Corioliseffekten

Kompetansemål i Geofag 2 (LK20)

Elevene skal kunne

• gjøre rede for konsekvensene av jordens rotasjon, tetthetsforskjeller og trykkforskjeller og hvordan de påvirker havet og atmosfæren

(Udir, u.å.-b)

Kjerneelementer som dekkes i dette kapitlet:

• Jordsystemer i tid og rom: «Kjerneelementet jordsystemer handler om delsystemer som geosfæren, atmosfæren, hydrosfæren, kryosfæren og biosfæren» (Udir, u.å.-a). Corioliseffekten virker i to av dem, atmosfæren og hydrosfæren, der jordrotasjonen avbøyer luft og hav.

• Modeller og modellering: «Modeller brukes til å undersøke, forklare og presentere geofaglige prosesser og fenomener» (Udir, u.å.-a). Karusellen, avbøyningen med breddegrad og ekmantransporten er slike modeller.

Hva er corioliseffekten?

En bevegelse som er rettlinjet i et koordinatsystem i ro, blir avbøyd hvis koordinatsystemet roterer. Avbøyningen kommer ikke av en reell fysisk kraft, men av rotasjonen. Sett fra den roterende jorda beskrives den med en fiktiv kraft, corioliskraften, også kalt corioliseffekten. Den ble først beskrevet i 1835 av den franske matematikeren Gaspard-Gustave Coriolis (1792–1843) (Store norske leksikon, u.å.-a).

Jorda er strengt tatt ikke et treghetssystem, fordi den roterer. Virkningene er så små at vi ikke merker dem i hverdagen, unntatt i havstrømmer og i vindretninger (Store norske leksikon, u.å.-c).

Corioliseffekten handler om den avbøyningen. Hvordan trykkforskjeller setter lufta i gang, tar vi i høytrykk og lavtrykk. De tre cellene tar vi i vindsystemet. Havets store strømmer tar vi i havstrømmer.

Tenk deg en karusell som roterer mot klokka, slik den nordlige halvkula gjør sett ovenfra. Du kaster en ball rett mot en venn på kanten. Sett utenfra går ballen i en rett linje, mens vennen roterer videre. Sett fra karusellen ser ballen ut til å krumme mot høyre. Ingen skyver på ballen. Det er ståstedet som roterer.

Hva tror du?

Mange sier at vannet i vasken virvler motsatt vei i Australia, på grunn av corioliseffekten. Tror du det stemmer? Svar før du leser videre – vi kommer tilbake til det i misforståelsesboksen.

Hvorfor mot høyre i nord?

På grunn av jordrotasjonen har et sted ved ekvator en fart østover på mer enn 400 meter per sekund. Ved 60° bredde, omtrent Bergen, Oslo og Stockholm, er farten over 200 meter per sekund. Ved Nordpolen er den null (Store norske leksikon, u.å.-a).

Luft som på den nordlige halvkule blåser rett sørover, kommer etter hvert til områder der bakken har større fart østover. Sett fra bakken dreier vinden mot vest, og på kartet blir det en høyresving. Luft som blåser rett nordover, har med seg større fart mot øst enn bakken lenger nord. Sett fra bakken dreier den mot øst, og det er også en høyresving. Store luftstrømmer og havstrømmer dreier mot høyre på den nordlige halvkule og mot venstre på den sørlige (Store norske leksikon, u.å.-a).

Uten rotasjon ville atmosfæren sirkulert i et enkelt mønster mellom polene og ekvator. Fordi jorda roterer, avbøyes lufta mot høyre på den nordlige halvkule og mot venstre på den sørlige. Den avbøyningen kalles corioliseffekten (NOAA, u.å.-a).

Også i loddrett retning virker avbøyningen. Et legeme som beveger seg østover langs overflaten, har en tendens til å løfte seg litt. I vestgående retning er det omvendt. Effekten er svært liten, og den avtar fra ekvator til null ved polene (Store norske leksikon, u.å.-a).

Breddegraden bestemmer styrken

Coriolisparameteren brukes til å beregne den avbøyende effekten jordrotasjonen har på havstrømmer og vind. Den varierer med breddegraden. På ekvator er den null, så der skjer det ingen avbøyning. Effekten øker mot polene. På den nordlige halvkule er parameteren positiv, og en strøm bøyes til høyre for strømretningen. På den sørlige er den negativ, og strømmen bøyes til venstre. Grunnen er at referansesystemet roterer (Store norske leksikon, u.å.-b).

Dersom jorda ikke roterte, ville et lavtrykk raskt bli fylt igjen. Avbøyningen gjør at det dannes en rotasjon. Slik oppstår virvler ved lavtrykk. Rotasjonen er en forutsetning for at tropiske sykloner kan dannes (Store norske leksikon, u.å.-a). Ved ekvator er det ingen avbøyning, så den rotasjonen kommer ikke i gang der (Store norske leksikon, u.å.-b). Derfor dannes tropiske sykloner sjelden nærmere ekvator enn ca. 5°, om lag 500 km (NOAA AOML, u.å.).

Vind, isobarer og friksjon

Vind skyldes i bunn og grunn ujevn oppvarming, som gir forskjeller i lufttrykk. Vinden blåser fra høytrykk mot lavtrykk, og jo sterkere trykkforskjellen er, desto sterkere blir vinden. Uten jordrotasjonen ville den gått rett fra høyt til lavt trykk. Corioliskraften avbøyer den mot høyre på den nordlige halvkule og mot venstre på den sørlige (Store norske leksikon, u.å.-d).

Figuren viser balansen uten friksjon, der vinden til slutt går langs isobarene. Nær bakken danner vinden en vinkel med isobarene på 0–20° over havet og 20–40° over land, fordi friksjonen er større over land (Store norske leksikon, u.å.-d). Corioliskraften setter ikke lufta i gang. Den endrer retningen.

På den nordlige halvkule blir rotasjonen rundt et lavtrykk mot klokka, og rundt et høytrykk med klokka. På den sørlige halvkule er mønsteret speilvendt, fordi avbøyningen går motsatt vei (Store norske leksikon, u.å.-a; Store norske leksikon, u.å.-b).

Havet: ekmantransport og oppvelling

Samme avbøyning virker på vann. Når vinden drar i overflaten, drar det øverste laget med seg dypere lag. Hvert dypere lag går saktere. Dypere vann avbøyes også, mot høyre på den nordlige halvkule og mot venstre på den sørlige, så lagene danner en spiral. De dypeste lagene i spiralen kan gå motsatt vei av overflatestrømmen. Spiralen kalles ekmanspiralen, etter den svenske oseanografen Vagn Walfrid Ekman (1874–1954), som beskrev den i 1902 (NOAA, u.å.-b).

Vinddrevne strømmer gir en netto transport av ekmanlaget på tvers av vindretningen, 90° til høyre for vinden på den nordlige halvkule. Det er ekmantransporten.

Laget som vinden setter i gang, kalles ekmanlaget. Hvor tykt det er, avhenger av vinden og breddegraden: typisk noen titalls meter, opptil 100–200 m ved sterk vind (Stewart, 2008). Det meste av transporten skjer i de øverste par titalls meterne, ofte oppgitt som de øverste 50 meterne (Store norske leksikon, u.å.-e). Bevegelsen dør ut lenger ned, ofte på omtrent 100 meters dyp (NOAA, u.å.-b).

Oppvelling er at vann løftes fra dypere nivåer til overflatelaget. Overflatelaget skyves til siden, for eksempel ut fra en kyst, og vann nedenfra kommer opp. Prosessen er langsom, om lag 10 meter per dag. Vannet er rikt på næringsstoffer, og områdene har ofte rike fiskerier (Store norske leksikon, u.å.-e; NOAA, u.å.-c).

En nordavind langs en vestkyst på den nordlige halvkule skyver overflatelaget utover, fordi ekmantransporten går til høyre. Da får vann fra dypere nivåer plass. Det skjer særlig langs vestkyster på lave breddegrader, som Peru, California, Namibia og Marokko. I monsuntiden også ved Somalia, Oman og Vietnam. På norskekysten kommer episoder med oppvelling ved langvarig og sterk nordavind, og de har betydning for utskifting av dypvannet i fjordene (Store norske leksikon, u.å.-e).

Oppvellingsområdene dekker en liten del av havet, men gir en stor del av fiskefangsten. Om lag 25 prosent av det som fiskes, kommer fra de fem store oppvellingsområdene knyttet til Kanaristrømmen, Benguelastrømmen, Californiastrømmen, Perustrømmen og Somalistrømmen. Ved El Niño svekkes eller opphører oppvellingen i Perustrømmen (Store norske leksikon, u.å.-e). Langs vestkysten av Afrika og Sør-Amerika holder kystoppvelling fiskeriene i gang året rundt (NOAA, u.å.-c).

De store overflatestrømmene drives av vindsystemene og avbøyes av jordrotasjonen. De danner havvirvler med klokka på den nordlige halvkule og mot klokka på den sørlige, nord og sør for ekvator. Ved ekvator, der corioliseffekten ikke virker, dannes ikke slike virvler. Det er fem store havvirvler: Nord-Atlanteren, Sør-Atlanteren, Nord-Stillehavet, Sør-Stillehavet og Det indiske hav. Hver har en sterk og smal vestlig randstrøm og en svak og bred østlig randstrøm (NOAA, u.å.-d). Selve strømmene tar vi i havstrømmer.

Vanlige misforståelser

Corioliseffekten setter ikke vinden i gang. Trykkforskjellen gjør det. Rotasjonen bare avbøyer (Store norske leksikon, u.å.-d).

Avbøyningen gjelder ikke bare luft som går nord–sør. En strøm bøyes til høyre for strømretningen på den nordlige halvkule og til venstre på den sørlige (Store norske leksikon, u.å.-b).

Vannet i vasken styres ikke av corioliseffekten. Jordrotasjonen merkes i hverdagen nesten ikke, unntatt i havstrømmer og vind (Store norske leksikon, u.å.-c). Svaret på «Hva tror du?» er derfor nei.

Vinden ved bakken går ikke nødvendigvis langs isobarene. Vinkelen er 0–20° over havet og 20–40° over land (Store norske leksikon, u.å.-d).

Viktige begreper

Corioliseffekten: Avbøyningen av en bevegelse sett fra den roterende jorda. Mot høyre på den nordlige halvkule, mot venstre på den sørlige, og ingen ved ekvator.

Corioliskraften: Den fiktive kraften vi innfører for å beskrive avbøyningen fra den roterende jorda.

Coriolisparameteren: Størrelsen som sier hvor sterk avbøyningen er. Den er null ved ekvator og øker mot polene.

Treghetssystem: Et referansesystem uten rotasjon, der Newtons lover gjelder uten fiktive krefter. Jorda er ikke et slikt system.

Ekmantransport: Transport av havets overflatelag på tvers av vinden, til høyre på den nordlige halvkule.

Ekmanspiralen: Spiralen i ekmanlaget, ofte de øverste ca. 100 meterne, der hvert dypere lag går saktere og er mer avbøyd.

Oppvelling: At vann løftes fra dypere nivåer til overflaten når overflatelaget skyves til siden.

Havvirvel: Stor sirkulasjon i overflatehavet, med klokka på den nordlige halvkule og mot klokka på den sørlige.

Sammendrag

Test deg selv