Marea

Se pueden definir los siguientes niveles de marea de referencia, desde el nivel más alto hasta el más bajo:

• Marea astronómica máxima (HAT): La marea más alta que se puede predecir. Tenga en cuenta que las condiciones meteorológicas pueden aumentar la altura de la HAT.
• Mareas altas medias de primavera (MHWS, por sus siglas en inglés): el promedio de las dos mareas altas en los días de mareas vivas.
• Mareas altas medias (MHWN): el promedio de las dos mareas altas en los días de mareas muertas.
• Nivel medio del mar (NMM): Este es el nivel medio del mar. El NMM es constante para cualquier lugar durante un período prolongado.
• Bajamar media (MLWN): el promedio de las dos bajamares en los días de mareas muertas.
• Mareas bajas medias (MLWS, por sus siglas en inglés): el promedio de las dos mareas bajas en los días de mareas vivas.
• Marea astronómica más baja (LAT): la marea más baja que se puede predecir que ocurrirá. ^{[ 7 ]}

La amplitud semidiurna (la diferencia de altura entre la pleamar y la bajamar durante aproximadamente medio día) varía en un ciclo de dos semanas. Aproximadamente dos veces al mes, alrededor de la luna nueva y la luna llena, cuando el Sol, la Luna y la Tierra forman una línea (una configuración conocida como sizigia ^{[ 8 ]} ), la fuerza de marea debida al Sol refuerza la debida a la Luna. La amplitud de la marea es entonces máxima; esto se denomina marea viva . No recibe su nombre de la estación , sino que, al igual que esa palabra, deriva del significado de "saltar, brotar, elevarse", como en un manantial natural . Las mareas vivas a veces se denominan mareas de sizigia . ^{[ 9 ]}

Cuando la Luna está en cuarto creciente o cuarto menguante, el Sol y la Luna están separados por 90° vistos desde la Tierra (en cuadratura ), y la fuerza de marea solar cancela parcialmente la fuerza de marea lunar. En estos puntos del ciclo lunar, la amplitud de la marea es mínima; esto se denomina marea muerta . «Neap» es una palabra anglosajona que significa «sin poder». [ ^{10 ] A} las mareas muertas a veces se las denomina mareas en cuadratura . ^{[ 9 ]}

Las mareas vivas producen niveles de agua superiores a la media, niveles de agua inferiores a la media, un periodo de calma más corto de lo habitual y corrientes de marea más fuertes de lo normal. Las mareas muertas producen condiciones de marea más suaves. Existe un intervalo de aproximadamente siete días entre las mareas vivas y las muertas.

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  Marea viva: Sol y Luna en el mismo lado (0°)
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  Marea baja: Sol y Luna a 90°
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  Marea viva: Sol y Luna en lados opuestos (180°)
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  Marea baja: Sol y Luna a 270°
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  Marea viva: El Sol y la Luna se encuentran en el mismo lado (el ciclo se reinicia).

_{En la mayoría de los} lugares, el componente más grande es el semidiurno lunar principal , también conocido como componente de marea M2 o componente de marea M2 . Su período es de aproximadamente 12 horas y 25,2 minutos, exactamente la mitad de un día lunar de marea , que es el tiempo promedio que separa un cenit lunar del siguiente, y por lo tanto es el tiempo que tarda la Tierra en rotar una vez con respecto a la Luna. Los relojes de marea simples registran este componente. El día lunar es más largo que el día solar porque la Luna orbita en la misma dirección en que la Tierra gira.

La Luna orbita la Tierra en la misma dirección en que la Tierra rota sobre su eje, por lo que tarda un poco más de un día —aproximadamente 24 horas y 50 minutos— en regresar a la misma posición en el cielo. Durante este tiempo, ha pasado una vez por encima ( culminación ) y una vez por debajo (a las 00:00 y 12:00 respectivamente), por lo que en muchos lugares el período de mayor influencia de las mareas es el mencionado anteriormente, aproximadamente 12 horas y 25 minutos. El momento de la marea más alta no coincide necesariamente con el momento en que la Luna está más cerca del cenit o del nadir , pero el período de la influencia de las mareas determina el tiempo entre mareas altas.

Debido a que el campo gravitatorio creado por la Luna se debilita con la distancia, ejerce una fuerza ligeramente mayor que el promedio en el lado de la Tierra que mira hacia la Luna, y una fuerza ligeramente menor en el lado opuesto. Por lo tanto, la Luna tiende a "estirar" ligeramente la Tierra a lo largo de la línea que conecta ambos cuerpos. La Tierra sólida se deforma un poco, pero el agua del océano, al ser fluida, tiene mucha más libertad de movimiento en respuesta a la fuerza de marea, especialmente en sentido horizontal (véase marea de equilibrio ).

A medida que la Tierra rota, la magnitud y la dirección de la fuerza de las mareas en cualquier punto de la superficie terrestre cambian constantemente; aunque el océano nunca alcanza el equilibrio —nunca hay tiempo para que el fluido "se ponga al día" con el estado que alcanzaría si la fuerza de las mareas fuera constante—, la fuerza cambiante de las mareas provoca, no obstante, cambios rítmicos en la altura de la superficie del mar.

Cuando hay dos mareas altas cada día con alturas diferentes (y dos mareas bajas también de alturas diferentes), el patrón se denomina marea semidiurna mixta . ^{[ 13 ]}

La distancia variable que separa la Luna de la Tierra también afecta la altura de las mareas. Cuando la Luna está más cerca, en el perigeo , la amplitud aumenta, y cuando está en el apogeo , disminuye. Entre seis y ocho veces al año, el perigeo coincide con la luna nueva o llena, lo que provoca mareas vivas en perigeo con la mayor amplitud . La diferencia entre la altura de una marea viva en perigeo y la marea viva cuando la Luna está en el apogeo depende de la ubicación, pero puede llegar a ser hasta un pie más alta. ^{[ 14 ]}

Alrededor de 62 componentes tienen un tamaño suficiente para ser considerados útiles en la predicción de mareas marinas, ^{[ 15 ]} estos incluyen los efectos gravitacionales solares, la oblicuidad (inclinación) del ecuador terrestre y el eje de rotación, la inclinación del plano de la órbita lunar y la forma elíptica de la órbita terrestre del Sol.

Los componentes de aguas poco profundas incluyen las sobremareas , que son armónicos superiores de una única frecuencia de marea dominante, y las mareas compuestas , que resultan de las interacciones entre los componentes lunares y solares primarios. Aunque suelen tener una amplitud menor que el potencial de marea fundamental , estos componentes modifican las asimetrías entre las mareas ascendentes y descendentes en estuarios y regiones de la plataforma continental . ^{[ 16 ] [ 17 ]}

Debido a que el componente _{de marea} M2 predomina en la mayoría de los lugares, la etapa o fase de una marea, denotada por el tiempo en horas después de la pleamar, es un concepto útil. La etapa de marea también se mide en grados, con 360° por ciclo de marea. Las líneas de fase de marea constante se llaman líneas cotidales , que son análogas a las curvas de nivel de altitud constante en los mapas topográficos , y cuando se trazan forman un mapa o carta cotidal . ^{[ 20 ]} La pleamar se alcanza simultáneamente a lo largo de las líneas cotidales que se extienden desde la costa hacia el océano, y las líneas cotidales (y por lo tanto las fases de marea) avanzan a lo largo de la costa. Los componentes de fase semidiurna y larga se miden desde la pleamar, y el diurno desde la marea máxima de inundación. Esto y la discusión que sigue son precisamente ciertos solo para un único componente de marea.

En un océano con forma de cuenca circular delimitada por una costa, las líneas cotidales apuntan radialmente hacia el interior y deben converger en un punto común: el punto anfidrómico . Este punto coincide con las mareas altas y bajas, lo cual se cumple cuando el movimiento de la marea es nulo . (La rara excepción se da cuando la marea rodea una isla, como ocurre alrededor de Nueva Zelanda, Islandia y Madagascar ). El movimiento de la marea generalmente disminuye al alejarse de las costas continentales, de modo que las líneas cotidales que las cruzan presentan contornos de amplitud constante (la mitad de la distancia entre la marea alta y la baja) que se reducen a cero en el punto anfidrómico. Para una marea semidiurna, el punto anfidrómico puede considerarse aproximadamente como el centro de la esfera de un reloj, con la manecilla de las horas apuntando hacia la línea cotidal de pleamar, que se encuentra directamente opuesta a la línea cotidal de bajamar. La pleamar gira alrededor del punto anfidrómico una vez cada 12 horas en la dirección de las líneas cotidales ascendentes y en dirección opuesta a las líneas cotidales descendentes. Esta rotación, causada por el efecto Coriolis , es generalmente en sentido horario en el hemisferio sur y en sentido antihorario en el hemisferio norte. La diferencia entre la fase cotidal y la fase de una marea de referencia es la época . La marea de referencia es la hipotética "marea de equilibrio" constituyente en una Tierra sin tierra, medida a 0° de longitud, el meridiano de Greenwich. ^{[ 21 ]}

En el Atlántico Norte, debido a que las líneas de marea baja circulan en sentido contrario a las agujas del reloj alrededor del punto anfidrómico , la marea alta pasa por el puerto de Nueva York aproximadamente una hora antes que por el puerto de Norfolk. Al sur del cabo Hatteras, las fuerzas de marea son más complejas y no se pueden predecir con fiabilidad basándose en las líneas de marea baja del Atlántico Norte.

En las tradiciones precientíficas , las mareas se atribuían a causas mitológicas o animistas ; la literatura india y del este de Asia describía el mar como si respirara o pulsara como un ser vivo, mientras que otros relatos invocaban la actividad de un poder marino sobrenatural para explicar el ascenso y descenso periódico de las aguas. ^{[ 22 ] [ 23 ]}

La investigación sobre la física de las mareas fue importante en el desarrollo inicial de la mecánica celeste , y la existencia de dos mareas diarias se explicaba por la gravedad de la Luna. Posteriormente, las mareas diarias se explicaron con mayor precisión mediante la interacción de la gravedad de la Luna y la del Sol.

Seleuco de Seleucia teorizó alrededor del año 150 a. C. que las mareas eran causadas por la Luna. La influencia de la Luna sobre las masas de agua también se menciona en el Tetrabiblos de Ptolomeo . ^{[ b ]}

En De temporum ratione ( El cálculo del tiempo ) de 725, Beda relacionó las mareas semidurales y el fenómeno de las alturas variables de las mareas con la Luna y sus fases. Beda comienza señalando que las mareas suben y bajan 4/5 de hora más tarde cada día, al igual que la Luna sale y se pone 4/5 de hora más tarde. ^{[ 25 ]} Continúa enfatizando que en dos meses lunares (59 días) la Luna orbita la Tierra 57 veces y hay 114 mareas. ^{[ 26 ]} Beda luego observa que la altura de las mareas varía a lo largo del mes. Las mareas crecientes se llaman malinae y las mareas decrecientes ledones , y que el mes se divide en cuatro partes de siete u ocho días con malinae y ledones alternados . ^{[ 27 ]} En el mismo pasaje también señala el efecto de los vientos para retener las mareas. ^{[ 27 ]} Beda también registra que el momento de las mareas varía de un lugar a otro. Al norte de la ubicación de Beda ( Monkwearmouth ), las mareas llegan antes; al sur, después. ^{[ 28 ]} Explica que la marea «abandona estas costas para poder inundar con mayor fuerza otras [costas] cuando llega allí», y señala que «la Luna, que anuncia la subida de la marea aquí, anuncia su retirada en otras regiones alejadas de este cuadrante del cielo». ^{[ 28 ]}

La comprensión medieval tardía de las mareas se basó principalmente en las obras de astrónomos musulmanes , que estuvieron disponibles a través de traducciones latinas a partir del siglo XII. ^{[ 29 ]} Abu Ma'shar al-Balkhi (m. ca. 886), en su Introductorium in astronomiam , enseñó que las mareas altas y bajas eran causadas por la Luna. ^{[ 29 ]} Abu Ma'shar analizó los efectos del viento y las fases de la Luna en relación con el Sol sobre las mareas. ^{[ 29 ]} En el siglo XII, al-Bitruji (m. ca. 1204) aportó la noción de que las mareas eran causadas por la circulación general de los cielos. ^{[ 29 ]}

Simon Stevin , en su obra de 1608, De spiegheling der Ebbenvloet ( La teoría de la marea baja y alta ), desestimó un gran número de ideas erróneas que aún existían sobre este fenómeno. Stevin defendió la idea de que la atracción de la Luna era la responsable de las mareas y habló con claridad sobre la marea baja, la marea alta, la marea viva y la marea muerta , haciendo hincapié en la necesidad de realizar más investigaciones. ^{[ 30 ] [ 31 ]}

En 1609, Johannes Kepler también sugirió correctamente que la gravitación de la Luna causaba las mareas, ^{[ c ]} lo cual basó en observaciones y correlaciones antiguas.

Galileo Galilei, en su Diálogo sobre los dos principales sistemas del mundo de 1632 , cuyo título provisional era Diálogo sobre las mareas , convirtió su teoría de las mareas en un elemento clave de su defensa física del heliocentrismo copernicano , proponiendo que las mareas resultan de los movimientos combinados de la rotación y la traslación de la Tierra. Rechazó explícitamente la sugerencia de Kepler de que la Luna influye en los mares , descartando dicha atracción lunar como una apelación a cualidades ocultas más que a una causa mecánicamente inteligible. ^{[ 33 ]}

Isaac Newton (1642–1727) fue el primero en explicar las mareas como el producto de la atracción gravitatoria de masas astronómicas. Su explicación de las mareas (y muchos otros fenómenos) se publicó en los Principia (1687) ^{[ 34 ] [ 35 ]} y utilizó su teoría de la gravitación universal para explicar las atracciones lunar y solar como el origen de las fuerzas generadoras de mareas. ^{[ d ]} Newton y otros antes de Pierre-Simon Laplace abordaron el problema desde la perspectiva de un sistema estático (teoría del equilibrio), que proporcionó una aproximación que describía las mareas que ocurrirían en un océano no inercial que cubriera uniformemente toda la Tierra. ^{[ 34 ]} La fuerza generadora de mareas (o su potencial correspondiente ) sigue siendo relevante para la teoría de las mareas, pero como una cantidad intermedia (función de forzamiento) en lugar de como un resultado final; la teoría también debe considerar la respuesta dinámica acumulada de la Tierra a las fuerzas aplicadas, respuesta que está influenciada por la profundidad del océano, la rotación de la Tierra y otros factores. ^{[ 36 ]}

En 1740, la Académie Royale des Sciences de París ofreció un premio al mejor ensayo teórico sobre las mareas. Daniel Bernoulli , Leonhard Euler , Colin Maclaurin y Antoine Cavalleri compartieron el premio. ^{[ 37 ]}

Maclaurin utilizó la teoría de Newton para demostrar que una esfera lisa cubierta por un océano suficientemente profundo bajo la fuerza de marea de un único cuerpo deformable es un esferoide prolato (esencialmente un óvalo tridimensional) con el eje mayor dirigido hacia el cuerpo deformable. Maclaurin fue el primero en escribir sobre los efectos de la rotación de la Tierra en el movimiento. Euler se dio cuenta de que la componente horizontal de la fuerza de marea (más que la vertical) es la que impulsa la marea. En 1744, Jean le Rond d'Alembert estudió ecuaciones de marea para la atmósfera que no incluían la rotación.

En 1770, el bergantín HMS Endeavour de James Cook encalló en la Gran Barrera de Coral . Se intentó reflotarlo con la siguiente marea, pero no se logró; sin embargo, la marea posterior lo liberó con facilidad. Mientras se reparaba en la desembocadura del río Endeavour, Cook observó las mareas durante siete semanas. En las mareas muertas, ambas mareas del día eran similares, pero en las mareas vivas, las mareas subían 2,1 m (7 pies) por la mañana y 2,7 ​​m (9 pies) por la tarde. ^{[ 38 ]}  

Pierre-Simon Laplace formuló un sistema de ecuaciones diferenciales parciales que relacionan el flujo horizontal del océano con la altura de su superficie, la primera gran teoría dinámica para las mareas. Las ecuaciones de mareas de Laplace todavía se utilizan hoy en día. William Thomson, primer barón Kelvin , reescribió las ecuaciones de Laplace en términos de vorticidad , lo que permitió obtener soluciones que describen las olas costeras atrapadas por las mareas, conocidas como olas de Kelvin . ^{[ 39 ] [ 40 ] [ 41 ]}

Otros, como Kelvin y Henri Poincaré, desarrollaron aún más la teoría de Laplace. Basándose en estos desarrollos y en la teoría lunar de E. W. Brown que describe los movimientos de la Luna, Arthur Thomas Doodson desarrolló y publicó en 1921 ^{[ 42 ]} el primer desarrollo moderno del potencial generador de mareas en forma armónica: Doodson distinguió 388 frecuencias de marea. ^{[ 43 ]} Algunos de sus métodos siguen en uso. ^{[ 44 ]}

Desde la antigüedad, la observación y el análisis de las mareas se han vuelto cada vez más complejos, primero marcando la recurrencia diaria y luego la relación de las mareas con el Sol y la Luna.

Los primeros relatos que se conservan sobre la observación de las mareas sugieren que, durante su viaje a las Islas Británicas alrededor del 325 a. C., Piteas observó un comportamiento de las mareas que variaba con el ciclo lunar; fragmentos atribuidos a su obra Sobre el océano indican una relación temprana entre la amplitud de las mareas y las fases lunares . ^{[ 45 ]}

En el siglo II a. C., el astrónomo helenístico Seleuco de Seleucia describió correctamente el fenómeno de las mareas para respaldar su teoría heliocéntrica . ^{[ 46 ]} Postuló correctamente que las mareas eran causadas por la Luna , aunque creía que la interacción estaba mediada por el pneuma . Observó que las mareas variaban en duración e intensidad en diferentes partes del mundo. Según Estrabón (1.1.9), Seleuco fue el primero en vincular las mareas con la atracción lunar, y que la altura de las mareas depende de la posición de la Luna con respecto al Sol. ^{[ 47 ]}

La Historia Natural de Plinio el Viejo recopila muchas observaciones sobre las mareas, por ejemplo, las mareas vivas ocurren unos días después (o antes) de la luna nueva y la luna llena, y alcanzan su punto máximo alrededor de los equinoccios, aunque Plinio señaló muchas relaciones que hoy se consideran fantasiosas. En su Geografía , Estrabón describió que las mareas en el Golfo Pérsico tenían su mayor amplitud cuando la luna estaba más alejada del plano del Ecuador. Todo esto a pesar de la amplitud relativamente pequeña de las mareas en la cuenca del Mediterráneo . (Las fuertes corrientes a través del estrecho de Euripo y el estrecho de Messina desconcertaron a Aristóteles ). Filóstrato trató sobre las mareas en el Libro Quinto de la Vida de Apolonio de Tiana . Filóstrato menciona la luna, pero atribuye las mareas a "espíritus". En Europa, alrededor del año 730 d. C., el Venerable Beda describió cómo la marea creciente en una costa de las Islas Británicas coincidía con la marea baja en la otra y describió la progresión temporal de la marea alta a lo largo de la costa de Northumbria.

La primera tabla de mareas en China se registró en el año 1056 d. C., principalmente para los visitantes que deseaban ver la famosa marea alta en el río Qiantang . Se cree que la primera tabla de mareas británica conocida es la de John Wallingford, quien murió como abad de St. Albans en 1213, basada en que la pleamar ocurría 48 minutos más tarde cada día, y tres horas antes en la desembocadura del Támesis que río arriba en Londres . ^{[ 48 ]}

En 1614, Claude d'Abbeville publicó la obra " Histoire de la mission de pères capucins en l'Isle de Maragnan et terres circonvoisines ", donde expuso que el pueblo tupinambá ya comprendía la relación entre la Luna y las mareas antes que Europa. ^{[ 49 ]}

William Thomson (Lord Kelvin) dirigió el primer análisis armónico sistemático de registros de mareas a partir de 1867. El principal resultado fue la construcción de una máquina de predicción de mareas que utilizaba un sistema de poleas para sumar seis funciones armónicas temporales. Se "programaba" ajustando engranajes y cadenas para modificar la fase y las amplitudes. Se utilizaron máquinas similares hasta la década de 1960. ^{[ 50 ]}

El primer registro conocido del nivel del mar de un ciclo completo de mareas vivas y muertas se realizó en 1831 en el astillero naval del estuario del Támesis . Muchos puertos importantes contaban con estaciones automáticas de medición de mareas para 1850.

John Lubbock fue uno de los primeros en cartografiar las líneas cotidales de Gran Bretaña, Irlanda y las costas adyacentes en 1840. ^{[ 51 ]} William Whewell amplió este trabajo, culminando con una carta casi global en 1836. ^{[ 52 ]} Para que estos mapas fueran coherentes, planteó la hipótesis de la existencia de una región sin marea alta ni baja donde las líneas cotidales se encuentran en medio del océano. La existencia de dicho punto anfidrómico , como se le conoce ahora, fue confirmada en 1840 por el capitán William Hewett, de la Marina Real , a partir de sondeos precisos en el Mar del Norte . ^{[ 53 ] [ 54 ] [ 39 ]}

Mucho más tarde, a finales del siglo XX, los geólogos observaron ritmitas mareales , que documentan la ocurrencia de mareas antiguas en el registro geológico, especialmente en el Carbonífero . ^{[ 55 ] [ 56 ]}

El modelo más simple, debido a Isaac Newton , que explica dos mareas diarias se conoce como teoría del equilibrio . La teoría del equilibrio hace tres simplificaciones: 1) ignora la superficie terrestre, 2) ignora la viscosidad del agua para que pueda responder a la gravedad instantáneamente, 3) ignora la fricción entre la Tierra y el agua. En un sistema de coordenadas que gira con el par Tierra-Luna, la distancia entre la Tierra y la Luna es constante: están en equilibrio. Este equilibrio puede explicarse como un balance de la fuerza de gravedad de la Luna y la fuerza centrífuga de la rotación. En el centro de la Tierra, las fuerzas son iguales y opuestas. ^{[ 57 ]} Para otros puntos, las fuerzas no se equilibran exactamente y la fuerza residual se llama fuerza generadora de mareas . Para los puntos de la superficie terrestre pero más cercanos a la Luna, la gravedad es ligeramente más fuerte; o los puntos más alejados, la fuerza centrífuga es ligeramente más fuerte. En los polos alejados de la línea Tierra-Luna, la pequeña fuerza neta apunta hacia la Tierra. El agua del océano apenas se ve afectada por estas fuerzas. Entre los polos y el ecuador, un componente de la pequeña fuerza apunta horizontalmente a la superficie de la Tierra y hacia el ecuador. Ninguna fuerza se opone a esta pequeña fuerza. El agua del océano fluye en respuesta a esta fuerza, saliendo de los polos y acumulándose cerca del ecuador. ^{[ 58 ] : 10 [ 59 ]} El resultado es una doble protuberancia de marea a lo largo del eje Tierra-Luna, algo mayor en el lado más cercano a la Luna. A medida que la Tierra rota sobre su eje, diferentes puntos de la Tierra se mueven a través de estas protuberancias, lo que explica aproximadamente las mareas dobles diarias. Tanto el agua de los océanos como la Tierra sólida experimentan estas diferencias de atracción, pero la Tierra rígida resiste la deformación y mantiene su forma aproximadamente esférica, mientras que el fluido se redistribuye para igualar el desequilibrio, formando las protuberancias. ^{[ 60 ] [ 61 ]} La marea de equilibrio es la marea idealizada suponiendo una Tierra sin tierra. ^{[ 62 ]}

La fuerza de marea producida por un objeto masivo (la Luna, en adelante) sobre una pequeña partícula ubicada sobre o dentro de un cuerpo extenso (la Tierra, en adelante) es la diferencia vectorial entre la fuerza gravitatoria ejercida por la Luna sobre la partícula y la fuerza gravitatoria que se ejercería sobre la partícula si estuviera ubicada en el centro de masa de la Tierra.

Mientras que la fuerza gravitatoria ejercida por un cuerpo celeste sobre la Tierra varía inversamente con el cuadrado de su distancia a la Tierra, la fuerza de marea máxima varía inversamente con, aproximadamente, el cubo de esta distancia. ^{[ 63 ]} Si la fuerza de marea causada por cada cuerpo fuera igual a su fuerza gravitatoria total (lo cual no es el caso debido a la caída libre de toda la Tierra, no solo los océanos, hacia estos cuerpos), se observaría un patrón diferente de fuerzas de marea, por ejemplo, con una influencia mucho mayor del Sol que de la Luna: La fuerza gravitatoria solar sobre la Tierra es en promedio 179 veces mayor que la lunar, pero debido a que el Sol está en promedio 389 veces más lejos de la Tierra, su gradiente de campo es más débil. La proporcionalidad general es

${\displaystyle {\text{fuerza de marea}}\propto {\frac {M}{d^{3}}}\propto \rho \left({\frac {r}{d}}\right)^{3},}$

donde M es la masa del cuerpo celeste, d es su distancia, ρ es su densidad media y r es su radio. La relación r / d está relacionada con el ángulo subtendido por el objeto en el cielo. Dado que el Sol y la Luna tienen prácticamente el mismo diámetro en el cielo, la fuerza de marea del Sol es menor que la de la Luna porque su densidad media es mucho menor, y es solo el 46% de la lunar, ^{[ e ]} por lo tanto, durante una marea viva, la Luna contribuye con el 69% mientras que el Sol contribuye con el 31%. Más precisamente, la aceleración de marea lunar (a lo largo del eje Luna-Tierra, en la superficie de la Tierra) es de aproximadamente 1,1 × 10 ⁻⁷ g , mientras que la aceleración de marea solar (a lo largo del eje Sol-Tierra, en la superficie de la Tierra) es de aproximadamente 0,52 × 10 ⁻⁷ g , donde g es la aceleración gravitatoria en la superficie de la Tierra. ^{[ f ]} Los efectos de los demás planetas varían según sus distancias a la Tierra. Cuando Venus está más cerca de la Tierra, su efecto es 0,000113 veces el efecto solar. ^{[ 64 ]} En otros momentos, Júpiter o Marte pueden tener el mayor efecto.  

La superficie del océano se aproxima mediante una superficie denominada geoide , que considera tanto la fuerza gravitatoria ejercida por la Tierra como la fuerza centrífuga debida a la rotación. Ahora bien, consideremos el efecto de cuerpos externos masivos como la Luna y el Sol. Estos cuerpos poseen campos gravitatorios intensos que disminuyen con la distancia y provocan que la superficie del océano se desvíe del geoide. Establecen una nueva superficie oceánica de equilibrio que se abomba hacia la Luna por un lado y se aleja de ella por el otro. La rotación de la Tierra con respecto a esta forma genera el ciclo diario de las mareas. La superficie del océano tiende hacia esta forma de equilibrio, que está en constante cambio, y nunca llega a alcanzarla por completo. Cuando la superficie del océano no está alineada con el geoide, es como si estuviera inclinada, y el agua se acelera en la dirección de la pendiente.

Las profundidades oceánicas son mucho menores que su extensión horizontal. Por lo tanto, la respuesta a la fuerza de las mareas se puede modelar utilizando las ecuaciones de mareas de Laplace , que incorporan las siguientes características:

• La velocidad vertical (o radial) es insignificante y no hay cizallamiento vertical ; se trata de un flujo laminar.
• La fuerza aplicada es únicamente horizontal ( tangencial ).
• El efecto Coriolis se manifiesta como una fuerza inercial (ficticia) que actúa lateralmente a la dirección del flujo y es proporcional a la velocidad.
• La tasa de cambio de la altura de la superficie es proporcional a la divergencia negativa de la velocidad multiplicada por la profundidad. A medida que la velocidad horizontal estira o comprime el océano como una lámina, el volumen se adelgaza o se engrosa, respectivamente.

Las condiciones de contorno dictan que no haya flujo a lo largo de la línea costera y que haya deslizamiento libre en el fondo.

El efecto Coriolis (fuerza de inercia) dirige los flujos que se mueven hacia el ecuador hacia el oeste y los que se alejan del ecuador hacia el este, permitiendo la formación de olas atrapadas en la costa. Finalmente, se puede añadir un término de disipación, análogo a la viscosidad.

La amplitud teórica de las mareas oceánicas causadas por la Luna es de aproximadamente 54 centímetros (21 pulgadas) en su punto más alto, lo que corresponde a la amplitud que se alcanzaría si el océano tuviera una profundidad uniforme, no hubiera masas continentales y la Tierra girara al unísono con la órbita de la Luna. El Sol también causa mareas, cuya amplitud teórica es de aproximadamente 25 centímetros (9,8 pulgadas) (el 46 % de la de la Luna) con un ciclo de 12 horas. En marea viva, ambos efectos se suman hasta alcanzar un nivel teórico de 79 centímetros (31 pulgadas) , mientras que en marea muerta el nivel teórico se reduce a 29 centímetros (11 pulgadas) . Dado que las órbitas de la Tierra alrededor del Sol y de la Luna alrededor de la Tierra son elípticas, las amplitudes de las mareas varían ligeramente como resultado de las diferentes distancias Tierra-Sol y Tierra-Luna. Esto provoca una variación en la fuerza de marea y amplitud teórica de aproximadamente ±18% para la Luna y ±5% para el Sol. Si tanto el Sol como la Luna estuvieran en sus posiciones más cercanas y alineados durante la luna nueva, la amplitud teórica alcanzaría los 93 centímetros (37 pulgadas) .     

Las amplitudes reales difieren considerablemente, no solo por las variaciones de profundidad y los obstáculos continentales, sino también porque la propagación de las ondas a través del océano tiene un período natural del mismo orden de magnitud que el período de rotación: si no hubiera masas terrestres, una onda superficial de gran longitud de onda tardaría unas 30 horas en propagarse a lo largo del ecuador, dando la mitad de la circunferencia terrestre (en comparación, la litosfera terrestre tiene un período natural de unos 57 minutos). Las mareas terrestres , que elevan y descienden el fondo del océano, y la propia atracción gravitatoria de la marea son factores significativos que complican aún más la respuesta del océano a las fuerzas mareales.

Las oscilaciones de las mareas terrestres introducen disipación a una tasa promedio de aproximadamente 3,75 teravatios . ^{[ 65 ]} Alrededor del 98% de esta disipación se debe al movimiento de las mareas marinas. ^{[ 66 ]} La disipación surge cuando los flujos de marea a escala de cuenca impulsan flujos a menor escala que experimentan disipación turbulenta. Este arrastre de marea crea un par de torsión en la Luna que transfiere gradualmente momento angular a su órbita y un aumento gradual en la separación Tierra-Luna. El par de torsión igual y opuesto en la Tierra disminuye correspondientemente su velocidad de rotación. Por lo tanto, a lo largo del tiempo geológico, la Luna se aleja de la Tierra, a unos 3,8 centímetros (1,5 pulgadas) /año, alargando el día terrestre. ^{[ g ]} 

La duración del día ha aumentado aproximadamente 2 horas en los últimos 600 millones de años. Suponiendo (como una aproximación burda) que la tasa de desaceleración ha sido constante, esto implicaría que hace 70 millones de años, la duración del día era aproximadamente un 1 % menor, con unos 4 días más al año.

La forma de la línea costera y del fondo marino modifica la propagación de las mareas, por lo que no existe una regla general sencilla que permita predecir la hora de la pleamar a partir de la posición de la Luna en el cielo. Las características costeras, como la batimetría submarina y la forma de la costa, implican que las características de cada lugar afectan a la predicción de las mareas; la hora y la altura reales de la pleamar pueden diferir de las predicciones de los modelos debido a los efectos de la morfología costera en el flujo de las mareas. Sin embargo, para un lugar determinado, la relación entre la altitud lunar y la hora de la pleamar o bajamar (el intervalo lunimar ) es relativamente constante y predecible, al igual que la hora de la pleamar o bajamar en relación con otros puntos de la misma costa. Por ejemplo, la pleamar en Norfolk, Virginia , EE. UU., se produce de forma predecible aproximadamente dos horas y media antes de que la Luna pase directamente por encima.

Las masas terrestres y las cuencas oceánicas actúan como barreras que impiden que el agua se mueva libremente por todo el planeta, y sus diversas formas y tamaños afectan la amplitud de las mareas. Como resultado, los patrones de mareas varían. Por ejemplo, en Estados Unidos, la costa este presenta predominantemente mareas semidiurnas, al igual que las costas atlánticas de Europa, mientras que la costa oeste presenta predominantemente mareas mixtas. ^{[ 68 ] [ 69 ] [ 70 ]} Las modificaciones humanas del paisaje también pueden alterar significativamente las mareas locales. ^{[ 71 ]}

Las fuerzas de marea debidas a la Luna y al Sol generan olas muy largas que viajan por todo el océano siguiendo las trayectorias mostradas en las cartas comareales . El momento en que la cresta de la ola llega a un puerto indica la hora de la pleamar en dicho puerto. El tiempo que tarda la ola en recorrer el océano también implica un desfase entre las fases de la Luna y su efecto sobre la marea. Las mareas vivas y muertas en el Mar del Norte , por ejemplo, se producen dos días después de la luna nueva/llena y del cuarto creciente/menguante. Esto se denomina edad de la marea . ^{[ 72 ] [ 73 ]}

La batimetría oceánica influye enormemente en la hora y altura exactas de la marea en un punto costero determinado . Hay algunos casos extremos; a menudo se afirma que la Bahía de Fundy , en la costa este de Canadá, tiene las mareas más altas del mundo debido a su forma, batimetría y su distancia del borde de la plataforma continental. ^{[ 74 ]} Las mediciones realizadas en noviembre de 1998 en Burntcoat Head en la Bahía de Fundy registraron un rango máximo de 16,3 metros (53 pies) y un extremo máximo previsto de 17 metros (56 pies) . ^{[ 75 ] [ 76 ]} Mediciones similares realizadas en marzo de 2002 en Leaf Basin, Bahía de Ungava en el norte de Quebec dieron valores similares (teniendo en cuenta los errores de medición), un rango máximo de 16,2 metros (53 pies) y un extremo máximo previsto de 16,8 metros (55 pies) . ^{[ 75 ] [ 76 ]} La bahía de Ungava y la bahía de Fundy se encuentran a distancias similares del borde de la plataforma continental, pero la bahía de Ungava solo está libre de hielo durante unos cuatro meses al año, mientras que la bahía de Fundy rara vez se congela.    

Southampton, _{en el Reino Unido ,} presenta una doble pleamar causada por la interacción entre las componentes de marea M2 y M4 (sobremareas de aguas poco profundas de la marea lunar principal). ^{[ 77 ]} Portland presenta doble bajamar por la misma razón. La marea M4 se encuentra a lo largo de toda la costa sur del Reino Unido, pero su efecto es más notorio entre la Isla de Wight y Portland _{, ya que} la marea M2 es más baja en esta región.

Debido a que los modos de oscilación del mar Mediterráneo y del mar Báltico no coinciden con ningún período de forzamiento astronómico significativo, las mareas más grandes se producen cerca de sus estrechas conexiones con el océano Atlántico. Por la misma razón, también se producen mareas extremadamente pequeñas en el golfo de México y el mar de Japón . En otros lugares, como a lo largo de la costa sur de Australia , las mareas bajas pueden deberse a la presencia de un anfidromo cercano .

La teoría de la gravitación de Isaac Newton permitió explicar por qué generalmente se producen dos mareas al día, y no una, y ofreció la esperanza de comprender en detalle las fuerzas y el comportamiento de las mareas. Si bien podría parecer que las mareas podrían predecirse mediante un conocimiento suficientemente detallado de las fuerzas astronómicas instantáneas, la marea real en un lugar determinado está determinada por las fuerzas astronómicas acumuladas por la masa de agua a lo largo de muchos días. Además, para obtener resultados precisos se requeriría un conocimiento detallado de la forma de todas las cuencas oceánicas: su batimetría y la forma de su litoral.

El procedimiento actual para analizar las mareas sigue el método de análisis armónico introducido en la década de 1860 por William Thomson . Se basa en el principio de que las teorías astronómicas de los movimientos del Sol y la Luna determinan un gran número de frecuencias componentes, y en cada frecuencia existe una componente de fuerza que tiende a producir el movimiento de las mareas, pero que en cada lugar de interés en la Tierra, las mareas responden a cada frecuencia con una amplitud y fase peculiares de esa localidad. Por lo tanto, en cada lugar de interés, las alturas de las mareas se miden durante un período de tiempo suficientemente largo (generalmente más de un año en el caso de un puerto nuevo no estudiado previamente) para permitir que la respuesta en cada frecuencia significativa generadora de mareas se distinga mediante el análisis, y para extraer las constantes de marea para un número suficiente de las componentes más fuertes conocidas de las fuerzas de marea astronómicas, lo que permite una predicción práctica de las mareas. Se espera que las alturas de las mareas sigan la fuerza de marea, con un retardo de amplitud y fase constante para cada componente. Dado que las frecuencias y fases astronómicas se pueden calcular con certeza, la altura de la marea en otros momentos se puede predecir una vez que se ha encontrado la respuesta a los componentes armónicos de las fuerzas astronómicas generadoras de mareas.

Los principales patrones de las mareas son:

• la variación dos veces al día
• la diferencia entre la primera y la segunda marea de un día
• el ciclo primavera-noche muerta
• la variación anual

La marea astronómica más alta es la marea viva de perigeo, cuando tanto el Sol como la Luna están más cerca de la Tierra.

Ante una función que varía periódicamente, el método estándar consiste en emplear series de Fourier , una forma de análisis que utiliza funciones sinusoidales como base , con frecuencias que son cero, una, dos, tres, etc., veces la frecuencia de un ciclo fundamental determinado. Estos múltiplos se denominan armónicos de la frecuencia fundamental, y el proceso se conoce como análisis armónico . Si la base de funciones sinusoidales se ajusta al comportamiento que se está modelando, es necesario añadir relativamente pocos términos armónicos. Las órbitas son prácticamente circulares, por lo que las variaciones sinusoidales son adecuadas para las mareas.

Para el análisis de las alturas de las mareas, el método de series de Fourier debe, en la práctica, ser más elaborado que el simple uso de una frecuencia única y sus armónicos. Los patrones de marea se descomponen en múltiples sinusoides con diversas frecuencias fundamentales, que corresponden (como en la teoría lunar ) a diferentes combinaciones de los movimientos de la Tierra, la Luna y los ángulos que definen la forma y la ubicación de sus órbitas.

En el caso de las mareas, el análisis armónico no se limita a armónicos de una sola frecuencia. ^{[ h ]} En otras palabras, los armónicos son múltiplos de muchas frecuencias fundamentales, no solo de la frecuencia fundamental del enfoque más simple de la serie de Fourier. Su representación como una serie de Fourier con una sola frecuencia fundamental y sus múltiplos (enteros) requeriría muchos términos y estaría severamente limitada en el rango de tiempo para el cual sería válida.

El estudio de la altura de la marea mediante análisis armónico fue iniciado por Laplace, William Thomson (Lord Kelvin) y George Darwin . A. T. Doodson amplió su trabajo, introduciendo la notación de números de Doodson para organizar los cientos de términos resultantes. Este enfoque ha sido el estándar internacional desde entonces, y las complicaciones surgen de la siguiente manera: la fuerza de elevación de la marea se da conceptualmente mediante sumas de varios términos. Cada término tiene la forma

${\displaystyle A_{o}\cos(\omega t+p),}$

dónde

A _o es la amplitud,

ω es la frecuencia angular, generalmente dada en grados por hora, correspondiente a t medida en horas,

p es el desfase con respecto al estado astronómico en el instante t = 0.

Hay un término para la Luna y un segundo término para el Sol. La fase p del primer armónico del término lunar se denomina intervalo lunitidal o intervalo de pleamar.

El siguiente refinamiento consiste en incorporar los términos armónicos debidos a la forma elíptica de las órbitas. Para ello, se considera que el valor de la amplitud no es constante, sino que varía con el tiempo alrededor de la amplitud media A₀ . Para lograrlo, se reemplaza A₀ en la ecuación anterior por A ( t ) _, donde A es otra sinusoide, similar a los ciclos y epiciclos de la _teoría ptolemaica . Esto da como resultado

${\displaystyle A(t)=A_{o}{\bigl (}1+A_{a}\cos(\omega _{a}t+p_{a}){\bigr )},}$

es decir, un valor promedio A _o con una variación sinusoidal alrededor de él de magnitud A _a , con frecuencia ω _a y fase p _a . Sustituyendo esto por A _o en la ecuación original se obtiene un producto de dos factores coseno:

${\displaystyle A_{o}{\bigl (}1+A_{a}\cos(\omega _{a}t+p_{a}){\bigr )}\cos(\omega t+p).}$

Dado que para cualquier x e y

${\displaystyle \cos x\cos y={\tfrac {1}{2}}\cos(x+y)+{\tfrac {1}{2}}\cos(xy),}$

Es evidente que un término compuesto que involucra el producto de dos términos coseno, cada uno con su propia frecuencia, es lo mismo que tres términos coseno simples que se suman a la frecuencia original y también a frecuencias que son la suma y la diferencia de las dos frecuencias del término producto. (Tres, no dos términos, ya que la expresión completa es${\displaystyle (1+\cos x)\cos y}$Consideremos además que la fuerza de marea en un lugar depende también de si la Luna (o el Sol) se encuentra por encima o por debajo del plano del Ecuador, y que estos atributos tienen sus propios periodos, también inconmensurables con un día y un mes, por lo que resulta evidente que existen muchas combinaciones. Mediante una cuidadosa selección de las frecuencias astronómicas básicas, el número de Doodson indica las sumas y diferencias particulares que dan forma a la frecuencia de cada término coseno simple.

Recuerde que las mareas astronómicas no incluyen los efectos meteorológicos. Asimismo, los cambios en las condiciones locales (movimiento de bancos de arena, dragado de desembocaduras de puertos, etc.) con respecto a las vigentes en el momento de la medición afectan la magnitud y el momento reales de la marea. Las organizaciones que citan una "marea astronómica máxima" para una ubicación determinada pueden exagerar la cifra como margen de seguridad ante incertidumbres analíticas, distancia al punto de medición más cercano, cambios desde la última observación, hundimiento del terreno, etc., para evitar responsabilidades en caso de que una obra de ingeniería quede inundada. Se debe tener especial cuidado al evaluar la magnitud de una "marejada de marea" restando la marea astronómica de la marea observada.

El análisis cuidadoso de datos de Fourier durante un período de diecinueve años (la Época Nacional de Referencia de Mareas en EE. UU.) utiliza frecuencias llamadas constituyentes armónicas de marea . Se prefieren diecinueve años porque las posiciones relativas de la Tierra, la Luna y el Sol se repiten casi exactamente en el ciclo metónico de 19  años, que es lo suficientemente largo como para incluir el constituyente de marea nodal lunar de 18,613 años . Este análisis se puede realizar utilizando solo el conocimiento del período de forzamiento , pero sin una comprensión detallada de la derivación matemática, lo que significa que se han construido tablas de mareas útiles durante siglos. ^{[ 78 ]} Las amplitudes y fases resultantes se pueden usar para predecir las mareas esperadas. Estas suelen estar dominadas por los constituyentes cercanos a las 12 horas (los constituyentes semidiurnos ), pero también hay constituyentes importantes cercanos a las 24 horas ( diurnos ). Los constituyentes a más largo plazo son de 14 días o quincenales , mensuales y semestrales. Las mareas semidiurnas dominan la costa, pero algunas zonas, como el _Mar de China Meridional y el Golfo de México, _son principalmente diurnas. En las zonas semidiurnas, los periodos de los componentes principales M2 (lunar) y S2 (solar) difieren ligeramente, de modo que las fases relativas, y por lo tanto la amplitud de la marea combinada, cambian quincenalmente ( periodo de 14 días). ^{[ 79 ]}      

En el gráfico M2 _anterior , cada línea cotidal difiere en una hora de sus vecinas, y las líneas más gruesas muestran mareas en fase con el equilibrio en Greenwich. Las líneas giran alrededor de los puntos anfidrómicos en sentido antihorario en el hemisferio norte, de modo que desde la península de Baja California hasta Alaska y desde Francia hasta Irlanda, _la marea M2 se propaga hacia el norte. En el hemisferio sur _, esta dirección es en sentido horario. Por otro lado, la marea M2 se propaga en sentido antihorario alrededor de Nueva Zelanda, pero esto se debe a que las islas actúan como una barrera y permiten que las mareas tengan diferentes alturas en los lados opuestos de las islas. (Las mareas se propagan hacia el norte en el lado este y hacia el sur en la costa oeste, como predice la teoría).

La excepción se da en el estrecho de Cook, donde las corrientes de marea enlazan periódicamente la pleamar con la bajamar. Esto se debe a que las líneas cotidales a 180° alrededor de los anfidromos están en fase opuesta; por ejemplo, la pleamar frente a la bajamar en cada extremo del estrecho de Cook. Cada componente de la marea tiene un patrón diferente de amplitudes, fases y puntos anfidrómicos, por lo que los _patrones M2 no pueden utilizarse para otros componentes de la marea.

Una tabla de mareas puede utilizarse para cualquier lugar determinado para encontrar las horas y la amplitud previstas (o " rango de marea "). Las predicciones están influenciadas por muchos factores, como la alineación del Sol y la Luna, la fase y la amplitud de la marea (patrón de mareas en el océano profundo), los sistemas anfidrómicos de los océanos y la forma de la línea costera y la batimetría cercana a la costa (véase Sincronización ). ^{[ 80 ]}

Las tablas proporcionan predicciones; la hora y la altura reales de la marea se ven afectadas por el viento y la presión atmosférica . Muchas costas experimentan mareas semidiurnas : dos mareas altas y bajas casi iguales cada día. Otros lugares tienen una marea diurna : una marea alta y una baja cada día. Una "marea mixta" —dos mareas de magnitud desigual al día— es una tercera categoría regular. ^{[ 81 ] [ i ]}

Debido a que la Luna se mueve en su órbita alrededor de la Tierra y en el mismo sentido que la rotación terrestre, un punto en la Tierra debe rotar ligeramente más para alcanzarla, de modo que el tiempo entre mareas semidiurnas no es de doce sino de 12,4206 horas, un poco más de veinticinco minutos adicionales. Los dos picos no son iguales. Las dos mareas altas del día alternan en alturas máximas: marea alta más baja (poco menos de tres pies), marea alta más alta (poco más de tres pies) y nuevamente marea alta más baja. Lo mismo ocurre con las mareas bajas.

Cuando la Tierra, la Luna y el Sol están alineados (Sol-Tierra-Luna o Sol-Luna-Tierra), las dos influencias principales se combinan para producir mareas vivas; cuando las dos fuerzas se oponen, como cuando el ángulo Luna-Tierra-Sol se acerca a los noventa grados, se producen mareas muertas. A medida que la Luna se mueve en su órbita, cambia de posición, pasando del norte al sur del ecuador. La alternancia en las alturas de las mareas altas se reduce hasta que se igualan (en el equinoccio lunar, la Luna está sobre el ecuador), para luego volver a desarrollarse, pero con la polaridad opuesta, aumentando hasta alcanzar una diferencia máxima y luego disminuyendo de nuevo.

La influencia de las mareas en la corriente o el flujo es mucho más difícil de analizar, y los datos son mucho más difíciles de recopilar. Una altura de marea es una cantidad escalar y varía suavemente en una amplia región. Un flujo es una cantidad vectorial , con magnitud y dirección, las cuales pueden variar sustancialmente con la profundidad y en distancias cortas debido a la batimetría local. ^{[ 82 ]} Además, aunque el centro de un canal de agua es el sitio de medición más útil, los marineros se oponen cuando el equipo de medición de corriente obstruye las vías fluviales. Un flujo que avanza por un canal curvo puede tener una magnitud similar, aunque su dirección varíe continuamente a lo largo del canal. Sorprendentemente, los flujos de flujo ascendente y descendente a menudo no son en direcciones opuestas. La dirección del flujo está determinada por la forma del canal aguas arriba, no por la forma del canal aguas abajo. Del mismo modo, los remolinos pueden formarse en una sola dirección de flujo.

No obstante, el análisis de corrientes de marea es similar al análisis de alturas de marea: en el caso simple, en una ubicación dada, la corriente de pleamar fluye principalmente en una dirección y la de bajamar en otra. Las velocidades de pleamar se representan con signo positivo y las de bajamar con signo negativo. El análisis se realiza como si se tratara de alturas de marea.

En situaciones más complejas, las corrientes principales de marea baja y alta no predominan. En cambio, la dirección y la magnitud del flujo describen una elipse a lo largo del ciclo mareal (en un diagrama polar) en lugar de seguir las líneas de marea baja y alta. En este caso, el análisis podría realizarse a lo largo de pares de direcciones, con la dirección principal y la secundaria perpendiculares entre sí. Otra alternativa es tratar las corrientes mareales como números complejos, ya que cada valor tiene tanto magnitud como dirección.

La información sobre el flujo de las mareas se suele encontrar en las cartas náuticas , presentada como una tabla de velocidades y rumbos de la corriente a intervalos horarios, con tablas separadas para las mareas vivas y muertas. La cronología se basa en la pleamar en algún puerto donde el comportamiento de la marea sea similar, aunque este se encuentre lejos.

Al igual que ocurre con las predicciones de la altura de la marea, las predicciones del flujo de la marea basadas únicamente en factores astronómicos no tienen en cuenta las condiciones meteorológicas, que pueden cambiar completamente el resultado.

Estrecho de Cook

El flujo de mareas a través del estrecho de Cook, entre las dos islas principales de Nueva Zelanda, resulta particularmente interesante, ya que las mareas a cada lado del estrecho están casi exactamente desfasadas, de modo que la pleamar de un lado coincide con la bajamar del otro. Esto genera fuertes corrientes, con una variación de altura de marea prácticamente nula en el centro del estrecho. Sin embargo, aunque la marea alta normalmente fluye en una dirección durante seis horas y en la dirección opuesta durante otras seis, una marea alta en particular puede durar ocho o diez horas, con la marea inversa debilitada. En condiciones climáticas especialmente adversas, la marea inversa puede ser completamente superada, de manera que el flujo continúa en la misma dirección durante tres o más periodos de marea alta.

El ciclo de mareas del estrecho de Cook también difiere entre las costas. En la costa oeste y en Tasman/Golden Bay , las amplitudes de las mareas tienden a seguir un ciclo clásico quincenal de mareas vivas y muertas, con mayores amplitudes en las mareas vivas y menores en las muertas, debido a la alineación de la Luna y el Sol. Por el contrario, en algunas zonas de la costa este, como en los alrededores de Wellington y Napier , el patrón de mareas muestra una modulación mensual más marcada relacionada con las señales del perigeo-apogeo (la distancia variable de la Luna) y no presenta una señal quincenal de mareas vivas y muertas tan pronunciada. ^{[ 83 ]}

El gráfico de las mareas del estrecho de Cook muestra por separado la altura y la hora de la pleamar y la bajamar, hasta noviembre de 2007; estos no son valores medidos, sino que se calculan a partir de parámetros mareales derivados de mediciones de años anteriores. La carta náutica del estrecho de Cook ofrece información sobre las corrientes de marea. Por ejemplo, la edición de enero de 1979 para 41°13.9′S 174°29.6′E / 41.2317°S 174.4933°E / -41.2317; 174.4933 (al noroeste del cabo Terawhiti ) hace referencia a los horarios en Westport, mientras que la edición de enero de 2004 hace referencia a Wellington.

Cerca del cabo Terawhiti, en medio del estrecho de Cook, la variación de la altura de la marea es casi nula, mientras que la corriente de marea alcanza su máximo, especialmente cerca de la notoria corriente de Karori. ^{[ 84 ]} Aparte de los efectos del clima, las corrientes reales a través del estrecho de Cook están influenciadas por las diferencias de altura de la marea entre los dos extremos del estrecho y, como se puede ver, solo una de las dos mareas vivas en el extremo noroeste del estrecho, cerca de Nelson, tiene una marea viva contraparte en el extremo sureste (Wellington), por lo que el comportamiento resultante no sigue a ninguno de los dos puertos de referencia.

La energía mareomotriz se puede extraer de dos maneras: insertando una turbina hidráulica en una corriente de marea o construyendo estanques que liberan/admiten agua a través de una turbina. En el primer caso, la cantidad de energía depende completamente del momento y la magnitud de la corriente. Sin embargo, las mejores corrientes pueden no estar disponibles, ya que las turbinas obstruirían la navegación. En el segundo caso, la construcción de presas de contención es costosa, los ciclos naturales del agua se ven completamente alterados y la navegación marítima se ve afectada. No obstante, con múltiples estanques, se puede generar energía en momentos específicos. Hasta ahora, existen pocos sistemas instalados para la generación de energía mareomotriz (el más conocido es La Rance en Saint-Malo , Francia), los cuales presentan numerosas dificultades. Además de los problemas ambientales, la mera resistencia a la corrosión y la bioincrustación plantean desafíos de ingeniería.

La energía mareomotriz es más predecible que la eólica, pero la eficiencia de las turbinas disminuye a bajas velocidades de flujo y, dado que la potencia es proporcional al cubo de la velocidad , la producción máxima es breve. Las fluctuaciones pueden mitigarse mediante el almacenamiento de energía , controles avanzados de turbinas, parques mareomotrices distribuidos o la hibridación con otras energías renovables. ^{[ 86 ]}

La ecología intermareal estudia los ecosistemas que se encuentran entre las líneas de marea baja y alta a lo largo de la costa. Durante la marea baja, la zona intermareal queda expuesta (o emergida ), mientras que durante la marea alta queda sumergida (o sumergida ). Por lo tanto, los ecólogos intermareales estudian las interacciones entre los organismos intermareales y su entorno, así como entre las diferentes especies . Las interacciones más importantes pueden variar según el tipo de comunidad intermareal. Las clasificaciones más generales se basan en los sustratos: costa rocosa o fondo blando.

Los organismos intermareales experimentan un entorno muy variable y a menudo hostil, y se han adaptado para sobrellevar e incluso aprovechar estas condiciones. Una característica fácilmente observable es la zonación vertical , en la que la comunidad se divide en distintas franjas horizontales de especies específicas a cada nivel por encima de la marea baja. La capacidad de una especie para tolerar la desecación determina su límite superior, mientras que la competencia con otras especies establece su límite inferior.

Los seres humanos utilizan las zonas intermareales para alimentarse y para actividades recreativas. La sobreexplotación puede dañarlas directamente. Otras acciones antropogénicas, como la introducción de especies invasoras y el cambio climático, tienen importantes efectos negativos. Las Áreas Marinas Protegidas son una opción que las comunidades pueden aplicar para proteger estas zonas y apoyar la investigación científica .

El ciclo mareal de aproximadamente 12 horas y quincenal tiene grandes efectos en los organismos intermareales ^{[ 88 ]} y marinos. ^{[ 89 ]} Por lo tanto, sus ritmos biológicos tienden a ocurrir en múltiplos aproximados de estos períodos. ^{[ 90 ]} Muchos otros animales, como los vertebrados , muestran ritmos circatidales similares. ^{[ 91 ]} Ejemplos de ello son la gestación y la eclosión de los huevos. En los humanos, el ciclo menstrual dura aproximadamente un mes lunar , un múltiplo exacto del período mareal. Tales paralelismos sugieren, al menos, el origen común de todos los animales a partir de un ancestro marino. ^{[ 92 ]}

Cuando las corrientes de marea oscilantes fluyen en el océano estratificado sobre una topografía del fondo irregular, generan ondas internas con frecuencias de marea.

Grandes lagos como el Superior y el Erie pueden experimentar mareas de 1 a 4 cm (0,39 a 1,6 pulgadas) , pero estas pueden quedar enmascaradas por fenómenos meteorológicos como el seiche . ^{[ 93 ]} La marea en el lago Michigan se describe como de 1,3 a 3,8 cm (0,5 a 1,5 pulgadas) ^{[ 94 ]} o 4,4 cm ( 1 + 3/4 pulgadas ) . ^{[ 95 ]} Esto es tan pequeño que otros efectos mayores enmascaran por completo cualquier marea, y como tal , estos lagos se consideran no mareales. ^{[ 96 ]}      

Las mareas atmosféricas son insignificantes a nivel del suelo y a altitudes de aviación, enmascaradas por los efectos mucho más importantes del clima . Las mareas atmosféricas son de origen tanto gravitacional como térmico y son la dinámica dominante en la mesosfera y la termosfera inferior , ^{[ 97 ]} aproximadamente de 80 a 120 kilómetros (50 a 75 millas) , por encima de los cuales la densidad molecular se vuelve demasiado baja para sustentar el comportamiento de los fluidos. 

Las mareas terrestres afectan a toda la masa de la Tierra, que actúa de forma similar a un giroscopio líquido con una corteza muy delgada. La corteza terrestre se desplaza (hacia adentro/afuera, este/oeste, norte/sur) en respuesta a la gravedad lunar y solar, las mareas oceánicas y la carga atmosférica. Si bien son insignificantes para la mayoría de las actividades humanas, la amplitud semidiurna de las mareas terrestres puede alcanzar unos 55 centímetros (22 pulgadas) en el ecuador —15 centímetros (5,9 pulgadas) debido al Sol—, lo cual es importante para la calibración del GPS y las mediciones VLBI . Las mediciones angulares astronómicas precisas requieren conocer la velocidad de rotación de la Tierra y el movimiento polar , ambos influenciados por las mareas terrestres. Las mareas semidiurnas terrestres M2 están casi en fase con la Luna _, con un desfase en la principal marea lunar semidiurna de 0,204°±0,047°, lo que corresponde a un desfase temporal de aproximadamente 25 segundos. Esto implica que la marea sólida disipa al menos 110 GW (150.000.000 hp) de energía mareomotriz, o alrededor del 5% de lo que disipan las mareas oceánicas. ^{[ 98 ]}    

Las fuerzas de marea que ejercen las galaxias sobre las estrellas que se encuentran en su interior y sobre las galaxias satélite que las orbitan. Se cree que los efectos de la marea galáctica sobre la nube de Oort del Sistema Solar son la causa del 90 por ciento de los cometas de largo período. ^{[ 99 ]}