Marés

Foto: Bruno Tae

Marés são mudanças periódicas de curta duração na altura da superfície oceânica em um determinado lugar, causado pela combinação da força gravitacional da lua, do sol e do movimento da Terra. Com um comprimento de onda que pode equivaler à metade da circunferência da Terra, as marés são as mais longas das ondas. Diferente de outros tipos de ondas, essa enorme onda de águas rasas nunca está livre das forças que a origina, agindo de maneira incomum mas previsível.

A cerca de 300 anos a.c., os navegadores gregos e o astrônomo Pytheas foram os primeiros a identificarem a conexão entre a posição da lua com a altura da maré, mas o conhecimento completo das marés teve de esperar pelas alises da gravidade de Isaac Newton. Sabe-se então que a principal causa das marés é a gravidade da lua atuando sobre o oceano.

A lua e as variações de marés

A influência da gravidade entre os dois corpos é proporcional às massas dos corpos, mas inversamente proporcional ao quadrado da distância entre eles. Isso significa que a atração gravitacional diminui rapidamente com a distância. A gravidade tende a influenciar a terra e a lua juntas, mas a inércia – a tendência dos objetos em movimento a continuarem em linha reta – os mantém separados. A Terra e a Lua não colidem uma com a outra por que estão em órbitas estáveis; a atração gravitacional mutua é anulada pela inércia. Eles orbitam em torno de um centro de massa que não está no espaço, mas – porque a massa da Terra é 81 vezes maior do que a da lua – 1.700 km dentro da Terra. Este centro de massa é mostrado como ponto na figura abaixo:

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As ações da gravidade e a inércia sobre as partículas em 5 diferentes localizações sobre a Terra. Nos pontos 1 e 2, a atração gravitacional da lua excede significamente a tendência do movimento de saída da inércia, e o balaço das forças faz com que a água se mova sobre a superfície da Terra convergindo em um ponto em direção a lua. Nos pontos 3 e 4, a inércia excede a força gravitacional: então a água se move sobre a Terra para convergir em um ponto oposto a lua. As forças estão em equilíbrio no ponto A a 1.700 km dentro da Terra.

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Embora as somatórias sejam iguais e opostas, a força interna da gravidade e a tendência de fuga da inércia nem sempre atuam da mesma maneira balanceada sobre as partículas da Terra e da lua. Os 4 pontos representam partículas em diferentes lugares sobre a Terra. Note que nos pontos 1 e 2 estão mais próximos da lua; então a atração gravitacional excede ligeiramente a tendência de fuga da inércia. Neste ponto a água tende a ser atraída pela lua e então ela é puxada ao longo da superfície do oceano em direção a um ponto dentro da lua.

A formação da saliência de maré nos pontos em direção a lua e oposta a ela.

Nos pontos 3 e 4, ligeiramente afastados da lua, a inércia excede a atração gravitacional. A água nestes pontos tende a ser expulsa e se move sobre a superfície em direção a um ponto oposto a lua.

O equilíbrio das forças fazendo a puxada e a expulsão são conhecidos como forças de atração. Juntas, as forças de atração provocam duas saliências no oceano, uma em direção a lua e a outra em sentido oposto. No ponto A existe o equilíbrio das forças. A Terra sólida não pode se mover muito em resposta a estas forças, mas o fluído atmosférico e oceânico podem. Não podemos perceber as mudanças na altura da atmosfera, mas as mudanças nos níveis da água são visíveis aos observadores na costa.

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De que maneira as saliências causam o ritmo de subida e descida das marés ?

As saliências tendem a estar alinhadas com a lua enquanto a Terá gira em torno do seu eixo. A figura 3 mostra a situação na figura 2 como deveria ser vista do pólo norte. Enquanto a Terra gira no sentido leste-oeste, uma ilha sobre o equador é vista entrando e saindo das saliências durante um período de um dia. As saliências são as cristas da onda planetária que causa as marés altas. As marés baixas correspondem as depressões entre as saliências. Iniciando a meia noite (00:00h) pode-se ver que a ilha encontra-se em águas rasas na maré baixa. Seis horas mais tarde, em torno das 06:13h, a ilha é submergida na saliência lunar na maré alta. As 12:26h, a ilha encontra-se no intervalo das saliências na maré baixa. As 18:38h a ilha está novamente submergida, agora pela saliência formada pela inércia. A cerca de uma hora após a meia noite do próximo dia a ilha retorna para as águas rasas, onde tudo começou.

Como a rotação da Terra abaixo da saliências de maré produzem as marés alta e baixa. Notar que o ciclo de maré é de 24 horas e 50 minutos de duração em função de que a lua nasce sempre 50 minutos mais tarde todo dia.

As cristas da onda e as depressões que causam as marés altas e baixas, são atualmente muito baixas. Cerca de 2 metros crescendo ou abaixando no nível do mar, e é insignificante em comparação ao grande tamanho do oceano. As saliências viajam cerca de 1.600 km por hora no equador acompanhando o movimento lunar. Teoricamente, o comprimento de onda destas ondas é tão longo, podendo chegar à 20mil km !    As saliências tendem a estarem alinhadas com a lua enquanto a terra gira em torno do seu eixo A chave para entender as marés é ver a terra girando abaixo destas saliências.

Existem complicações em curso, obviamente. Por exemplo, as marés lunares, marés causadas pela interação gravitacional e inercial da terra e da lua, completando seu ciclo em um dia de maré, também chamado de dia lunar. Um ciclo de maré completo dura cerca de 24 horas e 50 porque a lua, a qual exerce grande influência gravitacional, nasce 50 minutos mais tarde todo dia. Então, a maré alta sobe 50 minutos atrasada a cada dia.

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Outra complicação está no fato de que a lua não está exatamente sobre o equador; a cada semana, move-se da posição extrema de 28º ½ o acima da linha do equador para 28º ½ abaixo. Se a lua está acima da linha do equador, a saliência se ajustará de acordo (como na figura 4). Quando a lua está a 28º ½ o ao norte do equador, uma ilha ao norte do equador passará através da saliência em um lado da Terra, mas perderá a saliência do outro lado. Durante um dia, a ilha passará pela maior maré alta, pela maré baixa, por uma maré alta pequena e outra maré baixa. Isto é mostrado na figura 5.

As saliências seguem a lua. Quando a posição da lua está acima do equador, a saliência acompanha a lua e também localiza-se acima do equador. A saliência inercial está do lado oposto correspondente.

O papel do Sol 

A gravidade do sol também atrai partículas sobre a terra. O sol tem 27 milhões de vezes mais massa que a lua, porém a lua, está 387 vezes mais próxima da terra do que o sol; e a influência do sol sobre as marés é de apenas a metade a da lua. Pequenas saliências solares tendem a seguir o sol através do dia, sendo chamadas de marés solares, provocadas pela interação gravitacional e inercial da terra com o sol. Como a lua, o sol também aparece movendo-se acima e abaixo da linha do equador (23º ½ norte, 23º ½ sul); e as posições das saliências solares variam como aquelas saliências lunares.

A terra gira em torno do sol apenas uma vez ao ano; porém a posição das saliências solares acima e abaixo do equador muda muito menos que a posição das saliências lunares.

A mudança de posição da lua em relação ao equador terrestre produz a maiores e menores marés altas.

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Sol e Lua juntos

O oceano responde simultaneamente a inércia da força gravitacional tanto da lua como do sol. Se a Terra, lua e sol estão alinhados (como mostra a figura abaixo), as marés lunares e solares serão aditivadas resultando na maior maré alta e na menor maré baixa. Mas se a lua, a Terra e o sol formarem um ângulo reto, a maré solar tenderá a diminuir a maré lunar. Em função da contribuição da lua ser mais do que duas vezes a do sol, a maré solar não cancelará completamente a maré lunar. As grandes marés causadas pelo alinhamento do sol, Terra e lua são chamadas de marés de sizígia (spring tides).

Durante estas marés, as marés altas são muito altas e as marés baixas são muito baixas. Isto ocorre em um intervalo de uma semana correspondendo às fases da lua cheia e nova. As marés de quadratura (neap tides) ocorrem quando a lua, a Terra e o sol formam um ângulo reto. Durante estas marés, as marés altas não são muito altas e as marés baixas não são muito baixas. Marés de quadratura se alternam em com as marés de sizígia.

Em função das órbitas não serem círculos perfeitos, a lua e o sol estão mais próximos da terra alguma vezes que outras. A diferença é significante – cerca de 25 mil km em alguns casos da lua. Por causa da intensidade da atração gravitacional ser inversamente proporcional a quadrado da distância entre os corpos, quanto mais próximo a lua está, maior será a amplitude da maré. Se a lua e o sol estão próximos à mesma latitude, e se a Terra se encontrar próxima ao sol, marés de sizígia extremas ocorrerão.

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1 – Maré de sizígia

Posições relativas do sol, lua e Terra durante a maré de sizígia e de quadratura. Nas luas nova e cheia, as marés lunares e solares reforçam uma a outra, produzindo as maiores marés altas e as menores marés baixas. Nas luas de quarto minguante e quarto crescente, o sol, a lua e a Terra formam um ângulo reto, criando as menores marés altas as maiores marés baixas.

2 – Maré de quadratura à direita

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Bibliografia

Garrison, T. 1998. Oceanography. A invitation to Marine Science. 2nd e.d Wadsworth. Belmont.

Créditos

Artigo gentilmente cedido pelo Professor Eduardo Marone, do Centro de Estudos do Mar, da Universidade Federal do Paraná – UFPR

Redação
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