גאות ושפל | מדוע מי הים עולים ויורדים פעמיים ביום?

השחקן הראשי בדרמה השמימית הזו הוא הירח. כבר במאה ה-17, המדען הדגול אייזק ניוטון הבין את העיקרון הבסיסי: גאות ושפל נגרמים בעיקר על ידי כוח המשיכה (גרביטציה) של הירח. על פי חוקי הפיזיקה, לכל גוף בעל מסה יש כוח משיכה, והוא מושך אליו גופים אחרים. ככל שהגוף גדול יותר וקרוב יותר, כך כוח המשיכה שלו חזק יותר.

הירח, למרות גודלו הקטן יחסית, קרוב לכדור הארץ מספיק כדי להפעיל כוח משיכה על האוקיינוסים והימים. הוא מושך את המים בצד של כדור הארץ שקרוב אליו והמשיכה הזו גורמת למים "להתנפח" וליצור מעין תלולית או בליטה של מים. הבליטה הזו היא הגאות הראשונה. באזורים על פני כדור הארץ שעוברים דרך הבליטה הזו, מפלס המים עולה והם חווים גאות. 

אך זו רק חצי מהתמונה. 

כאן הסיפור הופך למרתק באמת. אם הירח מושך את המים אליו, מדוע יש גאות גם בצד של כדור הארץ המרוחק ביותר מהירח? מדוע המים עולים פעמיים ביום, ולא רק פעם אחת? הסיבה טמונה בשני מנגנונים פיזיקליים:

1. כוח המשיכה הדיפרנציאלי (השונה): כוח המשיכה של הירח אינו אחיד על פני כל כדור הארץ. הוא חזק ביותר על החלק הקרוב לירח (מי האוקיינוס), חלש יותר על מרכז כדור הארץ (היבשה) וחלש ביותר על החלק המרוחק ביותר מהירח (המים בצד הנגדי). דמיינו שאתם מושכים חבל ארוך וגמיש. הקצה הקרוב אליכם יימתח הכי הרבה, המרכז ינוע מעט והקצה המרוחק "יישאר מאחור". באופן דומה, הירח מושך את מי האוקיינוס הקרובים אליו בעוצמה, מושך את מרכז כדור הארץ בעוצמה פחותה ומושך את המים המרוחקים בעוצמה החלשה ביותר. התוצאה היא שכדור הארץ עצמו "נמשך" מעט הרחק מהמים שבצד המרוחק. המים האלו, למעשה, "נשארים מאחור" ויוצרים את הבליטה השנייה – הגאות השנייה.
2. הכוח הצנטריפוגלי (האינרציה): כדור הארץ והירח אינם סתם חגים זה סביב זה. הם חגים סביב נקודת כובד משותפת ("בריצנטר"). מכיוון שכדור הארץ גדול מהירח משמעותית, נקודה זו נמצאת בתוך כדור הארץ אך לא בדיוק במרכזו. הדבר גורם למעין "ריצוד" או "נענוע" של כדור הארץ בזמן שהוא מסתובב. חשבו על קרוסלה מסתובבת: ככל שאתם יושבים רחוק יותר מהמרכז, כך אתם מרגישים כוח חזק יותר ש"זורק" אתכם החוצה. באותו אופן, המים בצד של כדור הארץ המרוחק מהירח נמצאים בקצה הרחוק ביותר של המערכת המסתובבת, ולכן הם "נזרקים" החוצה בעוצמה רבה יותר ויוצרים את בליטת הגאות השנייה.

כדור הארץ מסתובב במהירות סביב צירו, ובמהלך יממה אחת הוא חולף דרך שתי הבליטות הללו. זו הסיבה שאנו חווים שתי תקופות גאות ושתי תקופות שפל בכל יום.

גם לשמש, כמובן, יש כוח משיכה אדיר, אך מכיוון שהיא רחוקה מאוד השפעתה על הגאות והשפל היא פחות ממחצית מהשפעת הירח. עם זאת, היא משחקת תפקיד חשוב בכוונון עוצמת הגאות:

• גאות גייזר (Spring Tide): פעמיים בחודש – בזמן מולד הירח (כשהירח בין הארץ לשמש) ובזמן ירח מלא (כשהארץ בין הירח לשמש) – הגאות חזקה במיוחד.
• גאות שפל (Neap Tide): פעמיים נוספות בחודש, כאשר הירח נמצא ברבע הראשון או ברבע השלישי של מסלולו, השמש והירח יוצרים זווית של 90 מעלות ביחס לכדור הארץ. במצב זה, כוחות המשיכה שלהם מתחרים זה בזה ומושכים את המים לכיוונים ניצבים. התוצאה היא גאות מתונה במיוחד ושפל גבוה יחסית – כלומר, ההבדל בין גובה המים בשיא הגאות לשיא השפל הוא הקטן ביותר.

ההסבר הפיזיקלי על שתי הבליטות הוא מודל אידיאלי. במציאות, ישנם גורמים נוספים שמשפיעים על התנהגות הגאות והשפל והופכים אותה למורכבת יותר.

1. "היממה הירחית": אם הגאות נגרמת על ידי סיבוב כדור הארץ, מדוע היא לא מתרחשת בדיוק כל 12 שעות? הסיבה לכך היא שבזמן שכדור הארץ משלים סיבוב אחד סביב עצמו (24 שעות), הירח לא נשאר באותו מקום בשמיים. הוא ממשיך לנוע במסלולו סביב כדור הארץ. לכן, כדור הארץ צריך להסתובב כ-50 דקות נוספות כדי "להדביק את הפער" ולחזור לאותו מיקום יחסי מול הירח. היממה הירחית הזו אורכת כ-24 שעות ו-50 דקות ולכן זמני הגאות והשפל מתאחרים מדי יום בכ-50 דקות. 
2. טופוגרפיה מקומית: עוצמת הגאות והשפל משתנה באופן דרמטי ממקום למקום בעולם. צורת קו החוף, עומק קרקעית האוקיינוס, מפרצים, תעלות וזרמים ימיים משפיעים כולם על תנועת המים. במקומות מסוימים, כמו מפרץ פאנדי בקנדה, צורת המפרץ דמוית המשפך גורמת למים "להידחס" ולהצטבר לגובה אדיר, וההבדל בין הגאות לשפל יכול להגיע ליותר מ-16 מטרים – גובה של בניין בן חמש קומות! לעומת זאת, בים התיכון, שהוא גוף מים סגור כמעט לחלוטין עם פתח צר באזור גיברלטר, תנועת המים מוגבלת. לכן, הגאות והשפל בחופי ישראל, למשל, הם מתונים מאוד וההבדל בין השיא לשפל הוא לרוב כמה עשרות סנטימטרים בודדים.
3. גודל גוף המים: כוח המשיכה של הירח פועל על כל גוף מים, אך כדי שתיווצר תופעת גאות מורגשת, צריך גוף מים עצום בגודלו. האפקט נוצר בגלל ההבדל במשיכה בין הצד הקרוב של גוף המים לצד הרחוק שלו. באגם קטן יחסית כמו הכנרת (או בבריכת שחייה, לדוגמה), ההבדל בכוח המשיכה בין קצה אחד לשני הוא זניח לחלוטין, ולכן לא נוצרת "בליטה" של מים.

בפעם הבאה שתעמדו על חוף הים ותצפו בגלים מתקדמים או נסוגים, זכרו שאתם עדים לתופעה בקנה מידה קוסמי. אתם רואים את ההשפעה המוחשית של כוח המשיכה של הירח, במרחק של כ-384,000 קילומטרים מכאן, מושך את האוקיינוסים של כדור הארץ. אתם בעצם צופים בתוצאה של הריקוד העדין בין כדור הארץ, השמש והירח – מופע שנמשך כבר מיליארד שנים וממשיך להתרחש פעמיים בכל יממה. 

העתיד של ילדיכם מתחיל כאן! בנובאקיד אנו מציעים שיטת לימוד אנגלית ייחודית לילדים. הירשמו עכשיו והעניקו לילדים שלכם את הכלים להצלחה!