طريقة تكون أمواج البحر
مما لا شك فيه أن أمواج البحار تتكون بفعل الرياح التي تهب على سطح الماء وتجعله مضطربا مكون الأمواج . بعد هدوء الرياح أو انتظام سرعتها سرعان ما تتحول الأمواج إلى أمواج منتظمة. وعندما نريد أن نوصف الأمواج يجب علينا أن نأخذ في الاعتبار : ارتفاعها – طولها – مدتها .الارتفاع هو المسافة الراسية من مستوى سطح البحر إلى قمة الموجة .أما طول الموجة هي المسافة بين كل موجة و أخرى .أما مدتها هو الزمن الذي تستغرقه مرور قمتين متتاليتين بنقطة ثابتة.
وتنتقل الأمواج من أماكن بعيدة جدا من الشاطئ وتتحطم أو تنتهي هذه الأمواج على الشاطئ أو إذا صادفت الموجة جسم مغمور وقريب من السطح فإنها تتحطم الموجة وتتحول إلى زبد ابيض اللون بتفكك جزيئات الماء من شدة ارتطامها بالصخور.
وعندما تدفع الرياح سطح الماء مكون الأمواج فان شكل الموجه هو الذي يتحرك بينما جزيئات الماء تكاد لا تنتقل مع الموجة . أما في حالة نهاية الموجة فان جزيئات الماء تأخذ شكل دوائر بفعل انكسار قمة الموجة .في المناطق العميقة يكون ارتفاع الموج اكبر منه على الساحل وكلما ازداد العمق كلما قل تأثير الموج والموج يؤثر (بالحركة) على العمق حوالي مرة ونصف من ارتفاع الموجة.
الزلازل والبراكين في قاع المحيط تكون أمواج كبيرة جدا ومدمرة قد يصل ارتفاع هذه الموجة ( في حالة الزلازل ) إلى 75 قدم وتكون من القوه أن تحرك حاجز خرساني يبلغ وزنة 2500 طن
لقد نجح الإنسان في استغلال طاقة حركة الموج لتوليد الطاقة لكن لم تتوسع هذه الطريقة لتكاليفها الباهظة. الأمواج خطر على المراكب والسباحين والغواصين وتكون محببة لدى البعض لممارسة رياضة التزلج على الماء أو رياضة القوارب الشراعية .
وقد تنشأ الأمواج من فعل الزلازل على قيعان البحار والمحيطات، وتعرف بالأمواج التسونامية Tsunami، وتتعرض شواطئ اليابان وجزر هاواي لأثر هذه الموجات المدمرة. ولا تزال ذكرى الأمواج المدمرة، التي عصفت بسواحل جزر هاواي في أبريل 1946 ماثلة في الأذهان، فقد بلغ ارتفاع الموجة نحو 20 متراً، ودمرت منشآت ومدناً ساحلية بأكملها، وأودت بحياة الكثيرين من السكان. ولهذا السبب أقيمت مراكز للتنبؤ بقدوم مثل هذه الأمواج لتنبيه السكان حتى يتفادوا أخطارها.
وإذا كانت الأمواج تنشأ في الأغلب الأعم نتيجة لحركات الرياح والعواصف والزوابع، فإنها تنشأ أيضاً نتيجة لحركة المد والجزر، وتعرف حينئذ بالموجات المدية.
المد والجزر Tide
يتحرك سطح البحر حركة توافقية على السواحل صعوداً وهبوطاً كل يوم بقدر معلوم، وتعرف هذه الحركة بالمد والجزر. وينجم عن هذه الحركة تيارات مدية تندفع في القنوات الساحلية أو في مصبات الأنهار بسرعة كبيرة. وقد يعلو سطح الماء في تلك المصبات والخلجان علواً كبيراً، إذ يصل في خليج فندي Fundy في كندا إلى 30 متراً، ويزيد في ليفربول عن تسعة أمتار.
وقد لوحظ أن هناك علاقة وثيقة بين حركة المد والجزر وأوجه القمر. فتبلغ هذه الحركة مداها عندما يكون القمر بدراً، وتصل إلى أدناها عندما يكون القمر في المحاق. وسبب ذلك أن قوة جذب القمر عندما يكون بدراً Full Moon تكون شديدة.
وإذا كان حدوث عملية المد والجزر تعزى إلى أثر جاذبية القمر، فإن الشمس تقوم بعامل منظم لهذه العملية، فإذا وقع كل من الأرض، والقمر، والشمس على استقامة واحدة يعظم حدوث المد تبعاً لإضافة قوة جذب الشمس إلى قوة جذب القمر، ويعرف المد في هذه الحالة باسم المد العالي Spring Tides، . أمّا إذا وقع القمر والشمس على طول ضلعي زاوية قائمة بالنسبة للأرض، فتضُعف أو تُقلل قوة جذب الشمس Solar Tides، من تأثير قوة جذب القمر Lunar Tides، للمسطحات المائية على الأرض. وعلى ذلك يقل منسوب المد، ويعرف في هذه الحالة باسم الجزر المحاقي Neap Tides .
ويتباين مدى ارتفاع المد تباينا كبيرا في مختلف جهات العالم، فقد يعلو ويرتفع في جهة ما إلى حد كبير، بينما يضمحل ولا يكاد يحس به أحد في بقعة أخرى، قد لا تبتعد عن الأولى كثيرا. وأقصى ارتفاع يبلغه المد في العالم يحدث في خليج فندي.
وهناك نحو ست جهات من العالم يزيد فيها ارتفاع المد عن 12 متراً هي بورتو جاليجوس Puerto Gallegos في الأرجنتين، وخليج كوك**** في ألاسكا، وخليج فروبيشر Frobisher من مياه مضيق ديفز Davis، ومصب نهر كوك سوك Kook Soak في خليج هدسون، وخليج سان مالوSt. Malo في فرنسا.
وتختلف استجابة المياه لمدى المد على أبعاد متقاربة، فعند النهاية الشرقية لقناة بنما، لا يتعدى مدى حركة المد والجزر قدمين على الأكثر، بينما يرتفع المدى إلى نحو خمسة أمتار (16 قدماً) عند نهايتها الغربية في المحيط الهادي. وفي بحر أختسك Akhotsk، يختلف مدى المد أيضاً في مختلف أجزائه، ففي معظم مياه البحر لا يزيد المدى عن قدمين، ولكنه في بعض أجزائه يصل الفرق بين مستوى المد والجزر إلى نحو ثلاثة أمتار (10 أقدم).
وتساعد تيارات المد والجزر حركة الملاحة، ولكل ميناء توقيت معين لدخول السفن وخروجها منه، يتفق مع نظام حركة المد والجزر، إذ تستطيع السفن الاقتراب من الأرصفة لإجراء عمليات الشحن والتفريغ في وقت حدوث المد، ثم تسرع في الابتعاد عنها حينما يحل الجزر، حتى لا تجنح في القاع حينما تنحسر المياه. ويصبح خطر موجات المد شديدا في الخلجان والممرات المائية الضيقة، وخاصة حينما تعترض مسار المد رياح أو أمواج مضادة. ففي منطقة جزر ألوشيان، حيث توجد بعض المضايق، التي تستخدمها السفن في رحلتها بين المحيط الهادي وبحر بيرنج، يشتد خطر التيارات المائية، التي قد تلقي بالسفن فجأة وعلى غير انتظار بعيداً عن مسارها الطبيعي فتصطدم بالصخور.
وفي مضيق أكون Akun، تبلغ قوة تيار المد قوة سيل جبلي، تصاحبه دوامات غاية في الخطورة. ومثلها أيضا تيارات المد، التي تحدث في منطقة جزر لوفوتن Lofoten في النرويج، وحينما تشتد تلك الأمواج المدية وتضطرب، تنشأ عنها دوامات مائية، تعرف باسم مالستروم Malstrom تستحيل معها الملاحة، فلا تقترب السفن من الجزر، أو من مجال وجودها حتى تتلاشى.
وتشبه دوامات مالستروم في شكلها الكأس أو القمع، فتبدو فتحاتها واسعة مستديرة، ثم تضيق رويداً رويداً وتنجرف مع التيار حتى تتلاشى، وينشأ غيرها وتتتابع وتتلاحق كأنها مطبات على طول التيار، تلتهم كل ما يصادفها من قوارب صيد أو غيرها.
يتضح مما سبق أن ظاهرة المد والجزر وليدة الظواهر الفلكية، مثل دوران القمر حول الأرض ودوران الأرض حول نفسها وحول الشمس، وأن اختلاف المد والجزر بالزيادة أو النقصان يرجع لكل من القمر والشمس، ويمكن حسابه والتكهن بوقوعه بدرجة عالية من الدقة، لكن الحقيقة غير ذلك، فنظرية المد قامت على فروض غير صحيحة، إذ أنها افترضت أن الماء يحيط بالأرض على شكل غلاف بسمك واحد، وأن الماء لا عزم له ولا قوام. وطبيعة الماء تخالف هذا الفرض إذ أن للماء عزماً وله قواماً، ومن ثم فأنه لا يتشكل في التو واللحظة تحت تأثير قوى الجذب، بل تلزم فترة زمنية حتى تتم هذه الاستجابة. كذلك لا يغطي المـاء سطح الأرض تمامـاً بـل يُغطي مـا نسبته 70.8% من مساحة الكرة الأرضية، كما أنه ليست أعماق المياه متساوية، فضلاً عن أن طبيعة الشواطئ البحرية وتعرجاتها ليست واحدة، ولهذا كله أثر كبير في حدوث المد وارتفاعه، فالماء يتراكم في المضايق والخلجان، وينبسط في البحار المفتوحة.
هناك عوامل طبيعية أخرى تُخرج ظاهرة المد والجزر من دائرة النظام الفلكي الدقيق مثل الرياح واتجاهها. فإذا هبت الرياح في اتجاه الشاطئ فإنها تسرع بتيارات الماء دخولاً في الخلجان، فيرتفع المد أكثر من المقدر له حسابياً كما أنه يحدث قبل ميعاده، وقد تجعله يستمر في ارتفاعه مدة طويلة، ويكون العكس إذا هبت الرياح نحو البحر، فتؤخر من حدوثه وتقلل من ارتفاعه.
وللضغط الجوي أيضاً تأثير في ارتفاع الماء، فهناك علاقة عكسية بينهما، بمعنى أنه إذا ارتفع الضغط، انخفض الماء، والعكس صحيح. وارتفاع عمود الزئبق سنتيمتراً واحداً في البارومتر يعادل انخفاض 13 سنتيمتراً في منسوب سطح الماء. وتُشاهد هذه الظاهرة في ميناء برستBrest في فرنسا، وأن أقل تغيير في الضغط الجوي يحدث اختلافاً ملحوظاً في منسوب الماء.
ويمكن تطبيق نظرية المد على المسطحات المائية جنوب دائرة العرض 40ْ جنوباً، لخلو هذا النطاق من اليابس تقريباً، إلاّ من بعض الجزر الصغيرة المبعثرة، إضافة إلى أن الرياح السائده فيها تهب في اتجاه واحد وبقوة ثابتة تقريباً معظم أوقات السنة.
كيفية حدوث ظاهرة المـد والجـزر
ترتبط هذه الظاهرة بدوران القمر حول الأرض ودوران الأرض حول الشمس ، حيث تتغير نتيجة لذلك أوضاع القمر والشمس بالنسبة إلى الأرض .
فقد لاحظ الإنسان منذ القدم أن مياه المحيطات والبحار تطغى على الشواطىء ثم تنحسر ثانية ، فقام بعمل إحصائية للأوقات التى يحدث فيها المد والجزر ، وتبين أنه فى اليوم الواحد يحدث مدان وجزران فى المكان الواحد وأن الفترة الزمنية التى تمضى بين مدين متتاليين تساوى 12 ساعة و15 دقيقة، وهى تعادل نصف الفترة الزمنية التى يتم القمر خلالها دورة كاملة حول الأرض خلال اليوم . ومن ثم تبين أن المد والجزر يرجعان أساسا إلى القمر ذاته .
وقد أمكن فهم حقيقة هذه الظاهرة بعد اكتشاف قانون الجاذبية لنيوتن ، حيث عزاها العلماء إلى اختلاف قوتى التجاذب بين كل من الشمس والقمر على اليابسة والمسطحات المائية على الأرض . وبالرغم من كبر كتلة الشمس بالمقارنة بالقمر إلا أن تأثير القمر يزيد بحوالى مرتين ونصف عن تأثير الشمس . وتضاف قوة جذب الشمس إلى قوة جذب القمر عندما يكون بدرا أو محاقا ، أى فى منتصف أو بداية الشهر القمرى ، ويصبح المد عاليا عندئذ . أما المد المنخفض فيحدث فى التربيع الأول والأخير .
ويتراوح ارتفاع المياه فى المد ما بين متر واحد وخمسة عشر مترا . ولقد تم تطوير التكنولوجيات المختلفة للانتفاع من ظاهرتى المد والجزر فى توليد الطاقة الكهربية واستخدامها تجاريا ، كما أن متابعة ظاهرتى المد والجزر وعمل جداول حسابية لهما يفيد فى الأعمال الملاحية وتشغيل الموانى وتجنب الأخطار الناجمة عنهما .
