潮汐是怎么形成的

伤我心太深

　　潮汐是怎么形成的

　　一、什么是潮汐?

        与海洋接触时间长的人，就会观察到海水有周期性的涨落现象：到了一定时间，海水迅猛上涨，达到高潮;过后一些时间，上涨的海水又自行退去，出现低潮。如此循环重复，永不停息。我国古代把白天出现的海水涨落叫做潮，把晚上出现的海水涨落叫做汐，合称潮汐。通过观察潮汐现象发现，海水周期性的涨落现象是全球性的，一般是每天升降各两次，高潮发生在月球上中天以后。在相邻两个高潮(或低潮)之间的时间间隔为12小时25分钟，低潮在两次高潮之间的一半处发生。另外，特别高的大潮在新月和满月时发生。在这些大潮之间的一半处，月球处于上弦或下弦，这些日子的高潮处于最低的位置。这种微弱的高潮叫做小潮。这表明潮汐现象与月球的周日运动和公转运动有关。地球某处在一个朔望月的前半月时期内的潮汐情况。


　　二、潮汐的动力：引潮力


　　我国古代科学家很早就发现了潮汐现象与月球运行之间的密切关系，并得出了“月周天而潮应”这个结论。这里所谓的“月周天”包括了月球的两种运动：月球的周日运动和公转运动。不过，从深入一步讲，“月周天而潮应”这个结论虽是正确，毕竟还属于现象上的描述，并没有找到它们之间的本质的联系。直到1687年牛顿发现了万有引力之后，潮汐和月球、太阳之间的关系才得到了科学的解释。




　　根据理论分析，地球上的潮汐现象是由于月球和太阳的引力在地球上分布的差异产生的。这个差异叫做引潮力，也叫涨潮力。引潮力的大小与太阳、月球的质量成正比，与它们之间的距离的立方成反比。尽管太阳的质量比月球大得多，但月地距离远远小于日地距离，计算表明，月球对地球的引潮力是太阳对地球的引潮力的2.18倍，或者说后者不到前者的一半。


　　三、对潮汐现象的探讨


　　如果设想地球不自转并被水覆盖，那么我们就可以最容易地理解潮汐现象。假设仅仅月球的引力吸引起作用。在地球中心处，由地球处于围绕地月质心的轨道上所产生的离心力被它们的引力所平衡。在最靠近月球的那一面，月球的引力比离心力大，而在相反的那一面则是离心力比较大。合力导致在海洋中潮汐的上涨。因此，潮汐的上涨是月球在其轨道上围绕地球运动的必然结果。假如地球不转，那么每隔半个月球恒星周期应发生一次大潮。


　　但是，地球在月球运动的方向上每24小时自转一圈。这两种周期的复合导致每24时50分钟产生两次高潮，换句话说，我们在对每隔相同的间歇中的情况的研讨中发现了月球上中天滞后的影响。另外，由于地球的自转轴并不垂直于月球的轨道平面，使这种情形又发生变化。陆地的错综复杂构造和海洋的深浅不同又进一步使这种情形发生变化。
　　如果我们把太阳考虑进去，那就会看到，当月球为新月或满月时，太阳的作用力和月球的作用力相叠加，产生特别大的潮。在上弦和下弦时，太阳的起潮力不及月球的一半，与部分月球起潮力相抵消，潮差最小，因而被称为小潮。




　　作为引潮天体的月球和太阳，它们的运行具有周期性，所以地球上的潮汐也就具有周期性。由太阳引潮力造成的潮汐叫做太阳潮，由月球引潮力造成的潮汐叫做太阴潮。地球上实际出现的潮汐正是太阳潮和太阴潮两者合成的结果。但是太阳引潮力不及月球引潮力的一半。所以，太阳潮是不明显的，它只对太阴潮起到增强或减弱作用。也就是说，地球上的潮汐现象主要是和月球的运行相联系的。


　　海水的流动，要受到海底的摩擦和其本身的内摩擦的作用，遂使高潮向后延迟，即一日间的高潮落后于月球上中天的时刻，一月间的大潮落后于朔望1-3日。例如，著名的钱塘江大潮就不是发生在农历八月十五，而是发生在农历八月十八。以上主要是从天文因素来讲地球上的潮汐现象。实际上，潮汐现象要受到多种因素的影响，如气流、洋流和海岸地形等。如加拿大芬地湾以世界潮差最大著称，潮差达19.6米。夏威夷等大洋处观测的潮差约1米。有的地区的海潮不是每天两涨两落，而是只有一涨一落。


　　四、潮汐在地月系中所产生的重要的长周期影响


　　地球比在月球轨道上运行的月球自转得快。由于潮汐同运动较慢的月球相联系，所以潮汐作为对地球自转的阻尼而起摩擦作用，致使地球自转逐渐变慢。
　　天文学家通过对古代的食的研究发现，地球自转变慢为每世纪0.0016秒。地质科学家们在对鹦鹉螺壳化石和珊瑚化石的研究中，也获得了地球自转减慢的具体证据。科学家通过对现存的几种鹦鹉螺化石研究发现，现代鹦鹉螺的贝壳上，生长线是30条，中生代白垩纪是22条，侏罗纪是18条，古生代石炭纪是15条，奥陶纪是9条。由此推断，在距今4.2亿年前的古生代奥陶纪时，月亮绕地球一周只有9天。地球与月球之间的距离，只有现在的43%左右。此外，科学家通过对珊瑚化石的研究发现，现在的珊瑚每年长有365条轮线，而4亿年前的珊瑚化石上，每年长有400条年轮线。这说明，4亿年前，地球每年是400天，那时，地球每自转一周的时间为21.5小时，比现在要快3.5小时。





　　随着时间的推移，地球自转失去的角动量转化为月球的角动量。月球在其轨道上被加速，使它慢慢地沿螺旋线向外移开。因此，月球的一日和一月都在以不同的速率变长，并且无论在遥远的过去或是在遥远的将来，这种事件的情形都已被测算出来。回溯过去，当月球离地球大约只有16000千米时，月球的一个月约为7个平太阳日(现在的值)那么长。月球的一日只有几个小时那么长。在千百万年以后，月球的一日与一月相等，大约等于我们现在的47日那么长，地球将总是以同一个半球面朝向月球。可以证明，这种情形不会永远维持下去;太阳的潮汐将不断起作用。地球和月球将逐渐从它们的对抗中解脱出来，月球这颗卫星将收缩它的脚步，直到它再次接近地球。


　　【知识】潮汐是怎么产生的?


　　到过海边的人都知道，海水有涨潮和落潮现象：涨潮时，海水上涨，波浪滚滚，景色十分壮观;退潮时，海水悄然退去，露出一片海滩。涨潮和落潮一般一天有两次。海水的涨落发生在白天叫“潮”，发生在夜间叫“汐”，所以也叫“潮汐”。我国古书上说“大海之水，朝生为潮，夕生为汐”。在涨潮和落潮之间有一段时间水位处于不涨不落的状态，叫“平潮”。
　　事出有因，是什么原因使大量的海水产生如此频繁的运动呢?


　　许多学者对这一问题进行过探讨，并提出过一些假想。古希腊哲学家柏拉图认为，地球和人一样也要呼吸，潮汐就是地球的呼吸。他猜想这是由地下岩穴中的振动造成的，就像人的心脏跳动一样。我国晋朝有人则认为，海水的定期涨落是由一条无比巨大的海生动物定期出入海宫而造成的。


　　随着对潮汐现象的不断观察，人们对出现潮汐现象的真正原因逐渐有了认识。我国古代余道安在他著的《海潮图序》一书中说：“潮之涨落，海非增减，盖月之所临，则之往从之。”哲学家王充在《论衡》中写道：“涛之起也，随月盛衰。”他们都指出了潮汐跟月亮有关系。到了17世纪80年代，英国科学家牛顿发现了万有引力定律之后，提出了潮汐是由于月亮和太阳对海水的吸引力引起的假设，科学地解释了产生潮汐的原因。


　　随着对潮汐现象的不断观察，人们对出现潮汐现象的真正原因逐渐有了认识。我国古代余道安在他著的《海潮图序》一书中说：“潮之涨落，海非增减，盖月之所临，则之往从之。”哲学家王充在《论衡》中写道：“涛之起也，随月盛衰。”他们都指出了潮汐跟月亮有关系。到了17世纪80年代，英国科学家牛顿发现了万有引力定律之后，提出了潮汐是由于月亮和太阳对海水的吸引力引起的假设，科学地解释了产生潮汐的原因。