Potvynis ir atoslūgis

Potvynių ir atoslogių mechanizmas

Reguliarius jūrų potvynius ir atoslūgius sukelia Mėnulio ir Saulės gravitacijos jėgos. Mėnulio gravitacinė jėga (dvigubai stipresnė už Saulės jėgą) išgaubia vandenyną ties tuo dienovidiniu, ties kuriuo jis kybo. Tuo pačiu metu vandenynas išsigaubia ir priešingoje Žemės pusėje. Žemė apsisuka apie savo ašį per apie 24 valandas, tačiau dėl Mėnulio sukimosi orbitoje ta pačia kryptimi Mėnulio sukeltos potvynio bangos Žemės paviršiumi perbėga per 24 val. 50 min, per tą laiką Žemėje įvyksta du potvyniai ir du atoslūgiai.
Kai Žemė, Mėnulis ir Saulė yra vienoje linijoje, kyla siziginiai potvyniai, kurių metu dėl jungtinės gravitacinės traukos poveikio vanduo pakyla ypač aukštai, o per atoslūgį nuslūgsta ypač žemai, taigi ekstremalių lygių skirtumas tampa labai didelis.
Mažiausi yra kvadratūriniai potvyniai, kurie kyla tada, kai Saulės, Žemės ir Mėnulio padėtis sudaro statų kampą.
Potvynių galią lemia ne tik Saulės ir Mėnulio padėtis Žemės atžvilgiu, bet ir jų nuotolis nuo Žemės. Kai Mėnulis yra perigėjuje, potvynių ir atoslūgių diapazonas padidėja, o kai apogėjuje – sumažėja.
Mėnulio trauka įvairiose Žemės paviršiaus vietose yra nevienoda: juo atstumas iki Mėnulio didesnis, tuo trauka silpnesnė. Šis poveikio skirtumas perteiktas diagramoje: čia matome, kad didžiausia jėga veikiamas planetos paviršius ties pusiauju, sukeliant vanduo „gumbą“, o nuo abiem ašigaliams artimų sričių vanduo „atitraukiamas“. Analogiškas yra ir Saulės gravitacinis poveikis.
Vandenyno paviršius, esantis „po Mėnuliu“, yra arčiau Mėnulio negu kietas Žemės paviršius (pluta), todėl yra traukiamas stipriau ir pakyla. Kitoje Žemės rutulio pusėje esančiame taške veikia priešingas efektas: vanduo yra toliau nuo Mėnulio, negu kietas paviršius, taigi yra silpniau traukiamas, todėl atitolsta, irgi savo ruožtu iškildamas. Šios abi jėgos yra maždaug vienodo dydžio.
Šoninėje padėtyje esantį vandenyno paviršių veikiančios gravitacinės jėgos vektorius yra lygiagretus Žemės paviršiui, o jo dydis yra apie viena milijoninė Žemės gravitacijos dalis.

Potvynių amplitudė

Jeigu visą Žemės paviršių dengtų vienodo gylio vandenynas ir nebūtų sausumos, šio vandenyno paviršiumi keliautų du išsipūtimai: vienas (didesnis), atkreiptas į Mėnulį bei jo „antipodas“ priešingoje planetos pusėje ir antras (mažesnis), atkreiptas į Saulę ir atitinkamai jo „antipodas“ kitoje Žemės pusėje. Mėnulio potvynio teorinis lygis būtų iki 54 cm, o Saulės potvynio – 25 cm. Tokiu atveju siziginis potvynis būtų 79 cm, o kvadratūrinis – 29 cm. Kadangi Žemė aplinkui Saulę ir Mėnulis aplinkui Žemę skrieja eliptinėmis orbitomis, teorinių potvynių amplitudė priklausomai nuo šių dangaus kūnų tarpusavio atstumų svyruotų apie ±18 % (Mėnulio poveikis) ir apie ±5 % (Saulės poveikis). Jeigu Saulė ir Mėnulis vienu metu būtų artimiausiuose įmanomuose taškuose prie Žemės, potvynio aukštis pakiltų iki 93 cm.
Faktiškai atviroje jūroje potvynis būna iki vieno metro, o uždarose jūrose – gerokai silpnesnis. Pavyzdžiui, Viduržemio jūroje potvynis siekia iki 30 cm, o Botnijos įlankoje tik keliolika centimetrų.
Potvynių intensyvumas priklauso ne tik nuo gravitacijos jėgos stiprumo, bet ir nuo vandenynų dubens ir sausumos formų. Sekliose jūrose potvyniai pakyla iki 6 m, o upių – iki 12-15 m. Didžiausi potvyniai registruojami Fandžio įlankoje Kanadoje (apie 16 m) ir Ungavos įlankoje (apie 17 m).
Tikrosios vandenyno povynių amplitudės skiriasi nuo teoriškai apskaičiuotųjų ne tik dėl nevienodo vandenynų gylio ir potvynio bangą trikdančių žemynų, bet ir dėl to, kad potvynio bangos sklidimo greitis yra artimas potvynių ciklui, t. y. ji per 30 valandų nueina atstumą, lygų pusei Žemės perimetro. Jeigu Mėnulis staiga išnyktų ir planetos paviršiuje nebūtų žemynų, okeanų lygis svyruotų 30 valandų periodu, palaipsniui slopdamas. Šis 30 valandų ciklas priklauso nuo Žemės gravitacijos ir perimetro bei vidutinio vandenynų gylio.
Aukščiausias potvynio taškas nebūtinai sutampa su Mėnuliu padėtimi, kadangi gravitacinis poveikis stipriausias yra ties pusiauju, ir jo sukelta potvynio banga netrikdoma keliauja išilgai pusiaujo. Tačiau pasiekti tolesnes pietines ir šiaurines platumas jai reikia laiko, pavyzdžiui, Šiaurės jūrą potvynio banga pasiekia tik per dvi paras nuo 1-osios ir 3-osios Mėnulio fazės.
Potvynių priežastis pirmasis moksliškai išaiškino Izaokas Niutonas (Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, 1687).