جزر و مد خلیج فارس و تنگه هرمز

جهت اطلاع از جزر و مد خلیج فارس و تنگه هرمز اینجا لینک کنید

جزر و مد چیست؟

جزر و مد یکی از منظم‌ترین پدیده‌های جهان است. با طلوع خورشید در شرق و بیرون آمدن ستارگان در شب اطمینان داریم که آب‌های اقیانوس به طور منظم در امتداد سواحل ما پیشروی می‌کنند و یا به عقب می‌روند.

جزر و مد، امواج بسیار بلندی هستند که در پاسخ به نیروهای وارد شده از سمت ماه و خورشید در اقیانوس‌ها حرکت می‌کنند. جزر و مد از اقیانوس‌ها سرچشمه می‌گیرد و به سمت خطوط ساحلی پیش می‌رود و به صورت افزایش و سقوط منظم سطح دریا ظاهر می‌شود.

هنگامی که بالاترین قسمت یا تاج موج به مکان خاصی می‌رسد جزر و مد بالا رخ می‌دهد. جزر و مد پایین مربوط به پایین‌ترین قسمت موج یا قعر آن است. اختلاف قد بین جزر و مد جزر و مد را دامنه جزر و مد می‌گویند.

چه چیزی باعث جزر و مد می‌شود؟

باد اولین نیرویی است که باعث ایجاد امواج در سطح اقیانوس می‌شود اما باعث جزر و مد نمی‌شود. جزر و مد به تغییرات روزانه سطح آب اقیانوس در هر مکان مشخص اطلاق می‌شود. عوامل اصلی ایجاد جزر و مد نیروی جاذبه ماه و خورشید هستند.

ماه چگونه بر اقیانوس‌ها تأثیر می‌گذارد؟

از آنجا که ماه یک جسم نسبتاً بزرگ در فضا است که بسیار به زمین نزدیک است گرانش آن در واقع آب زمین را به سمت خود می‌کشد. هرجا که ماه وجود دارد و همانطور که ماه به دور زمین می‌چرخد ​یک برآمدگی به وجود می‌آید که تا زمانی که ماه در فراز آن ناحیه قرار دارد این برآمدگی وجود خواهد داشت.

آن طرف کره زمین که از ماه دورتر است نیز دارای برآمدگی است. این پدیده به این دلیل است که زمین نسبت به آب در قسمت دورتر، به ماه نزدیکتر است. جاذبه ماه بیشتر از آب طرف مقابل روی کره زمین، این سیاره را می‌کشد.

این دو برآمدگی آب در دو طرف زمین که همراستا با ماه هستند جزر و مد بلند نامیده می‌شود. از آنجا که آب اقیانوس در مناطق مربوط به دو جزر و مد بلند کشیده می‌شود در دو طرف مقابل آب کمتری وجود دارد و در این مناطق جزر و مد کوتاه رخ می‌دهد.

خورشید چگونه بر سطح اقیانوس ها تاثیر می‌گذارد؟

گرانش ماه دلیل اصلی جزر و مد سطح دریا بر روی زمین است اما خورشید نیز در این جزر و مد نقش دارد. در حقیقت باید بیان کرد که خورشید بسیار بزرگتر از ماه زمین است و جرم آن در حدود ۲۷،۵۰۰،۰۰۰ برابر بیشتر از ماه است.

یک جسم بسیار بزرگ مانند خورشید اگر به اندازه ماه به زمین نزدیک شود جزر و مد فوق العاده بلندی ایجاد می‌کند. با این وجود فاصله آن از زمین بسیار زیاد است و تأثیر آن بر روی جزر و مد نیمی از تاثیر ماه بر این پدیده است.

انواع جزر و مد

وقتی خورشید و ماه هر دو در یک راستا قرار می‌گیرند اثر هر یک به هم اضافه می‌شود و جزر و مدی بلندتر از جزر و مدهای معمولی رخ می‌دهد که به آن «جزر و مد کامل» (Spring tides) یا جزر و مد بهاری می‌گویند.

جزر و مد کامل یا بهاری جزر و مدی با بیشترین دامنه جزر و مد است. با وجود نام این جزر و مد، این پدیده فقط در بهار اتفاق نمی‌افتد. در حقیقت این جزر و مدها در طول سال و هر زمان که ماه در مرحله ماه نو یا ماه کامل قرار دارد یا تقریبا هر ۱۴ روز یکبار رخ می‌دهند.

«خفیف‌ترین جزر و مد‌ها» (Neap tides) جزر و مدی هستند که کمترین دامنه جزر و مدی را دارند و زمانی رخ می‌دهند که زمین، ماه و خورشید زاویه ۹۰ درجه تشکیل می‌دهند. این پدیده دقیقاً در نیمه راه جزر و مد بهاری یعنی هفت روز بعد از جزر و مد بهاری که ماه در اولین یا سومین ربع خود است، اتفاق می‌افتد . این اتفاق به این دلیل رخ می‌دهد که برآمدگی اقیانوس ناشی از خورشید تا حدی برآمدگی اقیانوس ناشی از ماه را حذف می‌کند.

برای آشنایی بیشتر با تکنولوژی نیروگاه‌های بادی، آبی، بیوماس و امواج، می‌توانید فیلم آموزش آشنایی با تکنولوژی نیروگاه های بادی، آبی، بیوماس و امواج را مشاهده کنید که توسط فرادرس ارائه شده، لینک این آموزش در ادامه آورده شده است.

دامنه جزر و مد چیست؟

دامنه جزر و مد تفاوت بین سطح اقیانوس در هنگام رخداد جزر و مد بلند و سطح اقیانوس در جزر و مد کوتاه است. همچنین دامنه جزر و مد برخی از مکان‌ها بیشتر از مکان‌های دیگر است. جزر و مد بلند در حدود دو بار در روز و تقریبا هر ۱۲ ساعت و ۲۴ دقیقه یکبار رخ می‌دهد.

موادی که به دنبال جزر و مد به روی سطح آب می‌آیند در حقیقت در حین فرآیندهای اقیانوسی از اعماق آن جدا شده‌اند.

جزر و مد افزایش و سقوط روزانه سطح دریا در هر مکان خاص است. کشش جاذبه ماه روی زمین در درجه اول دلیل جزر و مد و جاذبه خورشید بر روی زمین دلیل ثانویه است. ماه در این پدیده تأثیر بیشتری دارد زیرا گرچه بسیار کوچکتر از خورشید است اما بسیار نزدیکتر است. نیروی جاذبه ماه تقریباً دو برابر جاذبه خورشید است.

جزر و مد بالا (عکس سمت چپ) و جزر و مد پایین (عکس سمت راست) در دریای فوندی در خلیج ماین در تصویر بالا نشان داده شده است. خلیج فوندی با ۱۱٫۷ متر بیشترین دامنه جزر و مدی را در کره زمین دارد.

الگوهای جزر و مد روزانه

برای درک الگوهای جزر و مد آسانترین کار شناخت تأثیر ماه بر روی زمین است. وقتی ماه به دور سیاره ما می‌چرخد نیروی گرانش آن زمین را به سمت خود می‌کشد.

لیتوسفر قادر به حرکت زیاد نیست اما آب توسط نیروی جاذبه کشیده شده و برآمدگی ایجاد می‌شود. این برآمدگی همان جزر و مد بالا در زیر ماه است. همچنین گرانش ماه زمین را به سمت خود می‌کشد و آب را در سمت مخالف سیاره پشت سر می‌گذارد. این دومین برآمدگی جزر و مد در طرف مقابل زمین از ماه را ایجاد می‌کند. این دو برآمدگی آب در دو طرف زمین همراستا با ماه جزر و مد بالا ایجاد می‌کند.

بدین ترتیب می‌توان گفت آب زیادی در دو جزر و مد بالا حرکت می‌کند و به سمت بالا کشیده می‌شود و بین دو جزر و مد بالا، جزر و مد پایین تشکیل می‌شود. با چرخش زمین در زیر ماه هر روز یک نقطه واحد بر روی زمین دو جزر و مد بالا و دو جزر و مد کم را تجربه می‌کند.

جاذبه گرانشی ماه بر روی آب اقیانوس، جزر و مد بالا و پایین ایجاد می‌کند. همچنین دامنه جزر و مد تفاوت بین سطح اقیانوس در جزر و مد بالا و پایین است.

دامنه جزر و مدی در یک مکان به عوامل مختلفی از جمله شیب کف دریا بستگی دارد. به نظر می‌رسد آب در شیب ملایم نسبت به شیب تند مقدار بیشتری را جابه‌جا می‌شود.

الگوهای جزر و مد ماهانه

اگر به نمودار جزر و مد بالا و پایین در شکل بالا نگاه کنید، خواهید دید که جزر و مدها موج هستند. بنابراین وقتی خورشید و ماه در یک راستا قرار می‌گیرند انتظار دارید که جزر و مد چگونه باشد؟

امواج می‌توانند برهم‌نهی کنند بنابراین وقتی کشش گرانشی هر دو جسم یعنی ماه و خورشید در یک راستا باشد جزر و مد بالا به جزر و مد پایین اضافه می‌شود. در این حالت جزر و مدهای بالا بالاتر و جزر و مدهای پایین نسبت به زمان‌های دیگر ماه پایین‌تر هستند.

به این جزر و مدهای شدیدتر با دامنه جزر و مدی بیشتر، جزر و مد بهاری یا کامل گفته می‌شود. جزر و مد بهاری فقط در بهار اتفاق نمی‌افتد و در هر زمان که ماه در مرحله ماه نو یا ماه کامل قرار دارد یعنی تقریبا هر ۱۴ روز یکبار رخ می‌دهد.

جزر و مد بهاری هنگامی اتفاق می‌افتد که برآمدگی جزر و مد ناشی از ماه و خورشید در یک راستا باشند. ماه در این تصویر کامل است و در تصویر پایین ماه به عنوان یک ماه نو ظاهر می‌شود.

خفیف ترین جزر و مدها زمانی است که کمترین دامنه جزر و مدی وجود دارد و این موضوع زمانی رخ می‌دهد که زمین، ماه و خورشید با یکدیگر زاویه ۹۰ درجه تشکیل می‌دهند.

این جزر و مدها همان طور که گفته شد دقیقاً در نیمه راه جزر و مد کامل اتفاق رخ می‌دهند یعنی زمانی که ماه در اولین یا سومین ربع خود است. ولی سوال این است چگونه جزر و مدها در این حالت جمع می‌شوند تا خفیف‌ترین جزر و مدها را ایجاد کنند.

در این حالت جزر و مد بالای ماه در همان مکان جزر و مد پایین خورشید یا برعکس یعنی جزر و مد پایین ماه در نقطه‌ای که جزر و مد بالای خورشید رخ می‌دهد اتفاق می‌افتد. در جزر و مدهای خفیف دامنه جزر و مدی نسبتاً کم است.

جزر و مد بالا در حدود دو بار در روز تقریباً هر ۱۲ ساعت و ۲۵ دقیقه رخ می‌دهد. دلیل آن این است که چرخش ماه به دور کره زمین ۲۴ ساعت و ۵۰ دقیقه طول می‌کشد و بنابراین ماه ۲۴ ساعت و ۵۰ دقیقه بعد در همان مکان قرار دارد. از آنجایی که جزر و مد بالا دو بار در روز اتفاق می‌افتد هر یک از این جزر و مدها ۱۲ ساعت و ۲۵ دقیقه یکبار رخ دهد.

بین هر دو جزر و مد بالا و پایین چه قدر طول می‌کشد؟

برخی مناطق ساحلی به هیچ وجه از الگوهای جزر و مدی بالا پیروی نمی کنند و ممکن است روزانه یک جزر و مد بالا و پایین داشته باشند و یا بازه زمانی متفاوتی بین دو جزر و مد داشته باشند. این اختلافات اغلب به دلیل شرایط محلی مانند شکل خط ساحلی است که جزر و مد به آن وارد می‌شود.

چرا جزر و مد در رودخانه‌ها، دریاچه‌ها، حوضچه‌ها و سایر اجسام آبی رخ نمی‌دهد؟

برای رویداد جزر و مد به یک منطقه بزرگتر با اثرات کشش بیشتر نیاز است. از این رو دریاچه‌ها و رودخانه‌ها جاذبه گرانشی را تجربه می‌کنند و از آنجا که مساحت یا جرم آب آن‌ها در مقایسه با اقیانوس‌های بزرگ و دریاها زیاد نیست بنابراین کشش قابل توجهی در دریاچه‌ها و رودخانه‌ها تجربه نمی‌شود.

جزر و مد چه قدر برای زندگی انسان مهم است؟

هر حادثه طبیعی رخ داده در عالم دلیلی در طبیعت دارد و بر موجودات زنده تأثیر می‌گذارد. برخی از اهمیت‌های جزر و مد بر زندگی انسان‌ها را در ادامه می توانید بخوانید:

• ماهیگیری: جزر و مد بر سایر جنبه‌های زندگی در اقیانوس‌ها تأثیر می‌گذارد از جمله فعالیت‌هایی مانند تولید مثل ماهیان و گیاهان اقیانوسی.
• غذاهای منطقه جزر و مدی: موجودات دریایی خوراکی مانند خرچنگ، صدف، حلزون، جلبک دریایی و غیره در مناطقی که جزر و مد رخ می‌دهد زندگی می‌کنند و باید به این نکته اشاره کرد که بدون شستشوی منظم اعماق دریا توسط جزر و مد این موجودات پیچیده و فراوان می‌میرند و منابع غذایی کم می‌شود.
• جهت‌یابی: جزر و مد به جهت‌یابی بسیار کمک می‌کند. این رویداد سطح آب را نزدیک به سواحل بالا می‌برد و به کشتی‌ها کمک می‌کند تا راحت‌تر به بندر برسند.
• آب و هوا: جزر و مد آب اقیانوس را به هم زده و متلاطم می‌کند و شرایط آب و هوایی قابل سکونت را ایجاد کرده و دما را در سیارات متعادل می‌کند.
• انرژی جزر و مدی: در هر ۲۴ ساعت دو جزر و مد بلند و دو جزر و مد کوتاه رخ می‌دهد. از این رو حرکت سریع آب در هنگام ورود و خروج منبع انرژی تجدید پذیر را برای افرادی که در این ساحل‌ها زندگی می‌کنند را فراهم می‌کند.

انرژی جزر و مدی چیست؟

انرژی جزر و مدی یک انرژی تجدید پذیر است که با افزایش و کاهش سطح آب و جریان‌های اقیانوس تأمین می‌شود. برخی از فناوری‌های استفاده از انرژی جزر و مد شامل توربین و پارو است.

در طول قرن ۲۰ مهندسان روش‌هایی را برای استفاده از حرکت جزر و مدی برای تولید برق در مناطقی که دامنه جزر و مدی قابل توجهی وجود دارد یعنی تفاوت در ارتفاع بین جزر و مد بالا و جزر و مد پایین وجود دارد، ایجاد کردند. در همه روش‌ها از ژنراتورهای ویژه‌ای برای تبدیل انرژی جزر و مد به برق استفاده می‌شود.

تولید انرژی جزر و مدی هنوز در مراحل ابتدایی است. میزان توان تولید شده تاکنون اندک بوده است و تعداد کمی از نیروگاه‌های جزر و مدی تجاری در جهان فعالیت می‌کنند.

اولین مورد این نیروگاه‌ها در لارانس فرانسه واقع شده است. همچنین بزرگترین تأسیسات نیروگاهی از این دست در دریاچه سیهوا در کره جنوبی است. ایالات متحده هیچ نیروگاه جزر و مدی نداشته و تنها چند مکان در دنیا وجود دارد که می‌توان انرژی جزر و مدی را با قیمت مناسب تولید کرد. در حقیقت چین، فرانسه، انگلیس، کانادا و روسیه پتانسیل بسیار بیشتری برای استفاده از این نوع انرژی دارند.

به علاوه در ایالات متحده نگرانی‌های قانونی در مورد مالکیت زمین زیر آب و اثرات زیست محیطی وجود دارد. سرمایه‌گذاران تجاری نیز علاقه زیادی به انرژی جزر و مدی ندارند زیرا تضمین شدیدی در مورد درآمدزایی یا سودآوری توسط مصرف کنندگان وجود ندارد. با این حال مهندسان و محققین در تلاش هستند تا فناوری ژنراتورهای انرژی جزر و مدی را برای افزایش میزان انرژی تولیدی، کاهش تأثیر آن‌ها بر محیط زیست و یافتن راهی برای کسب سود برای شرکت‌های سرمایه‌گذار بهبود بخشند.

در حال حاضر سه روش مختلف برای به دست آوردن انرژی جزر و مدی وجود دارد که عبارتند از «جریان‌های جزر و مدی» (tidal streams)، «آب بندها» (barrages) و «تالاب‌های جزر و مدی» (tidal lagoons). این سه روش را در ادامه معرفی می‌کنیم.

ژنراتور‌های انرژی جزر و مدی

در اکثر مولدها یا ژنراتورهای انرژی جزر و مدی، توربین‌ها در جریان‌های جزر و مدی قرار می‌گیرند. جریان جزر و مدی یک آب با جریان سریع است که در اثر جزر و مد ایجاد می‌شود.

توربین نیز به ماشینی گفته می‌شود که از جریان یافتن یک سیال انرژی می‌گیرد. این سیال می‌تواند هوا (باد) یا مایع (آب) باشد. از آنجا که چگالی آب بسیار بیشتر از هوا است انرژی جزر و مد از انرژی باد قدرت بیشتری دارد.

همچنین برخلاف باد جزر و مد قابل پیش بینی و پایدار است و در جایی که از ژنراتورهای جزر و مدی استفاده می‌شود این ژنراتورها یک جریان ثابت و قابل اطمینان از برق تولید می‌کنند.

با این حال قرار دادن توربین در جریان‌های جزر و مدی پیچیده است زیرا این ماشین آلات بسیار بزرگ هستند و ممکن است جزر و مدی را که قصد مهار آن را دارند مختل کنند. همچنین اثرات زیست محیطی بسته به اندازه توربین و محل جریان جزر و مدی می‌تواند بسیار شدید باشد.

با این همه توربین‌ها بیشترین تأثیر را در آب کم عمق دارند و انرژی بیشتر تولید می‌کنند و به کشتی‌ها امکان می‌دهند تا در اطراف توربین‌ها مسیریابی انجام دهند. به علاوه پره‌های توربین یک ژنراتور جزر و مدی نیز به آرامی می‌چرخند و این موضوع به موجودات زیر دریا کمک می‌کند تا در سیستم گیر نکنند.

اولین نیروگاه جزر و مدی جهان با این روش در سال ۲۰۰۷ در ایرلند شمالی احداث شد. در این نیروگاه توربین‌ها در یک تنگه باریک قرار می‌گیرند و در این تنگه جزر و مد می‌تواند با سرعت ۴ متر در ثانیه حرکت کند.

آب بندها

نوع دیگر تولید کننده انرژی جزر و مدی از یک سد بزرگ به نام آب بند یا بریج استفاده می‌کند. با استفاده از یک بریج یا آب بند، آب می‌تواند از بالا یا از طریق توربین‌ها به داخل سد ریخته شود. آب بندها را می‌توان بر روی رودخانه‌های دارای جزر و مد، خلیج‌ها و خورها ساخت.

توربین‌های داخل آب بندها از قدرت جزر و مد به همان روشی که یک سد بر روی رودخانه انرژی آن را مهار می‌کند انرژی جزر و مد را مهار می‌کنند. با بالا رفتن جزر و مد دروازه‌های سد باز هستند. در هنگام جزر و مد بالا دروازه‌های سد بسته می‌شود و استخر یا تالاب جزر و مد ایجاد می‌شود. سپس آب از طریق توربین‌های سیلاب رها می‌شود و انرژی را با سرعتی ایجاد می‌کند که توسط مهندسان قابل کنترل است.

تأثیرات زیست محیطی سیستم آب بند می‌تواند بسیار چشمگیر باشد و این ناحیه در محدوده جزر و مدی کاملاً مختل می‌شود. تغییر سطح آب در تالاب جزر و مدی ممکن است به زندگی گیاهان و حیوانات آسیب برساند. شوری آب داخل تالاب جزر و مدی کاهش می‌یابد و این باعث تغییر ارگانیسم‌هایی می‌شود که می‌توانند در آنجا زندگی کنند.

مانند آب بندهای موجود در رودخانه‌ها، ماهی‌ها در داخل یا خارج تالاب جزر و مدی محصور می‌شوند. توربین‌ها به سرعت در آب بندها حرکت می‌کنند و به این ترتیب ممکن است موجودات دریایی در میان آن‌ها گیر کنند. بدین ترتیب با محدودیت منبع غذایی به وجود آمده پرندگان ممکن است مکان‌های مختلفی را پیدا کنند و مهاجرت کنند.

یک آب بند تولید کننده انرژی جزر و مدی بسیار گران‌تر از یک توربین است. اگرچه هزینه سوخت وجود ندارد اما هزینه ساخت و ساز و ماشین آلات به کار رفته در آب بندها بسیار بیشتر است. برخلاف توربین‌های منفرد، آب بندها برای تنظیم میزان خروجی برق به نظارت دائمی نیاز دارند.

نیروگاه جزر و مدی در رودخانه رود رنس در بریتنی فرانسه از یک آب بند استفاده می‌کند. این نیروگاه در سال ۱۹۶۶ ساخته شده و هنوز هم در حال کار است. این نیروگاه از دو منبع انرژی استفاده می‌کند: انرژی جزر و مدی از کانال مانش و انرژی جریان آب رودخانه رانس.

آب بند منجر به افزایش سطح گل و لای در زیستگاه می‌شود و سبب می‌شود موجودات آبزی بومی در گل و لای خفه شوند و اکنون یک ماهی تخت به نام «پلیسه» (plaice) در این منطقه منقرض شده است. موجودات دیگری مانند ماهی‌های دریایی یکی از گونه‌های ماهی مرکب اکنون در خور رانس در معرض تهدید و خطر است. با این حال کیسه ماهی‌ها اکوسیستم‌های ابری و لجنی را ترجیح می‌دهند.

تالاب‌های جزر و مدی

نوع نهایی تولید کننده انرژی جزر و مدی شامل ساخت تالاب‌های جزر و مدی است. تالاب جزر و مدی توده‌ای از آب اقیانوس است که تا حدی توسط یک سد طبیعی یا ساخته شده توسط انسان محصور شده است. تالاب‌های جزر و مدی نیز ممکن است خورهایی باشند که در آن‌ها آب شیرین تخلیه می‌شود.

یک مولد انرژی جزر و مدی با استفاده از تالاب‌های جزر و مدی تقریباً مانند یک آب بند کار می‌کند. با این وجود برخلاف آب بندها می‌توان تالاب‌های جزر و مدی را در امتداد خط ساحلی طبیعی ساخت. یک نیروگاه تالاب جزر و مدی نیز می‌تواند انرژی مداوم تولید کند. توربین‌ها در حال پر شدن و تخلیه شدن تالاب کار می‌کنند.

اثرات زیست محیطی تالاب‌های جزر و مدی کم است. تالاب‌ها را می توان با مواد طبیعی مانند سنگ ساخت. آن‌ها در جزر و مد کوتاه به عنوان موج شکن کوتاه (دیواره دریا) عمل می‌کنند و در جزر و مد بلند به زیر آب می‌روند. حیوانات می‌توانند در اطراف سازه شنا کنند و موجودات کوچک‌تر در داخل آن شنا کنند.