極具規律的潮汐運動
望向大海,遠處的海平面似乎永遠也望不到頭, 海洋 也從來不是風平浪靜。
海洋給人類帶來的感受是江河湖泊不曾有的,對於從一開始就生活在海邊的人來講,了解海洋無疑可以幫助人們更好的生活。
潮水退去時適合趕海
潮汐 是了解海洋運動的重要方式,並且這 或許是海洋中 最可靠的自然現象 ,幾乎沒有什麽現象會比潮汐更加穩定。
相比之下 ,如果是海浪這一現象就會顯得更加復雜,影響因素眾多,而且人們也很難從中第一時間了解到海浪的運作。
但是潮汐不一樣, 潮汐在一天中的變化 幾乎是隨著地球運動而運動的,同時它的活動也 代表著海洋運轉是否正常 。
不過唯一不太一樣的是,潮汐活動不會像海浪那般有著十分明顯的前兆。
大連海域退潮後的樣子
往往潮汐是在一種相當自然的狀態下發生,如果沒有豐富的經驗, 潮汐運動 會對各種出海活動以及航運中造成影響。
因此所有 商船 都會有一套相應的 漲潮 和 低潮 指南,以便保證船只可以更輕松地在海洋中航行。
尤其是在尋找淺河或停靠在港口的時候,就必須知道漲潮和退潮的時機。
另外漲潮也可以在意想不到的地方發揮十分微妙的作用,就連美軍當初登陸諾曼第的時候,盟軍的計劃中就不得不考慮到 潮汐的影響 。
因為對 海灘登陸 來講,沖向海灘的同時意味著要尋找一個最佳的潮汐變化點。
停船不看海就會這樣
潮汐變化雖然沒有明顯的征兆 ,但它自身有著十分突出的特點。
潮汐變化主要透過 兩個階段進行 , 低潮 和 漲潮 。
低潮中,水停止下降,達到局部最小值;漲潮中,水位停止上升,達到局部最大值。
在 部份地區 ,兩外還有兩種可能。海平面在幾小時內上升,覆蓋潮間帶被稱為 洪水潮 。
海平面在幾小時內下降,露出 潮間帶 ,這被稱作 退潮 。
潮間帶的位置
潮汐通常是半日潮 ,即每天有兩個高水位和兩個低潮位,或者晝夜狀態中,每天一個潮汐周期。
另外給定日期的兩個高水位通常不是相同的高度,每日狀態不平等,這些是潮汐表現中高水位和較低的高水位較高的。
同樣,每天的兩個低水位是高低水位和低位低水位, 當月球在赤道的位置時,每天的水位不平等並不一致。
潮汐變化與月球息息相關
是誰在影響潮汐變化?
造成潮汐現象的 主要因素在於月球的活動 , 月球 時潮汐運動的 最大參與者 ,另外還有太陽重力造成的潮汐運動。
根據牛頓的說法, 海潮是由地球海洋上的太陽和月亮的重力引起的 。
萬有重力定律 指出,兩個物體之間的重力與其質素成正比,與物體之間的距離成平方反比。
因此物體質素越大,他們之間的距離會越近,並且之間的重力也會越大。
小潮狀態時,地月位置
正因如此,地球上的潮汐力在 兩個物體之間的距離通常比它們的質素更重要 。
潮汐產生力與潮汐產生物體距離的立方成反比,重力影響帶來的兩個物體之間距離的平方成反比。
所以在我們看向太陽、月亮、地球這三者之間的重力潮汐關系時可以明白:
太陽比月亮大2700萬倍,根據相應的質素換算, 太陽對地球的重力是月球對地球的177倍以上 。
如果 潮汐力 基於 相對質素 ,那麽太陽的潮汐力應該是月球的2700萬倍。
然而,我們不能忽視太陽與地球之間的 距離差異 。因此,太陽對其產生的潮汐力會減少 390³ 。
由於這些條件, 太陽的潮汐產生力約為月球的一半。
必須考慮天體距離帶來的影響
所以,月球才是地球潮汐中影響最大的因素 。
在 新月 和 滿月 期間,地球、月亮、太陽都會對齊。這種排列順序允許所有重力結合在一起,從而產生更強大的潮汐,這種被稱之為 大潮 。
這與春季氣候活動完全無關,因為它們每個月都會發生。
不過這種狀態並不會持續太久,三個天體很快會在自身的軌域運轉下脫離。
大潮後的7天 ,月亮和太陽彼此成90°角,這時重力之間變化相互作用,潮汐也會變得微弱,這就是所謂的小潮。
三個天體同框時,潮汐作用力最大
在地球直接面向月亮一側時,月亮的重力表現會達到最強 。
此時地球海水會被強烈地拉向月球的方向 。
而 遠離月球最遠的一側,月球重力最弱 ,地球的中心大約是月球對整個星球的重力平均值。
這一部份的潮汐力透過從地球每個位置的重力中減去地球上的平均重力,便可以得到相應的 潮汐力 。
潮汐力是地球拉伸和擠壓的結果,這便是導致兩個潮汐隆起的原因。
隨著地球自轉 ,地球區域每天都會穿過這兩個隆起。當出於其中一個時,便會經歷高潮,反之亦然。
這種兩次高潮和兩次低潮的迴圈發生在世界大部份海岸線的大部份時間。
不過值得註意的是, 地球並不是一個均勻的球體 ,且完全均勻覆蓋著水體的狀態。
由於有著陸地板塊的影響, 大陸 會阻止水完全跟隨月球的重力,所有在相同的情況下,不同地區的潮汐作用力表現有的會很大,有的會很小。
月球的重力將海水拉向自己
所以現在我們可以知道 ,正是由於地月之間的重力作用和地球運動表現,海水在一天之中反復出現上升和下降。
漲潮的海水事實上就是因 潮汐作用力 從遠處被「拉」了過來,隨著潮汐作用力的減弱, 海水逐漸退卻 , 回到原來的地方 。
潮汐的未來
除了天體的影響外 , 風和天氣模式 也會影響潮汐的水位變化。
強烈的海風可以將水從海岸線吹走,進而增強低潮的表現。而陸地上的風可以將水推向岸邊,進而使低潮不那麽明顯。
另外 高壓天氣 可以降低海平面,導致潮汐降低。
不過由強風暴和颶風帶來的低壓系統可能導致潮汐會比預測中的狀態強得多,所以這樣的潮汐會十分危險。
潮汐發生時,海水運動示意圖
基本上來講,潮汐是地球海洋響應月球和太陽施加的力從而出現的 長周期波浪 。
潮汐起始於海洋,向海岸線發展,其表現為 海面有規律的上升和下降 。
水的水平運動通常伴隨著潮汐的漲落,這被稱作 潮流 。
前面我們提到的 洪水和退潮 ,最強的洪水和落潮通常發生在漲潮和退潮之前附近,最弱的水流發生在洪水和落潮之間。
盡管這是一種很普通的自然現象,但依附於潮汐活動的生物也眾多,潮汐海洋生態也是潮汐帶來的一種特殊環境。
例如 潮間帶地區 的 藤壺和海藻 ,它們會因潮水變化有著不同的活動表現。
生活在這裏的動物還有寄居蟹、海星,以及生活在 低潮區 的海蛞蝓、其他裸鰓類生物。
對於生活在海邊的漁民來講,低潮時正是一次豐收的好機會, 海水退卻 帶來了許多可以被捕獲的生物。
不過在今天,這種如此規律的活動變化正在 遭受改變 。隨著全球暖化導致海洋體積擴大。
許多沿海城市,海平線比以往任何時候都要高,潮汐變化無疑會增加這些沿海城市面臨洪水的風險。
生活在潮間帶的海星
另外人類的活動也在相應的改變潮汐帶來的海水作用的潮汐表現,例如沿海岸附近的河流疏浚改變,這會改變水的流動變化,進而改變潮汐作用。
不斷變多的堤壩和碼頭會導致水流更加湍急,並更快的消散潮汐能力, 這會抑制潮汐作用 。