Mond - Erde-Mond-Beziehung 

Die Entstehung von Ebbe und Flut

Bild vergrößernFlut (Lubec, Maine)
©Ancro
An allen Meeresküsten können wir tagtäglich ein eindrucksvolles Naturschauspiel verfolgen. Regelmäßig verändert sich der Meeresspiegel zweimal am Tag. Ursache ist die Schwerkraft, die der Mond auf die Erde ausübt.

Bild vergrößernEbbe an der Küste von Lubec, Maine
©Ancro

Etwas mehr als 6 Stunden lang steigt das Wasser: die Flut kommt. Nach dem Erreichen des höchsten Wasserstandes fällt es über einen gleichlangen Zeitraum wieder ab: die Ebbe tritt ein. Das Zusammenspiel zwischen Ebbe und Flut nennt man Gezeiten. Die Höhe des Gezeitenwechsels ist geographisch stark unterschiedlich.

Bild vergrößernGeringer Gezeitenhub im Mittelmeer (Animation)
©CU/CCAR

Der Wechsel von einem Niedrigwasser zum nächsten, Tide genannt, dauert ca. 12 Stunden und 25 Minuten. Aus diesem Grund treten Ebbe und Flut täglich um etwa 50 Minuten später ein. Die Zeitverschiebung entspricht der täglichen Verschiebung des Mondaufgangs.

Bild vergrößernGroßer Gezeitenhub in der Labrador-See (Animation)
©CU/CCAR

Diese Beobachtung lässt auf einen Zusammenhang zwischen den Gezeiten und der jeweiligen Position des Mondes in Bezug zur Erde schließen. Ursache für die Gezeiten ist die Gravitationskraft des Mondes auf die gesamte Erdkugel. Der Erdglobus wird dabei gewissermaßen leicht verformt. Die Wassermassen der Ozeane reagieren auf diese Verformung besonders stark, es bilden sich "Flutberge" und entsprechende Täler, in denen Ebbe herrscht.

Die Lage der Flutberge beziehungsweise der Ebbezonen orientiert sich somit an der Position des Mondes. Die Erdkugel selbst rotiert bei ihrer täglichen Drehung um die eigene Achse einmal in 24 Stunden unter diesen Bergen und Tälern hindurch. Das Wasser der Ozeane, die etwa 70% der Erdoberfläche bedecken, wird dadurch gezwungen andauernd von den Ebbe- zu den Flutzonen zu strömen.

Aber auch die feste Erdkruste wird deformiert. Mitteleuropa beispielsweise hebt und senkt sich im Rhythmus der Gezeiten um etwa 50 cm. Diese Bewegung kann mit empfindlichen Gravimetern (Schwerkraftmessgeräte nach dem Prinzip einer Federwaage) festgestellt werden.

Bild vergrößernBewegung um den Schwerpunkt
©Kosmos Himmelsjahr

Woher aber kommt es, dass bei der täglichen Erddrehung nicht nur eine, sondern zwei Tiden durchlaufen werden, dass sich also 2 Flutberge und 2 Ebbezonen auf der Erdoberfläche bilden? Die Lösung dieses Problems ist darin zu suchen, dass nicht - wie man üblicherweise sagt - der Mond um die Erde kreist. Stattdessen drehen sich sowohl der Mond als auch die Erde in etwa 27 Tagen um einen gemeinsamen Schwerpunkt (in der Abbildung mit S bezeichnet). Da allerdings die Masse der Erde im Vergleich zur Mondmasse sehr groß ist – sie beträgt das 81fache -, liegt der Schwerpunkt des Erde-Mond-Systems noch innerhalb unseres Erdglobus. Das heißt, der Punkt, um den sich Erde und Mond gemeinsam etwa einmal im Monat drehen, liegt rund 0,7 Erdradien vom Erdmittelpunkt entfernt.

Die beiden Flutberge entstehen durch das Wechselspiel von Gravitationskraft des Mondes und der Fliehkraft (Zentrifugalkraft), die dadurch entsteht, dass die Erde wie ein Excenter um den Schwerpunkt S kreist.

Die Abbildung zeigt die Zentrifugalkraft im Erdmittelpunkt sowie an den Orten A, B, C und D als grüne Pfeile, die Mondgravitation (blau) ist je nach Entfernung zum Mond unterschiedlich groß. Nur im Erdmittelpunkt heben sich die beiden Kräfte gegenseitig auf. An der Erdoberfläche bleibt an den verschiedenen Orten jeweils unterschiedliche Nettokräfte (rot) übrig, die für die Gezeitenentstehung verantwortlich sind. Sie verursachen an den Orten A und C ein Anheben der Wassermassen (Flut), an den Orten B und D ein Absinken (Ebbe).

Bild vergrößernEntstehung von Ebbe und Flut (Animation)
©Mission Mond

Die beiden Flutberge und Ebbezonen wandern in etwa 27 Tagen mit dem Mond um die Erde herum. Der Umlaufsinn dieser Bewegung ist dabei der selbe wie der Umlaufsinn der täglichen Erddrehung um ihre eigene Achse. Daher ist der "Mondtag" um 50 Minuten länger als der "Sonnentag". Folglich dauert es zwischen Hochwasser und dem darauffolgenden Hochwasser etwas länger als einen halben Tag, nämlich etwa 12 Stunden und 25 Minuten.

Bild vergrößernSpringflut und Nippflut
©Kosmos Himmelsjahr

Auch die Schwerkraft der Sonne trägt zu den irdischen Gezeiten bei. Stehen Erde, Mond und Sonne in einer Reihe, werden die Flutberge besonders hoch (Springflut). Das ist bei Vollmond und bei Neumond der Fall. Bei zu- oder abnehmendem Halbmond stehen Erde, Mond und Sonne etwa in einem rechten Winkel zueinander. Die Gezeitenkräfte von Mond und Sonne wirken dann gegeneinander und die Flutberge sind kleiner als bei normaler Flut (Nippflut).

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22.02.2015

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Autor dieses Artikels:  Prof. Dr. Bruno Deiss

In Zusammenarbeit mit dem Physikalischen Verein, Frankfurt a.M.
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