Beach and Coastal Structure Impacts of Infragravity Waves During the Late December 2023 Swells in Southern California

महासागर शायद ही कभी शांत होता है, भले ही सतह शांत दिखाई दे। जबकि अधिकांश लोग लहरों को समुद्र तट पर टकराने वाले लयबद्ध, हवा से संचालित रोलर्स के रूप में देखते हैं, समुद्र में सतह के नीचे एक छिपी हुई, धीमी गति भी होती है। वैज्ञानिक इन लंबी, लुढ़कने वाली लहरों को "इनफ्राग्रैविटी वेव्स" (infragravity waves) कहते हैं। परिचित हवा की लहरों के विपरीत, जो हर कुछ सेकंड में टूटती हैं, ये धीमी लहरें एक बिंदु से गुजरने में कुछ मिनटों से लेकर आधे घंटे तक का समय ले सकती हैं। वे नग्न आंखों को अक्सर दिखाई नहीं देतीं क्योंकि वे टूटते हुए पानी की तरह नहीं दिखतीं; इसके बजाय, वे एक धीमी, उठती और गिरती हुई फर्श की तरह कार्य करती हैं जो पूरे महासागर की सतह को ऊपर उठा देती है। जब एक विशाल तूफान तट की ओर एक शक्तिशाली लहर भेजता है, तो ये धीमी लहरें खाड़ियों और बंदरगाहों में फंस सकती हैं, जिससे ऊर्जा एक बाथटब में पानी को हिलाने की तरह जमा हो जाती है। यह ऊर्जा अचानक जल स्तर को उम्मीद से कहीं अधिक ऊंचा उठा सकती है, जिससे तेज़, टकराने वाली हवा की लहरें इस ऊंचे फर्श पर सवार होकर बहुत अंदर तक पहुँच सकती हैं, जिससे बाढ़ और कटाव होता है जिसे मानक पूर्वानुमान मिस कर सकते हैं।

दिसंबर 2023 के अंत में, उत्तरी प्रशांत महासागर में एक शक्तिशाली तूफान ने दक्षिणी कैलिफोर्निया की ओर एक विशाल लहर भेजी, जिससे यह समझने के लिए एक आदर्श परीक्षण मामला बना कि ये छिपी हुई लहरें कैसे व्यवहार करती हैं। शोधकर्ताओं की एक टीम, जिसमें अमेरिकी सेना कोर ऑफ इंजीनियर्स और यूनिवर्सिटी ऑफ सदर्न कैलिफोर्निया के वैज्ञानिक शामिल थे, यह जांचने के लिए निकली कि क्यों इस विशिष्ट तूफान ने सांता बारबरा चैनल के साथ इतना नाटकीय और अप्रत्याशित नुकसान पहुँचाया। वे जानना चाहते थे कि क्या इन धीमी, लंबी अवधि की लहरों ने एक बड़े तूफान को स्थानीय आपदा में बदलने की जिम्मेदारी ली थी। डेटा से लेकर समुद्री बुय (buoys), ज्वार गेज, वीडियो फुटेज और विस्तृत कंप्यूटर सिमुलेशन का उपयोग करके, टीम ने इस कहानी को जोड़ा कि कैसे गहरे समुद्र की ऊर्जा बंदरगाह में पहुंची, तटरेखा के आकार द्वारा प्रवर्धित हुई, और परिणामस्वरूप एक अचानक, 'रोग वेव' (rogque wave) के रूप में उभरी जिसने एक सड़क को जलमग्न कर दिया और समुद्र तट को नया आकार दिया।

यह तूफान, जो 28 से 31 दिसंबर, 2023 तक चला, एल नीनो स्थितियों से जुड़ी एक बड़ी मौसम प्रणाली का हिस्सा था। हालांकि लहरें बड़ी थीं, लेकिन वे कैलिफोर्निया के तट से दूर खुले महासागर में अब तक दर्ज की गई सबसे बड़ी लहरें नहीं थीं। हालांकि, जैसे ही लहरें सांता बारबरा चैनल की जटिल भौगोलिक स्थिति तक पहुँचीं, स्थिति बदल गई। चैनल एक लंबा, घुमावदार बेसिन है जो द्वीपों और भूमि के बिंदुओं द्वारा सुरक्षित है, जिसके कारण लहरें विशिष्ट क्षेत्रों में मुड़ती हैं, परावर्तित होती हैं और केंद्रित होती हैं। शोधकर्ताओं ने पाया कि जबकि खुले महासागर की लहरें महत्वपूर्ण थीं, असली खतरा उसके बाद होने वाली घटना से आया। जैसे ही तूफान की लहरें चैनल में प्रवेश करती हैं, वे इनफ्राग्रैविटी ऊर्जा का एक मजबूत स्पंदन उत्पन्न करती हैं। यह ऊर्जा एक एकल लहर के रूप में नहीं आई, बल्कि पानी के स्तर के एक निरंतर, लयबद्ध दोलन के रूप में आई जो घंटों तक चला।

इस घटना का सबसे आश्चर्यजनक प्रमाण 28 दिसंबर की सुबह वेंचुरा शहर में देखने को मिला। सुबह लगभग 10:50 बजे, ठीक उसी समय जब ज्वार उच्च था, एक विशाल "स्नीकर वेव" (sneaker wave) अचानक समुद्र तट और एक कम कंक्रीट की समुद्री दीवार (seawall) के ऊपर से उमड़ पड़ी। यह कोई सामान्य टूटती लहर नहीं थी; यह पानी का एक अचानक, शक्तिशाली प्रवाह था जिसने पास के पार्किंग स्थल और सड़क को जलमग्न कर दिया, जो सड़क की सतह से लगभग एक मीटर की गहराई तक पहुँच गया। चश्मदीद वीडियो और तूफान के बाद के सर्वेक्षणों ने दिखाया कि पानी सामान्य जल स्तर से 5.5 मीटर की ऊंचाई तक उछला था। शोधकर्ताओं ने नोट किया कि यह घटना अत्यधिक स्थानीयकृत थी; जबकि पूरी तटरेखा प्रभावित हुई थी, इस विशिष्ट स्थान पर बल उस अनुपात से कहीं अधिक था जो खुले समुद्र की लहरों की ऊंचाई के अनुरूप था। इस घटना का समय बंदरगाह में तीव्र, निम्न-आवृत्ति ऊर्जा की अवधि के साथ मेल खाता था, जिससे पता चलता कि धीमी लहरों ने जल स्तर को उठाने के लिए पर्याप्त संवेग बना लिया था, जिससे तूफान की लहरें समुद्री दीवार के ऊपर से गुजरने में सक्षम हुईं।

यह कैसे हुआ, इसे समझने के लिए टीम ने सांता बारबरा और वेंचुरा दोनों बंदरगाहों के ज्वार गेज से प्राप्त डेटा का विश्लेषण किया। उन्होंने एक ऐसी विधि का उपयोग किया जो पानी की गति को विभिन्न गतियों में विभाजित करती है, जिससे यह पता चलता है कि बंदरगाह विशिष्ट, प्राकृतिक लय पर कंपन कर रहे थे। यह बिल्कुल वैसा ही है जैसे कोई विशिष्ट स्वर कांच को तोड़ सकता है, लेकिन इस मामले में, महासागर धीमी, लंबी लहरों के साथ प्रतिध्वनित (resonate) हो रहा था। विश्लेषण ने दिखाया कि बंदरगाहों ने 16 से 21 मिनट की अवधि वाली लहरों को प्रवर्धित किया। जब तूफान की ऊर्जा इन प्राकृतिक लय से मेल खाती है, तो बंदरगाह में जल स्तर बढ़ती तीव्रता के साथ दोलन करने लगता है। वेंचुरा में, इस प्रवर्धन ने एक "हॉटस्पॉट" बनाया जहाँ पानी लगातार ऊपर की ओर धकेला जा रहा था, जिसने स्नीकर वेव के लिए मंच तैयार किया।

जमीन पर भौतिक क्षति ने इन अंतःक्रियाओं की शक्ति की पुष्टि की। तूफान के बाद, शोधकर्ताओं ने तटरेखा का सर्वेक्षण किया और पाया कि कुछ क्षेत्रों में समुद्र तट लगभग 25 मीटर पीछे हट गया था, जिसमें रेत के टीलों में दो मीटर ऊँची खड़ी ढलान बन गई थी। यह कटाव केवल हवा की लहरों के टकराने से नहीं हुआ था; यह इनफ्राग्रैविटी लहरों के कारण निरंतर उच्च जल स्तर द्वारा संचालित था, जिसने पानी को टीलों के पास लंबे समय तक बनाए रखा, जिससे वह रेत बह गई जो अन्यथा सुरक्षित रहती। नुकसान बंदरगाह की संरचनाओं तक भी फैला। अपतटीय ब्रेकवाटर (offshore breakwater), जो बंदरगाह की सुरक्षा के लिए बड़ी चट्टानों की एक दीवार है, को महत्वपूर्ण क्षति हुई। बड़े पत्थर विस्थापित हो गए, और संरचना का ढलान खतरनाक रूप से तीव्र हो गया। शोधकर्ताओं ने देखा कि जबकि इनफ्राग्रैविटी लहरों ने स्वयं चट्टानों को नहीं तोड़ा, उन्होंने जल स्तर को इतना बढ़ा दिया कि तूफान की छोटी, तेज़ लहरें दीवार के उन हिस्सों से टकरा सकें जो आमतौर पर सुरक्षित रहते हैं, जिससे समय के साथ वे उन्हें घिस देती हैं।

एक परिष्कृत कंप्यूटर मॉडल का उपयोग करते हुए, टीम ने यह देखने के लिए तूफान का सिमुलेशन किया कि लहरें बंदरगाह के आकार के साथ कैसे परस्पर क्रिया करती हैं। उन्होंने अलग-अलग लंबाई की लहरों का परीक्षण किया यह देखने के लिए कि कौन सी सबसे अधिक समस्या पैदा करेंगी। मॉडल ने पुष्टि की कि सांता बारबरा चैनल में विशिष्ट अनुनाद मोड (resonant modes), या प्राकृतिक आवृत्तियाँ हैं, जो लंबी लहरों को फंसा और प्रवर्धित कर सकती हैं। जब उन्होंने 28 दिसंबर की वास्तविक स्थितियों का सिमुलेशन किया, तो मॉडल ने दिखाया कि लगभग 120 सेकंड की अवधि वाली लहरें ऊर्जा को सीधे स्नीकर वेव के स्थान पर केंद्रित कर रही थीं। इस सिमुलेशन ने सुझाव दिया कि स्नीकर वेव स्थितियों के एक "परफेक्ट स्टॉर्म" का परिणाम थी: उच्च ज्वार, एक मजबूत तूफान की लहर, और एक विशिष्ट, प्रवर्धित लंबी-लहर की लय जिसने उस विशेष तट पर ऊर्जा को केंद्रित किया।

अध्ययन ने यह भी रेखांकित किया कि तट के सभी हिस्से एक समान प्रतिक्रिया नहीं देते हैं। जबकि सांता बारबरा चैनल ने रिकॉर्ड तोड़ स्थितियों का अनुभव किया, पास के क्षेत्र जैसे सांता मोनिका बे इस घटना से काफी हद तक बचे रहे क्योंकि तटरेखा के आकार और लहरों की दिशा ने उन्हें सुरक्षित रखा। यह खोज तटीय सुरक्षा के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है। यह बताता है कि चरम लहर की घटनाएं समान नहीं होती हैं; एक तूफान जो एक बंदरगाह के लिए खतरनाक है, वह कुछ मील दूर दूसरे बंदरगाह के लिए हानिरहित हो सकता है। शोधकर्ताओं ने जोर दिया कि केवल खुले समुद्र में लहरों की ऊंचाई पर भरोसा करना भविष्य के खतरों की भविष्यवाणी करने के लिए पर्याप्त नहीं है। धीमी, लंबी-अवधि की लहरें जल स्तर को उठाकर और लहरों को उम्मीद से कहीं अधिक अंदर तक पहुँचने देकर एक प्रबंधनीय तूफान को एक स्थानीय आपदा में बदल सकती हैं।

अंततः, यह शोध एक स्पष्ट तस्वीर प्रदान करता है कि कैसे तटीय समुदाय उन शक्तियों के प्रति संवेदनशील हो सकते हैं जिन्हें वे हमेशा देख नहीं पाते हैं। इनफ्राग्रैविटी लहरें एक छिपे हुए एम्पलीफायर (प्रवर्धक) के रूप में कार्य करती थीं, जिसने एक बड़ी लहर को स्थानीय बाढ़ और कटाव की घटना में बदल दिया। बंदरगाहों के प्रतिध्वनि पैदा करने वाली विशिष्ट लय की पहचान करके, वैज्ञानिक बेहतर भविष्यवाणी कर सकते हैं कि ये खतरनाक स्थितियाँ कब और कहाँ उत्पन्न हो सकती हैं। यह कार्य इस समस्या को हल करने का दावा नहीं करता है, बल्कि यह एक महत्वपूर्ण कड़ी प्रदान करता है: यह समझना कि महासागर की धीमी, गहरी लय दृश्यमान, टकराती लहरों जितनी ही विनाशकारी हो सकती है। वेंचुरा और अन्य तटीय शहरों के निवासियों के लिए, इसका अर्थ यह है कि भविष्य की सुरक्षा योजनाओं में इन लंबी-अवधि की लहरों को भी ध्यान में रखना होगा, यह सुनिश्चित करते हुए कि समुद्री दीवारों और समुद्र तटों को न केवल तूफान की ऊंचाई, बल्कि उसके नीचे मौजूद महासागर के उस छिपे हुए, बढ़ते फर्श को सहने के लिए भी डिज़ाइन किया जाए।