为何海洋会涨潮和退潮？涨潮的水和退潮的水到哪去了？

涨潮的水是怎么来的？

你有没有好奇过海水涨潮时，这些潮水是从哪里来的？

其实，海洋中的海水既不会变多，也不会变少，之所以会有潮起潮落的变化其实是因为月亮的缘故。

牛顿在1687年出版了一本书《自然哲学的数学原理》，在这本书中牛顿提到了万有引力公式，他介绍说，任何两个物体之间都存在万有引力，但引力的大小和物体之间距离的平方成反比。

地球上的海水，除了受地球引力之外，还受月亮的引力影响。我们知道，力不仅有大小，还有方向，其中地球引力的方向指向地球内核，而月球引力方向指向的是月球的内核。

也就是说，地球上的物体，会主要受两个力的影响，其中一个是地球引力，另一个是月球的潮汐力，而地球的引力指向地球内核，也就是我们说的“下面”，而月球的潮汐力指向的是天空上月球的方向，也就是我们说的“上面”。

由于地球质量相较于月球而言更大，而且地球距离海水更近，所以海水受到的地球引力就较大。而月球质量虽小，距离海水虽然较远，但由于海水是液态流体，容易在力的作用下汇聚，因此海水会受月球引力的影响，纷纷聚拢在靠近月球的一端。

而远离月球的另一端，由于地球存在着自转，也使得它们能够形成高潮。所以在地球上，会有两个地方同时存在高潮，一个是靠近月球的一端，一个是远离月球的一端。与此同时，地球上也会形成两个低潮，分别是高潮的两侧。

所以，地球上的水并没有增多或者减少，只是海水从这个地方，聚集在了那个地方而已。

潮起潮落对地球有什么影响？

如果没有月亮的潮汐力，可能地球生物的生活会大受影响。

对人类最大的影响是一天的时长。对于现在的我们而言，每天是24小时，但科学家通过研究发现在恐龙生活的年代，每天只有23.5小时，而在地球形成之初，每天只有8小时。

之所以会如此，是因为一天等于地球自转一圈的时间，在地球刚形成之初，地球自转的速度很快。

然而地球表面物质，比如：海水受月亮潮汐力影响，发生摩擦、形变，以至于地球会消耗动能并以热量的形式散发到宇宙中。

这就类似于一颗不断转动的铁陀螺，当你在它旁边放置一个磁铁时，陀螺转动的速度会越来越慢。

地球转动的速度也会越来越慢，最终地球自转速度会与月球围绕地球公转一圈的速度一致，这个就叫做：潮汐锁定。

目前，地球已经完成了对月球的潮汐锁定，但由于月球质量较小，万有引力也较小，因此月球需要花费更长的时间才能潮汐锁定地球。

除了影响地球的自转之外，潮起潮落还会影响到海洋生物的生存。

我们知道，海水的涨落可以将海洋深处的海水带到海洋表面，而海洋表面的海水可以进入到海洋内部，这样大大促进了海洋内部能量的流动。

在地球上，大多数生物的能量来源主要是依靠植物光合作用，海洋中虽然没有植物，但海洋中有许多浮游植物可以通过光合作用生产能量。然而海水可以隔绝太阳光子，以至于足够深的海底长期没有阳光，所以能量匮乏，以至于生物非常稀少。

但是浮游植物的体积非常小，质量也非常轻，它们会随波逐流的运动。当潮起潮落时，它们会与海洋深层的海水发生交换，为海洋深处提供能量的流动。

所以海洋生命并不只有海洋表面上一层，而是即使在阳光照射不到的地方，也有生命能够生存。

而且，一些植物会在月光的“照耀下”生长，研究发现月亮的微光对于一些植物、昆虫的成长至关重要。

除此之外，潮汐变化还能够生产能量，为地球提供更为清洁的潮汐能，一些沿海地区会使用潮汐能来生产电流，相对于传统煤炭发电而言，这种方式更清洁、更安全、可持续。

总结

地球上潮起潮落虽然是自然现象，但这个现象发生的原因和月亮有关，并不是海水真的变多或者变少。

月亮的潮汐力对地球生物而言至关重要，它不仅减慢了地球的自转速度，还让海洋生物能够在更深层的海洋里生存。

我们都知道，当一个物体的运动状态发生了改变的时候，一定是受到了力的作用，而海水的涨潮和退潮其本质也是自身的运动状态发生了改变，因此在这个过程中海水必定也是受到了力的作用，那么是什么力呢？答案就是万有引力。

牛顿告诉我们，引力在整个宇宙中无处不在，凡是具有质量的物体都可以产生引力，引力的大小与质量成正比，与距离的平方成反比。在太阳系中，太阳的质量非常巨大，占据了整个太阳系质量的99.86%，其对地球的引力不可小觑，但因为月球与地球的距离非常近，所以月球引力对地球的影响远远超过了太阳。

因此我们可以简单地认为，地球海洋的潮汐现象主要是由月球引起的，月球的引力会将地球面对着月球的一面的海水稍稍地“吸”离地球表面，于是就在这里形成了涨潮，涨潮的水哪来的呢？其实地球的海洋是彼此相通的水域，在这种情况下，地球上其他海洋区域里的海水就会涌过来，与此同时，那些失去了部分海水的区域就形成了退潮，而退潮的水其实是去了涨潮的海洋区域。

在地球的自转以及月球的公转运动的过程中，月球与地球的相对位置会出现周期性的改变，所以地球上的海洋就会出现有规律的潮汐现象。

然而按照上述的说法，应该是地球每自转一圈（也就是一天）海洋就会出现一次潮汐现象，但实际情况却是，在每一天里，这样的现象会出现两次，具体而言就是，当地球面对着月球的一面的海洋在涨潮时，地球另一面的海洋也会涨潮。

这就有点让人迷惑了，既然潮汐是月球引起的，那为什么地球背对着月球的一面也会涨潮？

在我们的印象中，月球和地球之间的运动关系就是地球稳稳地居中，只是月球绕着地球运动，其实这是不正确的。事实上，月球和地球都在围绕着一个共同的质心运动，为了说明这个问题，我们不妨来看一下太阳系中的一个典型的例子。

上图为冥王星和它的卫星“卡戎”的运行状态，可以看到冥王星和“卡戎”都在围绕着它们的共同质心运动，而由于冥王星的质量太小，以至于它和卫星的共同质心落在其自身的半径之外。其实地球和月球的运动状态也与之相同，只不过地球的质量比较大，所以地球和月球的共同质心位于地球的自身半径之内。

尽管如此，地球还是会围绕着这个质心运动，在这个过程中就会产生“离心力”（注：“离心力”是为了方便讨论非惯性系的相关问题而引用的一种虚拟力，其本质是物体惯性的体现），由于“离心力”可以让物体远离旋转中心，在这种力的作用下，地球上的海水就会有向外逃逸的趋势。

在地球背对着月球的一面，与“离心力”抗衡的除了地球自身的引力之外，还有月球的引力，但由于地球的直径高达12756公里，这使得地球背对着月球的一面的海水所受到的月球引力明显减小，因此在这个位置，月球引力在与“离心力”较量中处于下风，这里的海面就会在“离心力”的作用下出现一定程度的升高，从而引起涨潮。

现在问题又来了，既然“离心力”可以让地球上的海水向外逃逸，那么在地球面对着月球的一面，月球引力和“离心力”的方向就会是一致的，这两种力叠加起来，这里的潮汐现象岂不是要变得更加剧烈了？

“离心力”的计算公式为 F = mω^2r，其中m代表物体的质量，ω代表物体身转动角速度，r代表物体与旋转中心的距离，由此可知，对于地球上的海水而言，其与地球和月球的共同质心的距离越近，所受到的“离心力”就越小，反之亦然。

地球和月球的共同质心距离地心4700公里，大概位于地球半径的3/4的位置，我们可以看到，因为地球面对着月球的一面的海水更加接近这个共同质心，所以在这里其受到的“离心力”也会相应地减小很多，因此不会出现更加剧烈的潮汐现象。

总而言之，涨潮的水并不是凭空而来，而退潮的水也不是神秘消失，这其实是地球上的海水在引力和“离心力”作用下的周期性运动，基本上就是一个“左手换右手，然后再右手换左手”的过程。

海边的人们一定对涨潮和落潮并不陌生，这种海水周期性涨落的现象我们也称之为潮汐，其实早在古代人们对这种现象的起由就非常好奇，东汉时期王允在《论衡》中写道“涛之起也，随月升衰”，明确指出潮汐与月亮的关系。