print logo

Flo og fjære langs kysten av Norge

De regelmessige og vedvarende vekslingene mellom flo og fjære som følger Månens og Solas gang, har til alle tider fascinert folk som bor ved havet. Tidevannet har derfor, som navnet indikerer, fra gammelt av blitt knyttet til selve tiden.

Det er Månen, vår nærmeste nabo i verdensrommet, som er den viktigste årsaken, og Sola har en noe mindre, men likevel betydelig virkning.

Tidevannskraften som flytter vannmassene i havet, skyldes tiltrekningskraften eller gravitasjonskraften mellom Månen, Sola og Jorda. Størrelsen på tidevannskraften er maksimalt bare omkring en timilliondel av tyngdekraften her på jordoverflaten. Av dette skyldes ca. 65 % Månen og ca. 35 % Sola. Selv om tidevannskraften er svært liten, har den en stor og synlig virkning på havet. I tillegg deformerer den også regelmessig hele jordkloden med en liten endring i jordradiusen på ca. 40 cm, som er målbar for eksempel med nøyaktig GPS satellittnavigasjonssystem (Global Positioning System).

Tidevannskraften fra Månen virker hele tiden mot et punkt på jordoverflaten rett under Månen og samtidig mot speilpunktet på motsatt side av Jorda. Dette fører til at vannmassene på den siden som vender mot Månen, blir dratt mot punktet rett under Månen, mens vannmassene på baksiden av Jorda blir dratt mot speilpunktet. Kraftfeltet fra Sola virker på tilsvarende måte mot et punkt rett under Sola og det tilsvarende speilpunktet på baksiden. Kraftfeltet på den siden som vender mot Månen eller Sola og feltet på baksiden er for øvrig like i styrke.

Når Jorda roterer i løpet av 24 timer, vil kraftfeltet fra Sola passere oss to ganger og Solas kraftfelt vil variere periodisk i løpet av 12 timer. For Månen kompliseres bildet litt, fordi den på grunn av sin rotasjon sakker av i omløpet om Jorda slik at omløpstiden for Månen i middel blir 24 timer og 50 minutter. Derfor vil tidevannskraften fra Månen variere med en periode på 12 timer og 25 minutter i middel.

At de viktigste periodene for tidevannskraftens variasjon er halvdaglige, dvs. omkring 12 timer, og ikke heldaglige, 24 timer, som forventet, var lenge et mysterium, inntil den kjente engelske naturvitenskapsmannen Isaac Newton (1642--1727) ga en fullgod forklaring på dette.

Når det er full- eller nymåne, vil Månens og Solas kraftfelt trekke i samme retning og forsterke hverandre. Dette gir opphav til springflo (”storsjøan”). Ved halv voksende eller minkende måne vil derimot Solas kraftfelt motvirke Månens slik at tidevannskraften blir liten og vi får nipp flo eller ”småsjøan”, som det heter på kysten.

Nå er det også heldaglige variasjoner i tidevannskraften som skyldes at Månens og Solas høyde på himmelen endrer seg. Dette uttrykkes ved deklinasjonsvinkelen, som sier hvor høyt Månen eller Sola står over ekvatorplanet, som går ut fra Jordas ekvator. Deklinasjonsvinkelen for Månen varierer fra en negativ verdi (under ekvatorplanet) til en positiv verdi (over ekvatorplanet) i løpet av en månedssyklus, og deklinasjonen er null de dagene Månen passerer ekvatorplanet gjennom knutene, som det heter.

Deklinasjonen for Sola varierer fra +23.5 grader ved sommersolverv til -23.5 grader ved vintersolverv. Månebanen heller omkring 5.1 grad i forhold til jordbanen og Månens deklinasjon kan derfor komme opp i 23.5 + 5.1 = 28.6 grader når oppstigende knute faller nær sammen med vårjevndøgn (vårpunktet), og bare 23.5 - 5.1 = 18.4 grader når nedstigende knute faller nær sammen med vårpunktet. Det første tilfellet med høy måne inntraff i 2006 og det andre tilfellet med lav måne vil inntreffe i 2015. Denne langperiodiske endringen i Månens deklinasjon bestemmer den lengste perioden i tidevannskraftens variasjon, 18.6 år, som tilsvarer knutelinjens dreining.

Det er også en annen, langt viktigere endring i tidevannskraftens størrelse som skyldes at månebanen er elliptisk og at avstanden fra Jorda varierer fra 356 000 km når Månen er på sitt nærmeste, i perigeum, til 406 700 km når den er lengst fra Jorda, i apogeum. Dette gir opphav til en variasjon i tidevannskraftens størrelse på opptil 15--25 % i forhold til middelverdien.

Tidevannskraften blir ekstra stor når Månen er i perigeumposisjon ved full- eller nymåne. Dette inntreffer nesten, men ikke helt, med 6--7 måneders mellomrom, som regel uten at avstanden mellom Månen og Jorda når den aller minste verdien. Den 19. mars 2011 vil perigeum komme mindre enn én time fra fullmåne, og Månen vil nesten nå den aller minste, mulige avstanden fra Jorda. Nært sammenfall mellom fullmåne og perigeum skjer også 6. mai 2012 med 2 minutter, 23. juni 2013 med 23 minutter og 10. august 2014 med 27 minutter, men avstanden blir ikke fullt så liten som i 2011 noen av disse gangene. I slike situasjoner vil vi få stor perigeumspringflo.

De halvdaglige tidevannssvingningene som er viktigst langs norskekysten, blir forsterket når både Månen og Sola står nær ekvatorplanet og har omtrent null deklinasjon. Det kan bare skje ved vår- og høstjevndøgn. Er det da i tillegg perigeum og ny- eller fullmåne, kan en vente ekstra stor flo. Dette skjedde den 21. september 1922, og det ble målt 20--30 % høyere flo enn vanlig i England og Frankrike. En liknende ekstrem situasjon kommer først igjen i år 2192.

Siden Månens og Solas baner kan beregnes med stor nøyaktighet, kan også tidevannskraften bestemmes med stor nøyaktighet langt fram i tiden.

Selv om en kjenner kraften godt er imidlertid dens virkning på vannmassene i havet langt vanskeligere å bestemme. Verdenshavet er som kjent delt opp av landkontinenter og har forskjellige dybdeforhold blant annet med store undersjøiske fjellkjeder som Den midt-atlantiske ryggen. Derfor vil kraftens virkning på havet bli svært kompleks og med store forskjeller fra sted til sted. Tidspunktet for flo og fjære vil forsinkes i forhold til Månens og Solas gang fordi det tar tid å flytte vannmassene i havet. Det skyldes at tidevannsbølgene går med en viss fart rundt i havbassengene og farten avhenger av dybdeforholdene. Det behøver derfor ikke å bli flo rett under Månen og samtidig i speilpunktet som tidevannskraften virker mot.

Tidevannet kan også forsterkes når tidevannsbølgen kommer inn på grunt vann og når bølgen går inn i en lang fjord eller havbukt som smalner innover fra innløpet. Dessuten kan tidevannets høyde øke dramatisk ved resonans i store havbukter når forholdene ligger til rette for det. Dette inntreffer når en av periodene i tidevannskraftens variasjon faller sammen med en periode for de naturlige svingningene av vannmassene i havbukta. Derfor kan forskjellen på flo og fjære noen steder bli svært stor, som i Bay of Fundy ved Nova Scotia i Canada (17 meter) og noen steder langs kysten av England og i Normandie i Frankrike (10--15 meter). I Øst-Finnmark, hvor man finner den største forskjellen i Norge, kan den bli opptil 4 meter.

Det finnes også områder i havet hvor det nesten ikke er merkbare forskjeller på flo og fjære. Dette er såkalte amfidromiske punkter med ingen (null) forskjell på flo og fjære. Det er to slike amfidromiske punkter i norske farvann, ett like sør for Egersund og det andre i Barentshavet sørøst for Svalbard.

Langs norskekysten fra Måløy og nordover er det tidevannsbølgen som kommer inn fra Nord-Atlanteren mellom Skottland og Island som bestemmer tidevannet. Tidspunktet for flo sjø kommer gradvis senere etter hvert som bølgen ruller nordover kysten med en fart på opptil 350 km per time. Forskjellen på flo og fjære ved middels stor springflo øker også fra 1,56 meter ved Måløy til 2,72 meter ved Kirkenes. Økningen er særlig stor østover langs kysten av Finnmark.

I Oslofjorden og langs kysten av Sørlandet er det tidevannsbølgen i Nordsjøen som er bestemmende. Forskjellen på flo og fjære ved middels springflo er bare 35 cm i Oslo og 23 cm ved Tregde vest for Mandal.

Dersom man har målt tidevannet i en havn i lang tid, minst et år, men helst så lenge som den lengste perioden for tidevannskraft som er 18,6 år, kan en bestemme amplituden (høyden) og fasevinkelen for alle de svingningskomponentene som tidevannskraften består av. Fasevinkelen uttrykker hvordan tidevannet er forsinket i forhold til tidevannskraften som følger Månen og Sola. Denne metoden kalles harmonisk analyse av tidevannsdata, og amplitude og fasevinkelen for hver komponent kalles harmoniske konstanter. Når de harmoniske konstantene er bestemt, kan man bruke disse til å prediktere (forutsi) det astronomiske tidevannet som altså skyldes Månen og Sola. Sjøkartverket i Stavanger lager de beste prediksjonene, basert på et stort antall harmoniske konstanter bestemt fra lange tidsserier med målinger. Disse prediksjonene finner en i publikasjonen ”Tidevannstabeller for den norske kyst”, som utgis årlig av Sjøkartverket. Tidspunktene for flo og fjære fra disse tabellene gjengis også i mange aviser. Prediksjoner er også tilgjengelige på Internett. Se for eksempel http://vannstand.no.

Hvor gode er disse prediksjonene? Det avhenger i stor grad av størrelsen på det astronomiske tidevannet i forhold til vannstandsendringer som skyldes meteorologiske forhold som lufttrykk, vind og nedbør. Generelt kan en derfor si at forventet tidevann stort sett stemmer meget godt på Vestlandet og videre nordover langs kysten. Dette skyldes at der er vanligvis det astronomiske tidevannet mye større enn vannstandsendringene knyttet til værforholdene.

På Sørlandet og i Oslofjorden betyr det astronomiske tidevannet lite, og lufttrykk og vind fører ofte til mye større vannstandsendringer. Derfor vil det ofte oppstå betydelige avvik fra forventet tidevann i dette området. I Oslo er det eksempler på at sjøen under stormflosituasjoner har steget 1,6 meter over det aller høyeste astronomiske flomålet og ved høytrykk og nordavind har falt 0,8 meter under laveste tidevannsmerke. Under rolige værforhold med normalt lufttrykk kan forventet astronomisk tidevann stemme bra med målinger også i Oslofjorden.

Det finnes en enkel, men mindre nøyaktig, måte for å finne tidspunktene for flo og fjære. Den er knyttet direkte til Månens gang på himmelen og er slik sett kanskje lettere å forstå. Metoden tar utgangspunkt i tidspunktet når Månen står i sør, høyest på himmelen, i øvre kulminasjon som det heter. Dette tidspunktet, kulminasjonstiden, kan en enten finne i almanakken eller ved selv å følge Månens gang på himmelen når den er synlig. Første flo etter Månens kulminasjon kommer med en viss tidsforsinkelse. En midlere verdi for denne tidsforsinkelsen kalles havnetid og er bestemt fra lange måleserier av tidevannet. Tabellen på side 47 viser at havnetiden i Kabelvåg i Lofoten er 6 minutter. Det betyr at i Kabelvåg er det flo i gjennomsnitt 6 minutter etter at Månen har kulminert i sør. I Bodø er havnetiden 12 timer og 24 minutter, som altså blir tidsforsinkelsen av neste flo etter Månens kulminasjon. Nå går det gjennomsnittlig 12 timer og 25 minutter mellom hver flo, og det vil være fjære omkring 6 timer og 12 minutter før og etter den forutsagte flotid. Det betyr at i Bodø vil det også være flo i gjennomsnitt ett minutt før Månens kulminasjon. Det store spranget i havnetid mellom Bodø og Kabelvåg, som ved første øyekast kan virke forvirrende, er bare uttrykk for at flo sjø på de to stedene kommer henholdsvis like før og like etter Månens kulminasjon. I området omkring Vestfjorden er det altså slik at en har flo omtrent på samme tid som Månen står i sør, og dessuten når den står i nord omtrent 12 timer og 25 minutter senere. Det betyr at når en er i Lofoten og ser Månen stå i sør eller nord på himmelen, kan en være ganske sikker på at det samtidig er flo sjø. Er det full- eller nymåne, vil det i tillegg være springflo.

Nord for Lofoten kommer flo gradvis forsinket i forhold til Månens kulminasjon, i Tromsø med 1 time og 20 minutter og i Vardø med hele 5 timer og 37 minutter. I Vardø er det altså nesten fjære når Månen kulminerer. Sør for Lofoten, på Helgeland og kysten av Trøndelag, kommer flo sjø gradvis tidligere enn tidspunktet for øvre kulminasjon. I Rørvik er det flo gjennomsnittlig 58 minutter før kulminasjon, i Kristiansund 1 time og 43 minutter og i Bergen 2 timer og 17 minutter. I Oslo kommer neste flo i gjennomsnitt 5 timer og 8 minutter etter Månens øvre kulminasjon. Her er det også nesten fjære når Månen kulminerer.

Denne metoden for å bestemme tidspunktet for flo sjø kan tidvis være ganske unøyaktig. Grunnen er at tidspunktet for flo og fjære ikke bare er bestemt av når Månen står i sør, men også avhenger av Månens deklinasjon, det vil si høyde på himmelen, og avstand fra Jorda. Dessuten vil Sola også ha betydning selv om dens bidrag bare er omkring tredjeparten av Månens virkning. Tidsforsinkelsen mellom månepassasje i sør og neste flo varierer med et karakteristisk forløp over en 14 dagers syklus, med en sakte reduksjon over noen dager og en etterfølgende rask økning. Den største forsinkelsen kommer vanligvis 4--5 dager før full- eller nymåne.

Tidspunktet for flo eller fjære blir bestemt bare ut fra tiden når Månen kulminerer, og med tillegg av en fast gjennomsnittlig havnetid kan derfor enkelte dager avvike opptil 1 time fra det virkelige tidspunktet. Noen ganger kan avvikene bli enda større og det er eksempler på mer enn 2 timers avvik i Oslo, men det er ingen enkel forbindelse mellom tiden når de største avvikene oppstår og månefasen. Minst avvik er det vanligvis nordover langs kysten og omkring tiden for full- eller nymåne.

Metoden med å prediktere flo og fjære ved hjelp av harmoniske konstanter er langt mer nøyaktig og blir derfor nå brukt ved alle skikkelige beregninger av tidevann. Mange vil likevel synes det både er artig og nyttig å vite hvordan tidspunktet for flo eller fjære kan knyttes direkte til Månens gang på himmelen, selv om slike prediksjoner kan bli ganske omtrentlige.

Tidevannet gir seg ikke bare utslag i hevninger og senkninger i vannstand. Når store vannmasser skal transporteres inn og ut fra kysten, kan det bli sterk strøm særlig i trange innløp til store fjorder som i Saltstraumen ved Bodø og mange andre steder langs kysten. Sterk strøm kan det også bli ved odder som stikker ut i havet. Moskstraumen ved Lofotodden er et godt eksempel på dette. Denne malstrømmen var fra gammelt av kjent og fryktet av sjøfolk langt utenfor landets grenser.

Tidevannsstrømmene er svært viktige for livet i havet fordi strømmene sørger for en stadig blanding og fornying av vannmassene. Dermed får plankton og alger tilført næringsstoffer slik at de kan vokse og bli til mat for større organismer. Slik sett har Månen, som i utgangspunktet er gold og livløs, overraskende nok en stor betydning for livet i havet.

Turbulens, sammen med friksjonen mellom vannmassene og havbunnen, tapper stadig energi fra tidevannsstrømmen. Dette fører til at Jorda bremses og roterer litt langsommere, samtidig med at Månen fjerner seg fra Jorda med ca. 4 cm per år. Energitapet per tidsenhet er omkring 3 Terawatt (3x10^{12} watt). Dette har det blitt mulig å måle etter at astronautene på 1970-tallet satte ut reflektorer for laserstråler på Månen. Dermed kan laserstråler som sendes fra Jorda og reflekteres tilbake fra Månen brukes til å overvåke avstanden mellom Jorda og Månen og energitapet i tidevannsbevegelsen.

Det arbeides også med planer for å bruke tidevannsstrømmen langs norskekysten til å produsere elektrisk kraft i stor skala. Det første prøveanlegget er allerede bygd i Kvalsundet ved Hammerfest, og Statkraft arbeider med planene for andre anlegg. Kraftproduksjonen vil øke friksjonen i tidevannsstrømmen og dermed virke til at Månen fjerner seg noe hurtigere fra Jorda, men det er en svært liten effekt som vi ikke behøver å bekymre oss for. Da kan det heller være andre mer jordnære og miljømessige ulemper som bør vurderes med slike kraftverk.

Av professor Bjørn Gjevik (Matematisk institutt, Universitetet i Oslo)
Publisert 24. jan. 2011 12:07 - Sist endret 28. aug. 2013 10:03