Tại sao lại có sóng biển? (Giải thích đầy đủ: gió, địa hình đáy, thủy triều, động đất…)
#Khoa_học_biển#Địa_lý_tự_nhiên#Vật_lý_vui
Tại sao lại có sóng biển? (Giải thích đầy đủ & dễ hiểu)
Tóm tắt nhanh:Gió là nguồn gốc chính tạo sóng biển. Năng lượng từ gió truyền vào mặt nước, tạo gợn capillary rồi phát triển thành gravity waves. Sóng lan truyền xa thành swell. Khi tiến vào vùng nước nông, sóng shoaling (cao dần), bị khúc xạ, nhiễu xạ, phản xạ và cuối cùng vỡ sóng. Ngoài ra còn có sóng do động đất, trượt lở, thủy triều, gió bão…
Gió → gợn capillary → sóng trọng lực → swell; vào vùng nông thì shoaling và vỡ sóng.
1) Sóng do gió: cơ chế & các yếu tố quyết định
Khi gió thổi qua mặt biển, ma sát làm mặt nước gợn lên. Gợn nhỏ (capillary waves) ổn định nhờ sức căng bề mặt. Khi đủ lớn, trọng lực trở thành lực phục hồi chính → chuyển sang gravity waves (sóng trọng lực) và tiếp tục tăng trưởng.
Yếu tố
Tác động
Tốc độ gió
Gió càng mạnh, năng lượng truyền vào càng lớn → sóng cao hơn.
Thời gian gió thổi (duration)
Thổi đủ lâu mới kịp phát triển sóng lớn.
Quãng nước mở (fetch)
Độ dài mặt nước không bị chắn theo hướng gió; fetch càng dài, sóng càng to và có chu kỳ dài.
Ổn định khí quyển
Không khí lạnh thổi qua nước ấm → chuyển năng lượng hiệu quả hơn.
Nhớ: Gió mạnh + thổi lâu + fetch dài = bộ ba tạo sóng lớn.
2) Sóng lừng (swell) vs sóng gió địa phương
Sóng gió địa phương (wind sea): hỗn loạn, nhiều hướng, chu kỳ ngắn (3–8 s), xuất hiện ngay vùng gió.
Swell: “gọn” hơn, chu kỳ dài (10–20+ s), có thể đi hàng nghìn km từ tâm bão xa. Vì tính phân tán, sóng chu kỳ dài đi nhanh hơn nên đến bờ trước.
3) Vì sao sóng cao lên và vỡ gần bờ?
Khi bước vào vùng nước nông (độ sâu h nhỏ so với bước sóng L):
Ma sát đáy làm giảm vận tốc pha, L ngắn lại → năng lượng bị dồn thẳng đứng → sóng cao lên (shoaling).
Khi độ dốc đỉnh–chân quá lớn, sóng mất ổn định và vỡ. Kiểu vỡ phụ thuộc độ dốc bãi:
Spilling (vỡ đổ): bãi thoải, bọt trắng tràn dài.
Plunging (vỡ đổ sập): bãi dốc trung bình, tạo ống sóng (thích hợp lướt sóng).
Surging (vỡ tràn): bãi rất dốc, sóng hầu như không đổ mà trườn mạnh lên bờ.
4) Biến đổi sóng: khúc xạ, nhiễu xạ, phản xạ
Khúc xạ: phần sóng đi vào nước nông chậm lại, làm đổi hướng crests và tập trung năng lượng vào mũi đá/đê chắn sóng.
Nhiễu xạ: sóng “bẻ góc” đi vào vùng khuất gió sau công trình.
Phản xạ: gặp vách đứng, năng lượng bật lại; giao thoa có thể tạo sóng đứng cục bộ.
5) Những loại sóng khác (không do gió)
Thủy triều: mực nước dâng/rút theo hấp dẫn Mặt Trăng/Mặt Trời. Không phải sóng gió, nhưng tạo dòng triều mạnh, kết hợp địa hình gây sóng đứng (seiche) ở vịnh/hồ.
Sóng thần (tsunami): do động đất dưới biển, trượt lở, phun trào núi lửa… Bước sóng cực dài (tới hàng trăm km), truyền rất nhanh ở biển sâu, khi vào bờ mới cao đột ngột.
Sóng nội (internal waves): lan theo mặt phân cách giữa các lớp nước khác mật độ, thường không nhìn rõ trên mặt nhưng ảnh hưởng tàu cá và trộn nước.
Nước dâng bão (storm surge): mực nước tăng do áp suất thấp + gió dồn nước, không phải “sóng đơn lẻ” nhưng làm ngập mạnh khi trùng triều cao.
Lưu ý an toàn: Sóng lớn kết hợp triều cao và dòng rip (rip current) có thể kéo người ra xa bờ. Khi bị cuốn, đừng bơi ngược sóng; hãy bơi chéo sang ngang khỏi dòng rồi vòng vào bờ.
6) Thuật ngữ sóng cần biết
Thuật ngữ
Ý nghĩa nhanh
Chiều cao sóng (H)
Khoảng cách đỉnh–chân; biển báo thường dùng Hs (significant wave height – trung bình 1/3 sóng cao nhất).
Chu kỳ (T)
Thời gian giữa hai đỉnh liên tiếp đi qua một điểm.
Bước sóng (L)
Khoảng cách giữa hai đỉnh liên tiếp.
Vận tốc pha
Tốc độ dịch chuyển của đỉnh sóng. Ở biển sâu, L ≈ 1.56·T² (m), vận tốc ≈ 1.56·T (m/s). (xấp xỉ thực hành)
Vận tốc nhóm
Tốc độ mang năng lượng; ở biển sâu ≈ 1/2 vận tốc pha.
7) Sóng ảnh hưởng bờ biển thế nào?
Xói lở & bồi tụ: sóng xiên tạo dòng ven bờ (longshore current) mang cát đi dọc bờ.
Thiết kế công trình: đê chắn sóng, kè mỏ hàn phải tính khúc xạ/nhiễu xạ để tránh “đói cát” phía sau.
Du lịch & thể thao: lướt sóng ưa chu kỳ dài 12–18 s; tắm biển cần chú ý bảng cảnh báo rip current.
8) Dự báo sóng sơ lược
Xem bản đồ gió (hướng, tốc độ), ‘fetch’ ngoài khơi.
Kiểm tra swell (chiều cao–chu kỳ–hướng) từ mô hình sóng.
Đọc thủy triều (giờ nước lớn/ròng) và cảnh báo bão/áp thấp.
Địa hình bãi: dốc bờ, rạn san hô, mũi đá → quyết định kiểu sóng vỡ.
9) FAQ nhanh
Tại sao ngày có gió nhẹ vẫn có sóng?
Vì swell từ áp thấp/bão ở rất xa vẫn lan tới bờ bạn dù địa phương gió yếu.
Sóng càng xa bờ càng lớn?
Không hẳn. Ở biển sâu, sóng “gọn” hơn; vào gần bờ chúng cao hơn vì shoaling, rồi vỡ.
Vì sao vịnh kín sóng lại nhỏ?
Fetch ngắn, gió bị chắn; thêm nhiễu xạ/khúc xạ khiến năng lượng suy giảm trước khi vào sâu trong vịnh.
Biên soạn: Nguyễn Văn Mạnh • Chia sẻ khoa học biển dễ hiểu cho mọi người.
Post a Comment