Marea (Tide)

Le maree rappresentano la fluttuazione periodica del livello del mare, causata principalmente dalle forze gravitazionali differenziali esercitate dalla Luna e dal Sole, in combinazione con gli effetti inerziali derivanti dalla meccanica orbitale del sistema Terra-Luna e dal movimento rotatorio della Terra.

Le maree sono l'innalzamento e l'abbassamento periodico del livello del mare risultanti dalle forze gravitazionali differenziali esercitate principalmente dalla Luna e dal Sole, combinate con gli effetti inerziali associati al movimento orbitale del sistema Terra-Luna e alla rotazione della Terra.

Sebbene queste forzanti astronomiche stabiliscano il potenziale di marea fondamentale, le maree osservate empiricamente subiscono modifiche significative da parte di elementi terrestri, come la configurazione morfologica dei bacini oceanici, dei margini continentali, del fondale marino. topografia, effetto Coriolis, dissipazione dell'energia di attrito in ambienti marini poco profondi e caratteristiche di risonanza delle coste.

Le variazioni delle maree si manifestano su scale temporali che vanno da ore ad anni, influenzate da molteplici determinanti dell'intervallo lunitidale. Per una documentazione precisa, i mareografi posizionati in posizioni fisse monitorano continuamente i livelli dell'acqua. Questi strumenti non tengono conto delle fluttuazioni indotte da onde con periodi inferiori al minuto. I dati raccolti vengono successivamente confrontati con un dato designato, generalmente indicato come livello medio del mare.

Mentre le maree costituiscono tipicamente la fonte predominante di variabilità a breve termine del livello del mare, i livelli del mare sono inoltre suscettibili ad alterazioni dovute all'espansione termica, allo stress del vento e ai differenziali di pressione atmosferica, che possono portare a mareggiate, in particolare nelle aree marine poco profonde e nelle regioni costiere.

I fenomeni di marea si estendono oltre gli ambienti oceanici, manifestandosi in qualsiasi sistema in cui una gravità spaziotemporalmente variabile il campo esiste. Ad esempio, il corpo solido della Terra subisce lievi deformazioni dovute alle maree terrestri, sebbene queste siano meno osservabili rispetto ai movimenti delle maree oceaniche.

Caratteristiche

Le maree oceaniche mostrano uno schema ciclico, in genere aumentano e diminuiscono con cadenza approssimativamente semidiurna. Il ciclo delle maree comprende quattro fasi distinte:

• La cessazione della recessione idrica, che segna un minimo locale, è definita bassa marea.
• Il successivo aumento del livello del mare nell'arco di diverse ore, che inonda la zona intercotidale, viene definito inondazione.
• La cessazione della risalita dell'acqua, che indica un massimo locale, è designata come alta marea.
• Il successivo abbassamento del livello del mare nell'arco di diverse ore, esponendo la zona intercotidale, è noto come riflusso.

Le correnti oscillatorie generate dalle forze di marea sono identificate come flussi di marea o correnti di marea. L'istante in cui la corrente di marea cessa è chiamato acqua stagnante o marea stagnante, dopodiché la marea inverte la direzione, indicando una fase di svolta. Sebbene il rallentamento dell'acqua coincida tipicamente con periodi vicini all'alta e alla bassa marea, alcune località geografiche mostrano notevoli discrepanze tra i tempi della bassa marea e il verificarsi di alta e bassa marea.

Le maree sono spesso classificate come semi-diurne, caratterizzate da due acque alte e due acque basse giornaliere, o diurne, caratterizzate da un singolo ciclo di marea al giorno. Le due acque alte giornaliere mostrano tipicamente altezze disuguali, un fenomeno noto come disuguaglianza giornaliera; queste sono designate come acqua alta più alta e acqua alta più bassa nelle tabelle di previsione delle maree. Di conseguenza, le due magre giornaliere vengono distinte in magra superiore e magra inferiore. Questa disuguaglianza quotidiana non è uniforme e generalmente diminuisce quando la Luna è posizionata sopra l'Equatore.

Livelli di riferimento

Vengono definiti i successivi livelli di marea di riferimento, ordinati dal più alto al più basso:

• Marea astronomica più alta (HAT) – Rappresenta la massima elevazione della marea prevista. È importante notare che i fattori meteorologici possono aumentare l'altezza dell'HAT.
• Mean high water springs (MHWS): indica l'elevazione media delle due alte maree che si verificano durante i periodi di marea primaverile.
• Mean high water neaps (MHWN) – Rappresenta l'elevazione media delle due alte maree osservate durante i periodi di marea alta.
• Livello medio del mare (MSL) – Costituisce il livello medio del mare. Il livello MSL rimane costante per una determinata posizione geografica per periodi temporali prolungati.
• Mean low water neaps (MLWN) – Indica la depressione media delle due basse maree che si verificano durante i periodi di bassa marea.
• Mean low water springs (MLWS): indica la depressione media delle due basse maree osservate durante i periodi di marea primaverile.
• Marea astronomica più bassa (LAT): designa la depressione mareale minima prevista.

Variazione dell'intervallo: maree primaverili e di mezza marea

L'intervallo semi-diurno, che rappresenta la differenza di altezza tra le acque alte e quelle basse nell'arco di circa mezza giornata, presenta una fluttuazione bisettimanale. Circa due volte al mese, durante le fasi di luna nuova e luna piena, il Sole, la Luna e la Terra si allineano in una configurazione chiamata sizigia. In questo allineamento, la forza della marea solare aumenta la forza della marea lunare, determinando l'intervallo massimo di marea, un fenomeno noto come marea primaverile. Questo termine non deriva dalla stagione ma dal senso etimologico di "saltare, prorompere, alzarsi", simile a una sorgente naturale. Marea sizigia è una designazione alternativa per le maree primaverili.

Al contrario, quando la Luna è nel suo primo o terzo quarto, il Sole e la Luna sono posizionati a 90° di distanza rispetto alla Terra, una configurazione nota come quadratura. Durante questi periodi, la forza di marea solare contrasta parzialmente la forza di marea lunare, portando all’intervallo minimo di marea. Questo fenomeno è chiamato neap tide o neaps. La parola "neap" deriva da un termine anglosassone che significa "senza potere". Maree in quadratura è una designazione alternativa per le maree di quadratura.

Le maree primaverili sono caratterizzate da acque alte superiori alla media, acque basse inferiori alla media, una durata ridotta di "acque rilassate" e correnti di marea intensificate. Al contrario, le maree di prossimità producono condizioni di marea più miti. Circa sette giorni separano il verificarsi delle maree primaverili e di quella di marea.

Costituenti delle maree

I costituenti delle maree rappresentano l'effetto cumulativo di vari fattori che influenzano le fluttuazioni delle maree su scale temporali specifiche. I costituenti chiave comprendono la rotazione terrestre, le posizioni relative della Luna e del Sole rispetto alla Terra, l'elevazione della Luna sopra l'equatore terrestre e la batimetria. Le variazioni con periodi inferiori a mezza giornata sono classificate come costituenti armonici, mentre i cicli che abbracciano giorni, mesi o anni sono designati come costituenti di periodo lungo.

Le forze di marea esercitano un'influenza sull'intero sistema terrestre. All'interno della crosta terrestre, queste forze inducono spostamenti verticali periodici misurabili in centimetri, un fenomeno chiamato marea terrestre. Allo stesso tempo, nell’atmosfera, le forze gravitazionali della Luna e del Sole, combinate con il riscaldamento solare, generano oscillazioni su scala globale di pressione, densità e vento, chiamate marea atmosferica. Mentre le maree terrestri si manifestano come deformazione elastica, le maree atmosferiche vengono osservate prevalentemente come fluttuazioni nei gradienti di pressione e nella struttura del vento.

Costituente semi-diurno lunare principale

Il costituente di marea più importante nella maggior parte delle località è il principale semi-diurno lunare, identificato in alternativa come costituente di marea M2 o costituente di marea M§56§. Questo componente mostra un periodo di circa 12 ore e 25,2 minuti, esattamente la metà di un giorno lunare di marea. Un giorno lunare di marea rappresenta l'intervallo medio tra i successivi zenit lunari, corrispondente al tempo necessario alla Terra per completare una rotazione rispetto alla Luna. Gli orologi delle maree di base sono progettati per monitorare questo componente. Il giorno lunare supera in durata il giorno terrestre perché la direzione orbitale della Luna si allinea con la direzione di rotazione della Terra.

A causa della direzione orbitale della Luna attorno alla Terra che coincide con la rotazione assiale della Terra, sono necessarie circa 24 ore e 50 minuti affinché la Luna riappari nella stessa posizione celeste. In questo intervallo, la Luna subisce un culmine (passaggio sopra la testa) e un passaggio sotto i piedi (corrispondenti rispettivamente agli angoli orari di 00:00 e 12:00). Di conseguenza, in numerose regioni, il periodo di massima forzatura delle maree si allinea con la durata sopra menzionata di circa 12 ore e 25 minuti. È importante notare che il momento preciso della marea più alta non coincide invariabilmente con la massima vicinanza della Luna allo zenit o al nadir; tuttavia, il periodo di forzatura rimane il determinante dell'intervallo tra le alte maree.

Il campo gravitazionale della Luna si attenua con l'aumentare della distanza, risultando in una forza differenziale esercitata sulla Terra. Nello specifico, una forza leggermente più forte della media agisce sul lato della Terra rivolto verso la Luna, mentre una forza leggermente più debole agisce sul lato opposto. Questa gravitazione differenziale fa sì che la Luna induca un leggero "stiramento" della Terra lungo l'asse che collega i due corpi celesti. Sebbene la Terra solida subisca una certa deformazione, l'acqua oceanica, a causa della sua natura fluida, mostra una mobilità significativamente maggiore in risposta a questa forza di marea, in particolare nello spostamento orizzontale.

La rotazione della Terra altera continuamente l'entità e la direzione delle forze di marea in qualsiasi punto della sua superficie. Sebbene l'oceano non raggiunga mai l'equilibrio, il che significa che il fluido non ha tempo sufficiente per rispondere completamente a una forza di marea costante, queste forze di marea dinamiche inducono comunque fluttuazioni ritmiche nell'altezza della superficie del mare.

Un andamento delle maree caratterizzato da due alte maree e due basse maree di diversa altezza nell'arco di un solo giorno è classificato come marea semidiurna mista.

Distanza lunare

Le variazioni della distanza Luna-Terra influenzano anche le ampiezze delle maree. Al perigeo, quando la Luna è più vicina alla Terra, l'escursione delle maree si espande; al contrario, all'apogeo, quando la Luna è più lontana, la portata diminuisce. Ogni anno, il perigeo si allinea con la luna nuova o con la luna piena circa da sei a otto volte, dando luogo a maree primaverili perigee, che mostrano l'intervallo di marea massimo. La differenza di altezza tra una marea primaverile perigea e una marea primaverile che si verifica all'apogeo lunare dipende dal sito, ma può raggiungere un piede.

Altri componenti

Circa 62 componenti delle maree sono sufficienti per essere inclusi nei modelli di previsione delle maree marine. Questi comprendono le influenze gravitazionali solari, l'obliquità (inclinazione) dell'equatore terrestre e dell'asse di rotazione, l'inclinazione del piano orbitale lunare e la traiettoria ellittica dell'orbita terrestre attorno al Sole.

I costituenti delle acque poco profonde comprendono sovracqua, definite come armoniche superiori di una singola frequenza di marea dominante, e maree composte, che derivano dalle interazioni tra le costituenti primari lunari e solari. Pur possedendo generalmente ampiezze inferiori rispetto al potenziale di marea fondamentale, questi costituenti introducono asimmetrie tra le fasi di salita e di discesa delle maree all'interno degli estuari e degli ambienti della piattaforma continentale.

Fase e ampiezza

Data la prevalenza della componente di marea M₂ nella maggior parte delle aree, il concetto di fase di marea o fase, espresso come il tempo in ore successivo all'acqua alta, si rivela estremamente prezioso. Lo stadio di marea può anche essere quantificato in gradi, dove 360° rappresentano un ciclo di marea completo. Le linee che collegano punti di fase di marea costante sono chiamate linee cotidali; queste sono paragonabili alle curve di livello che indicano l'altitudine costante sulle carte topografiche e, quando raffigurate, costituiscono una mappa cotidale o una carta cotidale. L'acqua alta si verifica contemporaneamente lungo le linee cotidali che si estendono dalla costa verso il mare e le fasi di marea (rappresentate dalle linee cotidali) progrediscono lungo la costa. I costituenti della fase semi-diurna e di lungo periodo fanno riferimento all'acqua alta, mentre i costituenti diurni fanno riferimento alla marea massima. È importante notare che questa discussione e le successive spiegazioni sono strettamente accurate solo quando si considera un singolo componente della marea.

All'interno di un bacino oceanico che ha una forma approssimativamente circolare racchiusa da una linea costiera, le linee cotidali convergono radialmente verso l'interno, incontrandosi infine in una posizione singolare nota come punto anfidromico. Un punto anfidromico è caratterizzato da acque alte e basse simultanee, una condizione soddisfatta dal movimento di marea zero. (Esistono rare eccezioni dove le maree circolano intorno alle isole, come la Nuova Zelanda, l'Islanda e il Madagascar.) Il movimento delle maree tipicamente diminuisce con l'aumentare della distanza dalle coste continentali; di conseguenza, contorni di ampiezza costante (definita come metà della distanza verticale tra l'acqua alta e quella bassa) intersecano le linee cotidali e diminuiscono fino a zero nel punto anfidromico. Per una marea semi-diurna, un punto anfidromico può essere concettualizzato come il centro del quadrante di un orologio, dove la lancetta delle ore indica la direzione della linea cotidale dell'acqua alta, diametralmente opposta alla linea cotidale dell'acqua bassa. L'acqua alta circola attorno al punto anfidromico ogni 12 ore, muovendosi nella direzione delle linee cotidali che avanzano e allontanandosi da quelle che si allontanano. Questa rotazione, indotta dall'effetto Coriolis, avviene generalmente in senso orario nell'emisfero meridionale e in senso antiorario nell'emisfero settentrionale. La deviazione di una fase cotidale dalla fase di una marea di riferimento designata è chiamata epoca. La marea di riferimento è definita come l'ipotetica componente della "marea di equilibrio" su una Terra senza terra, misurata a 0° di longitudine (il meridiano di Greenwich).

Nel Nord Atlantico, la circolazione in senso antiorario delle linee cotidali attorno al punto anfidromico fa sì che l'alta marea raggiunga il porto di New York circa un'ora prima del porto di Norfolk. A sud di Capo Hatteras, le dinamiche delle maree diventano notevolmente più complesse, impedendo previsioni affidabili basate esclusivamente sui modelli delle linee cotidali del Nord Atlantico.

Storia

Storia della teoria delle maree

Nelle tradizioni prescientifiche, il periodico innalzamento e abbassamento delle maree veniva spesso attribuito a spiegazioni mitologiche o animistiche. Ad esempio, i testi indiani e dell'Asia orientale descrivevano il mare come respirante o pulsante come un'entità vivente, mentre altri racconti invocavano l'influenza di una forza marittima soprannaturale.

Lo studio della fisica delle maree ha svolto un ruolo cruciale nelle fasi nascenti della meccanica celeste. Inizialmente, il verificarsi di due maree giornaliere veniva attribuito all'attrazione gravitazionale della Luna. Successivamente emerse una spiegazione più precisa, che descriveva in dettaglio l'interazione tra le forze gravitazionali sia della Luna che del Sole.

Intorno al 150 a.C., Seleuco di Seleucia ipotizzò che la Luna fosse la causa delle maree. Anche l'opera di Tolomeo, Tetrabiblos, fa riferimento all'influenza della Luna sui corpi acquatici.

Nel 725, Beda, nella sua opera De temporum ratione (Il calcolo del tempo), stabilì una connessione tra le maree semidiurne, le fluttuazioni delle altezze delle maree e l'andamento della Luna. fasi. Ha osservato che le maree salivano e scendevano costantemente 4/5 d'ora più tardi ogni giorno, rispecchiando i tempi ritardati di alba e tramonto della Luna. Beda ha inoltre sottolineato che nell’arco di due mesi lunari (59 giorni), la Luna orbita attorno alla Terra 57 volte, corrispondenti a 114 maree. Notò anche le variazioni mensili dell'altezza delle maree, designando le maree crescenti come malinae e le maree decrescenti come ledones. Il mese, spiegò, era suddiviso in quattro periodi di sette o otto giorni, caratterizzati dall'alternanza di malinae e ledones. Nello stesso testo Beda riconosceva la capacità dei venti di impedire il flusso delle maree. Inoltre, ha documentato le variazioni geografiche nei tempi delle maree, notando che le maree si sono verificate prima a nord della sua posizione (Monkwearmouth) e successivamente a sud. Ha chiarito questo fenomeno affermando che la marea "abbandona queste sponde per poter tanto più poter inondare altre [sponde] quando arriva lì", e che "la Luna che segnala qui l'aumento della marea, segnala il suo ritiro in altre regioni lontane da questa parte del cielo".

La successiva comprensione medievale delle maree derivò in gran parte dagli scritti degli astronomi musulmani, che divennero accessibili nelle traduzioni latine a partire dal XII secolo. Abu Ma'shar al-Balkhi (morto intorno all'886), nel suo Introductorium in astronomiam, ipotizzò che la Luna fosse responsabile del flusso e del riflusso delle maree. Ha anche esplorato l'influenza del vento e delle fasi lunari, rispetto al Sole, sugli schemi delle maree. Durante il XII secolo, al-Bitruji (morto intorno al 1204) avanzò la teoria secondo cui le maree risultavano dalla circolazione generale dei cieli.

Nel suo trattato del 1608, De spiegheling der Ebbenvloet (La teoria del flusso e riflusso), Simon Stevin confutò numerose idee sbagliate riguardo al flusso e al riflusso delle maree. Stevin sostenne il concetto che l'attrazione lunare causava le maree, articolando chiare definizioni di bassa marea, alta marea, alta marea e alta marea, sottolineando al contempo la necessità di ulteriori indagini.

Nel 1609, Giovanni Keplero propose accuratamente anche che la gravitazione lunare fosse la causa delle maree, fondando la sua ipotesi su antiche osservazioni e correlazioni.

Nella sua opera del 1632, Dialogue Concerning the Two Chief Sistemi del mondo, originariamente intitolato Dialogo sulle maree, Galileo Galilei integrò la sua teoria delle maree come componente centrale della sua argomentazione fisica a favore dell'eliocentrismo copernicano. Ha ipotizzato che le maree derivassero dai movimenti sinergici della rotazione e della rivoluzione della Terra. Galilei ripudiò esplicitamente l'affermazione di Keplero sull'influenza lunare sui mari, definendo tale attrazione lunare come un'invocazione di qualità occulte piuttosto che come una causa meccanicamente comprensibile.

Isaac Newton (1642–1727) fu il pioniere della spiegazione delle maree, attribuendole all'attrazione gravitazionale esercitata dai corpi celesti. La sua teoria completa, dettagliata nei Principia (1687), utilizzava la gravitazione universale per chiarire come le attrazioni lunari e solari generino le forze di marea. Prima di Pierre-Simon Laplace, Newton e i suoi contemporanei si avvicinavano a questo fenomeno attraverso una teoria dell’equilibrio, un modello di sistema statico che approssimava il comportamento delle maree in un ipotetico oceano non inerziale che ricopriva uniformemente la Terra. Sebbene il concetto di forza generatrice delle maree (o del suo potenziale) rimanga cruciale nella moderna teoria delle maree, ora funge da funzione forzante intermedia piuttosto che da risultato definitivo. La teoria contemporanea incorpora inoltre la risposta dinamica delle maree della Terra a queste forze applicate, una risposta modulata da fattori come la profondità dell'oceano, la rotazione planetaria e altre variabili ambientali.

Nel 1740, l'Académie Royale des Sciences di Parigi istituì un premio per il trattato teorico più avvincente sulle maree. Questo prestigioso premio è stato conferito congiuntamente a Daniel Bernoulli, Leonhard Euler, Colin Maclaurin e Antoine Cavalleri.

Maclaurin ha applicato la teoria newtoniana per dimostrare che una sfera liscia coperta dall'oceano, soggetta alla forza di marea di un singolo corpo celeste, assumerebbe la forma di uno sferoide prolato, un ovale tridimensionale allungato, con il suo asse maggiore orientato verso il corpo perturbante. Fu anche il primo a documentare l'influenza della rotazione terrestre sul movimento. Successivamente Eulero identificò la componente orizzontale della forza di marea come il motore principale dei fenomeni di marea, piuttosto che la sua controparte verticale. Nel 1744, Jean le Rond d'Alembert studiò le equazioni delle maree atmosferiche, sebbene i suoi modelli non incorporassero gli effetti di rotazione.

Nel 1770, la barca di James Cook, la HMS Endeavour, si incagliò sulla Grande Barriera Corallina. I primi tentativi di rimettere a galla la nave durante la successiva alta marea si sono rivelati infruttuosi; tuttavia, la marea successiva lo ha rimosso con successo. Durante il periodo di riparazione di sette settimane alla foce del fiume Endeavour, Cook osservò meticolosamente l'andamento delle maree. Ha notato che durante le maree di punta, le due maree giornaliere mostravano altezze simili, mentre durante le maree primaverili, la marea mattutina saliva di 2,1 m (7 piedi) mentre quella serale raggiungeva 2,7 m (9 piedi).

Pierre-Simon Laplace ha sviluppato un sistema di equazioni alle derivate parziali che correlavano la corrente orizzontale dell'oceano con la sua elevazione superficiale, stabilendo la teoria dinamica fondamentale per le maree. Queste equazioni di marea di Laplace rimangono pertinenti nell'oceanografia contemporanea. William Thomson, primo barone Kelvin, in seguito riformulò le equazioni di Laplace utilizzando la vorticità, consentendo così la derivazione di soluzioni che descrivono onde intrappolate sulla costa indotte dalle maree, ora riconosciute come onde di Kelvin.

Successivamente a Laplace, studiosi come Kelvin e Henri Poincaré avanzarono il suo quadro teorico. Basandosi su questi progressi e sulla teoria lunare di E. W. Brown, che descriveva in dettaglio la meccanica orbitale della Luna, Arthur Thomas Doodson pubblicò nel 1921 la prima formulazione moderna del potenziale di generazione delle maree in forma armonica. Il lavoro di Doodson ha identificato 388 frequenze di marea distinte e molte delle sue metodologie continuano ad essere utilizzate.

La traiettoria storica dell'osservazione delle maree.

Fin dall'antichità, la sofisticazione dell'osservazione e del discorso sulle maree si è evoluta progressivamente, concentrandosi inizialmente sulle ricorrenze quotidiane e successivamente sull'intricata relazione tra le maree, il Sole e la Luna.

Gli antichi documenti sopravvissuti sull'osservazione delle maree indicano che Pitea, durante la sua spedizione nelle isole britanniche intorno al 325 a.C., notò schemi di marea correlati al ciclo lunare. Frammenti attribuiti alla sua opera, Sull'oceano, suggeriscono un precoce riconoscimento della connessione tra l'intervallo di marea e le fasi lunari.

Durante il II secolo a.C., Seleuco di Seleucia, un astronomo ellenistico, caratterizzò accuratamente il fenomeno delle maree per suffragare il suo modello eliocentrico. Egli ipotizzò correttamente che la Luna causasse le maree, anche se ipotizzò che questa interazione fosse facilitata dal "pneuma". Seleuco osservò anche che i tempi e la magnitudo delle maree differivano nelle varie località globali. Come documentato da Strabone (1.1.9), Seleuco fu il primo a stabilire una connessione tra le maree e l'attrazione gravitazionale lunare, notando inoltre che l'altezza delle maree dipende dalla posizione della Luna rispetto al Sole.

La Naturalis Historia di Plinio il Vecchio documenta numerose osservazioni sulle maree; per esempio, le maree primaverili si verificano pochi giorni dopo o prima della luna nuova e della luna piena e raggiungono il loro picco intorno agli equinozi, sebbene Plinio abbia registrato anche diverse correlazioni ora considerate speculative. Nella sua Geografia, Strabone spiegò dettagliatamente che le maree nel Golfo Persico mostravano la loro portata massima quando la Luna era più distante dal piano equatoriale. Queste osservazioni sono state effettuate nonostante l’ampiezza delle maree relativamente limitata all’interno del bacino del Mediterraneo. In particolare, le vigorose correnti osservate nello Stretto dell'Euripo e nello Stretto di Messina rappresentavano un enigma per Aristotele. Nel quinto libro de La vita di Apollonio di Tiana, Filostrato esplorò le maree, riconoscendo l'influenza della Luna ma attribuendo i fenomeni agli "spiriti". Intorno al 730 d.C. in Europa, Beda il Venerabile documentò l'aumento sincrono della marea su una costa delle isole britanniche con la sua caduta su un'altra, descrivendo ulteriormente in dettaglio la progressione temporale dell'acqua alta lungo la costa della Northumbria.

La prima tavola di marea in Cina emerse nel 1056 d.C., destinata principalmente ai visitatori che desideravano osservare il famoso pozzo di marea nel fiume Qiantang. La prima tavola di marea britannica conosciuta è attribuita a John Wallingford, morto come abate di St. Albans nel 1213, che calcolò l'acqua alta che si verificava 48 minuti dopo ogni giorno e tre ore prima all'estuario del Tamigi rispetto alla sua posizione a monte a Londra.

Nel 1614, Claude d'Abbeville pubblicò il trattato "Histoire de la mission de pères capucins en l'Isle de Maragnan et terres circonvoisines," in cui rivelò che il popolo Tupinambá possedeva una comprensione della relazione tra la Luna e le maree prima del riconoscimento europeo.

William Thomson (Lord Kelvin) avviò la prima analisi armonica sistematica delle registrazioni delle maree nel 1867. Un risultato primario fu la costruzione di una macchina per la previsione delle maree, che utilizzava un sistema di pulegge per sintetizzare sei funzioni temporali armoniche. Questo dispositivo veniva "programmato" attraverso la regolazione di ingranaggi e catene per modificare fasazioni e ampiezze. Macchine comparabili rimasero in uso fino agli anni '60.

La prima registrazione conosciuta del livello del mare di un intero ciclo primaverile-neap fu documentata nel 1831 presso il Navy Dock all'interno dell'estuario del Tamigi. Nel 1850, numerosi porti importanti avevano stabilito stazioni automatiche di misuratori di marea.

John Lubbock fu tra i pionieri nella mappatura delle linee di co-marea per la Gran Bretagna, l'Irlanda e le coste adiacenti nel 1840. William Whewell successivamente ampliò questa ricerca, culminando in una carta quasi globale nel 1836. Per garantire la coerenza di queste mappe, ipotizzò l'esistenza di una regione medio-oceanica priva di aumenti o diminuzioni delle maree, dove le co-marea le linee convergono. La presenza di un tale punto anfidromico, un termine ora utilizzato per descrivere questi luoghi, fu confermata nel 1840 dal capitano William Hewett, RN, attraverso meticolosi sondaggi condotti nel Mare del Nord.

Successivamente, alla fine del XX secolo, i geologi identificarono le ritmiti di marea, che servono come prova geologica della presenza di antiche maree, in particolare durante il periodo Carbonifero.

Fisica

Teoria dell'equilibrio

Il modello fondamentale, attribuito a Isaac Newton, che chiarisce il fenomeno delle due maree giornaliere è chiamato teoria dell'equilibrio. Questa teoria incorpora tre semplificazioni principali: 1) l'omissione delle masse terrestri della Terra, 2) l'assunzione di una viscosità trascurabile dell'acqua, che consente una risposta gravitazionale istantanea, e 3) la non considerazione dell'attrito tra la Terra e l'acqua. All'interno di un sistema di coordinate corotante con il sistema Terra-Luna, la distanza Terra-Luna rimane costante, a significare uno stato di equilibrio. Questo equilibrio è concettualizzato come equilibrio tra la forza gravitazionale della Luna e la forza centrifuga generata dalla rotazione. Al centro della Terra, queste forze sono esattamente uguali e opposte. Tuttavia, in altri luoghi, queste forze non si controbilanciano perfettamente e la forza residua risultante è denominata forza generatrice della marea. Sulla superficie terrestre, i punti più vicini alla Luna subiscono un'attrazione gravitazionale leggermente più forte, mentre i punti più distanti mostrano una forza centrifuga leggermente più forte. Ai poli, situati lontano dall'asse Terra-Luna, una forza netta minore è diretta verso la Terra. L’acqua dell’oceano è influenzata minimamente da queste forze specifiche. Al contrario, nelle regioni tra i poli e l'equatore, una componente di questa forza minore agisce orizzontalmente sulla superficie terrestre, diretta verso l'equatore. Questa forza orizzontale non incontra resistenza opposta. Di conseguenza, l’acqua dell’oceano scorre in risposta, allontanandosi dai poli e accumulandosi vicino all’equatore. Questo processo culmina nella formazione di un doppio rigonfiamento mareale allineato con l’asse Terra-Luna, con il rigonfiamento sul lato più vicino alla Luna leggermente più grande. Mentre la Terra ruota attorno al proprio asse, vari punti sulla sua superficie attraversano questi rigonfiamenti, fornendo così una spiegazione generale per il verificarsi delle doppie maree giornaliere. Sia l'acqua oceanica che la Terra solida sono soggette a queste spinte gravitazionali differenziali; tuttavia, la Terra rigida resiste alla deformazione, mantenendo la sua forma approssimativamente sferica, mentre il fluido si ridistribuisce per compensare lo squilibrio, formando così i caratteristici rigonfiamenti. La marea di equilibrio rappresenta questa condizione di marea idealizzata, basata sul presupposto di una Terra senza terre.

Forze

La forza di marea generata da un corpo celeste massiccio (di seguito denominato Luna) su una piccola particella situata su o all'interno di un corpo esteso (di seguito denominato Terra) è definita come la differenza vettoriale tra la forza gravitazionale esercitata dalla Luna su quella particella e la forza gravitazionale che verrebbe esercitata sulla particella se fosse posizionata al centro di massa della Terra.

Mentre la forza gravitazionale esercitata da un corpo celeste sulla Terra mostra una relazione quadrata inversa con la sua distanza dalla Terra, la forza di marea massima dimostra una proporzionalità cubica inversa approssimativa a questa distanza. Se la forza di marea generata da ciascun corpo fosse equivalente alla sua forza gravitazionale totale – una condizione non soddisfatta a causa della caduta libera dell’intera Terra, e non solo dei suoi oceani, verso questi corpi – si manifesterebbe un modello distinto di forze di marea. Ad esempio, l'influenza del Sole sembrerebbe considerevolmente più potente di quella della Luna. Sebbene la forza gravitazionale solare sulla Terra sia, in media, 179 volte maggiore della forza lunare, la distanza media del Sole dalla Terra è 389 volte maggiore, risultando in un gradiente di campo più debole. La proporzionalità generale può essere espressa come:

${\displaystyle {\text{tidal force}}\propto {\frac {M}{d^{3}}}\propto \rho \left({\frac {r}{d}}\right)^{3},}$

Qui, M indica la massa del corpo celeste, d rappresenta la sua distanza, ρ indica la sua densità media e r indica il suo raggio. Il rapporto r/d è correlato alla dimensione angolare dell'oggetto osservato dalla Terra. Nonostante il Sole e la Luna presentino diametri apparenti quasi identici nel cielo terrestre, la forza di marea del Sole è considerevolmente più debole di quella della Luna. Questa disparità è dovuta al fatto che la densità media del Sole è significativamente inferiore e la sua influenza sulle maree è solo il 46% di quella della Luna. Di conseguenza, durante una marea primaverile, la Luna rappresenta il 69% della forza di marea totale, mentre il Sole contribuisce per il 31%. Nello specifico, l'accelerazione delle maree lunari, misurata lungo l'asse Luna-Terra sulla superficie terrestre, si avvicina a 1,1ק1516§−7 g. Al contrario, l'accelerazione della marea solare, lungo l'asse Sole-Terra sulla superficie terrestre, è circa 0,52ק2122§−7 g, dove g rappresenta l'accelerazione gravitazionale sulla superficie terrestre. Gli effetti delle maree esercitati da altri pianeti fluttuano in base alle loro diverse distanze dalla Terra. Al suo perigeo, l'influenza delle maree di Venere ammonta a 0,000113 volte quella del Sole. Al contrario, a diverse configurazioni orbitali, Giove o Marte possono esercitare l'influenza predominante delle maree planetarie.

La superficie dell'oceano è convenzionalmente modellata dal geoide, una superficie equipotenziale teorica che tiene conto sia della forza gravitazionale della Terra che della forza centrifuga derivante dalla sua rotazione. Successivamente va considerata l'influenza di corpi celesti esterni sostanziali, nello specifico Luna e Sole. Queste entità celesti possiedono potenti campi gravitazionali che si attenuano con l'aumentare della distanza, inducendo deviazioni nella superficie dell'oceano dal geoide. Questa interazione stabilisce una superficie oceanica in equilibrio dinamico, caratterizzata da rigonfiamenti orientati sia verso che direttamente di fronte alla Luna. La rotazione della Terra rispetto a questa configurazione in evoluzione genera il ciclo di marea diurno. La superficie oceanica si sforza continuamente di raggiungere questa configurazione di equilibrio in continuo cambiamento, sebbene non la raggiunga mai completamente. Il disallineamento tra la superficie effettiva dell'oceano e questo stato di equilibrio crea un'apparente pendenza, spingendo l'acqua ad accelerare nella direzione del pendio.

Equazioni delle maree di Laplace

Le profondità oceaniche sono notevolmente inferiori alle loro dimensioni orizzontali. Di conseguenza, la risposta oceanica alla forzante delle maree può essere modellata accuratamente utilizzando le equazioni delle maree di Laplace, che integrano le seguenti caratteristiche:

• La velocità verticale (o radiale) è considerata trascurabile e l'assenza di taglio verticale implica un regime di flusso del foglio.
• La forzatura applicata è esclusivamente orizzontale (tangenziale).
• L'effetto Coriolis si manifesta come una forza inerziale fittizia, che agisce perpendicolarmente alla direzione del flusso e direttamente proporzionale alla velocità.
• Il tasso temporale di variazione dell'altezza della superficie è direttamente proporzionale alla divergenza negativa della velocità, scalata in base alla profondità. Quando la velocità orizzontale induce stiramento o compressione della calotta oceanica, il volume dell'acqua di conseguenza si assottiglia o si ispessisce.

Le condizioni al contorno prevedono un flusso zero perpendicolare alle coste e una condizione di libero scorrimento sul fondale marino.

L'effetto Coriolis, una forza inerziale, devia i flussi che si avvicinano all'equatore verso ovest e i flussi che si allontanano dall'equatore verso est, facilitando così la formazione di onde intrappolate lungo la costa. Inoltre, nelle equazioni può essere incorporato un termine di dissipazione, analogo alla viscosità.

Ampiezza e periodicità delle maree

L'ampiezza teorica massima delle maree oceaniche indotte dalla Luna è di circa 54 centimetri (21 pollici). Questo valore rappresenta l'ampiezza ottenibile in condizioni ideali, in particolare una profondità oceanica uniforme, l'assenza di masse continentali e la rotazione sincrona della Terra con l'orbita della Luna. Allo stesso modo, il Sole genera maree con un'ampiezza teorica di circa 25 centimetri (9,8 pollici), che costituiscono il 46% dell'ampiezza delle maree della Luna e mostrano un ciclo di 12 ore. Durante le maree primaverili, questi due effetti si combinano sinergicamente, risultando in un'ampiezza teorica di 79 centimetri (31 in). Al contrario, con le maree di punta, l'ampiezza teorica diminuisce a 29 centimetri (11 pollici). Data la natura ellittica dell'orbita della Terra attorno al Sole e dell'orbita della Luna attorno alla Terra, le ampiezze delle maree mostrano variazioni dovute alle fluttuazioni delle distanze Terra-Sole e Terra-Luna. Questa eccentricità orbitale introduce una variazione nella forza di marea e nell'ampiezza teorica di circa ±18% per le maree lunari e ±5% per le maree solari. Se sia il Sole che la Luna occupassero contemporaneamente le loro posizioni orbitali più vicine e si allineassero durante una fase di luna nuova, l'ampiezza teorica delle maree potrebbe raggiungere i 93 centimetri (37 pollici).

Le ampiezze effettive delle maree mostrano variazioni sostanziali, dovute a fattori quali variazioni batimetriche, masse continentali e periodo naturale di propagazione delle onde oceaniche, che si avvicina al periodo di rotazione della Terra. Ad esempio, un'onda superficiale di lunga lunghezza d'onda richiederebbe circa 30 ore per attraversare metà della circonferenza terrestre lungo l'equatore in assenza di masse continentali (al contrario, la litosfera terrestre possiede un periodo naturale di circa 57 minuti). Inoltre, la risposta dell'oceano alle forze delle maree è notevolmente complicata sia dalle maree terrestri, che inducono lo spostamento verticale del fondale marino, sia dall'autoattrazione gravitazionale delle maree stesse.

Dissipazione

Le oscillazioni delle maree terrestri generano un tasso di dissipazione medio di circa 3,75 terawatt. I movimenti delle maree marine rappresentano circa il 98% di questa dissipazione di energia. Questa dissipazione si verifica quando i flussi di marea a scala di bacino inducono correnti su scala più piccola, portando a una perdita di energia turbolenta. La risultante resistenza mareale esercita una coppia sulla Luna, trasferendo progressivamente il momento angolare alla sua orbita e provocando un graduale aumento della separazione Terra-Luna. Allo stesso tempo, la coppia uguale e contraria esercitata sulla Terra riduce la sua velocità di rotazione. Di conseguenza, nel corso dei tempi geologici, la Luna si allontana dalla Terra a una velocità di circa 3,8 centimetri (1,5 pollici) all'anno, prolungando così il giorno terrestre.

Negli ultimi 600 milioni di anni, la durata di un giorno terrestre è aumentata di circa 2 ore. Ipotizzando un tasso di decelerazione costante, ciò suggerisce che 70 milioni di anni fa la durata del giorno era più breve di circa l'1%, con il risultato di circa quattro giorni in più all'anno.

Batimetria

La morfologia delle coste e del fondale oceanico influenza in modo significativo la propagazione delle maree, precludendo una regola semplice e universale per prevedere i tempi di alta marea basata esclusivamente sulla posizione celeste della Luna. Di conseguenza, le caratteristiche costiere locali, tra cui la batimetria e la configurazione della costa, influiscono sulle previsioni delle maree, portando a potenziali discrepanze tra i tempi e le altezze effettive delle acque alte e quelli derivati ​​dai modelli predittivi, a causa dell’influenza della morfologia costiera sulle correnti di marea. Tuttavia, per qualsiasi luogo specifico, la relazione tra l’altitudine lunare e i tempi dell’alta o della bassa marea (noti come intervallo lunatidale) rimane relativamente coerente e prevedibile, così come i tempi delle maree rispetto ad altri punti lungo la stessa costa. Ad esempio, a Norfolk, in Virginia, negli Stati Uniti, l'alta marea si verifica costantemente circa due ore e mezza prima del passaggio allo zenit della Luna.

Le masse continentali e i bacini oceanici impediscono il libero movimento globale dell'acqua e le loro diverse geomorfologie influenzano le frequenze delle maree. Di conseguenza, i modelli di marea mostrano notevoli variazioni regionali. Ad esempio, la costa orientale degli Stati Uniti e le coste atlantiche dell'Europa sono caratterizzate principalmente da maree semi-diurne, mentre la costa occidentale degli Stati Uniti è caratterizzata da maree miste. Le modifiche antropogeniche al paesaggio possono anche modificare sostanzialmente i regimi di marea locali.

Osservazione e previsione

Tempistiche

Le forze delle maree lunari e solari generano estese onde lunghe che si propagano in tutto l'oceano, tracciando percorsi rappresentati nelle carte co-tidali. L'orario di arrivo della cresta dell'onda in un porto specifico determina l'ora locale dell'acqua alta. Il tempo di propagazione oceanica di queste onde introduce un ritardo temporale tra le fasi lunari e i corrispondenti effetti di marea. Ad esempio, le maree primaverili e di mezza marea nel Mare del Nord si verificano rispettivamente circa due giorni dopo la luna nuova/piena e il primo/terzo quarto di luna. Questo fenomeno è chiamato età delle maree.

La batimetria oceanica determina in modo significativo il momento preciso e l'ampiezza delle maree in specifiche località costiere. Esempi estremi degni di nota includono la Baia di Fundy, situata sulla costa orientale del Canada, che è spesso citata per possedere le maree più alte del mondo, una caratteristica attribuita alla sua geomorfologia, batimetria e vicinanza al bordo della piattaforma continentale uniche. Nel novembre 1998, le misurazioni a Burntcoat Head nella Baia di Fundy hanno documentato un'escursione di marea massima di 16,3 metri (53 piedi) e un estremo massimo previsto di 17 metri (56 piedi). Misurazioni comparabili condotte nel marzo 2002 a Leaf Basin, Ungava Bay, nel nord del Quebec, hanno prodotto valori simili (tenendo conto delle incertezze di misurazione), con una portata massima di 16,2 metri (53 piedi) e un estremo massimo previsto di 16,8 metri (55 piedi). Sebbene sia la baia di Ungava che la baia di Fundy siano posizionate in modo simile rispetto al bordo della piattaforma continentale, la baia di Ungava rimane libera dai ghiacci solo per circa quattro mesi all'anno, mentre la baia di Fundy gela raramente.

A Southampton nel Regno Unito si verifica un doppio fenomeno di acqua alta, che risulta dall'interazione tra i costituenti della marea M₂ e M§67§, identificati come sovramarea in acque poco profonde della principale marea lunare. Allo stesso modo, Portland presenta acque doppie basse a causa dello stesso meccanismo sottostante. La marea M§1011§ è prevalente lungo tutta la costa meridionale del Regno Unito; tuttavia, il suo impatto è più pronunciato nell'area tra l'Isola di Wight e Portland, principalmente perché la marea M§14_{15§ raggiunge la sua ampiezza minima all'interno di questa specifica regione.}

Il Mar Mediterraneo e il Mar Baltico mostrano le loro maggiori ampiezze di marea vicino alle loro connessioni ristrette con l'Oceano Atlantico, una conseguenza delle loro modalità di oscillazione che non si allineano con alcun periodo di forzante astronomico sostanziale. Analogamente, nel Golfo del Messico e nel Mar del Giappone si verificano maree eccezionalmente minime per ragioni identiche. In altri contesti geografici, come lungo la costa meridionale dell'Australia, la riduzione delle escursioni di marea può essere attribuita alla vicinanza di un punto anfidromico.

Analisi

La teoria gravitazionale di Isaac Newton ha fornito il quadro iniziale per spiegare il tipico verificarsi di due maree giornaliere, anziché di una sola, favorendo così le prospettive per una comprensione completa delle forze di marea e delle loro dinamiche. Anche se potrebbe sembrare che i fenomeni delle maree possano essere previsti esclusivamente attraverso la conoscenza precisa delle forzanti astronomiche istantanee, il comportamento effettivo delle maree in qualsiasi luogo specifico è influenzato dalle forze astronomiche che si accumulano all’interno del corpo idrico nell’arco di diversi giorni. Inoltre, per ottenere previsioni accurate sono necessarie informazioni dettagliate sulla morfologia di tutti i bacini oceanici, comprese la loro batimetria e la configurazione delle coste.

La metodologia contemporanea per l'analisi delle maree utilizza la tecnica dell'analisi armonica, introdotta da William Thomson nel 1860. Questo approccio presuppone che le teorie astronomiche riguardanti i moti del Sole e della Luna definiscano numerose frequenze componenti, ciascuna associata a una componente di forza che induce il movimento delle maree. Fondamentalmente, in ogni specifica posizione geografica sulla Terra, le maree rispondono a ciascuna di queste frequenze con un’ampiezza e una fase uniche caratteristiche di quel particolare sito. Di conseguenza, in ogni luogo di interesse, le altezze delle maree vengono meticolosamente misurate per un periodo prolungato – in genere superiore a un anno per i porti recentemente studiati – per facilitare la differenziazione analitica delle risposte a ciascuna frequenza significativa di generazione delle maree. Questo processo consente l'estrazione delle costanti di marea per un numero sufficiente dei componenti noti più importanti delle forze di marea astronomiche, consentendo così la previsione pratica delle maree. Si prevede che le altezze delle maree corrispondano alla forza delle maree, mostrando un'ampiezza e un ritardo di fase coerenti per ciascun componente. Dato che le frequenze e le fasi astronomiche possono essere determinate con precisione, le future altezze delle maree possono essere previste con precisione una volta stabilita la risposta alle componenti armoniche delle forze astronomiche che generano le maree.

I modelli principali osservati nei fenomeni di marea includono:

• la variazione semidiurna;
• la disuguaglianza diurna;
• il ciclo primavera-neap;
• la variazione annuale.

La marea astronomica più alta (HAT) è definita come la marea primaverile del perigeo, che si verifica quando sia il Sole che la Luna si trovano nella massima vicinanza orbitale alla Terra.

Nell'analisi delle funzioni che variano periodicamente, la metodologia convenzionale prevede l'applicazione delle serie di Fourier. Questa tecnica analitica utilizza funzioni sinusoidali come insieme base, con frequenze che sono multipli interi (zero, uno, due, tre e così via) della frequenza di un ciclo fondamentale specifico. Questi multipli sono designati come armoniche della frequenza fondamentale e l'intera procedura viene definita analisi armonica. Quando l'insieme base scelto di funzioni sinusoidali rappresenta accuratamente il comportamento modellato, è sufficiente un numero relativamente piccolo di termini armonici. Dato che i percorsi orbitali sono approssimativamente circolari, le variazioni sinusoidali sono particolarmente adatte per modellare i fenomeni delle maree.

Nell'analisi pratica delle altezze delle maree, la metodologia della serie di Fourier richiede un'applicazione più sofisticata rispetto al semplice utilizzo di una singola frequenza e delle sue armoniche associate. I modelli di marea sono di conseguenza scomposti in numerose sinusoidi, ciascuna dotata di frequenze fondamentali distinte. Queste frequenze corrispondono, in modo simile alla teoria lunare, a varie combinazioni dei movimenti della Terra e della Luna, insieme ai parametri angolari che delineano la configurazione e la posizione delle rispettive orbite.

Per l'analisi delle maree, l'analisi armonica si estende oltre le armoniche derivate da una singola frequenza. Di conseguenza, le armoniche costituenti derivano da molteplici frequenze fondamentali, divergenti dalla singolare frequenza fondamentale caratteristica di una metodologia di base della serie di Fourier. Rappresentare questi fenomeni esclusivamente attraverso una serie di Fourier con un'unica frequenza fondamentale e i suoi multipli interi richiederebbe un ampio numero di termini e presenterebbe limitazioni temporali significative per quanto riguarda la sua applicabilità.

Lo studio dell'altezza della marea attraverso l'analisi armonica è stato avviato da Laplace, William Thomson (Lord Kelvin) e George Darwin. A. Doodson successivamente espanse questa ricerca, stabilendo la notazione Numero Doodson per classificare sistematicamente i numerosi termini risultanti. Questa metodologia ha successivamente raggiunto la standardizzazione internazionale. Le complessità inerenti a questo modello derivano dalla rappresentazione concettuale della forza di marea come somma di più termini costitutivi. Nello specifico, ogni termine aderisce alla seguente struttura matematica:

${\displaystyle A_{o}\cos(\omega t+p),}$

in cui

A_o rappresenta l'ampiezza;

ω denota la frequenza angolare, tipicamente espressa in gradi orari, corrispondente alla variabile t quando misurata in ore;

p indica lo sfasamento relativo alle condizioni astronomiche al tempo t = 0.

Questa formulazione include un termine specifico per la Luna e un secondo termine distinto per il Sole. Il parametro di fase p associato all'armonica primaria del termine Lunare è designato come intervallo lunitidale o, in alternativa, intervallo di acqua alta.

Un successivo perfezionamento comporta l'incorporazione di termini armonici che tengono conto delle configurazioni ellittiche delle orbite. Per raggiungere questo obiettivo, l'ampiezza è considerata una quantità variabile nel tempo, che oscilla attorno all'ampiezza media A_o, piuttosto che una costante. Nello specifico, A_o nell'equazione precedente è sostituito con A(t), dove A stessa rappresenta un'ulteriore funzione sinusoidale, concettualmente analoga ai cicli e agli epicicli all'interno dei modelli astronomici tolemaici. Questa sostituzione produce la seguente espressione:

A ( t ) = A o ( §3031§ + A a così ⁡ ( ω a t + p a ) ) , {\displaystyle A(t)=A_{o}{\bigl (}1+A_{a}\cos(\omega _{a}t+p_{a}){\bigr )},}

Con questa espressione si indica un valore medio A_o, modulato da una variazione sinusoidale di grandezza A_a, caratterizzato da una frequenza ω_a e una fase p_a. La sostituzione di questa espressione per A_o nell'equazione iniziale dà come risultato un prodotto comprendente due fattori del coseno:

A o ( §2021§ + A a così ⁡ ( ω a t + p a ) ) così ⁡ ( ω t + p ) . {\displaystyle A_{o}{\bigl (}1+A_{a}\cos(\omega _{a}t+p_{a}){\bigr )}\cos(\omega t+p).}

È stabilito che per qualsiasi variabile x e y,

così ⁡<!-- ⁡ --> x così ⁡<!-- ⁡ --> sì = §2526§ §2728§ così ⁡ ( x + sì ) + §5253§ §5455§ così ⁡ ( x − sì ) , {\displaystyle \cos x\cos y={\tfrac {1}{2}}\cos(x+y)+{\tfrac {1}{2}}\cos(x-y),}

È evidente che un termine composto, formato dal prodotto di due termini coseno aventi ciascuno una frequenza distinta, equivale a tre termini semplici coseno. Questi termini vengono successivamente aggiunti alla frequenza originale, nonché alle frequenze che rappresentano la somma e la differenza delle due frequenze costituenti dal termine prodotto. Ciò produce tre termini, anziché due, perché l'espressione completa è data da ${\displaystyle (1+\cos x)\cos y}$. Inoltre, la forza di marea esercitata su una posizione specifica dipende anche dalla posizione della Luna (o del Sole) rispetto al piano equatoriale (cioè sopra o sotto). Queste caratteristiche orbitali introducono periodi aggiuntivi che sono incommensurabili sia con un giorno che con un mese, portando a una moltitudine di combinazioni risultanti. Attraverso una meticolosa selezione delle frequenze astronomiche fondamentali, il numero Doodson quantifica sistematicamente le addizioni e le differenze specifiche richieste per ricavare la frequenza per ogni singolo termine coseno semplice.

È fondamentale notare che le maree astronomiche non incorporano esplicitamente influenze meteorologiche. Inoltre, le alterazioni delle condizioni ambientali locali, come la migrazione dei banchi di sabbia o il dragaggio delle entrate dei porti, possono avere un impatto significativo sui tempi e sull’entità effettivi delle maree, soprattutto quando queste condizioni si discostano da quelle presenti durante la misurazione. Le entità che pubblicano una "marea astronomica più alta" per una determinata località potrebbero gonfiare questo valore. Questa esagerazione spesso serve come margine di sicurezza per tenere conto delle incertezze analitiche, della distanza dal punto di misurazione più vicino, dei cambiamenti temporali dall'ultima osservazione, del cedimento del terreno e di altri fattori, mitigando così la potenziale responsabilità se una struttura ingegneristica dovesse essere superata. Di conseguenza, è necessaria particolare cautela nel determinare l'entità di un "aumento meteorologico" sottraendo la marea astronomica dalla marea osservata empiricamente.

Una meticolosa analisi dei dati di Fourier, che copre un intervallo di diciannove anni (designato come National Tidal Datum Epoch negli Stati Uniti), utilizza frequenze note come costituenti armonici delle maree. Questa durata di diciannove anni è favorita a causa della ricorrenza quasi esatta delle posizioni relative della Terra, della Luna e del Sole all'interno del ciclo metonico, un periodo sufficiente a comprendere la componente mareale nodale lunare di 18,613 anni. Tale analisi può essere effettuata unicamente con la conoscenza del periodo forzante, evitando una comprensione dettagliata della derivazione matematica; di conseguenza, da secoli vengono compilate pratiche tavole di marea. Le ampiezze e le fasi derivate facilitano successivamente la previsione delle maree anticipate. Mentre i costituenti che durano circa 12 ore (chiamati costituenti semi-diurni) esercitano tipicamente l'influenza primaria, esistono anche costituenti significativi intorno alle 24 ore (diurni). Ulteriori componenti a lungo termine includono quelli che si verificano ogni 14 giorni (o quindicinali), mensili e semestrali. Sebbene lungo la maggior parte delle coste prevalgano le maree semi-diurne, alcune regioni, come il Mar Cinese Meridionale e il Golfo del Messico, mostrano schemi di marea prevalentemente diurni. All'interno delle zone semi-diurne, i costituenti principali, M§1415§ (lunare) e S§1819§ (solare), possiedono periodi leggermente divergenti. Questa discrepanza porta a variazioni quindicinali (periodo di 14 giorni) nelle loro fasi relative e, di conseguenza, nell'ampiezza della marea combinata risultante.

All'interno del suddetto grafico M₂, ciascuna linea cotidale rappresenta una differenza di fase di un'ora rispetto alle linee adiacenti, con linee più spesse che indicano maree in fase di equilibrio a Greenwich. Nell'emisfero settentrionale, queste linee mostrano una rotazione in senso antiorario attorno ai punti anfidromici, provocando la propagazione della marea M§6_{7§ verso nord dalla penisola della Bassa California all'Alaska e dalla Francia all'Irlanda. Al contrario, nell’emisfero australe, questa direzione di propagazione è oraria. Tuttavia, la marea M§1011§ si propaga in senso antiorario intorno alla Nuova Zelanda, un fenomeno attribuito all'effetto barriera delle isole, che consente altezze di marea differenziali sui lati opposti. (In particolare, le maree si propagano verso nord lungo la costa orientale e verso sud lungo la costa occidentale, in linea con le previsioni teoriche.)}

Un'eccezione si verifica nello stretto di Cook, dove le correnti di marea collegano periodicamente l'acqua alta a quella bassa. Questo fenomeno nasce perché le linee cotidali situate a 180° attorno agli anfidromi sono in fasi opposte, esemplificate dall'acqua alta che si verifica di fronte all'acqua bassa a ciascuna estremità dello Stretto di Cook. Dato che ciascun componente della marea possiede una configurazione distinta di ampiezze, fasi e punti anfidromici, i modelli osservati per M₂ non sono trasferibili ad altri componenti della marea.

Tabelle delle maree

Le tabelle delle maree forniscono orari e ampiezze previsti (o "intervallo di maree") per posizioni geografiche specifiche. Queste previsioni sono soggette a numerose influenze, come l'allineamento del Sole e della Luna, la fase e l'ampiezza della marea (che rappresenta il modello di marea dell'oceano profondo), i sistemi anfidromici oceanici e la morfologia della costa e la batimetria vicino alla costa.

Anche se le tabelle offrono previsioni, i tempi effettivi e l'altezza delle maree sono influenzati da fattori meteorologici come il vento e la pressione atmosferica. Numerose regioni costiere mostrano maree semi-diurne, caratterizzate da due alte e basse maree giornaliere approssimativamente uguali. Al contrario, altre località sperimentano maree diurne, caratterizzate da un'unica alta e bassa marea al giorno. Una terza classificazione comune è la "marea mista", che prevede due maree di grandezza diversa che si verificano nell'arco di un giorno.

Calcolo illustrativo

A causa del movimento orbitale della Luna attorno alla Terra nella stessa direzione della rotazione terrestre, un punto terrestre deve ruotare di una distanza aggiuntiva per riallinearsi, risultando in un periodo tra le maree semi-diurne di 12,4206 ore, circa venticinque minuti in più di dodici ore. I due picchi di marea giornalieri non sono equivalenti in magnitudo. Le due alte maree giornaliere mostrano altezze massime alternate: un massimo più basso (poco meno di tre piedi), seguito da un massimo più alto (poco più di tre piedi), e poi un altro massimo più basso. Uno schema simile si osserva per le basse maree.

Quando la Terra, la Luna e il Sole sono allineati (sizigia, cioè configurazioni Sole-Terra-Luna o Sole-Luna-Terra), le loro influenze gravitazionali combinate generano maree primaverili; al contrario, quando queste due forze si oppongono l'una all'altra, come quando l'angolo Luna-Terra-Sole si avvicina a novanta gradi, si verificano maree di quadratura. Durante la sua progressione orbitale, la Luna passa dalle posizioni a nord dell'Equatore a quelle a sud dell'Equatore. Questo spostamento orbitale fa sì che l'alternanza delle altezze dell'alta marea diminuisca, fino a diventare uguale (all'equinozio lunare, quando la Luna è posizionata sopra l'equatore). Successivamente, l'alternanza riemerge con la polarità opposta, aumentando fino alla differenza massima per poi diminuire nuovamente gradualmente.

Corrente di marea

L'analisi dell'influenza delle maree sulle correnti o sul flusso presenta sfide significative, così come la raccolta di dati rilevanti. L'altezza delle maree, una quantità scalare, mostra variazioni graduali in vaste aree geografiche. Al contrario, il flusso costituisce una quantità vettoriale, dotata sia di grandezza che di direzione, che può fluttuare considerevolmente con la profondità e su brevi distanze, influenzata principalmente dalla batimetria locale. Inoltre, mentre l’asse centrale di un canale d’acqua offre la posizione più vantaggiosa per le misurazioni, l’impiego di apparecchiature per la misurazione della corrente spesso incontra l’opposizione dei marinai a causa della potenziale ostruzione dei corsi d’acqua. Un flusso che attraversa un canale curvo può mantenere una grandezza costante nonostante i continui cambiamenti direzionali lungo il suo percorso. Controintuitivamente, i flussi di piena e di riflusso spesso non mostrano direzioni diametralmente opposte. La morfologia del canale a monte determina la direzione del flusso, piuttosto che la configurazione a valle. Allo stesso modo, la formazione di vortici può essere limitata a un'unica direzione del flusso.

Nonostante queste complessità, l'analisi delle correnti di marea generalmente è parallela a quella delle altezze di marea. In uno scenario semplificato, in una posizione specifica, il flusso di piena si muove prevalentemente in una direzione, mentre il flusso di riflusso procede in una direzione alternativa. Alle velocità di piena viene convenzionalmente assegnato un segno positivo, mentre alle velocità di riflusso viene assegnato un segno negativo. Questo approccio analitico tratta queste velocità in modo analogo alle altezze delle maree.

In scenari più complessi, i flussi primari di marea e di piena potrebbero non essere i fattori dominanti. Piuttosto, la direzione e l'entità del flusso delineano un percorso ellittico su un ciclo di marea completo quando tracciato su un grafico polare, divergendo da una semplice progressione lineare lungo gli assi di flusso e riflusso. Di conseguenza, l'analisi in tali casi può coinvolgere coppie di direzioni ortogonali, designate come primarie e secondarie. Un approccio metodologico alternativo prevede la rappresentazione dei flussi di marea come numeri complessi, dato che ciascun valore possiede intrinsecamente sia magnitudo che direzione.

Le informazioni relative al flusso di marea vengono generalmente diffuse tramite carte nautiche, dove sono presentate in formato tabellare, dettagliando le velocità del flusso e la direzione con incrementi orari, con tabelle distinte fornite per le maree primaverili e di punta. Il riferimento temporale per questi dati è stabilito in relazione all'acqua alta in un porto designato che presenta un modello di marea comparabile, indipendentemente dalla sua distanza geografica.

Analogamente alle previsioni sull'altezza della marea, le previsioni per il flusso delle maree derivate esclusivamente da parametri astronomici non tengono conto delle condizioni meteorologiche, che possiedono la capacità di alterare completamente i risultati previsti.

Stretto di Cook

Il flusso di marea che attraversa lo stretto di Cook, situato tra le due isole principali della Nuova Zelanda, rappresenta un caso di studio degno di nota a causa della relazione sfasata quasi esatta delle maree su entrambi i lati, con conseguente coincidenza dell'acqua alta su un lato con la bassa marea dell'altro. Questo fenomeno genera potenti correnti, accompagnate da un cambiamento quasi trascurabile dell'altezza della marea nel punto centrale dello stretto. Tuttavia, mentre un'ondata di marea tipicamente mantiene un flusso unidirezionale per sei ore prima di invertirsi per una durata equivalente, picchi specifici possono estendersi per otto o dieci ore, con la successiva ondata inversa notevolmente ridotta. In condizioni meteorologiche particolarmente severe, l'ondata inversa può essere completamente soppressa, facendo sì che il flusso persista in un'unica direzione per tre o più periodi di onda successivi.

Le caratteristiche del ciclo di marea dello Stretto di Cook mostrano anche variazioni costiere. Lungo la costa occidentale e all'interno della Tasmania/Golden Bay, le gamme di marea aderiscono tipicamente a un ciclo convenzionale quindicinale primaverile-neap, caratterizzato da gamme amplificate durante le maree primaverili e gamme ridotte durante le maree di neap, un fenomeno influenzato principalmente dalla sizigia della Luna e del Sole. Al contrario, in alcune regioni costiere orientali, comprese le aree vicino a Wellington e Napier, l'andamento delle maree mostra una modulazione mensile più pronunciata, che è correlata ai segnali perigeo-apogeo (variazioni nella distanza orbitale della Luna), e di conseguenza non mostra distintamente un segnale quindicinale primaverile-neap.

Una rappresentazione grafica delle maree dello Stretto di Cook, nel corso del mese di novembre 2007, delinea le altezze e gli orari sia dell'alta che della bassa marea. Questi punti dati non sono misurazioni dirette ma piuttosto calcoli derivati ​​da parametri di marea stabiliti attraverso misurazioni storiche che abbracciano diversi anni. Le carte nautiche relative allo Stretto di Cook forniscono informazioni complete sulle correnti di marea. Ad esempio, l'edizione di gennaio 1979, che copre le coordinate 41°13.9′S 174°29.6′E (situata a nord-ovest di Capo Terawhiti), faceva riferimento ai tempi delle maree a Westport, mentre l'edizione di gennaio 2004 utilizzava Wellington come punto di riferimento.

Vicino a Capo Terawhiti, situato nello stretto centrale di Cook, la variazione dell'altezza della marea è trascurabile, mentre la corrente di marea raggiunge la sua velocità di picco, in particolare attorno al prominente Karori Rip. Al di là delle influenze meteorologiche, le correnti prevalenti attraverso lo stretto di Cook sono modellate dalle differenze di altezza delle maree tra le due estremità dello stretto. Significativamente, solo una delle due maree primaverili all'estremità nord-occidentale dello stretto vicino a Nelson è rispecchiata da una corrispondente marea primaverile all'estremità sud-orientale (Wellington); di conseguenza, la dinamica delle maree non si allinea con le caratteristiche di nessuno dei porti di riferimento.

Nantucket Shoals

Nella regione di Nantucket Shoals, nell'Oceano Atlantico, le correnti di marea mostrano una natura rotatoria, in cui la direzione del flusso si sposta progressivamente su tutti i punti cardinali durante un ciclo di marea, invece di oscillare semplicemente in modo lineare. Attraverso le secche, queste correnti mostrano tipicamente una rotazione in senso orario, con velocità di picco che comunemente vanno da 1,5 a 2,5 nodi e minime che si avvicinano a 0,5 nodi; tuttavia, le velocità sono soggette a notevoli variazioni in base alla posizione geografica e alla fase di marea. Dato il continuo spostamento rotazionale nella direzione della corrente, piuttosto che una brusca inversione, è assente un distinto periodo di rallentamento delle acque, caratteristico delle semplici correnti di inversione. Invece, la velocità della corrente fluttua durante tutto il ciclo, mentre il suo vettore direzionale subisce un'alterazione perpetua.

Generazione di energia

L'energia delle maree può essere sfruttata attraverso due metodologie principali: l'impiego di turbine idrocinetiche all'interno delle correnti di marea o la costruzione di stagni di contenimento che regolano il flusso d'acqua attraverso le turbine. Nel primo caso, la resa energetica dipende esclusivamente dalla dinamica temporale e dall’entità della corrente di marea. Tuttavia, le attuali posizioni ottimali potrebbero essere inaccessibili a causa del potenziale ostacolo alla navigazione marittima da parte delle installazioni di turbine. Al contrario, quest’ultimo approccio comporta costi di costruzione significativi per le dighe di contenimento, porta a una sostanziale interruzione dei cicli idrologici naturali e impedisce la navigazione navale. Tuttavia, l’utilizzo di più bacini di raccolta offre la flessibilità necessaria per generare energia a intervalli predeterminati. Ad oggi, l’implementazione dei sistemi di generazione di energia dalle maree rimane limitata (l’impianto di La Rance a Saint Malo, in Francia, ne è un esempio notevole) e questi progetti incontrano numerose sfide. Al di là delle considerazioni ecologiche, le difficoltà intrinseche di resistere alla corrosione e di mitigare il biofouling presentano notevoli ostacoli ingegneristici.

L'energia delle maree mostra una maggiore prevedibilità rispetto all'energia eolica; tuttavia, l’efficienza della turbina diminuisce significativamente a basse velocità di flusso e, dato che la potenza erogata è proporzionale al cubo della velocità, i periodi di generazione di picco sono intrinsecamente di breve durata. Tali fluttuazioni possono essere migliorate tramite soluzioni di stoccaggio dell'energia, sofisticati sistemi di controllo delle turbine, sistemi distribuiti di energia mareomotrice o attraverso l'ibridazione con altre fonti di energia rinnovabile.

Navigazione

I flussi di marea sono fondamentali per la navigazione marittima e la mancata contabilizzazione di tali flussi può comportare sostanziali imprecisioni di posizione. Inoltre, le altezze delle maree hanno un significato considerevole; ad esempio, numerosi fiumi e porti presentano una "barra" poco profonda all'ingresso, che impedisce alle navi con un pescaggio notevole di entrare durante la bassa marea.

Prima dell'adozione diffusa di sistemi di navigazione automatizzati, la competenza nel calcolo degli effetti delle maree era un'abilità essenziale per gli ufficiali di marina. Storicamente, il certificato di esame di tenente della Royal Navy attestava la capacità di un candidato di "spostare le sue maree", a significare la sua padronanza nei calcoli delle maree.

Le informazioni relative ai tempi e alle velocità dei flussi di marea sono generalmente presentate nelle carte delle maree o in un atlante dedicato. Questi grafici sono comunemente emessi in set sequenziali. Ogni singolo grafico rappresenta il flusso di marea medio per uno specifico intervallo di un'ora tra le successive acque alte, omettendo il periodo residuo di 24 minuti. Una freccia direzionale sulla carta delle maree indica sia la direzione che la velocità media del flusso (convenzionalmente espressa in nodi) sia per le maree primaverili che per quelle di marea. In assenza di una carta delle maree dedicata, la maggior parte delle carte nautiche incorpora "diamanti delle maree", che mettono in relazione specifiche posizioni della carta con una presentazione tabellare della direzione e della velocità del flusso delle maree.

La metodologia convenzionale per compensare le influenze delle maree durante la navigazione prevede tre passaggi: (1) calcolare una posizione di "recensione stimata" (DR) basata sulla distanza percorsa e sulla rotta seguita, (2) contrassegnare questa posizione sulla carta con una croce verticale e (3) proiettare una linea dalla DR in la direzione della corrente di marea. Lo spostamento dell'imbarcazione lungo questa linea proiettata, causato dalla corrente di marea, viene quindi calcolato utilizzando la velocità della marea, ottenendo una "posizione stimata" (EP), che è convenzionalmente indicata da un punto racchiuso all'interno di un triangolo.

Le carte idrografiche indicano le profondità dell'acqua mappate in punti specifici tramite scandagli e linee di contorno batimetriche, che delineano la morfologia del fondale marino sommerso. Queste misurazioni fanno riferimento a uno specifico "dato grafico", tipicamente definito come il livello dell'acqua alla marea astronomica più bassa (LAT). Tuttavia, storicamente sono stati utilizzati dati alternativi e i fattori meteorologici possono causare variazioni di marea superiori o inferiori alle previsioni astronomiche. Di conseguenza, le profondità indicate sulla carta rappresentano la colonna d'acqua minima disponibile durante un ciclo di marea. Inoltre, potrebbero essere indicate le "altezze di essiccazione", che indicano l'elevazione del fondale marino esposto durante la marea astronomica più bassa.

Le tabelle delle maree forniscono dati giornalieri sull'altezza dell'acqua alta e bassa e i relativi orari corrispondenti. Per determinare la profondità effettiva dell'acqua è necessario aggiungere la profondità riportata sulla carta all'altezza della marea prevista. Per i tempi intermedi, le profondità dell'acqua possono essere interpolate utilizzando le curve di marea, generalmente disponibili per i porti più importanti. In assenza di curve di marea precise, la "regola dei dodicesimi" offre un'approssimazione sufficiente. Questo metodo presuppone che l'aumento della profondità nell'arco di sei ore tra l'acqua bassa e quella alta segua una distribuzione specifica: 1/12 durante la prima ora, 2/12 durante la seconda, 3/12 durante la terza, 3/12 durante la quarta, 2/12 durante la quinta e 1/12 durante la sesta.

Considerazioni biologiche

Ecologia intercotidale

L'ecologia intercotidale si concentra sullo studio degli ecosistemi situati tra i livelli di bassa e alta marea degli ambienti costieri. Durante i periodi di bassa marea, questa zona diventa esposta (o emersa), mentre durante l'alta marea è sommersa (o immersa). Di conseguenza, gli ecologisti intercotidali analizzano le complesse interazioni tra gli organismi e il loro ambiente fisico, insieme alle relazioni interspecifiche. Le interazioni ecologiche predominanti dipendono dalle caratteristiche specifiche della comunità intertidale. Le classificazioni primarie di queste comunità sono tipicamente determinate dal tipo di substrato, distinguendo tra coste rocciose e habitat con fondale molle.

Gli organismi che abitano le zone intercotidali si confrontano con un ambiente altamente fluttuante e spesso difficile, che necessita di adattamenti specializzati per sopravvivere e persino prosperare in queste condizioni. Una caratteristica importante è la zonazione verticale, in cui la comunità biologica si segrega in fasce orizzontali distinte di specie particolari, ciascuna delle quali occupa un'elevazione specifica al di sopra del livello della bassa marea. Il limite distributivo superiore di una specie è dettato principalmente dalla sua tolleranza all'essiccamento, mentre la competizione interspecifica tipicamente ne stabilisce il limite inferiore.

Le popolazioni umane utilizzano le regioni intercotidali sia per il sostentamento che per le attività ricreative. Danni diretti agli ecosistemi intercotidali possono derivare da uno sfruttamento eccessivo. Inoltre, altri impatti antropici, tra cui l’introduzione di specie invasive e gli effetti del cambiamento climatico, esercitano influenze dannose significative. L'istituzione di aree marine protette rappresenta una strategia praticabile per le comunità per salvaguardare questi habitat critici e facilitare la ricerca scientifica.

Ritmi biologici

I cicli di marea di circa 12 ore e quindicinali influenzano profondamente sia gli organismi intertidali che quelli marini. Di conseguenza, i loro ritmi biologici si manifestano spesso come multipli approssimati di queste periodicità di marea. Numerosi altri taxa animali, compresi i vertebrati, mostrano ritmi circatidali comparabili. Esempi illustrativi comprendono i periodi di gestazione e la schiusa delle uova. Negli esseri umani, il ciclo mestruale si avvicina al mese lunare, che è un multiplo pari del periodo di marea. Questi paralleli osservati suggeriscono un potenziale lignaggio evolutivo comune per tutti gli animali, originato da un antenato marino.

Altri fenomeni di marea

maree interne

Le correnti di marea oscillanti all'interno di un oceano stratificato, quando interagiscono con la topografia irregolare del fondale marino, inducono la generazione di onde interne caratterizzate da frequenze di marea.

Maree del lago

Laghi significativi, inclusi Superior ed Erie, possono presentare escursioni di marea comprese tra 1 e 4 cm (da 0,39 a 1,6 pollici); tuttavia, queste sottili fluttuazioni sono spesso oscurate da fenomeni meteorologici come le sesse. Ad esempio, l'ampiezza della marea nel Lago Michigan è compresa tra 1,3 e 3,8 cm (da 0,5 a 1,5 pollici) o, in alternativa, 4,4 cm (1+3⁄§56§ pollici). Tali magnitudo minime delle maree sono completamente oscurate da altri fattori più sostanziali, portando questi laghi a essere classificati come effettivamente non soggetti a marea.

Maree atmosferiche

A livello del suolo e alle altitudini tipiche dell'aviazione, le maree atmosferiche sono considerate trascurabili, poiché i loro effetti sono oscurati da fenomeni meteorologici più significativi. Queste maree hanno origine sia da forze gravitazionali che termiche e costituiscono i processi dinamici primari all'interno della mesosfera e della termosfera inferiore, a circa 80-120 chilometri (da 50 a 75 miglia) sopra la superficie terrestre, oltre i quali la densità molecolare è insufficiente per sostenere un comportamento simile a un fluido.

Maree terrestri

Le maree terrestri, note anche come maree terrestri, esercitano un'influenza sull'intera massa del pianeta, che si comporta in modo simile a un giroscopio fluido racchiuso in una crosta straordinariamente sottile. La crosta terrestre subisce spostamenti – verticalmente, longitudinalmente e latitudinalmente – come conseguenza delle forze gravitazionali della Luna e del Sole, degli effetti delle maree oceaniche e delle variazioni della pressione atmosferica. Sebbene generalmente insignificante per la maggior parte delle attività umane, l'ampiezza semi-diurna delle maree terrestri può raggiungere circa 55 centimetri (22 pollici) all'equatore, con 15 centimetri (5,9 pollici) attribuibili all'influenza solare. Questo fenomeno riveste notevole importanza per la calibrazione delle misurazioni del sistema di posizionamento globale (GPS) e dell'interferometria di base molto lunga (VLBI). Misurazioni angolari astronomiche accurate necessitano di dati precisi sulla velocità di rotazione della Terra e sul movimento polare, entrambi modulati dalle maree terrestri. Le maree terrestri semi-diurne M₂ mostrano una fase quasi sincrona con la Luna, mostrando un ritardo nella marea lunare semi-diurna primaria della Terra di 0,204°±0,047°, che si traduce in un ritardo di tempo approssimativo di 25 secondi. Di conseguenza, si stima che questa marea solida dissipi un minimo di 110 GW (150.000.000 di hp) di energia delle maree, che rappresenta circa il 5% dell'energia dissipata dalle maree oceaniche.

Mare galattiche

Le maree galattiche si riferiscono alle forze gravitazionali esercitate dalle galassie sulle stelle che le costituiscono e sulle galassie satellite in orbita attorno ad esse. All'interno del Sistema Solare, si ipotizza che l'influenza delle maree galattiche sulla nube di Oort sia responsabile della genesi del 90% delle comete di lungo periodo.

Nomi impropri

Gli tsunami, che sono onde considerevoli generate dall'attività sismica, vengono talvolta etichettati erroneamente come onde di marea. Questa nomenclatura, tuttavia, deriva dalla loro somiglianza ai fenomeni di marea piuttosto che da qualsiasi relazione causale diretta. Ulteriori fenomeni che utilizzano il termine marea ma non sono correlati alle maree gravitazionali includono la marea di rip, la marea di tempesta, la marea di uragano e le maree nere o rosse. Molte di queste applicazioni hanno radici storiche e riflettono una vecchia definizione di "marea" come "un segmento di tempo, una stagione" o "una corrente, un corso d'acqua o un'alluvione".

Importanza culturale

Al di là delle loro implicazioni scientifiche, le maree hanno storicamente posseduto un profondo significato culturale, influenzando le narrazioni mitologiche, le opere letterarie, le espressioni linguistiche e le prospettive umane sul mondo. Studiosi e storici osservano che il flusso e riflusso ritmico dell'oceano è servito come metafora pervasiva per concetti come il tempo, la trasformazione e la condizione umana attraverso diverse tradizioni culturali. Allo stesso tempo, gli storici della cultura hanno documentato meticolosamente i modi intricati in cui i fenomeni delle maree si intrecciano con il folklore e il discorso letterario.

Prima dell'avvento della spiegazione scientifica, numerose società antiche spesso interpretavano i movimenti delle maree attraverso strutture cosmologiche o li attribuivano a interventi divini. Questo approccio ha sottolineato sia un senso di riverenza che un elemento di mistero nella comprensione da parte dell'umanità dei ritmi oceanici.

Nel corso della storia, artisti e poeti hanno costantemente utilizzato le immagini delle maree per indagare i temi della metamorfosi e dell'introspezione. Le maree sono spesso presenti nel folclore e nelle metafore letterarie, simboleggiano i cicli della vita, il destino e la natura fluttuante delle emozioni. Inoltre, l'influenza gravitazionale della Luna è evidente nelle pratiche cerimoniali costiere e nelle tradizioni marittime, evidenziando l'intricata relazione tra periodicità naturali e narrazioni culturali.

Note

Note

Riferimenti

• Storia della previsione delle maree Archiviata il 09/05/2015 in Internet Archive
• Ammiragliato britannico Easytide
• Previsioni delle maree per l'Australia, il Pacifico meridionale e l'Australia. Antartide
• Predittore di maree e correnti, per stazioni di tutto il mondo