¿Dos pleamares al día? - La influencia de la Luna (2)

Este post puede considerarse lógicamente una continuación de “ La influencia de la Luna (1)“ , que puedes leer pinchando el enlace, aunque no es imprescindible porque ese fue solo una introducción motivadora sobre el tema.

Siguiendo la línea del anterior artículo quizás fuese más lógico explicar primero las diversas circunstancias astronómicas que determinan la diferente intensidad de las mareas, pero lo voy a dejar para el siguiente capítulo porque creo que para entender mejor el fenómeno conviene empezar por el aspecto más extraño y paradójico:

Es sabido que la subida del nivel de las aguas en pleamar se debe a la fuerza de atracción gravitatoria sobre las mismas debido a la Luna y en menor medida al Sol. Entonces surge la primera sorpresa ¿Por qué hay dos pleamares cada día? Es decir ¿Por qué se produce una de las dos pleamares cuando la Luna (y también el Sol cuando hay luna nueva) está en la dirección opuesta?

La lógica parece decirnos que si la Luna (e incluso también el Sol) “tira del agua” hacia la dirección en que está una de las pleamares, en la parte contraria de la Tierra debería haber bajamar y solo habría una marea alta cada día.

Gráfico esquemático (tamaños y distancias enormemente modificadas) con las posiciones relativas de los tres astros en luna nueva y los dos abultamientos en pleamar. Parece lógico que haya pleamar en 1, pero no en 2.

Creo que la mejor manera de entenderlo es pensar primero en la influencia del Sol, aunque sea la causa menor.

La Tierra se mueve alrededor del Sol, manteniéndose en su órbita debido a la fuerza de la gravedad, y los parámetros orbitales están determinados por las masas de ambos astros (bueno, sobre todo la masa del Sol que es muchísimo mayor) y la distancia entre ellos.

La trayectoria de la órbita terrestre será la que correspondería al centro de nuestro planeta, pero la zona del océano que está más cerca del Sol se mueve en una órbita un poco más interna, y por ello debería hacerlo a mayor velocidad, pero evidentemente no puede hacerlo porque no puede separarse de la Tierra. Es atraída por el Sol con mayor fuerza que en centro de la Tierra y este es el motivo de que el nivel del agua suba en la pleamar 1 y se “aleje” del centro del planeta, aunque intuitivamente pensemos que el Sol “tira del agua” y en este caso nuestra lógica intuitiva se corresponda con lo que ocurre en realidad.

Pero por el otro lado, por la parte contraria a la dirección de la posición del Sol, el agua está más lejos de nuestra estrella que el centro de la Tierra, y debería moverse en una órbita más lenta. Es atraída hacia el Sol con menos fuerza que el centro y por eso tiende a alejarse y se produce ahí también una pleamar (2), aunque en este caso nuestra intuición falle.

El agua de la zona 2 es atraída por el Sol en menor medida que la Tierra en su conjunto y por eso se produce también ahí una pleamar.

Ahora veamos por qué la atracción de la Luna implica un efecto similar:

Cuando un astro se mueve alrededor de otro, por ejemplo la Luna alrededor de la Tierra, en realidad ambos se mueven alrededor del centro de masas. En este caso ese punto se encuentra a 4668 km del centro de nuestro planeta, y como el radio de la Tierra es de 6370 km el centro de masas está aproximadamente a unos 1700 km bajo la superficie terrestre, tomando distancias medias y redondeando. 

Así, la Tierra se bambolea un poco como en la siguiente animación, y podría decirse en sentido figurado (aunque evidentemente no es exactamente real) que la Tierra también se mueve alrededor de la Luna.

La Tierra se va moviendo alrededor del centro de masas del sistema Tierra-Luna

Así, lo que se ha visto en los párrafos anteriores respecto al Sol, sirve también ahora. Aunque de una manera más precisa habría que decir que en ese “bamboleo” la zona oceánica opuesta a la Luna, al estar más alejada del centro de masas que el centro de la Tierra, debe moverse más despacio y más lejos de él (a una mayor altura respecto al nivel medio del mar)

En realidad el efecto de la Luna sobre las mareas es aproximadamente el doble que el del Sol. Esto, que también puede parecer paradójico porque debido a su masa mucho menor atrae a la Tierra con menos fuerza que el astro rey, se debe a que la marea no es producida por esa fuerza de atracción sino por la diferencia con que cada astro atrae a un punto situado en el centro de la Tierra y otro situado en la parte más próxima y más lejana. Al estar la Luna más cerca, esa diferencia de fuerzas es mayor, y en el anexo final aparecen los datos numéricos. 

Además, por el efecto de la rotación de la Tierra y la inercia, las pleamares no se sitúan en la dirección hacia la Luna, sino retrasadas hacia el Este unos 3º “arrastradas” por la rotación del planeta, como se recoge en el siguiente gráfico. Es decir, que la pleamar no se situaría en el meridiano del punto que tiene la Luna en el cenit, sino unos 3º hacia el Este aunque, como luego se verá, en la práctica esto cambia mucho según el lugar, debido a la forma de la costa.

 Vista desde el norte. En el lugar 0 ya está la Luna en el meridiano, en el punto más alto de su recorrido en el cielo, pero será más tarde, cuando ese lugar llegue a la posición 1, el momento en que se producirá allí la pleamar.

Todo esto se puede explicar con fórmulas de física, mediante las que se obtienen conclusiones evidentes y datos precisos, pero no es el objetivo de este blog.

De todas formas en este tema de las mareas los cálculos teóricos no proporcionan un resultado real porque se hacen suponiendo que el planeta estuviera totalmente cubierto de agua, con un fondo de océano uniforme, y según ese modelo se obtiene que la diferencia máxima entre la pleamar y la bajamar sería menor de ¡¡¡ un metro !!!, cuando en realidad es mucho más, llegando hasta 18 metros, en la bahía canadiense de Fundy que parece ostentar el récord. En alta mar la variación es pequeña pero en la costa aumenta, especialmente si la ola de la pleamar, con la gran cantidad de agua que arrastra, acaba incidiendo en un estrechamiento de los límites costeros.

El relieve del fondo marino y la configuración de las costas condiciona enormemente el proceso tanto en las horas reales de pleamar como en las alturas que alcanza el agua, y por ello en cada lugar es diferente.

En cada punto de la costa hay un factor denominado “establecimiento del puerto” que determina la diferencia entre la hora de culminación de la Luna en la fase llena y la hora en que se produce realmente la pleamar, que ha sido obtenida mediante datos estadísticos y por ello puede variar según la fuente. El valor de ese establecimiento del puerto puede ser de unas cuantas horas, y en la península Ibérica alcanza el mayor valor en Sanlúcar de Barrameda en que llega a ser de 6 horas mientras que en Bilbao, por ejemplo, son poco más de 3.

En cuanto a la altura del agua, aún más conocida que la de Fundy es la situación que se produce en el monte Saint Michel en Francia, una curiosa península en la costa bretona que en ocasiones la pleamar la convierte en una isla.

El Mont Saint Michel con mareas extremas. Según se cuenta, una caída en la resbaladiza carretera que había quedado cubierta anteriormente por una pleamar excepcionalmente viva, decidió la clasificación de un Tour de Francia ¡Hasta en eso influyó la Luna!

En la altura de cada marea influye también la presión atmosférica, y con borrasca la pleamar será más alta de la prevista, lo que por supuesto no puede aparecer en las tablas de mareas elaboradas con antelación.

La teoría y la realidad son totalmente diferentes.

Con unas condiciones teóricas uniformes las dos pleamares que se producen en cada momento se desplazarían de Este a Oeste como una ola (a veces se le llama ola de marea) a la velocidad a la que vemos moverse a la Luna en el cielo  (14.5º por hora de promedio) debido tanto al movimiento de rotación de la Tierra (una vuelta en 23h 56m), como el de traslación de la Luna (una vuelta en 27.3 días). 

Además de la mencionada diferencia teórica y real entre pleamar y bajamar ya mencionadas, las irregularidades del fondo oceánico, las corrientes marinas y la configuración de las costas hacen que se den circunstancias curiosas muy diferentes a lo que la teoría predice sobre un planeta océano .

La situación real es que en el tercer planeta existen dos grandes cuencas oceánicas: la del Atlántico y la del Pacífico-Indico (o tres, si diferenciamos estas dos últimas). Por ejemplo, cuando la ola de la pleamar se mueve por el Atlántico hacia el Oeste, llega a las costas americanas y en su mayor parte no puede continuar. El agua tiene que retroceder y se forman grandes remolinos en los que la ola va girando en diferentes orientaciones, como se aprecia en el siguiente gráfico.

Ello hace que muy frecuentemente la ola de marea se desplace en sentido contrario a lo que teóricamente debería y a lo largo de una misma costa la pleamar se produzca antes en un lugar situado más al oeste que en otro.

Hay muchas irregularidades que van contra la situación teórica de la izquierda, que se pueden visualizar en el mapa de la derecha de líneas cotidales (esa líneas unen puntos donde la pleamar se produce a la misma hora), e indica el desplazamiento de esa pleamar cada 2 horas. 

Analizando nuevamente este último mapa pueden verse otras irregularidades, como lugares costeros de muy diferente longitud geográfica donde las pleamares se producen simultáneamente, o puntos de altamar donde no hay mareas, y en sus cercanías las dos olas de pleamar giran en torno a ese punto, como una hélice.

En cualquier caso, este segundo mapa no responde a una situación fija, sino que va variando según  la fase lunar y otros factores que determinan la amplitud de las mareas y que se recogerán en el siguiente artículo.

En algunos lugares solo hay una pleamar al día.

Debido a las irregularidades de las costas, se producen excepciones curiosas a la norma general, como que en muchos lugares del golfo de México y en el mar del sur de la China habitualmente solo hay una pleamar cada día, o dependiendo de la fase y otros parámetros, a veces hay dos y otras veces una, todo ello debido a las condiciones geográficas de ambos lugares:

La ola de marea que supone la pleamar al desplazarse de Este hacia Oeste en el Atlántico choca con el continente americano y en el pacífico contra Asia y, tal como se ha dicho, no puede continuar su camino regular y en esos lugares la marea debe ir bajando luego. Ese exceso de agua debe retroceder hacia el Este porque es su única salida, y el retroceso puede verse dificultado más o menos según la forma de la costa, como ocurre en las dos zonas mencionadas. 

El golfo de México y el mar del sur de la China

Por ejemplo en el Golfo de México que con forma de una gran bahía tiene una estrecha salida. En ese retroceso hacia el Este el agua se encontrará y chocará unas horas después con la siguiente ola de pleamar, impidiendo el avance de ésta con lo que esa pleamar no llegará a la costa. Pero este retroceso será menor en la siguiente, que sí conseguirá subir, de manera que alternativamente una "ola" de pleamar consigue llegar a la costa y la siguiente no, con lo que cada día solo habrá una.

Si las mareas no son vivas, es menor la cantidad de agua que debe retroceder y no impedirá totalmnte el avance de la siguiente pleamar (aunque será menos alta), con lo que sí habrá dos pleamares diarias.

El día 9 con mareas de muy poca amplitud, se producen las dos pleamares de manera normal, pero al aumentar la intensidad una de ellas empieza a prevalecer y los días 12, 13 y 14 solo hay una.

Lo prometido: Datos numéricos de las fuerzas que provocan las mareas

El hecho de que la acción gravitatoria de la Luna tenga más del doble de influencia sobre las mareas que la del Sol, siendo la fuerza de atracción de éste es muy superior, no deja de ser algo muy poco intuitivo, y pudiera ser conveniente reforzarlo con datos concretos. No estoy acostumbrado a realizar este tipo de cálculos de física con números tan elevados, frecuentemente me lío con la calculadora, y por ello he pedido ayuda en casa a alguien muy acostumbrada a hacerlos y más fiable que yo.

Por ello, si hubiera algún error (que no creo), no me eches la culpa a mí.

Se han calculado todos estos valores numéricos a partir de la ley de la gravitación universal de Newton:

Se ha tomado en cada caso la distancia media entre los astros, pero en realidad varían ligeramente. Estas diferencias, junto a las posiciones relativas del Sol y la Luna, hacen que no todas las mareas sean iguales y sobre ello escribiré el siguiente capítulo.

Ya puedes ver la continuación de este tema en "Mareas vivas y mareas muertas".