Het getijde, tij of getij is de periodieke wisseling van de waterstand, en de daarmee samenhangende getijstroom, die op Aarde optreedt als gevolg van de zwaartekracht van de Maan en, in mindere mate, die van de Zon. Deze verklaring van het verschijnsel werd in 1687 voor het eerst door Isaac Newton gegeven. Newtons theorie werd in 1740 door Daniel Bernoulli uitgebreid tot het evenwichtsgetij, dat ten onrechte vaak aan Newton zelf wordt toegeschreven. In 1776 werd de theorie door Pierre-Simon Laplace verder uitgebouwd tot een dynamische theorie van het getij, waarmee in principe het gedrag van ieder deeltje onder invloed van een veranderende getijdenkracht en op een draaiende aarde voorspeld moet kunnen worden.
Verschillen in aantrekkingskracht van de Maan en de Zon leiden tot variaties per locatie: de afstand tot de evenaar, waterdiepte en de vorm van landmassa's zorgen voor grote regionale verschillen. De getijvormen worden grofweg onderverdeeld in dubbeldaags getij, enkeldaags getij en gemengd getij. Wanneer de getijkrachten van Zon en Maan in dezelfde richting staan en elkaar versterken, ontstaat springtij: de amplitude van het getij is dan het grootst. Al ruim voor onze jaartelling hadden mensen rekening met het getij of maakten er zelfs gebruik van, zoals blijkt uit getijdendokken bij Lothal in India. Reeds in de oudheid was bekend dat het getij samenhangt met de positie van de Maan, en Plinius de Oudere gaf in 77 na Christus een vrij nauwkeurige beschrijving van de verschijnselen, waarin hij zowel de Zon als de Maan als veroorzakers noemde.
Oorsprong en evolutie van de getijtheorie
De eerste die het getij verklaarde met behulp van de zwaartekracht was Isaac Newton (1687). Newtons theorie werd later, in 1740, uitgebreid door Daniel Bernoulli, die het evenwichtsgetij maakte dat vaak aan Newton wordt toegeschreven. In 1776 ontwikkelde Laplace een dynamische theorie van het getij, waarbij hij aantoonde dat de getijverwekkende kracht uit verschillende componenten bestaat met eigen frequenties. Met de ontwikkeling van de fourieranalyse door Joseph Fourier (1822) kon men de afzonderlijke componenten onderscheiden uit lange meetreeksen en het getij voorspellen voor plekken met beschikbare data. Verschillen in aantrekkingskracht van de Maan op Aarde leiden tot locatiegebonden krachten die samen het getij bepalen. De totale getijdenkracht is het resultaat van de Maan en de Zon samen en is omgekeerd evenredig met de derde macht van de afstand en recht evenredig met de massa van het aantrekkende lichaam.
Hoe werkt de aard-maan-systeem precies?
De onderlinge krachten veroorzaakt door de Maan en de Zonnelaag zorgen voor een verdeling van water op aarde: twee bulte op de plek waar de maan in zenit staat en aan de andere kant waar de maan in nadir staat, waardoor eb en vloed ontstaan. Door de aardrotatie verschuiven deze bulten mee met de maanstand, zodat elk punt op aarde tweemaal per dag door hoogwater en tweemaal per dag door laagwater passeert. De Zon heeft een vergelijkbare, maar veel zwakkere invloed. Als Zon, Maan en Aarde in één lijn staan (volle maan of nieuwe maan), versterken getijkrachten elkaar en spreken we van springtij. Bij eerste en derde kwartier van de maan werken Zon en Maan elkaar tegen en spreken we van doodtij of mindere getijwerking.
De getijden zijn niet enkel afhankelijk van de krachten, maar ook van de verdeling van watermassa op aarde en de aanwezigheid van continenten en landtongen. Het werkelijk opgetreden getij wijkt sterk af van het eenvoudige evenwichtsgetij, maar het evenwichtsgetij dient als referentie. De waterdiepte, kustlijnvorm en de Coriolis-kracht beïnvloeden hoe de getijgolf zich voortplant en waar de grootste dynamiek opduikt. De amplitude van de getijcomponenten (H) en de fase (φ) zijn voor iedere locatie verschillend en worden bepaald door lokale metingen en harmonische analyse van lange reeksen waterhoogtes.
Formules en begrip van de krachten
De getijdenkracht is het gevolg van het verschil tussen de middelpuntzoekende kracht en de aantrekkingskracht op een punt op aarde. De getijdenkracht is onafhankelijk van de totale zwaartekracht, maar afhankelijk van het verschil in aantrekkingskracht over de aarddiameter. De kracht op een punt op aarde is kleiner aan de nadir en groter aan het zenit ten opzichte van de maan, terwijl de horizontale component ook bijdraagt aan horizontale verplaatsing van water en bodem. De kracht wordt soms voorgesteld als twee krachten: een component die de aardkorst laat uitrekken en een horizontale component die de beweging langs het oppervlak veroorzaakt. Het zwaartekrachtsveld verandert door de aardrotatie continu van richting, waardoor elk punt periodiek een maximum en minimum van het krachtenveld doorkomt.
Het getij kan berekend worden met harmonische analyse, waarbij men uit langjarige data de harmonische componenten (partiële getijden) bepaalt. Er bestaan ongeveer 400 componenten, maar in de praktijk worden er minder gebruikt. Bij de Nederlandse kust zijn dat er ongeveer 94 in ondiep water; dieper water gebruikt men minder. De M2 en S2 zijn de belangrijkste dubbele getijdencomponenten; M2 heeft een periode van ongeveer 12 uur en 25,2 minuten en S2 een vergelijkbare dubbele cyclus, met specifieke amplitudes afhankelijk van de locatie. De maansgetijcomponenten en zonsgetijcomponenten variëren door declinatie en variatie in de baan van Maan en Zon, waardoor lokale getijpatronen fluctueren over tijd en plaats.
Praktische gevolgen en voorbeelden
In de Noordzee ontstaat getijgolven vanuit de Atlantische Oceaan, die vervolgens langs de kust bewegen en door de draaiing van de aarde wervelpunten vormen. In het Waddengebied geldt een specifieke dynamiek door wantijen en zeegaten, die het getij in die regio extra beïnvloeden. Het grootste verloop van getijverschil (verval) treedt op in trechterachtige geulen zoals het Kanaal tussen Dover en Calais of het Bristol Channel. In Nederland is het verval aanzienlijk in de Westerschelde en aan de Beneden- en Bovenwindse Eilanden, terwijl de Noordzee als geheel ook functioneert als een trechter richting het Kielkanaal. Door dammen en dijken is de stroomsnelheid en de ligging van wadbodem sterk beïnvloed sinds de afsluiting van de Zuiderzee en Lauwerszee. Getijgegevens en tabellen zijn beschikbaar voor verschillende plaatsen, zodat schepen en zeilers hun tocht kunnen plannen op basis van hoog- en laatwater tijden.
Springtij treedt op wanneer de zon en maan in lijn staan en de getijdensystemen elkaar versterken; doodtij treedt op wanneer de krachten elkaar tegenwerken. De maanfases beïnvloeden subtiel de timing: twee dagen na volle maan en twee dagen na nieuwe maan is springtij vaak maximaal, terwijl doodtij samenvalt met de eerste en derde kwartier. De maankrachten hebben invloed op ons dagelijks leven; sommige studies suggereren effect op slaap, terwijl andere studies daar geen eenduidig verband in zien. De maan heeft ook impact op biologie en cultuur, zoals de maansikkel op zaai- en oogstpraktijken en mythes rond maaninvloeden op menselijk gedrag, slaap en kriminaliteit, alhoewel veel van deze koppelingen niet robuust wetenschappelijk bevestigd zijn.
Belangrijke illustraties en modellen
Figuur 1 illustreert de beweging van maan en aarde om een gezamenlijk massamiddelpunt, wat essentieel is voor begrip van de getijden. Figuur 2 toont de gravitatieversnelling door de maan op drie aardpunten (Nadir, Centrum, Zenit). Figuur 3 vergelijkt de versnellingen op het aardoppervlak en laat zien waarom bulten ontstaan. Figuur 4 toont de getijdekracht op een punt A en Figuur 5 de verdeling van waterbulten op aarde. Figuur 6 laat de krachtresultante van aarde en maan zien door getijden. Figuur 7 illustreert het effect van getijden op hemellichamen zoals Shoemaker-Levy.
Samenvatting en toepassingen
Het getij is een complex verschijnsel dat voortkomt uit de gecombineerde zwaartekracht van de Maan en de Zon en de respons van een verdichte aardbol en een niet-homogene oceaanverdeling. Het evenwichtsgetij biedt een referentiepunt voor vergelijking met het werkelijk getij, dat beïnvloed wordt door topografie, waterdiepte, bodem en kustlijnen. Harmonische analyse maakt precieze voorspellingen mogelijk voor specifieke locaties, wat cruciaal is voor scheepvaart, kustbeheer en havenwerk.