La marea terrestre (también conocida como marea terrestre sólida , marea cortical , marea corporal , marea corporal o marea terrestre ) es el desplazamiento de la superficie de la tierra sólida causado por la gravedad de la Luna y el Sol . Su componente principal tiene una amplitud de nivel de medidor en períodos de aproximadamente 12 horas y más. Los constituyentes de mareas corporales más grandes son semidiurnos , pero también hay contribuciones diurnas, semestrales y quincenales significativas. Aunque la fuerza gravitacional que causa las mareas terrestres y las mareas oceánicas es la misma, las respuestas son bastante diferentes.
Fuerza de elevación de la marea
La mayor de las fuerzas gravitacionales periódicas proviene de la Luna, pero la del Sol también es importante. Las imágenes aquí muestran la fuerza de la marea lunar cuando la Luna aparece directamente sobre 30 ° N (o 30 ° S). Este patrón permanece fijo con el área roja dirigida hacia (o directamente lejos de) la Luna. El rojo indica un tirón hacia arriba, el azul hacia abajo. Si, por ejemplo, la Luna está directamente sobre 90 ° W (o 90 ° E), las áreas rojas están centradas en el hemisferio norte occidental, en la parte superior derecha. Rojo arriba, azul abajo. Si, por ejemplo, la Luna está directamente sobre 90 ° W (90 ° E), el centro del área roja es 30 ° N, 90 ° W y 30 ° S, 90 ° E, y el centro de la banda azulada sigue a la gran círculo equidistante de esos puntos. A 30 ° de latitud, se produce un pico fuerte una vez por día lunar, lo que genera una fuerza diurna significativa en esa latitud. A lo largo del ecuador, dos picos (y depresiones) de igual tamaño imparten una fuerza semidiurna.
Marea corporal
La marea de la Tierra abarca todo el cuerpo de la Tierra y no está obstaculizada por la delgada corteza y las masas de tierra de la superficie, en escalas que hacen que la rigidez de la roca sea irrelevante. Las mareas oceánicas son una consecuencia de la resonancia de las mismas fuerzas impulsoras con los períodos de movimiento del agua en las cuencas oceánicas acumulados durante muchos días, por lo que su amplitud y sincronización son bastante diferentes y varían en distancias cortas de solo unos pocos cientos de kilómetros. Los períodos de oscilación de la Tierra en su conjunto no se acercan a los períodos astronómicos, por lo que su flexión se debe a las fuerzas del momento.
Los componentes de la marea con un período cercano a las doce horas tienen una amplitud lunar (distancias de abultamiento / depresión de la Tierra) que son un poco más del doble de la altura de las amplitudes solares, como se tabula a continuación. En la luna nueva y la luna llena, el Sol y la Luna están alineados, y los máximos y mínimos de las mareas lunares y solares (protuberancias y depresiones) se suman para obtener la mayor amplitud de las mareas en latitudes particulares. En las fases del primer y tercer cuarto de la luna, las mareas lunares y solares son perpendiculares y el rango de las mareas es mínimo. Las mareas semi-diurnas pasan por un ciclo completo (marea alta y baja) aproximadamente una vez cada 12 horas y un ciclo completo de altura máxima (una marea primaveral y muerta) aproximadamente una vez cada 14 días.
La marea semidiurna (un máximo cada 12 horas aproximadamente) es principalmente lunar (solo S 2 es puramente solar) y da lugar a deformaciones sectoriales (o sectoriales) que suben y bajan al mismo tiempo a lo largo de la misma longitud. [1] Las variaciones sectoriales de los desplazamientos verticales y de este a oeste son máximas en el ecuador y desaparecen en los polos. Hay dos ciclos a lo largo de cada latitud, las protuberancias opuestas entre sí y las depresiones opuestas de manera similar. La marea diurna es lunisolar y da lugar a deformaciones teserales . El movimiento vertical y este-oeste es máximo a 45 ° de latitud y es cero en el ecuador y en los polos. La variación teseral tiene un ciclo por latitud, un abultamiento y una depresión; las protuberancias son opuestas (antípodas), es decir, la parte occidental del hemisferio norte y la parte oriental del hemisferio sur, por ejemplo. Asimismo, las depresiones se oponen, en este caso la parte oriental del hemisferio norte y la parte occidental del hemisferio sur. Finalmente, las mareas quincenales y semestrales tienen deformaciones zonales (constantes a lo largo de un círculo de latitud), ya que la gravitación de la Luna o el Sol se dirige alternativamente en dirección opuesta a los hemisferios norte y sur debido a la inclinación. No hay desplazamiento vertical a 35 ° 16 'de latitud.
Dado que estos desplazamientos afectan la dirección vertical , las variaciones este-oeste y norte-sur a menudo se tabulan en milisegundos de arco para uso astronómico . El desplazamiento vertical se tabula con frecuencia en μgal , ya que el gradiente de gravedad depende de la ubicación, por lo que la conversión de la distancia es solo de aproximadamente 3 μgal por centímetro.
Otros contribuyentes a la marea de la Tierra
En las áreas costeras, debido a que la marea del océano está bastante desfasada con la marea de la Tierra, en la marea alta del océano hay un exceso de agua sobre lo que sería el nivel de equilibrio gravitacional y, por lo tanto, el suelo adyacente cae en respuesta a las diferencias resultantes en peso. Durante la marea baja hay un déficit de agua y el suelo se eleva. Los desplazamientos causados por la carga de las mareas oceánicas pueden superar los desplazamientos debidos a la marea del cuerpo de la Tierra. Los instrumentos sensibles tierra adentro a menudo tienen que hacer correcciones similares. La carga atmosférica y los eventos de tormenta también pueden medirse, aunque las masas en movimiento son menos pesadas.
Componentes de las mareas
Principales constituyentes de la marea . Las amplitudes pueden variar de las enumeradas en varios porcentajes. [2] [3]
Semi-diurno | |||||||
Constituyente de las mareas | Período | Amplitud vertical (mm) | Amplitud horizontal (mm) | ||||
M 2 | 12.421 horas | 384,83 | 53,84 | ||||
S 2 (solar semi-diurno) | 12.000 horas | 179.05 | 25.05 | ||||
N 2 | 12.658 horas | 73,69 | 10.31 | ||||
K 2 | 11.967 horas | 48,72 | 6,82 | ||||
Diurno | |||||||
Constituyente de las mareas | Período | Amplitud vertical (mm) | Amplitud horizontal (mm) | ||||
K 1 | 23.934 horas | 191,78 | 32.01 | ||||
O 1 | 25.819 horas | 158.11 | 22.05 | ||||
P 1 | 24.066 h | 70,88 | 10,36 | ||||
φ 1 | 23.804 h | 3,44 | 0,43 | ||||
ψ 1 | 23.869 horas | 2,72 | 0,21 | ||||
S 1 (solar diurno) | 24.000 horas | 1,65 | 0,25 | ||||
A largo plazo | |||||||
Constituyente de las mareas | Período | Amplitud vertical (mm) | Amplitud horizontal (mm) | ||||
M f | 13.661 días | 40,36 | 5,59 | ||||
M m (luna mensual) | 27.555 días | 21,33 | 2,96 | ||||
S sa (solar semestral) | 0.50000 años | 18,79 | 2,60 | ||||
Nodo lunar | 18.613 años | 16,92 | 2,34 | ||||
S a (solar anual) | 1,0000 años | 2,97 | 0,41 |
Efectos
Los vulcanólogos utilizan los movimientos regulares y predecibles de las mareas terrestres para calibrar y probar los instrumentos sensibles de monitoreo de la deformación de los volcanes. Las mareas también pueden desencadenar eventos volcánicos. [4] [5] Los sismólogos han determinado que los eventos microsísmicos están correlacionados con las variaciones de las mareas en Asia Central (al norte del Himalaya). [ cita requerida ] La amplitud semidiurna de las mareas terrestres puede alcanzar aproximadamente 55 cm (22 pulgadas) en el ecuador, lo cual es importante en el Sistema de Posicionamiento Global , interferometría de línea de base muy larga y mediciones de rango de láser satelital . [6] [7] Además, para realizar mediciones angulares astronómicas precisas se requiere un conocimiento exacto de la tasa de rotación de la Tierra ( duración del día , precesión , además de nutación ), que está influenciada por las mareas terrestres (la llamada marea polar ). Las mareas terrestres también deben tenerse en cuenta en el caso de algunos experimentos de física de partículas . [8] Por ejemplo, en el CERN o en el Laboratorio Nacional de Aceleradores de SLAC , los aceleradores de partículas muy grandes se diseñaron teniendo en cuenta las mareas terrestres para su correcto funcionamiento. Entre los efectos que deben tenerse en cuenta se encuentran la deformación de la circunferencia para aceleradores circulares y también la energía del haz de partículas. [9] [10]
Las mareas corporales en planetas y lunas, así como en estrellas binarias y asteroides binarios, juegan un papel clave en la dinámica a largo plazo de los sistemas planetarios. Por ejemplo, es debido a las mareas del cuerpo en la Luna que se captura en la resonancia de la órbita de giro 1: 1 y siempre nos muestra un lado. Debido a las mareas del cuerpo en él, Mercurio está atrapado en la resonancia de órbita de giro 3: 2 con el Sol. [11] Por la misma razón, se cree que muchos de los exoplanetas son capturados en resonancias de órbitas de espín más altas con sus estrellas anfitrionas. [12]
Ver también
Referencias
- ^ Paul Melchior, "Earth Tides", Surveys in Geophysics , 1 , págs. 275-303, marzo de 1974.
- ^ John Wahr, "Earth Tides", Física global de la tierra, Un manual de constantes físicas , Plataforma de referencia de AGU, 1 , págs. 40-46, 1995.
- ^ Michael R. House, "Escalas de tiempo de forzamiento orbital: una introducción", Sociedad Geológica, Londres, Publicaciones especiales; 1995; v. 85; pag. 1-18. http://sp.lyellcollection.org/cgi/content/abstract/85/1/1
- ^ Sottili G., Martino S., Palladino DM, Paciello A., Bozzano F. (2007), Efectos de las tensiones de las mareas sobre la actividad volcánica en el Monte Etna, Italia, Geophys. Res. Lett., 34, L01311, doi : 10.1029 / 2006GL028190 , 2007.
- ^ Reloj de volcán , USGS .
- ^ Convenciones IERS (2010). Gérard Petit y Brian Luzum (eds.). (Nota técnica de IERS; 36) Fráncfort del Meno: Verlag des Bundesamts für Kartographie und Geodäsie, 2010. 179 págs., ISBN 9783898889896 , Sec. 7.1.1, "Efectos de las mareas terrestres sólidas" [1]
- ^ Manual de usuario del software GNSS de Berna, versión 5.2 (noviembre de 2015), Instituto Astronómico de la Universidad de Berna. Sección 10.1.2. "Mareas de Tierra Sólida, Mareas de Polos Sólidos y Oceánicos y Mareas Permanentes" [2]
- ^ Acelerador en movimiento, pero los científicos compensan los efectos de las mareas , Stanford en línea .
- ^ deformación de la circunferencia [ fuente no confiable? ]
- ^ la energía del haz de partículas afecta a [ ¿fuente no confiable? ]
- ^ Noyelles, B .; Frouard, J .; Makarov, VV y Efroimsky, M. (2014). "Revisión de la evolución de la órbita de giro de Mercurio". Ícaro . 241 : 26–44. arXiv : 1307.0136 . Bibcode : 2014Icar..241 ... 26N . doi : 10.1016 / j.icarus.2014.05.045 . S2CID 53690707 .
- ^ Makarov, VV; Berghea, C. y Efroimsky, M. (2012). "Evolución dinámica y resonancias de giro-órbita de exoplanetas potencialmente habitables: el caso de GJ 581d". El diario astrofísico . 761 (2): 83. arXiv : 1208.0814 . Código bibliográfico : 2012ApJ ... 761 ... 83M . doi : 10.1088 / 0004-637X / 761/2/83 . S2CID 926755 . 83.
Bibliografía
- McCully, James Greig, Más allá de la luna, Una guía conversacional y de sentido común para comprender las mareas , World Scientific Publishing Co, Singapur, 2006.
- Paul Melchior, Earth Tides , Pergamon Press, Oxford, 1983.
- Wylie, Francis E, Tides and the Pull of the Moon , The Stephen Greene Press, Brattleboro, Vermont, 1979.