Gelgit Nedir? Suların Metrelerce Yükselip Metrelerce Çekilmesine Neden Olan Medcezir Nasıl Oluşur?

Gelgit (medcezir); Ay ve Güneş'in kütleçekim kuvvetlerinin bir aradaki etkisi ve Dünya'nın kendi etrafındaki hareketi dolayısıyla deniz seviyelerinin periyodik olarak yükselip alçalmasıdır.^{[4], [5]} Derin okyanusların orta kısımlarında gelgitler suyu yaklaşık 1 metre kadar (Dünya'nın yarıçapının $\%1.6\times 10^{-5}$'i kadar) yükseltmektedir. Kıyı şeridinde su seviyesinin daha düşük olmasına bağlı olarak gelgitlerin etkisi 10 metreye kadar çıkabilmektedir.

Güneş'in Dünya üzerindeki kütleçekim etkisi Ay'ın Dünya üzerindeki kütleçekim etkisinin 178 katı kadardır; buna rağmen Güneş'in gelgitler üzerindeki etkisinin Ay'ın gelgitler üzerindeki etkisine oranı 0.465 civarındadır. Bir diğer deyişle, birazdan göreceğimiz diğer faktörler göz ardı edilecek olursa, gelgitlerin %68.2'si Ay sebebiyle, %31.8'i ise Güneş sebebiyle oluşmaktadır (Ay'ın gelgit etkisi Güneş'in gelgit etkisinin 2.15 katıdır). Gelgitlerin Dünya'yı sündürüp gevşetmesi nedeniyle Dünya'nın kendi etrafındaki dönüşü her asırda (100 yılda) 1.6 milisaniye yavaşlamaktadır.

Lockhaven University

Bir gelgitin etkisinii gösteren yukarıdaki türden grafiklerde yer verilen kuvvetler, direkt olarak kütleçekim kuvvetleri değildir (bu, genelde sıklıkla yanlış anlaşılan bir konudur). Daha ziyade, diferansiyel kuvvetler veya gelgit-yaratıcı kuvvetler olarak bilinen kuvvetlerdir. Bu kuvvetler, tekil bir noktaya göre değil, belli bir uzunluk boyunca etki edecek şekilde hesaplanırlar ve dolayısıyla mesafenin karesiyle ters orantılı değil, mesafenin kübüyle ters orantılı olacak biçimde değişirler. İşte bu nedenle Güneş'in kütleçekimi aslen Ay'ınkinden çok daha büyük olsa da, aradaki devasa mesafe farkından ötürü Güneş'in gelgit etkisi Ay'ın gelgit etkisinden çok daha zayıf olmaktadır.

Astronomik bir kavram olaraksa "gelgit" (İng: "tide"), civardaki bir diğer gök cisminin kütleçekim kuvveti dolayısıyla bir gök cisminin geometrik şeklinde meydana gelen bozulmalardır.^[3] Çünkü gelgitler, sadece sıvılarda (örneğin deniz ve okyanuslarda) olan bir olgu değildir; Dünya'nın karasal kısımları da gelgit etkisiyle gün içerisinde yaklaşık 20 santimetre kadar yükselir ve alçalır.^[6]

Burada dikkat edilmesi gereken kritik bir nokta, gezegenimizin kendi etrafındaki dönüşünden kaynaklı yassılaşmış küremsi şeklinin gelgitlerle bir ilgisi olmamasıdır. Dünya'nın kendi etrafındaki dönüşü, ekvatoryal şişkinlik olarak bilinen ve Dünya'nın karalarının geometrisinin yaklaşık 21 kilometre sapmasına sebep olmaktadır (Dünya'nın yarıçapının 300'de 1'i). Bu bozulma, dış bir gök cisminden kaynaklı olmadığı için "gelgit" olarak sayılmaz. Ancak bu yassılaşmış küremsi şekil, gelgitlerin ekstradan olan etkisini hesaplamak için bir referans çizgisi olarak kullanılır. Yani gelgit hesaplarında Dünya'nın kusursuz bir küre olmayan şekli de gözetilmelidir.

Gelgitler sadece karalar ve okyanuslar için değil, aynı zamanda yeryüzündeki insan gibi canlılar için de geçerlidir. Ancak bir insanın küçük boyutu nedeniyle gelgitlerin etkisi önemsenmeyecek kadar küçüktür: Bir insanın boyu, gelgit nedeniyle boyunun $10^{-16}$ katı kadar uzayıp kısalmaktadır. Bu, bir atomun çapından 1000 kat küçük olduğu için herhangi bir etkiye sahip olan bir değişim değildir. Kıyas olması bakımından, kişinin kendi kütlesinin etkisi nedeniyle boyu $10^{-2}$ kat kısalmaktadır. Dolayısıyla kişinin kendi boyu üzerindeki kendi kütlesinin etkisi, gelgitlerin etkisinden 100.000.000.000.000 (100 trilyon) kat daha fazladır.^[8]

Gelgitlerle İlgili Temel Kavramlar

Gelgitler, isimlerinden de anlaşılacağı üzere iki kısma sahiptir:^[7]

• Med ("Gel" Kısmı): Suların yükselmeyi durdurduğu ve yerel bir maksimuma ulaştığı noktadır.
• Cezir ("Git" Kısmı): Suyun gerilemeyi durdurduğu ve yerel bir minimuma ulaştığı noktadır.

Ancak bazı bölgelerde iki adet ek evre de görülebilir:

• Med Taşkını (İng: "flood tide"): Birkaç saat boyunca yükselen deniz seviyesi, gelgit bölgesini (İng: "intertidal zone") kaplar.
• Çekilme (İng: "ebb tide"): Birkaç saat boyunca alçalan deniz seviyesi, gelgit bölgesini açığa çıkarır.

Dünyanın önemli bir bölümünde gelgitler, ikisi med ikisi cezir olmak üzere günde 4 kez yaşanır (Meksika Körfezi gibi bazı bölgelerde, kıyı şeridinin topoğrafyası dolayısıyla 1 med 1 cezir olmak üzere günde 2 gelgit yaşanır). Bu ikili medcezir döngüsüne yarım günlük gelgit döngüsü (İng: "semidiurnal tide cycle") adı verilir. Bu iki med arası süre 12 saat 25 dakika sürer ve dolayısıyla toplam döngü 24 saat 50 dakikadır.

Günde 2 kez med yaşayan yerlerde, bu iki med sırasındaki su yükseliği genelde eşit değildir (buna günlük eşitsizlik denir); bu nedenle bunlardan daha yüksek olanını belirtmek için "yüksek med", daha düşük olanını belirtmek için "düşük med" gibi ek terimler türetilmiştir (aynısı cezir için de geçerlidir). Günlük eşitsizlik tutarlı değildir ve zaman içinde değişir; ancak bu farkların en düşük olduğu zaman, Ay'ın ekvator hizasında olduğu zamandır.

Wikimedia

Bir yükselip bir alçalan deniz sularının sebep olduğu akıntılara gelgit akıntıları denir. Gelgit akıntılarının durduğu âna "durgun su" (İng: "slack water") denir. O noktada gelgit tersine döner. Durgun su, hem med hem cezir sırasında oluşabilir; ancak bazı bölgelerde bu suların oluştuğu yerin lokasyonu dikkate değer miktarda farklı olabilir.

Gelgitlerle İlgili Temel Bilgiler

Normalde Ay, Güneş ve Dünya'nın dönüşünün astronomik etkilerini takip ederek gelgitlerin belli bir coğrafyada gün içerisinde hangi saatlerde yaşanacağını tespit etmek mümkündür; ancak rüzgarlar ve atmosferik basınç değerleri de gelgit zamanlarını ve su seviyesi yüksekliğini etkileyebilir. Buna ek olarak Güneş ve Ay'ın gökyüzündeki konumları, gelgitlerin faz ve genliği, okyanuslardaki amfidromik sistemler ("gelgit düğümleri" olarak bilinen, gelgitin harmonik bileşenlerinden bir tanesi için genliği sıfır olan coğrafi lokasyonlardır), kıyı şeridinin şekli ve kıyı açıklıklarının derinlik profili (batimetresi) gelgitleri etkileyebilmektedir.

İki gelgit arasında geçen süreye gelgit aralığı (İng: "lunitidal interval") adı verilir ve bu süre, kimi yer için saatlerle, kimi yer içinse yıllarla ölçülebilir. Bu ölçümlerin düzgün yapılabilmesi için, belli bir coğrafyadaki su seviyelerini takip eden gelgit ölçerler kullanılmaktadır. Bu ölçü aletleri, dakika ölçeğinden daha kısa süreli dalga varyasyonları göz ardı ederek daha isabetli tahminlerde bulunmaya yardımcı olurlar. Bu aletlerden toplanan veriler, ortalama deniz yüksekliği (İng: "mean sea level") olarak bilinen referans değerleriyle kıyaslanarak eğitimli tahminler yürütmekte kullanılır.

Gelgitler, kısa vadede deniz seviyelerinde meydana gelen değişimlerin ana sorumlusudur; ancak tek sorumlusu değildir: Termal genleşme, rüzgar ve barometrik basınç değişimleri de fırtına dalgaları yaratarak, özellikle de sığ sularda ve kıyı şeridinde su seviyelerini değiştirebilirler.

Ayrıca gelgitler sadece su birikintileriyle ilgili bir olgu da değildir. Gök cisimlerinin değişen açılarda etki eden kütleçekim kuvvetlerinin olduğu her yerde ve her koşulda etkileri hissedilir. Örneğin Dünya'nın sadece okyanusları değil, karasal bölgeleri de gelgitler nedeniyle durmaksızın yükselip alçalır; ancak bunları görmek, katı yüzeyleri dolduran bir sıvı olan okyanusların hareketlerini görmek kadar kolay değildir.

Gelgit Nasıl Oluşur?

Gelgitlere sebep olan ana faktör Ay'dır. Ay, ne kadar uzak görünse de (ve gerçekten de Dünya'dan yaklaşık 400.000 kilometre uzakta olsa da), Ay'ın Dünya üzerindeki yerçekimi, gelgitlerin oluşumunda büyük rol oynar.^[2]

Gelgitin med veya cezir kısımlarını gördüğünüzde, gerçekte gördüğünüz şey, gezegenimizin okyanuslarının dağılımındaki küçük değişikliklerin bir döngüsüdür. Ay'ın yerçekimi Dünya'yı çekerken, Dünya'nın kütlesini değiştirir, şeklini çok hafif bir şekilde bozar - ekvatorda uzar ve kutuplarda kısalır. Katı Dünya üzerindeki bu etkiyi bilimsel araçlarla tespit etmek mümkündür; ancak Dünya okyanuslarında yaşanan değişiklikleri görmek için özel ekipmanlara gerek yoktur; sadece sahili ziyaret etmek yeterli olacaktır.

Ay'dan Uzak Taraf Neden Şişkinleşiyor?

Daha önceden de sözünü ettiğimiz gibi gelgitler antipodal (Tür: "zıt kutuplu") bir doğaya sahiptir: Yani hem Dünya'nın Ay'a dönük olan yüzünde hem de Ay'ın zıttında kalan yüzünde aynı anda med yaşanır. Bu, gelgitlerle ilgili yaygın bir kafa karışıklığına neden olmaktadır?

Okyanusun Ay'dan hem en uzak hem de en yakın tarafta şişkinleşmesi ilk etapta garip görünebilir. Bunun nedeni, Ay'ın yerçekiminin tüm Dünya'yı etkilemesi ve gezegenimizdeki her noktayı, aynı anda çekmesidir. En güçlü çekim Ay'a en yakın noktalarda, en zayıf ise en uzak noktalarda meydana gelir, ancak Dünya üzerindeki her su parçası bu çekimden etkilenir.

Örneğin masaya bir kova su döktüğünüzü düşünün. Su tanelerini doğrudan yukarı kaldırmak yerine, masanın üzerinde kenara doğru kaydırmak ve bu sayede masayı temizlemek çok daha kolaydır. Ay'ın yerçekimi de Dünya'yı çektiğinde, su dışa doğru süzülmez, hem yerçekimi hem de diğer kuvvetler tarafından yönlendirilen küre üzerinde itilir ve sıkışır, sonunda Ay'a en yakın ve en uzak taraf tarafı dışarı doğru bükülür.

Ama bu açıklamayı anlamak her zaman kolay olmayabilir, dolayısıyla bir diğer şekilde irdeleyelim. Bunun için, Güneş gibi büyük kütleli bir cismin civarında serbest bırakılan, tek bir sıraya dizilmiş 3 adet tenis topu düşünelim:^[1]

Bunların hepsi Güneş'e doğru düşecektir; ancak Güneş'e daha yakın olan toplar daha uzak olan toplara göre daha güçlü bir kütleçekim kuvveti deneyimleyeceği için, daha hızlı düşeceklerdir. Bu nedenle de topların arası giderek açılacaktır:

Biz, insanlar olarak bu 3 toptan ortadaki ile temsil edilen Dünya üzerindeyiz. Dolayısıyla Güneş'e (veya daha doğrusu Ay'a) göre daha yakın taraftaki top da bizden uzaklaşıyor gibi gözükmektedir, daha uzaktaki top da bizden uzaklaşıyor gibi gözükmektedir. Bu da hem Ay'dan yana olan tarafta hem Ay'dan uzak tarafta gelgitin med evresinin aynı anda oluşmasını açıklamaktadır.

Ayrıca birbiriyle kabaca aynı düzlemde olan toplar için (yani birbirine yakın okyanus parçaları için) ek bir kuvvet de bulunmaktadır. Bunun için peşisıra dizilmiş değil de yan yana konmuş 3 tenis topu hayal edelim:

Bu toplardan uç taraftakiler giderek Güneş'in (veya Ay'ın) merkezine doğru yaklaşmaya çalışacaktır ve bu nedenle ortadaki topu sıkıştıracaktır. Bu sürtünme, ortadaki topun geride kalmasına ve dolayısıyla su seviyesinin şişkinleşmesine neden olur.

Daha da basitleştirecek olursak, şöyle anlatabiliriz: Ay'ın Dünya üzerindeki kütleçekim kuvveti, dünyanın hacmine iki şekilde etki eder:

1. Dünya'nın "katı" kısımlarını Dünya ile Ay arasındaki hayali hat boyunca gerer/sündürür.
2. Özellikle de su gibi akışkan maddeleri Dünya ile Ay arasındaki hayali hatta yaklaştıracak biçimde hareket ettirir.

Okyanus sularında ikinci etki baskındır ve Dünya'nın zıt taraflarında iki farklı med oluşmasının sebebi de bu ikinci etkidir.

İşte Dünya, iki taraftan şişkinleşmiş bu su tabakası içinde dönerken, kara kütleleri de bu iki su çıkıntısı içinden geçer. Bu çıkıntılar, Dünya'nın yüksek gelgitleridir. Çoğu kıyı şeridi günde iki yüksek ve düşük gelgit yaşar. Bir yüksek gelgitten, bir sonraki yüksek gelgit döngüsü (veya bir düşük gelgitten bir sonraki düşük gelgit döngüsü), 12 saatten biraz fazla sürer.

Gelgitler, Ay'ın 50 Dakika Gerisindedir!

Bu bilgilerden yola çıkarak, Ay'ın yolunu takip ederek gelgitleri kolayca tahmin edebileceğimizi düşünebilirsiniz; ancak iş o kadar basit değildir! Her şeyden önce, Ay, Dünya'nın döndüğü yöndeki bir yörüngede döndüğü için, gezegenimizdeki herhangi bir noktanın dönmesi ve Ay'ın tam altına düşmesi için fazladan zaman alır. Bu, yüksek gelgit çıkıntılarının hiçbir zaman doğrudan Ay ile aynı hizada olmamasına, daha ziyade biraz gerisinde kalmasına neden olur.

Ayrıca, Dünya mükemmel ve pürüzsüz bir küre değildir. Aslında kıyılarımızda gördüğümüz gelgitler, Dünya'daki kıtalarının şeklinden, rüzgarlara ve fırtınalara kadar her şeyden etkilenir.

Güneş'in Gelgit Etkisi

Ay, yakınlığı nedeniyle Dünya'nın gelgitleri üzerine etki eden en önemli gök cismidir; ancak gelgitleri etkileyen tek faktör Ay değildir. Ay'ın yaklaşık 27 milyon katı kütleye sahip olan Güneş, Güneş Sistemi ile ilgili denklemler söz konusu olduğunda her zaman söz sahibi olacaktır. Ama Güneş'in Ay'dan yaklaşık 390 kat daha uzakta olması, Güneş'in gelgit gücünün Ay'ınkinden yarısından biraz daha az olmasına sebep olmaktadır. Ancak yine de Güneş de bu doğa olayında rol oynamaktadır.

Ayda iki kez, Dünya, Güneş ve Ay hizaya geldiğinde, yerçekimi güçleri birleşerek, bahar gelgitleri (İng: "spring tides") olarak adlandırılan, çıkıntıların meydana geldiği yerlerde olağanüstü yüksek gelgitler ve suyun yer değiştirdiği yerlerde çok düşük gelgitler oluşturur. Yaklaşık bir hafta sonra, Güneş ve Ay birbirine dik açıda olduğunda, Güneş'in yerçekimi çekimi Ay'ın yerçekimi çekişine karşı çalışır ve onu kısmen iptal ederek, hafif gelgitler (İng: "neap tides") denilen daha zayıf gelgitleri yaratır.

Bir bahar gelgitinin veya hafif gelgitin ne zaman olduğunu, suyun yakınında olmadan da anlayabilirsiniz. Bahar gelgitleri her zaman Ay dolunay veya Yeni Ay evresindeyken, yani Güneş, Ay ve Dünya aynı hizadayken olur. Hafif gelgitlerse, Ay'ın Dünya çevresindeki yörüngesi onu Güneş'e dik bir konuma getirdiğinde, yani Ay'ın ilk ve son dördün evresi civarında meydana gelir.

Dünya da Ay Üzerinde Gelgitler Yaratır!

Ay'ın yerçekiminin Dünya üzerindeki etkisini öğrendik; peki ya Dünya'nın Ay üzerinde yarattığı çok daha büyük olan yerçekimi etkisi ne olacak? Sonuçta, Dünya, Ay'ın kütlesinin 80 katıdır.

Evet, Ay'ın yerçekimi Dünya'nın küresel şeklini hafifçe bozduğu gibi, Dünya'nın yerçekimi de Ay'ı bir miktar deforme eder. Ay, suyla dolu olmadığı için bu gelgitlerin etkisi Dünya'daki okyanus gelgitleri kadar dramatik değildir. Aradaki farkı anlamak için, suyla dolu bir balonu büzmekle, kumla dolu bir balonu ezmeye çalışmak arasındaki fark düşünebilirsiniz. Ancak Ay'daki bu gelgitler, Apollo görevleri sırasında Ay'a bırakılan aynalara Dünya'dan gönderilen lazer ışınları kullanılarak ölçülebilir ve bazı durumlarda etkileri görülebilir.

NASA

Ay'da "lobsu yamaçlar" adı verilen genç uçurumlar, bir yandan Ay'ın sıcak iç kısmı soğurken, diğer yandan Dünya'nın yerçekiminin Ay yüzeyini çekmesi sonucu oluşan büzülme kuvvetlerinin ortaklaşa çalışmasıyla oluşur. Büzülme, hem Ay'ın kabuğunun bükülmesine hem de bir bütün olarak yukarı doğru itilmesine neden olur. Buna bağlı olarak da uçurumlar oluşur. Bu çatlakları inceleyen bilim insanları, bu çatlak ve uçurumların konumlarının Dünya'nın kütleçekimiyle örtüştüğünü göstermiştir.

Gerçekten de, Ay'ın çıplak yüzeyinden veya Ay'a bırakılmış özel reflektörlerden lazer sektirmek gibi son derece hassas ölçümler gerektiren çalışmalarda astronotlar, Dünya'nın Ay üzerindeki çekim kuvvetini hesaba katmak zorundadır. Dünya'nın yerçekimi nedeniyle oluşan gelgitler, Ay'ın yüzeyinde yaklaşık 10-15 santimetre düzeyinde bir değişikliğe neden olabilir, bu nedenle yansıma noktaları gelgitlerle birlikte yükselir ve alçalır.