p

三．潮汐

1． 潮汐的定义

　凡是到过海边的人们，都会看到海水有一种周期性的涨落现象：到了一定时间，海水推波逐澜，迅猛上涨，达到高潮；过后一些时间，上涨的海水又自行退去，留下一片沙滩，出现低潮。如此循环重复，永不停息。海水的这种运动现象就是潮汐。“潮”指白天海水上涨，“汐”指晚上海水上涨，不过通常我们往往将潮和汐都叫做“潮”。 海水的这种有节奏的周期性的涨落运动就是潮汐，法国文学称之为“大海的呼吸”。

我国的钱塘江入海口就是世界两大观潮胜地之一（另一个为亚马逊河北河口），惊心动魄的自然景观很早就引起人们的关注，

p

万有引力与天体运动产生 潮汐现象。 潮汐是海水周期性涨落。因白天为朝，夜晚为夕，所以把白天出现的海水涨落称为“潮”，夜晚出现的海水涨落称为“汐”。这种现象曾使古人很纳闷，不知究竟是什么原因造成的。后来细心的人们发现，潮汐每天都要推迟一惠儿，而这一时间和月亮每天迟到的时间是一样的，因此想到潮汐和月球有着必然的联系。我国古代地理著作《山海经》中已提到潮汐与月球的关系，东汉时期王充在他所著的《论衡》一书中则明确指出：“涛之起也，随月升衰”。但是直到牛顿发现了万有引力定律，拉普拉斯才从数学上证明潮汐现象确实是由太阳和月亮、主要是月亮的引力造成的。近代潮汐的研究，是牛顿提出万有引力定律，并用他解释海洋潮汐现象，后又经伯努力、欧拉及拉普拉斯等人的工作而趋完善。20世纪以来，大型电子计算机的应用使潮汐的研究结合实际海陆分布、沈海、浅海等不同因素，得到迅猛发展。我们假设海水覆盖整个地球表面，讨论月球、太阳对海洋潮汐的作用。潮汐是月球引力最直观而生动的演示。我们很容易懂得地球靠近月亮的一面受到引力最大，中心部位次之，而背向月亮的一面最小。这个引力差趋向于把地球挤扁和拉长。于是，向着月球的一面和背着月球的一面便同时鼓起两座水丘。由于地球的自转，这两座隔球相对的水丘追着地-月间的连线不断移动，潮汐便产生了。质量大得多的太阳由于距离遥远，起潮力只有月亮的三分之一，当日、月和地球处于同一直线时，叠加效应会使潮高出现极大值。海平面每昼夜有两次涨落。在新月或满月时，太阳和月球在同一方向或正相反方向施加引力，产生高潮；但在上弦或下弦时，月球的引力作用对抗太阳的引力作用，产主低潮。其周期约半月。从一年看来，也同样有高低潮两次。春分和秋分时，如果地球、月球和太阳几乎在同一平面上，这时引潮力比其他各月都大，造成一年中春、秋两次高潮。此外，潮汐与月球和太阳离地球的远近也有关系。月球的公转轨道是个椭圆，大约每27.55天靠近地球和远离地球一次，近地潮要比远地潮大39％，当近地潮与高潮重合时，潮差特别大，若远地潮与低潮重合时，潮差就特别小。地球围绕太阳的公转轨道也是椭圆，在近日点太阳引力大，潮汐强，远日点，引力小，潮汐弱。月球的引潮力不仅会在地球上产生海潮，还会引起大气潮。但是大气潮远没有海潮这样惊天动地，气势磅礴。又因为我们身在其中所以是很难察觉的。除此之外，引潮力还会使地球的本体，包括地表（大陆和洋底以下各部分）产生潮汐，这种潮汐称为固体潮，固体潮引起地表的起伏很小，只有用精密的仪器才能测出来，这可能对地球的引力场有细微影响。地球内部有一部分是液态的，因此那里也会产生潮汐，我们认为地壳腹背的潮汐涌动是诱发地震的原因。

力的作用总是相对的，有作用力便有反作用力。月球对地球有引潮力，反过来，地球对月球同样也有引潮力。按理说，地球的质量比月球大80多倍，地球对月球的引潮力应是月球对地球引潮力的20多倍，然而，由于月球上没有水，所以地球的引潮力无法在月面上“兴风作浪”，但对月球的自转起了制动作用，使月球变成一颗同步自转的卫星，所以月球总以一面对着我们。而月球也通过与此相同的潮汐摩擦使地球自转变慢，使每日时间变长，同时地月之间的距离变大。

潮汐作用对地球最深刻的影响在于，海水流动的摩擦，对海岸的冲击，岩石圈的形变，都阻碍着地球的自转，起着一对“刹车片”的作用。尽管这一力量十分微小，只会使地球的自转在10万年里减慢2秒，但我们却不得不又一次惊叹长长的“时间杠杆”撬动的结果。16亿年前，地球每昼夜只9小时，一年有800多天，6亿年前的每昼夜是20小时，一年440天。海底珊瑚虫的化石生长线留下了古代的时间刻度。遥想当年，比今天高得多的巨潮扑向海岸，地球生命从海洋摇篮登上陆地显然得力于潮汐的催发和运送。而远古月亮比今天离我们近得多。伴随着地球自转减慢，月球也遵循角动量守恒的规则，以每年3厘米的速度渐行渐远。反过来，地球在月球上引起的固体潮同样带来月球的“自转失速”。直到月亮永远将一面朝着地球才告稳定。说到引潮力也会使地球永远以一面朝向月亮，那还需要至少几十亿年时间。