أمواج المحيط

 

أمواجُ المحيطِ Ocean Waves
تقسم الأمواج التي تتكونُ في المحيطات بحسب القوة المسببة لها إلى ثلاثة أنواع، هي:

1- الأمواج الناتجة عن حركة الرياح.

2- أمواج تسونامي الناتجة عن الزلازل البحرية.

3- المدُّ والجزرُ الناتجان عن قوة جذب القمر والشمس للأرض.

خصائص الموجة Wave Characteristic
قمّة الموجة Wave Crest: هي أعلى نقطة في الموجة.

قاع الموجة Wave Trough: هي أدنى نقطة في الموجة.

 ارتفاع الموجةِ Wave Height: هي المسافة الرأسية بين قمّة الموجة وقاعها.

سعة الموجة Amplitude: هي منتصف ارتفاع الموجة.

الطول الموجي Wavelength: هي المسافة بين أي قمّتين متتاليتين أو قاعين متتاليين.

أنظرُ الشكل الآتي والذي يوضح خصائص الموجة:
 

 

تنشأُ معظم الأمواج التي نشاهدها في المحيطات بفعل الرياح، وتعتمد خصائص الموجة التي تنشأُ بفعل الرياح على ثلاثة عوامل رئيسة هي:

- سرعة الرياح

- مدة هبوب الرياح

- المسافة التي تقطعها الرياح في المحيطات

(تؤثر العوامل الثلاثة تأثيرا طرديا في خصائص الموجة).

 

ويفسر العلماء كثيرا من المظاهر التي تتعلق بأمواج المحيط من خلال دراسة خصائص الموجة الفيزيائية، ومثال على ذلك:

يستدل العلماء من قياس سعة الموجةِ على المستوى الحقيقي لمياهِ المحيطِ عندَما يكونُ هادئًا بلا أمواجٍ.

من أين تحصل الأمواج البحرية على الطاقة؟ من الرياح، ما يؤدي إلى تحريك جزيئات الماء في الموجة حركة دائرية، وتسمح الحركة الدائرية للطاقة بالانتقال خلال المياه إلى الأمام مع اتجاه حركة الموجةِ؛ بينما لا يَحدثُ تحرك لجزيئات الماء نفسِها إلى الأمام، بلْ تعودُ جزيئاتُ الماء بحركتها الدائرية إلى موقعها الأصلي.
قاعدة الموجة: هو عمق الماءِ الذي تؤثر فيهِ الموجة، ويساوي نصف الطول الموجي.

تقل حركة جزيئات الماء مع العمق حتى تتلاشى عند قاعدة الموجة. ويوضحُ الشكل الآتي العمق الذي تصلهُ الأمواجُ البحريةُ.

ولتعرُّفِ حركة الأمواج؛ أُنفّذُ التجربة الآتية:

التجربة 1 حركة الأمواج تتحرك جزيئات الماء في المياه السطحية للمحيطات حركة دائرية أثناء حدوث الأمواج البحرية، بحيث ترجع هذه الجزيئات إلى مكانِها الأصليِّ، وتتلاشى الموجةُ عندَ عمقٍ محددٍ. المواد والأدوات: حوض واسع، ماءٌ، قطعة نقدية، قطعة فلين أو بوليسترين. إرشادات السلامة: - ارتداءُ القفّازين قبل البدء بتنفيذ التجربة. - الحذر من انسكاب الماء على الأرض. خطوات العمل: 1- أملأُ الحوض بالماءِ. 2-أضعُ القطعة النقدية في منتصف قاع الحوض. 3- أضعُ قطعةَ الفلين بهدوء على سطحِ الماءِ؛ بحيث تقع فوق القطعة النقدية مباشرة. 4- أصنع (أُحدِثُ) أمواجًا من أحد جوانب الحوض بتحريك سطح الماء بهدوء. 5- ألاحظ حركة قطعة الفلين. التحليل والاستنتاج: 1- أوضح حركة قطعة الفلين. تتحرك قطعة الفلين إلى الأعلى وإلى الأسفل، وقد تتقدم إلى الأمام قليلا. 2- أقارن بين حركة الأمواج وحركة قطعة الفلين. تتحرك الأمواج على امتداد الحوض مبتدئة من طرف الحوض؛ حيث جرى إحداث الموجة بينما ستتحرك قطعة الفلين في موقعها إلى الأعلى وإلى الأسفل. 3- أفسر حركة جزيئات الماء عن طريق حركة قطعة الفلين. تتشابه حركة جزيئات الماء وحركة قطعة الفلين إذ تتحرك بشكل دائري إلى الأعلى وإلى الأسفل ولكنها تبقى تقريبًا في موقعها.

يتبين مما سبق أنَّ قطعة الفلين ترتفع وتنخفض مع حركة الموجة، ولكنها لا تغير موقعها إلا قليلا للأمام وللخلف مع كل موجة من الأمواج المتتالية.

تكسُّرُ الأمواجِ Breaking Waves
يختلف سلوك الأمواج البحرية في المياه اعتمادًا على عمق الماء؛ فعندما تقترب الأمواج البحرية من الشاطئ فإن عمق الماء يقل؛ فيصبح عمق قاعدة الموجة أكبر من عمق الماء في تلك المنطقة؛ لذلك لا تستطيع جزيئات الماء الحركة بشكل دائري، الأمر الذي يتسبب في إحداث تغير في حركتِها الدائرية؛ فتتحرك بسبب ذلك في مسار إهليلجيٍّ، أنظرُ الشكل الآتي، والذي يبين حركة الجزيئات في المياهِ القريبةِ منَ الشاطئ والتي تتميز بحركتها في مسار إهليلجيٍّ، بينما تتحرك في المياه العميقة في مسار دائري، وكلما اقتربت الأمواج من الشاطئ تصبح أكثر ارتفاعا وأكثر انحدارًا، ثم تتكسر على الشاطئ.

عندما تقترب الأمواج من الشاطئ تبدأُ سرعتها بالتباطؤ أو التناقص، ويقل طولها الموجيُّ ويزداد ارتفاعها فتتزاحم بعضها مع بعض. ونتيجة لذلك تصبح الأمواج القادمة أعلى وأكثر ميلا، وغير مستقرةٍ، وتنهار القمم الأمامية.

تكسر الأمواج Breaking Waves: هو انهيار الأمواج وارتطامها بالقاع.

 وجدير بالذكر أنّ الأمواج المُتكسرة تلعب دورًا أساسيًّا في تشكيل الشواطئ.

أتحقَّقُ: أوضح العلاقة بين طول الموجة وقاعدة الموجة.

عمق قاعدة الموجة يساوي نصف الطول الموجي، والعلاقة طردية فكلما زاد طول الموجة زاد عمق قاعدة الموجة.

 

أفكر هلْ يحدثُ تكسير للأمواج البحرية في المياه العميقة؟ أم يحدث فقط في المياه الضحلة؟ أبحث عن ذلك ثم أعرض ما أتوصل إليه أمام زملائي في الصف. قد يحدث لبعض الأمواج في المياه العميقة تكسرا، وذلك اعتمادًا على عوامل أخرى تختلف عن ما يحدث في المياه الضحلة، وإن تكسر الأمواج في المياه الضحلة يعتمد على انخفاض عمق الماء. بينما يعتمد تكسر الأمواج في المياه العميقة على انحدار الموجة وهو يساوي حاصل قسمة ارتفاع الموجة على طول الموجة، وقد وجد أن قيمة الإنحدار القصوى التي يحدث عندها تكسر للموجة تساوي 0.14، فعندما يؤدي هبوب الرياح القوية إلى زيادة ارتفاع الأمواج أكبر من سبع طولها الموجي، لا يزداد ارتفاع الموجة أكثر، وبدلا من ذلك تتكسر الموجة وتتحول إلى زبد البحر أو تنثني قمة الموجة إلى الأمام، ثم تسقط على سطح الماء.

أمواجُ تسونامي Tsunami Waves

 أمواجُ تسونامي: هي أمواج بحرية ضخمة ينتج معظمها بفعل الزلازل التي تحدث في قاع المحيطات، وتنتقل هذه الأمواج في جميع الاتجاهات وبسرعة كبيرة جدًّا قدْ تصل إلى   $800km/h$، وقدْ تنتقل آلاف الكيلومترات.

تتولد أمواج تسونامي في البداية في المياه العميقة على شكل أمواج طويلة قد يصل طولها إلى $200 km$، بينما لا يتجاوز ارتفاعها $1 m$ ، ولكنها عندما تنتشر وتقترب من المياه القريبة من الشاطئ يقل طولُها الموجي ويزداد ارتفاعها ليصلَ إلى حوالي 30m، أنظرُ الشكل الآتي:

 

لماذا تسبب أمواج تسونامي دمارا كبيرا في المناطق الشاطئية التي تصلها؟

بسبب السرعة العالية والارتفاع الكبير لأمواج تسونامي.

من أشهر أمواج تسونامي ما حدث في اليابانِ في عام 2011، حيث سببت هذه الأمواج دمارًا كبيرًا في المناطق الشاطئية التي وصلتها وقتلت أكثر من ألف شخص.
ويوضح الشكل الآتي تسونامي اليابان والدمار الذي سببَّهُ فيها.

سؤال الشكل (8): أصف أمواج تسونامي في المياه العميقة.

يبلغ طول موجة تسونامي في المياه العميقة 200km، بينما لا يتجاوز ارتفاعها 1m، وقد تبلغ سرعتها في المياه العميقة 800km/h.

 

أتحقق: أقارن بين أمواج تسونامي والأمواج التي تحدث بشكل اعتيادي بسبب الرياح في المحيطات من حيث ارتفاع الأمواج.

تتميز أمواج تسونامي بارتفاعها القليل الذي لا يتجاوز (1m) في بداية تكونها في المياه العميقة، ولكنها عندما تقترب من الشاطئ يزداد ارتفاعها ليصل إلى (30m). في حين أن الأمواج الاعتيادية التي تنتج بفعل الرياح قد يكون ارتفاعها في المياه العميقة أكبر بكثير من (1m)، ولكن ارتفاعها قريبً من الشاطئ أقل من أمواج تسونامي.

 

المدُّ والجزرُ Tides
 المدُّ والجزرُ: هو تعاقبُ ارتفاع مستوى سطح البحر وانخفاضه بسبب تأثيرِ قُوَّتَي جذبِ القمرِ والشمسِ على الأرضِ.
المدُّ: هو موجة ضخمة يصل طولها إلى آلاف الكيلومترات لكن ارتفاعها في المحيطات لا يتجاوز $(1-2) m$ .

كيفَ تحدثُ عمليَّتا المدِّ والجزرِ؟ ? How do tides happen
يظهر تأثير جذب القمر بشكل واضح على مياه المحيطات أكثر من اليابسة، أنظر الشكل الآتي:

 

 

 - تتعرضُ المناطقُ المواجهةُ للقمرِ (أ) والمناطقِ المقابلة لهَا في الجهةِ الأُخرى (ب) للتأثير بشكل أكبر من المناطق الأخرى.

- ينتج عن ذلك ارتفاع في مستوى المياه المواجهة للقمر، وارتفاع آخر في المناطق التي تقع في الجهة المقابلة لها فيحدث فيهما المدُّ.

- المناطق الأخرى فيحدث فيها انخفاض في مستوى سطحِ الماء ويحدث فيها الجزر.

كم مرة تحدث عمليتا المد والجزر في اليوم الواحد؟

- تحدث في كلِّ منطقة من المحيطات مرتين في اليوم بينهما (12) ساعة. 

لماذا يحدث تغير في مواقع المدِّ والجزرِ بشكل مستمر؟

بسبب دوران الأرض حول نفسها خلال اليوم.
 

 

أبحث ما تأثير الشمس على حدوث ظاهرة المد والجزر؟ بالاستعانةِ بمصادر المعرفة المختلفة أجد تأثير الشمس عندما تكون الأرض والقمر في المستوى نفسهِ، وعندما تكون الشمس والأرض والقمرُ متعامدة مع بعضِها. المد المرتفع والمد المنخفض: لقوة جذب الشمس تأثير على الأرض مثل القمر، ولكنه أقل من تأثير القمر؛ بسبب البعد الكبير للشمس عن الأرض. ويقسم المد والجزر إلى نوعين بناءً على موقع القمر والشمس والأرض؛ فعندما يكون القمر والشمس والأرض على المستوى نفسه، يحدث ما يسمى المد المرتفع تكون قوة الجذب المؤثرة على الأرض أعلى ما يمكن لأنها تمثل محصلة تأثير القمر والشمس، فيحدث مد أعلى من المعدل الطبيعي وجزر أدنى من المعدل الطبيعي، أما إذا كانت مواقع كل من القمر والشمس والأرض متعامدة مع بعضها يحدث مد، ويسمى مد منخفض، وفيه يحدث مد أقل من المستوى الطبيعي وجزر أعلى من المستوى الطبيعي. حيث يعمل المد والجزر المتكون بفعل تأثير جاذبية الشمس على تقليل المد والجزر المتكون بفعل تأثير جاذبية القمر على الأرض. ويتكرر حدوث المد المرتفع والمد المنخفض كل أسبوعين.