التأثيرات الهيدروديناميكية التراكمية لمزارع الرياح البحرية على التيارات في بحر الشمال ودرجات حرارة السطح

لماذا تهم تغيّرات المحيط الناتجة عن طاقة الرياح

أصبحت مزارع الرياح البحرية من مصادر الطاقة الرئيسية في أوروبا، لا سيما في بحر الشمال. لكن آلاف التوربينات لا تستخلص الطاقة من الرياح فحسب؛ بل تُحرّك المحيط أيضاً. تطرح هذه الدراسة سؤالاً بسيطاً ولكنه واسع الأثر: مع زيادة كثافة التوربينات في بحر الشمال، هل سنعيد تشكيل التيارات وخلط المياه وحتى درجات حرارة السطح بطريقة تؤثر على الحياة البحرية والمناخ؟

إبطاء حركة البحر الطبيعية

استخدم الباحثون نموذجاً حاسوبيّاً متطوّراً لمنطقة وسط وجنوب بحر الشمال، شُغّل على مدى عقد من الزمن، لمقارنة عالم بوجود مزارع الرياح البحرية وعالم بدونها. اختبروا التوزيع الحالي (حوالي 4700 توربين في 2023) وسيناريو مستقبلي يتماشى مع الأهداف السياسية لعام 2050، بأكثر من 10000 توربين. يُظهر النموذج أن مزارع الرياح تُبطئ التيارات القريبة من السطح بشكل جماعي: فالمزارع الحالية تقلل بالفعل متوسط سرعات السطح بنحو 10 بالمئة في أكثر المناطق كثافة، وتحت سيناريو 2050 قد تضعف التيارات في بعض المواقع — لا سيما في خليج ألمانيا — بأكثر من 20 بالمئة. وفي الوقت نفسه، تزداد سرعات المياه قليلاً في الفجوات بين تجمعات التوربينات الكبيرة، حيث ينحرف التدفق حول هذه "العوائق" الجديدة في البحر.

نوعان من التيارات الخلفية، وبصمتان مختلفتان

كل توربين يُنتج نوعين رئيسيين من التيارات الخلفية. فوق السطح، تسلب الشفرات طاقة من الريح، مُخلفة ذيلاً طويلاً من هواء أبطأ وأكثر اضطراباً يمتد لعشرات الكيلومترات إلى ما وراء اتجاه الريح. هذا الضغط الهوائي الأضعف يقلل الدفع على سطح البحر ويهدئ الحركة الاضطرابية في الأمتار القليلة العليا. تحت السطح، تعمل قاعدة التوربين كعمود في نهر، مضافة مقاومة ومولدة تيارات دوّامية ونشيطة في مؤخرته المباشرة. تُظهر المحاكاة أن هذه التيارات الخلفية تحت الماء يمكن أن تزيد الاضطراب المحلي بأكثر من 30 بالمئة — وأحياناً تتجاوز المستويات الطبيعية — ضمن مئات الأمتار إلى كيلومترات من كل منشأة. معاً، تخلق هذه التأثيرات رقعة من المياه السطحية المهدّأة تحيط بـ"بقع ساخنة" ضيقة من الخلط المكثف.

الخلط والطبقات واتجاه دِفء طفيف

هذا التنافس بين أسطح أكثر هدوءاً وقاع أكثر اضطراباً يغيّر كيفية خلط عمود المياه. في المناطق ذات تباعد التوربينات الكثيف، مثل أجزاء من خليج ألمانيا، يزيد الاضطراب الإضافي الناتج عن القواعد الخلط الرأسي بنسبة تتراوح بين 50 إلى أكثر من 100 بالمئة في بعض الأحيان، جاذباً مياهاً أعمق وأبرد صعوداً خلال الصيف. قد يُبرِد ذلك السطح محلياً بما يصل إلى نحو نصف درجة مئوية ويضعف الطبقات الموسمية. في أماكن أخرى، لا سيما في مناطق أوسع وتتعرض للطبقية الموسمية مثل شرق بنك دوغر، تكون الإشارة السائدة معاكسة: خلط سطحي أضعف وتبادل هواء–بحر مخفض مرتبط برياح أبطأ. هناك، يرتفع السطح بقدر يصل إلى نحو 0.2 °م، ويصبح الانتقال بين الماء السطحية الدافئة والمياه الأعمق الأكثر ضحالةً وحدّة.

تحويل الطاقة والرواسب والمغذيات

بما أن التيارات تبطأ بالقرب من العديد من مزارع الرياح، ينخفض إجمالي الطاقة الحركية للنظام — "ميزانية" المياه المتحركة — ببضعة بالمئات في سيناريو المستقبل. تترجم التيارات القاعية الأقل نشاطاً إلى إجهاد قص لقاع البحر أضعف على مساحات واسعة ضحلة، ما قد يغيّر سهولة تهييج الرواسب. تشير أعمال سابقة إلى أن مثل هذه التغييرات قد تؤثر على مقدار المواد العضوية المدفونة في قاع البحر مقابل المحفوظة في المعلق، مع آثار لاحقة على صفاء المياه والإنتاج الأولي. كما تُظهر الدراسة أن المدّ الرئيسي في المنطقة يفقد بعض الطاقة بينما تقوى مكونات مدّية أعلى تردداً، ما يدل على أن مزارع الرياح تعدّل إيقاع وشكل المدّات نفسها بشكل دقيق.

ما الذي يعنيه هذا للمناخ والحياة البحرية

بشكل متوسط، يقترح النموذج أن توسّع الرياح البحرية قد يدفع بدرجات حرارة سطح بحر الشمال للارتفاع بنحو عُشر الدرجة — مقدار صغير مقارنة بتقلبات سنة لسنة، لكنه يشكل نحو 10 بالمئة من الاحترار طويل الأمد المتوقع نتيجة تغيّر المناخ وحده. في المناطق ذات الطبقية، قد تجعل الطبقات الأقوى من الصعب وصول مياه غنية بالأكسجين إلى القاع، مما يثير القلق في مناطق معرضة سابقاً لانخفاض الأكسجين. في المناطق المختلطة والمهيمنة بالمدّ، قد تكون التغيرات في فقدان الحرارة المدفوع بالرياح أكثر أهمية من الخلط، مشيرة إلى تفاعلات مرتدة معقدة بين مزارع الرياح والمحيط والغلاف الجوي. يجادل المؤلفون بأنه مع نمو الرياح البحرية من مشاريع فردية إلى شبكة على مستوى الحوض، يجب أن يُعامل أثرها الفيزيائي مثل أي محرك بشري رئيسي آخر في البحر — أمر يحتاج المخططون وصانعو السياسات إلى أخذه في الحسبان عند تصميم مزارع الرياح المستقبلية، وتباعد التوربينات، وإدارة النُظم البيئية البحرية.

الاستشهاد: Christiansen, N., Daewel, U. & Schrum, C. Cumulative hydrodynamic impacts of offshore wind farms on North Sea currents and surface temperatures. Commun Earth Environ 7, 164 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03186-8

الكلمات المفتاحية: مزارع الرياح البحرية, تيارات بحر الشمال, خليط المحيط, درجة حرارة سطح البحر, النُظُم البيئية البحرية