高中地球科學_4. 海洋_海水的運動_潮汐_曾世佑黃翊展

哈囉,各位同學大家好 今天我們要學習的內容 是關於海水運動當中的潮汐現象 你知道嗎? 聖經故事裡面的摩西分洪海 可能不是個天方夜譚 而且,在我們臺灣旁邊的離島澎湖上 就可以看得到喔 在澎湖的赤嶼有條海底步道 每天會出現兩次 這樣奇特的景觀吸引了大批的遊客前往朝聖 不過,透過縮時攝影的方式仔細一看 你會發現,其實步道一直在那兒 改變的,其實是海面周而復始的升降 我們將這樣的現象,就稱作潮汐 究竟海水為什麼會週期性的升降 又是什麼樣的力量驅動它進行這樣子的運動呢? 這些問題的答案 都來自於我們40萬公里外的好鄰居 月球 月球的萬有引力對地球作用形成引潮力 將地球上的海水 作用往面向月球的方向 以及背向月球的方向吸引、拉高 你可以想像這個時候地球上的海水的分佈並不平均 就像一顆橄欖球一樣朝向兩側拉長突起 你是否也有些困惑 為什麼引潮力會將海水往兩個方向吸引呢? 其實我們可以用萬有引力 以及圓周運動的概念來加以解釋 地球上各處受到的月球萬有引力並不相同 如同圖中的A點離月球近,加速度大 B點離月球遠,加速度小 而與其說大致上月球繞地球公轉 更好的說法是 地球與月球都繞著彼此的共同直心旋轉 而地球直心進行圓周運動 受到了指向月球方向的向心加速度 以及地球中心受到大小相同、方向相反的離心加速度 讓我們觀察地球上其他位置在月地互繞時的運動吧 地球上的任一點在月地互繞時做一樣的圓周運動 因此應有一樣的離心加速度 但實際AB兩點所受月球萬有引力的加速度卻是不同的 由圖可知 A點的加速度總和指向月球,引潮力亦指向月球 B點的加速度總和背向月球,引潮力亦背向月球 所以地球上的海水就往面對月球、背對月球兩個方向集中拉長了 如果有一個人位在綠色星星的位置 他將會發現海水面正位於一天當中最高的位置 稱之為滿潮 地球一旦開始自轉,就會經歷兩次滿潮的現象 如果我們換個位置,從北極的位置看進去 這個現象就會更加的明顯 當地球開始自轉的時候 我們就會看到它歷經乾潮、滿潮、再乾潮、再滿潮 一共兩個週期 這樣的潮汐週期很常見,我們也很熟悉 稱呼它叫做半日潮 潮汐的週期大約一天會有兩次 但是在某些地區、某些情況下 會出現所謂的全日潮現象 這種現象和月球的位置同樣是有關的 月球有的時候會來到緯度二十幾度接近三十度的位置 受到月球位置的影響 地球上海水拉長的位置也跟著一起改變 此時,位在綠色星星裡面的觀測者 隨著地球自轉一圈 半天以後,它將會歷經乾潮 再過半天,則會歷經滿潮 形成了一整天下來只有一次潮汐週期的現象 這個我們就稱呼它叫做全日潮 由此可知,潮汐的週期與引潮力 還有地球的自轉有關 但是別忘了 在地球自轉二十四小時一圈的同時 月亮也繞著地球在公轉,會旋轉一定的角度 這使得即使是標準的半日潮 它的週期也並不是剛好十二個小時 那它的週期究竟應該要多少呢? 讓我們來看一看月球怎麼動 此時,若觀測者在綠色星星滿潮的位置 當它隨著地球自轉一圈回來以後 並非完成了兩次週期 因為月球公轉了十二度 所以觀測者必須再跟地球自轉十二度 才會來到完成兩次週期的滿潮位置 地球自轉走這十二度 需要在二十四小時之後再多花上四十八分鐘 將近五十分鐘 因此我們知道,半日潮要走完兩次週期 若需要花上二十四小時又五十分鐘 那麼一次週期就是十二小時又二十五分鐘了 讓我們來舉一反三 同學們想想看 如果是在全日潮週期的地區 完成一次完整的全日潮週期應該要多少時間呢? 沒錯,就是二十四小時五十分鐘 相信關於潮汐運動的成因和基本原理 你已經相當熟悉了 它就是關於引潮力、地球自轉 還有月球繞地球公轉之間 三者彼此互相影響的現象 不過,你是否懷疑 能夠把地球和月亮都抓住繞著它公轉的太陽 難道完全沒有引潮力嗎? 答案是有的 但是因為地球和太陽的距離實在太遠 所以太陽對地球造成的引潮力 只有大概是月球對地球造成引潮力的零點四倍 它無法主導地球上面的潮汐現象 但是仍然足夠造成重要的影響 那就是潮差的影響 當月球和太陽在同一個方向上面 彼此的引潮力互相疊加的時候 這一天,在地球上的觀測者會發現 潮汐現象特別明顯 滿潮特別的滿,乾潮特別的乾 與前後幾天相較,潮差明顯很大 這種現象,我們就稱呼它叫做大潮 想想看,月球除了這個位置之外 還有在哪些位置也能形成同樣大潮的現象呢? 沒錯,就是到這裡來的時候 說穿了,就是當地球、月亮和太陽排成一直線的時候 能夠形成大潮 而這樣的現象,就會發生在月象是朔以及望的時候 那在什麼時候又可以讓潮差變成最小呢? 那我們來看一看 沒錯,當月球與太陽相對的位置呈現垂直的時候 縱然主要的潮汐現象依然由月球的引潮力所決定 但是太陽的引潮力在垂直的方向上作用 減少了它的潮差 於是與前後幾日相比 滿潮不再那麼滿,乾潮不再那麼乾 潮差相對變小 這就是所謂的小潮現象 想一想,月球在什麼樣的位置上的時候也可以有同樣的效果呢? 沒錯,就在這個位置 你發現了嗎? 小潮發生的時刻,就是在月象所謂的上弦月以及下弦月的時刻 好了,相信對於潮汐運動的原理還有規則 你已經有相當基本的認識了 算算時間,哇,也差不多該乾潮了 你是不是跟我一樣想去看海啦? 我們下次再見