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第二十四章 潮汐

第二十四章 潮汐

湖泊和像裏海這樣被陸地包圍的海是沒有潮汐的。回頭看下我們的圖(圖26),你會看見如果海水在A點和B點上升,那麼它就會C點和D點下降。對於每一次的上漲,都會在某個地方有相應的下降。海洋的水量幾乎是不變的,如果在這個地方上升,那麼肯定在另外一個地方下降;如果這裏得到了那麼那裡肯定失去。不過,海水的上漲在A點,意味著那是最高潮的時候,相應的在C點下落,意味著是最低潮的時候,這兩個點之間的距離是地球的四分之一周長。所以,水體要有地球四分之一周長的長度,才會有潮汐。沒有任何內陸水體,甚至是裏海,滿足這個條件。地中海本身也沒滿足這個條件,它與大西洋之間的直布羅陀海峽太窄了,所以外海形成的浪潮也沒辦法進入。因此,除了一點點看得見的波動之外,並沒有潮汐的形成。
站在A點的觀察者,月球就在頭頂上。站在B點的觀察者,它和月球之間的距離就是地球的直徑。最後,在C點和D點,月球的位置是在地平線上,在其中一個點上升,在另外一個點落下。月球正下方的海洋會漲潮,同樣,地球另一邊的海洋也會;月球在地平線上時,海水就會退去,不管是東邊還是西邊。由於地球一天的自轉,所以地球的每個部分都會相繼出現在月球下面,或者說月球好像是在圍繞著地球自東向西轉,周期是24小時;而且兩次漲潮A點和B點,肯定有一點是離月球最近,一點是離月球最遠,這是遵循著衛星的似動現象——月球圍繞太陽自東向西轉。當然C點和D點也是一樣的。那麼你可以看到,在24小時內,出現兩次漲潮,兩次退潮,每次漲潮和退潮間隔6個小時。因此我們找到了潮汐發生的原因:是由天上的偉大的時鐘——月球,在控制著。
你們不可以把潮汐想象成流動的小溪,24小時之內發生的兩次漲潮僅僅是表面涌動,沖走在漲潮過程中漂在表面的物體。其實是大不一樣的:大海一定是在它所在的位置上升和下降,所以我們才會說,當月球在正上方時,它會湧起內部的海水,然後又下降下去。浪潮不會把船一起帶走,不像扔進去的石頭引起的波浪把稻草帶走一樣。一次漲潮和退潮的交替,是自東向西的,是發生在整片開闊的海洋的;如果地球全部被水覆蓋,那麼每個地方都一樣。
即使你還不是很清楚我剛剛所講的,但是至少你也對太陽對地球的引力有點印象吧,那個給我們光和熱的巨大天體;你們肯定也納悶:這個巨大的天體,我們行星系的中心,讓地球圍繞著它做周期運動的物體,對於潮汐的影響難道不比月球對潮汐的影響多嗎?毫無疑問,太陽的引力確實對潮汐產生影響,但是我們必須記住太陽離地球是非常遙遠的。儘管它非常巨大,但也只能使海水上漲兩米,而月球卻可以使海水上漲5米。因此,影響潮汐的最主要因素還是月球。
但是地球表面的四分之一是陸地,這些障礙就會對潮汐的自由運動產生很大的影響,從而改變它們的運動。首先,位於海洋中間的島嶼和陸地就會阻礙浪潮前進,所以潮汐到達最高點的時間就不是月球在正上方的時間。因此,人們會發現潮汐落在月球後面,不同結構的陸地和水域,落後的時間也不一樣。例如,在https://read.99csw•com直布羅陀海峽,延遲時間為零;在吉倫特派,延遲時間是3個小時53分;在洛里昂,3個小時32分;在聖馬羅,6個小時10分;在瑟堡,8個小時;在迪普耶,11個小時;在敦刻爾克,12個小時13分;而且它是隨著與英吉利海峽的距離的增加而增加的。延遲時間就叫做潮候時,對航海來說,在任何港口,知道海水的漲潮時間是非常重要的。當已經確定了海岸任何一個地方的候潮時,就可以事先計算漲潮和退潮的具體時間,這個計算依據的是月球的運行時間。
潮汐的推動甚至可以使河流逆流,讓它流回水源處。這種移動就叫涌潮。法國的多爾多涅河和塞納河就非常明顯。漲潮在進入吉倫特河后——吉倫特河的深淵似的河口是從波爾多延伸到大海——它會阻止多爾多涅河的水域,然後捲起3個或4個很高的大海浪,填滿整個河道。這些浪尖以飛快的速度激蕩著,發出震耳欲聾的聲音,並傳到離出口處8里格遠的地方。在海浪移動的過程中,甚至會把樹連根拔起,淹沒船隻,破壞堤壩,把石頭推到很遠的地方。
除了由月球引力和風引起的波動外,海洋還有其他的運動,主要是由地球表面熱量的分佈不均引起的。當流體的不同地方有不同的溫度時,流體就會傾向於把熱量均分,也就是形成一個循環,暖流會流向寒流,寒流會流向暖流,直到整個流體的溫度是一樣的。但是,如果由於某些原因溫度沒辦法均等,循環就會無限進行下去。因此,赤道的溫熱海洋就會和極地的冰冷水域不斷交換。從熱帶的洋流帶著儲藏在它們水域的溫熱,流到地球的兩極,同時也有從兩極來的洋流在熱帶升高溫度后,流回它們的起點。
現在,在所有能夠讓海洋不斷激起浪頭、保持海水乾淨的大洋流中,對我們來說最重要的一個是位於大西洋的墨西哥灣流,它的出發點是墨西哥灣,向東北方向流。它是位於海洋中部的暖流,底部和河岸是冷水域。亞馬遜河和密西西比河這兩條大河的流量還不及它的千分之一,而且儲存在其水域里的熱量能夠融化鐵山。因為太陽的暴晒,以及地球內部的熱量,所以墨西哥海灣是一個巨大的熱水壺。它的島嶼和河岸附近都是火山口,由於海灣底部存在著地下火,所以這些火山經常爆發。
這股暖流不僅給寒冷的北部帶來了溫暖,同時也帶來了燃料。從佛羅里達州和路易斯安那州的海岸沖走的樹榦,會隨墨西哥灣流向北、向東漂移,然後被衝到北角的愛爾蘭的沙灘和斯匹次卑爾根島。這些陰暗地區的居民就會趕快用這些漂移過來的木頭取暖。竹子片、雕刻木頭、松樹樹榦,在洋流的帶動下,向亞速爾群島移動,為證實哥倫布確實發現了美洲新大陸提供了很好的證據。
為了更清楚點,讓我們想象一下整個地球全部被水覆蓋,考慮到引力會隨著距離的變大而減小,讓我們想象一下,月亮的引力會對這片浩瀚的海洋產生怎樣的作用呢?在右側的圖中,L代表月球,T代表地球,陰影部分代表海洋。現在,可以清楚地看到月球引力最強時是在A點,最弱的時候是在B點,這點是距月球最遠的。因此,水流就會流向A點,海洋的整體水位就會在這個點和九九藏書它附近的地方上升。不過,流向引力最強點的水並不是每個地方都一樣的;你可以看到引力最弱時的B點,水位比其他地方都低,這是因為它讓步于衛星對它的引力。這樣讓步之後,海水就會漲起來,與第一次完全相反。但是這兩次的漲潮必須補償相應的水位的下降;不過,水位下降最厲害的是在A點和B點的中間的兩個點,也就是C點和D點,在這兩個點時,月球的引力不是最大的也不是最小的,是介於兩者之間的。因此,引力作用於A點和B點時就是漲潮,在C點和D點時就是退潮。
這就預示著:在暴風的天氣,這些魯莽的探險者會跑進這些荒野地帶;然後沙子會被風向上吹,吹到密雲里。像水柱一樣的風沙柱證實了暴風的威力,空氣中到處飄著沙子。當暴風停息時,周圍的區域就改變了:曾經是小山的地方現在變成了山谷,曾經是山谷的地方現在變成了小山。
墨西哥灣流在亞速爾群島的維度處發生分流后,在重新進入墨西哥灣之前,是沿著非洲海岸流動的,它在大西洋中所佔的面積比佔地中海的要大。這個巨大的盆地被剛剛描述的洋流包圍,海洋植物聚集,然後通過繁殖形成漂浮的田地,把阻擋船隻前進的牆壁弄得一片混亂。大西洋的第一個探險家毫不猶豫地冒險進入了這個奇怪的海洋植物區。哥倫布第一次看到這些時也被震住了,這對他來說是新奇的,儘管他的士氣低落的同伴勸他,他還是沒有抵擋住誘惑,最終闖入了這片會把他的船隻捲入漂浮的海草網裡的陰險的海。
盆里靜止的液體,如果不去動它,它就會一直保持靜止。如果沒有什麼不安的機制來打擾海水的平靜,它就會永遠保持靜止。但是這種靜止是會導致海水腐爛的,它們需要不斷地澎湃地涌動才不會腐爛,同時產生無數動物和植物所需的空氣。因此海水的涌動,是造福世界最基本的條件,而大氣層的運動也同樣很有趣。不比空氣少的海水需要猛烈的涌動,才能阻止停滯,從而保證衛生狀況。現在,海水由於大氣、地球附近天體的引力和地球內部熱量的影響而不斷激蕩著。
每一次暴風來襲,沙丘都會向內陸移一點點。從海上吹來的風把小山丘吹進窪地,窪地就變成了小山丘,如此這樣交換,直到最重要的山丘被平鋪在陸地上。同時,大海已經在海岸處堆積了新鮮的物質,提供給另一條沙丘,取代了原本已經形成的。按照這樣的方式,沙丘慢慢地侵入不均勻的陸地,然後給它蓋上一層層厚厚的草木不生的沙層。沒什麼可以用來檢測風、水和沙的持續活動。如果森林也被沙子入侵,它就會被埋沒,只剩下最高點可以看到。甚至是整個村子都會被吞噬,房屋、教堂和其他的一切都消失在沙子底下。在面對這樣的一個敵人時,應該怎樣做呢?這個敵人以不可抗拒的力量堅決前進,每一年就可以獲得20米的耕地面積,但是這不代表什麼,既不是成熟的莊稼,也不是居住者,也不是很美的森林。人類的聰明才智已經找到了控制這種掠奪的方法,而且很簡單:在種植了松樹的地方,山丘就會立起來。
這些沙丘呈現的是多麼單一的景色啊!從其中一座深度只沒過膝蓋的山丘的頂上看,讓人眼前一亮:延伸到很遠的地方的淡黃色地平線,覆蓋著不均https://read.99csw•com勻的地面,到處都是圓圓的小山丘。站在白得發光的小山丘之間,就會感到迷失,風橫掃它們的頂部,把細沙吹向天空,這跟海浪遭到暴風的打擊時產生的結果很像。我們把它視為跟單一的起伏的巨浪一樣,跟海一樣,不同之處在於:這裏的浪是沙,而且是不動的。沒有什麼能夠打破這種死一般的寂靜,除非有時候上方的海鳥經過發出嘶嘶聲,或者有規律的海浪超越了沙丘的最遠線。
對於不熟悉潮汐的人,肯定會覺得那是很神秘的東西。在固定的時間,沒有明顯的原因,不管是晴天還是暴風雨天,海浪就會停止拍打海岸,然後退回去,就好像海底有個很大的洞把海水都吸回去一樣。這種後退會在離高潮不遠的地方停止,距離取決於海灘傾斜度。這時候在涉水或游泳之前,就可以穿著鞋走在上面,鞋子也不會濕。
在海岸的其他部分,海洋為陸地帶來了新的物質,把大量的沙衝上岸,這些細沙被風堆積在一起,形成又長又矮的小山——山丘。法國加萊海峽的海岸有很多這樣的山丘,從布倫的海岸一直延伸;南斯和薩博斯德歐羅尼附近的布列塔尼也有;波爾多到比利牛斯山的蘭德斯海岸的沙丘有240千米長。單單是蘭德斯這部分的沙丘面積就有75000畝。
要不是這股洋流把熱量從南部帶過來,冬天,我們的海峽、英國、愛爾蘭和挪威將會非常冷。溫度計顯示這股從墨西哥來的熱量是非常高的,因為如果把溫度計放在墨西哥灣流里,那麼這股洋流的海底的溫度差是12~17攝氏度;在溫度是零下的緯度的地方,墨西哥灣流的溫度是26攝氏度。

圖26
在外海,會有漲潮,但是很少。南海島的海水漲潮不會高於半米。我們的圖顯示的潮汐是過於誇張的,事實上,海水的漲潮不會達到那麼高,僅僅一點的漲潮還會延伸到很遠的地方,即使是高潮,也不會很高。在陸地附近,特別是在狹窄的海峽,潮汐在延遲的時間內會大量增加,因此上升的高度也比外海大。因此,在聖馬羅,每天的情況都不同,在漲潮時,海水的高度範圍是6~7米,比平均水位高一米半,退潮的時候也會退這麼多,高潮和低潮相差12~13米。除了英吉利海峽,法國海岸的潮汐也不會超過2~3米。
最大的涌潮出現在南美洲的亞馬遜河。當地人稱它為河口高潮。在這種大河流中,潮汐會涌到200里格遠的地方。河口高潮時的海浪能夠發出傳遍方圓2里格的雷鳴般的聲音。河口處的兩股相向勢力的對抗,都正面攻擊了對方,使得相鄰的海岸發生震動。水發出的聲音能傳到很遠的地方,而且持續很久,水手和漁民就會根據聲音加快尋找安全的地方。很快,從河岸的一邊到另一邊,涌潮跟海水的手臂一樣寬,會上推起高出平均水位4~5米的海浪。兩個海浪之間的距離非常短。這是被打敗的河水在返回到水源處。這些浪的速度非常快,推翻了前進過程中碰到的一切事物。在浪頭的表面,可以看到小石子在打轉,像許多軟木塞一樣被read•99csw•com沖走。緊跟著河口高潮的是,河岸被沖刷得只剩下光禿禿的岩石。
這種由風引起的海浪純粹是偶然的,而且跟風本身的移動一樣沒有規則;除了這些,還有海浪本身周期性的規律運動。這些運動就是潮汐。在一個固定的時間里,海岸上所有的海水會從海灘退回去,露出之前被海水覆蓋的很大一片地。海水的退回就叫做退潮。過一會兒,海浪又會重新回來,蓋住沙灘。這種移動就叫做漲潮。每6個小時會完成一次退潮或漲潮。因此,在24小時內,會發生兩次退潮,兩次漲潮。
儘管如此,太陽潮汐也是不可忽略的;原因和月球潮汐差不多。有時候,是兩個天體共同作用於海水,有時候當兩個力是相反方向的,那就只有一個在起作用。如果太陽和月球在地球的同一邊,那麼就是共同作用,而在共同作用下,海水很可能會漲到最高點。當兩個天體一個在地球的一邊,一個在另一邊時,也會產生類似的結果,因為,就像我們所看到的,在地球兩個相反的點上時,也就是其中一個力不作用時,就會發生漲潮。因此,最高的潮汐,是發生在合點時,也就是三個天體在同一直線上,不管它們的相對位置是怎樣的。這時候的月球,不是滿月就是新月。但是,如果月球在地球上方,而太陽在地平線上,太陽的引力就會引起退潮,同時月球的引力會產生相反的效果,這兩個不一致的引力會形成大低潮。當太陽、月球、地球的相對位置是這種情況時,就叫做正交;在這個位置時月球是上弦月或下弦月。
上漲的潮汐在進入河流的出口時,會受到阻礙。河流會停住,阻擋海浪的進入,然後被海水的推力、河流出口的聚集的沙扔回去。發生淡水與海水爭鬥的海峽對於航海是很危險的。在阿杜爾河的出口,海面總是一片混亂。這裏的海洋不會停歇,即使是在最無風浪的天氣,甚至沒有一絲風吹動海面,海水仍會制止河流,結果形成了很寬的半圓形白色海浪。這個半圓就是海洋與河流的分界線;它就是阿杜爾出口的阻礙。
解釋了墨西哥灣流熱量的來源,我們於是知道,在它向寒冷地區流動的時候,就會把這些熱量帶過去,即使到了終點,它的熱量還是可以融化北極附近的一部分大冰塊。墨西哥灣流流向東北方向,最遠到達紐芬蘭河岸,在這個地方,有一部分水體會猛跌下去,沿著海底流向極點,同時剩下的那部分會繼續在表面向西流動。大約在亞速爾群島緯度的地方,一部分暖流會分流,然後在繞過非洲海岸后,又重新進入墨西哥灣流,剩下的向西流動的會沖刷法國、愛爾蘭、英國、挪威的海岸,最後在北角猛跌入極地冰下面,消失不見。
在遠離陸地的地方,高潮和低潮之間的高度不會相差太多,但是在陸地附近就完全相反了。當海水上升時,它很快會淹沒稍微有點坡度的海灘,而且會很快退回去,只留下乾的海灘。因此,有兩個潮汐,來的和去的,一個是朝著海岸,一個是朝著大海。
現在讓我們來解釋漲潮和退潮。你們知道不同的天體之間都有引力,特別是太陽對地球的引力,它使地球落向那個巨大的發光體,而地球反過來對月球也有引力。你們應該還沒忘記,在這個引力和物體本身重力的作用下,小的天體就會繞著大的天體轉——地球圍繞太陽轉read•99csw•com,月球圍繞地球轉。引力總是相互作用的,也就是說在大點的天體對小點的天體產生引力時,小點的天體也對大的天體有引力,只不過這個引力會小一些。如果地球吸引月球,月球也吸引地球,那麼後者的引力大一些,就會控制它的衛星,但是不可否認的是衛星也對地球產生引力。如果兩個人抓住一根繩子的兩頭,然後往相反的方向拉,試圖把對方拽過中心處,那麼比較強的那個人就會贏。但是弱一點的那個人也在努力拉:他或多或少地也會讓對方移動。月球也是如此:在相互作用力的競爭中,它會讓步于地球,然後繞著它轉;但是在讓步的同時,月球也會引起地球上海洋的騷亂,這是因為海水的流動性使它比固體的東西更容易失去平衡,從而發生移動。
大氣層的騷亂觸怒了海平面,讓海水發生了運動。如果暴風突然襲來,就會引起海浪相互撞擊,濺起浪花和泡沫;如果暴風夠強、持續夠久的話,就會掀起向海岸平行移動的巨浪,一個接一個,非常有規律,最後破滅在沙灘上。但是這些騷亂隻影響了海面,30米以下的海水還是靜止的,即使是在最強|暴風來襲的天氣。在海岸不遠處,最大的海浪也不會超過3米;但是南海的某些部分,例如合恩角和好望角周圍,在最強|暴風來襲時,浪高達到了10~12米。這些海浪就像垂直移動的小山一樣,兩個海浪之間都會有又寬又深的距離。在風的打擊下,它們的浪尖會濺起浪花和泡沫,最後在一個足以破壞最堅固的容器的可怕力量的作用下倒塌。
我的小讀者們,這對於你們來說是多麼有趣呀:在低潮的時候,穿過海灘,看看退潮之後留在海灘上的小魚和其他小生物,還有亂七八糟的海草、漂亮的貝殼以及光滑的白色小石子。但是不要在這些來自深海的寶藏之間徘徊太久,因為海水會再一次快速漲起來,它的白色海浪會湧上來,同時發出不祥的聲音。有些海岸的潮水的速度連最快的馬也追不上。當它漲上來時,就會迅速覆蓋沙子、小石子、岩石和每一樣退潮時留下的東西,直到打在阻止它進一步前進的暗礁上。
打在岩石上的海浪的衝擊力是大到無法想象的。打在暴露的崎嶇海岸上面的巨浪,甚至可以讓地球產生震動。最堅固的堤壩和防浪堤也會被摧毀,然後沖走,巨大的石頭撒得到處都是,像小石子一樣滾來滾去。就是在海水不斷的作用下,才會有懸崖或者豎直的峭壁,它們都沿著海岸分佈。這種峭壁在法國和英國共有的英吉利海峽的海岸隨處可見。這些懸崖不斷地遭受著海浪的破壞,所以經常會有碎片掉進水裡,然後滾來滾去,蛻變成小石子。海洋中越來越多的地方就被這種小石子佔據。歷史告訴我們,輕的房屋、塔、住宅區,甚至是小村,由於受到海水的破壞,不得不被遺棄,現在這些東西都已經深深地埋在了海浪下面。
墨西哥灣流起點處的寬度是14里格,大約300米深。一開始,它會以每小時兩里格的速度移動,但是這個速度會慢慢變小。這裏的水是呈靛藍色的,跟海洋其他部分的綠色比起來,顯得非常突出。這股奇怪的洋流流經它海岸範圍內溫度較低的水域,在亞速爾群島處,它沒有與綠色的海水混在一起。它的寬度向前擴大時,溫暖的水域就會傳播出去,使歐洲北部的氣候變得溫和。