大海总是有潮涨潮落,我们站在海边,看着海潮涌起落下,通常不会想到这跟月亮会有什么关系,月亮远在38万公里之外,在天空中看上去非常小,它和大海的潮汐又有什么关系呢?然而实际上,大海的潮汐却主要就是由于月亮引发的。
一般意义上的潮汐现象指海水在月球和太阳引潮力作用下所产生的周期性涨落运动,为了表示生潮的时刻,古人把发生在早晨的高潮叫潮,发生在晚上的高潮叫汐。这就是潮汐的名称的由来。然而潮汐现象并非只发生在海水中,由于太阳和月亮对地球的引力作用,这种力量其实可以使地球内部的熔岩,外部的岩石圈、水圈和大气圈分别产生周期性的运动和变化,这都属于潮汐现象,引发这种现象的力量也被称为潮汐力。这种力量引发的地球岩石圈的弹性-塑性形变,称固体潮汐,又称固体潮或地潮,引起的地球大气层的起伏变化称为大气潮汐,简称气潮。
既然月球和太阳可以引发地球内部熔岩,外部岩石圈、水圈、大气圈都产生活动和变化,那么可以想见其实我们地球上的一些活动都是和潮汐力有一定关系的,海洋的潮涨潮落就不用说了,另外风的形成,气压的高低,地震的产生、板块的运动、火山的喷发等等,潮汐力在其中都有一定的影响作用。
在这些现象中,地球内部的熔岩活动我们看不到,地球的岩石圈是固态的,细微的变化我们也看不到,板块的活动则是长期的,难以被我们感知,只有海洋的潮汐现象比较熟悉,是因为海水都是流体,当月亮和太阳的引力经过海洋表面的时候,可以将一部分海水抬升(具体成因比较复杂,还有地月间质心不在地球最中间而导致的地球摆动、太阳对地球的引力等影响因素),因此也就出现了涨潮现象,当引力移动到别处的时候,那么海水又会下降,于是就出现了落潮的现象。
以地球和太阳与月亮三个天体间的引力计算,月球在地球表面所产生的最大引潮力可使海水面升高56.3厘米,太阳引潮力的作用为24.6厘米,不过由于月球和太阳的共同引力作用,以及不同的海域的地形不同,还有风力和洋流的影响、海水势能的叠加作用,所以潮水的涨落的差别也不同,夏威夷等大洋处观测的潮差约1米,我国杭州湾的最大潮差达8.93米,北美加拿大芬地湾潮差最大,可达19.6米。
其实地球上可见的潮汐现象不只有海潮这种海水涨落现象,还有大气层顶端的大气涨落现象——气潮,只是其处于地球的顶端,而且空气又都是透明的,所以气潮不容易被观测到,但是气潮的涨落幅度却是远远大过海潮的。由于气体相对于液体比较轻,流动性也快,大气层厚度比海水深,因此大气涨落的幅度更大,地球赤道地区的海水涨落通常在1米左右,赤道地区上空的大气层的涨落幅度则可达好几公里,气潮的落差幅度比海潮大几百倍呢。
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