住在海边的朋友一定对潮汐现(xian)象不陌生,每到清晨或傍晚,总有一(yi)部分地区的海水(shui)会沿着海岸缓缓升起;而一段(duan)时间过后,这部分(fen)海水又渐渐褪去。古(gu)人为这一现象起了一个美丽的名字,叫(jiao)做“潮汐”,可数千年来,一直有一个问题困扰着他们,那就是这潮水究竟从哪里来?往哪里(li)去?
广义(yi)上的潮汐实际上包括地潮(chao)、海潮和气潮三种,分别对(dui)应地球岩石圈、水圈以及(ji)大气圈受到日月引力(li)所产生的周期性运动变(bian)化。至于我们通常所说的潮汐(xi),往往指的是“海潮”,也就(jiu)是海水受日月引力(li)影响产生的海平面周期(qi)性涨落现象。当然,这其中还可以进一步划分,比如白(bai)天出现的海水上涨现象(xiang)称之为潮,夜晚(wan)出现的则称之为汐。
古人对长期的现(xian)象多有观察,以至于(yu)虽然不解其原理,但(dan)也总结出了不少规律,比(bi)如每月初八、二十三(san)之后都。会有一次小潮;再比如每(mei)月初一、十五后都(dou)将发生一次大潮。而就(jiu)今天来看,潮汐可以根(gen)据周期不同大致分为三类(lei),也就是半日潮、全日潮和混合潮。
什么是(shi)半日潮呢?其实指的就是一日之内(nei)出现两次高潮、两次低潮,而且两次潮(chao)差也大致相仿。由于其两次涨潮过(guo)程几乎相同,所以其掌握时间也接(jie)近相等,大约都在6小(xiao)时左右。像我国境内出现这(zhe)种潮型的水域、城(cheng)市还是不少的,比如说东海、黄海、渤海地区,以及青岛、厦门、大沽等城(cheng)市。
至于全日(ri)潮,顾名思义,指的是潮水在一日内只(zhi)进行一次涨落,而这种潮型在我(wo)国南海汕头地区表现的尤为经典。
最后一种潮型为混合潮,指的是在(zai)一个月的范围内,半日潮和(he)全日潮交替出现,这种潮水是(shi)稍微显得有些混乱的(de),因此潮差也相当(dang)大,主要在我国榆林港地区表现(xian)的很明显。
针对这个问题,其实前(qian)面已经有了简述,但这里(li)我们要引入一个(ge)更复杂的概念:天体引潮力。
在研究潮(chao)汐现象的过程中,很多(duo)人会将引潮力与(yu)万有引力混为一谈,可(ke)实际上万有引力只是引潮力(li)的一部分。如何去理解(jie)呢?我们将引潮力分为水平和竖(shu)直两个方向,其水平方向(xiang)为惯性离心力、竖直方向即(ji)万有引力。惯性离(li)心力促使海水发生了一定的辐射和聚散(san),引起了潮水的起伏;至于万有(you)引力,则是被重力所抵消,几乎(hu)可以忽略不计。
在理解(jie)了引潮力的影响后,有关海面(mian)变化的阐述,也就不(bu)难理解了。我们取地球上的(de)一点海水作为例子,在(zai)任何时刻下,海水都是在影潮力水平分(fen)量、重力以及压强梯度力的平衡之下的(de)。也就是说当海水受到了引潮力的(de)水平力分量影响后,为了维持原定的平(ping)衡期,海平面就(jiu)必须要相对于原静止海(hai)面发生倾斜,而在引潮力(li)水平分量的辐聚点和南北两(liang)段的辐散点,海(hai)水的堆积与流失情况最多,而这也就促(cu)进了潮汐现象的形成。
当然,也有人说(shuo)潮汐形成的本质原因并不是月球(qiu)引力作用,而是天体质心变换,但是目(mu)前针对这方面的(de)讨论仍然没有得到统一结论,因此人们还是普遍将牛顿在著(zhu)作中解析的潮汐理论视作主流。
提到潮汐的作用,大家很容易就(jiu)会想到水力发电,而实际(ji)潮汐也的确具备很强的位能与势能。根(gen)据有关数据显示,目前全世界潮汐能蕴(yun)含的能量总量,理论上高达(da)三乘以十的九次方千瓦。而我国更(geng)是潮汐能大国,潮汐能蕴藏(cang)量高达一点一乘以的八次方(fang)千瓦,尤其是浙江福建两省所(suo)蕴藏的潮汐能能量最多com,高达全国的80.9%。当然,这都是理论数值(zhi),由于很大一部分潮(chao)汐能根本无法利用,所以真实数据(ju)是远小于以上数字的。
潮(chao)汐发电与水库发电有什么区别呢?其实这里主要集(ji)中在双方水位落差以及水量上,当海(hai)水涨潮时,我们以势能(neng)的形式将潮汐能(neng)储存起来,在落潮的时候将海水放出、换取动能。由于前后海平面落差并不(bu)大,反倒是流量较大,同时还呈现(xian)出一定的间歇性,所以潮汐发电(dian)的水轮机结构是特定(ding)的,符合低水头大流量(liang)的特点。
世界上最早的潮(chao)汐能发电站是由德国建(jian)造的,1912年建于德国布斯姆(mu)。世界上最大的潮汐能发电站源于法国(guo),1966年被建造于法国(guo)朗斯。除这两国外,世界各国也都陆(lu)续选定了不少超性能开(kai)发地址,我国也不例外,像(xiang)我国广东旅顺、山东乳山以(yi)及上海崇明等地区,都陆续建(jian)立了潮汐发电站。
除了(le)创造巨大的经济效益(yi),潮汐本身还被广泛地运用到了(le)军事之中。
1961年郑成功攻打赤嵌城(cheng)的时候,就借着(zhe)潮汐将自己的军队驶入了(le)港口,之后更是力求攻破敌人防线;1936年德国与英国(guo)作战的时候,同样也运用潮汐原(yuan)理,布置了很多的锚雷,给英军带来(lai)了很大麻烦……
潮汐的作用颇多,这里(li)我们就不一一举例了,接(jie)下来我们来看看潮汐对于天体造成的影(ying)响。
科学家们的(de)报道称,由于潮汐现象(xiang)的出现,地球自转周期将逐渐变慢,只(zhi)不过变慢的幅度很小,每世纪仅会变(bian)成1~2毫米左右。这(zhe)代表着什么呢?这代表着在很(hen)早以前地球的一年(nian)远不止365、366天,而这也与人们发现3亿7,000万年(nian)前的泥盆纪每年(nian)有400多天的情况产生了印证(zheng)。
除此之外(wai),随着潮汐的不断发生,地球自转角(jiao)动量会逐渐减少,而在地月系统总(zong)角动量保持不变的大前提(ti)下,月球对地月系(xi)统制质心的角动量必然增大,而这(zhe)样最终会导致月球以每年3.81厘米的速度远离地球。虽然说(shuo)这个数据很小,但是(shi)与前面我们所说的情况一印(yin)证就会发现,这在以后也是个必须要考(kao)虑的问题。