות שלו. כדוה"א עצמו הוא גוף יחסית נוקשה ולכן אפקט העיוות קטן. לעומת זאת, הנוזל באוקיינוסים מתעוות בקלות יותר, וזה מוביל לאפקט משמעותי של גאות ושפל.

תמונה:GS1.png

מודל פשוט של גאות ושפל

ניתן לתאר את הרעיון באמצעות מודל פשוט של כוכב לכת המכוסה לחלוטין באוקיינוס בעל עומק אחיד, עם חיכוך בין האוקיינוס לכוכב הלכת שניתן להזנחה, כפי שמתואר באיור המצורף. המשיכה של הירח מייצרת שתי בליטות של גאות בשני צדדים מנוגדים של כדוה"א, בגלל הפער בכוחות המשיכה. הנוזל בנקודה A קרוב יותר לירח ומרגיש כוח משיכה גדול יותר מאשר כדור הארץ בנקודה B או מהאוקיינוס בנקודה C. נקודה A נשמשכת אל עבר הירח ומתרחקת מכדוה"א, כך נוצרת הבליטה בצד ימין. הבליטה בצד שמאל נוצרת כי כדור הארץ מתרחק מהמים בצד הזה כי כוח המשיכה שמפעיל הירח בנקודה B הוא גדול מזה המופעל בנקודה C. כדוה"א במודל הזה מסתובב תחת בליטות אלו, נקודה נתונה על פני השטח תעבור פעמיים גאות ופעמיים שפל עבור סיבוב אחד של כוכב הלכת.

תמונה:GS2.png

מודל גאות ושפל יותר ריאליסטי

המצב במציאות הרבה יותר מסובך: 1. כדוה"א והירח אינם סטטיים, כפי שמתואר באיור הקודם, הם נעים במסלול סביב מרכז המסה המשותף של המערכת. 2. כדוה"א אינו מכוסה לחלוטין באוקיינוסים, עומקם משתנה, וישנו חיכוך משמעותי בין האוקיינוסים לבין פני השטח של כדוה"א. אלה הופכים את התיאור הריאליסטי הרבה יותר מסובך, אבל הרעיונות העיקריים מתקיימים. גאות קפיצית וגאות מוחלשת סיבוך נוסף הוא שלא רק הירח, אלא גם גופים אחרים במערכת השמש, משפיעים על הגאות והשפל של כדוה"א. לרוב ההשפעה שלהם זניחה, אבל כוח המשיכה הדיפרנציאלי של השמש משפיע על הגאות והשפל במידה מסוימת. (האפקט של השמש על הגאות בכדוה"א הוא פחות מחצי מהאפקט של הירח). ניתן לצפות בגאות ושפל חזקים במיוחד כאשר השמש והירח נמצאים בקו אחד עם כדוה"א. מצב זה נקרא גאות קפיציתspring tides) ) (לשם אין קשר לעונת האביב). עוצמת הגברת הגאות על-ידי השמש משתווה בקרוב בשני המצבים, אם השמש והירח נמצאים בקו אחד משני צידיו ההפוכים של כדוה"א (ירח מלא) או בקו אחד באותו צד (מולד הירח). לעומת זאת, כאשר הירח ברבע הראשון או ברבע באחרון (כלומר, ממוקם בזויות ישרה לקו בין כדוה"א והשמש – חצי ירח), השמש והירח פועלים בכיוונים מנוגדים,ולכן הגאות חלשה יותר. מצב זה נקרא גאות מוחלשת (neap tides).

תמונה:GS3.png

גאות מצומדת ונעילת גרביטציה

כתוצאה מתופעת הגאות, זמן הסיבוב העצמי של כדוה"א מואט, ובסופו של דבר כדוה"א והירח יהיו בעלי אותו זמן סיבוב, שיהיה זמן ההקפה. מכאן שבעוד מיליארדי שנים תמיד אותו צד של כדוה"א יפנה לעבר הירח, בדיוק כפי שכבר מתרחש היום בירח- תמיד אותו צד שלו פונה לעבר כדוה"א . בהתאם לכך, אורך היממה הולך ומתארך. לשם השוואה, לפני מליון שנה אורך היממה היה קצר ב- 23 שניות מהיום ואלו בקמבריון, לפני 500 מליון שנה, אורך היממה היה 21 שעות (כאורך השעה כיום)

נושא זה נחקר במכון למדעי כדור הארץ באוניברסיטה העברית בירושלים http://earth.huji.ac.il

כלים אישיים