Physikalische Erklärung

Die Anziehungskraft des Mondes ist auf der dem Mond zugewandten Seite der Erde aufgrund der geringeren Entfernung zum Mond größer als auf der dem Mond abgewandten Seite. Sie beruht darauf, dass die Gravitationskraft mit der Entfernung abnimmt.Die physikalische Ursache der Gezeiten ist die Gezeitenkraft. Durch die daraus resultierenden Kräfteverhältnisse ergeben sich an diesen beiden Stellen jeweils ein Gezeitenberg und in den Gebieten dazwischen Gezeitentäler. Dieser Effekt kann nicht einfach mit der Kraftwirkung erklärt werden.

Da die Erde 81 Mal so schwer ist wie der Mond, befindet sich dieser Schwerpunkt im Abstand von nur 4740 km vom Erdmittelpunkt und damit noch im Inneren der Erde mit ihrem Radius von 6378 km.Eine anschauliche Erklärung für die an verschiedenen Orten der Erde wirkenden Gezeitenkräfte ist nicht ganz einfach: Genau betrachtet kreist nicht nur der Mond um die Erde, sondern Erde und Mond kreisen synchron um einen gemeinsamen Schwerpunkt. Eine solche Kreisbewegung der Erde als starres Ganzes erfordert auf jeden einzelnen Massenpunktes der Erde eine ganz bestimmte Kraftwirkung, die aber das inhomogene Gravitationsfeld des Mondes nicht an jeder Stelle exakt liefern kann. Die Differenz dieser Kräfte führt zu einer Verformung der Erde und den Gezeiten.

An allen anderen Stellen ergibt jedoch die Summe aus Mondanziehung und dieser Fliehkraft gerade das Kraftfeld, das zu Ebbe und Flut führt. Alle Punkte der Erde vollführen dabei synchron die selbe Bewegung wie der Erdmittelpunkt nämlich eine Kreisbewegung mit einem Radius von 4740 km. Die Bewegung der Erde reduziert sich in diesem Fall auf eine Bewegung, bei der ihr Zentrum um den gemeinsamen Schwerpunkt kreist, während sie gleichzeitig ihre Orientierung im Raum beibehält, anstatt zu rotieren (so genannte Revolution ohne Rotation). Es ist daher für das Verständnis der relevanten Kräfte hilfreich, die Erde im Rahmen der folgenden Überlegung als nicht rotierend zu betrachten, und damit diese Fliehkräfte zu eliminieren. Da diese jedoch am Äquator überall gleich groß und radial nach außen gerichtet sind, tragen sie nicht zu den Gezeiten bei.Da sich die Erde gleichzeitig einmal pro Tag um sich selbst dreht, treten zusätzliche Fliehkräfte auf. Daher ist auch die damit verbundene Fliehkraft überall auf der Erde gleich. Sie ist stets vom Mond weg gerichtet. Im Erdmittelpunkt wird sie exakt durch die zum Mond hin gerichtete Anziehungskraft des Mondes kompensiert.

Die zugehörige Flut wird auch Zenitflut genannt. Bei einer vollständig mit Ozean bedeckten Erde ergäbe sich eine Höhenvariation von etwa 50 cm.Da die Anziehungskraft des Mondes auf der dem Mond zugewandten Seite größer ist, ergibt diese Summe dort eine dem Mond zugewandte Kraft, und da sie auf der entgegengesetzten Seite schwächer ist, ergibt sie dort eine vom Mond abgewandte Kraft. Diese Kräfte ziehen die Erde gewissermaßen in die Länge und führen dort zu jeweils einem Flutberg, wobei sich die Erde im Bereich zwischen diesen Flutbergen entsprechend verjüngt. Da die Mondanziehung zur dem Mond zugewandten Seite hin rascher zunimmt als sie gegenüber abnimmt, ist der Flutberg dort etwa 7% höher.

Die Verhältnisse werden oft irreführend so dargestellt, als würde die vom Mond weg gerichtete Fliehkraft die Ozeane zur dem Mond abgewandten Seite drängen und damit den Flutberg dort bewirken. Dabei wird jedoch übersehen, dass diese Fliehkraft nicht nur auf die Ozeane wirkt sondern auch auf die Erde darunter und ferner überall auf der Erde den selben Wert hat, wie obige Überlegung zeigt. Sie kann daher nicht die Ursache einer Verformung der Erdoberfläche sein, anders als die Anziehungskraft des Mondes. Das gleiche gilt auch für die Fliehkraft, die bei einer echten Rotation der Erde einmal im Monat um den gemeinsamen Schwerpunkt auftreten würde, da sie sich von der obigen nur um eine radial nach außen gerichteten Komponente ohne Relevanz für Ebbe und Flut unterscheidet.

eine Stunde. Im freien Ozean, wie beispielsweise bei den Azoren, beträgt diese Variation ca.Da die Erde sich innerhalb 24 Stunden einmal um sich selbst dreht und damit unter den beiden Flutbergen hindurch, gibt es zweimal täglich Flut und Ebbe. Der Abstand zwischen zwei Tidehochwässern beträgt jedoch nicht 12, sondern etwa 12 Stunden 25 Minuten, da der Mond auf seiner Bahn um die Erde täglich ein Stück weiterrückt, so dass er seine scheinbare Bahn am Himmel im Mittel 50 Minuten später durchläuft. Aufgrund der Küstenmorphologie (siehe unten), der Neigung der Erdachse und der elliptischen Bahn des Mondes um die Erde treten zusätzlich Variationen in den Abständen aufeinander folgender Hoch- und Tiefwasserstände auf. In Flussmündungen sind die Variationen größer, in Hamburg beispielsweise bis über zwei Stunden. infolge Bildung von Knoten (siehe unten) können sie aber auch niedriger ausfallen. So beträgt diese Variation beispielsweise in Wilhelmshaven ca. 40 Minuten.

von den auftretenden Strömungs- und Wellenprozessen überlagert. Die Wasserströmung führt zu einer Materialverschiebung in den Ozeanen, in die Tidenberge hinein. Dieser Gewichtsverlust bewirkt in den Gebieten der Gezeitenkraft eine Druckminderung im Wasser der Ozeane, so dass eine Wasserströmung ausgelöst wird.1 Mikrogramm pro Kilogramm. Vielmehr verliert das Wasser in den Gebieten, in denen die Gezeitenkraft wirkt, an Gewicht. Der Mond kann also das Wasser auf keinen Fall direkt anheben.Es ist aber nicht so, dass der Mond, bzw. die Gezeitenkraft, das Wasser der Ozeane direkt anheben könnte. Die Gezeitenkraft des Mondes in den Ozeanen entspricht etwa 0,0000001 (10^-7) der Kraft, welche die Erde durch ihre Gravitation auf das Wasser in den Ozeanen ausübt. Der Gewichtsverlust (nicht Massenverlust) entspricht dort etwa dem Gewicht von 0. Im (nicht realen) statischen Fall, also bei einer nicht rotierenden Erde, würde dieser prozess solange fortgesetzt werden, bis die Oberfläche des Ozeans eine Äquipotentialfläche im kombinierten Gravitationsfeld von Erde und Mond angenommen hat. Diese Äquipotentialfläche liegt im Maximum etwa 60 cm höher als die ungestörte Oberfläche der Ozeane. Real wird dieser statische Zustand wegen der Erdrotation nicht erreicht, bzw. Die Gezeitenkraft ist aber die Anregung des gesamten Vorgangs.

Das gilt natürlich auch für das Wasser der Ozeane, wo die Strömungen der Gezeiten offensichtlich sind. Wie in jeder Flüssigkeit, so werden durch diese Druckschwankungen im Erdinneren Materialströmungen ausgelöst. Genau wie in den Ozeanen kommt es im flüssigen Material des Erdinneren zu Druckschwankungen, die im gesamten flüssigen Volumen des Erdinneren auftreten. Die Gezeitenkräfte wirken auf das gesamte Volumen der Erde ein.Da ein Teil des Erdkerns flüssig und Erdmantel und -kruste elastisch sind, führen die Gezeitenkräfte auch zu einer Verformung der Erdoberfläche. Die Gezeitenkraft wird mit zunehmender Tiefe immer schwächer, der Druckunterschied zu den Regionen ohne Gezeitenkraft nimmt jedoch mit der Tiefe zu. Die Druckänderungen erfolgen mit der Periode der Gezeitenkraft. Da es sich dabei um die Strömung einer leitenden Flüssigkeit im Magnetfeld der Erde handelt, sind Effekte aus der Magnetohydrodynamik (MHD) zu erwarten. Schwankungen im Magnetfeld der Erde sind abhängig von Mond- und sonnenstand, und können zum Teil mit diesem magnetohydrodynamischen Effekt erklärt werden.

Die Verformung der Erdoberfläche erfolgt mit einer Verzögerung von etwa zwei Stunden, aber immerhin mit einer Vertikalbewegung von 20 bis 30 Zentimetern.

Ebbe und Flut stellen zum Teil die Differenz zwischen den Bewegungen der meere und der Erdkruste dar, und sind zum anderen Teil eine Folge der komplexen (von der Geografie abhängigen) Strömungs- und Wellenvorgänge in den Weltmeeren, die durch die Gezeitenkraft angeregt werden.Die Meere können den Gezeitenkräften leichter folgen, insbesondere auch ihren horizontalen Komponenten, die vor und hinter den Flutbergen auftreten.

Die Gezeiten regen im Erdinneren kontinuierlich eine stehende seismologische Welle an, die mit Seismografen gemessen werden kann, sofern diese für die Messung langperiodischer Signale ausgelegt sind (vergleiche Erdspektroskopie).

Die Verformung der Erde durch die Gezeitenkraft ist weitaus geringer als die Erdabplattung von 21 km als Folge der Erdrotation, die jedoch nicht auffällt, da sie statisch ist.