انرژی مخفی سونامی: ابرموجهای مخرب چگونه نیرو حمل میکنند؟
سونامی چیست و انرژی آن از کجا میآید؟
برای درک انرژی سونامی، ابتدا باید خود آن را بشناسیم. سونامی یک سری موج غولآسا است که معمولاً بر اثر حرکت ناگهانی کف اقیانوس ایجاد میشود. تصور کنید یک سنگ بزرگ را در یک حوض پرآب بیندازید. سنگ انرژی خود را به آب منتقل میکند و موجهای دایرهای ایجاد میشوند. در مقیاس زمین، این "سنگ" میتواند یک زمینلرزه[3] زیر دریا با بزرگی بیش از 6.5 ریشتر باشد. انرژی آزادشده از این زمینلرزه، ستونی عظیم از آب را به حرکت درمیآورد.
نکتهی جالب اینجاست که در آبهای عمیق، ارتفاع این موجها ممکن است فقط 1 متر باشد، اما طول موج[4] آنها (فاصله بین دو قلهی موج) میتواند به بیش از 100 کیلومتر برسد! یعنی یک موج با دهانهای به اندازه فاصلهی بین دو شهر بزرگ. این حجم عظیم آب در حال حرکت است که انرژی را در خود ذخیره کرده است.
| ویژگی | موج باد در دریا | موج سونامی در آبهای عمیق |
|---|---|---|
| منبع انرژی | باد | زمینلرزه، رانش زمین، آتشفشان |
| طول موج (متوسط) | 100 متر | 100,000 متر (100 کیلومتر) |
| دوره تناوب (فاصله زمانی بین دو قله) | حدود 10 ثانیه | 10 دقیقه تا 2 ساعت |
| سرعت در اقیانوس | کم (~50 کیلومتر بر ساعت) | بسیار زیاد (~800 کیلومتر بر ساعت) |
رابطهی انرژی، سرعت و ارتفاع موج چگونه است؟
برای محاسبهی انرژی یک موج سونامی، دانشمندان از فرمولهایی استفاده میکنند. یک رابطهی ساده این است: انرژی موج با مجذور ارتفاع آن رابطهی مستقیم دارد. به زبان ریاضی:
که در آن $E$ انرژی موج و $H$ ارتفاع موج است. نماد $\propto$ به معنای "متناسب با" است.
این یعنی چه؟ اگر ارتفاع موج سونامی دو برابر شود، انرژی آن چهار برابر میشود! اگر ارتفاع سه برابر شود، انرژی نه برابر خواهد شد. این رابطه نشان میدهد چرا افزایش حتی کمی در ارتفاع موج ساحل، میتواند تفاوت بین خیس شدن ساحل و نابودی کامل آن باشد.
سرعت موج سونامی در اقیانوسهای عمیق نیز بسیار بالا و وابسته به عمق آب است. فرمول تقریبی آن چنین است:
$v$: سرعت موج، $g$: شتاب گرانش زمین (9.8 m/s²)، $d$: عمق آب.
مثال: در عمق 4000 متری، سرعت سونامی حدود 713 کیلومتر بر ساعت است! (سرعت یک هواپیمای جت). این سرعت بالا باعث میشود انرژی در مسافتهای طولانی با اتلاف کم منتقل شود.
چگونه انرژی موج در ساحل به تخریب تبدیل میشود؟
این بخش جذاب ماجراست. همانطور که گفتیم، سونامی در عمق اقیانوس ارتفاع کمی دارد. اما وقتی به آبهای کمعمق نزدیک ساحل میرسد، اتفاق جالبی میافتد: سرعت موج کاهش مییابد اما انرژی کلی آن تقریباً ثابت میماند. از آنجایی که انرژی باید خود را نشان دهد، این کاهش سرعت باعث افزایش شدید ارتفاع موج میشود. مانند زمانی که یک خودروی در حال حرکت ناگهان ترمز کند، سرنشینان به سمت جلو پرتاب میشوند. در اینجا نیز آبِ در حال حرکت، به سمت بالا فشرده و روی هم انباشته میشود.
این افزایش ارتفاع میتواند موجی به بلندی یک ساختمان چندطبقه ایجاد کند. اما عامل اصلی تخریب، فقط ارتفاع نیست؛ بلکه جرم عظیم آب و جریان قدرتمند آن است. انرژی موج به چند شکل تخریب ایجاد میکند:
۱. ضربه و فشار هیدرودینامیکی: دیواری از آب با سرعت و نیروی زیاد به ساختمانها و سازهها برخورد میکند.
۲. شناوری و بلند کردن: آب میتواند خانهها و ماشینها را از جای خود بلند کند.
۳. سایش و حمل آوار: آب در حال بازگشت به دریا (جریان پسرو)، درختان، خودروها، سنگها و آوارها را با خود میکشد و مانند سمبادهای عظیم، هرچه در مسیر باشد را میساید و از بین میبرد.
مثال ملموس: یک سطل آب را روی یک قلعهی شنی بریزید. حالا تصور کنید آن سطل، یک کامیون تانکر آب باشد و آن قلعهی شنی، یک روستای ساحلی. انرژی منتقلشده توسط حجم آب، تفاوت فاحشی ایجاد میکند.
اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
پاورقی
1 سونامی (Tsunami): از واژگان ژاپنی به معنای "بندرگاهموج". به مجموعهای از امواج با طول موج بسیار بلند گفته میشود که در اثر اختلالی بزرگ و ناگهانی در حجم آب اقیانوس ایجاد میشود.
2 انرژی پتانسیل (Potential Energy): انرژی ذخیرهشده در یک جسم به دلیل موقعیت یا حالت آن. در سونامی، آبِ بلندشده نسبت به سطح دریا، انرژی پتانسیل گرانشی دارد.
3 زمینلرزه (Earthquake): لرزش ناگهانی پوستهی زمین در اثر آزادسازی انرژی ذخیرهشده در گسلها.
4 طول موج (Wavelength): فاصلهی بین دو نقطهی مشابه در دو موج متوالی، مانند فاصله بین دو قله.
