ما الذي يسبب المد والجزر في المحيط؟

منذ عصور ما قبل التاريخ ، عرف الناس بشكل بديهي أن القمر والمد والجزر مرتبطان ، لكن الأمر تطلب من عبقري مثل إسحاق نيوتن شرح السبب.

اتضح أن الجاذبية ، تلك القوة الأساسية الغامضة التي تسبب ولادة وموت النجوم وتشكيل المجرات ، هي المسؤولة في المقام الأول. تمارس الشمس أيضًا جاذبية الأرض ، وتساهم في المد المحيط. تساعد تأثيرات الجاذبية للشمس والقمر معًا في تحديد أنواع المد والجزر التي تحدث.

في حين أن الجاذبية هي السبب الأول للمد والجزر ، فإن حركات الأرض نفسها تلعب دورًا. تدور الأرض حول محورها ، ويخلق هذا الدوران قوة طرد مركزي تحاول دفع كل الماء بعيدًا عن السطح ، مثلما يرش الماء بعيدًا عن رأس رشاش دوار. تمنع جاذبية الأرض الماء من الطيران إلى الفضاء.

تتفاعل قوة الطرد المركزي هذه مع قوة الجاذبية للقمر والشمس لتخلق مدًا عاليًا والمد والجزر ، وهذا هو السبب الرئيسي في أن العديد من الأماكن على وجه الأرض تشهد مد وجزر مرتفعين كل يوم.

بالنسبة الى قانون نيوتن للجاذبية، فإن قوة الجاذبية بين أي جسمين في الكون تتناسب طرديًا مع كتلة كل جسم (م₁ و م₂) ويتناسب عكسيا مع مربع المسافة (د) بينهم. العلاقة الرياضية هي كما يلي:

F = جم₁م₂/ د²

أين جي هو ثابت الجاذبية الكوني.

يكشف هذا القانون أن القوة تعتمد على المسافة أكثر مما تعتمد على الكتل النسبية. الشمس أكبر بكثير من القمر - حوالي 27 مليون مرة - لكنها أيضًا أبعد 400 مرة. عندما تقارن قوى الجاذبية التي تمارسها على الأرض ، يتبين أن سحب القمر ضعف قوة الشمس.

قد يكون تأثير الشمس على المد والجزر أقل من تأثير القمر ، لكنه بعيد كل البعد عن الإهمال. يتضح أكثر عندما تصطف الشمس والأرض والقمر خلال القمر الجديد والقمر الكامل. عند اكتمال القمر ، تكون الشمس والقمر على جانبين متقابلين من الأرض ، وأعلى مد في اليوم ليس مرتفعًا كالعادة ، على الرغم من أن المد الثاني أعلى قليلاً.

عند القمر الجديد ، تصطف الشمس والقمر على نفس الجانب من الأرض وتعزز قوة الجذب بينهما. يُعرف المد المرتفع بشكل غير عادي باسم جزر.

قوة الطرد المركزي الناتجة عن دوران الأرض حول محورها تحصل على دفعة من جاذبية القمر ، وذلك لأن الأرض والقمر يدوران حول بعضهما البعض.

إن كتلة الأرض أكبر بكثير من كتلة القمر بحيث يبدو أن القمر وحده يتحرك ، ولكن في الواقع كلا الجسمين يدوران حول نقطة مشتركة تسمى مركز الثقل، التي تقع على عمق 1068 (1،719 كم) ميلاً تحت سطح الأرض. هذا يخلق قوة طرد مركزي إضافية ، مثل الكرة التي تدور على وتر قصير جدًا.

التأثير الصافي لقوى الطرد المركزي هذه هو خلق انتفاخ دائم في محيطات الأرض. إذا لم يكن هناك قمر ، فلن يتغير الانتفاخ ولن يكون هناك مد. لكن هناك قمر ، وإليكم كيف تؤثر جاذبيته على الانتفاخ في نقطة عشوائية أ على الأرض الدوارة:

• منتصف الليل: هدف أ يواجه القمر ، ويتحد الجمع بين جاذبية القمر وانتفاخ الطرد المركزي لإنشاء المد العالي.

• 6 صباحًا و 6 مساءً: هدف أ عمودي على الخط الفاصل بين الأرض والقمر. يتصدى المكون الطبيعي لقوة الجاذبية لانتفاخ الطرد المركزي ويسحبه للداخل. هدف أ يواجه المد والجزر.

• وقت الظهيرة: هدف أ يقع على الجانب الآخر من الأرض من القمر. جاذبية القمر أضعف بسبب النقطة أ يبعد الآن قطر واحد عن الأرض ، وهو ما يقرب من 8000 ميل (12875 كم). قوة الجاذبية ليست قوية بما يكفي لتحييد انتفاخ ونقطة الطرد المركزي أ يواجه مدًا مرتفعًا ثانيًا ، وهو أصغر من المد الأول الذي حدث في منتصف الليل.

يتحرك القمر في السماء بمعدل 13.2 درجة في اليوم ، وهو ما يعادل حوالي 50 دقيقة ، لذا فإن أول مد مرتفع في اليوم التالي يحدث في الساعة 12:50 صباحًا ، وليس منتصف الليل. وبهذه الطريقة يتم توقيت ارتفاع المد عند النقطة أ يتبع حركة القمر.

الشمس لها تأثير على المد والجزر مشابهًا لتأثير القمر ، وعلى الرغم من أنها نصف قوتها ، يجب على أي شخص يتوقع المد والجزر أن يأخذها في الاعتبار.

إذا تخيلت تأثيرات الجاذبية على المد والجزر على أنها فقاعات ممتدة تحيط بالكوكب ، فإن فقاعة القمر ستكون مستطيلة بمقدار ضعف فقاعة الشمس. يدور حول الأرض بنفس سرعة دوران القمر حول الكوكب بينما تتبع فقاعة الشمس حركة الأرض حول الشمس.

تتفاعل هذه الفقاعات مثل الموجات المتداخلة ، وفي بعض الأحيان تضخم بعضها البعض وتلغي بعضها البعض في بعض الأحيان.

فقاعة المد والجزر هي المثالية ، لأن الأرض لا تغطيها المياه بالكامل. لها كتل من اليابسة تحصر المياه في الأحواض ، إذا جاز التعبير. كما يمكنك أن تقول بإمالة كوب من الماء ذهابًا وإيابًا ، فإن الماء الموجود في الحاوية يتصرف بشكل مختلف عن الماء غير المحصور بالحدود.

حرك كوب الماء في اتجاه واحد ، وكل الماء ينساب إلى جانب واحد ، ثم حركه في اتجاه آخر ، والماء ينساب للخلف. تتصرف مياه المحيطات في أحواض المحيط الثلاثة الرئيسية - المحيط الأطلسي والمحيط الهادئ والمحيط الهندي - وكذلك في جميع الأحواض الأصغر ، بنفس الطريقة بسبب الدوران المحوري للأرض.

الحركة ليست بهذه البساطة ، لأنها تخضع أيضًا للرياح ، وعمق المياه ، وتضاريس السواحل وقوة كوريوليس. بعض السواحل على الأرض ، لا سيما تلك الموجودة على ساحل المحيط الأطلسي ، لديها مد وجزر مرتفعان في اليوم بينما البعض الآخر ، مثل العديد من الأماكن على ساحل المحيط الهادئ ، لديه مد واحد فقط.

المد والجزر المنتظمان لهما تأثير عميق على سواحل الكوكب ، مما يؤدي إلى تآكلها باستمرار وتغيير معالمها. يتم حمل الرواسب على المد المتراجع إلى البحر وترسب من جديد في مكان مختلف عندما يعود المد مرة أخرى.

تطورت النباتات والحيوانات البحرية في مناطق المد والجزر للتكيف مع هذه الحركة المنتظمة والاستفادة منها ، وكان على الصيادين على مر العصور أن يضبطوا أنشطتهم لتتوافق معها.

تولد حركة المد والجزر كمية هائلة من الطاقة التي يمكن تحويلها إلى كهرباء. تتمثل إحدى طرق القيام بذلك في السد الذي يستخدم حركة الماء لضغط الهواء لتشغيل التوربينات.

هناك طريقة أخرى تتمثل في إنشاء توربينات مباشرة في منطقة المد والجزر بحيث يمكن للمياه المتراجعة والمتقدمة تدويرها ، تمامًا مثل الرياح التي تدور التوربينات الهوائية. نظرًا لأن الماء أكثر كثافة من الهواء ، يمكن لتوربينات المد والجزر أن تولد طاقة أكبر بكثير من توربينات الرياح.