Khí quyển và hải dương - Thủy Triều ppt

Khí quyển và hải dương
Thủy Triều
Sự dâng lên và rút xuống theo chu kỳ của nước biển dưới dạng nhịp được gọi là
thủy triều là một trong số những hiện tượng tự nhiên ấn tượng nhất. Con người
hiểu rõ thủy triều và ngạc nhiên trước nó từ lâu trước khi có bất cứ ai hiểu được
nguyên nhân gây ra chúng.
Người Trung Hoa cổ cho chúng là hơi thở của một con quái vật Trái đất khổng lồ.
Theo tiểu thuyết saga của người Scandinavi thì Thor - vị thần của các Thế Lực
Trên Trời - đã tạo ra thủy triều khi ông lần lượt thổi các khối nước của biển dâng
lên, rồi sau đó để chúng rơi ngược trở lại.
Mặc dù bí ẩn của thủy triều chưa hoàn toàn được giải thích, nhưng các nhà khoa
học hiện nay có một ý niệm rõ ràng về việc chúng dâng lên như thế nào. Thêm vào
đó, con người biết cách dự liệu các cơn thủy triều của đại dương khá chính xác và
dự đoán thời gian dâng lên và rút xuống của chúng. Nhưng những cơn thủy triều
thay đổi, như chúng vẫn thường thay đổi trong nhiều năm qua, đại diện cho một
thế lực hùng mạnh của thiên nhiên - một thế lực mà các thủy thủ và cư dân ven
biển phải luôn luôn tính đến.
Lực kéo của Mặt trăng
Thủy triều của đại dương là do sức hút trọng trường giữa Trái đất và hai thể ở trên
trời - Mặt Trăng và Mặt trời - gây ra. Lớp vỏ cứng của Trái đất cũng bị đẩy và kéo
bởi lực này, nhưng sự vận động quá nhỏ đến nỗi phải dùng đến các dụng cụ đặc
biệt để phát hiện ra nó. Các hành tinh khác trong hệ mặt trời của chúng ta, cũng
như các vì sao và các vật thể khác trên trời, cũng hút Trái đất và bị Trái đất hút lại.
Nhưng những vật thể này vừa quá nhỏ cũng vừa quá xa để gây ảnh hưởng đáng kể
đến biển.
Khí quyển và hải dương
Hiệu ứng thủy triều dâng của Mặt trời mạnh bằng một nửa hiệu ứng của Mặt
Trăng, mặc dù khối lượng của Mặt trời lớn hơn khoảng 8 triệu lần. Theo luật vạn
vật hấp dẫn của Newton, thì lực hút mà các thể khác nhau tác động đến một thể
khác tỷ lệ thuận với khối lượng của chúng, nhưng lại tỷ lệ nghịch với bình phương
khoảng cách giữa chúng. Mặt trời gần như cách Trái đất khoảng 150 triệu km. Mặt

Trăng thì cách Trái đất khoảng 385km. Khoảng cách nhỏ hơn giữa Mặt Trăng và
Trái đất bù lại khối lượng lớn hơn của Mặt trời.
Do đó, nước đại dương phản ứng lại với lực hút trọng trường của Mặt Trăng nhiều
nhất. Khi Mặt Trăng chiếu trực tiếp lên một điểm trên Trái đất, lực kéo của nó
khiến cho nước ở đó dâng lên, tạo ra thủy triều cao, hay triều cao nhất. Khi nước
bị hút về điểm này, thì nó lại rớt xuống ở những vùng khác, gây ra thủy triều thấp,
hay triều ròng.
Cùng lúc đó, có một sự dâng lên của nước trên mặt đối diện của Trái đất. Theo
như một học thuyết được công nhận rộng rãi thì việc này xảy ra là do tác động của
sức hút Mặt Trăng trên vỏ rắn của Trái đất trong vùng này lớn hơn trên nước
(nước có khối lượng nhỏ hơn và xa Mặt Trăng hơn). Thạch quyển bị hút về phía
Mặt Trăng, để lại nước vào lúc này là cách xa tâm Trái đất hơn.
Dưới tác động quay tròn của Trái đất, một thời gian khoảng 24 tiếng 50 phút trôi
qua giữa những lần dâng lên của Mặt Trăng - một khoảng thời gian gọi là ngày âm
lịch (ngày mặt trăng). Nó dài hơn ngày dương lịch (ngày mặt trời) (khoảng 24
tiếng) là vì khi Trái đất xoay một lần trên trục của nó thì Mặt Trăng quay chầm
chậm quanh nó theo cùng hướng. Sự quay tròn của Trái đất, khiến cho Mặt Trăng
xuất hiện trên khắp những vùng khác nhau của hành tinh này vào ngày mặt trăng,
gây ra sự nối tiếp của các đợt thủy triều.
Sự nối tiếp của các đợt thủy triều cao và thấp không giống nhau tại những vùng
khác nhau. Các kiểu thủy triều khá phức tạp, do chúng cũng bị tác động bởi nhiều
Khí quyển và hải dương
nhân tố, bao gồm cả địa lý của các địa khối ven biển và những điều kiện thời tiết
thịnh hành.


Triều cường và Triều kém
Sự dâng lên và rút xuống theo chu kỳ của nước biển dưới dạng nhịp được gọi là
thủy triều là một trong số những hiện tượng tự nhiên ấn tượng nhất. Con người
hiểu rõ thủy triều và ngạc nhiên trước nó từ lâu trước khi có bất cứ ai hiểu được

nguyên nhân gây ra chúng.
Người Trung Hoa cổ cho chúng là hơi thở của một con quái vật Trái đất khổng lồ.
Theo tiểu thuyết saga của người Scandinavi thì Thor - vị thần của các Thế Lực
Trên Trời - đã tạo ra thủy triều khi ông lần lượt thổi các khối nước của biển dâng
lên, rồi sau đó để chúng rơi ngược trở lại.
Mặc dù bí ẩn của thủy triều chưa hoàn toàn được giải thích, nhưng các nhà khoa
học hiện nay có một ý niệm rõ ràng về việc chúng dâng lên như thế nào. Thêm vào
đó, con người biết cách dự liệu các cơn thủy triều của đại dương khá chính xác và
dự đoán thời gian dâng lên và rút xuống của chúng. Nhưng những cơn thủy triều
thay đổi, như chúng vẫn thường thay đổi trong nhiều năm qua, đại diện cho một
thế lực hùng mạnh của thiên nhiên - một thế lực mà các thủy thủ và cư dân ven
biển phải luôn luôn tính đến.
Lực kéo của Mặt trăng
Thủy triều của đại dương là do sức hút trọng trường giữa Trái đất và hai thể ở trên
trời - Mặt Trăng và Mặt trời - gây ra. Lớp vỏ cứng của Trái đất cũng bị đẩy và kéo
bởi lực này, nhưng sự vận động quá nhỏ đến nỗi phải dùng đến các dụng cụ đặc
Khí quyển và hải dương
biệt để phát hiện ra nó. Các hành tinh khác trong hệ mặt trời của chúng ta, cũng
như các vì sao và các vật thể khác trên trời, cũng hút Trái đất và bị Trái đất hút lại.
Nhưng những vật thể này vừa quá nhỏ cũng vừa quá xa để gây ảnh hưởng đáng kể
đến biển.
Hiệu ứng thủy triều dâng của Mặt trời mạnh bằng một nửa hiệu ứng của Mặt
Trăng, mặc dù khối lượng của Mặt trời lớn hơn khoảng 8 triệu lần. Theo luật vạn
vật hấp dẫn của Newton, thì lực hút mà các thể khác nhau tác động đến một thể
khác tỷ lệ thuận với khối lượng của chúng, nhưng lại tỷ lệ nghịch với bình phương
khoảng cách giữa chúng. Mặt trời gần như cách Trái đất khoảng 150 triệu km. Mặt
Trăng thì cách Trái đất khoảng 385km. Khoảng cách nhỏ hơn giữa Mặt Trăng và
Trái đất bù lại khối lượng lớn hơn của Mặt trời.
Do đó, nước đại dương phản ứng lại với lực hút trọng trường của Mặt Trăng nhiều
nhất. Khi Mặt Trăng chiếu trực tiếp lên một điểm trên Trái đất, lực kéo của nó

khiến cho nước ở đó dâng lên, tạo ra thủy triều cao, hay triều cao nhất. Khi nước
bị hút về điểm này, thì nó lại rớt xuống ở những vùng khác, gây ra thủy triều thấp,
hay triều ròng.
Cùng lúc đó, có một sự dâng lên của nước trên mặt đối diện của Trái đất. Theo
như một học thuyết được công nhận rộng rãi thì việc này xảy ra là do tác động của
sức hút Mặt Trăng trên vỏ rắn của Trái đất trong vùng này lớn hơn trên nước
(nước có khối lượng nhỏ hơn và xa Mặt Trăng hơn). Thạch quyển bị hút về phía
Mặt Trăng, để lại nước vào lúc này là cách xa tâm Trái đất hơn.
Dưới tác động quay tròn của Trái đất, một thời gian khoảng 24 tiếng 50 phút trôi
qua giữa những lần dâng lên của Mặt Trăng - một khoảng thời gian gọi là ngày âm
lịch (ngày mặt trăng). Nó dài hơn ngày dương lịch (ngày mặt trời) (khoảng 24
tiếng) là vì khi Trái đất xoay một lần trên trục của nó thì Mặt Trăng quay chầm
chậm quanh nó theo cùng hướng. Sự quay tròn của Trái đất, khiến cho Mặt Trăng
Khí quyển và hải dương
xuất hiện trên khắp những vùng khác nhau của hành tinh này vào ngày mặt trăng,
gây ra sự nối tiếp của các đợt thủy triều.
Sự nối tiếp của các đợt thủy triều cao và thấp không giống nhau tại những vùng
khác nhau. Các kiểu thủy triều khá phức tạp, do chúng cũng bị tác động bởi nhiều
nhân tố, bao gồm cả địa lý của các địa khối ven biển và những điều kiện thời tiết
thịnh hành.
Khí quyển và hải dương
Ba loại Thủy Triều
Căn cứ vào những nhân tốc ảnh hưởng đến thủy triều, không có gì ngạc nhiên khi
có vài loại thủy triều. Các nhà khoa học xác định được ba loại thủy triều chính.
Khi hai thủy triều cao gần bằng nhau xuất hiện vào mỗi ngày âm lịch, thì chúng
được gọi là thủy triều bán nhật, hay nửa ngày.
Thủy triều bán nhật xuất hiện phổ biến tại Đại Tây Dương. (Các thủy triều thấp
cũng xuất hiện gần đó). Tại Thái Bình Dương và Ấn Độ Dương, triều hỗn hợp
xuất hiện thường xuyên hơn. Tại những vùng này, hai loại thủy triều cao ngày âm
lịch này có thể bằng nhau trong khi các triều thấp rất khác nhau, hoặc ngược lại.

Tại vịnh Mexico, biển Trung Quốc, và những vùng nước khác, thì triều nhật, hay
triều ngày đêm, xuất hiện thường xuyên hơn. Ở đó, chỉ có một nhóm đáng kể các
triều cao và thấp xuất hiện vào mỗi ngày. Nhóm thứ hai hầu như là biến mất.
Do nhiều nhân tố tác động đến thủy triều, mà số lần được quan sát của triều cao
không xảy ra khi Mặt Trăng mọc lên điểm cao nhất trên bầu trời, nhưng thay vào
đó nó cho thấy một sự trễ đáng kể. Khoảng thời gian trôi qua giữa lúc Mặt Trăng
cao nhất và lúc triều cao kế tiếp xuất hiện được gọi là khoảng cách giữa hai triều
cao (khoảng trăng nước lớn).
Nói chung, thủy triều lên xuống theo ngày âm lịch. Tại những nơi có triều bán
nhật, thì khoảng cách triều là khoảng 6 tiếng, 12 phút giữa một triều cao và một
triều thấp kế tiếp đó, và giữa một triều thấp và triều cao sau đó. Tuy nhiên, tại một
số nơi thủy triều dường như phụ thuộc vào ngày dương lịch hơn là vào ngày âm
lịch. Ví dụ như ở Tahiti, triều cao xáy ra vào khoảng giữa trưa và giữa đêm, triều
thấp vào khoảng 6g sáng và 6g chiều.
Các nhà khoa học tin rằng những kiểu thủy triều bất thường này xảy ra là do Tahiti
nằm tại giao điểm của một lưu vực có các khối nước bị Mặt trăng làm cho dao
Khí quyển và hải dương
động. Do không có liên quan gì đến lực tạo thủy triều của Mặt Trăng tại vùng nút
này, nên các khối nước chảy theo kiểu thủy triều do lực kéo Mặt trời gây ra.
Triều vào tại các vùng cửa sông và các vịnh hẹp có thể bị biến đổi thành một bức
tường nước cao ngất ngưởng và vận động nhanh về phía trước, gọi là triều lớn của
sông. Có lẽ nổi tiếng nhất là triều lớn của con sông Qiantang tại Trung Quốc.
Trong suốt đợt triều cường, những con sóng tiến có thể đạt đến độ cao 8m, và di
chuyển với tốc độ hơn 20km/g. Các chủ thuyền cẩn thận đoán trước sự xuất hiện
của bức tường nước cao ngất ngưởng này và chuyển tàu của họ ra khỏi đường đi
của nó. Những cơn triều lớn nổi tiếng khác là những cơn triều của con sông
Amazon tại Brazil, và vùng cửa sông Vevern tại Anh.
Thủy triều đại dương hoạt động như một cái phanh hãm lại sự xoay vòng của Trái
đất. Lực ma sát của chúng lên đáy đại dương, đặc biệt là tại những vùng nước cạn
như biển Bering, lấy mất năng lượng quay của Trái đất. Sự mất mát này rất nhỏ -

khoảng 0,00000000001% trên tổng năng lượng xoay của Trái đất. Tuy nhỏ, nhưng
nó làm Trái đất quay chậm đi đủ để kéo dài ngày ra khoảng 0,001 giây mỗi thế kỷ.
Cái tên sóng triều đôi khi sử dụng cho những cơn sóng có sức tàn phá - những con
sóng hoàn toàn không phải do thủy triều tạo ra, mà là do động đất, sự phun trào
của núi lửa, hay những cơn bão lớn tại biển gây ra. Những con sóng này được gọi
là sóng thần.
Khí quyển và hải dương
Các dòng thủy triều
Căn cứ vào những nhân tốc ảnh hưởng đến thủy triều, không có gì ngạc nhiên khi
có vài loại thủy triều. Các nhà khoa học xác định được ba loại thủy triều chính.
Khi hai thủy triều cao gần bằng nhau xuất hiện vào mỗi ngày âm lịch, thì chúng
được gọi là thủy triều bán nhật, hay nửa ngày.
Thủy triều bán nhật xuất hiện phổ biến tại Đại Tây Dương. (Các thủy triều thấp
cũng xuất hiện gần đó). Tại Thái Bình Dương và Ấn Độ Dương, triều hỗn hợp
xuất hiện thường xuyên hơn. Tại những vùng này, hai loại thủy triều cao ngày âm
lịch này có thể bằng nhau trong khi các triều thấp rất khác nhau, hoặc ngược lại.
Tại vịnh Mexico, biển Trung Quốc, và những vùng nước khác, thì triều nhật, hay
triều ngày đêm, xuất hiện thường xuyên hơn. Ở đó, chỉ có một nhóm đáng kể các
triều cao và thấp xuất hiện vào mỗi ngày. Nhóm thứ hai hầu như là biến mất.
Do nhiều nhân tố tác động đến thủy triều, mà số lần được quan sát của triều cao
không xảy ra khi Mặt Trăng mọc lên điểm cao nhất trên bầu trời, nhưng thay vào
đó nó cho thấy một sự trễ đáng kể. Khoảng thời gian trôi qua giữa lúc Mặt Trăng
cao nhất và lúc triều cao kế tiếp xuất hiện được gọi là khoảng cách giữa hai triều
cao (khoảng trăng nước lớn).
Nói chung, thủy triều lên xuống theo ngày âm lịch. Tại những nơi có triều bán
nhật, thì khoảng cách triều là khoảng 6 tiếng, 12 phút giữa một triều cao và một
triều thấp kế tiếp đó, và giữa một triều thấp và triều cao sau đó. Tuy nhiên, tại một
số nơi thủy triều dường như phụ thuộc vào ngày dương lịch hơn là vào ngày âm
lịch. Ví dụ như ở Tahiti, triều cao xáy ra vào khoảng giữa trưa và giữa đêm, triều
thấp vào khoảng 6g sáng và 6g chiều.

Các nhà khoa học tin rằng những kiểu thủy triều bất thường này xảy ra là do Tahiti
nằm tại giao điểm của một lưu vực có các khối nước bị Mặt trăng làm cho dao
Khí quyển và hải dương
động. Do không có liên quan gì đến lực tạo thủy triều của Mặt Trăng tại vùng nút
này, nên các khối nước chảy theo kiểu thủy triều do lực kéo Mặt trời gây ra.
Triều vào tại các vùng cửa sông và các vịnh hẹp có thể bị biến đổi thành một bức
tường nước cao ngất ngưởng và vận động nhanh về phía trước, gọi là triều lớn của
sông. Có lẽ nổi tiếng nhất là triều lớn của con sông Qiantang tại Trung Quốc.
Trong suốt đợt triều cường, những con sóng tiến có thể đạt đến độ cao 8m, và di
chuyển với tốc độ hơn 20km/g. Các chủ thuyền cẩn thận đoán trước sự xuất hiện
của bức tường nước cao ngất ngưởng này và chuyển tàu của họ ra khỏi đường đi
của nó. Những cơn triều lớn nổi tiếng khác là những cơn triều của con sông
Amazon tại Brazil, và vùng cửa sông Vevern tại Anh.
Thủy triều đại dương hoạt động như một cái phanh hãm lại sự xoay vòng của Trái
đất. Lực ma sát của chúng lên đáy đại dương, đặc biệt là tại những vùng nước cạn
như biển Bering, lấy mất năng lượng quay của Trái đất. Sự mất mát này rất nhỏ -
khoảng 0,00000000001% trên tổng năng lượng xoay của Trái đất. Tuy nhỏ, nhưng
nó làm Trái đất quay chậm đi đủ để kéo dài ngày ra khoảng 0,001 giây mỗi thế kỷ.
Cái tên sóng triều đôi khi sử dụng cho những cơn sóng có sức tàn phá - những con
sóng hoàn toàn không phải do thủy triều tạo ra, mà là do động đất, sự phun trào
của núi lửa, hay những cơn bão lớn tại biển gây ra. Những con sóng này được gọi
là sóng thần.
Khí quyển và hải dương
Đo đạc và dự đoán
Một thiết bị đơn giản để đo đạc sự dâng lên và rút xuống của thủy triều là cọc đo
thủy triều. Đó là một tấm ván, được ghép lại thành nhóm và được đóng thẳng
đứng thành cọc, cảng, hay thành vách. Phần đỉnh của cọc đo thủy triều trải dài bên
trên triều cao nhất, và đáy bên dưới triều thấp nhất.
Thiết bị này có thể đo thủy triều khá chính xác tại những vùng bảo vệ (nơi có sóng
nhỏ), nhưng lại không hiệu quả trên những bờ biển có sóng vỗ. Tại những nơi như

vậy, người ta sử dụng máy ghi băng.
Bằng cách sử dụng máy ghi băng, người ta treo một cái phao trong một cái giếng -
một ống rộng đặt thẳng đứng trong nước với những khe hở bên dưới mức thấp
nhất có thể lúc triều thấp. Một cuộn băng có đánh dấu thích hợp được gắn vào cái
phao. Cuộn băng này đi qua một cái ròng rọc có đối trọng gắn ở đầu bên kia của
nó. Bằng cách đọc nhãn dán trên cuộn băng, các nhà quan sát có thể đo được thủy
triều.
Nguyên lý tương tự ứng dụng trong một máy đo thủy triều tự động đạt chuẩn được
Cục Khảo Sát Đại Dương Quốc Gia Hoa Kỳ sử dụng để ghi lại sự dâng lên và rút
xuống của thủy triều. Trong trường hợp này, cáo phao đặt trong giếng được cột
với một sợi dây kéo qua một cái ròng rọc và làm cho nó quay khi mực nước dâng
lên hay hạ xuống. Ròng rọc được gắn vào một tay đòn bằng những sợi dây như
những sợi dây của chân vịt.
Khi ròng rọc quay, bộ phận quay trục cùng cây bút chì di chuyển dọc theo những
sợi dây của chân vịt. Cây bút chì trên bộ phận quay trục vẽ nên một đường thẳng
liên tục trên tờ giấy được bọc lại quanh một cái ròng rọc, ròng rọc này được một
bộ máy điều khiển quay. Khi kiểm tra đường ghi trên tờ giấy, ta có được một bản
Khí quyển và hải dương
ghi hoàn chỉnh của thủy triều. Thủy triều cao và thủy triều thấp đều được ghi lại,
như các mực nước hàng giờ.
Để dự đoán thủy triều chính xác, hầu hết các thủy thủ đều sử dụng Bảng Thủy
Triều, một cuốn sách tay không thể thiếu được Cục Khảo Sát Đại Dương Quốc
Gia Hoa Kỳ xuất bản mỗi năm. Có một cuốn dành cho Thái Bình Dưong và Ấn
Độ Dương, cuốn khác dành cho Đại Tây Dương.
Bảng Thủy Triều gồm có một danh sách liệt kê rất nhiều thời gian thủy triều cao
hay thấp mỗi ngày trong năm, bảng này được phát có giới hạn cho một số trạm
khảo sát dọc bờ biển. Một bảng hỗ trợ cho phép tính toán thời gian và độ cao của
thủy triều cao và thấp dành cho các trạm trung gian. Một bảng khác cung cấp
thông tin cần có để tính toán độ cao của thủy triều vào bất cứ lúc nào trong khoảng
thời gian xảy ra thủy triều cao và thấp.

Một người cũng có thể sử dụng các thiết bị kỹ thuật này để dự đoán thủy triều tại
bất cứ nơi nào và bất cứ khi nào đã định sẵn. Thiết bị mà Cục Khảo Sát Đại
Dương Quốc Gia Hoa Kỳ sử dụng là một thiết bị phức tạp tự động liệt kê hơn 20
nhân tố ảnh hưởng đến thủy triều. Nó có thể dự đoán thời gian và độ cao của thủy
triều tại bất cứ địa điểm nào được biết trên thế giới, trừ các điều kiện địa phương
như độ sâu của nước và địa dạng của bờ biển.
Có thể dự đoán độ cao tương đối của thủy triều tại bất cứ nơi nào và bất cứ lúc nào
mà không cần có các bảng hay những thiết bị phức tạp. Ví dụ, giả định rằng tờ báo
địa phương nói rằng thủy triều thấp xuất hiện tại một vị trí xác định vào lúc 9h
sáng, thủy triều cao tiếp theo sẽ xuất hiện vào lúc 3h15 chiều và độ cao của triều
cao là 2,7m trên mực nước biển. Bạn sẽ muốn biết mực nước vào lúc 11h sáng là
bao nhiêu tại một con kênh mà mực nước của triều thấp trung bình là 2,9m.
Có thể trả lời cho câu hỏi này bằng cách sử dụng một quy luật ngón tạy đơn giản -
quy luật 1-2-3-3-2-1. Quy luật này nói rằng, sau triều thấp, nước dâng lên 1/12
Khí quyển và hải dương
trong tiếng đầu tiên, tăng lên 2/12 vào tiếng thứ 2, 3/12 vào tiếng thứ 3, 3/12 vào
tiếng thứ 4, 2/12 vào tiếng thứ 5, và 1/12 váo tiếng thứ 6.
Theo thuyết này thì nước dâng lên 0,23m trong khoảng từ 9h đến 10h sáng, và từ
10h đến 11h sáng dâng lên gấp 2 lần: 0,46m. Do đó vào lúc 11h sáng, độ cao của
nước tại con kênh sẽ là khoảng 3,4m - tương đương với độ cao của con kênh lúc
triều thấp cộng thêm độ cao của nước vào lúc từ 9h đến 11h sáng.