• flóð og fjara, sjávarföll,
    Flóð við Stykkishólm. Mynd: Stjörnufræðivefurinn/Andri Ómarsson

Sjávarföll

Flóð og fjara

Sjávarföll, eða flóð og fjara, er reglubundið ris og hnig sjávar sem rekja má til þyngdartogs tungls og sólar. Mismunurinn á þyngdarkraftinum, sem verkar á alla hluta Jarðar, veldur því að hafið bungast út. Þegar Jörðin snýst í gegnum bungurnar tvær verða flóð og fjara. Tunglið hefur mest áhrif á sjávarföll en áhrif sólar eru rúmlega helmingi minni. Vegna möndulhalla Jarðar verður sumstaðar flóð aðeins einu sinni á sólarhring þótt víðast hvar sé flóð tvisvar á sólarhring með rúmlega 12 stunda millibili. Flóðkraftar valda því að Jörðin hægir smám saman á snúningi sínum og að tunglið fjarlægist Jörðina.

sjávarföll, flóð, fjara,
Fjara í Reykjavíkurhöfn. Mynd: Stjörnufræðivefurinn/Sverrir Guðmundsson

Afstaða tungls til sólar ræður því hvenær munur flóðs og fjöru er mestur (stórstreymi) eða minnstur (smástreymi)[19]. Þegar tungl er nýtt eða fullt (sól, tungl og Jörð í línu) leggjast flóðkraftar tungls og sólar saman sem leiðir til stórstreymis. Þegar tungl er hálft (sól, tungl og Jörð mynda 90 gráðu horn) vegur sólin upp á móti þyngdartogi tunglsins sem leiðir til smástreymis. Flóðkraftar eru sterkastir þegar tunglið er í jarðnánd (og Jörðin í sólnánd) en veikastir þegar tunglið er jarðfirð (og Jörðin í sólfirð).

Á Jörðinni er mestur munur á flóði og fjöru tæplega 17 metrar í Fundy flóa í Kanada [1].  Á Íslandi er munurinn mestur rúmir 4 metrar við stórstreymi á nokkrum stöðum við Breiðafjörð.

Í Reykjavík er munur flóðs og fjöru tæpir 4 metrar í stórstreymi. Minnstur er munurinn á Höfn í Hornafirði þar sem hann er um 1 metri í stórstreymi [2]. Þessar tölur eru miðaðar við meðalloftþyngd en loftþrýstingur hefur áhrif á flóðhæð.

sjávarföll, flóð, fjara,
Flóð í Reykjavíkurhöfn. Mynd: Stjörnufræðivefurinn/Sverrir Guðmundsson

Á Íslandi er mesti tímamunur á sjávarföllum rúmar sex klukkustundir. Ef flóð er í Reykjavík klukkan 12 er flóð í Vopnafirði tæplega sex stundum fyrr (tæplega 6 að morgni).

Í sjávarföllum er fólgin mikil orka sem menn hafa gert tilraunir til að beisla. Orkan er enda endurnýjanleg og umhverfisvæn og fæst með því að breyta hreyfiorku sjávarfallastrauma í rafmagn.

Sjávarföll hafa frá alda öðli vakið eftirtekt sæfarenda og fólks sem bjó við strendur. Flóð gátu enda ógnað byggð og valdið spjöllum en þau höfðu líka áhrif á fæðu, svo sem kræklinga og fjörugrös, sem sækja mátti í fjöruna. Menn reyndu því snemma að spá fyrir um sjávarföll út frá göngu tungls og sólar[19].

1. Orsök sjávarfalla

Stykkishólmur, flóð, fjara, sjávarföll
Háfjara og háflóð við Stykkishólm. Mynd: Stjörnufræðivefurinn/Andri Ómarsson

Lengst af var skilningur manna á sjávarföllum mjög rýr þótt snemma hafi þau verið tengd gangi tunglsins. Galíleó Galílei hafnaði tunglskýringunni og setti fram tilgátu að sjávarföll væru af völdum göngu Jarðar um sólu. Honum tókst hins vegar ekki að færa sönnur á tilgátuna þrátt fyrir tilraunir. Það var ekki fyrr en enski eðlisfræðingurinn Ísak Newton setti fram aflfræði sína í Principia árið 1687 að fullnægjandi skýring fékkst á sjávarföllum og hvers vegna flóð og fjara verða tvisvar á dag[3].

Newton áttaði sig á að sjávarföll verða fyrir tilverknað flóðkrafta sem rekja má til þyngdartogs tungls og sólar. Tunglið hefur mest áhrif á sjávarföll. Þótt sólin sé miklu stærri er hún mun lengra í burtu og leggur aðeins til 46% af þeim krafti sem tunglið leggur til. Flóð og fjara á Jörðinni er síðan samanlögð áhrif flóðkraftanna frá tunglinu og sólinni[5][6].

flóðkraftar, sjávarföll, þyngdarkraftur
Flóðkraftar á Jörðinni verða til vegna þess að tunglið togar með mismiklum krafti í alla hluta Jarðar. Krafturinn er háður fjarlægðinni frá miðju tunglsins. Þannig togar tunglið með meiri krafti í þá hlið sem snýr að tunglinu en miðju Jarðar. Mynd úr An Introduction to Modern Astrophysics, 2nd edition, eftir Carroll og Ostlie

Þyngdarkrafturinn er aðdráttarkraftur milli massa. Stærð hans er háður massa hnattanna og fjarlægðarinnar á milli þeirra. Þyngdarkrafturinn ræður ekki aðeins hreyfingum reikistjarna og tungla heldur veldur líka spennu á hnettina og aflagar þá. Þótt aflögunin sé alla jafna tiltölulega lítil þarf mikla orku til að aflaga stóran hnött eins og Jörðina.

Hugsum okkur að við vildum reikna út þyngdartog tunglsins á Jörðina. Við þyrftum einfaldlega að reikna út togið á tilteknum punktum á Jörðinni. Sú hlið Jarðar sem snýr að tunglinu er 6.400 km nær því en miðja Jarðar og 12.800 km nær því en sú hlið sem snýr frá tunglinu. Tunglið togar þess vegna með meiri krafti í þá hlið sem snýr að tunglinu en miðju Jarðar og enn minni krafti í þá hlið sem snýr frá tunglinu. Bæði styrkur og stefna þyngdartogs tunglsins breytist því eftir því hvar maður er á Jörðinni. Þetta eru hinir svokölluðu flóðkraftar.

Þessi mismunur á þyngdartoginu aflagar bæði hina föstu Jörð og hafið. Meðalaflögun jarðskorpunnar vegna þyngdartogs tunglsins er aðeins um einn metri en hafið hækkar líka um einn metra í viðbót í átt að tunglinu. Með öðrum orðum veldur mismunurinn á þyngdartogi tunglsins yfir alla Jörðina því, að hafið á þeim hliðum sem snúa að og frá tunglinu bungast út. Segja má að hafið sé þess vegna eins og amerískur fótbolti í laginu.

flóðkraftar, sjávarföll, þyngdarkraftur
(a) Þyngdartog tunglsins á Jörðina. Örvarnar sýna mismuninn á styrk togsins miðað við fjarlægð frá tunglinu. Togið er veikast á þeirri hlið sem snýr frá tunglinu en sterkast á þeirri hlið sem snýr að tungli. (b) Mismunurinn á þyngdartogi tunglsins miðað við miðju Jarðar. Jörðin og hafið bungast út til beggja hliða í línu við tunglið og verður eins og amerískur fótbolti í laginu. Jörðin snýst einu sinni á sólarhring í gegnum bungurnar svo hafið rís og hnígur víðast hvar tvisvar á dag. Mynd úr An Introduction to Modern Astrophysics, 2nd edition, eftir Carroll og Ostlie

Ein leið til að fá tilfinningu fyrir stærð og stefnu þessara flóðkrafta er að nota vigra til að reikna út kraftinn sem tunglið hefur á mismunandi punkta á Jörðinni og kraftinn sem verkar á miðju Jarðar. Þegar það er gert fæst mynd eins og sú sem sést hér til hliðar.

Kraftarnir verka á Jörðina á tvennan hátt: (1) Þeir teygja á Jörðinni í átt að línunni milli miðju Jarðar og miðju tunglsins og (2) þeir færa efni, sér í lagi vökva, í átt að línunni milli miðju Jarðar og miðju tunglsins. Bæði þessi áhrif leiða til tveggja flóðbungna á sitthvorri hlið Jarðar.

Jörðin snýst einu sinni á sólarhring í gegnum þessar tvær bungur svo hafið rís og hnígur víðast hvar tvisvar á dag. Þegar Jörðin snýst undir flóðbungunum rekst vatnið á landgrunninn og magnast upp. Þess vegna geta flóð við strendur orðið miklu hærri en sem nemur meðalhæð flóðbungunnar sjálfrar. Þetta er einnig ástæða þess að sjávarföll í Miðjarðarhafinu eru fremur lítil; þar er nánast ekkert sem magnar þau upp.

Mikilvægt er að hafa í hug að þyngdarkraftarnir einir eiga sök á sjávarföllum. Í mörgum kennslubókum á öllum skólastigum, líka háskólastigi, er ranglega sagt að flóðbunguna á gangstæðri hlið Jarðar frá tunglinu megi einnig rekja til hreyfingu Jarðar um sameiginlega þyngdarmiðju tungls og Jarðar (miðflóttakrafts). Þessi misskilningur er útbreiddur. Miðflóttakrafturinn kemur ekkert við sögu. Það eina sem máli skiptir er mismunur á þyngdartogi tungls eða sólar eftir fjarlægð frá tungli eða sól[18].

1.1 Stórstreymi

sjávarföll, flóð og fjara, stórstreymi, tungl, sólin, jörðin
Stórstreymt. Þegar tungl er fullt eða nýtt eru sól, tungl og Jörð í beinni línu. Þá leggjast flóðkraftar sólar og tungls saman og úr verður stórstreymi. Myndin er augljóslega ekki í réttum hlutföllum. Mynd: Stjörnufræðivefurinn/W. H. Freeman

Þegar sólin, tunglið og Jörðin eru um það bil í beinni línu (kallað okstaða), sem gerist við nýtt tungl og fullt tungl, leggjast flóðkraftar sólar og tungls saman. Flóðbungurnar stækka og það verður stórstreymt.

Fjarlægð tungls frá Jörðinni hefur einnig áhrif á flóðkraftana. Tunglbrautin er sporöskjulaga og sveiflast fjarlægðin um um það bil 50.000 km. Einu sinni í mánuði, þegar tunglið er næst Jörðu (kallað jarðnánd), er flóðkrafturinn mestur. Tveimur vikum síðar, þegar tunglið er fjærst Jörðu (í jarðfirð), eru flóðkraftarnir minnstir.[5][6].

Sama gildir um fjarlægð Jarðar frá sólinni. Þegar Jörðin er næst sólinni (í sólnánd), í kringum 3. janúar ár hvert, eru flóðkraftarnir meiri. Þegar Jörðin er fjærst sólu (í sólfirð), í kringum 4. júlí ár hvert, eru flóðkraftarnir minni[5][6].

Flóðhæðin er með öðrum orðum mest þegar tungl er fullt eða nýtt og næst Jörðu á sama tíma og Jörðin er næst sólu. Slíkt er þó fremur fátítt.

Hafa ber í huga að óregluleg skipan hafa og þurrlendis veldur því að flóðbungurnar tvær eru ekki alltaf í beinni línu við tunglið og sólina. Það veldur því að flóð á tilteknum stað þegar tungl er nýtt getur verið nokkrum klukkustundum eftir að tungl er í hásuðri.

1.2 Smástreymi

sjávarföll, flóð og fjara, smástreymi, tungl, sólin, jörðin
Þegar Jörðin er hornrétt á tungl og sól vega flóðkrftar tungls og sólar á móti hvor öðrum og úr verður smástreymi. Myndin er augljóslega ekki í réttum hlutföllum. Mynd: Stjörnufræðivefurinn/W. H. Freeman

Við fyrsta eða þriðja tunglkvartil (þegar tungl er hálft vaxandi eða minnkandi) mynda sólin, tungl og Jörð rétt horn svo flóðkraftar tungls og sólar vega hvor á móti öðrum. Flóðbungan minnkar og við það verður smástreymt. Þetta gerist alltaf viku eftir fullt eða nýtt tungl, því tungl er alltaf hálft viku síðar[5][6].

Í hverjum mánuði er tvisvar sinnum smástreymt og tvisvar sinnum stórstreymt. Upplýsingar um dags- og tímasetningar er að finna í Almanaki Háskóli Íslands.

1.3 Tími milli sjávarfalla (tungldægur)

Á flestum stöðum á Jörðinni verða tvö flóð og tvær fjörur hvert tungldægur. Tungldægur er sá tími sem líður milli þess að tunglið er aftur yfir sama punkti á Jörðinni.

Tungldægur er 50 mínútum lengra en sólarhringurinn eða 24 klukkustundir og 50 mínútur. Tunglið snýst um Jörðina í sömu átt og Jörðin snýst um sjálfa sig en Jörðin er auka 50 mínútur að „ná“ tunglinu.

Á einu tungldægri snýst Jörðin í gegnum tvær flóðbungur. Á flestum stöðum á Jörðinni verða því tvö flóð og tvær fjörur á 24 klukkustundum og 50 mínútum eða svo. Með um 12,5 klukkustunda millibili verða tvö flóð en þess á milli fjara. Það tekur rúmar 6 klukkustundir að flæða að og fjara út aftur[5][6][7].

2. Aðrir þættir sem hafa áhrif á sjávarföll

Ef Jörðin væri fullkomin kúla án meginlanda og hefði auk þess hvorki möndulhalla né mismikinn loftþrýsting, væri auðvelt að spá fyrir um og skilja sjávarföll: Tvö jafnstór flóð og tvær jafnstórar fjörur yrðu víðast hvar á Jörðinni (ekki heimskautunum) hvert tungldægur. Þetta er því miður ekki svona einfalt því ýmsir þættir hafa áhrif á tímasetningar og stærðir sjávarfalla, til dæmis möndulhalli, veður og fyrirstöður í sjó eins og meginlönd, eyjur og sker.

Vegna þess hve flóknir þessir áhrifaþættir eru, breytast tímasetningar og stærðir sjávarfalla töluvert meðfram ströndum. Engu að síður er hægt að spá fyrir um þau[5].

2.1 Áhrif möndulhalla Jarðar á sjávarföll

Afstaða tungls og sólar miðað við miðbaug Jarðar breytist mánaðarlega og yfir árið sem hefur áhrif á flóðhæð og styrk sjávarfallastrauma.

Braut tunglsins hallar 5 gráður miðað við brautarflöt Jarðar (sólbauginn) svo tunglið er alltaf mjög nálægt sólbaugnum. Sólbaugurinn hallar hins vegar 23,4 gráður miðað við miðbaug Jarðar (vegna möndulhallans) svo sólin færist undir og yfir hann yfir árið. Á sama hátt nær tunglið sinni mestu hæð norður yfir eða suður undir miðbaug Jarðar á tveggja vikna fresti. Tvisvar í mánuði sker tunglið svo miðbaugsflötinn, þ.e. er beint yfir miðbaug Jarðar[8].

Snúningsás Jarðar er ekki samsíða brautarflötum tunglsins og Jarðar svo tiltekinn staður á Jörðinni getur farið dýpra inn í sjávarfallabunguna á einum tíma dags en öðrum. Þetta veldur því að á tilteknum stað getur flóðhæð orðið mismikil yfir daginn, t.d. getur árdegisflóðið orðið hærra en síðdegisflóðið.

Til að sjá þetta fyrir sér er gott að hafa í huga að sjávarfallabungan er eins og amerískur fótbolti í laginu og Jörðin er kúla í miðju hans. Jörðin hallar 23,5 gráður miðað við þessa sporöskjulögun flóðbungunnar svo ef maður er staddur á tiltekinni breiddargráðu, t.d. á Íslandi, fer hann misdjúpt inn í flóðbunguna yfir árið.

Möndulhalli Jarðar veldur því að á sumrin á Íslandi, þegar norðurhvelið snýr að sólinni, fer landið dýpra inn í flóðbunguna síðdegis en árdegis. Þess vegna er síðdegisflóðið stærra en árdegisflóðið á sumrin. Á veturna snýst þetta við. Þá snýr norðurhvelið frá sólinni og Ísland fer dýpra inn í flóðbunguna á morgnana. Þess vegna er árdegisflóðið stærra en síðdegisflóðið á veturna.

Á jafndægrum snýr möndullinn hornrétt á stefnuna til sólar og tunglsins svo munurinn á árdegis- og síðdegisflóði er miklu minni en um sólstöður[9].

Væri möndulhalli Jarðar enginn og tunglið alltaf í brautarfleti Jarðar, þá væri tunglið alltaf við miðbaug og sjávarfallabylgjan mest þar en minni nyrst og syðst á Jörðinni. Flóðbungurnar yrðu þá aðeins breytilegar vegna breytilegrar fjarlægðar tungls og sólar.

2.2 Áhrif vinds og loftþrýstings á sjávarföll

Þriðjudaginn 9. janúar árið 1990 gekk djúp lægð yfir Ísland á sama tíma og flóðhæð var mikil. Í suðvestanáttinni sem fylgdi lægðinni kom mikið sjávarflóð sem olli miklu eignatjóni. Á Stokkseyri, Eyrarbakka og í Grindavík skemmdust hafnarmannvirki og hús þegar sjór braust í gegnum flóðvarnargarða og gekk langt upp á land. Í Sandgerði brann fiskverkunarhús til kaldra kola. Þrír menn, einn í Grindavík og tveir í Sandgerði, voru hætt komnir í sjávarháska í aftakaveðrinu en komust lífs af[10].

Þessi atburður sýnir vel hversu skelfilegar afleiðingar veður og loftþrýstingur getur haft á sjávarhæð á sama tíma og flóðhæð er mikil (stórstreymt). Í lægð hnígur loftþrýstingur svo mjög að yfirborð sjávar rís. Töflur yfir sjávarföll eru reiknaðar út miðað við meðalloftþyngd. Falli loftþrýsingur um 10 millibör má búast við hækkun sjávarborðs um 0,1 metra og öfugt[11]. Gerist það á sama tíma og stórstreymt er, getur sjór gengið á land. Þá verða strandflóð eða sjávarflóð eins og dæmin sanna.

Vindur hefur einnig áhrif á sjávarhæð. Sé vindur af hafi og loftþrýstingur lágur (lægð), verður sjávarhæðin meiri en töflur sýna. Ef vindur er af landi og loftþrýsingur hár (hæð) verður sjávarhæðin lægri.

Hætta á sjávarflóðum um allan heim eykst í takt við hækkandi sjávarborð vegna hnattrænnar hlýnunar. Búast má við að tjón af völdum sjávarflóða verði tíðari í framtíðinni[12].

2.3 Áhrif meginlanda, eyja og flóa á sjávarföll

Fjarlægðir og afstaða sólar, tungls og Jarðar ráða mestu um umfang sjávarfalla. Lega meginlanda og eyja sem eru fyrirstöður á ferðalagi flóðbungnanna í vesturátt geta einnig haft talsverð áhrif á flóðhæð[5].

Þegar flóðbungan rekst á strendur meginlanda getur flóðhæðin magnast. Við eyjar í opnu úthafi er mesta flóðhæð sjaldnast mikil. Þar sem hún mætir fyrirstöðu í úthöfunum, t.d. eyju eins og Íslandi, fer bylgjan í kringum fyrirstöðuna og magnast vestan megin við hana. Þess vegna er flóðhæð mun meiri á Vesturlandi en Austurlandi. Flói eins og Fundyflói í Kanada mjókkar eins og trekt og veldur því að flóðhæðin þar er sú mesta á Jörðinni, um 17 metrar[5].

3. Áhrif flóðkrafta á snúning Jarðar

Sjá nánar: Flóðkraftar

Þegar Jörðin snýst um sjálfa sig berst hin fasta jörð að flóðbylgjunni. Við það myndast núningur milli hafsins og hafsbotnsins sem virkar eins og bremsa sem hægir á snúningi Jarðar. Þetta kallast flóðhemlun og vegna hennar lengist dagurinn um 0,002 sekúndur á öld[5][6][13].

Yfir langan tíma getur núningurinn haft mikil áhrif. Vaxtarhringir í fornum kórölum sýna að fyrir um 390 milljónum ára, á miðju Devontímabilinu, var sólarhringurinn tæpar 22 klukkustundir og þá voru 400 sólarhringar í einu ári. Rannsóknir á ævafornu setbergi (flóðlög) sýna að fyrir 900 milljónum ára var sólarhringurinn aðeins 18 klukkustundir[5][6][13].

Að lokum hægir svo á snúningi Jarðar að hún mun alltaf snúa sömu hliðinni að tunglinu (rétt eins og tunglið snýr alltaf sömu hliðinni að Jörðinni í dag).

4. Áhrif flóðkrafta á braut tunglsins

Flóðkraftarnir valda núningi á snúningi jarðar sem dregur úr hverfiþunga og hreyfiorku hennar. Orkan færist yfir á tunglið sem veldur því að það fjarlægist jörðina. Reglubundnar mælingar á fjarlægð tunglsins með leysigeislum sem skotið er frá jörðinni á spegla sem Apollo tunglfararnir skildu eftir á tunglinu sýna að tunglið fjarlægist jörðina um 3,8 cm á ári[5][6][13].

Í fjarlægri framtíð hafa flóðkraftarnir hægt svo á snúningi jarðar að sólarhringurinn verður jafn langur tunglmánuðinum. Báðir verða þá jafngildi 47 núverandi sólarhringa langir. Tunglið fjarlægist jörðina þá ekki lengur og sést aðeins á annarri hlið jarðar. Þetta hefur þegar gerst hjá Plútó og Karoni. Jafnframt verður ekki hægt að sjá almyrkva á sólu því skuggakeila tunglsins mun ekki ná niður á yfirborð jarðar. Sólin verður þá reyndar fyrir löngu orðin rauður risi og hefur ef til vill gleypt jörðina og tunglið.

Skömmu eftir að tunglið varð til var það albráðið. Flóðkraftar Jarðar toguðu með meiri krafti í þá hlið sem sneri að Jörðinni svo tunglið varð örlítið ílangt þegar það storknaði. Þess vegna er skorpan á nærhlið tunglsins þykkari en á fjærhliðinni[5][6][13].

5. Sjávarföll við Ísland

Á Íslandi er flóðhæð mest við Breiðafjörð, rúmir 4 metrar við stórstreymi. Í Reykjavík er munur flóðs og fjöru um 4 metrar í stórstreymi. Minnstur er munurinn á Höfn í Hornafirði þar sem hann er rúmur 1 metri í stórstreymi[2]. Þessar tölur eru miðaðar við meðalloftþyngd.

En hvers vegna er munur á flóði og fjöru meiri á Vesturlandi en Austurlandi?

Flóðbylgjan ferðast frá austri til vesturs. Þar sem hún mætir fyrirstöðu í úthöfunum, t.d. eyju eins og Íslandi, fer bylgjan í kringum fyrirstöðuna og magnast vestan megin við hana. Þess vegna er munur á flóði og fjöru mestur á vesturströnd Íslands en minni en við austurströndina[14].

Það flæðir að Stykkishólmi from Geimstöðin on Vimeo.

Elstu upplýsingar sem til eru um sjávarföll við Ísland er að finna í handriti frá 13. öld, eins og fram kemur í grein Þorsteins Sæmundssonar, stjörnufræðings, um sjávarfallaspár á Íslandi sem birtist í Náttúrufræðingnum árið 2000. Frekari fróðleik um sögu sjávarfallaspáa á Íslandi er að finna í þeirri grein.

Sjómælingasvæði Landhelgisgæslunnar (áður Sjómælingar Íslands) hefur gefið út sjávarfallatöflur frá árinu 1954. Þar er reiknaður tími og hæð flóðs og fjöru í Reykjavík, á Ísafirði, Siglufirði og Djúpavogi auk upplýsinga um tíma- og hæðarmun sjávarfalla í mörgum öðrum höfnum á landinu[11].

Í Almanaki Háskóla Íslands eru flóðtöflur fyrir Reykjavík fyrir alla daga ársins. Auk þess er birt tafla sem sýnir hve mörgum klukkustundum og mínútum á að meðaltali að bæta við eða draga frá tímanum í Reykjavík til að finna tíma flóðs og fjöru annars staðar á landinu.

Á Íslandi er mestur tímamunur á sjávarföllum rúmar sex klukkustundir. Ef flóð í Reykjavík er klukkan 12 á hádegi er flóð í Vopnafirði tæplega sex stundum fyrr eða um klukkan 6 árdegis.

Á vef bresku sjómælingastofnunarinnar er hægt að sjá sjávarföll næstu sjö daga í Reykjavík. Á vef Siglingastofnunar má sjá kort og töflur yfir sjávarföll við Ísland.

6. Leirur

Við háflóð færist strandlínan (mörkin milli sjávar og lands) inn til landsins en við fjöru færist strandlínan í átt til sjávar. Hve mikið strandlínan færist veltur á halla strandarinnar. Ef hallinn er mjög aflíðandi getur staðsetning strandarinnar færst langan veg milli flóðs og fjöru. Það svæði sem kaffærist við háflóð en er þurrt við háfjöru er kallað leirur og þar er heillandi vistkerfi[5].

7. Sjávarfallaorka

sjávarföll, virkjun, sjávarfallaorka, sjávarfallavirkjun, flóð og fjara, hafið
Loftmynd af La Rance virkjuninni í norður Frakklandi, fyrstu sjávarfallavirkjun heims. Mynd: Wikimedia Commons

Í sjávarföllum er fólgin mikil orka sem menn hafa gert tilraunir til að beisla. Orkan er enda endurnýjanleg og umhverfisvæn og fæst með því að breyta hreyfiorku sjávarfallastrauma í rafmagn. Sjávarfallaorkan er mun áreiðanlegri en vind og sólarorka enda óháð veðri en hefur þó þann ókost, að straumurinn dettur reglulega niður á rúmlega 6 klukkustunda fresti[15].

Hefðbundnar sjávarfallavirkjanir líkjast að mörgu leyti venjulegum vatnsaflsvirkjunum með miðlunarlóni. Fyrst er sund eða fjörður þveraður með stíflu og fyrir tilverknað hennar og sjávarfallanna verður sjórinn hærri öðru megin stíflunnar. Þegar sjórinn streymir á milli má nýta fallorkuna sem myndast. Til þess að sjávarfallavirkjun sé hagkvæm þarf munur á flóði og fjöru að vera mikill[16].

Þekktasta virkjunin af þessu tagi er La Rance virkjunin í norður Frakklandi. Hún var fyrsta sjávarfallavirkjun heims, tekin í notkun árið 1966 og framleiðir mest 240 Megawött af orku með 24 túrbínum[16].

annesjarastir, sjávarföll, sjávarfallaorka
Kort sem sýnir hvar hentugar annesjarastir eru til að virkja straumhraða sjávarfalla. Mynd frá Valorka ehf.

Önnur leið til að virkja sjávarfallaorkuna er að virkja hreyfiorku sjávarstraumsins án nokkurrar stíflu eða lóna. Þess háttar streymisvirkjanir hafa því minni umhverfiisáhrif. Flest þróunarverkefni um nýtingu sjávarfalla í dag snúast þess vegna um streymisvirkjanir. Hagstæðustu staðirnir fyrir slíkar virkjanir eru þar sem landfræðilegar aðstæður valda sterkum sjávarfallastraumum[16].

Einn hagkvæmasti staður til að virkja sjávarföll á Íslandi er í Breiðafirði. Þar er munur á flóði og fjöru mestur á íslandi og straumhraði mikill því flóðbylgjan þarf að þröngva sér milli eyja og skerja og við það magnast straumhraðinn. Einnig má virkja straumhraða í orkumestu annesjaröstum, t.d. Látrarötst, Straumnesröst, Langanesröst og Reykjanesröst. Íslenska nýsköpunarfyrirtækið Valorka vinnur að þróun tækni til að virkja sjávarföllin.

Hægt er að fræðast meira um sjávarfallavirkjanir í pistli eftir Ketil Sigurjónsson.

8. Flóðkraftar annars staðar í geimnum

Shoemaker-Levy 9, halastjarna, Júpíter, flóðkraftar
Halastjarnan Shoemaker-Levy 9 tvístraðist árið 1992 vegna flóðkrafta frá Júpíter. Tveimur árum síðar rákust brotin á Júpíter. Mynd: NASA, ESA, H. Weaver og E. Smith (STScI)

Galíleótunglin við Júpíter verða fyrir feikiöflugum flóðkröftum. Hvergi koma áhrif þeirra betur fram en á Íó sem er eldvirkasti hnöttur sólkerfisins af þeim sökum. Rétt eins og tunglið snýr Íó alltaf sömu hliðinni að Júpíter. Þar að auki er braut Íós um Júpíter nokkuð sporöskjulaga vegna flóðkrafta frá nágrannatunglunum Evrópu og Ganýmedesi. Því verða töluverðar breytingar á styrk flóðkrafta á Íó sem valda því að lögun tunglsins breytist. Við það myndast núningur í iðrum Íós sem kemur fram í mikilli eldvirkni. Sjávarföll á Íó valda sem sagt eldvirkni.

Flóðkraftar geta líka sundrað hnöttum sem hætta sér of nærri reikistjörnunum. Þann 7. júlí árið 1992 fór halastjarnan Shoemaker-Levy 9 framhjá Júpíter í aðeins 25.000 km hæð. Þótt halastjarnan hafi verið örfáir kílómetrar að þvermáli varð hún fyrir miklum flóðkröftum frá Júpíter sem tvístruðu halastjörnunni í yfir 21 brot. Þann 19. júlí 1994 rákust þessi brot á Júpíter. 

loftnetid_ngc4038_ngc4039
Vegna flóðkrafta kastast stjörnur burt frá tveimur vetrarbrautum sem eru að rekast saman. Mynd: NOAO/AURA/NSF, B. Twardy, B. Twardy, og A. Block (NOAO)

Hringar Satúrnusar gætu verið leifar tungla og halastjarna sem gerðust of nærgöngul við Satúrnus svo þau sundruðust.

Flóðkraftar hafa líka mikil áhrif á stærri kvörðum en í sólkerfinu. Þegar vetrarbrautir, stærstu byggingareiningar alheimsins, rekast saman afmyndast þær vegna öflugra flóðkrafta. Stjörnur, gas og ryk þeytast burt úr vetrarbrautunum út í geiminn. Margar vetrarbrautir, þar á meðal Vetrarbrautin okkar, sýna merki um að hafa aflagast á einhverjum tímapunkti vegna flóðkrafta frá öðrum vetrarbrautum.

Flóðkraftar geta líka komið róti á gas- og rykský í vetrarbrautum svo þau falla saman. Þannig hrinda þeir af stað hrinu stjörnumyndunar. Ef til vill varð sólin okkar til í kjölfar slíks atburðar. Ef svo er, eigum við flóðkröftum líf okkar að þakka!

9. Tengt efni

10. Námsefni um sjávarföll

  • Sjávarföll: Flóð og fjara — Verkefni fyrir efsta stig grunnskóla (Word-skjal). Kennarar geta óskað eftir lausnum með því að senda skeyti á stjornuskodun@stjornuskodun.is. (Verkefnið tekur mið af aðalnámskrá grunnskóla í náttúrugreinum.)

  • Sjávarföll: Flóð og fjara — Verkefni fyrir miðstig grunnskóla (Word-skjal). Kennarar geta óskað eftir lausnum með því að senda skeyti á stjornuskodun@stjornuskodun.is. (Verkefnið tekur mið af aðalnámskrá grunnskóla í náttúrugreinum.)

  • Flóð og fjara — Verkefni fyrir yngsta stig grunnskóla (Word-skjal). Kennarar geta óskað eftir lausnum með því að senda skeyti á stjornuskodun@stjornuskodun.is (Verkefnið tekur mið af aðalnámskrá grunnskóla í náttúrugreinum.)

  • Fylgst með sjávarföllum — Verkefni fyrir ýmsa aldurshópa. Hér er einnig að finna ábendingar um fróðleik sem tengist sjávarföllum.

11. Heimildir

  1. Wikipedia.org: Bay of Fundy. (Skoðað 30.03.2013)

  2. Þorsteinn Sæmundsson. „Hver er munurinn í metrum á milli flóðs og fjöru á mismunandi stöðum við landið?“. Vísindavefurinn 9.8.2004. http://visindavefur.is/?id=4450. (Skoðað 30.3.2013).

  3. Þorsteinn Vilhjálmsson. „Hvers vegna gætir sjávarfalla tvisvar á sólarhring?“.Vísindavefurinn 5.6.2000. http://visindavefur.is/?id=484. (Skoðað 6.4.2013).

  4. Martin Swift. Tregða — hröðun hluta og núningur. http://www.raunvis.hi.is/~martin/spennandi/tregda/ (Skoðað 6.4.2013)

  5. Marshak, Stephen. Earth: Portrait of a Planet, Second edition. W. W. Norton & Company, New York.

  6. Freedman, Roger A. og Kaufmann, William J. Universe: Eighth Edition. W. H. Freeman and Company, New York.

  7. NOAA Ocean Service Education. Tides and Water Levels: Frequency of Tides — The Lunar Day. http://oceanservice.noaa.gov/education/tutorial_tides/tides05_lunarday.html (Skoðað 8.4.2013)

  8. NOAA Ocean Service Education. Tides and Water Levels: Changing Angles and Changing Tides. http://oceanservice.noaa.gov/education/tutorial_tides/tides04_angle.html (Skoðað 8.4.2013)

  9. Þorsteinn Vilhjálmsson. „Af hverju er seinna flóðið stærra en það fyrra á sólarhringnum á sumrin, en öfugt á veturna?“.Vísindavefurinn 5.6.2000. http://visindavefur.is/?id=486. (Skoðað 6.4.2013).

  10. Morgunblaðið — Miðvikudagur 10. janúar 1990. http://timarit.is/view_page_init.jsp?pageId=1715931. (Skoðað 1.4.2013)

  11. Landhelgisgæsla Íslands: Sjávarföll. http://www.lhg.is/starfsemi/sjomaelingasvid/sjavarfoll/. (Skoðað 1.4.2013)

  12. Halldór Björnsson, Árný E. Sveinbjörnsdóttir, Anna K. Daníelsdóttir, Árni Snorrason, Bjarni D. Sigurðsson, Einar Sveinbjörnsson, Gísli Viggósson, Jóhann Sigurjónsson, Snorri Baldursson, Sólveig Þorvaldsdóttir og Trausti Jónsson. 2008. Hnattrænar loftslagsbreytingar ogg áhrif þeirra á Íslandi – Skýrsla vísindanefndar um loftslagsbreytingar. Umhverfisráðuneytið. Bls. 96-97.

  13. Nick Strobel's AstronomyNotes. Tides. http://astronomynotes.com/gravappl/s10.htm (Skoðað 8.4.2013)

  14. Halla Jónsdóttir og Geir Guðmundsson. (2004, júní). Orka í streymi vatns. Sótt 8. apríl 2013 af Heimasíðu Iðntæknistofnunnar

  15. Wikipedia: Frjálsa alfræðiritið. Sjávarfallaorka. http://is.wikipedia.org/wiki/Sj%C3%A1varfallaorka (Skoðað 6.4.2013)

  16. Ketill Sigurjónsson. Sjávarfallavirkjanir. Orkubloggið 25.4.2009. http://askja.blog.is/blog/askja/entry/859736/ (Skoðað 6.4.2013)

  17. Þorsteinn Vilhjálmsson. „Af hverju er ekki flóð og fjara alltaf á sama tíma?“.Vísindavefurinn 5.6.2000. http://visindavefur.is/?id=485. (Skoðað 5.4.2013).

  18. Þorsteinn Sæmundsson, stjörnufræðingur, í tölvuskeyti til höfundar 9. apríl 2013.

  19. Þorsteinn Sæmundsson. Um sjávarfallaspár. Náttúrufræðingurinn 69 [I], bls. 77-84, 2000.

Þakkir

  • Höfundur þakkar Þorsteini Sæmundssyni stjörnufræðingi kærlega fyrir góðar og gagnlegar ábendingar um greinina.

Hvernig vitna skal í þessa grein

  • Sævar Helgi Bragason (2013). Sjávarföll: Flóð og fjara. Stjörnufræðivefurinn. http://www.stjornufraedi.is/solkerfid-large/jordin/sjavarfoll (sótt: DAGSETNING).