Thủy triều (Tide)

Nguyên nhân gây ra Thủy Triều

Lực hấp dẫn là yếu tố chính chi phối hiện tượng thủy triều.

• Lực hấp dẫn của Mặt Trăng: Đây là nguyên nhân chính gây ra thủy triều. Mặt Trăng hút nước biển về phía nó, tạo ra một chỗ phồng lên trên bề mặt Trái Đất. Lực ly tâm do sự quay của hệ Trái Đất – Mặt Trăng cũng tạo ra một chỗ phồng lên ở phía đối diện. Hai chỗ phồng này tạo thành thủy triều cao. Vùng giữa hai chỗ phồng này trải qua thủy triều thấp.
• Lực hấp dẫn của Mặt Trời: Mặt Trời cũng tác động lực hấp dẫn lên Trái Đất, nhưng ảnh hưởng của nó lên thủy triều nhỏ hơn so với Mặt Trăng do khoảng cách xa hơn. Khi Mặt Trời, Mặt Trăng và Trái Đất thẳng hàng (trăng non và trăng tròn), lực hấp dẫn của chúng cộng hưởng với nhau, tạo ra triều cường (spring tide) với biên độ lớn. Khi Mặt Trời, Trái Đất và Mặt Trăng tạo thành góc vuông (trăng khuyết), lực hấp dẫn của Mặt Trời và Mặt Trăng triệt tiêu lẫn nhau một phần, tạo ra triều kém (neap tide) với biên độ nhỏ.
• Các yếu tố khác: Hình dạng bờ biển, độ sâu của đại dương, dòng hải lưu và gió cũng ảnh hưởng đến biên độ và thời gian của thủy triều tại một vị trí cụ thể. Những yếu tố này có thể làm biến đổi đáng kể biên độ thủy triều tại các vùng địa lý khác nhau.

Các loại Thủy Triều

Có ba loại thủy triều chính:

• Triều nhật triều (diurnal tide): Một chu kỳ thủy triều gồm một lần thủy triều cao và một lần thủy triều thấp trong một ngày. Loại thủy triều này thường xuất hiện ở các vùng vịnh hẹp và biển nông.
• Bán nhật triều (semidiurnal tide): Một chu kỳ thủy triều gồm hai lần thủy triều cao và hai lần thủy triều thấp trong một ngày. Hai lần thủy triều cao thường có biên độ xấp xỉ nhau, cũng như hai lần thủy triều thấp. Đây là loại thủy triều phổ biến nhất.
• Triều hỗn hợp (mixed tide): Đặc trưng bởi sự kết hợp giữa triều nhật triều và bán nhật triều, với biên độ và tần suất thay đổi không đều. Sự khác biệt về biên độ giữa hai lần thủy triều cao hoặc hai lần thủy triều thấp trong ngày là đáng kể.

Ứng dụng của Thủy Triều

Hiểu và dự đoán thủy triều có nhiều ứng dụng quan trọng trong đời sống:

• Đánh bắt hải sản: Thủy triều ảnh hưởng đến sự di chuyển của các loài sinh vật biển, giúp ngư dân xác định thời điểm đánh bắt hiệu quả.
• Giao thông đường thủy: Biết được thời gian và độ cao của thủy triều là cần thiết để tàu thuyền ra vào cảng an toàn. Việc tính toán thủy triều giúp tránh mắc cạn và tối ưu hóa lịch trình tàu chạy.
• Năng lượng thủy triều: Sự lên xuống của thủy triều có thể được khai thác để sản xuất điện năng. Đây là nguồn năng lượng tái tạo tiềm năng.

Công thức tính Lực Hấp dẫn

Lực hấp dẫn giữa hai vật thể được tính theo công thức:

$F = G \frac{m_1 m_2}{r^2}$

Trong đó:

• $F$ là lực hấp dẫn.
• $G$ là hằng số hấp dẫn.
• $m_1$ và $m_2$ là khối lượng của hai vật thể.
• $r$ là khoảng cách giữa hai vật thể.

Mặc dù công thức này mô tả lực hấp dẫn, việc tính toán chính xác chiều cao thủy triều tại một vị trí cụ thể rất phức tạp và đòi hỏi các mô hình toán học phức tạp hơn, xét đến nhiều yếu tố khác nhau. Ví dụ như hình dạng bờ biển, địa hình đáy biển, và các yếu tố khí tượng.

Phân loại chi tiết hơn về Triều Hỗn hợp

Triều hỗn hợp được chia thành hai loại phụ, dựa trên đặc điểm của chu kỳ bán nhật triều và nhật triều:

• Triều hỗn hợp nghiêng về bán nhật triều (mixed mainly semidiurnal): Trong một ngày âm lịch, xuất hiện hai lần nước lớn và hai lần nước ròng, nhưng biên độ của chúng khác nhau rõ rệt. Một trong hai lần nước lớn sẽ cao hơn đáng kể so với lần còn lại, và tương tự với nước ròng.
• Triều hỗn hợp nghiêng về nhật triều (mixed mainly diurnal): Vào một số ngày trong tháng, chỉ xuất hiện một lần nước lớn và một lần nước ròng, trong khi các ngày khác lại xuất hiện hai lần nước lớn và hai lần nước ròng. Mô hình này thay đổi theo chu kỳ trăng.

Các yếu tố ảnh hưởng đến biên độ thủy triều

Ngoài lực hấp dẫn của Mặt Trăng và Mặt Trời, một số yếu tố địa phương khác cũng tác động đáng kể đến biên độ thủy triều:

• Hình dạng đường bờ biển: Vịnh hẹp và nông có thể khuếch đại biên độ thủy triều do hiện tượng cộng hưởng, nước bị “dồn nén” lại. Trong khi các bờ biển mở và sâu thì ít bị ảnh hưởng hơn.
• Độ sâu của đại dương: Đại dương sâu cho phép nước di chuyển tự do hơn, dẫn đến biên độ thủy triều nhỏ hơn. Ngược lại, vùng nước nông sẽ hạn chế sự di chuyển của nước, khiến biên độ thủy triều lớn hơn.
• Ma sát đáy biển: Ma sát giữa nước biển và đáy đại dương làm giảm biên độ thủy triều. Vùng biển nông có ma sát lớn hơn, làm giảm biên độ thủy triều nhiều hơn.
• Dòng hải lưu: Các dòng hải lưu có thể tương tác với thủy triều, làm tăng hoặc giảm biên độ thủy triều tùy thuộc vào hướng và tốc độ của dòng chảy.
• Gió: Gió mạnh có thể đẩy nước vào bờ, làm tăng mực nước biển và tương tác với thủy triều, gây ra triều cường hoặc triều kém bất thường.

Dự đoán Thủy Triều

Việc dự đoán thủy triều rất quan trọng cho nhiều hoạt động, từ hàng hải đến đánh bắt cá và quản lý vùng ven biển. Các phương pháp dự đoán thủy triều bao gồm:

• Quan sát và ghi chép: Theo dõi và ghi chép mực nước biển theo thời gian cho phép xác định các mô hình thủy triều tại một địa điểm cụ thể.
• Mô hình toán học: Sử dụng các phương trình toán học phức tạp để mô phỏng sự tương tác giữa lực hấp dẫn, hình dạng bờ biển và các yếu tố khác để dự đoán thủy triều.

Hiệu ứng của Biến đổi Khí hậu lên Thủy Triều

Sự nóng lên toàn cầu và mực nước biển dâng đang làm thay đổi mô hình thủy triều ở một số khu vực. Việc hiểu rõ những thay đổi này là rất quan trọng để quản lý rủi ro ven biển và thích ứng với biến đổi khí hậu. Mực nước biển dâng cao sẽ làm tăng mức nền của thủy triều, khiến các vùng ven biển dễ bị ngập lụt hơn.

• Oceanography: An Invitation to Marine Science by Tom Garrison
• Introductory Oceanography by Harold V. Thurman and Alan P. Trujillo
• Essentials of Oceanography by Alan P. Trujillo and Harold V. Thurman
• • Tides and Currents Glossary* – National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) (website: noaa.gov)

  Câu hỏi và Giải đáp

  Ngoài Mặt Trăng và Mặt Trời, còn yếu tố nào khác ảnh hưởng đến thủy triều, và tác động của chúng như thế nào?

  Trả lời: Bên cạnh lực hấp dẫn của Mặt Trăng và Mặt Trời, các yếu tố khác như hình dạng đường bờ biển, độ sâu của đại dương, ma sát đáy biển, dòng hải lưu và gió cũng ảnh hưởng đến thủy triều. Ví dụ, vịnh hẹp và nông có thể khuếch đại biên độ thủy triều do cộng hưởng, trong khi các vùng nước sâu và mở thì ít bị ảnh hưởng hơn. Ma sát đáy biển làm giảm biên độ thủy triều, trong khi gió mạnh có thể đẩy nước vào bờ, làm tăng mực nước và tương tác với thủy triều. Dòng hải lưu cũng có thể làm tăng hoặc giảm biên độ thủy triều tùy thuộc vào hướng và tốc độ của chúng.

  Làm thế nào để dự đoán chính xác chiều cao và thời gian của thủy triều tại một vị trí cụ thể?

  Trả lời: Việc dự đoán thủy triều dựa trên sự kết hợp giữa quan sát, ghi chép dài hạn và mô hình toán học phức tạp. Các mô hình này tính toán lực hấp dẫn của Mặt Trăng và Mặt Trời, hình dạng đáy biển, ma sát, dòng hải lưu và các yếu tố địa phương khác để dự đoán thủy triều. Ngày nay, nhiều ứng dụng và website sử dụng dữ liệu này để cung cấp thông tin thủy triều cho người dùng.

  Năng lượng thủy triều hoạt động như thế nào và tiềm năng của nó ra sao?

  Trả lời: Năng lượng thủy triều được khai thác bằng cách sử dụng tuabin đặt dưới nước. Khi thủy triều lên xuống, dòng nước chảy qua tuabin, làm quay máy phát điện và tạo ra điện. Mặc dù là nguồn năng lượng tái tạo sạch, tiềm năng của năng lượng thủy triều vẫn chưa được khai thác triệt để do chi phí xây dựng cao và những lo ngại về tác động môi trường lên hệ sinh thái ven biển.

  Thủy triều ảnh hưởng như thế nào đến hệ sinh thái ven biển?

  Trả lời: Thủy triều đóng vai trò quan trọng trong hình thành và duy trì các hệ sinh thái ven biển. Sự lên xuống của thủy triều tạo ra môi trường sống đa dạng cho nhiều loài sinh vật, từ các loài sống bám trên đá đến các loài cá và chim di cư. Thủy triều cũng ảnh hưởng đến chu trình dinh dưỡng, sự phân bố của các loài, và quá trình sinh sản của nhiều sinh vật biển.

  Biến đổi khí hậu ảnh hưởng đến thủy triều như thế nào?

  Trả lời: Biến đổi khí hậu, đặc biệt là sự nóng lên toàn cầu và mực nước biển dâng, đang làm thay đổi mô hình thủy triều ở nhiều khu vực. Mực nước biển dâng làm tăng mực nước trung bình, dẫn đến nguy cơ ngập lụt ven biển cao hơn trong thời gian triều cường. Sự thay đổi nhiệt độ đại dương cũng có thể ảnh hưởng đến dòng hải lưu và mô hình thủy triều. Việc nghiên cứu và dự đoán những thay đổi này là rất quan trọng để quản lý rủi ro ven biển và bảo vệ cộng đồng.

  Một số điều thú vị về Thủy triều

  • Vịnh Fundy, Canada, nổi tiếng với biên độ thủy triều lớn nhất thế giới. Sự chênh lệch giữa thủy triều cao và thấp có thể lên tới 16 mét, đủ để nuốt chửng một tòa nhà 5 tầng! Hiện tượng này xảy ra do hình dạng đặc biệt của vịnh, tạo nên hiệu ứng cộng hưởng khuếch đại thủy triều.
  • Một số loài động vật biển phụ thuộc vào thủy triều để sinh tồn. Ví dụ, cua, sò và các sinh vật khác sống ở vùng triều phải thích nghi với việc bị ngập nước và khô ráo theo chu kỳ thủy triều. Thủy triều cũng ảnh hưởng đến việc sinh sản và di cư của nhiều loài cá.
  • Thủy triều có thể tạo ra sóng thủy triều (tidal bore), một hiện tượng hiếm gặp xảy ra khi một con sóng thủy triều di chuyển ngược dòng sông. Sóng thủy triều có thể cao tới vài mét và di chuyển với tốc độ đáng kinh ngạc, tạo nên một cảnh tượng ngoạn mục. Sông Tiền Đường ở Trung Quốc là nơi nổi tiếng với sóng thủy triều lớn nhất thế giới.
  • Mặt Trăng đang dần di chuyển ra xa Trái Đất, với tốc độ khoảng 3.8 cm mỗi năm. Điều này có nghĩa là trong tương lai xa, ảnh hưởng của Mặt Trăng lên thủy triều sẽ yếu đi và chu kỳ thủy triều sẽ dài hơn.
  • Thủy triều không chỉ xảy ra trên biển mà còn trên đất liền. Mặc dù biên độ rất nhỏ, chỉ vài cm, nhưng lực hấp dẫn của Mặt Trăng và Mặt Trời vẫn tác động lên vỏ Trái Đất, gây ra “thủy triều đất liền”.
  • Galileo Galilei từng cho rằng thủy triều là do chuyển động quay của Trái Đất, một giả thuyết sai lầm. Chính Isaac Newton, với lý thuyết về lực hấp dẫn vạn vật, mới giải thích chính xác nguyên nhân gây ra thủy triều.
  • Năng lượng thủy triều là một nguồn năng lượng tái tạo tiềm năng. Các nhà máy điện thủy triều hoạt động bằng cách khai thác năng lượng từ sự lên xuống của thủy triều để tạo ra điện. Tuy nhiên, việc xây dựng các nhà máy này có thể tốn kém và gây ảnh hưởng đến môi trường.