Erdflut - Earth tide

Die Erdflut (auch bekannt als feste Erdflut , Krustenflut , Körperflut , Körperflut oder Landflut ) ist die Verschiebung der festen Erdoberfläche , die durch die Schwerkraft von Mond und Sonne verursacht wird . Die Hauptkomponente hat eine Amplitude auf Meter-Ebene in Zeiträumen von etwa 12 Stunden und länger. Die größten Bestandteile der Körperflut sind halbtäglich , aber es gibt auch signifikante tägliche, halbjährliche und vierzehntägige Beiträge. Obwohl die Schwerkraft verursacht Erdgezeiten und Ozean Gezeiten gleich ist, sind die Antworten sehr unterschiedlich.

Gezeitenerhöhungskraft

Gezeitenkraft des Mondes: Diese Bilder zeigen den Mond direkt über 30 ° N (oder 30 ° S) von oben gesehen über der Nordhalbkugel und zeigen beide Seiten des Planeten. Rot hoch, blau runter.

Die größere der periodischen Gravitationskräfte stammt vom Mond, aber auch die der Sonne ist wichtig. Die Bilder hier zeigen die Gezeitenkraft des Mondes , wenn der Mond direkt über 30 ° N (oder 30 ° S) erscheint. Dieses Muster bleibt fest, wobei der rote Bereich auf den Mond gerichtet ist (oder direkt vom Mond entfernt ist). Rot zeigt Aufwärtszug an, Blau Abwärts. Befindet sich der Mond beispielsweise direkt über 90 ° W (oder 90 ° O), sind die roten Bereiche auf der westlichen nördlichen Hemisphäre oben rechts zentriert. Rot hoch, blau runter. Wenn zum Beispiel der Mond direkt über 90 ° W (90 ° E) liegt, beträgt die Mitte des roten Bereichs 30 ° N, 90 ° W und 30 ° S, 90 ° E, und die Mitte des bläulichen Bandes folgt dem großen Kreis äquidistant von diesen Punkten. Bei 30 ° Breite tritt einmal pro Mondtag ein starker Peak auf, der bei diesem Breitengrad eine signifikante Tageskraft ergibt. Entlang des Äquators üben zwei gleich große Spitzen (und Vertiefungen) eine halbtägliche Kraft aus.

Körperflut

Vertikale Verschiebungen der Sektorbewegung.
Rot hoch, blau runter.
Ost-West-Verschiebungen der Sektorbewegung.
Roter Osten, blauer Westen.
Nord-Süd-Verschiebungen der Sektorbewegung.
Roter Norden, blauer Süden.
Vertikale Verschiebungen der Tesseralbewegung.
Rot hoch, blau runter.
Ost-West-Verschiebungen der Tesseralbewegung.
Roter Osten, blauer Westen.
Nord-Süd-Verschiebungen der Tesseralbewegung.
Roter Norden, blauer Süden.
Vertikale Verschiebungen der Zonenbewegung. Rot hoch, blau runter.

Die Erdflut umfasst den gesamten Erdkörper und wird nicht durch die dünne Kruste und die Landmassen der Oberfläche auf Skalen behindert, die die Steifheit des Gesteins irrelevant machen. Die Gezeiten des Ozeans sind eine Folge der Resonanz der gleichen treibenden Kräfte mit Wasserbewegungsperioden in Ozeanbecken, die sich über viele Tage angesammelt haben, so dass ihre Amplitude und ihr Timing sehr unterschiedlich sind und über kurze Entfernungen von nur wenigen hundert Kilometern variieren. Die Schwingungsperioden der Erde als Ganzes liegen nicht in der Nähe der astronomischen Perioden, daher ist ihre Biegung auf die Kräfte des Augenblicks zurückzuführen.

Die Gezeitenkomponenten mit einem Zeitraum von fast zwölf Stunden haben eine Mondamplitude (Erdwölbungs- / Depressionsabstände), die etwas mehr als doppelt so hoch ist wie die Sonnenamplituden (siehe Tabelle unten). Bei Neu- und Vollmond sind Sonne und Mond ausgerichtet, und die Gezeitenmaxima und -minima (Ausbuchtungen und Vertiefungen) des Mondes und der Sonne addieren sich für den größten Gezeitenbereich in bestimmten Breiten. In den Mondphasen des ersten und dritten Quartals stehen die Mond- und Sonnenfluten senkrecht und der Gezeitenbereich ist minimal. Die halbtäglichen Gezeiten durchlaufen etwa alle 12 Stunden einen vollständigen Zyklus (Hoch- und Niedrigwasser) und etwa alle 14 Tage einen vollständigen Zyklus maximaler Höhe (Spring- und Neapelflut).

Die halbtägliche Flut (maximal alle 12 Stunden) ist hauptsächlich Mondflut (nur S 2 ist rein solar) und führt zu sektoriellen (oder sektoralen) Verformungen, die gleichzeitig auf derselben Länge steigen und fallen. Sektorale Variationen der vertikalen und Ost-West-Verschiebungen sind am Äquator maximal und verschwinden an den Polen. Es gibt zwei Zyklen entlang jedes Breitengrads, wobei sich die Ausbuchtungen gegenüberliegen und die Vertiefungen ähnlich gegenüberliegen. Die tägliche Flut ist lunisolar und führt zu tesseralen Deformationen. Die vertikale und Ost-West-Bewegung ist bei 45 ° Breite maximal und am Äquator und an den Polen Null. Die tesserale Variation hat einen Zyklus pro Breitengrad, eine Ausbuchtung und eine Vertiefung; Die Ausbuchtungen sind entgegengesetzt (antipodal), dh beispielsweise der westliche Teil der nördlichen Hemisphäre und der östliche Teil der südlichen Hemisphäre. In ähnlicher Weise sind die Depressionen entgegengesetzt, in diesem Fall der östliche Teil der nördlichen Hemisphäre und der westliche Teil der südlichen Hemisphäre. Schließlich weisen vierzehntägige und halbjährliche Gezeiten zonale Verformungen auf (konstant entlang eines Breitengradkreises), da die Gravitation von Mond oder Sonne aufgrund der Neigung abwechselnd von der nördlichen und südlichen Hemisphäre weg gerichtet ist. Bei 35 ° 16 'Breite gibt es keine vertikale Verschiebung.

Da diese Verschiebungen die vertikale Richtung beeinflussen , werden die Ost-West- und Nord-Süd-Variationen für astronomische Zwecke häufig in Millisekunden tabellarisch aufgeführt . Die vertikale Verschiebung wird häufig in μgal angegeben , da der Schwerkraftgradient ortsabhängig ist, so dass die Abstandsumwandlung nur ungefähr 3 μgal pro Zentimeter beträgt.

Andere Gezeitenbeitragende der Erde

In Küstengebieten gibt es, da die Flut des Ozeans nicht mit der Flut der Erde übereinstimmt, bei Flut des Ozeans einen Wasserüberschuss um das Gravitationsgleichgewichtsniveau, und daher fällt der angrenzende Boden als Reaktion auf die daraus resultierenden Unterschiede in Gewicht. Bei Ebbe gibt es ein Wassermangel und der Boden steigt an. Verschiebungen, die durch die Gezeitenbelastung des Ozeans verursacht werden, können die Verschiebungen aufgrund der Gezeiten des Erdkörpers überschreiten. Empfindliche Instrumente weit im Landesinneren müssen häufig ähnliche Korrekturen vornehmen. Atmosphärische Belastungen und Sturmereignisse können ebenfalls messbar sein, obwohl die bewegten Massen weniger schwer sind.

Gezeitenbestandteile

Hauptbestandteile der Gezeiten . Die Amplituden können von den in mehreren Prozent angegebenen abweichen.

Halbtäglich

Gezeitenbestandteil Zeitraum Vertikale Amplitude (mm) Horizontale Amplitude (mm)
M 2 12.421 h 384,83 53,84
S 2 (Solar halbtäglich) 12.000 h 179.05 25.05
N 2 12.658 h 73,69 10.31
K 2 11.967 h 48,72 6.82

Täglich

Gezeitenbestandteil Zeitraum Vertikale Amplitude (mm) Horizontale Amplitude (mm)
K 1 23.934 h 191,78 32.01
O 1 25.819 h 158,11 22.05
P 1 24.066 h 70,88 10.36
φ 1 23.804 h 3.44 0,43
ψ 1 23.869 h 2.72 0,21
S 1 (Sonnentag) 24.000 h 1,65 0,25

Langfristig

Gezeitenbestandteil Zeitraum Vertikale Amplitude (mm) Horizontale Amplitude (mm)
M f 13.661 Tage 40,36 5.59
M m (Mond monatlich) 27,555 Tage 21.33 2,96
S sa (Solar halbjährlich) 0,50000 Jahre 18.79 2,60
Mondknoten 18.613 Jahre 16.92 2.34
S a (Solar jährlich) 1.0000 Jahre 2,97 0,41

Auswirkungen

Vulkanologen verwenden die regelmäßigen, vorhersehbaren Gezeitenbewegungen der Erde, um empfindliche Instrumente zur Überwachung der Vulkanverformung zu kalibrieren und zu testen. Die Gezeiten können auch vulkanische Ereignisse auslösen. Seismologen haben festgestellt, dass mikroseismische Ereignisse mit Gezeitenschwankungen in Zentralasien (nördlich des Himalaya) korrelieren. Die halbtägliche Amplitude der terrestrischen Gezeiten kann am Äquator etwa 55 cm (22 in) erreichen, was für das Global Positioning System , Interferometrie mit sehr langer Basislinie und Messungen der Satellitenlaserentfernung wichtig ist . Um präzise astronomische Winkelmessungen durchführen zu können, ist außerdem eine genaue Kenntnis der Erdrotationsrate ( Tageslänge , Präzession zusätzlich zur Nutation ) erforderlich , die von den Gezeiten der Erde (sogenannte Polfluten ) beeinflusst wird. Bei einigen Teilchenphysik- Experimenten müssen auch terrestrische Gezeiten berücksichtigt werden. Beispielsweise wurden am CERN oder im SLAC National Accelerator Laboratory die sehr großen Teilchenbeschleuniger unter Berücksichtigung der Gezeiten auf der Erde für einen ordnungsgemäßen Betrieb entwickelt. Zu den Effekten, die berücksichtigt werden müssen, gehören die Umfangsverformung für Kreisbeschleuniger und auch die Teilchenstrahlenergie.

Körperfluten in Planeten und Monden sowie in Doppelsternen und binären Asteroiden spielen eine Schlüsselrolle für die Langzeitdynamik von Planetensystemen. Zum Beispiel ist es auf Gezeiten im Mond zurückzuführen, dass es in der 1: 1- Spin-Orbit-Resonanz erfasst wird und uns immer eine Seite zeigt. Aufgrund der Gezeiten des Körpers ist Quecksilber in der 3: 2-Spin-Orbit-Resonanz mit der Sonne gefangen. Aus dem gleichen Grund wird angenommen, dass viele der Exoplaneten mit ihren Wirtssternen in höheren Spin-Orbit-Resonanzen gefangen sind.

Siehe auch

Verweise

Literaturverzeichnis

  • McCully, James Greig, Jenseits des Mondes, Ein gesprächiger, vernünftiger Leitfaden zum Verständnis der Gezeiten , World Scientific Publishing Co, Singapur, 2006.
  • Paul Melchior, Gezeiten der Erde , Pergamon Press, Oxford, 1983.
  • Wylie, Francis E, Gezeiten und der Zug des Mondes , Stephen Greene Press, Brattleboro, Vermont, 1979.