第6章 潮起潮落的潮汐現象
- 令孩子驚奇的122個科學發現和科學知識
- 陳池
- 2007字
- 2015-04-19 21:58:53
凡是到過海邊的人們,都會看到海水有一種周期性的漲落現象:到了一定時間,海水推波逐瀾,迅猛上漲,達到高潮;過后一些時間,上漲的海水又自行退去,留下一片沙灘,出現低潮。如此循環重復,永不停息。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”。潮汐現象的特點是每晝夜有兩次高潮,而不是一次,“晝漲稱潮,夜漲稱汐”。簡而言之,“潮”指白天海水上漲,“汐”指晚上海水上漲,不過通常我們往往將潮和汐都叫做“潮”。
潮汐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,習慣上把海面沿直向漲落稱為潮汐,而海水在水平方向的流動稱為潮流。
我們先來看看月球引潮力的兩個構成因素。
第一個因素是月球的引力。萬有引力定律告訴我們,宇宙中一切物體之間都是互相吸引的。月球和地球是一對天體,因此月球對地球存在著引力。在地球上不同的地方,月球的引力是方向不同、大小不等的。引力的方向指向月球中心,引力的大小因地球上各地距月球中心的距離而不同。
月球引潮力的第二個因素是地球繞地月公共質心轉動而產生的離心力。由于月球對地球有引力,地球對月球也有引力,在地月之間就構成了一個互相吸引的引力系統,并有一個公共質心,位于距地心0.73倍地球半徑的地方。地球除一刻不停地進行著自轉和繞日公轉外,它還要繞地月公共質心轉動,產生離心力。這股離心力剛好和月球對地心的吸引力大小相等,方向相反,從而使地月之間能夠保持一定距離。這種情況就好像人們用繩子拴住一塊石頭使其轉動,石頭受到人手對它的拉力,并在轉動時產生了離心力,且與該拉力正好平衡。由于地球在繞公共質心運動時,地球上各點之間處于平動狀態,所以在地球上的不同地方,這股離心力是方向相同、大小相等的。
月球引力和地球離心力是兩種對立的力,兩者結合起來產生的合力(矢量和),就是月球使海水發生潮汐現象的力量,稱為“月球引潮力”。月球引潮力在地球不同地方各不相同。在面向月球的直射點,引力大于離心力,兩者合成的引潮力,使海水向上(向月球方向)運動,造成漲潮。在背向月球的對跖點,離心力大于引力,兩者合成的引潮力,也使海水向上(背向月球方向)運動,也造成海水上漲現象。引力和離心力合成的引潮力向下(向地球中心),使海水向下運動,造成海水下降現象。在地球自轉過程中,地球表面上任何一點,都有經過兩次的機會,因此在一個太陰日內常見的潮汐有兩漲兩落的現象。在我國的天下奇觀中——錢塘江潮,就是潮汐的現象。
錢塘江潮,又叫海寧潮或浙江潮,位于杭州東北45千米海寧鹽官鎮。古時杭州觀潮,以鳳凰山、江干一帶為最佳處。因地理位置的變遷,從明代起以海寧鹽官為觀潮第一勝地。每年中秋大汛,前來觀潮的人日夜絡繹不絕,聞名國內外。至今則錢塘潮水已名滿天下,成為家喻戶曉的著名旅游景點。觀潮之日,尤在農歷八月十八日前后幾天,路上車如水流,人如潮涌。遠眺錢塘江出海的喇叭口,潮汐形成洶涌的浪濤,猶如萬馬奔騰,至澉浦附近河床沙坎受阻,潮浪掀起三至五米高,潮差竟達九至十米,確有“滔天濁浪排空來,翻江倒海山可摧”之勢。在不同的地段,可賞到不同的潮景:塔旁觀“一線潮”,八堡看“匯合潮”,老鹽倉可賞“回頭潮”。如此壯麗景觀,世上只有兩處,錢塘江和南美洲巴西的亞馬遜河,為古今中外觀潮者所傾倒,稱為“天下奇觀”。唐代不少大詩人到過杭州,觀賞過錢塘江怒潮,留下了贊美的詩篇。白居易(772~846年)在《詠潮》詩中云:“早潮才落晚潮來,一月周流六十回。不獨光陰朝復暮,杭州老去被人催?!彼未?,錢塘觀潮之風更盛,弄潮活動更具規模。但弄潮活動相當危險,經常有人犧牲,造成悲劇。因此,當時也有人反對弄潮活動。早在北宋,蔡襄(1012~1067年)任杭州知府時,寫就《戒約弄潮文》,文中曰:“斗牛之外,吳越之中,惟江濤之最雄,乘秋風而益怒。乃其俗習,于此觀游。劂有善泅之徒,竟作弄潮之戲,以父母所生之遺體,投魚龍不測之深淵,自為矜夸,時或沉溺,精魂永淪于泉下,妻孥望哭于水濱,生也有涯,盍終于天命;死而不吊,重棄于人倫,推予不忍之心,伸爾無家之戒。所有今年觀潮,并依常例。其軍人百姓,輒敢弄佑,必行科罰?!蹦纤挝鯇帟r,兩浙察訪使李承之也奏請禁止弄潮,但也沒有收效。唐宋以后,錢塘觀潮風俗持續不斷,直到今天。明清有關觀潮的詩、詞、畫等作品更層出不窮。由于江道變遷,錢塘觀潮的最佳地點不斷下移。唐宋時,觀潮勝地在杭州。唐、宋的大文學家們均在杭州觀潮,作詩作畫。自明以后,觀潮勝地已移到今海寧縣鹽官鎮。20世紀70年代以來,要在鹽官鎮東10余千米的八堡才能看到最精彩的涌潮。
潮汐是所有海洋現象中較先引起人們注意的海水運動現象,它與人類的關系非常密切。海港工程,航運交通,軍事活動,漁、鹽、水產業,近海環境研究與污染治理,都與潮汐現象密切相關。尤其是,永不休止的海面沿直漲落運動蘊藏著極為巨大的能量,這一能量的開發利用也引起人們的興趣。如潮汐發電。