Бродячие волны, волны-убийцы, волны-монстры, столетние волны… все эти эпитеты служат для обозначения гигантских волн, которые встречаются в океане. Они настолько высокие, что способны перевернуть океанский лайнер. Высота бродячей волны - как минимум вдвое больше высоты обычной большой волны.
В эпоху Великих географических открытий, когда многие корабли, отправлявшиеся в плаванье, не возвращались обратно, по портовым кабакам пошли гулять невероятные истории о загадочном природном явлении. Юнги, крещёные штормом, и видавшие виды моряки рассказывали о жуткой и неведомой силе, которая появляется в открытом море из ниоткуда и разрушает корабли в одно мгновенье. С тех пор принципы судостроения изменились, управляемость, остойчивость и прочность кораблей значительно выросли. Раньше считалось, что волны-убийцы - это миф, но последние исследования доказали их существование. Согласно подсчетам, вероятность появления таких волн в океане составляет 1 к 200 000.
На протяжении веков бывалые морские волки пугали своих слушателей жуткими рассказами о громадных волнах-убийцах высотой с гору. Но лишь сравнительно недавно океанологи и геофизики стали относиться к этим рассказам серьезно и пытаться понять, откуда берутся эти монстры и как от них уберечься. На помощь пришли математика и непрерывный космический мониторинг океана.
Хрестоматийная картина Айвазовского «Девятый вал» - о жертвах стихии - знакома, наверное, каждому. Разумеется, в число произведений известного мариниста эта тема попала не случайно: за многие столетия истории мореплавания фольклор оброс легендами о гигантских водяных стенах и провалах.
Как волна-убийца опрокидывает и топит суда, многие могли видеть в голливудском фильме-катастрофе «Идеальный шторм» (The Perfect Storm) - драматической истории о том, как в Северной Атлантике восточнее Ньюфаундленда в результате столкновения двух мощных штормовых фронтов бесследно исчезает рыболовецкая шхуна «Андреа Гейл», унося с собой жизни рыбаков.
По словам редких очевидцев, сумевших пережить буйство стихии, такие волны нередко возникают при вполне благоприятных погодных условиях, не предвещающих, казалось бы, никакой опасности.
Достоверных фактов о чудовищных волнах, неожиданно возникающих в открытом море, сравнительно немного, но тем не менее они накапливаются и требуют объяснения. Волны-убийцы совершенно не похожи на остальные: они в 3−5 раз превышают по высоте обычные волны, рождающиеся при сильном шторме.
Впервые официально волна-убийца была зафиксирована на норвежской газодобывающей платформе (платформа Дропнера) в 1995 году. Волну так и назвали - «волна Дропнера». Хотя она и не причинила платформе больших повреждений, ее высота составляла 26 метров - вдвое выше, чем в случае с любой другой большой волной в этом регионе.
Бродячие волны, в отличие от цунами, обычно встречаются очень далеко от берега. Для океанских штормов волны высотой 7 метров - обычное дело. Если шторм исключительно сильный, высота волн может достигать 15 метров. Но бродячие волны не рождаются в шторм и могут достигать высоты 30 метров и более (высота 10 этажного дома). Такая волна выглядит, как огромная, почти вертикальная стена воды. Если на пути бродячей волны оказывается корабль - надежд на спасение почти нет, он тонет за считанные минуты.
Бродячие волны могут появляться и на озерах. Так, в американском озере Супериор существует феномен под названием «Три сестры». Иногда на поверхности озера возникают три огромных, идущих друг за другом волны. В 1975 году военный корабль «Эдмунд Фицжеральд» (длиной 222 метров) утонул именно из-за столкновения с «сестрами».
Как показывают последние исследования, бродячие волны не так уж редки. Ученые исследовали данные со спутников и обнаружили, что в океане ежегодно появляется множество таких волн. Феномен волн-убийц изучали даже сотрудники американских военных лабораторий DARPA, но причину их возникновения так и не удалось выяснить.
История изучения волн - убийц
В 1840 году во время своей экспедиции французский мореплаватель Дюмон д’Юрвиль (1792–1842) наблюдал гигантскую 35-метровую волну, о чём и сообщил на заседании Французского географического общества. Но его подняли на смех: никто из ученых мужей не поверил, что такие монстры могут существовать. Бурное развитие судоходства и яхтинга в последующие полтора века предоставило многочисленные свидетельства существования необычных гигантских волн, подобных той, что наблюдал д’Юрвиль, – волн-убийц. Их ещё называют блуждающими волнами, волнами-монстрами и даже неправильными волнами. Одна-единственная волна-убийца, появляется из ниоткуда и исчезает в никуда прежде, чем её успевают зафиксировать. Это смертельное испытание даже для самых современных кораблей: поверхность, на которую обрушивается гигантская волна, может испытывать давление до 100 тонн на квадратный метр (а большинство современных судов может выдержать лишь до 15 тонн). Эта волна достаточно высока, чтобы затопить 10-этажное здание или опрокинуть 30-метровый круизный лайнер.
По словам чудом уцелевших очевидцев такие волны возникают неожиданно, длятся всего несколько секунд и часто несут смерть.
Декабрь 1942 года. «Queen Mary». Во времена Второй мировой войны этот роскошный лайнер переоборудовали в войсковой транспортировщик. Взяв на борт 15 тысяч человек, корабль направлялся в Англию. И тут на лайнер обрушилась 23-метровая стена воды. В самой высокой точке «Queen Mary» достигал около семи метров. Крен судна составил 5 градусов от поверхности воды. Волна ударила «Queen Mary» в борт, ещё немного и корабль буквально мог перевернуться днищем вверх. Однако «Queen Mary» удалось снова выровняться и встать прямо. На его борту было 15 тысяч человек.
…1943 год, Северная Атлантика. Круизный лайнер «Queen Elizabeth» попадает в глубокую ложбину и подвергается двум мощным волновым ударам подряд, которые наносят серьёзные повреждения на мостике – на высоте двадцать метров над ватерлинией.
…1944 год, Индийский океан. Крейсер британских ВМС «Бирмингем» проваливается в глубокую яму, после чего на его носовую часть обрушивается гигантская волна. Согласно записям командира, корабля палуба, находящаяся на высоте восемнадцать метров от уровня моря, залита водой по колено.
…1951 год. Северная Атлантика. Капитан Хенри Карлсон послал радиограмму о том, что на его грузовое судно Flying Enterprise обрушилась сила, которую он определил как большая волна. Он не назвал её волной убийцей.
Карлсон просто не хотел, чтобы его сочли очередным пьяницей-выдумщиком. Его корабль треснул в средней части: казалось, что кто-то взял огромный мясницкий топор и обрушил его на судно прямо по середине. Карлсону и его команде удавалось поддерживать судно на плаву. Карлсон был умным человеком и распорядился натягивать тросы на лебедках по обе стороны трещины. Когда трещина стала диаметром 2 см, они залили её бетоном и построили на ней волноотвод. Гениально! Корабль остался на плаву, но 28 часов спустя на судно обрушилась ещё одна волна-убийца высотой 20 м. Мачты и все радиоантенны сломались. Стальная обшивка судна треснула.
Ударная сила волны была просто чудовищной. Казалось, что разверзся ад. 40 членам экипажа и 10 пассажирам удалось спастись, а капитан Карлсон остался на корабле и посылал радиограммы. Британские буксиры пытались отвести пострадавшее судно за 600 с лишним километров в английский Фалмут, но когда до берега осталось 60 км, Flying Enterprise пошёл ко дну. Капитан Карлсон успел спастись всего за несколько минут до того, как корабль затонул. На родине капитана встречали как героя. Однако Карлсон предпочёл умолчать о том, что его судно стало жертвой двух волн-убийц. То, что существование волн-убийц долгое время отрицалось учёными, отчасти произошло потому, что капитаны не хотели признавать, что океан их покорил. Они гордятся своими умениями и не безосновательно. Но потом стало ясно, что в этом нет их вины: потому что никакие умения не помогут при встрече с волной-монстром.
…1966 год. Элегантный лайнер «Микеланджело» направляется через Атлантику в Нью-Йорк. 275-метровый красавец оборудован стабилизаторами качки, чтобы богатые пассажиры не пролили ни капли мартини. Однако в океане что-то произошло… Когда потрёпанный «Микеланджело» вошёл в порт Нью-Йорка, два пассажира и один член экипажа были мертвы, двенадцать ранены, а нос корабля превратился в груду покорёженной стали. Команда сообщила, что на них с невероятной силой обрушилась единственная волна высотой более 25 метров. Вода ворвалась на мостик и в каюты первого класса. Всё произошло буквально в считанные секунды.
…Декабрь 1978. Гордость немецкого торгового флота, супертанкер «Мюнхен» на всех парах шёл сквозь шторм в Атлантике. Судостроители заверили: «Мюнхен» непотопляем, ему «море по колено» и не страшен никакой шторм. Но вскоре выяснилось, что это не так. Находясь посреди океана, «Мюнхен» вдруг послал сигнал бедствия, и спустя пятнадцать секунд сигнал пропал. В ходе самых масштабных поисков в истории мореплавания было найдено лишь несколько обломков корабля да потрёпанная шлюпка, что болталась на волнах посреди океана. Шлюпка была сорвана со швартовых и словно разбита молотом. Это означало, что на корабль обрушилась сила с высоты 18 метров. Останки 29 членов экипажа так и не были обнаружены. Это давало основания считать, что корабль стал жертвой волны-убийцы. В заключении морского суда причиной возникновения необычного явления было названа плохая погода, но ни слова о том, что же это было за явление.
…1980 год. У берегов Японии пошел на дно английский сухогруз Derbyshire. Как показало обследование, судно длиной почти 300 метров погубила гигантская волна, которая пробила главный грузовой люк и залила трюм. Погибли 44 человека.
…В 1980 году с волной-убийцей столкнулся российский танкер «Таганрогский залив». Происходило это следующим образом. «Волнение моря после 12 ч тоже несколько уменьшилось и не превышало 6 баллов. Ход судна был сбавлен до самого малого, оно слушалось руля и хорошо «отыгрывалось» на волне. Бак и палуба водой не заливались. Неожиданно в 13 ч 01 мин носовая часть судна несколько опустилась, и вдруг у самого форштевня под углом 10-15 градусов к курсу судна был замечен гребень одиночной волны, которая возвышалась почти на 5 м над баком (фальшборт бака отстоял от уровня воды на 11 м). Гребень мгновенно обрушился на бак и накрыл работающих там матросов (один из них погиб). Матросы рассказывали, что судно как бы плавно пошло вниз, скользя по волне, и «зарылось» в вертикальный срез ее фронтальной части. Никто удара не ощутил, волна плавно перекатилась через бак судна, накрыв его слоем воды толщиной более 2 м. Ни вправо, ни влево продолжения волны не было…» (из книги И. Лавренова «Математическое моделирование ветровых волн в пространственно-неоднородном океане»)
Всерьёз за изучение волн-убийц взялись лишь после того, как в том же, 1980, году одному смельчаку удалось запечатлеть волну-убийцу во время её нападения на нефтяной танкер Esso Langbedoc. Танкер шёл домой из Дурмана, восточнее побережья ЮАР. На море было неспокойно, волны достигали 4,5 метров. Старший помощник капитана Филипп Лежур стоял на мостике, когда волна, намного выше всех остальных появилась ниоткуда и стала приближаться к кораблю. Когда вода прокатывалась по палубе, Лежур успел щёлкнуть затвором фотоаппарата. И это фото стало первым документальным свидетельством существования гигантских волн, которые способны накрыть даже огромный танкер. Верхушка мачты по правому борту находилась на высоте 25 метров от уровня воды, поэтому высота волн по сравнению с ней была определена как 30,5 метров. Esso Langbedoc пережил сокрушительный удар, который потряс корабль от носа до кормы. «Штормило, но несильно, - рассказывал потом Филипп Лежур в интервью английскому журналу New Scientist. - Вдруг со стороны кормы появилась огромная волна, во много раз выше всех остальных. Она накрыла все судно, под водой скрылись даже мачты». Танкеру повезло: он остался на плаву.
Теперь у учёных было вещественное доказательство (а за этим вскоре последовали и другие), им пришлось пересмотреть свои взгляды и, несмотря на невозможность математического моделирования процесса возникновения таких волн, признать факт их существования.
Хотя скептиков всё ещё было предостаточно, тем не менее, эксперты вели суровую статистику: по их подсчетам с 1968 по 1994 год волны-убийцы погубили порядка 200 судов, среди них - 22 громадных супертанкера (а погубить супертанкер очень непросто); утонуло более 600 человек.
Выяснилось также, что волны-убийцы не имеют никакого отношения ни к цунами, которые появляются в результате сейсмических явлений и набирают максимальную высоту лишь у самого берега, ни к обычным волнам, которые порождаются мощным штормом. Они возникают не только во время штормовой погоды, но и при слабом ветре и относительно небольшом волнении.
Вплоть до 2005 года тонуло по два корабля в неделю, обычно при весьма загадочных обстоятельствах. Но ещё большее количество мелких судов (траулеры, прогулочные яхты) при встрече с волнами-убийцами просто исчезают без следа, даже не успев послать сигнал бедствия. Гигантские водные валы высотой с пятнадцатиэтажный дом сминали или разбивали суденышки. Не спасало и мастерство рулевых: если кому-то удавалось успеть развернуться носом к волне, то его участь была такой же, как и у несчастных рыбаков в фильме «Идеальный шторм»: кораблик, пытаясь взобраться на гребень, становился в вертикальное положение и срывался вниз, падая в пучину килем кверху.
…1995 год, Северное море. Серьёзное повреждение от гигантской волны получает плавучая буровая установка «Веслефрикк Б», принадлежащая компании Statoil. По свидетельству одного из членов экипажа, за несколько минут до удара он видел стену воды.
…1995 год, Северная Атлантика. При переходе в Нью-Йорк круизный лайнер «Куин Элизабет-2» попадает в ураган и принимает на носовую часть удар волны высотой двадцать девять метров. «Ощущение было такое, что мы врезаемся в Белые скалы Дувра», - рассказывал капитан Рональд Уоррик.
…1998 год, Северная Атлантика. Плавучая эксплуатационная платформа «Шихэллион» компании ВР Amoco подвергается удару гигантской волны, которая разносит её баковую надстройку на высоте восемнадцать метров от уровня воды.
…2000 год, Северная Атлантика. Приняв сигнал бедствия от яхты на расстоянии 600 миль от ирландского порта Корк, британский круизный лайнер «Ориана» получает удар волны высотой двадцать один метр.
…2001 год. Пассажиры круизных лайнеров «Бремен» и «Звезда Каледонии» тогда рассказывали, будто бы суда попали во впадину между гигантскими волнами. Горизонт скрылся из виду, и какое-то время шли вдоль водяных стен, которые возвышались над самыми верхними палубами.
…2005 год. Круизный лайнер Norwegian Dawn, огромный 300-метровый корабль с 2500 пассажиров на борту шёл в Нью-Йорк с Багамских островов. Внезапно лайнер резко накренился, а в следующие секунды гигантская волна обрушилась на его борт, выбивая иллюминаторы кают и смывая за борт всё на своём пути. Кораблю очень повезло, он отделался лишь небольшими повреждениями корпуса, смытым за борт имуществом да ранеными пассажирами.
Но не только в океанах капитаны сталкиваются с волнами-убийцами. Североамериканские Великие озера не стали исключением. Именно там произошла одна из самых известных катастроф в морской истории. Великие Озера в Северной Америке являются своего родами морями, и об этом знает каждый мореход. Там возможны волны, подобные тем, что образуются в океане. Поэтому нет ничего удивительного в том, что на Великих Озерах появляются волны-убийцы.
10 ноября 1975 года грузовое судно Edmund Fitzerald, перевозившее товары для сталелитейной промышленности попало на озере Верхнем в ужасный шторм. С наступлением темноты у судна возникли непредвиденные проблемы: шторм вывел из строя радар и повредил само судно. Капитан Эрнест Максорли передал находящемуся рядом судну «Артуру Андерсену», что у «Фитца…» неприятности, но ничего серьезного. С Андерсена ответили, что в направлении Edmund Fitzerald движутся две огромные волны. Вдруг за несколько минут судно пропало с 29 членами экипажа. Во время последнего сеанса связи капитан «Фитцжеральда» сообщил, что у них всё в порядке, они справятся своими силами. Потом огни пропали, и судно вообще исчезло. Возможно, что ударом двух волн-убийц судно просто разломило напополам, и оно затонуло в течение нескольких минут.
Спустя полгода береговая охрана США обнаружила обломки Edmund Fitzerald на дне озера Верхнее. Оно разломилось пополам. Искореженный Edmund Fitzerald лежал на глубине более 150 метров. Береговая охрана не могла точно сказать, что явилось причиной затопления судна, но ученые из Национального Управления Изучения Океанов и Атмосферы зарегистрировали волны-убийцы в районе Великих Озер. И Уайтфишпойнт, где и нашли Edmund Fitzerald, находится там, где вполне могли возникнуть волны-убийцы.
Волны-убийцы стали предметом внимания для многих международных организаций, занимающихся проблемами безопасности судов и морских сооружений, таких как International Association of Classification Societies.
Технические нормы и стандарты безопасности, разрабатываемые этими организациями, носят, как правило, рекомендательный характер для соответствующих национальных институтов. Вместе с тем некоторые национальные организации в последние годы пересматривают свои подходы к проблемам безопасности в море и переходят от стандартов «наиболее вероятная опасность» к стандартам «возможный риск».
Обычно волна-убийца описывается как быстро приближающаяся водяная стена огромной высоты. Перед ней движется впадина глубиной несколько метров - «дыра в море». Высота волны обычно указывается именно как расстояние от высшей точки гребня до низшей точки впадины. По внешнему виду волны-убийцы делятся на три основных типа: «белая стена», «три сестры», «одиночная башня».
«Три сестры» - это когда следующие одна за другой три гигантские волны, поднявшись на которые, переламываются под собственным весом супертанкеры. «Три сестры» возникают при столкновении морских течений: наиболее часто такие волны появляются у мыса Доброй Надежды (южная оконечность Африки), где соединяются теплые и холодные потоки.
По наблюдениям Национального управления океанических и атмосферных исследований США (NOAA), волны-убийцы бывают рассеивающиеся и не рассеивающиеся. Последние способны проделать по морю довольно долгий путь: от шести до десяти миль. Если судно замечает волну издали, можно успеть принять какие-то меры. Рассеивающиеся же появляются буквально ниоткуда, обрушиваются и исчезают. И их добычей становились не только корабли…
Штормы в Северной Атлантике - одни из жесточайших в мире. Сила океана здесь такова, что стена воды здесь ничуть не мягче бетонной… На этот раз волна-убийца невероятной силы и высотой с 35-этажный дом ударила по нефтяной платформе «Ocean Ranger», которая находилась в районе Большой Ньюфаундлендской банки (банка - возвышенный участок дна). Об этой трагедии в Ньюфаундленде помнят до сих пор. Потому что мощи одной единственной волны хватило, чтобы опрокинуть огромную платформу и забрать разом столько жизней…
14 февраля 1982 года волна высотой примерно в 27,5 метров выдавила окна центра управления на Ocean Ranger. Вода залила пульт управления и все компьютерные системы; балластные цистерны, которые стабилизировали платформу, вышли из строя, и она перевернулась. В результате погибли все 84 рабочих буровой. Это был самый трагический исход встречи с волной-убийцей. А ведь Ocean Ranger по тем временам была сама большой и самой современной буровой платформой, для которой 12-метровые волны были просто небольшим волнением. И это далеко не единичный случай. Но даже обладая подобными свидетельствами, учёные сомневались в реальном размере волн-убийц. Только в 1995 в результате удара по другой нефтяной платформе были получены первые надёжные свидетельства мощи такой волны.
…Буровая платформа «Дропнер» стояла в Северном море между Норвегией и Шотландией. В первый день нового года платформу осаждали 10-метровые волны, и в этом не было ничего необычного. Внезапно на скорости более 70 км/ч на платформу обрушилась волна в 3 раза больше обычных. При ударе волны лазер, установленный на платформе, зафиксировал точные показания этого монстра. Гребень волны находился на высоте 27 с лишним метров. Эти данные стали большим шагом вперед. Так как характер повреждений оборудования соответствовал указанной высоте волны, научный мир признал существование волн-убийц, а также тот факт, что рассказ об их размере – вовсе не сказки незадачливых мореходов.
Так выглядят обычные большие волны в океане. Бродячие волны - больше в несколько раз:
Механика волны
Частицы воды благодаря их большой подвижности легко выходят из состояния равновесия под действием разного рода сил и совершают колебательные движения. Причинами, вызывающими появление волн, могут быть приливообразующие силы Луны и Солнца, ветер, колебания атмосферного давления, подводные землетрясения или деформации дна. Ветровые волны образуются за счет энергии ветра, передаваемой путем непосредственного давления воздушного потока на наветренные склоны гребней и трения о поверхность воды.
Природа образования волн на водной поверхности была хорошо изучена, смоделирована и описана европейскими учеными в первой половине XIX века. Уже тогда было ясно, что при ветре силой более двух баллов (скоростью свыше четырех узлов) потоки воздуха передают морской ряби энергию, вполне достаточную для образования настоящих волн и зыби.
Если ветер не утихает, волнение постепенно усиливается, так как колебательные движения воды получают дополнительную энергию извне. Высота волны при этом зависит не только от скорости ветра, но и от продолжительности его воздействия, а также от глубины и площади открытой воды.
В справочниках и энциклопедиях приведены высоты волн, характерные для разных океанов. Так, энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона сообщает, что самые большие волны встречаются в области западных ветров Индийского океана (11,5 м) и в восточной части Тихого океана (7,5 м). Однажды такие волны наблюдались у Азорских островов (15 м) и в Тихом океане между Новой Зеландией и Южной Америкой (14 м).
Когда волна, приходящая из открытого моря, выклинивается возвышенным дном, возникает прибой или бурун. На западном побережье экваториальной Африки и возле Мадраса в Индии волны прибоя иногда достигают 22 метров в высоту.
Некоторые ученые-океанологи отрицают существование громадных волн-убийц в открытом море, считая, что объективная картина искажается в глазах перепуганных очевидцев. Из-за углубления, которое всегда идет перед волной, возникает особый эффект восприятия, усиливающийся еще и тем, что корабль располагается не горизонтально, то есть параллельно подошве волны, а наклонен к ней. В итоге высота волны может сильно преувеличиваться.
Тем не менее постоянно накапливающиеся факты доказывают обратное. Известно, что разные волны могут взаимодействовать, вызывая усиление и ослабление волнения. Наложение двух когерентных волн вызывает волну, высота которой равна сумме высот отдельных волн. Это явление называется интерференцией.
Именно интерференцией ученые объясняют возникновение в некоторых местах океана необыкновенно высоких волн. Они встречаются на «стыке» волн Атлантического и Индийского океанов - у мыса Доброй Надежды, самой южной точки африканского континента, и у мыса Игольный. Здесь встретившиеся волны начинают громоздиться одна на другую, порождая громадные валы. Моряки называют их «кейпроллерами» (от английских слов саре - мыс и roller - вал, большая волна), а океанологи - уединенными или эпизодическими волнами. Кейп-роллеры уничтожают как малые суда, так и огромные танкеры, спортивные яхты и сухогрузы, пассажирские лайнеры. Видимо, именно из-за такой волны потерпело катастрофу у восточного побережья Южной Африки советское транспортное судно «Таганрогский залив» в 1985 году.
Кейпроллеры возникают не только у южной оконечности Африки, но и в районах Ньюфаундлендской банки, у Бермудских островов, у мыса Горн, на окраинах норвежского шельфа и даже у берегов Греции
Если две интерферирующих волны встречают на пути какую-либо преграду - отмель, рифы, остров или берег - выклинивание порождает новую волну, намного превосходящую по высоте своих «родительниц». Из-за отражения волн от различных преград в результате наложения отраженной волны на прямую могут возникать так называемые стоячие волны. В отличие от бегущей волны, в стоячей не происходит течения энергии. Различные участки такой волны колеблются в одной и той же фазе, но с разной амплитудой.
Интерферируя между собой, могут сталкиваться воздушные потоки и морские течения, и тогда их энергия суммируется в виде волн. Вот почему можно встретить суперволны в Гольфстриме, Куросио и других мощных океанских течениях.
Возле пользующегося дурной славой мыса Горн происходит то же самое: быстрые течения сталкиваются с противодействующими ветрами.
Однако и механизмы интерференции не могут дать исчерпывающего объяснения причин возникновения волн-великанов.
Одинокие убийцы
В разгадке секретов гигантских волн на помощь океанографам пришли физики и математики. Ефим Пелиновский изучил и описал механизм возникновения уединенных стационарных волн, которые называют солитонами (от solitary wave - уединенная волна). Главная особенность солитонов состоит в том, что эти волны-одиночки не меняют своей формы в процессе распространения, даже при взаимодействии с себе подобными. Такие волны могут распространяться на очень большие расстояния без потери своей энергии.
Толща воды в океане устроена весьма непросто. Океан неоднороден по вертикали: там имеются слои разной плотности, в каждом из которых могут возникать и распространяться внутренние волны, достигающие высоты в 100 и более метров. Пелиновский считает, что во внутренних слоях океана тоже существуют солитоны, и активно занимается их исследованием и прогнозом.
Крупномасштабные атмосферные воздействия - циклоны и антициклоны - приводят к повышению или понижению поверхности океана в областях низкого и высокого давления. Эта связь получила название закона обратного барометра. Понижение атмосферного давления только на 1 мм ртутного столба может вызвать повышение уровня океана в этом месте на 13 мм. Если же давление падает на десятки миллиметров, что нередко случается во время тайфунов, то на поверхности океана появляется возвышенность в метры или десятки метров, которая, распространяясь, может породить гигантскую волну. Перепады давления могут привести к возникновению резонансных явлений, которые и служат причиной зарождения огромных волн в океане.
Математическое моделирование морских волн проводится сегодня во многих странах мира, ученые предлагают решения, весьма непохожие друг на друга, по-разному описывая разные типы гигантских волн.
Конечно же, математические модели создаются не только ради объяснения природы волн. Ученые ставят перед собой вполне конкретную цель - научиться спасать от гибели суда и нефтегазовые сооружения на шельфе. А главное - жизнь людей.
Научные исследования показали, что в среднем одна из 23 волн существенно превосходит другие по своим параметрам. Статистика свидетельствует, что одна уединенная волна, втрое превосходящая по своим параметрам обычную, приходится на 1175 волн, а четырехкратное превышение встречается у одной волны из 300 тысяч нормальных. Однако статистика, к сожалению, не позволяет предсказать появление волны-убийцы.
Последние наблюдения ученых доказывают, что волны-гиганты - не такая уж редкость, и их существование следует учитывать при проектировании судов. В университете Глазго составлен каталог недавних морских катастроф, вызванных волнами-убийцами. Из 60 сверхкрупных судов, затонувших в период с 1969 по 1994 год, 22 грузовых судна длиной более 200 метров стали жертвами гигантских волн. Они проламывали главный грузовой люк и затапливали главный трюм. В этих кораблекрушениях погибло 542 человека. В большой опасности оказываются и нефтяники, так как добыча постепенно перемещается на океанский шельф, а при проектировании нынешних морских платформ и плавучих буровых существование гигантских волн-убийц явно не бралось в расчет.
В 2000 году Евросоюз инициировал запуск межнационального проекта по исследованию волн-убийц под названием MaxWave («Максимальная волна»). И вскоре при помощи двух спутников Европейское космическое агентство стало вести наблюдение за океаном. Лишь за первые три недели работы спутники зафиксировали с десяток волн-убийц высотой около 30 метров! Кроме того, выяснилось, что волны-убийцы возникают в океане раз в два дня. Понятно, что это средняя температура по больнице, но всё же это лучше, чем ничего. Или то, что было ранее. Например, анализ данных радаров нефтяной платформы Гома в Северном море показал, что за 12 лет в доступном поле обозрения было зафиксировано 466 волн-убийц. Устаревшие же теории волнообразования показывали, что в этом регионе появление волны-убийцы могло случиться раз в десять тысяч лет! Ничего себе, «погрешность»?
Вывод о том, что волны-убийцы встречаются в океане значительно чаще, чем это предполагалось ранее, к которому пришло Европейское космическое агентство (ESA) и подтвержденный независимыми измерениями волн вЮжной Атлантике, может в корне изменить подход к стандартам безопасности строительства и эксплуатации морских нефтяных платформ и танкеров. По мнению известного норвежского эксперта С. Хавера, высота волны-убийцы может на 10-20% превышать порог, заданный статистическими данными о волнении, который учитывается при строительстве нефтяных платформ. Еще более категорично высказался авторитетный британский эксперт в области судостроения Д. Фолкнер, утверждая, что часто используемые при постройке судов критерии экстремальной высоты линейной волны в 10,75 м и максимальной нагрузки в 26-60 кН/мм2 совершенно неадекватны и не обеспечивают безопасность на море в условиях воздействия катастрофических волн.
Практическая сторона исследования этого природного явления вполне очевидна. Изучение их свойств позволит внести корректировки в проекты строящихся морских лайнеров, что необходимо из-за все возрастающих аварий танкеров и вызываемых тем самым экологических бедствий. Если такие огромные волны существуют, то надо уметь им сопротивляться.
Но пока для морских судов эти волны продолжают представлять угрозу.
Волнение моря представляет собой колебание водной поверхности вверх и вниз от среднего уровня. Однако в горизонтальном направлении при волнении не перемещаются. В этом можно убедиться, наблюдая за поведением поплавка, качающегося на волнах.
Волны характеризуются следующими элементами: наиболее низкая часть волны называется подошвой, а самая высокая - гребнем. Крутизной склонов называется угол между ее склоном и горизонтальной плоскостью. Расстояние по вертикали между подошвой и гребнем есть высота волны. Она может достигать 14-25 метров. Расстояние между двумя подошвами или двумя гребнями называется длиной волны. Наибольшая длина около 250 м, крайне редко встречаются волны до 500 м. Быстрота продвижения волн характеризуется их скоростью, т.е. расстоянием, пробегаемым гребнем обычно за секунду.
Главной причиной волнообразования является . При малых его скоростях возникает рябь - система мелких равномерных волн. Они появляются с каждым порывом ветра и мгновенно затухают. При очень сильном ветре, переходящем в шторм, волны могут деформироваться, при этом подветренный склон оказывается круче наветренного, а при очень сильных ветрах гребни волны срываются и образуют белую пену - «барашки». Когда шторм кончается, по морю еще долго ходят высокие волны, но уже без острых гребней. Длинные и пологие волны после прекращения ветра называются зыбью. Крупную зыбь с малой крутизной и длиной волны до 300-400 метров при полном отсутствии ветра называют ветровой зыбью.
Преобразование волн происходит также при приближении их к берегу. При подходе к пологому берегу нижняя часть набегающей волны тормозится о грунт; длина уменьшается, а высота увеличивается. Верхняя часть волны движется быстрее нижней. Волна опрокидывается, и гребень ее, падая, рассыпается на мелкие, насыщенные воздухом, пенистые брызги. Волны, разрушаясь у берега, образуют прибой. Он всегда параллелен берегу. Вода, выплеснутая волной на берег, по пляжу медленно стекает обратно.
Когда волна подходит к обрывистому берегу, она со всей силой ударяется о скалы. В этом случае волна взбрасывается вверх в виде красивого, пенистого вала, достигающего высоты 30-60 метров. В зависимости от формы скал и направления волн вал разбивается на части. Сила удара волн доходит до 30 тонн на 1 м2. Но необходимо отметить, что главную роль играют не механические удары масс воды о скалы, а образующиеся воздушные пузырьки и перепады гидравлического , которые в основном и разрушают , слагающие скалы (см. Абразия).
Волны активно разрушают прибрежную сушу, окатывают и истирают обломочный материал, а затем распределяют его по подводному склону. У приглубья берегов сила удара волн очень велика. Иногда на некотором расстоянии от берега находится мель в виде подводной косы. В этом случае опрокидывание волн происходит на отмели, и образуется бурун.
Форма волны все время меняется, производя впечатление бегущей. Это происходит вследствие того, что каждая водная частица равномерным движением описывает круги около уровня равновесия. Все эти частицы движутся в одну сторону. В каждый момент частицы находятся в разных точках круга; это и есть система волн.
Наибольшие ветровые волны наблюдались в Южном полушарии, где океан наиболее обширен и где западные ветры наиболее постоянны и сильны. Здесь волны достигают 25 метров в высоту и 400 метров в длину. Скорость передвижения их около 20 м/с. В морях волны меньше - даже в большом они достигают только 5 м.
Для оценки степени волнения моря применяется 9-балльная шкала. Ее можно использовать при изучении любого водоема.
9-балльная шкала оценки степени волнения моря
| Баллы | Признаки степени волнения |
|---|---|
| 0 | Гладкая поверхность |
| 1 | Рябь и небольшие волны |
| 2 | Небольшие гребни волн начинают опрокидываться, но белой пены еще нет |
| 3 | Местами на гребнях волн появляются «барашки» |
| 4 | «Барашки» образуются всюду |
| 5 | Появляются гребни большой высоты, и ветер начинает срывать с них белую пену |
| 6 | Гребни образуют валы штормовых волн. Пена начинает вытягиваться полностью |
| 7 | Длинные полосы пены покрывают склоны волн и местами достигают их подошвы |
| 8 | Пена сплошь покрывает склоны волн, поверхность становится белой |
| 9 | Вся поверхность волны покрыта слоем пены, воздух наполнен водяной пылью и брызгами, видимость уменьшается |
Для защиты от волн портовых сооружений, причалов, береговых участков моря из камня и бетонных глыб строят волноломы, гасящие энергию волн.
Волны на воде вызываются прежде всего ветром. На пруду, зеркально гладком в тихую погоду, при ветре появляется рябь, на озере — волны. В океане есть места, где высота ветровых волн достигает 30-40 м. Это объясняется тем, что в мелком пруду близкое дно гасит колебания воды. И лишь на океанских просторах ветер может не на шутку взбудоражить поверхность воды.
Однако даже огромные волны не всегда страшны. Ведь вода в волне не бежит в направлении ветра, а лишь движется вверх-вниз. Точнее, продвигается по небольшому кругу внутри волны. Лишь при сильном ветре верхушки волн, подхватываемые ветром, опережают остальную часть волны, вызывая обрушения — тогда на волнах появляются белые барашки.
Нам кажется, что волна бежит по морю. На самом деле вода внутри волны движется по небольшому кругу. У берега волна нижней своей частью задевает за дно, и аккуратный круг разрушается.
Волна может причинить серьезный вред высокому кораблю, особенно парусному, у которого высота мачты намного превышает высоту бортов. Такой корабль подобен человеку, которого толкают под коленку. Иное дело плот. Он совсем немного выступает над водой, и опрокинуть его — все равно, что перевернуть матрас, лежащий на полу.
Когда морская волна приближается к берегу, где глубина постепенно уменьшается, нижняя ее часть тормозится о дно. При этом волна поднимается вверх, и обрушения появляются даже на самых скромных волнах. Верхняя ее часть обрушивается на берег и тут же уходит назад по дну, продолжая свое круговое движение. Поэтому так сложно выйти на берег даже при легком волнении.
Волны у берега могут обретать разрушительную силу.
У крутых скалистых берегов волна не тормозится постепенно о дно, а сразу обрушивает на берег всю свою мощь. Поэтому, вероятно, волны у берега так и называются — прибой.
Если поверхность озера может быть гладкой, то океан покрыт волнами почти постоянно. Дело в том, что в огромном океане всегда есть место, где образуются ветровые волны. И редко отыщется суша, способная эти волны остановить. Самые высокие ветровые волны на планете бывают в 40-50-х широтах Южного полушария. Там дуют постоянные западные ветры и почти нет суши, тормозящей волны.
Такой шторм вызывают ветровые волны (фрагмент картины И.К. Айвазовского «Волна»).
Землетрясение или извержение вулкана колеблет морскую гладь не так часто, как ветер, но несравненно сильнее. Иногда при этом возникают мощные волны, распространяющиеся со скоростью сотен метров в секунду. Они могут обежать Тихий океан, а иногда и всю Землю вокруг, прежде чем начнут затухать. Называются они цунами. Высота цунами в открытом океане всего 1-2 м. Зато длина волны (расстояние между гребнями) велика. Поэтому получается, что каждая волна несет в себе огромную массу воды, движущейся с колоссальной скоростью. Когда такая волна приближается к берегу, она вырастает порой до 50 м. Мало что может устоять против цунами на берегу. Человечество до сих пор не придумало ничего лучше, чем эвакуировать жителей прибрежных районов в глубь материка.
Откуда берутся гигантские волны?
Чем обусловлено появление большинства волн в океанах и морях, об энергии волн и о самых гигантских волнах.
Основная причина появления океанических волн – влияние ветров на водную поверхность. Скорость некоторых волн может развиться и даже превысить 95 км в час. Гребень от гребня может быть разделен 300-ми метрами. Они проходят по поверхности океана огромные расстояния. Большая часть их энергии расходуется еще до того, как они достигнут суши, может быть, минуя при этом самое глубокое место в мире – Марианскую впадину. Да и размеры их становятся меньше. А если ветер успокаивается, то и волны становятся более спокойными и гладкими.
Если в океане сильный бриз, то высота волн обычно достигает 3 метров. Если ветер начинает становиться штормовым, то они могут стать 6 м. При сильном штормовом ветре их высота уже может быть выше 9 м и они становятся крутыми, с обильными брызгами.
Во время шторма, когда в океане видимость затрудняется, высота волн превышает 12 метров. А вот во время сильнейшего шторма, когда море сплошь покрыто пеной и даже небольшие корабли, яхты или суда (а не то, что рыба, даже самая большая рыба ) могут просто затеряться между 14-ми волнами.
Удары волн
Большие волны постепенно размывают берега. Маленькие волны могут потихоньку выровнять пляж с наносом. Волны ударяются о берега под определенным углом, поэтому, нанос, смытый в одном месте, вынесется и будет отложен на другом.
Во время сильнейших ураганов или штормов могут произойти такие изменения, что громадные участки берега могут значительно трансформироваться внезапно.
Да и не только берега. Когда-то, в очень далеком от нас 1755 году, волны 30-ти метровой высоты снесли с лица земли Лиссабон, погрузив под тоннами воды постройки города, превратив их в руины и погубив более полумиллиона человек. И случилось это в большой католический праздник – День всех святых.
Волны-убийцы
Самые большие волны обычно наблюдают по Игольному течению (или течению Агульяс), что у берегов Южной Африки. Здесь же была отмечена и самая высокая волна в океане . Ее высота составила 34 м. А вообще самая большая из когда-либо замеченных волн, была зафиксирована лейтенантом Фредериком Марго на судне, держащем свой путь из Манилы в Сан-Диего. Было это 7 февраля 1933 года. Высота той волны тоже была около 34 метров. Таким волнам моряки дали прозвище «волны-убийцы». Как правило, необыкновенно высокой волне всегда предшествует такая же глубокая впадина (или провал). Известно, что в таких впадинах-провалах исчезло большое количество кораблей. Кстати, волны, образующиеся во время во время приливов, с приливами-то и не связаны. Они бывают вызваны подводным землетрясением или извержением вулкана на морском или океаническом дне, которое создает перемещение огромных масс воды и, как следствие, большие волны.
Известно, что волны являются порождением ветров. Они возникают вследствие того, что воздушные потоки взаимодействуют с верхними слоями толщи воды, перемещая их. В зависимости от скорости ветра, волна может перемещаться, преодолевая огромные расстояния. Как правило, из-за снижения уровня кинетической энергии волны не успевают добраться до суши. Чем слабее ветреные потоки, тем, соответственно, мельче волна.
Возникновение волн происходит закономерно. Здесь всё зависит от ветра: его скорости, площади охватываемого пространства. Как правило, отношение максимального значения высоты волны относится к её ширине как 7:1. Так, ураган средней силы может порождать волну высотой до двадцати метров. Такие волны выглядят ошеломляюще: они пенятся, издают чудовищный звук, перемещаясь. Наблюдение этой гигантской волны похоже на просмотр фильма ужасов со спецэффектами.
В 33-м году прошлого века моряки корабля «Ramapo» зафиксировали самую большую океаническую волну. Её высота составляла тридцать четыре метра! Волны такой высоты именуют «убийцами», так как они без труда могут поглотить огромные корабли. Учёные полагают, что данное значение высоты волны - не предел. Теоретически, максимально возможная высота волны составляет шестьдесят метров.
Кроме ветров, причиной возникновения волн могут быть оползни, извержения вулканов, землетрясения, падение метеоритов, взрывы ядерных бомб. Импульс высокой мощности порождает волну, которая называется «цунами». Эти волны характеризуются большой длиной. Дистанция между гребнями цунами может быть равна десяткам километров. Ввиду этого, высота таких волн в океане составляет, от силы, метр. При этом показатели скорости шокируют: цунами могут преодолевать восемьсот километров за один час. Из-за сжатия длины во время приближения цунами к суше увеличивается высота волны. Поэтому возле береговой линии значение высоты цунами в разы превосходит размеры больших ветровых волн.
Также цунами могут возникать из-за тектонических смещений, разломов океанического дна. При этом миллионы тонн воды начинают резкое движение, перемещаясь со скоростью реактивного самолёта. Такие цунами обескураживают: во время передвижения к береговой линии волна набирает гигантскую высоту, а затем накрывает землю водной стеной, поглощая всё своей мощью. Масштабы такой катастрофы сложно недооценить: цунами запросто может уничтожить целый город.
Наибольшая вероятность испытать на себе пагубное влияние цунами приходится на заливы, которые имеют довольно высокий берег. Такие места - настоящие ловушки для гигантских волн. Они способны притягивать цунами безо всякого предупреждения. С берега может быть видно, будто происходящее - прилив моря (либо отлив). В крайнем случае, можно подумать, что надвигается шторм. Но уже через несколько минут волна неописуемых масштабов может поглотить огромную территорию. Естественно, такая внезапность цунами не позволяет людям эвакуироваться. Сегодня в мире очень мало мест, в которых можно встретить службу оповещения о приближении цунами. Поэтому, как правило, огромные волны влекут за собой тысячи смертей и колоссальные разрушения суши. Можно вспомнить цунами, которое произошло в 2004 году в Таиланде: это была настоящая катастрофа.\
Помимо заливов с высокими берегами, к зонам риска относятся территории, на которых наблюдается повышенная сейсмическая активность. Японские острова - места, которые постоянно атакуют волны разных размеров. В 2011 году на побережье одного из островов (Япония, Хонсю) нашла волна высотой сорок метров. Тогда цунами вызвало землетрясение, которое было самым сильным в Японии за всё время. Землетрясение и цунами в том году забрало жизни пятнадцати тысяч людей. Многие считаются пропавшими без вести: их унесла волна.
Эта катастрофа, вызванная цунами - не единственная в истории Японии. В восемнадцатом веке (1741 год) произошло извержение вулкана, вследствие чего возникла огромная волна. Высота этого цунами составила девяносто метров. Затем, в 2004 году, из-за землетрясения, возникшего в Индийском океане, японский остров Ява, а также Суматра были подвержены нападению гигантской волны. В тот год цунами забрало жизни трёхсот тысяч жителей. Это было самое масштабное в мире (по количеству унесённых жизней) цунами.
В 1958 году цунами настигло залив Литуя, который находится на Аляске. Здесь была зафиксирована волна, высота которой составляла пятьсот двадцать четыре метра. Огромный оползень стал импульсом, толчком к возникновению этой чудовищной волны, которая двигалась со скоростью больше ста пятидесяти километров в час.
Загрузка...
