لقد أسرت الأمواج المارقة انتباه كل من البحارة والعلماء لعقود. هذه هي الأمواج العملاقة المعزولة التي تظهر فجأة في المحيط المفتوح.
هؤلاء العمالقة المحيرون موجزون ، عادة ما يدوم أقل من دقيقة قبل اختفاء. يمكن أن تصل إلى ارتفاعات 65 قدمًا (20 مترًا) أو أكبر وغالبًا ما يكون ضعف ارتفاع الموجات المحيطة. مرة واحدة أسطورة بحرية ، وقد لوحظت الآن موجات روغ في جميع أنحاء العالم. لأنها طويلة وقوية للغاية ، يمكنهم أن يشكلوا خطرًا على السفن والهياكل الخارجية.
لإعادة التفكير في الأمواج المارقة وما الذي يسببها ، جمعت فريقًا دوليًا من الباحثين. تدرس دراستنا ، المنشورة في Nature Scientific Reports ، الضوء على هذه العمالقة المحيطية باستخدام مجموعة البيانات الأكثر شمولاً من نوعها.
من خلال تحليل 18 عامًا من قياسات الليزر عالية التردد من منصة زيت Ekofisk في بحر الشمال المركزي ، توصلنا إلى استنتاج مفاجئ مفاده أن الأمواج المارقة ليست مجرد أحداث غريب. تنشأ بموجب القوانين الطبيعية للبحر. فهي ليست غامضة ، لكنها بسيطة إلى حد ما.
27500 ولاية البحر
قمنا بتحليل ما يقرب من 27500 سجل الموجة نصف ساعة ، أو ولايات البحر ، التي تم جمعها بين عامي 2003 و 2020 في وسط بحر الشمال. تصف هذه السجلات ، التي يتم تناولها كل 30 دقيقة ، مدى ارتفاع سطح البحر بمتوسط مستوى سطح البحر. وهي تشمل العواصف الرئيسية ، مثل حدث Andrea Wave في عام 2007.
في ظل الظروف العادية ، تنشأ الأمواج من الرياح التي تهب فوق سطح البحر. يبدو الأمر كما لو كنت تنفخ على فنجان القهوة وتشكل تموجات صغيرة على السطح. في البحر ، مع ما يكفي من الوقت والمكان ، يمكن أن تتحول تلك التموجات إلى موجات كبيرة.
ركزنا على فهم ما الذي يسبب الأمواج فجأة في أن تتجول المارقة وترتفع بكثير فوق موجاتها المجاورة. تعتمد إحدى النظريات المقترحة على عدم الاستقرار التعديلي ، وهي ظاهرة وصفتها النماذج الرياضية المعقدة. لقد قمت بمراجعة هذه النماذج في الماضي ، لأن عملي يشير إلى أن هذه النظرية لا تفسر تمامًا ما الذي يسبب موجات روغ في المحيط المفتوح.
عندما يتم احتجاز الأمواج داخل قناة ضيقة ، تصف نظرية عدم الاستقرار المعدلة حركة تموجها جيدًا. ومع ذلك ، يبدأ في الانهيار عندما تنظر إلى المحيط الحقيقي. في البيئات المفتوحة مثل بحر الشمال ، تكون الأمواج مجانية في الانتشار من اتجاهات متعددة.
لفهم الفرق ، تخيل حشد من المتفرجين الذين يغادرون ملعبًا بعد مباراة كرة قدم. إذا كان المخرج عبارة عن ممر طويل ضيق ذو جدران طويلة ، يتم إجبار الناس على التحرك في اتجاه واحد. أولئك الذين في الخلف يدفعون إلى الأمام ، وقد يتسلق البعض على الآخرين ، ويتراكمون بين الجدران المحصورة. هذا الترابط الكارثي يشبه الموجة المارقة ، الناجمة عن الحبس.
على النقيض من ذلك ، إذا فتح مخرج الاستاد على حقل واسع ، يمكن للمتفرجين أن يتفرقوا بحرية في جميع الاتجاهات. إنهم لا يدفعون بعضهم البعض ، ويتجنبون التراكم.
وبالمثل ، يمكن للباحثين توليد موجات مارقة في قناة محصورة في المختبر ، حيث يطيعون عدم الاستقرار المعدلي. ولكن بدون حبس القناة ، عادةً ما لا تتبع موجات المارقة تلك الفيزياء أو تشكل بنفس الطريقة في البحر المفتوح.
عرف فريقنا أنه كان علينا دراسة البحر المفتوح مباشرة لمعرفة ما يجري بالفعل. لا تصطف البيانات في العالم الحقيقي الذي فحصه فريقي من بحر الشمال مع عدم الاستقرار المعدلي-فهو يروي قصة مختلفة.
إنه مجرد يوم سيء في البحر
قمنا بتحليل سجلات حالة البحر باستخدام التقنيات الإحصائية للكشف عن الأنماط وراء هذه الأحداث النادرة. توضح النتائج التي توصلنا إليها أنه بدلاً من عدم الاستقرار المعدلي ، فإن الموجات المتطرفة التي لوحظت على الأرجح تشكل من خلال عملية تسمى التداخل البناء.
يحدث التداخل البناء عندما يصطف اثنتين أو أكثر من الأمواج وتجمع في موجة واحدة كبيرة. يتم تضخيم هذا التأثير من خلال عدم التماثل الطبيعي لموجات البحر – عادة ما تكون قممها أكثر حدة وأكثر حدة من أحواضها.
تتشكل الأمواج المارقة عندما تصطف الكثير من الأمواج الأصغر وتبدأ قهاراتها الأكثر حدة في المكدس ، والبناء في موجة واحدة ضخمة ترتفع لفترة وجيزة فوق محيطها. كل ما يتطلبه الأمر لركوب القارب الهادئ للتحول إلى يوم سيء في البحر هو لحظة تتقارب فيها العديد من الأمواج العادية.
ترتفع هذه الأمواج المارقة وتنخفض في أقل من دقيقة ، بعد ما يسمى بنمط شبه محدد في المكان والزمان. يمكن التعرف على هذا النوع من الأنماط وقابل للتكرار ، ولكن مع لمسات العشوائية. في محيط مثالي ، ستختفي هذا العشوائية تقريبًا ، مما يسمح للموجات المارقة بالنمو إلى ارتفاعات لا حصر لها تقريبًا. لكن الأمر سيستغرق أيضًا الأبدية لمشاهدة واحدة من هذه الموجات ، حيث سيتعين على الكثيرين أن يصطفوا بشكل مثالي. مثل انتظار Fortuna ، إلهة Chance ، لدحرج نرد تريليون ويحصلون عليها جميعًا تقريبًا على نفس العدد.
في المحيط الحقيقي ، تحد الطبيعة من حجم الموجة المارقة التي يمكن أن تنمو بفضل كسر الموجة. مع ارتفاع الموجة في الطول والطاقة ، لا يمكن أن تتجاوز نقطة معينة من اللاعودة. إن طرف الموجة يتسرب ويتحرك في الرغوة ، أو WhiteCap ، يطلق الطاقة الزائدة.
النمط شبه المحدد وراء الأمواج المارقة
الأمواج المارقة لا تقتصر على البحر. يمكن أن يحدث التداخل البناء لأنواع عديدة من الأمواج. تشرح النظرية العامة التي تسمى “شبه مجنونة الأمواج” ، التي طورها مصور المحيط باولو بوكوتي ، كيف تتشكل الأمواج المارقة ، سواء في المحيط أو في أنظمة الموجة الأخرى.
على سبيل المثال ، بالنسبة للمياه المضطربة التي تتدفق عبر قناة محصورة ، تتجلى الموجة المارقة في شكل ارتفاع مكثف قصير الأجل في دوامات-أنماط من دوامات الدوران في الماء التي تنمو لحظات أكبر أثناء تحركها في اتجاه مجرى النهر.
على الرغم من أن موجات المحيط تبدو غير متوقعة ، إلا أن نظرية Boccotti تُظهر أن الموجات الشديدة ليست عشوائية تمامًا. عندما تتشكل موجة كبيرة حقًا ، تتبع الأمواج الموجودة في البحر من حولها نمطًا يمكن التعرف عليه من خلال التداخل البناء.
طبقنا نظرية Boccotti لتحديد وتوصيف هذه الأنماط في سجلات موجة بحر الشمال المقاسة.
تحمل الموجات العملاقة التي لوحظت في هذه السجلات نوعًا من التوقيع أو البصمات ، في شكل مجموعة موجة ، والتي يمكن أن تكشف كيف ظهرت الموجة المارقة. فكر في مجموعة موجة مثل مجموعة صغيرة من الأمواج تتحرك معًا. أنها ترتفع ، الذروة ثم تتلاشى من خلال التداخل البناء. يتيح تتبع مجموعات الموجة هذه للباحثين فهم الصورة الأكبر لحدث مارق حيث يتكشف.
على سبيل المثال ، ضربت عاصفة قوية بحر الشمال في 24 نوفمبر 2023. استحوذت كاميرا في منصة Ekofisk على موجة ضخمة 55 قدمًا (17 مترًا). لقد طبقت نظرية شبه الحرج ونموذج منظمة العفو الدولية للتحقيق في أصل هذه الموجة المتطرفة. وكشف تحليلي أن الحدث المارق يتبع هذه النظريات-شبه الحاسمة والتدخل البناء-وجاء من موجات أصغر متعددة تتكدس مرارًا وتكرارًا.
إن إدراك كيف يمكن أن يساعد شكل الموجات المارقة المهندسين والمصممين على بناء سفن أكثر أمانًا ومنصات خارجية – والتنبؤ بشكل أفضل بالمخاطر.
يتم إعادة نشر هذه المقالة من المحادثة ، وهي مؤسسة إخبارية مستقلة غير ربحية تجلب لك الحقائق والتحليلات الجديرة بالثقة لمساعدتك على فهم عالمنا المعقد. كتبه: Francesco Fedele ، معهد جورجيا للتكنولوجيا
اقرأ المزيد:
لا تعمل Francesco Fedele مع الأسهم أو استشارةها أو تلقيها من أي شركة أو مؤسسة ستستفيد من هذه المقالة ، ولم تكشف عن أي انتماءات ذات صلة تتجاوز تعيينها الأكاديمي.