Maré (Tide)

As marés representam a flutuação periódica no nível do mar, causada principalmente pelas forças gravitacionais diferenciais exercidas pela Lua e pelo Sol, em conjunto com efeitos inerciais decorrentes da mecânica orbital do sistema Terra-Lua e do movimento rotacional da Terra.

Marés são a subida e descida periódica do nível do mar resultante das forças gravitacionais diferenciais exercidas principalmente pela Lua e pelo Sol, combinadas com efeitos inerciais associados ao movimento orbital do sistema Terra-Lua e à rotação da Terra.

Embora essas forças astronômicas estabeleçam o potencial de maré fundamental, as marés observadas empiricamente sofrem modificações significativas por elementos terrestres, como a configuração morfológica das bacias oceânicas, margens continentais, fundo do mar. topografia, o efeito Coriolis, a dissipação de energia friccional em ambientes marinhos rasos e as características ressonantes das costas.

As variações das marés manifestam-se em escalas de tempo de horas a anos, influenciadas por múltiplos determinantes do intervalo lunitidal. Para uma documentação precisa, os marégrafos posicionados em locais fixos monitoram continuamente os níveis da água. Esses instrumentos desconsideram flutuações induzidas por ondas com períodos inferiores a um minuto. Os dados coletados são posteriormente referenciados em relação a um dado designado, normalmente chamado de nível médio do mar.

Embora as marés normalmente constituam a fonte predominante de variabilidade do nível do mar no curto prazo, os níveis do mar são adicionalmente suscetíveis a alterações decorrentes da expansão térmica, estresse do vento e diferenciais de pressão atmosférica, que podem levar a tempestades, especialmente em áreas marinhas rasas e regiões costeiras.

Os fenômenos das marés se estendem além dos ambientes oceânicos, manifestando-se em qualquer sistema onde exista um campo gravitacional espaço-temporalmente variável. Por exemplo, o corpo sólido da Terra sofre deformações sutis devido às marés terrestres, embora estas sejam menos observáveis do que os movimentos das marés oceânicas.

Características

As marés oceânicas exibem um padrão cíclico, normalmente subindo e descendo aproximadamente semidiurnamente. O ciclo das marés compreende quatro fases distintas:

• A cessação da recessão da água, marcando um mínimo local, é chamada de maré baixa.
• O aumento subsequente do nível do mar durante várias horas, inundando a zona entremarés, é conhecido como inundação.
• A cessação da subida da água, significando um máximo local, é designada como maré alta.
• A diminuição subsequente do nível do mar durante várias horas, expondo a zona entremarés, é conhecida como vazante.

As correntes oscilatórias geradas pelas forças das marés são identificadas como correntes de marés ou correntes de marés. O instante em que a corrente de maré cessa é denominado água parada ou maré parada, após o qual a maré inverte a direção, indicando uma fase de viragem. Embora a maré parada normalmente coincida com períodos próximos à maré alta e baixa, certas localizações geográficas apresentam discrepâncias notáveis ​​entre o momento da maré baixa e as ocorrências de maré alta e baixa.

As marés são frequentemente categorizadas como semi-diurnas, caracterizadas por duas marés altas e duas marés baixas diariamente, ou diurnas, apresentando um único ciclo de maré por dia. As duas cheias diárias normalmente apresentam alturas desiguais, um fenômeno conhecido como desigualdade diária; estes são designados como preia-mar mais alta e preia-mar mais baixa nas tabelas de previsão de marés. Da mesma forma, as duas marés baixas diárias são distinguidas como a maré baixa mais alta e a maré baixa mais baixa . Esta desigualdade diária não é uniforme e geralmente diminui quando a Lua está posicionada acima do Equador.

Níveis de referência

Os níveis de maré de referência subsequentes são definidos, ordenados do mais alto para o mais baixo:

• Maré astronômica mais alta (HAT) – Representa a elevação máxima prevista da maré. É importante observar que fatores meteorológicos podem aumentar a altura do HAT.
• Fontes médias de águas altas (MHWS) – Denota a elevação média das duas marés altas que ocorrem durante os períodos de marés vivas.
• Neaps médios de maré alta (MHWN) – Representa a elevação média das duas marés altas observadas durante os períodos de maré morta.
• Nível médio do mar (MSL) – Constitui o nível médio do mar. O MSL permanece constante para uma determinada localização geográfica durante longos períodos temporais.
• Neaps médios de maré baixa (MLWN) – Indica a depressão média das duas marés baixas que ocorrem durante os períodos de maré morta.
• Base média das nascentes (MLWS) – Significa a depressão média das duas marés baixas observadas durante os períodos de maré viva.
• Maré astronômica mais baixa (LAT) – Designa a depressão mínima prevista da maré.

Variação de alcance: marés vivas e mortas

A faixa semidiurna, que representa o diferencial de altura entre as preia-mares e as vazantes durante aproximadamente meio dia, apresenta uma flutuação quinzenal. Aproximadamente duas vezes por mês, durante as fases de lua nova e lua cheia, o Sol, a Lua e a Terra se alinham em uma configuração chamada sizígia. Neste alinhamento, a força das marés solares aumenta a força das marés lunares, resultando na amplitude máxima das marés, um fenômeno conhecido como maré viva. Este termo não se origina da estação, mas do sentido etimológico de “pular, irromper ou subir”, semelhante a uma fonte natural. Marés de Syzygy é uma designação alternativa para marés vivas.

Por outro lado, quando a Lua está em seu primeiro ou terceiro quarto, o Sol e a Lua estão posicionados a 90° de distância em relação à Terra, uma configuração conhecida como quadratura. Durante estes períodos, a força das marés solares neutraliza parcialmente a força das marés lunares, levando à amplitude mínima das marés. Este fenômeno é denominado maré morta ou neaps. A palavra "neap" deriva de um termo anglo-saxão que significa "sem poder". Marés de quadratura é uma designação alternativa para marés mortas.

As marés vivas são caracterizadas por preia-mares acima da média, marés baixas abaixo da média, uma duração reduzida de "águas paradas" e correntes de maré intensificadas. Em contraste, as marés mortas produzem condições de maré mais amenas. Aproximadamente sete dias separam as ocorrências das marés vivas e mortas.

Constituintes das marés

Os constituintes das marés representam o efeito cumulativo de vários fatores que influenciam as flutuações das marés em escalas temporais específicas. Os principais constituintes abrangem a rotação da Terra, as posições relativas da Lua e do Sol em relação à Terra, a elevação da Lua acima do Equador da Terra e a batimetria. Variações com períodos inferiores a meio dia são classificadas como constituintes harmônicos, enquanto ciclos que abrangem dias, meses ou anos são designados como constituintes de período longo.

As forças das marés exercem influência em todo o sistema terrestre. Dentro da crosta terrestre, essas forças induzem deslocamentos verticais periódicos mensuráveis ​​em centímetros, um fenômeno denominado maré terrestre. Ao mesmo tempo, na atmosfera, as forças gravitacionais da Lua e do Sol, combinadas com o aquecimento solar, geram oscilações em escala global na pressão, densidade e vento, conhecidas como maré atmosférica. Embora as marés terrestres se manifestem como deformação elástica, as marés atmosféricas são predominantemente observadas como flutuações nos gradientes de pressão e nos padrões de vento.

Principal constituinte semidiurno lunar

O constituinte de maré mais proeminente na maioria dos locais é o principal semidiurno lunar, alternativamente identificado como o constituinte de maré M2 ou M§56§ constituinte de maré. Este constituinte exibe um período de aproximadamente 12 horas e 25,2 minutos, precisamente metade de um dia lunar de maré. Um dia lunar de maré representa o intervalo médio entre sucessivos zênites lunares, correspondendo ao tempo necessário para a Terra completar uma rotação em relação à Lua. Os relógios de maré básicos são projetados para monitorar este constituinte. O dia lunar excede a duração do dia terrestre porque a direção orbital da Lua se alinha com a direção de rotação da Terra.

Devido à direção orbital da Lua em torno da Terra coincidir com a rotação axial da Terra, são necessárias aproximadamente 24 horas e 50 minutos para que a Lua reapareça na mesma posição celestial. Dentro deste intervalo, a Lua sofre uma culminação (passagem aérea) e uma passagem sob os pés (correspondendo aos ângulos horários de 00h00 e 12h00, respectivamente). Consequentemente, em numerosas regiões, o período de forçamento máximo da maré alinha-se com a duração acima mencionada de aproximadamente 12 horas e 25 minutos. É importante notar que o momento preciso da maré mais alta não coincide invariavelmente com a proximidade mais próxima da Lua do zénite ou do nadir; no entanto, o período de forçamento continua a ser o determinante do intervalo entre as marés altas.

O campo gravitacional da Lua atenua com o aumento da distância, resultando numa força diferencial exercida sobre a Terra. Especificamente, uma força ligeiramente mais forte que a média atua no lado da Terra voltado para a Lua, enquanto uma força ligeiramente mais fraca afeta o lado oposto. Esta gravitação diferencial faz com que a Lua induza um ligeiro "alongamento" da Terra ao longo do eixo que liga os dois corpos celestes. Embora a Terra sólida sofra alguma deformação, a água oceânica, devido à sua natureza fluida, apresenta uma mobilidade significativamente maior em resposta a esta força de maré, particularmente no deslocamento horizontal.

A rotação da Terra altera continuamente a magnitude e a direção das forças das marés em qualquer ponto da sua superfície. Embora o oceano nunca atinja o equilíbrio - o que significa que o fluido não tem tempo suficiente para responder plenamente a uma força de maré constante - estas forças de maré dinâmicas induzem, no entanto, flutuações rítmicas na altura da superfície do mar.

Um padrão de maré caracterizado por duas marés altas e duas marés baixas de alturas diferentes em um único dia é classificado como uma maré semidiurna mista.

Distância Lunar

Variações na distância Lua-Terra também influenciam as amplitudes das marés. No perigeu, quando a Lua está mais próxima da Terra, a amplitude das marés se expande; inversamente, no apogeu, quando a Lua está mais distante, o alcance diminui. Anualmente, o perigeu se alinha com a lua nova ou cheia aproximadamente seis a oito vezes, resultando em marés vivas perigeanas, que exibem a alcance de maré máxima. O diferencial de altura entre uma maré viva perigeana e uma maré viva que ocorre no apogeu lunar depende do local, mas pode atingir até 30 centímetros.

Outros constituintes

Aproximadamente 62 constituintes de maré são substanciais o suficiente para serem incluídos em modelos de previsão de marés marinhas. Eles abrangem as influências gravitacionais solares, a obliquidade (inclinação) do equador e do eixo de rotação da Terra, a inclinação do plano orbital lunar e a trajetória elíptica da órbita da Terra ao redor do Sol.

Os constituintes de águas rasas compreendem overtides, definidos como harmônicos mais elevados de uma frequência de maré dominante singular, e marés compostas, que surgem de interações entre os primários lunares e solares. constituintes. Embora geralmente possuam amplitudes menores do que o potencial fundamental das marés, esses constituintes introduzem assimetrias entre as fases de subida e descida das marés nos estuários e nos ambientes da plataforma continental.

Fase e Amplitude

Dada a prevalência do constituinte de maré M₂ na maioria das áreas, o conceito de estágio ou fase da maré, expresso como o tempo em horas após a cheia, revela-se altamente valioso. O estágio das marés também pode ser quantificado em graus, com 360° representando um ciclo de maré completo. As linhas que conectam pontos de fase de maré constante são denominadas linhas cotidais; estas são comparáveis ​​às linhas de contorno que indicam altitude constante em mapas topográficos e, quando representadas, constituem um mapa cotidal ou carta cotidal. A cheia ocorre simultaneamente ao longo das linhas cotidais que se estendem desde a costa em direção ao mar, e as fases das marés (representadas pelas linhas cotidais) progridem ao longo da costa. Os constituintes das fases semi-diurnas e de longo período são referenciados a partir da preia-mar, enquanto os constituintes diurnos são referenciados a partir da maré cheia máxima. É importante notar que esta discussão e as explicações subsequentes são estritamente precisas apenas quando se considera um único constituinte da maré.

Dentro de uma bacia oceânica que se aproxima de uma forma circular delimitada por uma linha costeira, as linhas cotidais convergem radialmente para dentro, encontrando-se finalmente em um local singular conhecido como ponto anfidrômico. Um ponto anfidrômico é caracterizado por marés altas e baixas simultâneas, uma condição preenchida pelo movimento de maré zero. (Existem raras exceções onde as marés circulam em torno de ilhas, como Nova Zelândia, Islândia e Madagascar.) O movimento das marés normalmente diminui com o aumento da distância das costas continentais; conseqüentemente, contornos de amplitude constante (definida como metade da distância vertical entre a maré alta e a maré baixa) cruzam as linhas cotidais e diminuem para zero no ponto anfidrômico. Para uma maré semi-diurna, um ponto anfidrômico pode ser conceituado como o centro do mostrador de um relógio, onde o ponteiro das horas indica a direção da linha cotidal da preia-mar, diametralmente oposta à linha cotidal da maré baixa. A água alta circula ao redor do ponto anfidrômico a cada 12 horas, movendo-se na direção das linhas cotidais que avançam e afastando-se das que recuam. Esta rotação, induzida pelo efeito Coriolis, é geralmente no sentido horário no Hemisfério Sul e anti-horário no Hemisfério Norte. O desvio de uma fase cotidal de uma fase de maré de referência designada é denominado época. A maré de referência é definida como o constituinte hipotético da "maré de equilíbrio" em uma Terra sem terra, medida a 0° de longitude (o meridiano de Greenwich). No Atlântico Norte, a circulação anti-horária das linhas cotidais em torno do ponto anfidrômico resulta na maré alta atingindo o porto de Nova York aproximadamente uma hora antes do porto de Norfolk. Ao sul do Cabo Hatteras, a dinâmica das marés torna-se consideravelmente mais complexa, impedindo uma previsão confiável baseada apenas nos padrões das linhas cotidais do Atlântico Norte.

Histórico

História da Teoria das Marés

Nas tradições pré-científicas, a subida e descida periódica das marés eram frequentemente atribuídas a explicações mitológicas ou animistas. Por exemplo, textos indianos e do Leste Asiático retratavam o mar como respirando ou pulsando como uma entidade viva, enquanto outras narrativas invocavam a influência de uma força marítima sobrenatural.

O estudo da física das marés desempenhou um papel crucial nos estágios iniciais da mecânica celeste. Inicialmente, a ocorrência de duas marés diárias foi atribuída à atração gravitacional da Lua. Posteriormente, surgiu uma explicação mais precisa, detalhando a interação entre as forças gravitacionais da Lua e do Sol. Por volta de 150 aC, Seleuco de Selêucia postulou que a Lua era a causa das marés. A obra de Ptolomeu, Tetrabiblos, também fez referência à influência da Lua nos corpos aquáticos.

Em 725, Beda, em sua obra De temporum ratione (O cálculo do tempo), estabeleceu uma conexão entre marés semidiurnas, alturas flutuantes das marés e o Fases da Lua. Ele observou que as marés subiam e desciam consistentemente 4/5 de hora mais tarde a cada dia, refletindo o atraso na ascensão e no pôr da Lua. Beda destacou ainda que durante dois meses lunares (59 dias), a Lua orbita a Terra 57 vezes, correspondendo a 114 marés. Ele também observou variações mensais na altura das marés, designando marés crescentes como malinae e marés decrescentes como ledones. O mês, explicou, era segmentado em quatro períodos de sete ou oito dias, caracterizados pela alternância de malinae e ledones. No mesmo texto, Beda reconheceu a capacidade dos ventos de impedir o fluxo das marés. Além disso, ele documentou variações geográficas no tempo das marés, observando que as marés ocorreram mais cedo ao norte de sua localização (Monkwearmouth) e mais tarde ao sul. Ele elucidou esse fenômeno afirmando que a maré “deserta estas costas para poder ainda mais poder inundar outras [margens] quando chegar lá”, e que “a Lua que sinaliza a subida da maré aqui, sinaliza seu recuo em outras regiões distantes deste quadrante do céu”.

A compreensão medieval subsequente das marés derivou em grande parte dos escritos de astrônomos muçulmanos, que se tornaram acessíveis em traduções latinas a partir do século XII. Abu Ma'shar al-Balkhi (falecido por volta de 886), em seu Introductorium in astronomiam, postulou que a Lua era responsável pelas marés vazantes e cheias. Ele também explorou a influência do vento e das fases da Lua, em relação ao Sol, nos padrões das marés. Durante o século XII, al-Bitruji (falecido por volta de 1204) apresentou a teoria de que as marés resultavam da circulação geral dos céus.

Em seu tratado de 1608, De spiegheling der Ebbenvloet (A teoria da vazante e da inundação), Simon Stevin refutou numerosos equívocos prevalecentes sobre as marés vazantes e cheias. Stevin defendeu o conceito de que a atração lunar causava marés, articulando definições claras para vazante, enchente, maré viva e maré morta, ao mesmo tempo em que enfatizava a necessidade de investigações adicionais.

Em 1609, Johannes Kepler também propôs com precisão que a gravitação lunar era a causa das marés, fundamentando sua hipótese em observações e correlações antigas.

Em seu trabalho de 1632, Diálogo sobre os dois principais mundos Systems, originalmente intitulado Diálogo sobre as Marés, Galileu Galilei integrou sua teoria das marés como um componente central de seu argumento físico em favor do heliocentrismo copernicano. Ele postulou que as marés surgiram dos movimentos sinérgicos da rotação e revolução da Terra. Galileu repudiou explicitamente a afirmação de Kepler sobre a influência lunar nos mares, caracterizando tal atração lunar como uma invocação de qualidades ocultas, em vez de uma causa mecanicamente compreensível.

Isaac Newton (1642–1727) foi o pioneiro na explicação das marés, atribuindo-as à atração gravitacional exercida pelos corpos celestes. Sua teoria abrangente, detalhada nos Principia (1687), utilizou a gravitação universal para elucidar como as atrações lunares e solares geram forças de maré. Antes de Pierre-Simon Laplace, Newton e seus contemporâneos abordaram esse fenômeno através de uma teoria de equilíbrio, um modelo de sistema estático que aproximava o comportamento das marés em um oceano hipotético e não inercial cobrindo uniformemente a Terra. Embora o conceito de força geradora de maré (ou o seu potencial) continue a ser crucial na moderna teoria das marés, serve agora como uma função de força intermédia, em vez de um resultado definitivo. A teoria contemporânea incorpora adicionalmente a resposta dinâmica das marés da Terra a estas forças aplicadas, uma resposta modulada por factores como a profundidade do oceano, a rotação planetária e outras variáveis ​​ambientais.

Em 1740, a Académie Royale des Sciences em Paris instituiu um prémio para o tratado teórico mais convincente sobre as marés. Este prestigioso prêmio foi conferido conjuntamente a Daniel Bernoulli, Leonhard Euler, Colin Maclaurin e Antoine Cavalleri. Maclaurin aplicou a teoria newtoniana para demonstrar que uma esfera lisa coberta por um oceano, sujeita à força de maré de um corpo celeste singular, assumiria a forma de um esferóide prolato - um oval tridimensional alongado - com seu eixo principal orientado para o corpo perturbador. Ele também foi o primeiro a documentar a influência da rotação da Terra no movimento. Euler posteriormente identificou o componente horizontal da força das marés como o principal impulsionador dos fenômenos das marés, em vez de sua contraparte vertical. Em 1744, Jean le Rond d'Alembert investigou equações de marés atmosféricas, embora seus modelos não incorporassem efeitos rotacionais.

Em 1770, a barca de James Cook, HMS Endeavour, encalhou na Grande Barreira de Corais. As tentativas iniciais de refluir o navio durante a maré alta subsequente não tiveram sucesso; no entanto, a maré seguinte desalojou-o com sucesso. Durante o período de reparo de sete semanas na foz do rio Endeavour, Cook observou meticulosamente os padrões das marés. Ele observou que durante as marés mortas, as duas marés diárias exibiam alturas semelhantes, enquanto durante as marés vivas, a maré da manhã subiu 7 pés (2,1 m), enquanto a maré da noite atingiu 9 pés (2,7 m).

Pierre-Simon Laplace desenvolveu um sistema de equações diferenciais parciais que correlacionava a corrente horizontal do oceano com a elevação da sua superfície, estabelecendo a teoria dinâmica fundamental para as marés. Estas equações de marés de Laplace permanecem pertinentes na oceanografia contemporânea. William Thomson, primeiro Barão Kelvin, mais tarde reformulou as equações de Laplace usando vorticidade, permitindo assim a derivação de soluções que descrevem ondas aprisionadas costeiras induzidas pelas marés, agora reconhecidas como ondas de Kelvin.

Depois de Laplace, estudiosos como Kelvin e Henri Poincaré avançaram sua estrutura teórica. Com base nesses avanços e na teoria lunar de E. W. Brown, que detalhou a mecânica orbital da Lua, Arthur Thomas Doodson publicou em 1921 a formulação moderna inaugural do potencial de geração de marés na forma harmônica. O trabalho de Doodson identificou 388 frequências de marés distintas, e várias de suas metodologias continuam a ser empregadas.

A trajetória histórica da observação das marés.

Desde a antiguidade, a sofisticação da observação e do discurso das marés evoluiu progressivamente, concentrando-se inicialmente nas recorrências diárias e, posteriormente, na intrincada relação entre as marés, o Sol e a Lua.

Registros antigos de observação das marés que sobreviveram indicam que Píteas, durante sua expedição às Ilhas Britânicas por volta de 325 a.C., observou padrões de marés que se correlacionavam com o ciclo lunar. Fragmentos atribuídos ao seu trabalho, On the Ocean, sugerem um reconhecimento precoce da conexão entre a amplitude das marés e as fases lunares.

Durante o século II aC, Seleuco de Selêucia, um astrônomo helenístico, caracterizou com precisão o fenômeno das marés para fundamentar seu modelo heliocêntrico. Ele postulou corretamente que a Lua causava as marés, embora levantasse a hipótese de que essa interação era facilitada pelo "pneuma". Seleucus também observou que o tempo e a magnitude das marés diferiam em vários locais do mundo. Conforme documentado por Estrabão (1.1.9), Seleuco foi o primeiro a estabelecer uma conexão entre as marés e a atração gravitacional lunar, observando ainda que a altura das marés depende da posição da Lua em relação ao Sol.

A Naturalis Historia de Plínio, o Velho, documenta inúmeras observações de marés; por exemplo, as marés vivas ocorrem alguns dias depois ou antes da lua nova e cheia e atingem seu pico em torno dos equinócios, embora Plínio também tenha registrado várias correlações agora consideradas especulativas. Em sua Geografia, Estrabão detalhou que as marés no Golfo Pérsico exibiam seu alcance máximo quando a Lua estava mais distante do plano equatorial. Estas observações foram feitas apesar da amplitude de maré comparativamente limitada na bacia do Mediterrâneo. Notavelmente, as correntes vigorosas observadas no Estreito de Euripo e no Estreito de Messina representaram um enigma para Aristóteles. No livro cinco de A Vida de Apolônio de Tiana, Filóstrato explorou as marés, reconhecendo a influência da Lua, mas atribuindo os fenômenos a "espíritos". Por volta de 730 d.C. na Europa, o Venerável Beda documentou a subida sincronizada da maré numa costa das Ilhas Britânicas com a sua descida noutra, detalhando ainda mais a progressão temporal da cheia ao longo da costa da Nortúmbria.

A primeira tabela de marés na China surgiu em 1056 d.C., destinada principalmente a visitantes que desejavam observar o famoso nível de maré no rio Qiantang. A primeira tábua de marés britânica conhecida é atribuída a John Wallingford, que faleceu como Abade de St. Albans em 1213, que calculou a cheia ocorrendo 48 minutos mais tarde diariamente e três horas antes no estuário do Tâmisa em comparação com sua localização a montante em Londres.

Em 1614, Claude d'Abbeville publicou o tratado "Histoire de la mission de pères capucins en l'Isle de Maragnan et terres circonvoisines", no qual revelou que o povo Tupinambá possuía uma compreensão da relação entre a Lua e as marés antes do reconhecimento europeu.

William Thomson (Lord Kelvin) iniciou a análise harmônica sistemática inaugural dos registros de marés em 1867. Um resultado primário foi a construção de uma máquina de previsão de marés, que utilizou um sistema de polias para sintetizar seis funções harmônicas de tempo. Este dispositivo foi “programado” através do ajuste de engrenagens e correntes para modificar fases e amplitudes. Máquinas comparáveis ​​permaneceram em uso até a década de 1960.

O primeiro registro conhecido do nível do mar de um ciclo completo de primavera-neep foi documentado em 1831 no Navy Dock, no estuário do Tâmisa. Em 1850, vários portos importantes estabeleceram estações maregráficas automáticas.

John Lubbock foi um dos pioneiros no mapeamento de linhas co-marés para a Grã-Bretanha, Irlanda e suas costas adjacentes em 1840. William Whewell posteriormente expandiu esta pesquisa, culminando em um gráfico quase global em 1836. Para garantir a consistência desses mapas, ele postulou a existência de uma região meso-oceânica desprovida de subida ou descida das marés, onde as linhas co-marés convergem. A presença de tal ponto anfidrômico, um termo agora usado para descrever esses locais, foi corroborada em 1840 pelo Capitão William Hewett, RN, através de sondagens meticulosas realizadas no Mar do Norte.

Posteriormente, no final do século 20, os geólogos identificaram ritmos de maré, que servem como evidência geológica para a presença de marés antigas, particularmente durante o período Carbonífero.

Física

Teoria do Equilíbrio

O modelo fundamental, atribuído a Isaac Newton, que elucida o fenômeno das duas marés diárias é denominado teoria do equilíbrio. Esta teoria incorpora três simplificações primárias: 1) a omissão das massas de terra da Terra, 2) a suposição da viscosidade insignificante da água, permitindo uma resposta gravitacional instantânea, e 3) o desrespeito pelo atrito entre a Terra e a água. Dentro de um sistema de coordenadas que gira em conjunto com o sistema Terra-Lua, a distância Terra-Lua permanece constante, significando um estado de equilíbrio. Este equilíbrio é conceituado como um equilíbrio entre a força gravitacional da Lua e a força centrífuga gerada pela rotação. No centro da Terra, estas forças são precisamente iguais e opostas. Contudo, em outros locais, estas forças não se contrabalançam perfeitamente, e a força residual resultante é designada como força geradora de maré. Na superfície da Terra, os pontos mais próximos da Lua experimentam uma força gravitacional ligeiramente mais forte, enquanto os pontos mais distantes exibem uma força centrífuga ligeiramente mais forte. Nos pólos, situados longe do eixo Terra-Lua, uma força resultante menor é direcionada para dentro, em direção à Terra. A água do oceano é minimamente afetada por estas forças específicas. Por outro lado, nas regiões entre os pólos e o equador, uma componente desta força menor atua horizontalmente ao longo da superfície da Terra, direcionada para o equador. Esta força horizontal não encontra resistência oposta. Consequentemente, a água do oceano flui em resposta, recuando dos pólos e acumulando-se perto do equador. Este processo culmina na formação de um bojo de maré duplo alinhado com o eixo Terra-Lua, sendo o bojo do lado mais próximo da Lua marginalmente maior. À medida que a Terra gira sobre o seu eixo, vários pontos na sua superfície atravessam estas protuberâncias, fornecendo assim uma explicação geral para a ocorrência de marés duplas diárias. Tanto a água oceânica como a Terra sólida estão sujeitas a estas atracções gravitacionais diferenciais; entretanto, a Terra rígida resiste à deformação, mantendo sua forma aproximadamente esférica, enquanto o fluido se redistribui para acomodar o desequilíbrio, formando assim as protuberâncias características. A maré de equilíbrio representa esta condição de maré idealizada, baseada na suposição de uma Terra sem terra.

Forças

A força de maré gerada por um corpo celeste massivo (posteriormente denominado Lua) sobre uma pequena partícula situada sobre ou dentro de um corpo extenso (posteriormente denominado Terra) é definida como a diferença vetorial entre a força gravitacional exercida pela Lua sobre essa partícula e a força gravitacional que seria exercida sobre a partícula se ela estivesse posicionada no centro de massa da Terra.

Enquanto a força gravitacional exercida por um corpo celeste na Terra exibe uma relação inversa do quadrado com sua distância da Terra, a força de maré máxima demonstra uma proporcionalidade cúbica inversa aproximada a esta distância. Se a força das marés gerada por cada corpo fosse equivalente à sua força gravitacional total - uma condição não satisfeita devido à queda livre de toda a Terra, e não apenas dos seus oceanos, em direcção a estes corpos - manifestar-se-ia um padrão distinto de forças das marés. Por exemplo, a influência do Sol pareceria consideravelmente mais potente que a da Lua. Embora a força gravitacional solar na Terra seja, em média, 179 vezes maior que a força lunar, a distância média do Sol à Terra é 389 vezes maior, resultando num gradiente de campo mais fraco. A proporcionalidade abrangente pode ser expressa como:

${\displaystyle {\text{força de maré}}\propto {\frac {M}{d^{3}}}\propto \rho \left({\frac {r}{d}}\right)^{3},}$

Aqui, M denota a massa do corpo celeste, d representa sua distância, ρ significa sua densidade média e r indica seu raio. A proporção r/d se correlaciona com o tamanho angular do objeto observado da Terra. Apesar do Sol e da Lua exibirem diâmetros aparentes quase idênticos no céu terrestre, a força das marés do Sol é consideravelmente mais fraca que a da Lua. Esta disparidade surge porque a densidade média do Sol é significativamente mais baixa e a sua influência das marés é de apenas 46% da da Lua. Consequentemente, durante uma maré viva, a Lua é responsável por 69% da força total das marés, enquanto o Sol contribui com 31%. Especificamente, a aceleração das marés lunares, medida ao longo do eixo Lua-Terra na superfície da Terra, aproxima-se de 1,1ק1516§−7 g. Em contraste, a aceleração da maré solar, ao longo do eixo Sol-Terra na superfície da Terra, é de aproximadamente 0,52ק2122§−7 g, onde g representa a aceleração gravitacional na superfície da Terra. Os efeitos das marés exercidos por outros planetas flutuam de acordo com as diferentes distâncias da Terra. No seu perigeu, a influência das marés de Vénus equivale a 0,000113 vezes a do Sol. Por outro lado, em diferentes configurações orbitais, Júpiter ou Marte podem exercer a influência predominante das marés planetárias.

A superfície do oceano é convencionalmente modelada pelo geóide, uma superfície equipotencial teórica que explica tanto a força gravitacional da Terra como a força centrífuga resultante da sua rotação. Posteriormente, a influência de corpos celestes externos substanciais, especificamente a Lua e o Sol, deve ser considerada. Essas entidades celestes possuem campos gravitacionais potentes que se atenuam com o aumento da distância, induzindo desvios na superfície do oceano em relação ao geóide. Esta interação estabelece uma superfície oceânica de equilíbrio dinâmico, caracterizada por protuberâncias orientadas tanto para a Lua como diretamente opostas. A rotação da Terra em relação a esta configuração em evolução gera o ciclo diurno das marés. A superfície oceânica esforça-se continuamente para alcançar esta configuração de equilíbrio em constante mudança, embora nunca a alcance totalmente. O desalinhamento entre a superfície real do oceano e este estado de equilíbrio cria uma inclinação aparente, fazendo com que a água acelere na direção descendente.

Equações de marés de Laplace

As profundidades oceânicas são consideravelmente menores que as suas dimensões horizontais. Consequentemente, a resposta oceânica ao forçamento das marés pode ser modelada com precisão usando as equações de marés de Laplace, que integram as características subsequentes:

• A velocidade vertical (ou radial) é considerada insignificante, e a ausência de cisalhamento vertical implica um regime de fluxo em folha.
• O forçamento aplicado é exclusivamente horizontal (tangencial).
• O efeito Coriolis se manifesta como uma força inercial fictícia, agindo perpendicularmente à direção do fluxo e diretamente proporcional à velocidade.
• A taxa temporal de mudança da altura da superfície é diretamente proporcional à divergência negativa da velocidade, escalonada pela profundidade. Quando a velocidade horizontal induz estiramento ou compressão do lençol oceânico, o volume de água consequentemente fica mais fino ou mais espesso.

As condições de contorno estipulam fluxo zero perpendicular às linhas costeiras e uma condição de deslizamento livre no fundo do mar.

O efeito Coriolis, uma força inercial, desvia os fluxos que se aproximam do Equador para oeste e os fluxos que recuam do Equador para leste, facilitando assim a formação de ondas aprisionadas costeiramente. Além disso, um termo de dissipação, análogo à viscosidade, pode ser incorporado nas equações.

Amplitude e periodicidade das marés

A amplitude teórica máxima das marés oceânicas induzidas pela Lua é de aproximadamente 54 centímetros (21 pol.). Este valor representa a amplitude alcançável sob condições idealizadas, especificamente uma profundidade uniforme do oceano, a ausência de massas de terra e a rotação síncrona da Terra com a órbita da Lua. Da mesma forma, o Sol gera marés com uma amplitude teórica de aproximadamente 25 centímetros (9,8 pol.), constituindo 46% da amplitude das marés da Lua e exibindo um ciclo de 12 horas. Durante as marés vivas, esses dois efeitos se combinam sinergicamente, resultando em uma amplitude teórica de 79 centímetros (31 pol.). Por outro lado, nas marés mortas, a amplitude teórica diminui para 29 centímetros (11 pol.). Dada a natureza elíptica da órbita da Terra em torno do Sol e da órbita da Lua em torno da Terra, as amplitudes das marés exibem variações devido às flutuações das distâncias Terra-Sol e Terra-Lua. Esta excentricidade orbital introduz uma variação na força das marés e na amplitude teórica de aproximadamente ±18% para marés lunares e ±5% para marés solares. Se o Sol e a Lua ocuparem simultaneamente suas posições orbitais mais próximas e se alinharem durante uma fase de lua nova, a amplitude teórica da maré poderá atingir 93 centímetros (37 pol.).

As amplitudes reais das marés apresentam variação substancial, devido a fatores como variações batimétricas, massas continentais e o período natural de propagação das ondas oceânicas, que se aproxima do período de rotação da Terra. Por exemplo, uma onda superficial de comprimento de onda longo exigiria aproximadamente 30 horas para atravessar metade da circunferência da Terra ao longo do Equador na ausência de massas terrestres (em contraste, a litosfera da Terra possui um período natural de aproximadamente 57 minutos). Além disso, a resposta do oceano às forças das marés é significativamente complicada pelas marés terrestres, que induzem o deslocamento vertical do fundo do mar, e pela autoatração gravitacional das próprias marés.

Dissipação

As oscilações das marés terrestres geram uma taxa média de dissipação de aproximadamente 3,75 terawatts. Os movimentos das marés marinhas são responsáveis ​​por aproximadamente 98% desta dissipação de energia. Esta dissipação ocorre quando os fluxos de maré em escala de bacia induzem correntes de menor escala, levando à perda turbulenta de energia. O arrasto de maré resultante exerce torque na Lua, transferindo progressivamente o momento angular para sua órbita e causando um aumento gradual na separação Terra-Lua. Ao mesmo tempo, o torque igual e oposto exercido na Terra reduz sua velocidade de rotação. Consequentemente, ao longo das escalas de tempo geológicas, a Lua afasta-se da Terra a uma taxa aproximada de 3,8 centímetros (1,5 polegadas) por ano, prolongando assim o dia terrestre.

Nos últimos 600 milhões de anos, a duração de um dia terrestre aumentou aproximadamente 2 horas. Sob a suposição simplificada de uma taxa de desaceleração constante, isto sugere que há 70 milhões de anos, a duração do dia era aproximadamente 1% mais curta, resultando em cerca de quatro dias adicionais por ano.

Bathymetry

A morfologia das costas e do fundo do oceano influencia significativamente a propagação das marés, impedindo uma regra simples e universal para prever os tempos de cheia com base apenas na posição celestial da Lua. Consequentemente, as características costeiras locais, incluindo a batimetria e a configuração da linha costeira, têm impacto na previsão das marés, levando a potenciais discrepâncias entre os tempos e alturas reais de cheia e os derivados de modelos preditivos, devido à influência da morfologia costeira nas correntes de maré. No entanto, para qualquer local específico, a relação entre a altitude lunar e o momento da maré alta ou baixa (conhecido como intervalo lunitidal) permanece relativamente consistente e previsível, tal como o momento das marés em relação a outros pontos ao longo da mesma costa. Por exemplo, em Norfolk, Virgínia, EUA, a maré alta ocorre consistentemente aproximadamente duas horas e meia antes da passagem zenital da Lua.

As massas continentais e as bacias oceânicas impedem o livre movimento global da água, e as suas diversas geomorfologias influenciam as frequências das marés. Consequentemente, os padrões das marés apresentam uma variação regional considerável. Por exemplo, a costa leste dos EUA e as costas atlânticas da Europa experimentam principalmente marés semi-diurnas, enquanto a costa oeste dos EUA é caracterizada por marés mistas. As modificações antropogênicas na paisagem também podem modificar substancialmente os regimes locais de marés.

Observação e previsão

Tempo

As forças das marés lunares e solares geram extensas ondas longas que se propagam por todo o oceano, traçando caminhos representados em cartas de co-marés. O tempo de chegada de uma crista de onda a um porto específico determina o horário local de preia-mar. O tempo de propagação oceânica destas ondas introduz um atraso temporal entre as fases lunares e os seus correspondentes efeitos de maré. Por exemplo, as marés vivas e mortas no Mar do Norte ocorrem aproximadamente dois dias após a lua nova/cheia e a lua do primeiro/terceiro quarto, respectivamente. Este fenômeno é chamado de idade da maré.

A batimetria oceânica determina significativamente o tempo preciso e a amplitude das marés em locais costeiros específicos. Exemplos extremos notáveis ​​incluem a Baía de Fundy, situada na costa leste do Canadá, que é frequentemente citada por possuir as marés mais altas do mundo, uma característica atribuída à sua geomorfologia única, batimetria e proximidade com a borda da plataforma continental. Em novembro de 1998, medições em Burntcoat Head, na Baía de Fundy, documentaram uma amplitude máxima de maré de 16,3 metros (53 pés) e um extremo mais alto previsto de 17 metros (56 pés). Medições comparáveis ​​​​realizadas em março de 2002 em Leaf Basin, Baía de Ungava, norte de Quebec, produziram valores semelhantes (levando em conta as incertezas de medição), com um alcance máximo de 16,2 metros (53 pés) e um extremo máximo previsto de 16,8 metros (55 pés). Embora a Baía de Ungava e a Baía de Fundy estejam posicionadas de forma semelhante em relação à borda da plataforma continental, a Baía de Ungava permanece livre de gelo por apenas aproximadamente quatro meses por ano, enquanto a Baía de Fundy raramente congela.

Southampton, no Reino Unido, experimenta um fenômeno de maré alta dupla, que resulta da interação entre os constituintes das marés M₂ e M§67§, identificados como sobremarés de águas rasas da maré lunar principal. Da mesma forma, Portland exibe marés duplas devido ao mesmo mecanismo subjacente. A maré M§1011§ prevalece ao longo de toda a costa sul do Reino Unido; no entanto, seu impacto é mais pronunciado na área entre a Ilha de Wight e Portland, principalmente porque a maré M§14_{15§ atinge sua amplitude mínima nesta região específica.}

O Mar Mediterrâneo e o Mar Báltico exibem suas maiores amplitudes de maré perto de suas conexões restritas com o Oceano Atlântico, uma consequência de seus modos de oscilação não se alinharem com quaisquer períodos de forçamento astronômicos substanciais. Analogamente, o Golfo do México e o Mar do Japão experimentam marés excepcionalmente mínimas por razões idênticas. Em outros contextos geográficos, como ao longo da costa sul da Austrália, a amplitude reduzida das marés pode ser atribuída à proximidade de um ponto anfidrômico.

Análise

A teoria gravitacional de Isaac Newton forneceu a estrutura inicial para explicar a ocorrência típica de duas marés diárias, em vez de uma única, promovendo assim perspectivas para uma compreensão abrangente das forças das marés e da sua dinâmica. Embora possa parecer que os fenómenos das marés possam ser previstos apenas através do conhecimento preciso das forças astronómicas instantâneas, o comportamento real das marés em qualquer local específico é influenciado por forças astronómicas que se acumulam dentro da massa de água ao longo de vários dias. Além disso, a obtenção de previsões precisas requer informações detalhadas sobre a morfologia de todas as bacias oceânicas, incluindo a sua batimetria e configurações costeiras.

A metodologia contemporânea para análise de marés emprega a técnica de análise harmónica, que William Thomson introduziu na década de 1860. Esta abordagem postula que as teorias astronômicas relativas aos movimentos do Sol e da Lua definem numerosas frequências componentes, cada uma associada a um componente de força que induz o movimento das marés. Crucialmente, em cada localização geográfica específica da Terra, as marés respondem a cada uma destas frequências com uma amplitude e fase únicas, características daquele local específico. Consequentemente, em cada local de interesse, as alturas das marés são meticulosamente medidas ao longo de um período prolongado - normalmente superior a um ano para portos recentemente investigados - para facilitar a diferenciação analítica das respostas em cada frequência significativa de geração de marés. Este processo permite a extração de constantes de maré para um número suficiente dos componentes conhecidos mais proeminentes das forças astronômicas das marés, permitindo assim a previsão prática das marés. Prevê-se que as alturas das marés correspondam à força das marés, exibindo uma amplitude consistente e um atraso de fase para cada componente. Dado que as frequências e fases astronómicas podem ser determinadas com precisão, as alturas futuras das marés podem ser previstas com precisão uma vez estabelecida a resposta aos componentes harmónicos das forças geradoras de marés astronómicas.

Os padrões primários observados nos fenómenos de maré incluem:

• a variação semidiurna;
• a desigualdade diurna;
• o ciclo primavera-neap;
• a variação anual.

A Maior Maré Astronômica (HAT) é definida como a maré viva perigeana, que ocorre quando o Sol e a Lua estão em sua proximidade orbital mais próxima da Terra.

Na análise de funções que variam periodicamente, a metodologia convencional envolve a aplicação da série de Fourier. Esta técnica analítica utiliza funções senoidais como um conjunto base, com frequências que são múltiplos inteiros (zero, um, dois, três e assim por diante) da frequência de um ciclo fundamental específico. Esses múltiplos são designados como harmônicos da frequência fundamental, e todo o procedimento é denominado análise harmônica. Quando o conjunto base escolhido de funções senoidais representa com precisão o comportamento modelado, um número relativamente pequeno de termos harmônicos é suficiente. Dado que os caminhos orbitais são aproximadamente circulares, as variações sinusoidais são particularmente adequadas para modelar fenómenos de maré.

Na análise prática das alturas das marés, a metodologia da série de Fourier necessita de uma aplicação mais sofisticada do que meramente empregar uma única frequência e as suas harmónicas associadas. Os padrões de maré são consequentemente decompostos em numerosas sinusóides, cada uma possuindo frequências fundamentais distintas. Estas frequências correspondem, de forma semelhante à teoria lunar, a várias combinações dos movimentos da Terra e da Lua, juntamente com os parâmetros angulares que delineiam a configuração e a posição das suas respectivas órbitas.

Para análise de marés, a análise harmônica vai além dos harmônicos derivados de uma frequência singular. Consequentemente, os harmônicos constituintes são derivados de múltiplas frequências fundamentais, divergindo da frequência fundamental singular característica de uma metodologia básica de série de Fourier. Representar esses fenômenos apenas através de uma série de Fourier com uma única frequência fundamental e seus múltiplos inteiros exigiria um grande número de termos e apresentaria limitações temporais significativas quanto à sua aplicabilidade.

A investigação da altura da maré através da análise harmônica foi iniciada por Laplace, William Thomson (Lord Kelvin) e George Darwin. NO. Doodson posteriormente expandiu esta pesquisa, estabelecendo a notação Número Doodson para categorizar sistematicamente os numerosos termos resultantes. Esta metodologia alcançou posteriormente a padronização internacional. As complexidades inerentes a este modelo decorrem da representação conceptual da força de subida da maré como uma soma de múltiplos termos constituintes. Especificamente, cada termo segue a seguinte estrutura matemática:

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

em que

A_o representa a amplitude;

ω denota a frequência angular, normalmente expressa em graus por hora, correspondente à variável t quando medida em horas;

p significa o deslocamento de fase relativo às condições astronômicas no tempo t = 0.

Esta formulação inclui um termo específico para a Lua e um segundo termo distinto para o Sol. O parâmetro de fase p associado ao harmônico primário do termo lunar é designado como o intervalo lunitidal ou, alternativamente, o intervalo de maré alta.

Um refinamento subsequente envolve a incorporação de termos harmônicos que levam em conta as configurações elípticas das órbitas. Para conseguir isso, a amplitude é considerada uma quantidade variante no tempo, oscilando em torno da amplitude média A_o, em vez de uma constante. Especificamente, A_o na equação anterior é substituído por A(t), onde o próprio A representa uma função senoidal adicional, conceitualmente análoga aos ciclos e epiciclos nos modelos astronômicos ptolomaicos. Esta substituição produz a seguinte expressão:

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

Esta expressão indica um valor médio A_o, modulado por uma variação senoidal de magnitude A_a, caracterizada por uma frequência ω_a e uma fase p_a. A substituição desta expressão por A_o na equação inicial resulta em um produto composto por dois fatores de cosseno:

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

É estabelecido que para quaisquer variáveis x e y,

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

É evidente que um termo composto, formado pelo produto de dois termos de cosseno, cada um possuindo uma frequência distinta, é equivalente a três termos de cosseno simples. Estes termos são posteriormente adicionados à frequência original, bem como às frequências que representam a soma e a diferença das duas frequências constituintes do termo produto. Isso produz três termos, em vez de dois, porque a expressão completa é dada por ${\displaystyle (1+\cos x)\cos y}$. Além disso, a força de maré exercida num local específico também depende da posição da Lua (ou do Sol) em relação ao plano equatorial (isto é, acima ou abaixo). Estas características orbitais introduzem períodos adicionais que são incomensuráveis ​​tanto com um dia como com um mês, levando a uma infinidade de combinações resultantes. Através de uma seleção meticulosa de frequências astronômicas fundamentais, o Número Doodson quantifica sistematicamente as adições e diferenças específicas necessárias para derivar a frequência de cada termo individual de cosseno simples.

É crucial observar que as marés astronômicas não incorporam explicitamente influências meteorológicas. Além disso, alterações nas condições ambientais locais, tais como a migração dos bancos de areia ou a dragagem das entradas dos portos, podem ter um impacto significativo no momento e na magnitude reais das marés, especialmente quando estas condições se desviam das presentes durante a medição. As entidades que publicam uma “maré astronómica mais alta” para um determinado local poderão inflacionar este valor. Este exagero serve muitas vezes como margem de segurança para ter em conta incertezas analíticas, a distância do ponto de medição mais próximo, alterações temporais desde a última observação, subsidência do solo e outros factores, mitigando assim a responsabilidade potencial caso uma estrutura de engenharia seja galgada. Consequentemente, é necessária cautela especial ao determinar a magnitude de uma "onda climática", deduzindo a maré astronômica da maré observada empiricamente.

Uma análise meticulosa de dados de Fourier, abrangendo um intervalo de dezenove anos (designado como Época do Dado Nacional de Marés nos Estados Unidos), emprega frequências conhecidas como constituintes harmônicos das marés. Esta duração de dezenove anos é favorecida devido à recorrência quase exata das posições relativas da Terra, da Lua e do Sol dentro do ciclo Metônico, um período suficiente para abranger o constituinte de maré nodal lunar de 18.613 anos. Tal análise pode ser realizada somente com conhecimento do período de forçamento, dispensando uma compreensão detalhada da derivação matemática; conseqüentemente, tabelas práticas de marés foram compiladas durante séculos. As amplitudes e fases derivadas facilitam subsequentemente a previsão das marés antecipadas. Embora os constituintes com duração aproximada de 12 horas (denominados constituintes semi-diurnos) normalmente exerçam a influência primária, constituintes significativos também existem por volta das 24 horas (diurnos). Constituintes adicionais de longo prazo incluem aqueles que ocorrem a cada 14 dias (ou quinzenalmente), mensalmente e semestralmente. Embora as marés semi-diurnas predominem ao longo da maioria das costas, certas regiões, como o Mar da China Meridional e o Golfo do México, apresentam padrões de marés predominantemente diurnos. Dentro das zonas semi-diurnas, os constituintes principais, M§1415§ (lunar) e S§1819§ (solar), possuem períodos ligeiramente divergentes. Esta discrepância leva a variações quinzenais (período de 14 dias) em suas fases relativas e, consequentemente, na amplitude da maré combinada resultante.

No gráfico M₂ mencionado acima, cada linha cotidal representa uma diferença de fase de uma hora em relação às linhas adjacentes, com linhas mais grossas indicando marés em fase de equilíbrio em Greenwich. No Hemisfério Norte, essas linhas exibem uma rotação no sentido anti-horário em torno de pontos anfidrômicos, fazendo com que a maré M§6_{7§ se propague para o norte, da Península da Baixa Califórnia ao Alasca e da França à Irlanda. Por outro lado, no Hemisfério Sul, esta direção de propagação é no sentido horário. No entanto, a maré M§1011§ propaga-se no sentido anti-horário em torno da Nova Zelândia, um fenómeno atribuído ao efeito barreira das ilhas, que permite alturas de maré diferenciais nos seus lados opostos. (Notavelmente, as marés se propagam para o norte ao longo da costa leste e para o sul ao longo da costa oeste, consistente com as previsões teóricas.)}

Uma exceção ocorre no Estreito de Cook, onde as correntes de maré conectam periodicamente a maré alta com a maré baixa. Este fenômeno surge porque as linhas cotidais situadas 180° ao redor dos anfidromos estão em fases opostas, exemplificadas pela maré alta ocorrendo em frente à maré baixa em cada extremidade do Estreito de Cook. Dado que cada constituinte de maré possui uma configuração distinta de amplitudes, fases e pontos anfidrômicos, os padrões observados para M₂ não são transferíveis para outros componentes de maré.

Tabelas de marés

As tabelas de marés fornecem tempos e amplitudes previstos (ou "alcance de maré") para localizações geográficas específicas. Estas previsões estão sujeitas a inúmeras influências, tais como o alinhamento do Sol e da Lua, a fase e amplitude da maré (representando o padrão de maré do oceano profundo), os sistemas anfidrómicos oceânicos e a morfologia da linha costeira e batimetria próxima da costa.

Embora as tabelas ofereçam previsões, o momento real e a altura das marés são influenciados por fatores meteorológicos, como vento e pressão atmosférica. Numerosas regiões costeiras exibem marés semidiurnas, caracterizadas por duas marés altas e baixas aproximadamente iguais diariamente. Por outro lado, outros locais apresentam marés diurnas, apresentando uma única maré alta e baixa por dia. Uma terceira classificação comum é a "maré mista", que envolve duas marés de magnitude desigual ocorrendo dentro de um dia.

Cálculo ilustrativo

Devido ao movimento orbital da Lua em torno da Terra na mesma direção da rotação da Terra, um ponto terrestre deve girar uma distância adicional para se realinhar, resultando em um período entre marés semi-diurnas de 12,4206 horas, aproximadamente vinte e cinco minutos a mais que doze horas. Os dois picos de maré diários não são equivalentes em magnitude. As duas marés altas diárias apresentam alturas máximas alternadas: uma máxima mais baixa (pouco menos de um metro), seguida por uma máxima mais alta (pouco mais de um metro) e depois outra máxima mais baixa. Um padrão semelhante é observado para as marés baixas.

Quando a Terra, a Lua e o Sol estão alinhados (sizígia, ou seja, configurações Sol-Terra-Lua ou Sol-Lua-Terra), suas influências gravitacionais combinadas geram marés vivas; inversamente, quando essas duas forças se opõem, como quando o ângulo Lua-Terra-Sol se aproxima de noventa graus, ocorrem marés mortas. Durante sua progressão orbital, a Lua atravessa de posições ao norte do Equador até ao sul do Equador. Esta mudança orbital faz com que a alternância nas alturas das marés altas diminua, eventualmente tornando-se igual (no equinócio lunar, quando a Lua está posicionada acima do Equador). Posteriormente, a alternância ressurge com a polaridade oposta, aumentando até uma diferença máxima antes de diminuir gradualmente novamente.

Corrente de maré

A análise da influência das marés nas correntes ou fluxos apresenta desafios significativos, assim como a recolha de dados relevantes. A altura das marés, uma quantidade escalar, apresenta variação suave em extensas áreas geográficas. Por outro lado, o fluxo constitui uma grandeza vetorial, possuindo magnitude e direção, que pode flutuar consideravelmente com a profundidade e em distâncias curtas, influenciada principalmente pela batimetria local. Além disso, embora o eixo central de um canal de água ofereça a localização mais vantajosa para medições, a implantação de equipamento de medição de corrente encontra frequentemente oposição dos marinheiros devido à potencial obstrução dos cursos de água. Um fluxo que atravessa um canal curvo pode manter uma magnitude consistente apesar das contínuas mudanças direcionais ao longo de seu caminho. Contraintuitivamente, os fluxos de cheias e vazantes frequentemente não exibem direções diametralmente opostas. A morfologia do canal a montante determina a direção do fluxo, e não a configuração a jusante. Da mesma forma, a formação de redemoinhos pode ser restrita a uma única direção de fluxo. Apesar dessas complexidades, a análise das correntes de maré geralmente é paralela à das alturas das marés. Num cenário simplificado, num local específico, o fluxo de cheia move-se predominantemente numa direcção, enquanto o fluxo de vazante prossegue numa direcção alternativa. As velocidades de cheia recebem convencionalmente um sinal positivo, enquanto as velocidades de vazante recebem um sinal negativo. Esta abordagem analítica trata essas velocidades de forma análoga às alturas das marés.

Em cenários mais complexos, os fluxos primários de vazante e cheia podem não ser os fatores dominantes. Em vez disso, a direção e a magnitude do fluxo delineiam um caminho elíptico ao longo de um ciclo de maré completo quando plotado em um gráfico polar, divergindo de uma progressão linear simples ao longo dos eixos de vazante e cheia. Consequentemente, a análise em tais casos pode envolver pares de direções ortogonais, designadas como primárias e secundárias. Uma abordagem metodológica alternativa envolve representar os fluxos das marés como números complexos, dado que cada valor possui inerentemente magnitude e direção.

As informações sobre o fluxo das marés são normalmente divulgadas por meio de cartas náuticas, onde são apresentadas em formato tabular, detalhando velocidades de fluxo e rumos em incrementos de hora em hora, com tabelas distintas fornecidas para marés vivas e mortas. A referência temporal para esses dados é estabelecida em relação à preia-mar em um porto designado que exibe um padrão de maré comparável, independentemente de sua distância geográfica.

Análoga às previsões da altura das marés, as previsões do fluxo das marés derivadas exclusivamente de parâmetros astronômicos não levam em conta as condições meteorológicas, que possuem a capacidade de alterar completamente os resultados previstos.

Estreito de Cook

O fluxo das marés que atravessa o Estreito de Cook, situado entre as duas principais ilhas da Nova Zelândia, apresenta um estudo de caso notável devido à relação quase exata das marés fora de fase em ambos os lados, resultando na maré alta de um lado coincidindo com a maré baixa do outro. Este fenómeno gera correntes poderosas, acompanhadas por uma mudança quase insignificante na altura das marés no ponto central do estreito. No entanto, embora uma onda de maré normalmente mantenha um fluxo unidirecional durante seis horas antes de reverter por uma duração equivalente, ondas específicas podem se estender por oito ou dez horas, com a onda reversa subsequente significativamente diminuída. Sob condições meteorológicas particularmente severas, a onda reversa pode ser totalmente suprimida, fazendo com que o fluxo persista em uma única direção durante três ou mais períodos de onda sucessivos.

As características do ciclo de marés do Estreito de Cook também apresentam variações costeiras. Ao longo da costa oeste e dentro da Tasman/Golden Bay, as amplitudes das marés normalmente aderem a um ciclo convencional quinzenal de primavera-neap, caracterizado por amplitudes amplificadas durante as marés vivas e amplitudes reduzidas durante as marés mortas, um fenômeno influenciado principalmente pela sizígia da Lua e do Sol. Por outro lado, em certas regiões costeiras orientais, incluindo áreas próximas a Wellington e Napier, o padrão de marés demonstra uma modulação mensal mais pronunciada, que se correlaciona com sinais perigeo-apogeus (variações na distância orbital da Lua) e, consequentemente, não exibe um sinal quinzenal de primavera-neap tão distinto.

Uma representação gráfica das marés do Estreito de Cook, abrangendo novembro de 2007, delineia as alturas e os horários das marés altas e baixas. Esses pontos de dados não são medições diretas, mas sim cálculos derivados de parâmetros de maré estabelecidos através de medições históricas abrangendo vários anos. As cartas náuticas pertencentes ao Estreito de Cook fornecem informações abrangentes sobre as correntes das marés. Por exemplo, a edição de janeiro de 1979, cobrindo as coordenadas 41°13.9′S 174°29.6′E (situado a noroeste do Cabo Terawhiti), referia-se aos horários das marés para Westport, enquanto a edição de janeiro de 2004 utilizou Wellington como ponto de referência.

Perto do Cabo Terawhiti, situado no centro do Estreito de Cook, a variação da altura das marés é insignificante, enquanto a corrente das marés atinge o seu pico de velocidade, particularmente em torno do proeminente Karori Rip. Além das influências meteorológicas, as correntes predominantes através do Estreito de Cook são moldadas pelas diferenças de altura das marés entre as duas extremidades do estreito. Significativamente, apenas uma das duas marés vivas na extremidade noroeste do estreito perto de Nelson é refletida por uma maré viva correspondente na extremidade sudeste (Wellington); conseqüentemente, a dinâmica das marés não se alinha com as características de nenhum dos portos de referência.

Nantucket Shoals

Na região de Nantucket Shoals, no Oceano Atlântico, as correntes de maré exibem uma natureza rotativa, em que a direção do fluxo muda progressivamente em todos os pontos cardeais ao longo de um ciclo de maré, em vez de apenas oscilar linearmente. Através dos baixios, essas correntes normalmente exibem uma rotação no sentido horário, com velocidades de pico geralmente variando de 1,5 a 2,5 nós e mínimas aproximadas de 0,5 nó; no entanto, as velocidades estão sujeitas a variações consideráveis ​​com base na posição geográfica e na fase da maré. Dada a mudança rotacional contínua na direção da corrente, em vez de uma reversão abrupta, um período distinto de maré parada - característico de correntes reversíveis simples - está ausente. Em vez disso, a velocidade da corrente flutua ao longo do ciclo, enquanto o seu vetor direcional sofre alterações perpétuas.

Geração de energia

A energia das marés pode ser aproveitada através de duas metodologias principais: a implantação de turbinas hidrocinéticas dentro das correntes de maré ou a construção de lagoas de represamento que regulam o fluxo de água através de turbinas. Para o primeiro, o rendimento energético depende unicamente da dinâmica temporal e da magnitude da corrente das marés. No entanto, as localizações actuais ideais podem ser inacessíveis devido à potencial obstrução da navegação marítima pelas instalações de turbinas. Por outro lado, a última abordagem envolve custos significativos de construção de barragens de represamento, leva a perturbações substanciais dos ciclos hidrológicos naturais e impede a navegação de navios. No entanto, a utilização de múltiplas bacias de represamento oferece flexibilidade para gerar energia em intervalos predeterminados. Até à data, a implementação de sistemas de geração de energia das marés continua limitada (sendo a instalação de La Rance em Saint Malo, França, um exemplo notável), e estes projetos enfrentam numerosos desafios. Além das considerações ecológicas, as dificuldades inerentes de resistir à corrosão e mitigar a bioincrustação apresentam obstáculos de engenharia consideráveis.

A energia das marés apresenta maior previsibilidade em comparação com a energia eólica; no entanto, a eficiência da turbina diminui significativamente em baixas velocidades de fluxo e, dado que a produção de energia é proporcional ao cubo da velocidade, os períodos de pico de geração são inerentemente de curta duração. Essas flutuações podem ser atenuadas através de soluções de armazenamento de energia, sistemas sofisticados de controle de turbinas, matrizes distribuídas de energia das marés ou através da hibridização com outras fontes de energia renováveis.

Navegação

Os fluxos das marés são cruciais para a navegação marítima e a falta de contabilização desses fluxos pode resultar em imprecisões posicionais substanciais. Além disso, as alturas das marés têm um significado considerável; por exemplo, vários rios e portos apresentam uma "barra" rasa na sua entrada, impedindo a entrada de navios com calado substancial durante a maré baixa.

Antes da adoção generalizada de sistemas de navegação automatizados, a proficiência no cálculo dos efeitos das marés era uma habilidade essencial para os oficiais da Marinha. Historicamente, o certificado de exame de tenente da Marinha Real atestava a capacidade de um candidato de "mudar suas marés", significando seu domínio dos cálculos de marés.

As informações sobre os tempos e velocidades do fluxo de marés são normalmente apresentadas em cartas de marés ou em um atlas de fluxo de marés dedicado. Esses gráficos são comumente emitidos em conjuntos sequenciais. Cada gráfico individual representa o fluxo médio das marés para um intervalo específico de uma hora entre preia-mares sucessivas, omitindo o período residual de 24 minutos. Uma seta direcional na carta de marés significa tanto a direção quanto a velocidade média do fluxo (convencionalmente expressa em nós) para as marés vivas e mortas. Na ausência de uma carta de marés dedicada, a maioria das cartas náuticas incorpora "diamantes de maré", que correlacionam localizações específicas da carta com uma apresentação tabular da direção e velocidade do fluxo das marés.

A metodologia convencional para compensar as influências das marés durante a navegação envolve três etapas: (1) calcular uma posição de "acerto de contas" (DR) com base na distância percorrida e no curso seguido, (2) marcar esta posição na carta com uma cruz vertical e (3) projetar uma linha a partir do DR em a direção da corrente de maré. O deslocamento da embarcação ao longo desta linha projetada, causado pela corrente da maré, é então calculado usando a velocidade da maré, produzindo uma "posição estimada" (EP), que é convencionalmente denotada por um ponto dentro de um triângulo.

As cartas hidrográficas indicam as profundidades da água cartografadas em pontos específicos através de sondagens e através de curvas de nível batimétricas, que delineiam a morfologia do fundo do mar submerso. Essas medições são referenciadas a um "dado cartográfico" específico, normalmente definido como o nível da água na maré astronômica mais baixa (LAT). No entanto, dados alternativos têm sido historicamente empregados e fatores meteorológicos podem causar variações de maré que excedem ou ficam abaixo das previsões astronômicas. Consequentemente, as profundidades cartografadas representam a coluna de água mínima disponível durante um ciclo de maré. Além disso, podem ser indicadas "alturas de secagem", significando a elevação do fundo do mar exposto na maré astronômica mais baixa.

As tabelas de marés fornecem dados diários sobre as alturas das marés altas e baixas e seus horários correspondentes. A determinação da profundidade real da água requer a adição da profundidade cartografada à altura prevista da maré. Para tempos intermédios, as profundidades da água podem ser interpoladas utilizando curvas de marés, que estão normalmente disponíveis para portos significativos. Na ausência de curvas de maré precisas, a “regra dos duodécimos” oferece uma aproximação suficiente. Este método postula que o aumento da profundidade ao longo do período de seis horas entre a maré baixa e a maré alta segue uma distribuição específica: 1/12 durante a primeira hora, 2/12 durante a segunda, 3/12 durante a terceira, 3/12 durante a quarta, 2/12 durante a quinta e 1/12 durante a sexta.

Considerações Biológicas

Ecologia entremarés

A ecologia entremarés centra-se na investigação de ecossistemas situados entre as marés baixas e altas dos ambientes costeiros. Durante os períodos de maré baixa, esta zona fica exposta (ou emersa), enquanto na maré alta fica submersa (ou imersa). Consequentemente, os ecologistas entremarés analisam as interações complexas entre os organismos e o seu ambiente físico, juntamente com as relações interespecíficas. As interações ecológicas predominantes dependem das características específicas da comunidade entremarés. As classificações primárias destas comunidades são normalmente determinadas pelo tipo de substrato, distinguindo entre costões rochosos e habitats de fundo mole.

Os organismos que habitam zonas entremarés enfrentam um ambiente altamente flutuante e frequentemente desafiante, necessitando de adaptações especializadas para sobreviver e até prosperar nestas condições. Uma característica proeminente é a zonação vertical, onde a comunidade biológica se segrega em faixas horizontais discretas de espécies específicas, cada uma ocupando uma elevação específica acima da marca da maré baixa. O limite superior de distribuição de uma espécie é ditado principalmente pela sua tolerância à dessecação, enquanto a competição interespecífica normalmente estabelece o seu limite inferior.

As populações humanas utilizam regiões entremarés tanto para sustento como para atividades recreativas. Danos diretos aos ecossistemas entremarés podem resultar da exploração excessiva. Além disso, outros impactos antropogénicos, incluindo a introdução de espécies invasoras e os efeitos das alterações climáticas, exercem influências prejudiciais significativas. O estabelecimento de Áreas Marinhas Protegidas representa uma estratégia viável para as comunidades salvaguardarem estes habitats críticos e facilitarem a investigação científica.

Ritmos biológicos

Os ciclos de maré de aproximadamente 12 horas e quinzenais influenciam profundamente os organismos entremarés e marinhos. Consequentemente, os seus ritmos biológicos manifestam-se frequentemente como múltiplos aproximados destas periodicidades de maré. Numerosos outros táxons animais, incluindo vertebrados, exibem ritmos circatidal comparáveis. Exemplos ilustrativos abrangem períodos de gestação e eclosão de ovos. Nos humanos, o ciclo menstrual se aproxima de um mês lunar, que é um múltiplo par do período das marés. Esses paralelos observados sugerem uma potencial linhagem evolutiva comum para todos os animais, originada de um ancestral marinho.

Outros fenômenos de maré

Marés internas

As correntes de maré oscilantes dentro de um oceano estratificado, ao interagirem com a topografia irregular do fundo do mar, induzem a geração de ondas internas caracterizadas por frequências de maré.

Marés do Lago

Lagos importantes, incluindo Superior e Erie, podem apresentar amplitudes de maré de 1 a 4 cm (0,39 a 1,6 pol.); no entanto, essas flutuações sutis são frequentemente obscurecidas por fenômenos meteorológicos como os seiches. Por exemplo, a amplitude das marés no Lago Michigan é relatada entre 1,3 e 3,8 cm (0,5 a 1,5 pol.) ou, alternativamente, 4,4 cm (1+3⁄§56§ pol.). Essas magnitudes mínimas de maré são totalmente ofuscadas por outras influências mais substanciais, fazendo com que esses lagos sejam categorizados como efetivamente sem marés.

Marés atmosféricas

Ao nível do solo e às altitudes típicas da aviação, as marés atmosféricas são consideradas insignificantes, uma vez que os seus efeitos são obscurecidos por fenómenos meteorológicos mais significativos. Essas marés originam-se de forças gravitacionais e térmicas e constituem os principais processos dinâmicos na mesosfera e na baixa termosfera, aproximadamente 80 a 120 quilômetros (50 a 75 milhas) acima da superfície da Terra, além dos quais a densidade molecular é insuficiente para sustentar um comportamento semelhante ao de um fluido.

Marés terrestres

As marés terrestres, também conhecidas como marés terrestres, exercem uma influência em toda a massa do planeta, que se comporta de forma semelhante a um giroscópio fluido envolto numa crosta notavelmente fina. A crosta terrestre sofre deslocamentos - vertical, longitudinal e latitudinal - como consequência das forças gravitacionais da Lua e do Sol, dos efeitos das marés oceânicas e das variações da pressão atmosférica. Embora geralmente insignificante para a maioria dos empreendimentos humanos, a amplitude semidiurna das marés terrestres pode atingir aproximadamente 55 centímetros (22 polegadas) no Equador, com 15 centímetros (5,9 polegadas) atribuíveis à influência solar. Este fenômeno tem importância considerável para a calibração de medições de Sistemas de Posicionamento Global (GPS) e Interferometria de Linha de Base Muito Longa (VLBI). Medições angulares astronômicas precisas necessitam de dados precisos sobre a velocidade de rotação e o movimento polar da Terra, ambos modulados pelas marés da Terra. As marés semi-diurnas M₂ da Terra exibem uma fase quase síncrona com a Lua, exibindo um atraso na maré lunar semi-diurna primária da Terra de 0,204°±0,047°, o que se traduz em um atraso de tempo aproximado de 25 segundos. Consequentemente, estima-se que esta maré sólida dissipe um mínimo de 110 GW (150 milhões de HP) de energia das marés, representando aproximadamente 5% da energia dissipada pelas marés oceânicas.

Marés Galácticas

As marés galácticas referem-se às forças gravitacionais exercidas pelas galáxias sobre as suas estrelas constituintes e sobre as galáxias satélites em órbita à sua volta. Dentro do Sistema Solar, acredita-se que a influência das marés galácticas na nuvem de Oort seja responsável pela gênese de 90% dos cometas de longo período.

Nomes impróprios

Tsunamis, que são ondas substanciais geradas pela atividade sísmica, são ocasionalmente rotulados erroneamente como maremotos. Esta nomenclatura, no entanto, decorre da sua semelhança com fenómenos de marés e não de qualquer relação causal direta. Fenômenos adicionais que empregam o termo maré, mas não estão relacionados às marés gravitacionais, incluem maré alta, maré de tempestade, maré de furacão e marés pretas ou vermelhas. Muitas dessas aplicações têm raízes históricas, refletindo uma definição mais antiga de "maré" como "um segmento de tempo, uma estação" ou "uma corrente, riacho ou inundação".

Significado Cultural

Além de suas implicações científicas, as marés possuem historicamente um profundo significado cultural, influenciando narrativas mitológicas, obras literárias, expressões linguísticas e perspectivas humanas sobre o mundo. Estudiosos e historiadores observam que o fluxo e refluxo rítmico do oceano tem servido como uma metáfora difundida para conceitos como tempo, transformação e condição humana em diversas tradições culturais. Ao mesmo tempo, os historiadores culturais documentaram meticulosamente as formas intrincadas pelas quais os fenómenos das marés se entrelaçam com o folclore e o discurso literário.

Antes do advento da elucidação científica, numerosas sociedades antigas frequentemente interpretavam os movimentos das marés através de estruturas cosmológicas ou atribuíam-nos a intervenções divinas. Esta abordagem ressaltou um sentimento de reverência e um elemento de mistério na compreensão da humanidade sobre os ritmos oceânicos.

Ao longo da história, artistas e poetas têm utilizado consistentemente imagens de marés para investigar temas de metamorfose e introspecção. As marés são frequentemente apresentadas no folclore e em metáforas literárias, simbolizando os ciclos de vida, o destino e a natureza flutuante das emoções. Além disso, a influência gravitacional da Lua é evidente nas práticas cerimoniais costeiras e nas tradições marítimas, destacando a intrincada relação entre periodicidades naturais e narrativas culturais.

Notas

Notas

Referências

• Histórico de previsão de marés arquivado em 09/05/2015 na Wayback Machine
• Almirantado do Reino Unido Easytide
• Previsões de marés para Austrália, Pacífico Sul e Austrália Antártida
• Preditor de maré e corrente, para estações ao redor do mundo