הדינמיקה של הים - איך גל נוצר

מאת יואב נקש יולי 25, 2014

כמה פעמים בעבר ישבתם מול הים וחשבתם לעצכם "מהם הדברים המעוגלים האלו בכלל?" נושא הגלים – דרך היווצרותם, המסע שלהם בים הפתוח ובין כל האוקיאנוסים כשבסופו הם נשברים על החופים השונים ברחבי העולם, היווה מוקד מחקר מרתק עבור אוקיאנוגרפים, ימאים, סופרים וגולשים במשך מאות, אם לא אלפי שנים.

התשובה לשאלה הנשאלת לעיל, היא פשוטה מיסודה: גל ימי הוא ביטוי לאנרגיה מתפרצת. משמע, האנרגיה של השמש עם התנועה הסיבובית של העולם יוצרים גלי חום וקור המניעים את שכבות האטמוספירה וגורמים להיווצרותה של תנועות אויר (רוח), אנרגיה זו ממשיכה את מסעה "ומתחככת" על פני הים כשהתוצר הסופי הוא הידרו- אנרגיה בשם "גל".

 כן, ההסבר מאוד יבש כשזה נוגע לתופעה "רטובה" שלה כוח ועוצמה רבה, לה, גורמים משמעותיים רבים נוספיםהמפועים בהסבר הבא - מה באמת גורם לאנרגיה הזו להיות לפעמים אותו גל מושלם:

wave1

הדינמיקה של הים

זרם הגלים נוצר כאשר רוח נושבת באופן רציף על גבי שטח רחב של הים, מרחב הרוחות הנושבות על פני הים נקרא Wind's fetch.

גובה הגלים מותנה בשלושה גורמים עיקריים: עוצמת (מהירות) הרוח, המרחב בו היא נושבת ומשך הזמן,. לכן גלים נוטים להיות גבוהים יותר בחופים הסמוכים לאוקיאנוסים גדולים שבהם נע הגל על פני מאות קילומטרים ומושפעים מריבוי אפיקים נמוכים.

לגל סטנדרטי יש 4 ערכים עיקריים, והם:

א. מהירות Speed מסומנת באות C ונמדדת בדרך כלל בקשרים - מתייחסת לערך ההתקדמות של הגל על פני הים

ב. אורך Length מסומן באות L ונמדד ברגל או מטר - מתייחס אל המרחק האופקי שבין רכס אחד למשנהו או בין גיא אחד למשנהו

ג. זמן מחזור Period מסומן באות T ונמדד בשניות - מתייחס אל זמן המסע בין הרכסים העוברים נקודה קבועה

ד. גובה Height מסומן באות H ונמדד ברגל או מטר -  מתייחס אל המרחק האנכי בין חלקו העליון של רכס הגל לחלקו התחתון של הגיא הסמוך לו.

שורת גלים עוקבים בעלת אותה מהירות, אורך, זמן מחזור וגובה קרויה "רכבת"Train of Waves
באופן טבעי "רכבת" של גלים, אפילו פשוטים, כפי שהוגדרה לעיל, כמעט שלא מצויה בפועל. במקום זה פני הים במרבית המקרים הם מצגת של חוסר סדר של גלים בעלי גובה ואורך משתנים הנמצאים בסמוך אחד לשני.

wave3

עם זאת ישנם מקרים אחרים בהם רכסי הגלים נמצאים פחות או יותר בקו מקביל ונעים כמעט באותה המהירות.

 מהירות = אורך הגל/ זמן מחזור (C = L / T ) 

הנסיון מוכיח שהגלים הגבוהים ביותר נוצרים בדרך כלל בגלים שאורכם גדול יותר. כלומר, יש יחס ישיר בין אורך הגל לגובהו. כאשר רוח מתחילה לנשב על פני שטח ים גדול, לפחות כמה מאות מילים מרובעים, ממצב קודם של שקט מוחלט, "רכבות" גלים מתחילות להיווצר והן מתגברות בגובה, זמן מחזור ואורך.

exp1

 1. הרוח מתחככת על פני המים ויוצרת אי-סדר. 2. היווצרותם של גלי רוח. 3. התחלה של Swell, גיבוע 4. " רכבת הגלים"נעה.

כל זמן שהגלים נמצאים עדיין באותו אזור הם ימשיכו לגדול ולהתעצם עד גודל מסוים אשר ייקבע על פי מהירות הרוח, זמן נשיבתה של הרוח, המרחק על פניו הרוח מנשבת (מרווח ים או  winds fetch ) ועומק המים.. בהתחלה הגלים יהיו נמוכים ותלולים, כלומר הערך היחסי בין הגובה לאורך יהיה גדול. לאחר מכן המצב ישתנה והערך היחסי בין האורך לגובה יהיה נמוך בעוד שהערכים המוחלטים יגדלו.

 Swell = גיבוע

הגלים שהתייחסנו אליהם עד עתה הם אלה שנוצרו באופן ישיר על ידי הרוח, או במילים אחרות "גלי ים", “Sea Waves ". באיזה שהוא פרק זמן נוצר מצב בו מהירות הרוח יורדת באותו אזור וכתוצאה מכך "רכבות הגלים" שהרוח יצרה תעלמנה מאזור זה.

מה קורה כאשר "רכבת הגלים" לא מקבלת יותר אנרגיה? באופן מעשי " רכבות הגלים" ינועו עדיין לזמן מה לפני שגובהן יקטן, ובעת ובעונה אחת אורך הגל שלהן יגדל לאט. 

wave5

סוג זה של "רכבות גלים" אשר בהן נפגשים מעבר לתחום האזור בו נשבה הרוח קודם לכן, ובו הן נוצרו במקור, נודעות בשם "גיבוע" Swell . באוקינוסים "רכבות גיבוע" כאלה נעות אלפי מילים עד שהן דועכות לגמרי. בימים סגורים כים התיכון אורך וזמן המסע של "רכבות גיבוע"קצר הרבה יותר ותלוי גם בהשתנות הרוח המייצרת "רכבות גלים" מכוון אחר.

גל גיבוע בים פתוח נבדל מגל ים באופן משמעותי מאחר ואין לו את האנרגיה של גל ים. יש לו צורת שטח אחידה, שמנונית ובלתי נשברת ואורך גדול, בעוד שגל ים צורתו בלתי אחידה והוא נשבר.

רוחות מקומיות משפיעות על צורתו וטיבו של הגל מכיוון שהן יכולות לשנות את המרקם החלק של המשטח העליון של הגל עליו גולשים. 

wave4

תנאים אידיאליים לגלישה כוללים רוחות חוף (OFF SHORE) מתונות שנושבות לפנים הגל וכך שומרות על יציבותו, גובהו ולבסוף מביאות גם לשבירתו... המעוגלת.

האנרגיה של הגלים

ל"רכבת גלים יש פוטנציאל אנרגיה עקב תנועת הגלים במסלול מעגלי אנכי, מעלה ומטה ממצב מקורי של ים שטוח. כמו כן יש ל "רכבת" כזו גם אנרגיה קינטית עקב תנועה של כל חלקיק מים באותם מסלולים מעגליים אנכיים. באופן תאורטי האנרגיה הפוטנציאלית והאנרגיה הקינטית שוות ויחסיות לרבוע האורך כפול גובה הגל (= LH בריבוע)

charts

אם נשווה את הדבר לצורך ההמחשה לגלים המתנפצים על סלעים במים עמוקים, הרי שנמצא לצורך הדוגמא שגלים בגובה של כ 7 מטר יעבירו אנרגיה של 230 כ"ס על כל 30 ס"מ של הסלעים הללו. זה מסביר את כוחם ההרסני של גלים הנשברים על שוברי גלים, אניות טבועות שחלקן גלוי מעל הים, וכדומה.

האנרגיה של גלים בעומק הים מתיחסת אל מחצית מהירות הגל. עובדה זו קובעת למעשה את תפוצת "רכבת הגלים" במחצית מהמהירות של הגל הבודד. הסיבה היא שבכל קבוצת גלים הגלים האמצעיים הם הגבוהים ביותר, בעוד שהגלים בקידמת ובאחורי הקבוצה הם הנמוכים ביותר. גלים מאבדים אנרגיה אחרי שהם נשברים בפיסגת הגל, או כאשר רוח מתחילה לנשב מכוון מנוגד לתנועתם.

רוח, ים, ו... אדמה - איך היא משפיעה?

הגורם המשמעותי ביותר לצורתו של הגל בעת שבירתו הוא התוואי הטופוגראפי (קרקעית הים) בין העומק לפני השבירה של הגל והעומק בעת השבירה של הגל, ככל שההבדל בעומקים יהיה גדול יותר – הגל יהיה גבוה וצורתו מעוגלת(דוגמא לכך, חוף Pipe line בהוואי).

exp2

 1.תנאי קרקע רגילים - גובה הגל כשליש מעומקו. 2. שינוי פתאומי בתנאי הקרקע גל מעוגל. 3. רצף (Period) של גלים כשהרוח מכיוון הים Onshore ם 4. רוחות מכיוון החוף - Offshore

המפגש והשבירה של הגל על פלטות שונית (REEF) או על חול, גם הן משפיעות על צורת הגל בשני אופנים: ראשית, תלילותו של השיפוע הוא פרופורציונאלי למקדם השבירה. כש"רכבות הגלים" (הסוול) עובר מעל שינוי פתאומי ותלול בקרקעית ים (מעמוק לרדוד) הדבר יוצר כוח מתפרץ שמגביה את הגל וגורם לאנרגיה שצבר בשיאו לאבד מהמומנטום להשבר. השבירה של הכוח ממשיכה את מסעה לאורך החוף והשונית ככול שהתנאים הטופוגרפיים מאפשרים זאת.

island

שנית, המיקום והכיוון של הגורמים (ריף או חול) ביחס לכיוון הזרימה קובעים את אורך הזמן, תדירותו וצורתו של הגל בתהליך שבירתו.

כשהגל "מתלפף" סביב למפרץ או לאי, השבירה של הגל מצמצמת את גובהה בהדרגה בעוד קדמת הגל נמתח במרחבים שונים.

לסיכום:

היווצרות הגלים מותנית לעיתים גם בגורמים אטמוספריים אוקיאנוגראפיים, וגיאולוגיים אשר אינם מצויינים בכתבה, כגון השפעת מערכת השמש והירח על שינויי גאות ושפל, רעשי אדמה בקרקעית הים וביבשה, התפרצות געשית וכמובן גלי צונאמי שאוגרים תאוצה ויכולים לשנות כיוון עקב השפעת הירח...
במימד המקומי כל גל שונה מקודמו ובמימד הגלובלי הטופוגרפיה תהיה ייחודית רק לאותו המקום. חשוב להיות קשוב לים ולהכיר את חוף הגלישה –הים והגלים הם פצצות אנרגיה אינסופיות שבסופו של יום מועברות אלינו ... ומאיתנו והלאה.

ים-צלול, עכשיו.

שתף בפייסבוק שתף בטוויטר הוסף תגובה
יואב נקש

עורך ראשי, כתב-צלם. מייסד האתר "צלם ים". פעיל סביבה וחברה גולש שאוהב את העולם. משפט לחיים: "רוח האדם כרוח הים היא, למרחבים תשאף וגבולותיה אין קץ." ציטוט אהוב מסרט: I am just the Garbage man - Big Wednesday

מגזין +

ינואר 01, 1970

הפיד של צלם ים

יודעים משהו שאנחנו לא?

יש לכם ידיעה מרעישה? אירוע חדשותי מעניין ו/או בלעדי? ראיתם דולפין? תפסתם גל ענק? הייתם עדים למפגע סביבתי? אירוע חברתי? סיפור? קישור? תמונה? סרטון? יש חדש בעולם הים ואנו לא מודעים אליו? שתפו אותנו בכל דבר ונשתף עם העולם.

מלאו את הפרטים בטופס הבא ושלחו אלינו (כוכביות - שדות מילוי חובה)









צור קשר

אתר צלם ים מאמין בקשר אישי וישיר עם כל אדם שבנפשו נושבת רוח ים - נשים וגברים כאחד. אנא מלאו את הטופס הבא במלואו ופרטו את מטרת פנייתכם. צוות צלם ים משקיע תשומת לב רבה לפנייתכם ויעשה את המרב בכדי להשיב לכם בהקדם.




צלם ים