您现在的位置是：网站首页>科普科普
《潮汐》：宇宙星辰与地球潮汐：自然奇观的成因探索
铛铛铃2025-09-20【科普】381人已围观
简介
今天为你解读的这本书叫《潮汐》，副标题是“宇宙星辰掀起的波澜与奇观”。
潮汐是大海周期性的涨潮和落潮现象。自古以来，汹涌的潮汐便一直触发着人们的想象，也出现在世界各地的传说里。马来西亚传说就说，海里有一只巨蟹搅动海水，引发了潮水涨落。还有传说认为银河好像一架巨型水车，水轮翻转间便能填满或抽空海洋。《圣经》里虽然没有提到潮汐，但有海洋科学家认为，摩西分开红海，带领以色列人民走出埃及，或许是有现实基础的。当红海处于大潮的最低潮期时，部分海面会干涸，露出海床。
潮汐更是在我们的文学中留下了“春江潮水连海平，海上明月共潮生”“八月十八潮，壮观天下无”等诗句。今天的这本《潮汐》不仅将详细解释月亮、太阳与地球的相互作用如何在海洋中掀起波澜，还将为你介绍世界各地的潮汐奇观。
本书的作者乔纳森·怀特，出生在美国南加州海滩，对海洋有着特殊的情感。他大学毕业时，就自己造了一艘8米长的帆船出海远航，后来成了美国著名的航海家和冲浪运动员，也是一位作家和海洋环保主义者。他曾在太平洋和大西洋上航行几十万公里，有一次因落潮而遭遇船只搁浅，之后，他开始研究潮汐。在本书中，怀特融合了历史、研究、海洋学、环境学与旅行等多方面的内容，展现了潮汐这一海洋律动的魅力，也描绘了我们与潮汐千百年来共存的图景。
好，下面我就分两个问题，为你解读本书的主要内容：第一，潮汐现象是怎么发生的；第二，我们如何与潮汐共存。
首先，我们来讲讲本书的第一个问题，潮汐现象是怎么发生的。
我们都知道，潮汐主要与月亮引力有关。地球和月球相接近的部分，海洋会因为月球引力而隆起，就产生了涨潮。而此时在地球的另一边，也就是远离月球的那个区域，也会因为地球的离心力作用而涨潮。比如当月亮在上海上空，东海出现了较高的潮位，地球另一端的阿根廷和乌拉圭附近的海域，也会出现涨潮。怎么理解呢？假设你用水注满一个圆的气球，然后用绳子拉着这个注水的气球，像扔链球那样水平旋转，会发现气球变成了一个椭圆形。注水气球被绳子系着的这一端，因为绳子的拉力产生变形而凸起，另一端也会因为离心力的作用，发生同样的变形凸起。我们的地球上，有超过70%的面积是海洋，它也会发生类似的变形。能引发涨潮的引力和离心力，我们统称为引潮力。由于地球上的海水量是一定的，引潮力大的地方会涨潮，引潮力小的地方就会落潮。因此一般而言，同一片海域在一天之内，一般会有两次涨潮和两次落潮。并且由于月球还在绕着地球公转，每天月亮升起的时间都比前一天晚大约50分钟，每天涨潮和落潮的时间，也会比前一天晚50分钟。以上就是月亮对地球潮汐的影响，它是引起地球潮汐的主要因素。
和月球相比，太阳离我们较远，产生的引潮力也较小，但它会把月亮造成的潮汐变大或者变小。农历每月的初一或十五前后，地球和月亮、太阳运行到一条直线上，月亮和太阳的力就叠加在了一起，造成了比平时更高的潮位，我们也称为天文大潮。
潮汐不仅受到日月运行的影响，还和地形、季风、洋流、降水等诸多因素有关，它们的加入造就了不同的潮汐景观。
先说地形。首先它会影响潮差，也就是高潮和低潮之间海平面的落差。不同的海底地形，让海水产生了不同的固有振荡周期。每个物体都会有一个固有振荡周期，一块海域的固有振荡周期，就是海水的振动从海底的一边传到另一边，再传回来的时间。太平洋的固有振荡周期约为24小时，南大洋约为30小时，大西洋约为13小时。如果我们把大西洋比作一个浴缸，里面的波浪就在来回晃荡，先在北边的法国产生波峰，13小时后，波峰出现在南边的阿根廷海岸。如果一个物体还受到了外力的影响，并且外力的振动周期和这个物体的固有振动周期接近，就会产生共振，大大增加物体的振幅。比如大桥有自己的固有振动周期，军队行军通过大桥时是不能齐步走的，因为一旦军队齐步走的步伐周期和大桥的固有振动周期接近，就会造成大桥剧烈晃动甚至坍塌。对一片海域来说，月亮和太阳的引力就是这个外力，如果这片海域固有的震荡周期恰好和月亮引力的震荡周期相接近，就会和月亮引潮力共振，有了更高的潮差。比如说大西洋，它的固有振荡周期是13个小时，和月球的运行周期12.47个小时接近，因此它的许多海域都有比较大的潮差。加拿大东南部的芬迪湾，是世界上潮差最大的地方之一，潮差可达16.6米。法国圣米歇尔海湾的潮差，则高达13.7米。著名的圣米歇尔山修道院，就坐落在湾中的一座花岗岩小岛上。每当夕阳西下，明月升起，潮水就会从四面八方包围修道院，只留下一条狭窄的堤道，连接修道院和大路。海水上涨的速度非常惊人，当地人这么描述涨潮：“一旦潮水淹没你的双脚，2分钟后它就会漫到你的腰部，把你卷走。”圣米歇尔山修道院以前是朝圣圣地，很多朝圣者就是被突如其来的潮水淹没，现在的旅游手册也会提醒旅行者，切勿在没有导游的陪同下四处乱走。
相比于芬迪湾和圣米歇尔山，地中海虽然也是大西洋的一部分，它的潮差就非常小，很多地方甚至不足0.5米。这是因为地中海和大西洋之间，只通过非常窄的直布罗陀海峡连通，它自己有一个单独的固有振动周期，和月亮引力震荡周期以及大西洋的固有振荡周期都相差很远，反而削弱了潮差。
还有些海域的固有振荡周期是24小时，和太阳的运行周期接近，就会和太阳引潮力发生共振。太阳引潮力没有月亮引潮力大，这些海域的潮差虽然不算大，但却发生了潮汐表现形式的变化，潮涨潮落和太阳周期更同步，每昼夜涨落一次，称为一日潮。中国的北部湾地区的潮汐，就是典型的一日潮。
除了影响潮差，独特的入海口地形还会引发涌潮，又叫波浪潮。常见的表现是涨潮时，外海潮水涌入狭窄河道，水位猛然上涨，形成大的潮涌。就拿钱塘江大潮来说吧，钱塘江的河口地势平缓，呈喇叭状，往上游去河道逐渐变窄，就像一个漏斗一样。东海涨潮的时候，海水就很容易倒灌进钱塘江，向狭窄的上游河道奔涌。加之钱塘江的河底有很多道沙坎，让海水前行的同时，还要不断向上跳跃，越跳越高，就形成了滔天巨浪。全世界有100多处涌潮存在，和钱塘江一样，涌潮发生的河口通常呈喇叭状。巴西亚马孙河河口涌潮，潮高可达3.7米，几百公里外的上游都能感觉到它。法国的塞纳河口的怒潮，英国的塞文河口的暴潮，在历史上曾极具破坏性，但随着人类活动加剧，河口的河道泥沙淤积，海水无法涌入，涌潮现象就消失了。
所有的涌潮中，没有哪个的迅猛程度能超越钱塘江大潮。在多数海岸涨潮需要六个小时，但钱塘江只需要六秒，仿佛魔法师挥了一下手，潮水就从天而降，至少8米高的水，像蛟龙一样腾跃而起，以每秒钟10米的速度逆流而上，发出震耳欲聋的轰鸣，直到160 km外的上游才偃旗息鼓，期待下一次涨潮卷土重来。
在《水浒传》里，绿林好汉鲁智深有一晚寄宿在了杭州的六和塔，夜间被千军万马杀到的声音所惊醒，抄起家伙冲出门去，发现那是钱塘江的潮声。2000年以前，钱塘江和长江曾共用出海口，在二者分道扬镳之后，大潮就成了钱塘江的专属。在10~16世纪，也就是从宋代到明代，钱塘江最大的涌潮出现在繁华的杭州城附近。当时大潮不仅吸引了成千上万人来观看，人们还组织游泳比赛，参与者拿自己生命做赌注，身背彩旗一跃而下，翻滚于汹涌的潮水之中，他们被称为弄潮儿。明代诗人孙承宗曾经写道：“休假弄潮儿，朝今亦失信。”意思是劝女性不要嫁给弄潮儿，大潮要人命，并不会看她是不是一个勇士。后来因为很多人在大潮中溺亡，这项活动就被终止了。
而随着历史的变迁、泥沙的堆积，钱塘江的河口位置不断下移，如今要看到最为壮观的潮水，要到杭州以东的海盐、老盐仓、盐官等地。钱塘江大潮一年365天，一天两次出现，最大潮通常发生在农历八月十八。为什么最大潮出现在八月呢？这就要讲到季风、降水、洋流等其他因素对潮汐的影响了。
在一些季风和洋流盛行的近海海域，上涨的潮水借助风势掀起大浪，造就了很多冲浪胜地。美国洛杉矶南部半月湾的小牛浪，夏威夷、毛伊岛附近的大白沙浪，都是冲浪勇士们的最爱。而在钱塘江流入的东海，八月的时候盛行东南季风，会助涨潮水逆流而上，再加上此时钱塘江上游降水充沛，江水下泄流量增大，碰上逆流而上的潮水，引发了大潮。
那为什么钱塘江最大潮通常发生在八月十八，而不是太阳和地球引力叠加的八月十五呢？原因在于潮汐摩擦。潮汐摩擦指的是海水的涨落运动和海底大陆架之间发生的摩擦，它导致海水从受到最大力到涨到最高，需要一个过程。这就像是荡秋千，从用力荡到荡到最高点需要一个过程，这个过程通常需要两到三天。因此，钱塘江大潮发生在八月十八。世界上其他大潮，一般也是在引潮力达到最高之后的两到三天达到最大潮。
值得一提的是，潮汐摩擦不仅推迟了最大潮出现的时间，也会让地球的自转速度逐渐变慢。科学家推测，因为潮汐摩擦的影响，地球每天要变长1/50000秒。化石证据也表明，地球在2.5亿年前的二叠纪，一天可能只有22个小时。
好，以上就是第一部分的内容，潮汐不仅受到日月运行的影响，还和地形、降水、洋流等诸多因素有关。
需要注意的是，我们通常说的潮汐是海洋潮汐，但湖泊、河流这些水体也会因月球引力而变形，产生潮汐现象，只是它们的水量较小，产生的变化非常微小。而河流的河口以及和海洋连通的湖泊，是因为它们受海洋水位的变化明显，潮汐现象会明显一些。比如说长江，自安徽池州以下500多公里的江面水位高度，都会受到东海潮汐的影响，周期性的涨落。此外，地球上的气体和固体也同样有潮汐现象，大气层还有土壤的密度、形态也会发生微小的变化，引潮力最大的地区，地壳可能会凸起多达0.5米。不过我们很难感觉到气体潮和固体潮，只能用精密的仪器才能测量到它们。
说完了潮汐的成因和影响因素，我们再来讲讲本书的第二个问题，人类如何与潮汐共生。
潮汐孕育着生命，有一种理论甚至认为，生命就起源于潮间带，也就是退潮时露出来的那些原本被淹没的海岸。潮涨潮落的力量，让潮间带上最早产生了生命所必需的氨基酸。在35亿年前，潮间带的氨基酸逐渐演化为了生命的组成部分——细胞。
从远古时代起，人们就在海边讨生活，潮汐退却时，原本被淹没的海岸，也就是潮间带会露出水面，这里的贝类、螃蟹等海洋生物，是人类食物的重要来源之一。但潮汐给我们带来的远不止食物，下面我就会从利用和防治这两个方面，来讲讲我们如何与潮汐共生。
利用方面，我们主要说潮汐能。“能源”的“能”。历史学家推测，早在古罗马时期就出现了潮汐磨坊，人们利用潮汐能来碾磨谷物。而到17世纪，欧洲的潮汐磨坊技术达到了鼎盛，在欧洲国家的海岸线上，出现了1000多家潮汐磨坊。其中在葡萄牙的塔霍河口附近，就有40多个潮汐磨坊紧挨在一起。潮汐磨坊的原理也很简单，一般都是在潮汐河口处建一处房子，并在河岸建起一个堤坝，形成一个水池。在涨潮时，打开水池与河口的阀门，水流就会涌进水池。当潮位达到最高时，关闭水池的阀门，这样在落潮后，水池与河口就会产生水位差，水位差可以驱动磨坊水车的木质轮叶旋转，完成所需的工作。
到了现代，人们还可以用潮汐能发电。和其他的清洁自然能源相比，潮汐能有着得天独厚的优势。比如太阳能电站会受到天空中云量的影响，风能电站会受到风力大小的影响，很难进行预测，但每天海水的涨落都是有规律可预测的，潮汐能电站能够更加稳定的输出电能。世界上最大的潮汐发电站，是建在法国朗斯河口的朗斯潮汐发电站，它在1965年建成使用，装机容量达到240兆瓦，相当于一个大型火电站的发电能力。中国也是最早建立潮汐发电站的国家之一，早在20世纪50年代，就在山东建立了第一座潮汐发电站。
传统的潮汐发电站，包括前面所说的朗斯潮汐发电站，基本原理和以前的潮汐磨坊差不多，都是建造堤坝，形成蓄水池，靠水位差来发电。但在海岸线上建造大规模的堤坝来蓄水，可能会干扰当地的生态，所以最近30年，潮汐流发电变成了新宠。潮汐流发电，意思就是直接靠潮汐产生的水流发电，而不是靠涨潮时蓄积的高度差来发电。比如在沿海的海底设置一系列的涡轮机，这样在涨潮和退潮时，水流就能推动涡轮机转动，转化为电能。这和风能的利用有点类似，相当于在海底布置了一系列的风车。不过总的来说，潮汐能的利用才刚刚起步，据2013年的统计，世界各国使用的能源当中，只有10%是来自清洁能源，而在清洁能源当中，潮汐能只占了2%，更多的潮汐能还有待人类去开发利用。
说完了利用，我们再来说防治。对于临海而居的人来说，潮汐也会带来灾难，比如潮汐会导致海水倒灌，淹没大量土地，这也叫做海侵。面对海侵，一些地方的人选择住在潮水上方，等待落潮，比如在中美洲的巴拿马、圣布拉斯群岛，吊床是每家每户的必备品，一旦潮水上涨，吊床就为居民们提供了一个干爽的住处。这种佛系的做法相对还是少见，对待潮汐，人们做的更多的是修筑堤坝。早在4000年前，钱塘江边的河姆渡人，就用湿泥与秸秆筑成了最早的海防堤坝，称为海塘，防止钱塘江涌潮时海水倒灌。钱塘江的海塘几千年来一直被修整和加固，和长城、京杭大运河被称为中国历史上的三大工程之一。海塘的管理极为重要，在清代，官员需要负责其辖区内的海塘维护，如果发生损坏，会追加官员及其家属的责任，甚至要判死刑。
近些年，全球气候变暖，导致海平面不断上升，再加上各种极端天气，比如台风增加，越来越多的地区遭受到了海水倒灌的侵扰。面对海侵的危害，人们应该如何与潮汐共生呢？意大利水城威尼斯的故事，或许能带给我们启发。
威尼斯位于地中海沿岸的一个潟湖内，潟湖指的是由沙坝、珊瑚礁等与其他海域隔开，在海岸形成的相对独立的湖泊。在涨潮时，潟湖与海水连通，落潮时，潟湖的水和海水被露出水面的沙坝和珊瑚礁隔开。因为建于水中，威尼斯自公元五世纪建成以来，就一直饱受潮汐泛滥的侵袭。每当海平面上涨，就会有道路和广场被淹没，有些居民家中的客厅和厨房一年要进水五六次。1966年的一次大潮，几乎淹没了城市里的每一条街道，城中地标、有着欧洲最美客厅之称的圣马可广场水深达一米，城中最高水位甚至达到了创纪录的194 cm。威尼斯人对潮汐是又爱又恨，他们认为潮汐是威尼斯的一部分，就像极光是芬兰的一部分一样。游客们站在齐膝的海水里啜饮卡布奇诺，觉得十分好玩，如果终止了潮汐，威尼斯就会失去一些东西。但威尼斯人也不想一觉睡醒，客厅就泡在了水里，退潮后还要清扫留在地面上的臭烘烘的淤泥。
1966年的大潮后，人们开始讨论如何解决威尼斯的海侵问题。一开始观点主要分为两派，一是无为而治，接受潮水带来的小麻烦，用水泵把水抽掉，他们觉得如果我们尊重自然，自然也会尊重我们。另一派观点则想用工程，用钢和混凝土水墙来彻底阻隔潮水，但墙体一旦破裂，后果将是灾难性的，而墙体破裂是早晚的事。最终，威尼斯人决定采取折中的方法，他们可以忍受城市低洼处偶尔潮水泛滥，但像1966年这样的大潮是无法容忍的。终于在30多年后，意大利政府从2003年起，开始在威尼斯潟湖与亚德里亚海之间建造摩西工程。这个工程包括一系列的闸门和一个预警系统。闸门一共有四扇，由78块可以活动的板子组建成，每块活动板重达300吨，通过铰链和海底的混凝土基座相连。威尼斯潟湖和地中海之间有三个狭窄的海峡，这些活动板平时就被平放于这三个海峡的海底，让海水自由流通。预警系统能对闸门附近的天气、水位与风的状况进行实时监测，还可以对附近160 km内的船舶提供的数据进行实时分析。在遇到大潮时，摩西工程会通过手机信息或全程广播向威尼斯市民发布低、中、高三级潮水警告。当低级警告发出时，海水会发生倒灌，从圣马可广场的雨水管里冒出来，圣马可教堂的入口会浸在20 cm深的水中。假如你这时正在威尼斯旅游，不用担心，因为公共工程的员工就会架起栈道供人行走，街边小贩则会摆出便宜的塑料靴子售卖。除此之外，威尼斯一切照常。这些低级警告每年会出现三四十次。专家们估计，预警系统平均每年会发出五次高级警告，只有那时候，摩西工程那四个明黄色的闸门才会被启动，空气被注入闸门内部，闸门就会升起来，把潟湖和地中海隔开，它们可以抵挡3米高的大潮。2020年7月，耗资约450亿人民币的摩西工程闸门最终通过验收。除此之外，威尼斯人还用疏浚出来的淤泥在潟湖里建造沼泽，作为迎接潮汐的天然缓冲地带。摩西工程与环保项目相结合，比单纯的混凝土墙适应性更好。
与潮汐斗争，也与潮汐相伴，威尼斯人的经验是人类与潮汐共生的一个缩影。潮汐就像大海的呼吸，将一直伴我们左右，我们对潮汐的探索也将继续下去。
"感谢喜欢，赞赏支持是对我的鼓励。"
很赞哦！ (0)
