Bunnforhold og kyster

Sist oppdatert 24.11.01

Grunt vann

I kapittelet om bølger har vi gått gjennom bølgehastighet påvirkes av dybden dersom bølgelengden er mer enn det dobbelte av dybden. Vi så i forrige kapittel at bølgelengden til tidevannet var ca 20 000 km ved ekvator og ca 12 000 km ved 60. breddegrad. Dybden i oseanene er rundt 6000 m. Sett i forhold til den store bølgelengden, må vi altså rekne tidevannsbølgene som bølger på (svært) grunt vann. Vi setter dybden på  6000 m inn i formelen for bølgehastighet og får: c = 243 m/s eller ca. 870 km/t. Det er en veldig høy hastighet, men er farten stor nok? Dersom det var vann rundt hele jordkloden ved ekvator, ville strekningen vært 40 000 km. Den strekningen skulle bølga gå på ett døgn. Farten måtte vært: c = 40 000 km/24 t = 1700 km/t. Det er en hastighet godt over lydhastigheten. Vi ser at det stor forskjell på den hastigheten tidevannsbølga oppnår og det den farten den burde hatt for å være i likevekt med tidevannskreftene fra månen og sola. Selv ikke på 60 grader henger tidevannbølga med. Denne skulle hatt ca. 1000 km men holder en del mindre hastighet. Nå er vi også kommet så langt nord at havdypene er mindre. Dette fører til at tidevannet ikke får utnytte gravitasjonskreftene fullt ut.

Dybder og kontinent

I kapittelet om bølgehastighet er det vist hvordan ei snekke bygger opp ei stor bølge fordi bølga og snekka går med samme fart. Noe av det samme kunne skjedd med tidevannet dersom tidevannsbølgen hadde greid å følge med jordrotasjonen eller forflytningen av gravitasjonskreftene. Det kunne bygget seg opp enorme tidevannsforskjeller dersom tidevannsbølga holdt "rett" fart og dersom ikke store kontinent hadde sperret veien. Hadde ikke kontinentene sperret, ville tidevannsbølga bygge seg opp runde for runde. Slik det er nå, må tidevannsbølga bygge seg opp på ny for hver runde.

Midthavsryggene og vårt klima

Tegning som illustrerer bunnforholdene i Atlanterhavet og tilgrensende havområder.

Som tegningen over viser, er det enorme fjellkjeder langs midten av hele Atlanterhavet. Midthavsryggen hever seg mange steder mer enn 3000 m over bunnen av havet. Når tidevannsbølga passerer, blir den bremst opp på grunn av den reduserte dybden. Når en tenker på partikkelbevegelsene i vannet når ei bølge passerer, skjønner en at dette skaper strømmer, indre bølger og turbulens i dypet av havet. Dette fører til at vannmassene i oseanene blandes. Det forhindrer at tungt vann blir liggende lenge på bunnen med fare for oksygensvikt og at nytt bunnvann ikke får "fylle" på. Med svak blanding kunne vi fått samme problemtype som i en del fjorder.     

Den innblandingen bunnvann inn i de høyere vannlag som tidevannet er med å skape, har trolig stor betydning for klimaet i de nordiske landene. Dersom ikke Norskehavet hadde kunnet "kvitte" seg med det bunnvannet som dannes der, kunne ikke Golfstrømmen sendt ei grein nordover til oss.  

Interferens og Coriolis

I et tidligere kapittel er det vist hva interferens er. Det samme som kan skje i ei lita havn, kan også skje i for eksempel Nordsjøen. Nordsjøen har to innløp, Den Engelske kanal og mellom Skottland og Norge. Tidevannsbølga kommer inn mot Frankrike og England. Den møter kontinentalsokkelen og blir i tillegg presset inn gjennom ei "trakt" mellom Sør-England og Frankrike i kanalen. Denne bølga interferer i Nordsjøen med den bølga som kommer nordfra. Bølgene er ikke helt i fase fordi de har ikke gått like langt. Resultatet er at i deler av Nordsjøen er det stor tidevannsforskjell i andre områder er det nesten ingen.

Kartet viser Nordsjøen. De tre grønne sirklene viser områder med tilnærmet null tidevann.

Et område uten tidevann blir kalt et amfidromisk punkt. Ordet kommer av amfi. Det skråner enten opp til alle kanter for punktet (høyvann) eller det amfidromiske punktet ligger på en topp (lavvann). Det amfidromiske punktet ligger i ro. Det er omgivelsene som går opp og ned.

Det finnes amfidromiske punkt i de fleste havområder. I de store verdenshavene spiller Corioliseffekten en stor rolle for dannelsen av amfidromiske punkt. Figuren nedenfor viser amfidromiske punkt og hvordan en bølgetopp (topp flo) sprer seg i sirkelbaner rundt sitt amfidromiske punktet. Hver linje viser hvor langt bølga har beveget seg i løpet av en time. Legg merke til at bølga brer seg i forskjellig retning alt etter om den er på den nordlige eller sørlige halvkule. Dette skyldes Corioliskrafta.

Kartet viser afidromiske punkt (grønn sirkel) i verdenshavene. Linjene viser hvordan bølgetopper (floa) sprer seg for hver time. 

Resonans

Resonans er et problem i fjorder og elvemunninger og andre delvis avstengte bassenger som forekommer noen steder i verden. Poenget er at det fra åpningen kommer en påtrykt tidevannsbølge inn i systemet. Dersom frekvensen til tidevannet samsvarer med egenfrekvensen for bassenget, får vi resonans.  

Tidevann langs norskekysten

På grunn av Storbritanias delvise skjerming av Nordsjøen, får vi interferens fenomenet amfidromisk punkt utenfor Egersund. Tidevannsforskjellen i dette område er svært liten. Østover på sørlandskysten øker forskjellen svakt østover. Fra Egersund øker tidevannsforskjellen nordover til Finnmark. Norges sjøkartverk gir ut tidevannstabeller for Norge. Tabellen under viser hvor stor tidevannsforskjell det er mellom laveste lavvann og høyeste høyvann. Merk at her er det ikke tatt med virkninger av lavtrykk og vind. 

Tidevann i fjorder

Tidevannet i fjorder påvirkes spesielt av fjordmunningens størrelse og mulig interferens fenomener. Hafrsfjord har for eksempel ca 20 cm mindre forskjell på flo og fjære enn havet utenfor. Dette skyldes den grunne og smale åpningen mot havet. Videre er det slik at flo og fjære kommer et par timer seinere inne i Hafrsfjord enn utenfor. 

Tidevannsforskjellen er ikke stor utenfor Hafrsfjord, vanligvis ca 50 cm. Dette er likevel nok til å sette opp en kraftig strøm ved innløpet når overflata inne i fjorden skal heves eller senkes 30 cm i løpet av vel 6 timer. Med en overflate på ca. 12,5 km², og et strømningstverrsnitt på ca 300 m²,  blir den gjennomsnittlige strømmen slik: v = 0,3 m * 12500000 m²  /(300 m²* 6h) = 0,6 m/s. Dette tilsvarer godt og vel en knop. Nå vet vi at ved skifte mellom stigende og fallende sjø, stanser strømmen. Det tar tid før den igjen kommer opp i maksimal hastighet og den avtar mot slutten av en periode. Derfor er gjerne maksimal strømhastighet mer enn det dobbelte av den gjennomsnittlige.

I fjorder med stor åpning, gjerne jevnt smalnende innover, øker som oftest tidevannsforskjellen innover i fjorden. Årsakene kan være flere. Det kan blant annet skyldes tendenser til resonans, det kan skyldes at tidevannstømmen har så pas stor hastighet at den gir en ekstra heving av overflata når den skal bremses opp mot fjordbunnen. Tidevannsforskjellen er gjerne 10-20 cm større innerst i slike fjorder sammenlignet nær fjordmunningen.

Energi fra tidevannet

Tidevannet representerer veldige energimengder både i form av bølgeenergi og som bevegelsesenergi i strømmer. Et problem for utnyttelsen av denne energien er at ulike innretninger ofte kommer i veien for annen nytte av kystsonen. I tillegg har det problemet at energien er ikke konsentrert til et lite nok område for å få en effektiv utnyttelse av investeringene. En annen ulempe er at energi ikke kan tas ut ved flo og fjære.

I Norge gjøres det for tiden forsøk i Moskenesstrømmen, Lofoten, med å plassere propeller under havflaten som drives av tidevannstrømmen. Propellene plasseres så langt under overflaten at de ikke er til fare for skipsfarten. Installasjonene gjør det umulig å fiske i området.

I Frankrike har man demmet opp en fjord, Rance, og utnytter tidevannsforskjellen til å drive turbiner plassert i tunneler i demningen. For å slippe båttrafikk forbi, uten å la noe særlig vann gå til spille, er det anlagt sluser.

Hvor kommer tidevannsenergien fra?

Det skal energi til for å bygge opp tidevannsbølgene. De vanlige bølgene på sjøen får energi fra vinden. Stadig nye bølger dannes av vindene og i samme grad som de dannes ett sted, går energien deres tapt et annet sted. Noe forsvinner i det bølga farer bortover vannet, noe setter i gang indre bølger, bølger skaper turbulens og noe møter kysten. Bølgeenergien går over til andre former. Med tidevannet går det på samme måten. Men hvor kommer energien fra?

Energien til tidevannet kommer fra månen og fra jorda. Mer presist om energien fra månen: Det gjør motstand på månen at det dannes tidevann på jorda. Det at tidevannet ikke får bevege seg friksjonsfritt på havet, reduserer gravitasjonen bitte, bitte lite grann. Dette fører til at månen kommer lengre og lengre fra jorda og går litt langsommere etter som tida går. Avstanden mellom månen og jorda øker med ca. 4 cm i året. Dette representerer et enormt energitap systemet jord - måne, ca. 3*10¹² Wh eller 3 terawatt timer pr år.    

Energien til tidevannsbølga dannet av sola tappes energien fra jorda bane rundt sola. Det fører til at jorda går bitte, bitte litt langsommere i litt større avstand fra sola år for år. At sola taper masse ved den fusjonsprosessene som foregår der, er også med på å endre energien i systemet sol - jord. Det må likevel understrekes at dette betyr forsvinnende lite. Det understreker likevel at ingen ting er helt statisk og stabilt i vårt solsystem.

Fram og tilbake er like langt

Legg merke til at tidevannstrømmen i mange fjorder ikke direkte fornyer vannet i fjorden. Det er indirekte følger av strømmen som kan gi fornyelse, for eksempel indrebølger og turbulens. Se på tegningen under. For å gi tidevannsforskjell inne i fjorden, skal det føres en del vann fram og tilbake ved munningen. Dette vannet kan gå gjennom hele tverrsnittet av munningen slik at vannet trenger ikke å flytte seg så langt for å gi tilstrekkelig heving og senking inne i fjorden. Er fjorden så åpen at tidevannet kan i større grad komme inn som ei bølge istedenfor en strøm, vet jo også at dette ikke fører til særlig strøm. Partikkelbevegelsen i ei bølge er jo sirkler. Det er ikke vannpartiklene som farer bortover nå ei bølge sprer seg utover.

Figuren viser at den vannmassen som skal til for å heve vannflata inne i fjorden, svarer til samme vannvolum som går fram og tilbake ved innløpet. Det gir i seg selv ingen fornyelse av vannet i fjorden.

For mange år siden fylte Bergen igjen kanalen mellom Store og Lille Lungegårdsvannet. Vannene er egentlig innestengte fjordarmer og ikke ferskvann som navnene kunne få en til å tro. For å sikre fornyelse av vannet i det innerste vannet, Lille Lungegårdsvannet, la man to store rør ut til Store Lungegårdsvannet. Dette var ikke lurt hvis man tenkte det skulle gi mulighet for fornyelse av vanne i det innerste vannet. Tidevannsforskjellen fører til at vannet stiger og synker inne i Lille Lungegårdsvannet. Likevel kommer det knapt noe friskt sjøvann inn på grunn av dette. Årsaken er at volumet av vannet inne i rørene er større enn den vannmengden som skal til for gi nødvendig tidevannsforskjell inne i Lille Lungegårdsvann.

Det samme problemet opplever de som får lyst å forlenge snorkelen for å kunne svømme litt dypere. Blir volumet av snorkelen for stort i forhold til lungekapasiteten, eller glemmer en å puste dypt ut og inn, vil en raskt kveles.

Hvordan skulle man da ha innrettet seg i Bergen? Har leseren et enkelt forslag?