كيف يسعى العلماء للاستفادة من طاقة المد والجزر في البحار ؟

طاقة المد والجزر إحدى الطرق البديلة والآمنة التي يسعى العالم إلى الاستفادة منها، فمنذ عشرات السنين وقد حذر المجتمع العلمي من عيوب استخدام الوقود الأحفوري في الحصول على الطاقة، وشجع على البحث عن طرق أخرى بديلة، وبمرور السنوات قدم حلول مفيدة منها استخدام طاقة المد والجزر في توليد الكهرباء وغيرها من الأنواع الأخرى المختلفة من الطاقة المتجددة صديقة البيئة والإنسان، تخلو من العيوب التي تنتجها الطاقة غير المتجددة. ولم يكن من الممكن الاستفادة من طاقة المد والجزر دون البحث والدراسة.

تعريف المد والجزر باختصار

ظاهرة المد والجزر إحدى الظواهر الطبيعية التي تحدث باستمرار ولا تتوقف، تتكون من مرحلتين، الأولى المد وعكسها الجزر، يظهر تأثير تلك الظاهرة على مياه المحيطات والبحار. إذن ما الذي يحدث؟ مرحلة المد تكون عبارة عن ارتفاع منسوب مياه المحيط أو البحر، وهو ارتفاع وقتي وتدريجي، أما مرحلة الجزر فيحدث فيها انخفاض منسوب مياه المحيط أو البحر، وهذا الانخفاض أيضًا انخفاض وقتي وتدريجي. إن هذه الظاهرة تنجم نتيجة التأثيرات المجتمعة لجاذبية كلا من الشمس والقمر، ودوران الأرض حول نفسها مما يولد قوة طاردة مركزية عند خط الاستواء.

تختلف ظاهرة المد والجزر بين الشواطئ المختلفة، فبعض الشواطئ تشهد ذروتين متساويتين للمد، وكذلك للجزر كل يوم، ويعرف المد حينها بالمد نصف اليومي، أما بعض الشواطئ الأخرى فإنها تشهد ذروة واحدة للمد وحضيض واحد للجزر يوميا، وهكذا يعرف المد بالمد اليومي. بعض الشواطئ تشهد مدين وجزرين في اليوم لكنهما ليسا متساويين، أو مد واحد وجزر واحد غير متساويين أيضًا، ويعرف حينها المد بالمد المختلط. ويعرف الفرق بين المد والجزر بمدى المد والجزر.

كيف تحدث ظاهرة المد والجزر؟

يحدث المد والجزر الذي يستخدم في الحصول على طاقة المد والجزر نتيجة انجذاب الأرض والقمر لبعضهما البعض، مثلما تنجذب أقطاب المغناطيس لبعضها، فيحاول القمر أن يسحب أي شيء على الأرض تجاهه، وتحاول الأرض التمسك بكل شيء، إلا أنها ليست قادرة على التمسك الكامل بالماء، وبما أن حركة الماء مستمرة، فإن سحب القمر له مستمر، لذلك تحدث حالات ارتفاع منسوب الماء وانخفاضه يوميًا، وفي الشواطئ التي يحدث بها المد نصف اليومي، فهناك 12 ساعة و 25 دقيقة بين مرتي المد. تحرك الرياح والتيارات سطح الماء مسببة أمواج، وتؤدي قوة جاذبية القمر إلى سحب المحيطات في اتجاه القمر، وكذلك يتم سحب الأرض في نفس الاتجاه، وبذلك تتغير مستويات المحيطات بصورة يومية نتيجة تفاعل الشمس والقمر مع الأرض.

أنواع المد والجزر

عندما يكون القمر كاملا وجديدا، فإن قوة الجاذبية للقمر تندمج مع جاذبية الأرض، وحينها يكون المد عاليا جدا والجزر منخفضا جدا، فيما يعرف بمد وجزر الربيع ويحدث هذا النوع من المد والجزر عندما يكون كل من الشمس والقمر والأرض في محاذاة بعضهما البعض، ويكون المد والجزر ناتجا بفعل القمر والشمس وليس القمر وحده. عندما يكون القمر ربعًا فإن جاذبية الشمس والقمر تلغيان بعضهما البعض، مما ينتج عن ذلك صغر مدى المد والجزر فيما يعرف بمد وجزر البيئة ويكون ذلك عندما تتعامد جاذبية الشمس والقمر على بعضهما البعض.

المد والجزر عند خط الاستواء

إنه لأمر غريب أن تعرف أن عند خط الاستواء لا تحدث ظاهرة المد والجزر، إن هذه الظاهرة معقدة للغاية، فارتفاع وانخفاض منسوب المياه في أي مكان يعتمد على بدرجات مختلفة على موقع الشمس والقمر، وعلى شكل الشاطئ، وعمق الساحل، والتيارات السائدة أيضًا. وعند خط الاستواء فإن مدى المد والجزر ضعيف للغاية وغير ملحوظ، عند مقارنته بأي مدى في مكان آخر، لذلك فيمكننا القول أن تلك الظاهرة لا يمكن ملاحظتها عند خط الاستواء.

والجدير بالذكر أيضًا أن المد والجزر يختلف في كل مكان عن الآخر، بسبب تغير البناء الساحلي لكل محيط أو بحر، ولاعتماده على مكان الشمس والقمر بالتحديد والذي يستحيل أن يتفق بين الأماكن وبعضها بسبب الحركة الدائمة للأرض والقمر والشمس، وكذلك بسبب حدوث العواصف التي تغير منسوب الماء.

توليد الطاقة الكهربية من أمواج البحر

يتجه العالم في الآونة الأخيرة إلى محاولة الحصول على الطاقة من مصادر متجددة بديلة عن المصادر غير المتجددة مثل الوقود الحفري، وذلك لضمان استمرار الإمدادات من الطاقة المتجددة، وكذلك للحفاظ على البيئة والحد من إنتاج الغازات الدفيئة المسؤولة عن ظاهرة الاحتباس الحراري وتغير المناخ. تعد طاقة المد والجزر أحد المجالات التكنولوجية الصاعدة التي لها القدرة العالية على إنتاج كميات مهولة من الكهرباء دون وجود منتجات جانبية ملوثة للبيئة، تبلغ كمية الطاقة الناتجة عن المد والجزر أكثر من 8000 تيرا وات ساعة لكل سنة. بدأت طاقة المد والجزر في الظهور عندما طور المهندسون وسائل عديدة لاستغلال حركة المد والجزر لتوليد الكهرباء، وكان ذلك في القرن العشرين، ويمكن تحويل طاقة المد والجزر إلى كهرباء من خلال مولدات خاصة. وعلى الرغم من حداثة تلك الصناعة إلا أنها أظهرت قدرة كبيرة على توليد كمية كبيرة من الكهرباء، ويرى المهندسون أن مع تطوير الأجهزة والمولدات ستقدر على منافسة مصادر الطاقة الأخرى، إلا أنها حاليا تعتبر عاملا مساعدا ليس أكثر، لكنهم يؤكدون على أن المستقبل لها. أنشئت أول محطة لتوليد طاقة المد والجزر عام 1966م بفرنسا في مدينة رانس، وتعد محطة بحيرة سيهوا في كوريا الجنوبية هي أكبر محطات توليد الكهرباء من طاقة المد والجزر ، ولكن عدد مولدات طاقة المد والجزر التجارية على مستوى العالم عدد قليل؛ فمثلا لا توجد من تلك المحطات في الولايات الأمريكية المتحدة، وأصلا لا يوجد إلا عدد قليل من الأماكن التي يمكن إقامة مولدات طاقة المد والجزر فيها، وتعد الصين وفرنسا وإنجلترا وكندا وروسيا هي أنسب الدول للاستفادة من تلك الطاقة.

أنواع محطات طاقة المد والجزر

نعرف حاليا ثلاث أنواع لمحطات طاقة المد والجزر، وهي: تيارات المد والجزر، والسدود، وبحيرات المد والجزر.

تيارات المد والجزر

إن تيار المد والجزر هو جسم يتدفق سريعا من المياه الناتجة عن التيارات البحرية، ولذلك توضع التوربينات في هذه التيارات في معظم مولدات المد والجزر، وبذلك فإنها تنتج تيارا مستمرا من الكهرباء لهو أمر معقد، وذلك نظرا لكبر حجم الآلات وكذلك احتمالية تعطيلها لحركة التيار، لكن يحاول المهندسون التخلص من تلك المشكلة وذلك عن طريق وضع التوربينات في المياه الضحلة، ويسمح ذلك بإنتاج المزيد من الطاقة وكذلك يوفر للسفن القدرة على التنقل حول التوربينات، وكذلك فإن بطء حركة شفرات التوربينات يساعد الحياة البحرية على تجنب الأذى الممكن من التوربينات.

السدود نوع من مولدات طاقة المد والجزر

وهي نوع آخر من مولدات طاقة المد والجزر، فبدلا من وضع التوربينات في تيارات المد والجزر، فإنها توضع في السدود أو الخزانات، حيث تترك بوابات السد مفتوحة في حالة ارتفاع المد، وتغلق عند وصول الماء إلى أقصى ارتفاع، مما يُولد بركة أو بحيرة من الماء، وبعدها تُطلق المياه بواسطة توربينات السد مما يولد الطاقة التي يمكن التحكم بها، ولكن هذا النوع من المولدات ذو تكلفة عالية كما أنه يؤثر بصورة سلبية على النباتات والحيوانات في المنطقة، مما يؤثر على اتزان النظام البيئي، ويظن البعض أن هذا النوع من المولدات لم يحل مشكلة تلوث البيئة التي تسببها الطاقة غير المتجددة، لكنها غيرت صورة التلوث فقط.

بحيرات المد والجزر نوع أخر من طاقة المد والجزر

يعتمد هذا النوع على إنشاء بحيرات المد والجزر، وهي جزء من مياه المحيط يتم عزلها بحاجز طبيعي، أو صناعي يصنعه الإنسان، وتعمل التوربينات خلال ملء وتفريغ البحيرة، مما يجعلها تشبه مولدات السدود، ولم تتضح آثارها السلبية بعد، فمثل تلك المولدات لا يوجد بعد بصورة حقيقية، لكنه سيتواجد قريبا حيث تبني الصين محطة توليد طاقة المد والجزر في نهر يالو الذي يعد قريبا لحدودها مع كوريا الشمالية.

العقبات التي تواجهها طاقة المد والجزر

تعاني الدول التي تحاول إنشاء محطات توليد طاقة المد والجزر من ارتفاع أسعار الأجهزة المستخدمة في صناعة تلك المولدات، وكذلك ارتفاع تكلفة التركيب والصيانة، لذلك فإن تطوير تكنولوجيا طاقة المد والجزر أحد أهم الأمور التي يسعى إليها المهندسون هذه الأيام، والمثير أيضًا أن بعض المستثمرين بدئوا في الالتفات إلى تلك الصناعة مما يعني اقتراب استقرار تكلفة المولدات ونهضة سوقها التجاري والاقتصادي. ومن الدول التي تحاول بالفعل التغلب على تلك العقبات هي أسبانيا، حيث قام بعض الباحثون فيها بتطوير بعض التقنيات للحصول على طاقة المد والجزر بواسطة إجراء تحسينات على محرك المحولات وتطوير أنظمة تحكم وإدخال الحلول البرمجية المبتكرة للاستفادة القصوى من تلك المولدات، وكذلك تطوير الحلول قليلة التكلفة للمشاكل المتعلقة بالتكنولوجيا البحرية من حيث التوصيل والتفكيك وحل مشكلة الكابلات، وكذلك تطوير إجراءات التشغيل التي ينتج عنها تقليل عمليات الصيانة.

علاقة المد والجزر بالصيد

إن كنت من محبي هواية صيد الأسماك، فإن ربط موعد رحلاتك للصيد بمواعيد المد والجزر لهو أمر ضروري، حتى أن من يتخذون الصيد مهنة يقومون بهذا الأمر. في حالات المد يسهل اصطياد الأسماك بطبيعة الحال حيث تقترب الأسماك إلى الشاطئ بفعل الماء، وتتراجع الأسماك عن الشاطئ في حالة الجزر.

لذلك فهناك عملية حسابية يعتمد عليها الصيادون، عن طريقها يحسبون مواعيد المد خلال اليوم والتي تعد أيامًا مثالية للصيد، وهي عملية بسيطة ليست معقدة، فكل ما عليك هو معرفة تاريخ اليوم الهجري ثم ضرب التاريخ في 50 وقسمة الناتج على 60، ويكون الناتج هو موعد المد، فمثلا إن كان اليوم هو 9 هجريا نضربه في 50 يكون الناتج 450 الذي نقسمه على 60 فيصبح الناتج 21.666، نلاحظ هنا أن الساعة مقسمة بنظام الأربعة وعشرين، أي أن المد سيكون الساعة التاسعة ونصف ليلًا، وهكذا يمكن تطبيق هذه المعادلة على أي يوم حتى تقرر الساعة التي ستخرج فيها إلى الصيد وتعود غانمًا. يمكنك أيضًا أن تحسب موعد الجزر حتى تتجنب هذا الوقت، ويكون بعد ست ساعات من وقت المد.

الأمواج والتيارات المائية للحصول على طاقة المد والجزر

تعد الأمواج والتيارات المائية من الظواهر التي نلاحظها في مياه البحار والمحيطات وهما من الظواهر التي يجب تفسيرهم عند الحديث عن ظاهرة المد والجزر. تنشأ الأمواج إما بسبب المد والجزر وإما بسبب احتكاك الرياح بسطح البحر أو المحيط، وتنشأ حركة المياه في صورة دوائر أو حلقات نتيجة الأمواج، فتؤثر كل دائرة على المياه المحيطة وتحركها مما ينتج عنه في النهاية الشكل المموج لسطح البحر. أما التيارات البحرية فتختلف في شكلها وحركتها وأسبابها عن الأمواج، ولا يمكن للإنسان رؤيتها مباشرة، إنما يقدر على تتبع مساراتها واتجاهاتها التي تتخذها في البحار والمحيطات عن طريق استخدام بعض المواد التي تطفو فوق سطح المياه، مثل الفلين أو العوامات.

اعتقد الناس لمدة كبيرة أن التيارات البحرية التي تستخدم في الحصول على طاقة المد والجزر تحدث نتيجة دوران الأرض حول محورها أو علاقة الأرض بالكواكب الأخرى أو حتى بسبب الرياح، لكن ما أثبتته الدراسات الحديثة والأبحاث العلمية أن هذه التيارات البحرية تتكون نتيجة تحرك الماء وانتقاله بين مسطحات مائية مختلفة الخواص الكيميائية والفيزيائية. أما الرياح فليست مسؤولة عن نشأة تلك التيارات، لكنها تؤثر على اتجاه التيارات ومدى امتدادها.

أماكن تختفي نتيجة المد والجزر

من الممكن ألا تكون قد لاحظت المد والجزر من قبل، أو تساورك الشكوك حول حقيقته، حسنًا، ماذا إن أخبرتك أن هناك بعض الأماكن حول العالم التي تختفي نتيجة المد وتظهر مجددا بفعل الجزر؟ تعد تلك الأماكن مزارات سياحية لأولئك الذين يرغبون في لمس حقيقة ظاهرة المد والجزر. من أمثلة تلك الأماكن طريق Gois الذي يربط بين جزيرة Noirmoutier وخليج Burnef في فرنسا، يختفي هذا الطريق مرتين في اليوم ويختفي بعمق 3.9 متر تحت سطح الماء، ويبلغ طوله 4.15 كلم لذلك فهو أحد أخطر الأماكن الموجودة في العالم لأن المرور في هذا الطريق يستوجب بعض الحسابات حتى تتجنب الغرق! وتوجد جزيرة قلعة القديس ميشيل التي لم تسقط في يد الإنجليز خلال 116 عاما من الحروب ويختفي الطريق المؤدي إليها في حالات الجزر، مما يكسبها المزيد من الشهرة بجانب شهرتها التاريخية.

المكان الثالث يوجد في الهند تحديدا في ولاية كجرات وهو أحد المعابد الذي يسمى بمعبد ماهاديف ستامبهيشوار ويبلغ عمره 150 عاما، ويتعرض هذا المعبد للاختفاء نتيجة قربه من البحر فلا يمكن زيارته إلا خلال ساعات الجزر. أما في كوريا الجنوبية، فيحتفل السياح والمواطنين سنويًا بالطريق الذي يظهر في المحيط الهادي ويبلغ طوله 2.9 كلم، يربط هذا الطريق بين جزيرتي جيندو ومودو ويستمر الاحتفال لمدة أربعة أيام، تشمل طقوس الاحتفال عبور الكثير من الناس هذا الطريق. يظهر هذا الطريق من مرة إلى ثلاث مرات على مدار العام خلال شهري مارس ويونيو، لكن الاحتفال يكون مرة واحدة سنويًا.

ومن الأماكن التي تتأثر بظاهرة المد والجزر هو مطار جزيرة بارا الإسكتلندية وتلتزم الطائرات بجدول صارم نظرا لاختفاء المطار نتيجة المد والجزر، وتنعم إنجلترا بوجهة سياحية أيضًا نتيجة ظاهرة المد والجزر وهو جبل القديس مايكل في مقاطعة كورونوال، أما الفلبين فتتميز بأن المنطقة التي تختفي هي رمال في محافظة مانجيود وخلال المد تتحول الرمال إلى جزء من ماء المحيط.

الوجهات السياحية في لندن واليابان

تشتهر لندن بمجموعة من أربعة تماثيل لأحصنة نحتها الفنان جايسون تايلور وتوجد على نهر التايمز، تمثل رأس الحصان مضخة نفط لتذكر العالم باعتماده على الوقود الحفري. ويركب رجلا أعمال على اثنين من الأحصنة، والاثنين الباقيين يركب عليهما طفلان، وترمز تلك المنحوتة إلى الفئة التي تقود المستقبل وجيل المستقبل.

يعرف الطريق إلى جزيرة شودو في اليابان بالممر الرومانسي ويبلغ طوله 500 متر، وهناك أسطورة حوله تقول أن عبور الأزواج معا لهذا الطريق يجلب السعادة، كما أن المنطقة وجهة سياحية وظهرت في العديد من الأفلام والمسلسلات.

في النهاية، نكون قد تناولنا كل ما يخص طاقة المد والجزر وكيفية الاستفادة من تلك الظاهرة مع ذكر الأماكن التي يمكنك ملاحظة هذه الظاهرة عندها بكل وضوح وكذلك الفرق بين الأمواج والتيارات المائية. يمكن التنبؤ أنه خلال العقود القادمة سنسمع أكثر عن طاقة المد والجزر وسنلمس تأثيرها المباشر في حياتنا اليومية وأجهزتها التي لا نستغني عنها، وذلك بفضل العلماء والمهندسين والمهتمين بشؤون البيئة.