תהודת גאות

הבדלי הגאות והשפל בנמל פורטיסהד בתעלת בריסטול מהווים דוגמה לתהודת גאות.

באוקיינוגרפיה פיזיקלית, תהודת גאות (באנגלית: Tidal resonance) מתרחשת כאשר מחזור הגאות והשפל העולמי מעורר את אחד מאופני התנודה הטבעיים של מקווה מים המחובר לאוקיינוס הפתוח. האפקט בולט במיוחד כאשר אורך המדף היבשתי ועומקו מכתיבים זמן מחזור תנודה טבעי של גוף המים השווה למשך הזמן שחולף בין גאות לגאות העוקבת באותו אזור. במצב כזה, גל גאות הפוגע במקווה המים דרך הקצה הפתוח (המחובר לאוקיינוס) שלו נמצא באותו מופע כמו המופע של התנודה של מקווה המים, כך שאודות לעובדה שהאנרגיה הנכנסת למקווה המים ברובה נכלאת בתוכו ולא יכולה לברוח (אודות להחזרה מן החוף וקצה המדף היבשתי) נוצרת התאבכות בונה בין התנודה העצמית לגאות החיצונית, מה שמפיק מנעד גאות רחב בהרבה בחוף של מקווה המים. את מקווה המים בכללותו ניתן למדל כמהוד חצי-פתוח של גלי מים רדודים, אשר הטריגר החיצוני לפעולתו הוא הגאות והשפל העולמיים.

דוגמאות מפורסמת לאפקט הזה כוללות את מפרץ פאנדי, שם תנודות הגאות החזקות ביותר בעולם מתחוללות בעקביות, ואת תעלת בריסטול. רבים מהאזורים הרזוננטיים הללו אחראים לנתחים גדולים מכמות האנרגיה הכוללת של גאות ושפל הנשחקת ואובדת באוקיינוסים. למשל, מידע לוויני מעיד על כך שהגאות M₂ שוחקת אנרגיה בהספק של 2.5 טרה-ואט, אשר מתוכה 261 ג'יגה-ואט נאבדת במפרץ הדסון, 208 ג'יגה-ואט במדפים היבשתיים האירופיים (כולל תעלת בריסטול), 158 ג'יגה-ואט במדף האוסטרלי הצפון-מערבי, 149 ג'יגה-ואט בים הצהוב ו-112 ג'יגה-ואט במדף הפטגוני.

תאוריה בסיסית

הגאות והשפל נגרמת כתוצאה מהמשיכות הכבידתיות שמפעילים הירח והשמש על מימי כדור הארץ. "הגבעה האוקיינית" (והגבעה הנמצאת בצדו המנוגד של כדור הארץ) במימי הארץ עוקבת בקירוב אחרי מסלולו המורכב של הירח; מכיוון שמסלול הירח אינו קבוע אלא משתנה כל הזמן אודות להפרעה הכבידתית של השמש (בעיית שלושת הגופים), תופעת הגאות והשפל מורכבת מאוד ונשלטת על ידי תדירויות דומיננטיות מסוימות הנגזרות מזמני המחזור של אי-רגולציות משמעותיות במסלול הירח. בעיני צופה על כדור הארץ המסתובב נדמה שהגאות והשפל מגיעה לחופים במחזוריות של פעמיים ביממה, אף על פי שבפועל הגבעה האוקיינית מתקדמת על כדור הארץ לאט יותר, בקצב שעוקב אחר תנועת הירח.

המהירות v של גלי מים ארוכים (גלי מים רדודים) באוקיינוס תלויה בעומק המקומי h שלו על ידי הנוסחה: $v={\sqrt {gh}}$. במאגרי מים סגורים (אגמים) מתרחשות תנודות קולקטיביות של גוף המים כדרך קבע (תנודות אלו מכונות "Seiche"), אשר ניתן למדלן כגלים עומדים - ולכן מחזור התנודה היסודית שלהן שווה לפעמיים אורך האגם L חלקי מהירות הגל האופיינית בו. במקרה של תהודת גאות, המודל המתאים למצב שונה במקצת, ונקרא "open harbor" - המהוד הוא רק חצי סגור, כלומר יש לו קצה אחד חופשי וקצה סגור. כתוצאה מכך, זמן המחזור היסודי הוא כזה שאורך גוף המים שווה לרבע אורך גל של תנודת גוף המים:

$T={\frac {4L}{\sqrt {gh}}}$

למשל, לגוף המים במפרץ פאנדי לוקח בערך 13 שעות להשלים תנודה מלאה; מכיוון שהגאות האוקיינית מציפה את המפרץ כל 12 שעות ו-25 דקות, היא מחזקת את התנודות בגוף המים.