المد والجزر الداخلي

تتولد تيارات المد والجزر الداخلية نتيجةً لتحريك تيارات المد والجزر السطحية للمياه الطبقية صعودًا وهبوطًا على تضاريس مائلة، مما يُنتج موجة في أعماق المحيط. لذا، فإن تيارات المد والجزر الداخلية هي موجات داخلية بتردد المد والجزر. أما المصدر الرئيسي الآخر للموجات الداخلية فهو الرياح، التي تُنتج موجات داخلية قريبة من التردد الذاتي. عندما تُزاح كتلة صغيرة من الماء عن موضع توازنها، فإنها تعود إما إلى الأسفل بفعل الجاذبية أو إلى الأعلى بفعل الطفو. ستتجاوز كتلة الماء موضع توازنها الأصلي، وسيؤدي هذا الاضطراب إلى إطلاق موجة جاذبية داخلية. ويشير مونك (1981) إلى أن "موجات الجاذبية في أعماق المحيط شائعة مثل الموجات على سطح البحر، بل ربما أكثر شيوعًا، إذ لم يُبلغ أحد قط عن حالة هدوء داخلي". ^{[ 1 ]}

ينتشر المد السطحي كموجة تتذبذب فيها جزيئات الماء في عمود الماء بأكمله في نفس الاتجاه عند طور معين (أي في القاع أو القمة، الشكل 1، أعلى). هذا يعني أنه بينما قد ينتشر شكل الموجة السطحية نفسه عبر سطح الماء، فإن جزيئات السائل نفسها محصورة في نطاق صغير نسبيًا. يتحرك السائل لأعلى عند مرور قمة الموجة السطحية، ولأسفل عند مرور القاع. وتقتصر الحركة الجانبية على تعويض فرق الارتفاع في عمود الماء بين قمة الموجة وقاعها: فمع ارتفاع السطح عند أعلى عمود الماء، يتحرك الماء جانبيًا نحو الداخل من أعمدة الماء المجاورة المتحركة لأسفل لتعويض التغير في حجم عمود الماء. وبينما يركز هذا التفسير على حركة مياه المحيط، فإن الظاهرة الموصوفة هي في جوهرها موجة بينية، حيث تحدث عمليات انعكاس على جانبي السطح الفاصل بين سائلين: مياه المحيط والهواء.

بأبسط صورة، يمكن اعتبار الموجة الداخلية موجةً بينية (الشكل 1، أسفل) عند الحد الفاصل بين طبقتين من المحيطات، تختلفان باختلاف خصائص الماء، كطبقة سطحية دافئة وطبقة عميقة باردة يفصل بينهما خط فاصل حراري . ومع انتشار المد والجزر السطحي بين هاتين الطبقتين على سطح المحيط، تحاكيه موجة داخلية مماثلة في الأسفل، مُشكّلةً المد والجزر الداخلي. وتكون الحركة البينية بين طبقتي المحيط كبيرة مقارنةً بالحركة السطحية، لأنه على الرغم من أن قوة الاستعادة للأمواج الداخلية والمد والجزر هي الجاذبية، كما هو الحال مع الأمواج السطحية، إلا أن تأثيرها يقلّ نظرًا لتشابه كثافة الطبقتين نسبيًا مقارنةً باختلاف الكثافة الكبير عند الحد الفاصل بين الهواء والبحر. وبالتالي، فإن الإزاحات داخل المحيط تكون أكبر مما هي عليه على سطح البحر.

تحدث ظاهرة المد والجزر بشكل رئيسي خلال فترات النهار ونصف النهار . يُعرف المكون الرئيسي نصف اليومي للقمر باسم M2، وعادةً ما يكون له أكبر سعة. (للمزيد من المعلومات، انظر الروابط الخارجية).

تتولد أكبر تيارات المد والجزر الداخلية في التضاريس شديدة الانحدار في وسط المحيط، مثل سلسلة جبال هاواي، وتاهيتي، وسلسلة جبال ماكواري، والسلاسل الجبلية البحرية في مضيق لوزون. ^{[ 3 ]} كما تُولد المنحدرات القارية، مثل الجرف الشمالي الغربي الأسترالي، تيارات مد وجزر داخلية كبيرة. ^{[ 4 ]} قد تنتشر هذه التيارات باتجاه الشاطئ وتتلاشى كما تتلاشى أمواج السطح، أو قد تنتشر بعيدًا عن التضاريس باتجاه المحيط المفتوح. بالنسبة للتضاريس العالية شديدة الانحدار في وسط المحيط، مثل سلسلة جبال هاواي، يُقدر أن حوالي 85% من طاقة تيار المد والجزر الداخلي تنتشر في أعماق المحيط، بينما يُفقد حوالي 15% من طاقتها في نطاق 50  كيلومترًا تقريبًا من موقع التولد. تُساهم الطاقة المفقودة في حدوث اضطراب واختلاط بالقرب من مواقع التولد. ^{[ 5 ] [ 6 ]} ليس من الواضح أين تتبدد الطاقة التي تغادر موقع التوليد، ولكن هناك 3 عمليات محتملة: 1) تتشتت المد والجزر الداخلية و/أو تنكسر عند تضاريس وسط المحيط البعيدة، 2) التفاعلات مع الموجات الداخلية الأخرى تزيل الطاقة من المد والجزر الداخلي، أو 3) تتجمع المد والجزر الداخلية وتنكسر على الأرفف القارية.

أشار بريسكو (1975) إلى أنه "لا يمكننا حتى الآن الإجابة بشكل مُرضٍ على الأسئلة التالية: من أين تأتي طاقة الموجات الداخلية، وإلى أين تذهب، وماذا يحدث لها على طول الطريق؟" ^{[ 7 ].} على الرغم من أن التطورات التكنولوجية في الأجهزة والنمذجة قد أدت إلى زيادة معرفتنا بالمد والجزر الداخلي وتوليد الموجات شبه القصور الذاتي، فقد لاحظ غاريت وكونز (2007) بعد 33 عامًا أن "مصير [المد والجزر الداخلي واسع النطاق] المُشع لا يزال غير مؤكد. فقد يتشتت إلى [موجات أصغر حجمًا] عند اصطدامه بالجزر ^{[ 8 ] [ 9 ]} أو قاع البحر الخشن ^{[ 10 ]} ، أو ينقل طاقته إلى موجات داخلية أصغر حجمًا في أعماق المحيط ^{[ 11 ]} ، أو "ينكسر على المنحدرات القارية البعيدة ^{[ 12 ]} ". ^{[ 13 ].} من المعروف الآن أن معظم طاقة المد والجزر الداخلي المتولدة في تضاريس وسط المحيط العالية والشديدة الانحدار تشع بعيدًا على شكل موجات داخلية واسعة النطاق. تُعدّ طاقة المد والجزر الداخلية المُشعّة أحد المصادر الرئيسية للطاقة في أعماق المحيط، حيث تُشكّل ما يُقارب نصف طاقة الرياح المُدخلة. ^{[ 14 ]} ويزداد الاهتمام بالمد والجزر الداخلية نظرًا لتأثيرها على حجم وعدم تجانس الاختلاط المكاني، والذي بدوره يُؤثّر بشكل مباشر على دوران الانقلاب المداري . ^{[ 3 ] [ 14 ] [ 15 ]}

تُسمى طاقة المد والجزر الداخلية في دورة مد وجزر واحدة، والتي تمر عبر منطقة عمودية على اتجاه الانتشار، بتدفق الطاقة، ويتم قياسها بوحدة واط/م²${\displaystyle ^{2}}$يمكن جمع تدفق الطاقة عند نقطة ما على امتداد العمق، وهذا ما يُعرف بتدفق الطاقة المتكامل مع العمق، ويُقاس بوحدة واط/متر. يُنتج سلسلة جبال هاواي تدفقات طاقة متكاملة مع العمق تصل إلى 10  كيلوواط/متر. الموجات ذات الطول الموجي الأطول هي الأسرع، وبالتالي تحمل معظم تدفق الطاقة. بالقرب من هاواي، يبلغ الطول الموجي النموذجي لأطول مد داخلي حوالي 150  كيلومترًا، بينما يبلغ الطول الموجي للموجة التي تليها حوالي 75  كيلومترًا. تُسمى هاتان الموجتان بالنمط 1 والنمط 2 على التوالي. على الرغم من أن الشكل 1 يُظهر عدم وجود أي تعبير عن المد الداخلي على سطح البحر، إلا أن هناك في الواقع إزاحة بضعة سنتيمترات. يمكن رصد هذه التعبيرات السطحية للمد الداخلي بأطوال موجية مختلفة باستخدام قمري توبكس/بوسيدون أو جيسون-1 (الشكل 2). ^{[ 9 ]} بالقرب من خط عرض 15 شمالاً وخط طول 175 غرباً على سلسلة جبال جزر لاين، تتشتت تيارات المد والجزر الداخلية من النمط 1 بفعل التضاريس، مما قد يُحدث اضطراباً واختلاطاً، وينتج عنه تيارات مد وجزر داخلية من النمط 2 ذات طول موجي أصغر. ^{[ 9 ]}

الاستنتاج الحتمي هو أن الطاقة تُفقد من المد والجزر السطحي إلى المد والجزر الداخلي عند تضاريس منتصف المحيط والجرف القاري، ولكن الطاقة في المد والجزر الداخلي لا تُفقد بالضرورة في المكان نفسه. فقد ينتشر المد والجزر الداخلي لآلاف الكيلومترات أو أكثر قبل أن ينكسر ويختلط في أعماق المحيط.

تكمن أهمية المد والجزر الداخلي والأمواج الداخلية عمومًا في تكسرها، وتبديد الطاقة، وخلط مياه المحيط العميق. فلو انعدم الخلط في المحيط، لكان المحيط العميق بركة باردة راكدة ذات طبقة سطحية رقيقة دافئة. ^{[ 16 ]} وبينما تعيد الدورة الانقلابية المدارية (المعروفة أيضًا بالدورة الحرارية الملحية ) توزيع حوالي 2 بيتاواط من الحرارة من المناطق الاستوائية إلى المناطق القطبية، فإن مصدر الطاقة لهذا التدفق هو الخلط الداخلي، وهو أصغر بكثير نسبيًا - حوالي 2 تيراواط. ^{[ 14 ]} وقد أظهر ساندستروم (1908) أن السائل الذي يسخن ويبرد على سطحه لا يمكنه تكوين دورة انقلابية عميقة. ^{[ 17 ]} وقد أدرجت معظم النماذج العالمية خلطًا منتظمًا في جميع أنحاء المحيط لأنها لا تتضمن أو تحل تدفقات المد والجزر الداخلية.

مع ذلك، بدأت النماذج الآن في تضمين الاختلاط المتغير مكانيًا المرتبط بالمد والجزر الداخلي والتضاريس الوعرة حيث ينشأ، والتضاريس البعيدة حيث قد ينقطع. يصف وونش وفيراري (2004) ^{[ 18 ]} التأثير العالمي للاختلاط غير المتجانس مكانيًا بالقرب من تضاريس وسط المحيط: "تشير عدة أدلة، غير مكتملة، إلى أن الدوران العام للمحيطات، بعيدًا عن كونه محركًا حراريًا، يخضع بشكل شبه كامل لتأثير حقل الرياح، وبشكل ثانوي للمد والجزر في المياه العميقة... الاستنتاج الذي لا مفر منه الآن، وهو أن الاختلاط "الرأسي" الكبير في معظم المحيطات يقتصر على المناطق الحدودية ذات التضاريس المعقدة، يعني دورانًا داخليًا مختلفًا جذريًا عما هو ممكن مع الاختلاط المنتظم. يبقى السؤال مطروحًا حول ما إذا كانت نماذج دوران المحيطات... التي لا تأخذ في الحسبان بشكل صريح مدخلات الطاقة إلى النظام، ولا توفر التباين المكاني في الاختلاط، ذات صلة فيزيائية في ظل ظروف مناخية متغيرة." هناك فهم محدود لـ "المصادر التي تتحكم في طاقة الموجات الداخلية في المحيط ومعدل تبددها"، ولا يزالون يعملون على تطوير بعض "المعلمات الخاصة بالخلط الناتج عن تفاعل الموجات الداخلية، والدوامات متوسطة الحجم ، والتقلبات الباروتروبية عالية التردد، والحركات الأخرى فوق التضاريس المنحدرة".

قد تتلاشى تيارات المد والجزر الداخلية على المنحدرات القارية والأرفف ^{[ 12 ]} أو حتى تصل إلى مسافة 100 متر من الشاطئ (الشكل 3). تجلب هذه التيارات دفعات من المياه الباردة نحو الشاطئ، مُحدثةً فروقًا كبيرة في درجات الحرارة الرأسية. عند انكسار أمواج السطح، تختلط المياه الباردة صعودًا، مما يجعلها باردةً بالنسبة لراكبي الأمواج والسباحين ورواد الشاطئ الآخرين. يمكن أن تتغير درجة حرارة المياه السطحية في منطقة الأمواج المتكسرة بنحو 10  درجات مئوية في غضون ساعة تقريبًا.

يمكن أن تُعزز التيارات المدية الداخلية، الناتجة عن التيارات المدية نصف اليومية التي تصطدم بالنتوءات البحرية شديدة الانحدار في ممرات الجزر، مثل ممر مونا ، أو بالقرب من حافة الجرف القاري، التبدد المضطرب والخلط الداخلي بالقرب من موقع التولد. ويمكن أن يُفسر تطور عدم استقرار كلفن-هيلمهولتز أثناء انكسار التيار المدّي الداخلي تكوّن بقع ذات انتشارية عالية تُولّد تدفقًا رأسيًا للنترات (NO₃⁻ ₎ إلى المنطقة الضوئية، ^مما يُمكن أن يدعم إنتاجًا جديدًا محليًا. ^{[ 19 ] [ 20 ]} آلية أخرى لزيادة تدفق النترات عند المد والجزر الربيعي تنتج عن نبضات من التبدد المضطرب القوي المرتبط بحزم السوليتون الداخلية عالية التردد . ^{[ 21 ]} بعض حزم السوليتون الداخلية هي نتيجة للتطور غير الخطي للتيار المدّي الداخلي.

• المد والجزر
• موجة داخلية
• علم المحيطات الفيزيائي

• معهد سكريبس لعلوم المحيطات
• نظام مراقبة المحيط الساحلي في جنوب كاليفورنيا
• المد والجزر الداخلي للمحيطات، هاربر سيمونز، بقلم جين واغمان من مركز الحوسبة الفائقة في منطقة القطب الشمالي
• المكونات الرئيسية للمد والجزر في كتاب علم المحيطات الفيزيائي، بوب ستيوارت من جامعة تكساس إيه آند إم
• يتناول عمل إريك كونزي الموجات الداخلية، والمد والجزر الداخلي، والخلط، وغير ذلك.