De getijden op aarde ontstaan door de zwaartekracht van de Maan en, in mindere mate, die van de Zon. De Maan heeft massa en trekt dus aan de Aarde, al is het effect geringer. De Aarde en de Maan draaien om een gemeenschappelijk zwaartepunt, dat zich dichter bij de Aarde bevindt dan bij de Maan. Dit gemeenschappelijke zwaartepunt ligt op ongeveer 4700 km van het Aardcentrum, net binnen het oppervlak. De Zonne-zwaartekracht werkt op de Aarde zoals die van de Maan, maar met een veel grotere afstand, waardoor het verschil in aantrekkingskracht over de aarddiameter kleiner is dan bij de Maan, waardoor de getijden van de Zon minder extreem zijn.
Om te begrijpen hoe de getijden ontstaan, beschouwen we de Aarde als een stevige bol met een dun waterlaagje erop. Water kan vrij bewegen ten opzichte van het oppervlak, waardoor er op bepaalde plaatsen waterbulten ontstaan die als gevolg van de maan- of zonnew kracht omhoog worden gedrukt. De getijverrichting bestaat uit twee hoofdcomponenten: een component die het aardoppervlak evenwijdig aan de zwaartekracht laat bewegen en een component die loodrecht op het aardoppervlak werkt, waardoor de waterhoogte lokaal stijgt of daalt. De maan-, zon- en rotatie-elementen leiden tot twee hoofd waterbulten die gelijktijdig bestaan en zich mee verplaatsen met de Maan. Hierdoor ontstaat eb en vloed op de oceanen, maar niet in meren omdat de watermassa daar te beperkt is om een significante stuwing te veroorzaken.
De getijdenkracht wordt veroorzaakt door het verschil in zwaartekracht tussen het zenit (het punt recht boven de Maan) en het nadir (het punt recht onder de Maan) ten opzichte van het aardoppervlak. Deze kracht is kleiner in het centrum van de Aarde en groter nabij de kant die zich onder de Maan bevindt, waardoor afwisseling van eb en vloed ontstaat. Ondanks dat de zonnezwaartekracht groter is dan die van de Maan, is het verschil in zwaartekracht over de aarddiameter bij de Zon kleiner dan bij de Maan, waardoor de Zon minder bijdraagt aan de getijden dan de Maan. Wanneer de Zon en Maan in één lijn staan, versterken hun getijkrachten elkaar en spreken we van springtij; bij vierkante maanfasen (eerste kwartier en laatste kwartier) werken Zon en Maan tegen elkaar en is de getijwerking minder uitgesproken.
Het verschijnsel kan niet tot in detail vanuit het eenvoudige krachtenveld worden berekend vanwege de complexe verdeling van zee- en oceaandiepte, continenten, kusten en de watermassa. In plaats daarvan wordt vaak het evenwichtsgetij als referentie gebruikt en vervolgens harmonische analyse toegepast op lange meetreeksen waterhoogte om de werkelijke getijgolven te modelleren. De belangrijkste getijvormen zijn dubbeldaags getij (M2 en S2), enkeldaags getij en gemengd getij, met amplitude die afhankelijk is van locatie en seizoen. De Maan draait in een siderische maand rond de Aarde, terwijl de Aarde in een siderische dag draait; hierdoor verschuiven de getijpieken dagelijks en ontstaat een dagelijkse variatie in hoogwaterstanden. Als de Maan en de Zon zich in lijn bevinden, is de amplitude van het getij het grootst (springtij); bij Nieuwe en Volle maan zal de zonnestraling extra versterkend zijn, terwijl tijdens de Wijkmomenten van de maanfasen (eerste en laatste kwartier) de getijwerking vermindert (doodtij).
Naast de oceanen kunnen ook meren en rivieren getijden vertonen, maar de effecten zijn daar aanzienlijk kleiner door de beperkte watermassa en de aanwezigheid van landmassa’s. De rotatie van de Aarde vertraagt door de wrijving met de getijdenlaag, waardoor de dagen langzamer worden en de maan langzaam verder weg draait terwijl de aarde langzamer draait. Dit systeem laat zien hoe zwaartekracht tussen hemellichamen en beweging van de aardas complexe dynamieken produceert die op lange tijdschalen merkbaar zijn.
Historisch gezien is de theorie van het getij ontstaan uit Newtons zwaartekrachtwet in 1687 en is verder ontwikkeld door Bernoulli, Laplace en Fourier, waarbij de getijperiodiciteit werd ontleed in componenten met verschillende frequenties. De basis blijft dat de getijverwekkende kracht het verschil is tussen de middelpuntzoekende kracht en de zwaartekracht op een gegeven punt; de totale kracht die de getijden veroorzaakt, is dus afhankelijk van de verdeling van massa, afstand en geografie, niet alleen van de totale massa van Maan en Zon.
Belangrijke termen en snelkoppelingen
- Springtij: wanneer getijden door maan- en zonne-krachten in dezelfde richting versterken.
- Doodtij: wanneer maan- en zonne-krachten elkaar tegenwerken en de getijverschillen kleiner zijn.
- M2 en S2: dubbeldaagse getijdencomponenten veroorzaakt door respectievelijk de Maan en de Zon.
- Evenwichtsgetij vs. echt getij: theoretische referentie versus realistische getij beïnvloed door continenten, diepte en zeecontact punten.
Samenvattend: eb en vloed zijn het resultaat van de relatieve beweging van de Aarde en de Maan (en ook de Zon) die leidt tot periodieke verplaatsingen van watermassa over de aardoppervlakte; dit gebeurt omdat de waterlaag meebeweegt met de draaiende Aarde en de zwaartekracht de hoogteverschillen veroorzaakt. De nabijheid van de Maan en de Zon, de fase van de maan en de geografische kenmerken van plekken bepalen de exacte getijhoogten en -tijden op elke locatie. Hoewel het getij een oud fenomeen is, blijft het een dynamisch proces dat nog steeds wordt bestudeerd met moderne wiskundige en meetmethoden.
Eb en vloed
Om praktische voorspellingsdoeleinden worden getijconstanten zoals amplitude en geografisch argument bepaald voor elke locatie en met harmonische analyse berekend. Het volledig begrip van getijden vereist kennis van de verdeling van land, zee en zeestromen, evenals de dynamiek van de Aarde in beweging en zijn wisselwerking met de Maan en Zon.