Eb en vloed zijn de periodieke veranderingen in waterstanden die op aarde voorkomen, veroorzaakt door de getijkrachten van de Maan en, in mindere mate, de Zon. De getijden ontstaan doordat de Maan watermassa’s op het aardeoppervlak trekt en doordat het zwaartekrachtsveld van de aarde in combinatie met de Maan en de Zon leidt tot een verplaatsing van zee- en oceaanwater ten opzichte van het aardoppervlak. De verklaring is complexer dan een eenvoudige “water wordt naar de Maan toe getrokken”-illustratie; het gaat om de onderlinge krachten, de rotatie van de Aarde en de vorm van het water op een bol.
De maan draait om de aarde mede door de zwaartekracht van de Aarde, en omdat de Aarde aanzienlijk groter is dan de Maan, heeft de Maan wel invloed, maar niet een gelijke verhouding zoals bij gelijke massaverhoudingen. De Maan trekt aan alle watermoleculen tegelijk, waardoor in het gebied waar eb is het water richting het vloedgebied beweegt. Hierdoor ontstaan twee getijdenbogen op tegenoverliggende kanten van de Aarde. De Zon heeft ook invloed, maar deze is kleiner vanwege de grote afstand tot de Aarde. Desondanks kan de Zon wel zorgen voor springtij of doodtij, afhankelijk van de relatieve positie ten opzichte van de Maan.
Historische ontwikkeling van het getijbegrip
De verklaring van het getij werd voor het eerst in 1687 door Isaac Newton gegeven. Newtons theorie werd later uitgebreid door Daniel Bernoulli tot het evenwichtsgetij, en in 1776 werd dit verder uitgebouwd door Pierre-Simon Laplace tot een dynamische theorie van het getij. Harmonische analyse maakte het mogelijk om de verschillende componenten van het getij te onderscheiden en te voorspellen op basis van historische meetreeksen. Het evenwichtsgetij vormt nog steeds een bruikbaar referentiepunt om het werkelijke getij te begrijpen, ook al wijkt het daadwerkelijke getij aanzienlijk af door onderlinge variaties zoals waterdiepte, landmassa’s en de verdeling van watermassa’s over de aarde.
Belangrijke concepten en termen
Getij of getijde is de periodieke wisseling van de waterstand en de getijstroom. De krachten die het getij veroorzaken zijn de getijkrachten, vooral door de Maan, maar ook door de Zon. De Aarde draait onder de vallende getijkrachten door en de watermassa heeft een eigen verdeling die het getij beïnvloedt. De verticale component van de getijverwekkende kracht werkt in dezelfde richting als de aardse zwaartekracht en laat een deeltje stijgen of dalen; de horizontale component beweegt het water langs het aardoppervlak. Het totaal krachtonderdeel wordt bepaald door de massa’s en de onderlinge afstanden, en werkt verschillend op verschillende plaatsen op aarde.
Verdeelde getijvormen
De getijvormen worden grofweg onderverdeeld in dubbeldaags getij (M2 en S2), enkeldaags getij en gemengd getij. Wanneer de krachten van de Zon en Maan in dezelfde richting staan en elkaar versterken, spreken we van springtij. Dit treedt op wanneer de Zon, Maan en Aarde op één lijn staan (volle maan of nieuwe maan). Doodtij ontstaat wanneer de hoek tussen de Maan en de Zon vanuit de Aarde 90 graden is, bijvoorbeeld tijdens het eerste en derde kwartier van de Maan.
Praktische verwerking en lokale variatie
Het getij wordt bepaald door meerdere factoren: afstand tot de evenaar, waterdiepte, en de aanwezigheid en vorm van landmassa’s. Dit leidt tot grote regionale verschillen; de Fundy Baai in Canada kent bijvoorbeeld eb- en vloedverschillen tot wel vijftien meter, terwijl in de Straat van Gibraltar en de Middellandse Zee het verschil veel geringer kan zijn door smalle doorgangen. De werkelijke getijvorming wijkt veel af van het eenvoudige evenwichtsgetij door onder andere het Corioliseffect, getijden- en golfrichting, en de niet-homogene verdeling van water en landmassa’s op aarde.
Wiskundige benadering en harmonische analyse
Om getijvoorspellingen te doen wordt vaak gebruikgemaakt van harmonische analyse. Hierbij worden de meetreeksen van waterhoogte ontleed in verschillende harmonische componenten (partiële getijden) met specifieke frequenties, amplitudes en fasen. Er bestaan honderden componenten, maar in de praktijk worden er minder toegepast afhankelijk van de locatie en diepte van het water. De amplitude H en het geografisch argument g zijn de getijconstanten voor een specifieke locatie, en de fase φ corrigeert voor longitudinale verschillen ten opzichte van Greenwich als referentielocatie. Door de combinatie van componenten kan het getijverloop voorspelbaar worden gemaakt.
Fysische samenhang en mechanische resultaten
De getijkracht is omgekeerd evenredig met de derde macht van de afstand en recht evenredig met de massa van het aantrekkende lichaam. De getijverwekkende kracht bestaat uit een homogene component en een variabele component; de verticale component veroorzaakt hoogteverschillen in de getij, terwijl de horizontale component water langs de oceaanbodems en kusten verplaatst. Doordat de Aarde draait en de Maan beweegt, ervaren alle punten op aarde periodieke maxima en minima in het krachtenveld, wat leidt tot regelmatige eb- en vloedpatronen die per locatie variëren. De gezamelijke getijkracht van Maan en Zon verschilt per plek en hangt af van de declinaties en banen van beide hemellichamen.
Fysische verschijnselen en gevolgtrekkingen
Door getijdenkrachten wordt de uitstraling van de aarde en de oceaan beïnvloed. De verschijnselen zijn zichtbaar in de ongelijkmatige verdeling van eb en vloed op verschillende plaatsen, en in de geleidelijke vertragingsverschijnselen van de Aarde door getij-wrijving. De maanverhouding veroorzaakt een ellipsoïde vorm met de lange as in de richting van het hemellichaam, aangezien de watermassa en de aardrotatie deze ellipsoïde beïnvloeden. Verder leidt de wisselwerking tussen getijdenkrachten en aardrotatie tot verandering in de duur van een dag; de dagen worden langzaam langer door de wrijving met de oceaan en de maan. De getijdenwerking heeft ook impact op intrinsieke gebeurtenissen, zoals de semantische illustratie van getijkrachten op Aarde en maan in figuren en narratieven in de historische en moderne literatuur.
Tot slot zijn er fenomenen buiten eb en vloed die uitgetiekt zijn door getijdenkrachten, zoals de brokstukken van de komeet Shoemaker-Levy die door Jupiter werden getrokken. Dit illustreert hoegetijdenkrachten wijd en zijd invloed kunnen hebben en hoe nauw de onderlinge krachten tussen hemellichamen bepaalde gebeurtenissen kunnen beïnvloeden.
