أمواج المحيط والأمواج الداخلية

تنقل الأمواج الطاقة عبر المحيط دون نقل كتلي للمياه - بدءًا من أمواج السطح الناتجة عن الرياح والأمواج المنتفخة (swell) التي تقطع مسافات بعيدة، وصولًا إلى الأمواج الداخلية الأكبر والأبطأ بكثير التي تتذبذب على طول واجهات الكثافة في أعماق المحيط الطبقي.

Definition

أمواج المحيط هي اضطرابات تذبذبية تنتشر على طول سطح البحر (أمواج السطح) أو على طول واجهات الكثافة داخل الطبقات الداخلية (أمواج داخلية)، وتُستعاد بفعل الجاذبية، وبالنسبة للأمواج الأكبر، تتعدل بدوران الأرض.

Scope

يغطي هذا الموضوع توليد الأمواج السطحية الجاذبية (أمواج الرياح والأمواج المنتفخة)، وتشتتها، وانتشارها؛ ونموها، وتكسرها، وتأثير المياه الضحلة عليها؛ وفيزياء الأمواج الجاذبية الداخلية على الطبقية، بما في ذلك المد والجزر الداخلي؛ ودور هذه الأمواج في نقل الطاقة ودفع الخلط.

Core questions

• كيف تنمو أمواج الرياح، وتتشتت لتصبح أمواجًا منتفخة، وتنتقل عبر أحواض المحيطات؟
• ما هي علاقة التشتت التي تربط فترة الموجة وطولها الموجي وسرعتها في المياه العميقة والضحلة؟
• كيف تنشأ الأمواج الداخلية على الطبقية الكثافية، ولماذا هي أكبر بكثير من أمواج السطح؟
• كيف تنقل أمواج السطح والأمواج الداخلية المتكسرة الطاقة إلى الاضطراب والخلط؟

Key theories

تشتت الأمواج الخطية

تتبع أمواج الجاذبية السطحية ذات السعة الصغيرة علاقة تشتت تسافر فيها الأمواج الأطول بشكل أسرع، لذا فإن الطيف الناتج عن العاصفة يرتب نفسه في أمواج منتفخة منتظمة بينما تنتشر بعيدًا عن مصدرها.

الأمواج الداخلية على الطبقية

في المحيط المستقر طبقيًا، تعمل قوة الطفو كقوة استعادة للأمواج الجاذبية الداخلية التي تقع تردداتها بين الترددات العطالية والطفوية، مما يسمح لها بالانتشار عموديًا وأفقيًا عبر الداخل.

Mechanisms

تنقل الرياح الطاقة والزخم إلى سطح البحر، مما يؤدي إلى بناء طيف من الأمواج التي تتشتت مع تجاوز الأمواج الأطول للأمواج الأقصر لتشكيل الأمواج المنتفخة؛ وعندما تدخل الأمواج المياه الضحلة، فإنها تتأثر بالضحالة وتزداد حدتها وتتكسر، مطلقة طاقتها. تتولد الأمواج الداخلية حيث تتدفق المد والجزر والتيارات فوق التضاريس، وتنتشر على طول الطبقية حتى تتكسر وتدفع الخلط الداخلي.

Clinical relevance

يعد التنبؤ بالأمواج أمرًا بالغ الأهمية للملاحة والهندسة البحرية والتحذير من المخاطر الساحلية، بينما توفر الأمواج الداخلية المتكسرة جزءًا كبيرًا من الخلط الذي يحافظ على طبقية المحيط العميق ودورانه الانقلابي.

History

تطورت النظرية الرياضية لأمواج الماء على يد آيري وستوكس في القرن التاسع عشر؛ وقد أرسى عمل مونك وآخرين في منتصف القرن العشرين حول التنبؤ بالأمواج واكتشاف انتشار الأمواج المنتفخة عبر المحيطات بأكملها، جنبًا إلى جنب مع نظرية هاسلمان الطيفية للأمواج، أسس علم الأمواج الحديث.

Key figures

• George Gabriel Stokes
• Walter Munk
• Klaus Hasselmann

Seminal works

• talley2011
• kundu2015

Frequently asked questions

ما الفرق بين البحر والأمواج المنتفخة (swell)؟

يشير البحر إلى الأمواج القصيرة والمتقطعة التي لا تزال مدفوعة بالرياح المحلية، بينما الأمواج المنتفخة هي الأمواج الأكثر سلاسة والأطول فترة التي تجاوزت العاصفة التي ولدتها وسافرت بعيدًا عبر المحيط.

لماذا غالبًا ما تكون الأمواج الداخلية أكبر بكثير من أمواج السطح؟

تنتشر الأمواج الداخلية على طول فرق الكثافة الصغير بين طبقات الماء بدلاً من التباين الكبير بين الهواء والماء، لذا فإن قوة الاستعادة أضعف ويمكن أن تصل الأمواج إلى عشرات الأمتار في الارتفاع بينما تظل مخفية تحت السطح.