גל (מים)

גל מים הוא תנודה מחזורית בממשק בין מים לאוויר. תנודות כאלה נוצרות על ידי השפעות חיצוניות, לדוגמה רוח או רעידות אדמה. הגלים מחולקים לשני סוגים עיקריים לפי הכוח השולט בהם: גלי כבידה וגלים קפילריים. גל כבידה הוא גל שבו כוח הכובד מחזיר את פני המים לשווי משקל. גל קפילרי הוא גל קצר שבו מתח הפנים (המתח שנוצר על פני המים) חשוב יותר.

אלמנטים במים נעים במסלולים מעגליים ליד פני המים. בעומק התנועה הופכת לאליפטית. עומק של חצי אורך גל הוא נקודת קירוב שבה התנועה דועכת משמעותית. כאשר אמפליטודת הגלים אינה זניחה, פרודות המים נעות גם קדימה במעט, תופעה הנקראת סחיפת סטוקס. סחיפה זו גדלה כאשר הגלים תלולים יותר.

מהירות המופע של גל כבידתי תלויה באורך הגל ובעומק. עבור גלים מחזוריים חלשה המערכת הזו בערך לפי הנוסחה המקורבת: c = sqrt((g·λ)/(2π)·tanh(2πd/λ)). כאן c היא מהירות המופע, λ אורך הגל, d עומק המים ו-g תאוצת הכבידה. במים עמוקים tanh שואף לאחד, ולכן c≈sqrt(gλ/2π). במים רדודים, כשאורך הגל גדול משמעותית ביחס לעומק, מתקבל קירוב אחר: c≈sqrt(gd). הנוסחאות הללו מסבירות מדוע גלים ארוכי גל נעים מהר יותר. אנרגיית הגל למשטח נתון תלויה בצפיפות המים, בכבידה ובגובה הגל לפי E = (1/8)ρgH^2. מהירות ההתקדמות של האנרגיה היא מהירות החבורה. במים עמוקים מהירות החבורה שווה למחצית ממהירות המופע.

הרוח מעבירה אנרגיה למים ומייצרת הפרעות עד לגבהים שונים. שלושה גורמים מרכזיים משפיעים על התפתחות הגלים: עוצמת הרוח, זמן הנשיבה שלה ואורך משב הרוח (fetch), המרחק שהרוח עוברת מעל המים. כאשר הרוח פועלת מספיק זמן ולמרחק גדול, מתפתח מצב שבו הגלים מגיעים לקרקעית התפתחותם המקסימלית.

הגדרה חשובה למדידת ים היא "גובה גל משמעותי", הממוצע של שליש הגלים הגבוהים בפרק זמן נתון. זהו הערך שאנשי ים מנוסים ישתמשו בו להערכת מצב הים.

הפרדה בסיסית בין סוגי גלי רוח כוללת אדוות קטנות שנשככות מהר כשהרוח פוסקת, גלי סערה גדולים ובלתי סדירים, וסוואלים, חבילות גלים ארוכות שמתרחקות מאזורי ייצורן. סמנים מיוחדים כמו גלי פרא (rogue waves) נבדלים במידת הגובה שלהם ביחס לסביבה.

יצירת גלי רוח מוסברת בשני שלבים עיקריים. בשלב ראשוני, לפי Phillips, גלים קפילריים קטנים נוצרים עקב מאמצים לא סדירים של הזרימה הטורבולנטית. אם תדירות הכוחות תואמת יחס נפיצה של הגל, נוצרת תהודה והגל גדל בקצב ליניארי. בשלב שני, לפי Miles, גל קיים מקבל אנרגיה מהפרופיל הממוצע של מהירות הרוח באמצעות שכבת "קריטית" שבה מהירות הרוח שווה למהירות הגל. בשלב הזה הגל גדל באופן מעריכי עד שיגיע לשיווי משקל או שהרוח תפסיק להעביר אנרגיה.

גלי צונאמי נוצרים על ידי אירועים סייסמיים תת-ימיים. גלי גאות ושפל נגרמים על ידי כוחות המשיכה של הירח והשמש. גלי ים שנוצרים יכולים לנוע אלפי קילומטרים בטרם יתפרקו.

שבירת הגלים קורית כשהגל הופך לבלתי יציב בעומק רדוד. סוג השבירה נקבע על ידי מספר איריברן ξ = tanα / sqrt(H/L0), כאשר α זו זווית שיפוע הקרקעית, H גובה הגל ו-L0 אורך הגל בעומק.

גלים נשפכים מתרחשים על קרקעית מתונה; הפסגה נשפכת מטה וייווצר קצף לבן. גלי צינור (plunging) מתרחשים על שיפועים חדים; השיא מתעקל וצולל פנימה, ופולט אנרגיה בבת אחת. גלים קורסים הם תערובת בין נשפכים לצינור; החלק התחתון קורס. גלים גואים (surging) מתרחשים על חופים תלולים; הם אינם נשברים באופן מסורתי, אלא מציפים את החוף.

גל מים הוא תנועה שמתקדמת על פני הים או האגם. הרוח בדרך כלל עושה את הגלים. לפעמים גלים נוצרים מרעידה תת-ימית.

חלקיקי מים קרובים לפני השטח מסתובבים במסלול קטן. עמוק יותר התנועה נשארת קטנה יותר. הגלים נושאים אנרגיה, לא את המים עצמם. מצוף על המים עולה ויורד וחוזר כמעט למקומו.

הגלים השונים זזים במהירויות שונות. גלים ארוכים בדרך כלל נעים מהר יותר. גלים רדודים זזים לפי העומק של הים.

הרוח שמשתמשים בה לאורך זמן ובמרחק גדול יוצרת גלים גדולים יותר. שלושה דברים קובעים את גודל הגל: מהירות הרוח, כמה זמן היא נושבת, וכמה מרחק היא עברה על המים. מדד חשוב לים נקרא "גובה גל משמעותי". זהו ממוצע הגלים הגבוהים בתצפית.

גלי צונאמי נוצרים מרעידות אדמה ותנועות גדולות בתחתית הים. גלי גאות ושפל קשורים לירח ולשמש.

גלים נשברים כשהם מתקרבים לחוף. יש ארבעה סוגים:
- נשפכים: נשפכים בעדינות ויוצרים קצף לבן.
- צינור: יוצרים "צינור" שהגולש יכול להיכנס אליו.
- קורסים: שילוב בין נשפך לצינור.
- גואים: מעלים את המים החוצה על החוף, בלי שבירה חזקה.

גלים מעניינים ופועלים בכל האוקיינוס. הם יכולים להיות קטנים לפעוטות, או ענקיים בסערה.