امواج دریا

 انرژی موج دریا

هر وقت به کنار دریا می روید چه چیز نظر شما را جلب می کند؟ آیا دریای بی موج و تلاطم دیده اید؟ موج دریا چه نوع انرژی دارد؟ آیا می توان از این انرژی بهره جست؟

این بخش شامل اطلاعات خوب و مفیدی در مورد انرژی موج دریا می‏ باشد.

دیدگاه تاریخی:

بحران نفت به خصوص پس از جنگ اعراب و اسراییل در ١٩٧٣ و بحران انرژی در اواخر قرن بیستم باعث افزایش قیمت نفت شد. بر این اساس استفاده از انرژی های تجدیدپذیر در اولویت قرار گرفت و کشورهایی که مرز آبی گسترده دارند به این فکر افتادند که از انرژی موج دریا برای تولید انرژی استفاده نمایند.

 برخی نیروگاه های آبی به صورت شناور روی آب هستند، برخی نیز در کنار ساحل انرژی آب را به برق تبدیل می کنند.

استفاده از انرژی موج

باد باعث به وجود آمدن موج می‏ گردد. توان انرژی موج در طول ١ کیلومتر ساحل حدود ٨٠ کیلووات می‏ باشد. مولدهای برق در طول ساحل می ‏توانند این انرژی را به انرژی الکتریکی تبدیل کنند. بازده چنین ژنراتورهایی حدود ٥٠% است، بنابراین یک نیروگاه موجی به طول ٢٥ کیلومتر، توانایی تولید ١٠٠٠ MW برق دارد.

چنین نیروگاه هایی به صورت شناور ساخته می‏شوند تا بتوانند به راحتی با موج بالا و پایین بروند. این مولدها با هر بار نوسان می‏ توانند مقداری انرژی الکتریکی تولید نمایند.

    به فیلم زیر توجه کنید. در این فیلم نمونه ای از مولدهای موجی نشان داده شده است.

برای مشاهده فیلم روی شکل زیر کلیک کنید.

 

آیا بر اساس شکل زیر می توانید طرز کار مولد موجی را توضیح دهید؟

مزایا:

انرژی موج دریا از نوع تجدیدپذیر می ‏باشد. چنین منابعی نیازی به میلیون ها سال زمان برای به وجود آمدن ندارند و بی‏پایان می ‏باشند. تولید انرژی به این روش آلودگی در بر ندارد. این نیروگاه ها در طول زمستان می‏توانند بیشترین میزان انرژی را تولید کنند و خوشبختانه در چنین زمان هایی به انرژی بیشتری نیازمند هستیم.

 مولدهای کوچک موجی می ‏توانند در نواحی دور دست که انتقال برق مقرون به صرفه نیست به کار روند.

مضرات:

توان تولید شده در نیروگاه های موجی ثابت نبوده و بستگی به شرایط موج دریا دارد. هزینه ساخت ژنراتورهای موجی زیاد و ساخت آن ها دشوار است. کابلی که به وسیله آن مولدهای موجی به هم متصل می شوند برای قایق‏ها و کشتی ها مشکل آفرین می‏باشد. در ضمن انتقال برق از طریق کابل نیز خطرناک است زیرا ممکن است کابل لخت شده و جریان برق وارد آب شود و موجودات دریایی را به خطر اندازد. در ضمن این نیروگاه ها باید طوری ساخته شوند که در شرایط بد و طوفانی صدمه نبیند.

موج چیست و چگونه به ‌وجود می ‌آید؟

با شنیدن کلمه موج معانی مختلفی ممکن است به ذهن خطور کند. مثلاً در استادیوم فوتبال گاهی تماشاچیان به عنوان تشویق گروهی "موج مکزیکی می‌دهند" ! و با نظم خاصی در سر جای خود به بالا و پایین حرکت می ‌کنند.  

گاهی در مسائل اجتماعی - سیاسی از موج سخن به میان می ‌آید. مثل "موج بنیادگرایی"

البته در فیزیک، اصطلاح موج یک معنی خاص دارد.

وقتی سنگی را بر روی سطح دریاچه یا استخر آب می ‌اندازید، حلقه‌های موج شکل گرفته و به بیرون حرکت می ‌کنند.

   همچنین وقتی انتهای یک طناب را به بالا و پایین حرکت می ‌دهیم موج به‌وجود می ‌آید.

موج حاصله در طناب و آب دو مثال معروف از امواج هستند. ما در آینده با انواع دیگر موج آشنا می ‌شویم. اما در حال حاضر بیشتر با امواج مکانیکی سروکار خواهیم داشت.

شاید بارها امواج به‌وجود آمده در دریا را مشاهده کرده باشید که به سمت ساحل حرکت می ‌کنند و این حرکت پی‌در‌پی روی می ‌دهد. آیا این حرکت مداوم امواج باعث می ‌شود آب اقیانوس‌ها دائماً به ساحل منتقل شده و آب آنها کم و یا خشک گردد؟

البته که این اتفاق روی نمی‌دهد!

 امواج آب با سرعت مشخص به سمت ساحل حرکت می ‌کند. اما هر ذرّه آب فقط حول یک نقطه تعادلی مشخص نوسان می‌ کند.

تصویر زیر امواج به‌وجود آمده توسط قایق موتوری را نشان می ‌دهد که به سمت ساحل و قایق ماهیگیر به پیش می ‌روند. اگرچه امواج دائماً به سمت قایق حرکت می ‌کنند اما هیچ حجمی از آب توسط قایق موتوری به سمت بیرون جابجا نمی ‌شود. امواج آب بر خلاف حرکت آب در رودخانه هیچ حرکت یکسویه‌ای در آب به‌وجود نمی ‌آورند، بلکه امواج آب فقط یک آشفتگی و تغییر شکل ظاهری در آب هستند که شروع به حرکت می ‌کنند.

این موضوع توسط قایق ماهیگیر تأیید می ‌شود زیرا با رسیدن و عبور موج، قایق ماهیگیر فقط دچار نوسان شده و هیچ حرکتی به همراه موج نخواهد داشت.

امواج می ‌توانند مسافتهای طولانی را طی کنند اما هر ناحیه از محیط (مثل آب یا طناب) فقط یک حرکت محدود خواهد داشت. بنابراین اگرچه موج ماده نیست اما همانند ماده می‌تواند حرکت کند.

موج متشکل از نوساناتی است که بدون انتقال ماده حرکت می‌کند. امواج انرژی را از یک محل به محل دیگر حمل می‌کنند. 

چگونگی انتقال موج

  اجازه دهید نگاه نزدیک ‌تری به چگونگی به‌ وجود آمدن و انتقال موج بیاندازیم. در ابتداء حرکت یک تک موج یا تَپ را بررسی می‌کنیم. ممکن است توسط حرکت سریع بالا - پایین دست در یک طناب، یک تک موج به ‌وجود آید. دست یک طرف طناب را به سمت بالا می ‌برد و ازآن جا که ذرّات طناب به یکدیگر متصّل ‌اند، این امر باعث اعمال نیرو به ذرّات دیگر می ‌شود و آن ها نیز به ترتیب به سمت بالا حرکت می ‌کنند.

در لحظاتی که ذرّات طناب پی در پی شروع به بالا آمدن می ‌کنند موج به پیش می رود.

در این هنگام، دست طناب را به سمت پایین می ‌کشد و متناظراً ذرّات مجاور شروع به پایین آمدن می ‌کنند.

این موضوع به تدریج به ذرّات کناری نیز منتقل می ‌شود. بنابراین یک تک موج یا تَپ به‌ وجود می ‌آید. در حقیقت این نیروی بین ذرّات است که باعث حرکت موج به جلو می ‌شود.

 امواج در سایر محیط ‌ها نیز به شکل مشابهی به ‌وجود آمده و منتقل می ‌شوند.  

چند عکس از امواج دریا و مالبی در مورد سونامی 

هر چه عمق اب بیش تر و بر خورد لایه های زمین با یکدیگر شدیدتر باشد بر شدت امواج سونامی نیز افزوده می شود. سرعت امواج سونامی گاه به ۸۰۰ کیلومتر در ساعت می رسد و تا زمانی که به ساحل نزدیک نشده اند ارتفاع چندانی ندارند. اما با نزدیک شدن به ساحل خصوصا ساحل هایی که عمق کمی دارند از سرعت امواج کاسته و به ارتفاع ان ها افزوده می شود. به طوری که ارتفاع امواج هنگام برخورد با ساحل به حدود ۳۰ متر (به ارتفاع یک ساختمان ۱۰ طبقه) می رسد! در ساحل های کم عمق و خلیج هایی که دهانه ی ان ها باز است٬ اما رفته رفته باری می شود٬ امواج سونامی خرابی بیشتری بر جای می گذارند.

ایا سونامی می تواند به دلیل انفجار اتمی در اقیانوس پدید اید؟!

هر چیزی که بتواند حجم عظیمی از اب اقیانوس را جا به جا کند می تواند موجب پیدایش امواج سونامی شود. بنابر این انفجارهای اتمی هم که می توانند نیروی فراوانی بر اب اقیانوس وارد کنند ممکن است باعث ایجاد سونامی کنند.

کشور ما و سونامی

با وجود فاصله ی زیادی که بین کانون زلزله وشهرهای ساحلی ایران در دریای عمان وجود دارد امواج سونامی در شهر چابهار اندکی خسارت بر جای گذاشت. این بدان معناست که اگر کانون زلزله به ساحل های ایران نزدیک تر باشد ما نیز از این امواج در امان نخواهیم بود. به گفته ی زمین شناسان در بستر دریای خزر نیز گسل های عمیقی وجود دارد و در ان ها احتمال وقوع سونامی هر چند اندک ولی به هر حال وجود دارد.

 

عوامل پدید آورنده سونامی:اصلی ترین این عوامل فعالیت های لرزه ای،زمین لغزه های اقیانوسی و تاثیرات کیهانی است که شایعترین انها فعالیتهای لرزه ای می باشد.زمین لرزه های تکتونیکی و فرورانشی در اقیانوسها یا نزدیک انها هر دو می توانند باعث ایجاد این دیده شوند. در یک زمین لرزه تکتونیکی کف بستر اقیانوسها تغییر شکل پیدا می کند موجب جابجایی آب می شود .اما در یک زمین لرزه فرو رانشی صفحات تکتونیکی به زیر یکدیگر می لغزندکه این مسئله جابجایی حجم عظیمی از آب را به دنبال دارد.

زمین لغزه های زیر دریا زمین لغزه ها از دیگر عوامل ایجاد کننده سونامی هستند.این زمین لغزه ها بر اثر زمین لرزه وفوران اتشفشانهای زیر دریا رخ می دهند. در سال 1975زمین لغزه ای که به دنبال زلزله 2/7 ریشتری در سواحل هاوایی به وقوع پیوست فاجعه دیگری را به بار آورد که ارتفاع امواج آن 74 فوت گزارش شده بود. تصور می شود سونامی مرگبارPapau New Guinea نیز که حدود 2000 قربانی بر جای گذاشت بر اثر یک زمین لغزه ایجاد شده باشد. با مدل سازی عددی می توانیم پیش بینی کنیم در چه مناطقی احتمال سونامی بیشتر است.

اثرات کیهانیاثرات کیهانی در مقایسه با سایر عوامل نقش کمتری در ایجاد پدیده سونامی دارد.زمانی که سنگی را به دریاچه ای می اندازید موجهای کوچکی ایجاد می شود که از نقطه تماس سنگ با آب شروع شده و از آن دور می شود. تاثیر اثرات کیهانی بر سونامی نیز همین گونه است. لیکن اثر آن شدید تر می باشد به حدی که می تواند امواج سونامی را بوجود بیاورد.

فرسایش ساحلیفرسایش در واقع کنده شدن مواد از یک مکان و انتقال ان به محیطها یا موقعیتهای ذیگر است.نیروهای طبیعی همچون باد، امواج و جریانها به طور دائم شکل مناطق ساحلی را تغییر می دهند.علاوه بر فرسایش کند و روزانه سواحل عوامل دیگری هم در تغییر شکل انها موثر اند.

 

امواج دریا در قران 

در گذشته های دور انسان تقریبا هیچ شناختی نسبت به محیط اطراف خود نداشت و اطلاعات انسانها سطحی بود کشتی می ساخت و از آن برای ماهیگیری و حمل و نقل دریا استفاده می کرد اما از سایر اسرار نهفته در دریاها و اقیانوس ها هیچ خبری نداشت.

یکی از این موارد که انسانها از آن هیچ اطلاعی نداشتند تاریکی های دریا بود در کتابی بنام اقیانوس ها نوشته شده است تاریکی اعماق دریاها و اقیانوس ها از عمق 200 متر به پایین تر شروع می شود در ای نعمق تقریبا هیچ نوری وجود ندارد و صد متر پایین تر از آن هیچ نوری وجود ندارد.

انسانها بطور طبیعی بدون کمک گرفتن از تجهیزات خاص می توانند تا عمق 40 متری دریا شنا بکنند.اما بدون تجهیزات نفوظ عمق 200 متر تقریبا غیر ممکن است و باعث نابودی انسان می شود.

وجود مناطق بسیار تاریک در دریاها و اقیانوس ها به احتمال زیاد در قرن بیستم که بشر توانست ابزار های پیشرفته غواصی و زیر دریایی بسازد کشف شد.

پروفسور « دوگارو » یکی دیگر از اقیانوس شناسان در مورد آنچه علوم جدید از آیه 40 سوره نور به آن رسیده است، اذعان می دارد:

در گذشته به علت نبودن وسایل غواصی، کسی نمی توانسته بیشتر از بیست متر در عمق دریا برود. لذا از زیر آب اطلاعات زیادی نداشته اما امروزه با بکارگیری وسایل و ابزار مدرن می توان تا عمق دویست متر به راحتی به زیر آب رفت.

اما قرآن کریم در 1400 سال قبل زمانی که هیچ ابزار غواصی وجود نداشت در آیه 40 از سوره نور به این مساله اشاره می کند:

أَوْ کَظُلُمَاتٍ فِی بَحْرٍ لُّجِّیٍّ یَغْشَاهُ مَوْجٌ مِّن فَوْقِهِ مَوْجٌ مِّن فَوْقِهِ سَحَابٌ ظُلُمَاتٌ بَعْضُهَا فَوْقَ بَعْضٍ إِذَا أَخْرَجَ یَدَهُ لَمْ یَکَدْ یَرَاهَا وَمَن لَّمْ یَجْعَلِ اللَّهُ لَهُ نُورًا فَمَا لَهُ مِن نُّورٍ ﴿۴۰﴾

یا [کارهایشان] مانند تاریکیهایى است که در دریایى ژرف است که موجى آن را مى‏پوشاند [و] روى آن موجى [دیگر] است [و] بالاى آن ابرى است تاریکیهایى است که بعضى بر روى بعضى قرار گرفته است هر گاه [غرقه] دستش را بیرون آورد به زحمت آن را مى‏بیند و خدا به هر کس نورى نداده باشد او را هیچ نورى نخواهد بود (۴۰)

اما این آیه علاوه بر تاریکی های دریا به مساله علمی بسیار جالب دیگری نیز اشاره کرده است.

دانشمندان به تازگی کشف کرده اند که امواج درونی  وجود دارد که در میان آنها فاصله هایی وجود دارد که غلظت آبشان متفاوت است و چون این امواج مانند امواج سطحی رفتادر می کنند تشخیص آنها از هم بسیار سخت است.اما می توان با مطالعه  دمای آب یا غلظت آن در یک نقطه خاص آن را شناسایی کرد.

امواج دریا

1- امواج ناشی از باد (Wind Waves) : شکل سطح دریا با وجود این امواج به صورت نامنظم است و امواج با قله ها و طول موج‌های مختلف ظاهر می شوند. در حالات مختلف دریا شکل این امواج را به صورت مجموعه توابع سینوسی و کسینوسی نوشته و عملیات میانگین گیری را در مورد آنها مطرح می سازیم. بهترین پارامتر قابل قبول در مورد این امواج ارتفاع موج است که به صورت میانگین ارتفاع از یک سوم مرتفع ترین امواج مشاهده شده در یک زمان ثابت اندازه گیری می شود. پریود این امواج بین 1 تا 30 ثانیه است. نیروی جاذبه عامل کنترل کنندة این امواج است.

2- امواج مرده (Sivell Waves) : امواجی هستند که در غیاب بادهای محلی مشاهده می شوند و یا اینکه در محل مشاهدة این امواج عامل بوجود آورندة آنها وجود ندارد. پریود این امواج بین 5 تا 30 ثانیه می باشد. دامنة این امواج در مقایسة با طول موج آنها کوچک است. (عمده ترین امواج در دریای عمان این امواج هستند که زیاد مشاهده می شوند.)

3- امواج موئینه (Capilary Waves) :امواج کوچک تلاطمی هستند که کاملاً با امواج کوچک ناشی از باد متفاوتند. نیروی بوجود آورندة آنها باد می باشد اما عامل کنترل کنندة این امواج نیروی کشش سطحی آب است. پریود این امواج کمتر از 1/0 ثانیه است و در این امواج سرعت گروه  بیشتر از سرعت موج است.

4- امواج سیچ (Seiches Waves) : به خاطر گردش زمین حول محورش آب به طور طبیعی نوسان دارد و اگر فرکانس این نوسانات با فرکانس تغییرات جوی یکسان شود، این امواج ایجاد می شود. پریود این امواج بین 30 ثانیه تا 5 دقیقه می باشد.

5- امواج Storm Waves : باد وقتیکه روی سطح دریا می وزد، آبها را در ساحل جمع کرده و سطح تراز دریا افزایش می یابد و در مکانی دیگر سطح تراز آب دریا کاهش می یابد و همین امر سبب ایجاد این امواج می‌گردد. پریود این امواج 30 ثانیه تا 5 دقیقه می باشد.

۶- Internal Waves : این امواج در داخل آب دریا در فصل مشترک دو محیط با چگالی های مختلف ایجاد می‌شود.

۷- امواج جزر و مدی (Tidal Waves) : عامل بوجود آورندة این امواج نیروی جاذبة ماه، خورشید و  سایر سیارات می باشد و نیروی کنترل کنندة این امواج نیروی جاذبه و نیروی کوریولی است. پریود این امواج از 12 ساعت بیشتر است.