เรียนรู้

คลื่นกลางมหาสมุทร และกระแสน้ำริมฝั่ง

คลื่นน้ำ (water wave) ในมหาสมุทร การกระเพื่อมขึ้น-ลงของผิวน้ำ เกิดจากการถ่ายทอดพลังงานจากลมเป็นหลัก โดยเริ่มต้นจากลมพัดอ่อนๆ ทำให้พื้นน้ำที่ราบเรียบกลายเป็น ระลอกคลื่น (ripple) ต่อมาผิวน้ำที่ขรุขระจากระรอกคลื่นทำให้ลมปะทะกับน้ำได้ง่ายขึ้น ทำให้คลื่นใหญ่ขึ้นตามลำดับ ขึ้นอยู่กับความเร็วและความยาวนานของลมที่เข้าปะทะ (รูปซ้าย) โดยเมื่อคลื่นเดินทางผ่านน้ำ มวลน้ำจะเคลื่อนที่แบบหมุนวนแต่จะไม่มีการเดินทางของมวลน้ำ สังเกตได้จากวัตถุใดๆ หรือเรือเมื่อลอยอยู่ในมหาสมุทรจะเคลื่อนที่เป็นวงกลมตามจังหวะการกระเพื่อมของคลื่น โดยที่ไม่มีการเปลี่ยนแปลงตำแหน่ง

(ซ้าย) ระนอกคลื่นกลางมหาสมุทร (ขวา) คลื่นหัวแตกริมชายฝั่ง

องค์ประกอบของคลื่นน้ำนั้นประกอบด้วย 1) ยอดคลื่น (crest) และ 2) ท้องคลื่น (trough) ซึ่งระยะห่างระหว่างยอดคลื่นถึงยอดคลื่นข้างเคียงหรือท้องคลื่นถึงท้องคลื่นข้างเคียง คือ ความยาวคลื่น (wave length) ซึ่งการเคลื่อนที่ของมวลน้ำในมหาสมุทรเปิดนั้นจะมีลึกลงไปประมาณ ½ หรือ 0.5 เท่าของความยาวคลื่น เรียกว่า ฐานคลื่น (wave base) ซึ่งจะลึกลงไปมากกว่าท้องคลื่นที่เห็นบนผิวน้ำ

กลไกการเคลื่อนที่ของคลื่นน้ำลึก กลางมหาสมุทรเปิด

เมื่อคลื่นเดินทางเข้าใกล้ชายฝั่ง และฐานคลื่นเริ่มสัมผัสกับพื้นหาด (ความลึก ½ เท่าของความยาวคลื่น) คลื่นจะเดินทางช้าลง ความยาวคลื่นโดยรวมสั้นลง ยอดคลื่นชันขึ้น การเคลื่อนที่ของมวลน้ำที่เคยเป็นแบบวงกลมจะแหลมขึ้นและเอียงเท จากนั้นจะเกิดการแตกของคลื่นในบริเวณ โซนกระดานโต้คลื่น (surf zone) หรือเรียกกันในภาษาชาวบ้านว่า คลื่นหัวแตก

กลไกการเคลื่อนที่ของคลื่นน้ำบริเวณชายฝั่ง

ปฏิสัมพันธ์ของน้ำทะเลหรือคลื่นที่กระทำกับพื้นที่ริมชายฝั่งสามารถแบ่งได้ 3 รูปแบบแตกต่างกัน คือ

1) กระแสคลื่นขนานฝั่ง

กระแสคลื่นขนานฝั่ง (longshore current) คือ คลื่นที่เคลื่อนที่เป็นมุมกับชายฝั่ง ทำให้ คลื่นซัดหาด (swash) ซึ่งหมายถึง คลื่นที่ม้วนตัวขึ้นฝั่ง และ คลื่นกลับหาด (backwash) คือ คลื่นที่ม้วนตัวกลับลงทะเล เกิดการเคลื่อนที่ในแนวเฉียงไปด้านข้างเป็นระรอก ซึ่งการกลับไปมาของคลื่นซัดหาดและคลื่นออกหาด ทำให้เกิดการหอบเม็ดทรายเลื่อนออกไปด้านข้างขนานกับไปกับชายฝั่งเป็นระยะ (longshore drift หรือ littoral drift) (รูปซ้าย)

(ซ้าย) แบบจำลองและลักษณะจริงของกระแสคลื่นขนานฝั่งในรัฐควีนสแลนด์ ประเทศออสเตรเลีย (jabiru) (ขวา) แบบจำลองและลักษณะจริงของกระแสคลื่นกว้าน
กระแสคลื่นขนานฝั่ง

ในบางพื้นที่กระแสคลื่นขนานฝั่งสามารถเคลื่อนทรายไปได้ไกลเป็นหลัก กิโลเมตรต่อวัน

2) กระแสคลื่นกว้าน

กระแสคลื่นกว้าน (rip current) หมายถึง คลื่นหัวแตกที่พาน้ำซัดเข้าฝั่ง (รูปขวา) บางครั้งพื้นไม่เรียบน้ำไหลหลงไม่ได้ตลอดแนว เพราะบางแนวเป็นเหมือนสันทรายตื้นใต้น้ำ ทำให้น้ำไหลตามช่องอย่างรวดเร็ว ซึ่งในบางพื้นที่อาจมีความเร็ว โดยปกติจุดที่เกิดกระแสน้ำแบบนี้เป็นอันตรายต่อคนที่ว่ายน้ำเล่นมักเกิดอยู่ระดับขา บางครั้งจึงเรียกว่า คลื่นปลายเท้า (underthrow, rip tide, sea pause)

หากเจอกระแสคลื่นกว้านให้ว่ายขนานฝั่ง เพื่อหลบแรงดันน้ำที่กำลังไหลกลับลงสู่ทะเล และมีโอกาสว่ายไปเหยียบบริเวณสันทรายที่ตื้นกว่าปกติ

กระแสคลื่นก้วานในมุมมองต่างๆ

3) กระแสน้ำขึ้น-น้ำลง

กระแสน้ำขึ้น-น้ำลง (tidal current) ปรากฏการณ์ ข้างขึ้น-ข้างแรม (Lunar’s Phase หรือ Moon’s Phase) เกิดจากดวงจันทร์ ซึ่งไม่มีแสงสว่างในตัวเอง ด้านสว่างได้รับแสงจากดวงอาทิตย์ แต่ด้านตรงข้ามกับดวงอาทิตย์ถูกบังด้วยเงาของตัวเอง ดวงจันทร์โคจรรอบโลก ทำให้มุมระหว่างดวงอาทิตย์-ดวงจันทร์-โลก เปลี่ยน เปลี่ยนแปลงไปวันละ 12 องศา เมื่อมองดูดวงจันทร์จากโลก เราจึงมองเห็นเสี้ยวของดวงจันทร์มีขนาดเปลี่ยนไปเป็นวงรอบ ใช้เวลาประมาณ 29.5 วันต่อรอบ โดยนักวิทยาศาสตร์แบ่งย่อยปรากฏการข้างขึ้น-ข้างแรม ของดวงจันทร์ออกเป็น 4 ระยะ ดังนี้

ปรากฏการณ์ข้างขึ้น-ข้างแรมของดวงจันทร์ (ที่มา : wikipedia.org)

1) ข้างขึ้น (waxing) เป็นช่วงที่เกิดขึ้นระหว่าง คืนเดือนมืดจนถึงคืนวันเพ็ญ โดยใช้ด้านสว่างของดวงจันทร์เป็นตัวกำหนด แบ่งออกเป็น 15 ส่วน เริ่มจาก ขึ้น 1 ค่ำ จนถึง ขึ้น 15 ค่ำ

2) ข้างแรม (waning) เป็นช่วงที่เกิดขึ้นระหว่างคืนวันเพ็ญจนถึงคืนเดือนมืดอีกครั้ง โดยใช้ด้านมืดของดวงจันทร์เป็นตัวกำหนด แล้วแบ่งออกเป็น 15 ส่วนโดยเริ่มจากแรม 1 ค่ำ จนถึง แรม 14-15 ค่ำ

3) คืนเดือนมืด (new moon) เป็นตำแหน่งที่ดวงจันทร์อยู่ระหว่างโลกกับดวงอาทิตย์ หรือ ดวงจันทร์ อยู่หน้าดวงอาทิตย์ ในวันนี้ผู้สังเกตที่ด้านกลางคืนและด้านกลางวันบนโลก จะมองไม่เห็นดวงจันทร์ เราจึงเรียกคืนเดือนมืด หรือ จันทร์ดับ

4) วันเพ็ญ (full moon) ตรงกับวันขึ้น 15 ค่ำ เป็นตำแหน่งที่ดวงจันทร์อยู่ตรงข้ามกับดวงอาทิตย์ ซึ่งแสงจากดวงอาทิตย์จะตั้งฉากกับดวงจันทร์พอดี ผู้สังเกตที่อยู่ด้านกลางวันจะไม่เห็นดวงจันทร์บนท้องฟ้าเลย ในขณะที่ผู้ที่อยู่ด้านมืดจะเห็นดวงจันทร์นานที่สุดคือ ตั้งแต่เวลาประมาณ 6 โมงเย็นถึง 6 โมงช้าของอีกวันหนึ่ง

โดยผลจากปรากฏการข้างขึ้น-ข้างแรม ของดวงจันทร์ทำให้มหาสมุทรนั้นเกิด กระแสน้ำขึ้น-น้ำลง (tidal current) ซึ่งหมายถึง การเคลื่อนที่ขึ้น-ลงของระดับน้ำทะเลบริเวณชายฝั่ง จากอิทธิพลดึงดูดระหว่างโลกกับดวงจันทร์และดวงอาทิตย์ ซึ่งอิทธิพลของดวงอาทิตย์มีน้อยกว่าดวงจันทร์ประมาณครึ่งหนึ่ง โดยแรงโน้มถ่วงจากดวงอาทิตย์ ทำให้เกิดน้ำขึ้น-น้ำลง (รายวัน) ส่วนดวงจันทร์ ทำให้เกิดน้ำขึ้น-น้ำลง (รายเดือน) ซึ่งผลจากทั้งดวงอาทิตย์และดวงจันทร์ทำให้เกิด กระแสน้ำขึ้น-น้ำลง (tidal current) ซึ่งอาจมีความเร็ว 7-8 กิโลเมตร/ชั่วโมง น้ำขึ้นเกิดใน 2 ส่วนของโลกคือ ส่วนที่หันเข้าหาดวงอาทิตย์หรือดวงจันทร์ และส่วนที่อยู่ห่างจากซีกโลกด้านตรงข้าม

อ่าวมง-แซ็ง-มีแชล (Mont Saint Michel) ในประเทศฝรั่งเศสในช่วงน้ำขึ้นและน้ำลง (Hoffmann O.; Captblack76)

1) น้ำใหญ่หรือน้ำเกิด (spring tide) คือ แรงจะมีมากที่สุดเมื่อดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์ เมื่อโลก ดวงจันทร์ ดวงอาทิตย์ อยู่ในแนวเดียวกันหรือ ทุกๆ 2 อาทิตย์ คือ ขึ้น 15 ค่ำ และ แรม15 ค่ำ เช่นในช่วงดวงจันทร์เต็มดวงและมืดสนิท

2) น้ำน้อยหรือน้ำตาย (neap tide) คือ แรงที่ทำให้เกิดน้ำขึ้นน้ำลงจะน้อยที่สุด เกิดในรอบ 15 วัน เมื่อดวงอาทิตย์ โลก ดวงจันทร์ อยู่ในแนวตั้งฉากคือ วันแรขึ้น 7 ค่ำ และ แรม 7 ค่ำ แรงนี้ที่เกิดจากดวงจันทร์แรงเป็น 2 เท่าของที่เกิดจากดวงอาทิตย์ เนื่องจากระยะห่างของดวงอาทิตย์จากโลกมาก

แบบจำลองการเกิด (บน) น้ำเกิด และ (ล่าง) น้ำตาย

น้ำขึ้นน้ำลงจึงมีลักษณะแตกต่างกัน โดยหลักกว้าง ๆ พอจะแบ่งรูปแบบของน้ำขึ้น-น้ำลง (Tidal Pattern) ออกได้เป็น 3 แบบ คือ

  • น้ำเดี่ยว (diurnal tide) น้ำขึ้นน้ำลงอย่างละ 1 ครั้งต่อวันค่ะ
  • น้ำคู่ (semidiurnal tide) น้ำขึ้น 2 ครั้ง และน้ำลง 2 ครั้งใน 1 วัน น้ำขึ้นหรือน้ำลงครั้งแรกมักจะเท่ากับน้ำขึ้นหรือน้ำลงครั้งที่ 2 น้ำขึ้นน้ำลงแบบนี้ใกล้เคียงกับทฤษฎีมาก เปลี่ยนแปลงตามตำแหน่งของดวงจันทร์ที่สัมพันธ์กับตำแหน่งของดวงอาทิตย์ พบทั่วไปในมหาสมุทรแอตแลนติค ฝั่งอเมริกาและยุโรป
  • น้ำผสม (mixed tide) เป็นแบบผสมระหว่างแบบที่ 1 กับแบบที่ 2 เวลาที่ทั้งดวงจันทร์และดวงอาทิตย์ เข้าใกล้แนวเส้นศูนย์สูตรโลก น้ำขึ้นน้ำลงจะคล้ายแบบที่ 2 มาก แต่เวลาที่ดวงจันทร์ทำมุมกับเส้นศูนย์สูตรโลกมาก น้ำขึ้นน้ำลงจะปรากฏเป็นแบบที่ 1 มากกว่า พบทั่วไปบริเวณฝั่งเม็กซิโกของอเมริกา

ซึ่งจากการเฝ้าสังเกตปรากฎการณ์น้ำขึ้น-น้ำลง กรมอุทกศาสตร์ กองทัพเรือ พบว่า ชายฝั่งทะเลอ่าวไทยเกิดน้ำขึ้น-น้ำลงได้ 2 แบบ คือ น้ำเดี่ยวและน้ำผสม ในขณะที่ฝั่งอันดามันของไทยเกิดเฉพาะแบบ น้ำคู่ เท่านั้น

รูปแบบการเกิด น้ำขึ้น-น้ำลง ที่พบเห็นบนโลก

. . .
บทความล่าสุด : www.mitrearth.org
เยี่ยมชม facebook : มิตรเอิร์ธ – mitrearth

Share: