究竟是什麼引起了潮汐?

2020-12-05 蝌蚪五線譜

月球、太陽和地球本身。

最近,潮汐造成了很多麻煩。在漲潮期間,與海洋接壤的低洼地區比以往更頻繁地洪水泛濫。 2000年至2017年間,平均看來,美國由漲潮引發的洪水頻率增加了50%。這種洪水阻礙了道路,損毀了基礎設施和備用的暴雨排水溝。

全球約有40%的人口居住在海岸線62英裡(100公裡)的範圍內。最近的洪水趨勢必定讓很多人對潮汐背後的科學原理感到疑惑。潮汐是怎樣發生的?為什麼對比其它地區,有些地區的潮汐更加劇烈?為什麼海平面的高度不能一直保持一致?今天我們就來看看潮汐背後的物理特性。

被推動的水

在圖片中,你會發現我們的地球坐落在一片像橄欖球的汪洋之中。地球上的每一面海洋都有一個凸起的地方。我們能觀察到的是,一處凸起位於面對著月球的那個半球,另一處則在地球另一端。

為什麼這些凸起會存在呢?簡而言之,它們主要是由於月球的引潮力對海水的影響而形成的。 這種引力有兩個獨立的部分。它可以「垂直」拉動物質,即垂直地球表面。此外,它也可以「橫向」拉動物質,即與地球表面平行的方向。

現在,在任何給定時間位於月球正下方的地球上的點稱為月下點。同時,地球的另一側與月下點正好相對的點被稱為正對點。海洋凸起在這兩個地方達到最高,這並不是巧合。在月下點和正對點上,月球的引力缺乏水平分量——在距離這些點90度的兩個角落也缺乏這種水平分量。

從這方面來說,月下點、正對點、以及90度的兩個點是獨一無二的。地球上的其它地方都不可避免地經歷一種水平力,這種水平力將海洋中的水分子推向月下點(月球上重力最強的地方)或正對點(月球的引力最弱的地方)。 這就是為什麼海洋在這兩個區域會凸起的原因。

太陽的作用

每隔24小時,地球都會圍繞著地軸完成一次完整的旋轉。在此過程中,地球表面上的任何給定點(例如長島或澳大利亞)將直接穿過月下點和正對點這兩個海洋凸起的地方。因此,在大多數地區,如果您居住地正好處在其中一個海洋凸起處的話,就會遭遇漲潮的情況。但當居住地處在凸起之間的區域時,潮汐就會減弱。但情況並不總是這樣,特殊情況總是存在的。

現在,讓我們討論另一個影響潮汐的因素。太陽也對海洋施加了引力,但由於太陽距離我們太遠,它對潮汐的影響不如月亮那麼明顯。儘管如此,這個充滿氣體和等離子體的巨大球體確實會明顯增加潮汐的漲落。

加利福尼亞大學聖地牙哥分校的地球物理學家Duncan Agnew在一封電子郵件中寫道:「當太陽和月亮排成一行時,潮汐最大。」他指出,在滿月和新月這兩個階段,太陽和月亮會排成一排。天文學家和地球科學家將這些大潮稱為春潮。請注意,春潮這一名稱與春季無關(實際上,全年都會出現春潮)。

在春潮期間,「高」潮汐真的很高,「低」潮汐異常低。當太陽和月亮彼此成直角(相對於地球)時,事情就變得不那麼極端了。這時會產生小潮——也就是高潮和低潮之間差異最小的時期。

陸地也會產生幹擾

如果牽涉到陸地,事情會更加複雜。地球可能是一個充滿水的「藍色星球」,但世界上29%的地表都被陸地覆蓋。海灣、懸崖和其它地貌特徵也會干擾潮汐。這些地貌特徵有可能加強潮汐,也有可能減弱潮汐。

大多數沿海地區每天出現兩次漲潮,每12小時25分鐘就有一次新潮。然而,總有例外的情況存在。「海洋潮汐是一個複雜的過程,涉及到潮汐力是如何作用於水的,因為潮水可以自由地在海洋盆地中晃動。」 Agnew說。由於限制水流量的原因,墨西哥灣的許多海灘每天只有一次漲潮。這在其他地方,在加拿大的新斯科舍省,有一個V字形的芬迪灣,一旦水要從這裡流經內陸,就會被向上推。這種推力導致低潮和高潮之間存在著巨大的高度差,我們把這種潮汐成為湧潮。

蝌蚪五線譜編譯自 howstuffworks,譯者 晴空飛燕,轉載須授權

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  • 什麼是潮汐能?
    1913年德國在北海海岸建立了第一座潮汐發電站。潮汐發電是在海灣或有潮汐的河口建一座攔水堤壩,形成水庫,並在壩中或壩旁放置水輪發電機組,利用潮汐漲落時海水水位的升降,使海水通過水輪機時推動水輪發電機組發電。從能量的角度說,就是利用海水的勢能和動能,通過水輪發電機轉化為電能。  就環境影響來說,潮汐電站與火電站相比的主要優點就是不向大氣層排放廢氣。
  • 潮汐現象
    海水的這種運動現象就是潮汐。法國文學稱之為"大海的呼吸"。潮汐,是發生在沿海地區的一種自然現象,是指海水在天體(主要是月球和太陽)引潮力作用下所產生的周期性運動,在白天的稱潮,夜間的稱汐,總稱"潮汐"。一般每日漲落兩次,也有漲落一次的。那麼為什麼會有潮汐現象呢?如果說潮汐是月球的引力造成的,在離月球最近的地方海水隆起是可以理解的,但為什麼在遠離月球的地方海水也隆起?
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  • 月亮對潮汐的作用
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