海水總是處於無休無止的運動之中:到過海邊的人都會看到,海水總是在搖動激蕩著。從表麵看,大海的運動仿佛是混亂無序的,但實際上,它是很有規律的。海水的主要運動方式分為周期性的振動和非周期性的移動兩種。周期性振動形成了海水的波動,也就是我們所看到的海浪和潮汐;而非周期性移動則形成了海水的流動,它們是我們肉眼很難察覺到的洋流。
潮汐
人們通過觀察發現:海水漲落很有規律,一般為每天兩次,即白天一次,晚上一次。為了便於區分它們,人們把白天海水的漲落叫做潮,晚上海水的漲落叫做汐。每天潮與汐所間隔的時間總是不變的,每日兩次漲落期,需要24小時50分鍾。由於一天是24小時,所以潮汐的作息時間每天要推遲50分鍾,這更接近於月亮的作息時間。
潮汐的形成
潮汐形成的動力來自兩個方麵:一是太陽和月球對地球表麵海水的吸引力,我們稱其為引潮力;
二是地球自轉產生的離心力。由於太陽離地球太遠,所以常見潮汐的引潮力主要來自於月球。我們知道,月球不停地繞地球旋轉,當地球某處海麵距月球越近時,月球對它產生的吸引力就越大。在月球繞地球旋轉時,它們之間構成一個旋轉係統,有一個公共旋轉重心。這個重心的位置並不是一成不變的,它隨著月球的運轉和地球的自轉,在地球內部不斷改換,但卻始終偏向月球這一邊。地球表麵某處的海水距離這個重心越遠時,由於地球的轉動,此處海水所產生的離心力就會越大。由此我們可以看出:麵向月球的海水所受月球引力最大;反之則受離心力最大。在一天之內,一晝夜之間,地球上大部分的海麵一次麵向月球,一次背向月球,所以會在一天內出現兩次海水的漲落。
潮汐是永恒的能源
在海水所有運動變化形式之中,潮汐是最為常見、最重要的一種。
而它在運動時所產生的能量,是人類最早利用的海洋動力資源。在唐朝時,中國的沿海地區就出現了利用潮汐來推磨的小作坊。到11—12世紀,法、英等國也出現了潮汐磨坊。到了20世紀,人們開始懂得利用海水上漲下落的潮差能來發電。現在,世界上第一個潮汐發電廠位於法國英吉利海峽的朗斯河河口,一年供電量可達5.44億千瓦時。據估計,全世界的海洋潮汐能有20多億千瓦,每年可發電12400萬億千瓦時。因此有些專家斷言,潮汐將成為人類未來清潔能源的主力軍。
海浪
海洋漁業、海上運輸及海岸工程等都受海浪的影響,所以人們特別注意對海浪規律的研究工作,以便於更好地利用它。那麼,海浪又是怎樣形成的呢?陣風吹過海麵時,會對局部海區產生作用力,使得海麵變形,形成了海浪。如果海風持續不斷,那麼在連續風力的作用下,海麵上會出現多個浪波傳遞的情形,最後就形成了波浪。
海風
風刮過海麵時,一方麵會對海麵產生壓力,另一方麵通過摩擦把能量傳遞給了海水。海麵接收到來自風的動能,開始產生運動,形成了微波。微波出現後,原來平靜的海麵發生了起伏,這使海麵變得粗糙,力大了海麵的摩擦性,為風繼續推動海水運動提供了有利條件。於是,在風力的相助下,波浪逐漸成長壯大。所以“風大浪也大”的說法是有其道理的。但是,有時風大時浪卻不一定也大,這是因為波浪的大小同時還取決於風影響海域的大小。在生活中,通過細心觀察你可以看到:無論遇到多大的風,小水池裏也起不了驚濤駭浪;同樣,目使在廣闊的海上,短暫的大風,也不會形成大浪。所以,波浪的大小不僅與風力的大小有關,還與風速、風區海域的大小有關。
波浪的能量
波浪發生時所產生的巨大動能令人吃驚:一個巨浪就可以把13噸重的岩石拋出20米高;一個波高5米,波長100米的海浪,在1米長的波峰上竟具有3120千瓦的能量。由此可以想象整個海洋的波浪加起來會有多麼驚人的能量。人們通過計算得出:全球海洋的波浪能可產生700億千瓦的電量,可供開發利用的為20億—30億千瓦,如果把它們轉化為電能,則每年的發電量可達90萬億千瓦時。目前,大型的波浪發電裝置還在研究實驗階段,但小型的波浪發電裝置已經投人實際應用。比如,人們利用波浪發電裝置為航標燈提供電源,以替代電池。
風暴潮是一種災害性的天氣,主要是由氣象因素引起的,所以又被稱作氣象海嘯。當海上形成台風,出現局部海麵水位陡然增高,這又恰好與潮汐的大潮疊加在一起時,就會形成超高水位的大浪。如果此時再遇上特殊地形、氣壓等因素,那麼衝向海岸的海浪就可能給沿岸帶來災難。
海嘯
海嘯往往伴隨海底地震或海底火山爆發一同出現,為海水產生的一種巨大的波浪運動。海嘯會使海水水位突然上升,形成巨大的波浪,水波以極快的速度從震源傳播出去。