Forța Coriolis și implicațiile sale geografice

          Dacă vreodată ați coborât dintr-un tren aflat încă în mișcare, la contactul cu peronul ați fost nevoiți să mai faceți 2-3 pași în sensul de mers al trenului înainte de a vă opri complet. Invers, dacă ați urcat într-un tren în mișcare, ați făcut 2-3 pași spre partea din spate a acestuia. În ambele situații ați schimbat practic viteza sistemului de referință (trenul în mișcare, peronul static). Rezistența opusă de corp la schimbarea aceasta de viteză (prin cei 2-3 pași făcuți) se numește inerție.

Forța Coriolis este o forță de inerție care acționează asupra corpurilor situate într-un sistem de referință aflat în mișcare de rotație, cum ar fi Pământul. Corpurile care se deplasează pe acesta pe distanțe mari (vânturi, curenți oceanici, râuri, ghiulele de artilerie cu bătaie lungă etc.) vor resimți o deviere a traiectoriei spre dreapta în emisfera nordică și spre stânga în cea sudică.

Această deviere este cauzată de faptul că suprafața terestră se rotește cu viteze diferite (maximă la ecuator, minimă la poli). O masă de aer care se deplasează dinspre ecuator spre pol (fig. 1 a și c) se rotește odată cu planeta cu viteze din ce în ce mai mici. Astfel, din inerție, va tinde să-și păstreze viteza inițială, adică va căpăta o curbură a traiectoriei în sensul rotației planetei.

Invers, o masă de aer care se deplasează dinspre pol spre ecuator (fig. 1 b și d) se rotește odată cu planeta cu viteze din ce în ce mai mari. Astfel, tot din inerție, va tinde „să rămână în urmă”, adică va căpăta o curbură a traiectoriei în sensul opus rotației planetei. Devierea indusă va fi spre dreapta în emisfera nordică, indiferent de caz, și spre stânga în cea sudică. La ecuator cele două efecte se anulează reciproc, neresimțindu-se devierea.

Fig. 1. Acțiunea forței Coriolis care induce o deviere spre dreapta în emisfera nordică și spre stânga în cea sudică (click pentru a mări).

Fig. 2. Aceeași reprezentare, dar în varianta statică, pentru uz didactic.

Circuitul atmosferic global este foarte influențat de forța Coriolis. În absența acesteia, pe Terra s-ar fi format două celule principale, una în emisfera nordică și cealalaltă în emisfera sudică: aerul rece dinspre poli s-ar îndrepta spre ecuator, unde ar înlocui aerul cald ridicat. Acesta din urmă, odată ajuns în troposfera superioară, s-ar deplasa spe poli, unde ar coborî închizând celula.

Devierea indusă vânturilor (fig. 3) face imposibilă legătura directă dintre ecuator și poli. De aceea, în realitate există mai multe celule, câte trei principale în fiecare emisferă: una în zona caldă (cu alizee), una în cea temperată (cu vânturi de vest) și una în zona rece (cu vânturi polare). Acestea fac legătura între maxima barică polară (de unde aerul rece se deplasează divergent), minima subpolară (convergență), maxima tropicală (divergență) și minima ecuatorială (unde aerul cald se ridică; convergență).

Interesant este faptul că în zona tropicelor, unde sunt deșerturi pe suprafețe mari (deci aerul este puternic încălzit), totuși se instalează maxime barice/anticicloni. Adică în plan vertical aerul coboară, în loc să urce. Maximele barice tropicale au o explicație mai degrabă de natură dinamică, nu termică: aerul ridicat de la ecuator, în deplasarea sa spre poli prin troposfera superioară, va fi deviat de forța Coriolis, încât nu va putea trece de tropice. La fel se întâmplă și cu aerul de altitudine venit dinspre cercul polar, care nu poate ajunge la ecuator. Deci deasupra tropicelor (în troposfera superioară) se va produce o „aglomerare” a aerului, acesta intrând în descendență și producând maximele de presiune din troposfera inferioară. Convecția termică (ascensiunea aerului) este absentă aproape în totalitate, la fel și condensarea (nori și precipitații), îndeplinindu-se astfel condițiile formării deșerturilor. Simplificând, am putea spune că în absența forței Coriolis probabil nu ar fi existat deșerturi la tropice.

Fig. 3. Model simplificat al circulației atmosferice globale pe care se observă devierea indusă vânturilor de forța Coriolis, spre dreapta în emisfera nordică și spre stânga în cea sudică (Sursa: Encyclopaedia Britannica). În zona de convergență ecuatorială, numită și a „calmelor ecuatoriale”, vânturile bat mai rar și sunt slabe.

Un caz aparte îl reprezintă depresiunile barice/ciclonii (cu variantele lor: furtuni tropicale, cicloni tropicali, numiți și uragane sau taifunuri în funcție de regiune), în care circulația aerului se face in sens invers față de acele de ceasornic în emisfera nordică și în sensul acelor de ceasornic în emisfera sudică (fig. 4).

Fig. 4. În stânga: un uragan lângă coastele Statelor Unite (emisfera nordică); în dreapta: un ciclon tropical în Madagascar (emisfera sudică).

Traiectoria aerului, curbată spre stânga în emisfera nordică, este de fapt rezultatul combinării a doi vectori: unul al gradientului baric, care atrage aerul spre centru și unul al Forței Coriolis, care tinde să abată curentul spre dreapta. Rezultă astfel o traiectorie generală curbată spre stânga (fig. 5).

Fig. 5. Formarea ciclonilor tropicali este posibilă datorită: căldurii oceanului, umidității evaporate din acesta și forței Coriolis. De aceea iau naștere în apele oceanice tropicale și subtropicale (fără cele ecuatoriale). Celelalte regiuni nu îndeplinesc cel puțin una dintre aceste trei condiții: apele de la latitudini mari sunt prea reci, pe continent nu există suficienți vapori de apă, iar la ecuator nu se resimte forța Coriolis.

Fig. 6. Formarea ciclonilor tropicali (planșă pentru uz didactic).

Fig. 7. Regiunile cu cicloni tropicali și traiectoriile acestora (Sursa: wikipedia). Observăm că ciclonii nu ocupă o poziție statică, ci intră în derivă sub influența rotației Terrei, a alizeelor și a vânturilor de vest. De exemplu, în emisfera nordică se deplasează pe direcție SE-NV în zona intertropicală (sub influența alizeelor) și apoi spre NE în zona subtropicală și temperată (sub influența vânturilor de vest). Traiectoriile sunt curbate din pricina aceleiași forțe Coriolis. În Pacificul de NV (Japonia, Filipine) se numesc taifunuri, în Pacificul de Est și Atlantic (SUA, America Centrală) se numesc uragane, iar în Oc. Indian și Pacificul de Sud (Madagascar, India, Australia) se numesc cicloni tropicali. În Pacificul de SE (Curentul Peru) și Atlanticul de SE (Curentul Benguelei), apele sunt prea reci pentru a se forma cicloni. De observat și zona ecuatorială, fără cicloni, deoarece nu acționează forța Coriolis.

Sistemul circulației oceanice globale este de asemenea influențat de această forță. Acesta își are motorul în variațiile termo-haline din Oceanul Planetar, care generează curenții oceanici în tendința de omogenizare a fluidului. Curenții se deplasează cu viteze de câțiva kilometri pe oră și sunt considerați calzi, când temperatura lor este mai mare decât a apei din jur și reci, când temperatura lor este mai joasă decât a apei din jur. Aceștia formează mai multe celule majore, cu deplasare în sensul acelor de ceasornic, adică spre dreapta, în emisfera nordică (Pacificul de Nord și Atlanticul de Nord) și invers față de acele de ceasornic, adică spre stânga, în emisfera sudică (Pacificul de Sud, Atlanticul de Sud, Oc. Indian de Sud) (fig. 8). Acest lucru face ca țărmurile vestice ale continentelor sudice să fie scăldate de curenți reci (cu evaporație slabă), iar cele estice de curenți calzi (evaporație intensă). Așa se explică diferențele climatice dintre țărmurile vestice, slab populate și cu deșerturi (Peru, Atacama, Namib, Australia de Vest) și cele estice, mai populate și umede (Brazilia de SE, Africa de SE, Madagascar, Australia de SE). Curentul Golfului (redenumit apoi Curentul Atlanticului de Nord) capătă o deviere spre dreapta (sub influența forței Coriolis și a vânturilor de vest), ajungând pe țărmul Europei de Vest pe care o încălzește iarna.

Fig. 8. Curenții oceanici pe Glob (Sursa: wikipedia). De observat că celulele se dezvoltă de o parte și alta a ecuatorului. Puțini curenți străbat pe direcție N-S ecuatorul, unde curg de obicei contracurenți compensatorii longitudinali. Simetria aceasta generală se explică tot prin influența forței Coriolis (diferită în cele două emisfere și anulată la ecuator).

Cursurile apelor sunt influențate în primul rând de configurația reliefului, structura și compoziția geologică. Chiar dacă în câmpie aceste condiții sunt mai omogene, tot ele joacă rol principal. Totuși devierea generală spre dreapta a unor fluvii din câmpie în emisfera nordică (Vistula, Oder, Don, Nipru, Obi) și spre stânga în emisfera sudică (Parana) s-ar putea explica și prin influența forței Coriolis.

Mai mult, sectorul saharian al Nilului are lunca mai dezvoltată pe partea stângă, posibil datorită devierii spre dreapta generată de aceeași forță (fig. 9).

Fig. 9. Cursuri de apă posibil influențate de forța Coriolis.

În concluzie, există o interdependență foarte complexă între rotația Terrei (care generează forța Coriolis), fenomenele meteo-climatice, circulația curenților oceanici, mediile de viață și chiar valorile diferite ale densității populației. De aici aspecte economice diferite, elemente de ordin administrativ și organizatoric ș.a.m.d., căci discuția poate continua la infinit. Pământul este un sistem în care fiecare element influențează alt element...

___

* Dacă ți-a plăcut acest articol, mă poți susține pentru munca depusă printr-o donație.

de Ionuț Tudose

24.07.2019