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潮汐(ちょうせき)とは、主に他の天体の潮汐力により、天体の表面などが上下する現象である。

地球の海面の潮汐である海洋潮汐・海面潮汐が広く知られているが、湖沼でも琵琶湖、霞ヶ浦サイズなら起こる。また液体でなくても、大気(大気潮汐)や固体地球(地球潮汐)にも、また他の天体でも起こる。

地球の場合、自転に従い上下動は約半日周期で変動する。海水面が最も低くなる時を干潮(かんちょう)・引き潮(ひきしお)・低潮(ていちょう)、最も高くなる時を満潮(まんちょう)・満ち潮(みちしお)・高潮(こうちょう)という。干潮と満潮とを合わせて干満(かんまん)という。

しおともいう。漢字では潮と書くが、本来は「潮」は朝のしお、「汐」は夕方のしおの意味である。

潮汐の上下動にともない、海面が下がる海域から上がる海域へ海水の水平動が生まれる。これを潮流という。

海面は潮汐力以外の要因でも上下し、気圧差や風によるものを気象潮という。代表的な気象潮は高潮(たかしお)である。気象潮と区別するため、潮汐力による潮汐を天体潮・天文潮ということがある。

◆ 原因

潮汐は、潮汐力(起潮力ともいう)によって引き起こされる。潮汐力は、重力場の強さが場所により異なることで生まれる二次的な力である。

海洋潮汐の原因となる潮汐力は、月や太陽などの天体によって地球のまわりの重力場に勾配が生じることで起こる。つまり、天体との距離の二乗に反比例して引力が弱まることと、地球上での場所が違うと天体からの引力の方向も異なることに起因する。

地球は重力場の中を自由落下している。そのため、外部の重力と逆向きの慣性の力が生まれ、地球全体としては重力場を感じない。しかし、地球の重心から離れた地点の重力場が地球の重心と異なる場合、その差分に応じた重力場があるように見える。

つまり、月の真下の海面では、月に近いため、地球の重心より強い重力場が働いており、より強く月にひきつけられている。逆に、月の反対側の海面では、地球の重心より弱い重力場しか働いていない。そのため、残りの地球のほうがより強く月にひきつけられ、海は取り残される。これらの位置では、上向きの潮汐力となる。

また一方で、その中間、つまり月から90°離れた位置の海面は、月から見て斜め方向であるため、重力場はわずかに地球中心向きの成分を持つ。このため、下向きの潮汐力が生まれる。なおこの潮汐力の大きさは、月の直下および反対側で受ける潮汐力のちょうど半分である。

引力は天体からの距離の2乗に反比例するので、その差分で決まる潮汐力は距離の3乗に反比例する。また、これらの力は天体の質量に比例する。地球から太陽までの距離は月までの距離の約390倍あり、太陽の質量は月の質量の約2700万倍ある。これから計算すると、太陽の引力は月の引力の約180倍であるが、太陽の潮汐力は月の潮汐力の約0.45倍にしかならず、月の潮汐力の影響が大きい。月の潮汐力を太陰潮、太陽の潮汐力を太陽潮という。

◇ 遠心力の効果

潮汐の原因を説明するのに、地球の公転運動が場所によって異なるという説明がされることがあるが、正しくない。

月と地球とは、両者の重心を結ぶ直線上の一点 O(共通重心)を中心として互いに回転運動(公転)をしている。この共通重心は、地球の重心(ほぼ中心)から約4,600kmの位置、すなわち地球の内部にある(地球の半径は約6,400km)。

自転を考えない場合、共通重心まわりの運動を地球の極の方から見た右図で考えると、公転運動の際に図中の地球の下側の部分は常に下側の位置を変えず、他の部分も向きは変わらない。この運動による回転速度は地球上のどの点でも等しくなっている。よって、この運動によって生じる遠心力も、地球上のどこでも同じ大きさとなっている(遠心力の向きは、そのときに月がある方向と反対の向き)。したがって、遠心力では潮汐は起こらない。

以上は自転を考慮しない座標系での見方だが、公転に連動して自転する座標系で考えると、月の直下では遠心力が弱く(むしろ逆向きに)、反対側では遠心力が強くなり、地球から外向きの力が生まれているように見える。しかしこの力は常に(月の直下と反対側以外の向きでも)外向きである。つまり、自転による遠心力そのものにすぎない。自転による遠心力も、見かけの重力場の差分に起因する広い意味での潮汐力だとも言えるが、時刻によらず常に外向きであるため、干満を起こすことはない。

直感的には、月のある側の海水面が上昇することは理解できても地球の裏側の海面が盛り上がることは理解しづらい。地球の裏側では、月の引力が公転による(全地球で一定の)遠心力に負けるためという説明がなされる。だが遠心力が無くても潮汐は起こる。この時おそらく地球と月は衝突する。月に向かって加速する際の慣性の力が遠心力と同様の働きをして、地球の裏側の海水面を盛り上げる。

◆ 実際の潮汐

上記のように潮汐の原因は天体運動によるものであるが、実際の満潮・干潮は、海水の慣性や、海流、湾岸の形状など種々の要因によって、天文学的に導かれる時刻とずれが生じる。

垂直・水平それぞれの方向に、干満の差が大きい海岸、小さい海岸がある。

水平方向の差の大きさは海岸の傾斜により、当然ながら同じ水位差であれば傾斜が緩い方が、つまり遠浅な方がその差は大きい。砂浜や、特に干潟のような傾斜のなだらかな場所では、水平方向にして数百〜数千メートルにも及び海岸線が変化することがあり、そこに豊かな生態系がはぐくまれている。ただし、そのような場所で潮干狩りなどすると、潮が満ちてきたときにひどく長い距離を急いで逃げねばならない場合がある。

垂直方向の差は、つまり潮位差であるが、一般に内湾的な海域では潮位差が小さい。これは水位変化のためには海水が大きく移動しなければならないが、内湾的傾向が強ければ海水がほとんど閉じこめられてしまっていて、水位変化の起きようがないためである。たとえば日本海や地中海は潮位差が小さいことが知られている。この場合、内湾の奥のほうが深い場合と浅い場合ではその潮位差の変化量が著しく異なる。浅い場合は、外海の干満に引きずられる形で内湾の水が出入りすることになり、外海よりも潮位差が大きくなることもある。有明海や瀬戸内海、アゾフ海などはその典型である。

◇ 河口域の場合

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