Das Geheimnis der Gezeiten

meeresbiologie_exkursion_projekttage_meeresbiologische_woche_schule_meer_mitttelmeer_adria_kroatien_mare-mundi (1 von 4)(Nicht nur) Taucher fragen sich: Wie himmlische Kräfte am irdischen Wasser zerren – Gravitation und die Wunderwelt der Gezeiten


von Robert Hofrichter, mare-mundi.eu, Autor des Buches „Wasser“


Gravitation ist allgegenwärtig und für praktisch alles verantwortlich, für unseren Verstand aber bleibt sie kaum begreifbar. Sie bewirkt eine gegenseitige Anziehung sämtlicher Massen, unabhängig davon, wie klein oder groß diese sind. Sie besitzt eine unbegrenzte Reichweite, nimmt aber mit der Entfernung ab. Und wenn man auf die phantastische Idee käme, einen Raum durch eine dicke Metallplatte oder was auch immer von der »Erdschwere« abzuschirmen, dann wäre das vergebliche Liebesmühe: Die Schwerkraft lässt sich mit keinem Mittel abschirmen! Man kann versuchen, ihr nach Newton, durch Einsteins Relativitätstheorie oder durch Quantenphysik beizukommen, aber wir sagen Ihnen: Es gibt keine allgemein verständliche Erklärung in zwei oder drei Sätzen, der bei einem durchschnittlich intelligenten Menschen ein erleichtertes Aha-Erlebnis folgen würde: Jetzt endlich, jetzt verstehe ich sie!meeresbiologie_exkursion_projekttage_meeresbiologische_woche_schule_meer_mitttelmeer_adria_kroatien_mare-mundi (2 von 4)

Immer wieder sollten wir uns in Erinnerung rufen, dass allzu einfache Erklärungen hinterfragt werden müssen. So stellen sich manche Menschen die Gezeiten bis heute viel zu einfach vor, als ein Produkt der Wechselwirkung zwischen Erde und Mond. So müsste sich dem Mond zugewandt immer ein einzelner hoher Wasserberg auftürmen. Doch dem ist nicht so, wie man auf den Abbildungen dieser Seite und vor allem in der Realität unschwer erkennen kann. Es gibt immer zwei Wasserberge, und zwar jeweils auf den entgegengesetzten Seiten der Erde. Das erfordert eine Erklärung. Rufen wir uns zuerst zwei entscheidende physikalische Prämissen in Erinnerung.

Erstens müssen wir für die Betrachtung der Gravitationskräfte zwischen den beiden Himmelskörpern immer den Mittelpunkt dieser Körper zur Grundlage nehmen. Und zweitens wird, wie bereits erwähnt, mit der zunehmenden Entfernung die Anziehungskraft (in diesem Fall des Mondes) geringer. Das bedeutet jedoch, dass auf die mond­zugewandte Erdoberfläche (mit ihrem Wasser) eine stärkere Kraft ausgeübt wird als auf die mondabgewandte, weil diese um einen vollen Erddurchmesser weiter vom Mond entfernt ist. Damit können wir den ersten, mondzugewandten Flutberg leicht verstehen: Er ist die direkte Folge der an dieser Stelle stärksten Mondanziehungskraft. Doch woher kommt der entgegengesetzte Flutberg auf der anderen Seite des Globus?

Auf dieser mondabgewandten Seite der Erde ist die Distanz zum Mond größer, seine Anziehungskraft auf die dort liegenden Wassermassen daher geringer als jene, die auf den Festkörper Erde wirkt. Wir dürfen unsere Prämisse nicht vergessen: Die Anziehungskraft des Mondes setzt sozusagen im Erdmittelpunkt an! Die ganze Erde wird in Folge dieser Krafteinwirkung in Richtung des Mondes »nach oben weggezogen«, wodurch »unten« ein zweiter Wasserberg entsteht. (»Oben« und »unten« dienen uns in diesem Fall als Hilfsmittel, sind aber ansonsten irrelevant.)

meeresbiologie_exkursion_projekttage_meeresbiologische_woche_schule_meer_mitttelmeer_adria_kroatien_mare-mundi (3 von 4)Fassen wir zusammen: Es gibt zwei Flutberge, mondzugewandt durch die hier am stärksten wirkende Mondanziehung, mondabgewandt dadurch, dass die Erde »unter dem Wasser weggezogen wird«. Für unser Verständnis hilft uns also nicht allein eine pauschale Anziehungskraft des Mondes weiter, sondern der differenzierte Unterschied zwischen seiner Anziehungskraft auf das Wasser an einem bestimmten Punkt der Erdoberfläche und auf den Erdkörper als Ganzes. Die Differenz der beiden Kräfte wird Gezeitenkraft genannt, sie ist etwa 30 Mal kleiner als die reine Anziehungskraft des Mondes.

Doch nun kehren wir zur Realität zurück, in der es kein vereinfachtes System Erde – Mond gibt, sondern ein komplizierteres Dreikörpersystem Sonne – Erde – Mond. Die Sonne ist zwar wesentlich größer als der Mond (sie hat 27 Millionen Mal mehr Masse), aber sie ist auch wesentlich weiter von der Erde entfernt; den größeren Anteil an der Gezeitenwirkung hat deshalb trotz des enormen Massenunterschieds der Mond. Die Gezeitenkräfte hängen letztlich viel stärker von der Entfernung der Himmelskörper als von ihrer Masse ab, wodurch die Gravitationswirkung des Mondes mehr als doppelt so stark ist wie die der Sonne.

Ein hohes Ziel heutiger Physiker ist es, die Gravitation mit den übrigen Wechselwirkungen zu einer »Großen Vereinheitlichten Theorie« (GUT) zu vereinen und somit eine Theorie zu formulieren, die alle Naturkräfte auf einmal beschreiben kann.

meeresbiologie_exkursion_projekttage_meeresbiologische_woche_schule_meer_mitttelmeer_adria_kroatien_mare-mundi (4 von 4)Liebe Leser, wir wollen Sie nicht unnötig quälen, wenn es auch leichter geht, wenn wir auf unsere Alltagserfahrung zurückgreifen können: Spätes­tens seit Newtons Spaziergang im Garten und dem bösen Apfel, der ihm auf den Kopf fiel, wissen wir doch, dass die Erde eine Gravitation bewirkt, durch die sämtliche Körper nach unten fallen (weil die Erde mehr Masse hat als diese, doch: Der Apfel zieht auch!). Dies freilich unter der Voraussetzung, dass sie nicht durch andere Kräfte daran gehindert werden. Gravitation steht hinter allem, hinter der Kosmologie und der Entwicklung des ganzen Universums; sie bestimmt die Bildung von Sternen und von Galaxien; im Sonnensystem entscheidet sie über die Bahnen der Planeten, was Kepler und seine Freunde ziemlich bald verstanden haben; sie hält unseren Mond (und andere Monde), Satelliten und Kometen auf ihren Bahnen.

Ausnahmslos jede Masse bewirkt Gravitation, je größer sie ist, desto stärker die Schwerkraft. Dabei ist unser Mond keine Ausnahme. Da er ausgerechnet um den Blauen Planeten kreist, dessen Oberfläche zu zwei Dritteln aus Wasser besteht, kann er sich austoben und die schwabbelige, in ewiger Unruhe begriffene Flüssigkeit hin und her ziehen. So entstehen die Gezeiten. Na ja, so ungefähr zumindest. Denn nichts kann man einfach erklären, die Dinge sind meist wesentlich komplexer, als man annimmt.

Seit Urzeiten haben unsere Vorfahren über das wundersame Hin- und Herschwappen des Meeres gestaunt, die Flut und Ebbe, das Hoch- und Niedrigwasser, die Gezeiten oder Tiden. Mit dem Beginn der Zivilisation und der Seefahrt wurde es zur Notwendigkeit, diese regelmäßige Pendelbewegung des Meers zu beobachten, denn sie bewirkte starke Strömungen und machte das Anfahren bestimmter Häfen sicher oder überhaupt erst möglich. Die Grundeigenschaften des ste­tigen Auf und Ab haben die Menschen wohl schnell verstanden: Etwa sechs Stunden steigt das Wasser bis zum Hochstand, sechs Stunden fällt es dann. Und das passiert jeden Tag zweimal. Doch beim genaueren Hinsehen merkt man bald, dass diese Zeiten nur ungefähr stimmen, dass sich die Gezeiten jeden Tag etwa um eine Dreiviertelstunde nach hinten verschieben. Und bald wird es den Menschen aufgefallen sein (ohne irgendetwas von der Gravitation ahnen zu können), dass sich diese Verschiebung ähnlich verhält wie der Zyklus des Mondes.

Schule am Meer, schule-am-meer.eu, mare-mundi, Krk, Kroatien, Meeresbiologische Projektwoche, Meeresbiologie-3Alles fließt, oder zumindest ist alles in Bewegung – das ist die Grunderkenntnis unseres Buches wie schon der antiken Weisen. Auch der größte Unterschied zwischen dem Wasserhochstand und dem Niedrigwasser ist nicht konstant. Man nennt diesen Abstand der beiden Wasserstände Tidenhub. Und nach und nach fanden die Menschen heraus, dass dieser ausgerechnet bei Voll- und Neumond am größten ausfällt. Es dauerte allerdings viele Jahrhunderte, bis eine brauchbare Theorie des Zusammenhangs der Gezeiten mit dem Mond gefunden war. Sie kam mit Newton und der Gravitation.

Die Wassermassen der Meere reagieren auf die Anziehung mit einer erzwungenen Schwingung und erzeugen damit Ebbe und Flut. Während der 24 Stunden, in denen sich die Erde einmal um sich selbst dreht, bewegt sich der Mond um etwa 13 Winkelgrad weiter. Dadurch verschiebt sich der Mondaufgang von einem Tag zum anderen um ca. 51 Minuten – und mit ihm auch die Gezeiten. Innerhalb von 24 Stunden und 51 Minuten bilden sich je zwei Hochwasserberge und Niedrigwassertäler, genauer ausgedrückt dreht sich die Erde unter diesen Flutbergen hindurch.

Den meisten Menschen ist nicht bewusst, dass die Gezeiten nicht nur auf die Wassermassen wirken, sondern auch auf den zähflüssigen Erdmantel. Auch die Landmassen folgen den Gezeiten, allerdings mit einer Verzögerung von zwei Stunden und mit einer viel geringeren Bewegung als die Tiden der Meere, nämlich mit etwa 25 cm. Die Erde dreht sich täglich unter den Flutbergen hindurch. Die damit verbundene Reibung bremst die Erdrotation ab. Ein Tag wird immer länger!

Interessanterweise sind etwa Korallen im Meer Zeugen dieses Vorgangs, allerdings in einem Maßstab, der ein menschliches Leben um viele Potenzen übersteigt. Tägliche Kalkzuwächse an bestimmten Korallen des Erdaltertums belegen, dass die Jahre vor 400 Millionen Jahren 400 Tage hatten, dafür hatte ein Tag nur 22 Stunden …

meeresbiologie_exkursion_projekttage_meeresbiologische_woche_schule_meer_mitttelmeer_adria_kroatien_mare-mundi (13 von 13)Wie du mir, so ich dir – das Kräftesystem der Gravitation wirkt genauso in die eine wie in die andere Richtung. Wenn der Mond die Erde abbremst, bremst auch die Erde den Mond ab. Ursprünglich dauerte die Rotation des Mondes um die eigene Achse länger, doch wurde sie so weit abgebremst, dass die Dauer des Umlaufs genau der Dauer einer Umdrehung entspricht. Anders ausgedrückt: Der Mond wendet uns immer dasselbe Gesicht zu!

La-le-lu, nur der Mann im Mond schaut zu,

wenn die kleinen Babies schlafen,

drum schlaf’ auch du.

Aus dem Film »Wenn der Vater mit dem Sohne» (1955) mit Heinz Rühmann

Ist es nicht verblüffend? Vom Mond aus sieht man im Laufe des Monats immer andere Teile der Erdoberfläche, von der Erde aus aber sehen wir immer die Seite mit dem »Mann im Mond«.

meeresbiologie_exkursion_projekttage_meeresbiologische_woche_schule_meer_mitttelmeer_adria_kroatien_mare-mundi (4 von 13)Ein Umlauf des Mondes um die Erde dauert etwa 29,53 Tage. Es entstehen immer zwei Flutberge: der dem Mond zugewandte (geringere Entfernung – größere Gravitation) durch die direkt angezogenen Wassermassen, der auf der anderen Seite des Globus (größere Entfernung – geringere Gravitation) dadurch, dass der ganze Erdkörper zum Mond gezogen wird und so »gegenüber« ein zweiter Wasserberg entsteht.

Position 1: Springtiden bei Vollmond

Die Springflut oder das Springhochwasser ist eine höher als »normal« auflaufende Flut, hervorgerufen durch die besonders starke Gravitation, wenn Sonne, Mond und Erde sich auf einer Geraden befinden. Bei Vollmond steht die Erde zwischen Sonne und Mond (Opposition). Eine Springflut findet sowohl bei Vollmond als auch bei Neumond statt. Der nahe Flutberg der Sonne verstärkt den fernen Flutberg des Mondes, zugleich fällt der ferne Flutberg der Sonne mit dem nahen Flutberg des Mondes zusammen.

Position 2: Nipptiden bei Halbmond

Zu- und abnehmender Halbmond (zeitlicher Abstand von etwa 14 Tagen). Die Linien zum Mond und zur Sonne bilden von der Erde aus gesehen einen rechten Winkel. Bei Halbmond kommt es zu einer Abschwächung der Gezeiten: Die durch die Sonne verursachten Flutberge fallen in die Fluttäler des Mondes.

Position 3: Springtiden bei Neumond

Mond »dazwischen«: Sonne, Mond und Erde liegen auf einer Linie, wobei der Mond zwischen Erde und Sonne steht (Konjunktion). Die Gravitationskräfte von Mond und Sonne fallen zusammen und verstärken sich.


Text: Robert Hofrichter
Fotos: Robert Hofrichter
Redaktion: Astrid Hickmann


Mehr über die Geheimnisse des Meeres und der Natur allgemein wie auch über ihren Schutz kannst Du an der mare-mundi station Krk erfahren, einem Kooperationsprojekt der Meeresschutzorganisation mare-mundi.eu und ihrer Partnertauchbasis styria-guenis-diving-center.com


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