Maré – a força do Sol, da Lua e outros astros sobre a Terra

Maré (I. tide)

Subida e descida periódicas dos níveis do mar e de outros corpos de água ligados ao oceano (estuários, lagunas, etc.), causadas principalmente pela interferência da Lua e do Sol sobre o campo gravítico da Terra. Na realidade, a maré constitui uma onda com grande comprimento de onda, razão porque, por vezes, se utiliza a designação de onda de maré. Pode ser estudada através da aplicação das teorias das ondas.

Génese das marés – Sem quaisquer interferências astronómicas (isto é, se a Terra não sofresse qualquer interferência de outros astros) a água superficial seria, em qualquer ponto, atraída para o centro da Terra com a mesma intensidade e, consequentemente, gerar-se-ia uma superfície hídrica não afectada por marés. Porém, como a Terra sofre influências de outros astros, de acordo com a terceira Lei de Newton, cada um deles exerce sobre ela uma atracção proporcional ao produto das suas massas e inversamente proporcional ao quadrado da distância que os separa. Como a Lua é o objecto astronómico relevante mais próximo da Terra, e como o Sol tem uma massa muito elevada, são estes os astros que, de forma dominante, provocam deformações gravíticas na superfície terrestre, principalmente nas superfícies hídricas (devido à pequena viscosidade da água). Apesar do Sol ter massa muito superior à da Lua (Sol: 1,9891 × 1030 kg; Lua: 7,349 x 1022 kg), como esta está muito mais próxima da Terra (apenas a 384 405 km em média, enquanto que a distância média ao Sol é de 150 milhões de quilómetros), é a Lua a principal geradora das mares terrestres (a atracção exercida pelo Sol é de apenas 46% da exercida pela Lua).

Devido a questões de equilíbrio, a deformação formada na zona da Terra mais próxima do astro que provoca essa deformação (maré directa) tem que ser compensada por deformação análoga na região oposta (antípoda) da Terra (maré reflexa).

O desenvolvimento das marés deve-se principalmente à atracção exercida pela Lua, mas também pelo Sol.

Como se referiu, as forças produtoras da maré devem-se, essencialmente, à Lua e ao Sol. Todavia, os outros astros também influenciam o desenvolvimento das marés, embora essa influência seja extremamente reduzida. O planeta que exerce maior atracção, a seguir à Lua e ao Sol, é Vénus, cuja influência é apenas 0,000113 da que é exercida pelo Sol.

Devido à translação da Lua em torno da Terra a maré lunar vai-se deslocando, passando por situações em que a Terra, a Lua e o Sol estão alinhados, estando os dois últimos em conjunção (Terra – Lua – Sol) ou em oposição (Lua – Terra – Sol).

Nestas circunstâncias existe coincidência entre a maré (directa e/ou reflexa) lunar e a solar, o que significa que se adicionam, tendo a maré resultante amplitude maior. São as situações de marés vivas ou de sizígia. Noutros casos, quando a Lua e o Sol estão em quadratura relativamente à Terra (quarto enchente e quarto minguante), as marés têm posições ortogonais, o que provoca distribuição mais equilibrada das águas oceânicas pela superfície terrestre, do que resultam marés com menor amplitude. São as situações de marés mortas ou de quadratura.

Relação das marés com as fases da Lua, e com as posições relativas da Terra, da Lua e do Sol.

Como se aludiu, a Lua é a principal forçadora da maré. O período de translação da Lua em torno da Terra é de 27,3 dias. Todavia, como a Terra está simultaneamente a mover-se em torno do Sol, tal tem como consequência que a mesma fase da Lua só ocorra um pouco após se completar o período de rotação da Lua, ou seja, que da Terra só vejamos a mesma fase da Lua apenas 29,5 dias após termos efectuado a primeira observação, período esse que é designado por período sinódico. Tendo em atenção as marés directas e as marés reflexas, compreende-se que o período das marés vivas e das marés mortas seja metade do período sinódico, ou seja, tenha duração de 14,77 dias.

É também imprescindível ter em consideração que a órbita lunar não é circular mas sim elíptica, com uma excentricidade de 0,0549. Assim, por vezes a Lua está mais afastada da Terra (apogeu – 405 696 km), sendo a força produtora da maré lunar cerca de 20% inferior à média, e outras mais próxima (perigeu – 363 104 km), sendo a força aludida cerca de 20% superior à média. Como o período entre perigeus (e apogeus) sucessivos é de 27,5 dias, é fácil deduzir a influência que tal tem no desenvolvimento das marés vivas e mortas.

Tem, também, que se ter em atenção que o plano da órbita lunar não coincide com o plano equatorial terrestre. Na realidade, o ângulo formado pela linha que une os centros da Terra e da Lua e o plano equatorial terrestre é variável, oscilando até 28,5º para norte e para sul desse plano. É o que se designa por declinação lunar, cujo período é de 27,2 dias terrestres.

Influência da declinação da Lua na maré.

Quanto maior for o ângulo de declinação, maior será o ângulo formado pelo plano das marés lunares directa e reflexa e pelo plano equatorial e, consequentemente, maiores serão as diferenças, nas médias e altas latitudes, sentidas no lado do hemisfério virado para a Lua e no oposto. Tal faz com que, as estas latitudes, as marés semi-diurnas revelem heterogeneidades do tipo diurno. É também por esta razão que se verifica tendência para que as marés diurnas ocorram a latitudes elevadas.

Neste contexto é ainda de referir que, como o sentido de rotação da Terra é o mesmo que o do movimento de translação da Lua em torno da Terra, só que cerca de 27 vezes mais rápido, a fricção entre a água e os fundos oceânicos, bem como a inércia da água, fazem com que a hora da maré cheia não coincida, exactamente, com a passagem da Lua pelo meridiano do lugar, mas tenha um atraso que pode ir até 36 horas. Esse intervalo de tempo que medeia entre o momento da passagem da Lua pelo meridiano do lugar na fase de Lua Nova ou Lua Cheia e o momento em que ocorre a maré com maior amplitude designa-se por idade da maré.

Refira-se, a este propósito, que os aludidos efeitos de fricção e de inércia têm sentido oposto ao da rotação da Terra, fazendo com que o seu período de rotação aumente 0,002 segundos por século. Simultaneamente, para que o sistema Terra – Lua se mantenha em equilíbrio, a distância média entre estes astros aumenta de cerca de 3,6 cm/ano. Embora, no curto prazo, os efeitos sobre a maré sejam absolutamente desprezíveis, tal significa que, no longo prazo, as características das marés se vão progressivamente modificando.
A maré solar tem peculiaridades análogas à da produzida pela Lua, embora com amplitude bastante menor. Assim, as interferências entre as duas tem aspectos complexos. É evidente que quando a Terra se encontra mais próxima do Sol (periélio – 147 milhões de quilómetros) em Dezembro / Janeiro, as marés solares são maiores do que quando a Terra está mais afastada em (afélio – 152 milhões de quilómetros).

Por outro lado, quando, nos equinócios, o Sol passa pelo plano do equador terrestre, existe maior coincidência entre a maré solar e a lunar, o que faz com que as marés de sizígia destas alturas tenham maior amplitude. Normalmente, estas marés equinociais são as maiores registadas ao longo do ano. Por essa razão, as marés equinociais são, com frequência, utilizadas na legislação (designadamente a portuguesa e a brasileira) sobre as zonas costeiras, como se verifica, por exemplo, com a o domínio público marítimo em Portugal, o qual é definido (Dec-Lei 93/90, de 19 de Março) como a “faixa ao longo de toda a costa marítima cuja largura é limitada pela linha da máxima preia-mar de águas vivas equinociais e a batimétrica dos 30m”.

Como facilmente se pode deduzir do exposto, a maré é um fenómeno complexo com elevado número de variáveis. As marés com maior amplitude ocorrem quando a Lua está em perigeu e em sizígia e, simultaneamente, a Terra está em periélio e a declinação é zero tanto no que se refere à Lua como ao Sol. Esta coincidência não é frequente, ocorrendo aproximadamente de 1600 em 1600 anos, acontecendo a próxima por volta do ano 3 300.

Quando se considera o longo prazo a complexidade da maré é ainda maior devido aos vários movimentos astronómicos, designadamente o ciclo nodal da Lua (18,6 anos), o movimento de precessão da Lua (8 850 anos), a excentricidade da órbita terrestre (413 mil anos), a precessão dos equinócios (26 mil anos), a obliquidade do eixo de rotação da Terra (41 mil anos).

A dinâmica da deslocação da maré é ainda fortemente condicionada pela disposição dos continentes, pela configuração da batimetria e por muitos outros factores.

Previsão da maré – Embora a maré seja um fenómeno bastante complexo, a sua previsão é relativamente simples recorrendo à análise harmónica. Efectivamente, medindo a maré num determinado local durante algum tempo, é possível decompor a curva registada em termos harmónicos, ou seja, em curvas sinusoidais simples, designadas por componentes de maré. A previsão é efectuada projectando estas curvas elementares no futuro e procedendo à sua adição algébrica. É assim possível conhecer teoricamente o comportamento da maré com grande antecedência. O primeiro equipamento para efectuar a previsão da maré, totalmente mecânico, foi concebido por Lorde Kelvin em 1872 e utilizava apenas 10 componentes de maré, mas rapidamente se construíram outros, mais sofisticados, que utilizavam algumas dezenas de componentes. Com os computadores a forma de efectuar os cálculos foi extremamente facilitada.

Primeiro aparelho para previsão de marés construído por Lorde Kelvin em 1872, o qual utiliza 10 componentes de maré. Science Museum, South Kensington, Londres.

Máquina para previsão de marés construída nos Estados Unidos da América por Rollin A. Harris e E. G. Fischer, que ficou funcional em 1910. A previsão da maré era efectuada considerando 37 componentes. Extraído de
http://co-ops.nos.noaa.gov/predma2.html.

Em Portugal, a previsão das marés é efectuada pelo Instituto Hidrográfico, utilizando-se 62 componentes de maré.

As principais componentes de maré são as seguintes:

Apesar de, actualmente, terem sido identificadas mais de 400 componentes de maré, a utilização das primeiras quatro componentes de maré referidas (M₂ + K₁ + S₂ + O₁) dá resultados plenamente satisfatórios para a maior parte das aplicações.

Tipos de maré – Como se referiu, devido aos movimentos astronómicos entre a Terra, a Lua e o Sol, ao movimento de rotação da primeira, à disposição dos continentes e às heterogeneidades da batimetria oceânica, as amplitudes e fases de cada componente de maré são específicas de cada local.

Tal tem como resultado, por exemplo, que, nalgumas regiões, a maré resultante tenha duas marés cheias e duas vazias por dia (marés semi-diurnas) e, noutras, apenas uma maré cheia e uma vazia por dia (marés diurnas).

O período dominante da maré é determinado pela razão F obtida pelo quociente entre a adição das amplitudes das duas principais componentes diurnas (K₁ + O₁) e a adição das amplitudes das duas principais componentes semi-diurnas (M₂ + S₂ ). Quando F tem valor elevado (superior a 3,0), o período dominante da maré é diurno. Se o valor de F é pequeno (inferior a 0,25), o período dominante é semi-diurno. Entre estes dois tipos extremos existem as marés mistas (que podem ter dominância diurna, como em Manila, nas Filipinas, ou dominância semi-diurna, como em Cananéia, no Brasil).

Sistemas anfidrómicos – Os condicionamentos impostos pela geometria das bacias oceânicas e a influência da Força de Coriolis resultam no desenvolvimento de sistemas regionais de marés designados por sistemas anfidrómicos, nos quais a maré, em cada ciclo de maré, circula em torno de um ponto central, o ponto anfidrómico, onde a amplitude da maré é nula, aumentando à medida que o afastamento a este ponto vai sendo maior.

Principais sistemas anfidrómicos mundiais.

Sistemas anfidrómicos do Mar do Norte, do Canal da Mancha e do Mar da Irlanda. Ocorrem nesta região algumas das marés com maior amplitude mundial.

Devido à Força de Coriolis, o sentido de rotação é sinistrógiro (contrário ao dos ponteiros do relógio) no hemisfério Norte, e dextrógiro no hemisfério Sul.

Na expressão cartográfica dos sistemas anfidrómicos utilizam-se linhas que unem os pontos com a mesma fase da maré (e.g., maré cheias), designadas por linhas co-mareais,  que se cruzam todas, como é lógico, no ponto anfidrómico, e linhas que unem os pontos que têm o mesmo valor de amplitude da maré, denominadas por linhas de iso-amplitude, tendencialmente concêntricas com o ponto anfidrómico. [JAD]