Gezeiten

Gezeiten sind die periodischen Schwankungen des Meeresspiegels, der Atmosphäre und der festen Erdkruste unter dem Einfluss der Anziehungskräfte von Mond und Sonne. Im engeren Sinne bezieht man die Gezeiten auf die Meere mit dem ständigen Wechsel von Ebbe und Flut. Das sind imponierende Naturerscheinungen (Bild 1), die Besucher immer wieder faszinieren. Eine genaue Erklärung aller Erscheinungen, die im Zusammenhang mit den Gezeiten auftreten, ist überaus kompliziert. Wir beschränken uns deshalb nachfolgend auf die grundsätzlichen physikalischen Zusammenhänge und betrachten vorrangig den Einfluss des Mondes.

Wie kommen Ebbe und Flut zustande?
Die Gezeiten der Meere sind an zwei wichtige Bedingungen gebunden:

• Etwa 70 % der Erdoberfläche sind mit Wasser bedeckt. Insbesondere im Bereich sehr großer Wasserflächen, also der Weltmeere, ist das Wasser im Unterschied zum Festland relativ leicht verschiebbar.
  
  
• Die Bewegung von Erde und Mond erfolgt so, dass sich beide Himmelskörper um einen gemeinsamen Schwerpunkt bewegen, der aufgrund der räumlichen Masseverteilung innerhalb des Erdkörpers liegt, etwa in einer Entfernung von ¾ des Erdradius vom Erdmittelpunkt aus auf der dem Mond zugewandten Seite (Bild 2). Astronomen sprechen auch deshalb nicht selten vom Doppelplaneten Erde-Mond.

Bei dieser Bewegung um den gemeinsamen Schwerpunkt bewegen sich alle Teile der Erde auf kreisförmigen Bahnen. Auf alle Punkte der Erdoberfläche wirkt die gleiche Fliehkraft oder Zentrifugalkraft (Bild 3). Deutlich unterschiedlich ist aber der Abstand der einzelnen Punkte der Erdoberfläche vom Mond und damit die wirkende Gravitationskraft. Dabei gilt:

• Auf der dem Mond zugewandten Seite ist die Gravitationskraft des Mondes größer als die Fliehkraft aufgrund der Bewegung um den Schwerpunkt des Systems Erde - Mond. Es entsteht demzufolge eine resultierende Kraft in Richtung Mond, die eine Verschiebung der Wassermassen und damit einen Flutberg bewirkt.
  
  
• Für den Erdmittelpunkt sind Gravitationskraft und Fliehkraft gleich groß.
  
  
• Auf der dem Mond abgewandten Seite ist die Gravitationskraft des Mondes kleiner als die Fliehkraft. Die resultierende Kraft hat dort etwa den gleichen Betrag wie auf der gegenüberliegenden Seite der Erde, aber die entgegengesetzte Richtung. Sie bewirkt ebenfalls eine Verschiebung der Wassermassen und die Entstehung eines etwa gleich großen Flutberges auf der mondabgewandten Seite der Erde.

Nach dem gleichen Prinzip wirkt auch das System Erde - Sonne. Der Schwerpunkt dieses System liegt noch innerhalb der Sonne. Die Auswirkungen auf die Gezeiten sind allerdings nur knapp halb so groß wie die des Systems Erde - Mond.

Wie sind die Wechsel von Ebbe und Flut zu erklären?
Erde und Mond bewegen sich in 27,3 Tagen, also in einem siderischen Monat, einmal um den gemeinsamen Schwerpunkt. Entsprechend wandern auch Bereiche von Ebbe und Flut. Hinzu kommt die Rotation der Erde um ihre Achse. Diese Rotation bewirkt, dass die Sonne scheinbar in 24 Stunden einmal um die Erde wandert. Der Mond benötigt dazu 24 Stunden und 50 Minuten. Die durch das System Erde - Mond erzeugten zwei Flutberge, man spricht hier vom Mondgezeit, laufen mit der scheinbaren Umlaufgeschwindigkeit des Mondes einmal um die Erde. Demzufolge tritt zweimal am Tag Ebbe und Flut auf. Der Abstand zwischen Ebbe und Flut liegt bei etwas über 6 Stunden.
Bei der 24-stündigen Umlaufzeit der Sonne beträgt der Sonnengezeit 24 Stunden. Damit verschieben sich Mondgezeit und Sonnengezeit täglich um etwa 50 Minuten zueinander und erreichen nach 29,5 Tagen, also nach einem synodischen Monat, wieder die gleiche Stellung zueinander.

Was bedeuten Springtide und Nipptide?
Der Gezeitenhub, auch Tidenhub genannt, ist die Differenz zwischen dem Wasserstand bei Niedrigwasser und bei Hochwasser und wird in Meter angeben.
Dieser Gezeitenhub kann örtlich und zeitlich sehr unterschiedlich sein. Für einen bestimmten Ort hängt der durchschnittliche Gezeitenhub im Wesentlichen von den geografischen Bedingungen ab und ist z.B. auf dem offenen Meer in der Regel wesentlich kleiner als in einer Bucht oder einer Flussmündung entsprechender Ausrichtung. Zeitlich wird der Gezeitenhub durch die Stellung von Erde, Mond und Sonne zueinander beeinflusst. Die Wirkungen von Mond und Sonne können sich gegenseitig verstärken oder auch abschwächen:

• Stehen Sonne, Mond und Erde in einer Reihe (Vollmond, Neumond), so verstärken sich ihre Wirkungen. Das Hochwasser ist höher und das Niedrigwasser niedriger. Es tritt eine Springtide auf.
  
  
• Stehen Sonne, Mond und Erde im rechten Winkel zueinander (Halbmond), so schwächen sich die Wirkungen ab. Das Hochwasser ist nicht so hoch und das Niedrigwasser nicht so niedrig. Es tritt eine Nipptide auf.

Dabei gibt es einen interessanten Effekt: Springtiden und Nipptiden treten nicht genau an dem Tag auf, an dem die oben beschriebene astronomische Konstellation der Himmelskörper vorhanden ist. Vielmehr gibt es eine zeitliche Verzögerung von einigen Tagen. Die Ursachen dafür sind vielfältig und komplex.

Zu beachten ist auch, dass nicht jedes besonders hohe Hochwasser auf die bestimmte Stellung von Sonne, Mond und Erde zueinander zurückzuführen ist. Erheblichen Einfluss auf den Wasserstand hat auch der Wind. Windbedingter Wasseranstau von 1,5 m bis 2 m kommt z.B. bei Oststurm an der schleswig-holsteinischen Ostseeküste öfter vor. Es wurden auch schon Werte von 3,5 m registriert.
Tritt eine Springtide in Verbindung mit Wind entsprechender Richtung und Stärke auf, so kann es zu verheerenden Sturmfluten kommen. So stieg beispielsweise bei der Hamburgflut am 16. und 17. Februar 1962 der Wasserstand in Hamburg bis etwa 4,5 m über das mittlere Hochwasser an.

Einige statistische Angaben
Durch die Gezeiten verändert sich auch die feste Erdkruste. Die Deformationen, die dadurch auftreten, betragen in den mittleren Breiten etwa 10 cm bis 20 cm, die Maxima etwa 40 cm.

Der Gezeitenhub beim Wasser ist außerordentlich unterschiedlich. Nachfolgend ist er für einige Orte bzw. Bereiche angegeben.

Ort bzw. Bereich	Gezeitenhub (Tidenhub)
Ostsee	unter 20 cm
vor der holländischen Küste	1,5 m - 2 m
bei Helgoland	2,5 m - 3 m
in der Jade-Bucht bei Wilhelmshaven	3,5 m - 4,5 m
Springtide in Wilhelmshaven	3,9 m - 4,7 m
Nipptide in Wilhelmshaven	2,5 m - 3,2 m
vor Sylt	2 m - 3 m
bei Skagen an der Nordspitze Dänemarks	0,5 m
Fundybai an der kanadischen Atlantikküste	bis 15 m

Mit Ebbe und Flut sind auch Gezeitenströme verbunden. Das zufließende bzw. abfließende Wasser bewegt sich im Durchschnitt einer Geschwindigkeit von 4 km/h bis 6 km/h. An engen Stellen, z.B. in der Elbmündung vor Cuxhaven, können auch 8 km/h bis 10 km/h erreicht werden.

Gezeitentafeln
Gezeiten kann man vorausberechnen. Das erfolgt in der Regel für ein Jahr im Voraus und wird heute für viele Orte gemacht. Eine solche Zusammenstellung wird als Gezeitentafel bezeichnet. Dabei werden zumeist für jeden Tag die Zeiten für Hoch- und Niedrigwasser aufgelistet, teilweise werden auch die zu erwartenden Höhen mit angegeben.