Plima i oseka

Plima i oseka predstavljaju pojavu podizanja i spuštanja nivoa Zemljinih okeana usled delovanja privlačnih sila Meseca i Sunca.

Zaliv tokom plime

Zaliv tokom oseke

Tabele plime i oseke mogu se koristiti za bilo koji lokalitet da bi se pronašla predviđena vremena i amplituda (ili „opseg plime“). Na predviđanja utiču mnogi faktori, uključujući poravnanje Sunca i Meseca, fazu i amplitudu plime (obrazac plime i oseke u dubokom okeanu), amfidromski sistemi okeana i oblik obale i blizu obale batimetrija (pogledajte merenje vremena). Međutim, to su samo predviđanja, na stvarno vreme i visinu plime utiču vetar i atmosferski pritisak. Mnoge obale doživljavaju poludnevne plime - dve skoro jednake plime i oseke svakog dana. Druge lokacije imaju dnevnu plimu - jednu oseku i oseku svakog dana. „Mešovita plima“ — dve plime neujednačene magnitude dnevno — treća je redovna kategorija.

Plima i oseka variraju u vremenskim razmacima u rasponu od sati do godina zbog brojnih faktora koji određuju lunitidni interval. Da bi se napravili tačni zapisi, merači plime i oseke na fiksnim stanicama mere nivo vode tokom vremena. Merači zanemaruju varijacije izazvane talasima sa periodima kraćim od minuta. Ovi podaci se upoređuju sa referentnim (ili datiranim) nivoom koji se obično naziva srednjim nivoom mora.

Nastajanje plime i oseke

Voda u morima se izdiže i spušta dva puta dnevno zato što je privlači Sunčeva i Mesečeva gravitacija. Iako je Sunčeva masa daleko veća od Mesečeve, Mesec je toliko blizu Zemlji da je njegova privlačna sila 2,5 puta veća prema vodenoj masi na Zemlji od Sunčeve. Zato se vodene površine okrenute Mesecu izdižu. To je pojava plime.

Jasno je da Mesec svojom gravitacijom privlači vodu ka sebi i diže nivo vode naspram sebe, ali kako to da se plimni talas pojavljuje na suprotnoj strani planete sa istom visinom plimnog talasa, tj. sa istim nivoom vode u morskom koritu.

Stvar je u rotacionom kretanju sistema Zemlja-Mesec. Oba tela se vrte oko zajedničkog centra, smeštenog 4608[ķm] od centra planete ka Mesecu. Tako da se Mesec vrti brže oko ovog centra(29 dana jedan krug), a tačka na suprotnoj strani planete sporije. Ovo kretanje vodene mase uslovljava dopunsko odvlačenje vodene mase od ose rotacije.

Dejstvo inercije i gravitacije na vodenu masu naše planete

Na slici su dati prikazi oba efekta u tački naspram Meseca i na suprotnoj strani planete, gde je:

$M_{m}=7.351\cdot 10^{22}[kg]$- masa Meseca

$\omega ={\frac {2\pi }{T}};T=29$dana - ugaona brzina rotacije sistema Zemlja-Mesec

$r=356400[km]$- rastojanje između Zemlje i Meseca

$R_{z}=6380[km[$- poluprečnik naše planete

$M_{Z}=5.9810^{24}[kg]$- masa Zemlje

$\gamma =6.6710^{-11}{\frac {[N][m]^{2}}{[kg]^{2}}}$- univerzalan konstanta gravitacije

$\gamma {\frac {M_{m}}{(r-R_{Z})^{2}}}$- gravitaciono ubrzanje tačke naspram Meseca

$\omega ^{2}(R_{Z}-r_{1})$- centrifugalno ubrzanje tačke naspram Meseca.

$-\gamma {\frac {M_{m}}{(r+R_{Z})^{2}}}$- gravitaciono ubrzanje tačke na suprotnoj strani planete

$\omega ^{2}(r_{1}+R_{z})$- centrifugalno ubrzanje tačke na suprotnoj strani planete, gde je $r_{1}={\frac {M_{m}}{M_{z}+M_{m}}}r=4608[km]$- rastojanje centra mase od centra naše planete

Kako je $\gamma {\frac {M_{Z}}{r^{2}}}=\omega ^{2}(r-r_{1})=\omega ^{2}{{\frac {M_{Z}}{M_{z}+M_{m}}}r}$=>$\gamma {\frac {M_{m}}{(r-R_{Z})^{2}}}=\omega ^{2}{\frac {M_{m}}{M_{z}+M_{m}}}{\frac {r^{3}}{(r-R_{Z})^{2}}}$=

$\omega ^{2}r_{1}{\Bigl (}1+2{\frac {R_{Z}}{r}}{\Bigr )}$, ovde je uzeta aproksimacija ${\frac {1}{(1-{\frac {R_{Z}}{r}})^{2}}}=1+2{\frac {R_{Z}}{r}}$

Sada ukupna vuča vode ka Mesecu na bližoj strani planete iznosi:

$\gamma {\frac {M_{m}}{(r-R_{Z})^{2}}}$+ $\omega ^{2}(R_{Z}-r_{1})$= $\omega ^{2}R_{Z}{\Bigl (}1+2{\frac {r_{1}}{r}}{\Bigr )}$, a ukupna vuča na suprotnoj strani planete:

$\omega ^{2}(r_{1}+R_{z})$= $\omega ^{2}R_{Z}{\Bigl (}1+2{\frac {r_{1}}{r}}{\Bigr )}$

Dakle, vuče su identične

Na mestima između ove dve plime voda se spušta i javlja se oseka. Iako se Zemlja obrće, plima ostaje uvek na mestima okrenutim Mesecu i na suprotnim mestima na Zemlji. Zato se na svakom mestu na Zemlji gde je more pojavljuju dve plime i dve oseke na dan. Sizigijska plima nastaje kada su Sunce i Mesec u istoj ravni i privlače vodu u istom pravcu. Kvadraturna plima je mnogo slabija i događa se kada sile teže Sunca i Meseca zaklapaju prav ugao.

Amplituda i frekvencija

Amplitude plime i oseke nisu iste na različitim obalama. Recimo, na Sredozemnom moru su 10 cm, a na pojedinim mestima na obalama u zapadnoj Francuskoj i u jugozapadnom delu Velike Britanije amplituda dostiže i više od 12 m. Amplituda plime i oseke zavisi od međusobnog položaja Sunca, Meseca i Zemlje. Takođe se razlikuju i frekvencije plime i oseke. Na zapadnoevropskoj obali Atlantskog okeana vremenski razmak između dve plime iznosi 12 sati i 25 minuta, a na obalama Indokine nastaje samo jedna plima u 24 časa.

Energetsko iskorišćavanje plime i oseke

Ukupna energija plime i oseke procenjuje se na 26000 TWh odnosno 2230 Mtoe po godini. Računa se da je od ukupne energije plime i oseke iskoristivo samo 2%, jer je srednja amplituda plime na obalama svih okeana manja od 1 m, a energetsko iskorišćavanje plime i oseke ekonomski je opravdano ako je amplituda veća od 2 m. To je 520 TWh godišnje, što je oko 3% današnje godišnje proizvodnje električne energije (oko 15000 TWh). Stvarna električna energija je još manja, jer se uz najpovoljnije uslove može iskoristiti tek 25% teorijske proizvodnje.

Za energetsko iskorišćavanje plime i oseke, odnosno za izgradnju odgovarajuće elektrane, potrebno je odabrati pogodno mesto na obali. To znači da je tu potrebno da amplituda plime bude velika, a i da postoji mogućnost izolacije dela morske površine izgradnjom brane, da bi se napravio akumulacioni bazen. Najjednostavniji način korišćenja postiže se ugradnjom turbina koje rade samo u jednom smeru strujanja vode, a da bi se vreme pogona produžilo, može se postaviti turbina koja radi u oba smera strujanja vode; iz bazena i u bazen. Turbina može da radi i kao pumpa, kako za prebacivanje vode iz bazena u more, tako i iz mora u bazen. Na ovaj način bolje se iskorišćava potencijalna energija plime i oseke.

Međutim, bez obzira na izbor načina za iskorišćavanje energije plime i oseke, ne može se postići pogon bez prekida niti konstantna snaga. To ukazuje da je za proizvodnju električne energije potrebna saradnja s drugim postrojenjima, odnosno elektranama za proizvodnju električne energije, koje moraju da imaju nekoliko desetina puta veću ukupnu snagu. Da bi postrojenje bilo ekonomski opravdano dužina brane ne sme da bude previše dugačka, a dubina mora na mestu brane ne sme da bude prevelike dubine.

U Francuskoj je izgrađena elektrana La Rance, koja je počela sa radom 1966. godine. Ima 24 turbine koje mogu da rade i kao pumpe. Ukupna snaga turbina je 240 MW. Godišnja proizvodnja iznosi 608 GWh (20% od teorijske proizvodnje), a 64 GWh je potrebno za pumpanje. Energija potrebna za pumpanje se uzima iz sistema. Iskoristiva zapremina bazena iznosi 184 miliona m³, površina mu je 22 km², a dužina oko 20 km. Dužina pregrade je oko 720 m.

U Rusiji je nedaleko od Murmanska izgrađena eksperimentalna elektrana koja je puštena u pogon od 1968. godine, a snage je 800 kW.

Međutim, investicioni troškovi su veliki, a ukupna moguća proizvodnja električne energije, na lokacijama koje su za to povoljne, predstavlja samo marginalnu količinu potrebne energije. Sve su to razlozi protiv dobijanja energije na račun plime i oseke.

Živi svet zone plime i oseke

Glavni članak: Ekosistemi mora

Zona plime i oseke za živi svet u moru ima svojih prednosti i mana. Problemi sa kojima se živa bića susreću je isušivanje obale kada se voda povuče, a samim tim i direktna izloženost sunčevoj svetlosti i veća temperatura. Takođe, u vreme oseke i koncentracija soli postaje veća. Povoljnosti su te da plima donosi svežu vodu sa novim količinama hrane, odnosno planktonom, a oseka odnosi otpadne supstance, jaja i larve stanovnika ove zone mora. Ovakvom načinu života prilagodile su se mnogobrojne alge, morske sase, rakovi, crvi poput arenikole i puževi, poput prilepka, tornjića, zvrka i vretena. Crvena morska sasa za vreme plime izbacuje svoje pipke sa žarnim ćelijama kojima hvata plen, a u toku oseke se sklupča u obliku lopte. Ovaj deo mora nastanjuju i brojne školjke, od kojih je jedna od najpoznatijih dagnja. Oseku preživljava tako što čvrsto zatvori kapke svoje ljušture. Mnoge životinje poput morskih ježeva i krabe kopača se tokom oseke ukopavaju u pesak.

Literatura

• Centar za razvoj ekološke svesti IZVOR: „Energija plime i oseke“
• 150 Years of Tides on the Western Coast: The Longest Series of Tidal Observations in the Americas NOAA (2004).
• Eugene I. Butikov: A dynamical picture of the ocean tides
• Tides and centrifugal force: Why the centrifugal force does not explain the tide's opposite lobe (with nice animations).
• Toledano, O.; Moreno, E.; Koenigsberger, G.; Detmers, R.; Langer, N. (2007). „Tides in asynchronous binary systems”. Astronomy & Astrophysics. 461 (3): 1057—1063. Bibcode:2007A&A...461.1057T. S2CID 13799813. arXiv:astro-ph/0610563v1 . doi:10.1051/0004-6361:20065776. 
• Gaylord Johnson "How Moon and Sun Generate the Tides" Popular Science, April 1934
• Simon, Bernard (2013). Coastal Tides. Prevod: Manley, David. Institut océanographique, Fondation Albert Ier, Prince de Monaco. ISBN 978-2-903581-83-1. Arhivirano iz originala 13. 11. 2022. g. Pristupljeno 13. 11. 2022. 
• „Moon”. Australian Indigenous Astronomy (na jeziku: engleski). Pristupljeno 2020-10-08. 
• „"Bridging the Gap" through Australian Cultural Astronomy.”. Archaeoastronomy & Ethnoastronomy – Building Bridges Between Cultures: 282—290. 2011. 
• Tabarroni, G. (1989). „The tides and Newton”. Memorie della Società Astronomia Italiana. 60: 770—777. Bibcode:1989MmSAI..60..769T. Pristupljeno 27. 12. 2020. CS1 održavanje: Format datuma (veza)
• Pugh, David T. (28. 12. 1987). Tides, Surges and Mean Sea-Level (PDF). JOHN WILEY & SONS. str. 2—4. ISBN 047191505X. Pristupljeno 27. 12. 2020. CS1 održavanje: Format datuma (veza)
• Cartwright, David Edgar (1999). Tides: A Scientific History. Cambridge University Press. str. 6. ISBN 9780521797467. Pristupljeno 28. 12. 2020. CS1 održavanje: Format datuma (veza)
• Marmer, H. A. (mart 1922). „The Problems of the Tide”. The Scientific Monthly. 14 (3): 209—222. CS1 održavanje: Format datuma (veza)
• Cartwright, David E. (2001). „On the Origins of Knowledge of the Sea Tides from Antiquity to the Thirteenth Century”. Earth Sciences History. 20 (2): 105—126. Bibcode:2001ESHis..20..105C. JSTOR 24138749. doi:10.17704/eshi.20.2.m23118527q395675. Pristupljeno 27. 12. 2020. CS1 održavanje: Format datuma (veza)
• HUGHES, PAUL. „A STUDY IN THE DEVELOPMENT OF PRIMITIVE AND MODERN TIDE TABLES” (PDF). PhD Thesis, Liverpool John Moores University. Pristupljeno 27. 12. 2020. CS1 održavanje: Format datuma (veza)
• Marina Tolmacheva (2014). Glick, Thomas F., ur. Geography, Chorography. Medieval Science, Technology, and Medicine: An Encyclopedia. Routledge. str. 188. ISBN 978-1135459321. 
• Popova, Maria (27. 12. 2019). „How Kepler Invented Science Fiction ... While Revolutionizing Our Understanding of the Universe”. Brain Pickings. Pristupljeno 27. 12. 2020. CS1 održavanje: Format datuma (veza)
• Eugene, Hecht (2019). „Kepler and the origins of the theory of gravity”. American Journal of Physics. 87 (3): 176—185. Bibcode:2019AmJPh..87..176H. S2CID 126889093. doi:10.1119/1.5089751. 

Spoljašnje veze

• NOAA Tides and Currents information and data
• History of tide prediction Arhivirano 2015-05-09 na sajtu Wayback Machine
• Department of Oceanography, Texas A&M University Arhivirano 2016-03-04 na sajtu Wayback Machine
• UK Admiralty Easytide
• UK, South Atlantic, British Overseas Territories and Gibraltar tide times from the UK National Tidal and Sea Level Facility
• Tide Predictions for Australia, South Pacific & Antarctica
• Tide and Current Predictor, for stations around the world Arhivirano na sajtu Wayback Machine (16. jun 2015)