امواج و ساحل

امواج به ساحل که نزدیک می‌شوند به مناطقی می‌رسند که در آن جا عمق آب کمتر از نصف طول آنهاست. در این نواحی سرعت امواج را عمق آب کنترل می‌کند. در این صورت این امواج را امواج «آب کم عمق» می‌نامند: طول موج کاهش پیدا می‌کند، ارتفاع افزایش می‌یابد و سرعت کم می‌شود؛ فقط دوره تناوب ثابت می‌ماند. کف قسمتهای کم عمق تغییر زیادی در امواج پدید می‌آورد. اولاً آنها را می‌شکند (منکسر می‌کند)، یعنی جبهه‌های موج را تقریباً به شکل کف دریا در زیر آب خم می‌کند. ثانیاً وقتی آب خیلی کم عمق می‌شود، امواج می‌شکند.
حتی کم توجهترین ناظر هم خیلی زود به فرایند شکست پی می‌برد. او مشاهده می‌کند که امواج بزرگتر همیشه تقریباً موازی با خط ساحل به آنجا می‌رسند، هر چند در فاصله کمی دور از ساحل در دریا به نظر می‌رسد امواج با زاویه‌ای نسبت به خط ساحل به آن نزدیک می‌شوند. این امر ناشی از شکست موج است، و از نظر زمین شناختی اهمیت زیادی دارد، زیرا تأثیر آن در توزیع انرژی موج به طریقی است که خطوط ساحل را راست کند. در نزدیکی نواحی دماغه‌ای بخشی از جبهه موج که به آب کم عمق می‌رسد ابتدا سرعتش کم می‌شود، و بخشهایی از آن که در آب نسبتاً عمیقتری واقع هستند به حرکت سریع خود ادامه می‌دهند. به این ترتیب موج خم می‌شود تا از همه جوانب به دور دماغه جمع شود. در حین این رویداد، انرژی هم در ناحیه کوچکتری از ستیغ متمرکز می‌شود؛ در نتیجه ارتفاع ستیغ افزایش پیدا می‌کند. این امر گفته قدیمی دریا نوردان را توجیه می‌کند که: «پیش آمدگیهای ساحل امواج را به سوی خود می‌کشند.»
وقتی قسمت دیگر همین مرده موج به یک خلیج وارد شود جبهه موج گسترده می‌شود طوری که ارتفاع امواج در طول خط ساحل به همان نسبت کاهش می‌یابد. به همین علت است که خلیجها لنگرگاههای آرامی هستند و دماغه‌های بلند پیش آمده در معرض فرسایش و حرکتهای خرد کننده موج قرار دارند؛ همه این اثرها از موجهای یکسانی ناشی می‌شوند. می‌توان این مشخصه امواج را به طور کمی بررسی کرد و می‌توان طرح پیشروی هر موجی را در آبهایی با عمق معلوم ترسیم کرد. مهندسان در طراحی ساختمانهای ساحلی، مانند موج شکنها و اسکله‌ها، معمولاً نمودارهای شکست امواج را ترسیم می‌کنند تا تأثیر امواج با دوره‌های تناوب و راستاهای مختلف را پیشاپیش تعیین کنند. این نمودارها مواضع متوالی جبهه موج را نشان می‌دهند، و توسط خطوطی عمود بر جبهه‌های موج به مناطقی تقسیم می‌شوند که نمایانگر انرژی موج یکسان هستند. نسبت فاصله میان چنین مناطقی در دریا به همین فواصل در ساحل «ضریب شکست» است که وسیله‌ای مناسب برای مقایسه روابط انرژی است.
در بررسیهایی که در مورد شکست انجام می‌گیرد باید بی نظمیهای فوق العاده کوچک زیر آب را نیز در نظر گرفت؛ در سال 1930 میلادی در لانگ بیچ در کالیفرنیا، قسمت کوچکی از موج شکنی که سالها در برابر ضربه‍های موج مقاومت کرده بود ناگهان در اثر امواج ناشی از یک توفان نه چندان شدید در هم شکستو موج شکن ا تعمیر کردند اما در سال 1939 امواج بار دیگر آن را در هم شکستند. بررسیهایی که در باره شکست توسط پل هورر از مؤسسه اقیانوس شناسی اسکریپس انجام شد معلوم کرد که مرده موجهای بلند دوره دقیقاً از سمت 165 درجه (جنوب - جنوب شرقی)، که تنها در این دو مشاهده وجود داشت، در اثر برآمدگی کوچکی در کف دریا، در محل شکستگی کانونی شده بودند. این برآمدگی که در عمق هفتاد و پنج متری و به فاصله یازده کیلومتر از ساحل واقع بود مثل یک عدسی عمل کرده و ارتفاع موجها را در نقطه آسیب دیده به طور متوسط تا سه و نیم برابر افزایش داده بود.
ضمن جنگ دوم جهانی تعیین عمق آب سواحلی که در دست دشمن بود و قرار بود نیروهای زمینی – دریایی در آنجا پیاده شوند ضرورت پیدا کرد. دانشمندان روش متداول مطالعات در باره شکست را معکوس کردند؛ با تحلیل یک رشته از عکسهای هوایی که با زمان بندی دقیقی از تغییرات طول (با سرعت) و راستای نزدیک شدن موج به ساحل گرفته شده بود، توانستند نقشه توپوگرافی زیر آب را تهیه کنند.
تبدیل نهایی مرده موج معمولی در آب کم عمق به موجی که به ساحل می‌خورد و می‌شکند مرحله هیجان انگیزی است. در آخرین مرحله رسیدن به ساحل، امواج کوتاهتر و عمودیتر می‌شوند زیرا کف دریا مسیر حرکت دایره‌ای ذرات را به یک بیضی فشرده تغییر می‌دهد؛ و همچنان که امواج با شتاب به سوی ساحل روان می‌شوند سرعت ذرات در ستیغ موج افزایش می‌یابد. سرانجام جبهه ستیغ بی حایل می‌ماند و به فرو رفتگی می‌ریزد. حالا موج در هم شکسته است و دیگر مداری وجود ندارد. در نتیجه‌ی این مرحله است که «شار موج» به وجود می‌آید.
اگر آب باز هم کم عمقتر شود، موج فرو ریخته به یک خط کف آلود، یعنی توده متلاطمی از آب پر حباب، تبدیل می‌شود. اما اگر موج فرو ریخته به آبهای عمیقتر وارد شود – همان طور که پس از در هم شکستن بر روی مانعی چنین می‌کند - می‌تواند بار دیگر با ارتفاع کمتری تشکیل شود که این ارتفاع کمتر نمایانگر اتلاف انرژی در هنگام در هم شکستن است. البته این موج هم وقتی در آبهایی با عمقی که برای این ارتفاع جدید بحرانی باشد حرکت کند باز هم در هم خواهد شکست.
عمق آبی که در زیر یک «شکسته موج» واقع است، اگر نسبت به سطح آرام آب اندازه گیری شود، در لحظه در هم شکستن تقریباً 3ر1 برابر ارتفاع شکسته موج است. برای برآورد ارتفاع موجی که در حال در هم شکستن است، حتی اگر کاملاً دور از کرانه باشد، می‌توان از لب آب به سمت ساحل آن قدر قدم زد تا جایی که ستیغ موجی که در حال شکستن است با افق هم خط شود. در این صورت فاصله قائم بین چشم و پایینترین نقطه‌ای که آب تا آن جا بر لبه ساحل پس می‌نشیند با ارتفاع موج برابر است.