Самые большие волны в мире. Самые гигантские волны в мировой истории
Волна (Wave, surge, sea) - образуется благодаря сцеплению частиц жидкости и воздуха; скользя по гладкой поверхности воды, поначалу воздух создаёт рябь, а уже затем, действует на ее наклонные поверхности, развивает постепенно волнение водной массы. Опыт показал, что водяные частицы не имеют поступательного движения; перемещается только вертикально. Морскими волнами называют движение воды на морской поверхности, возникающее через определённые промежутки времени.
Высшая точка волны называется гребнем или вершиной волны, а низшая точка - подошвой . Высотой волны называется расстояние от гребня до её подошвы, а длина это расстояние между двумя гребнями или подошвами. Время между двумя гребнями или подошвами называется периодом волны.
Основные причины возникновения
В среднем высота волны во время шторма в океане достигает 7-8 метров, обычно может растянуться в длину - до 150 метров и до 250метров во время шторма.
В большинстве случаев морские волны образуются ветром.Сила и размеры таких волн зависят от силы ветра, а так-же его продолжительности и «разгона» - длины пути, на котором ветер действует на водную поверхность. Иногда волны, которые обрушиваются на побережье, могут зарождаются за тысячи километров от берега. Но есть ещё много других факторов возникновения морских волн: это приливообразующие силы Луны, Солнца, колебания атмосферного давления, извержения подводных вулканов, подводных землетрясений, движением морских судов.
Волны, наблюдаемые и в других водных пространствах, могут быть двух родов:
1) Ветровые , созданные ветром, принимающие по прекращении действия ветра установившийся характер и называемые установившимися волнами, или зыбью; Ветровые волны создаются вследствие воздействия ветра (передвижение воздушных масс) на поверхность воды, то есть нагнетания. Причина колебательных движений волн становится легко понятна, если заметить воздействие того же ветра на поверхность пшеничного поля. Хорошо заметна непостоянность ветровых потоков, которые и создают волны.
2) Волны перемещения , или стоячие волны, образуются в результате сильных толчков на дне при землетрясениях или возбужденные, например, резким изменением давления атмосферы. Данные волны носят также название одиночных волн.
В отличие от приливов, отливов и течений волны в не перемещают массы воды. Волны идут, но вода остается на месте. Лодка, которая качается на волнах, не уплывает вместе с волной. Она сможет немного переместиться по наклонной, только благодаря силе земной гравитации. Частицы воды в волне движутся по кольцам. Чем дальше эти кольца от поверхности, тем меньше они становятся и, наконец, исчезают совсем. Находясь в субмарине на глубине 70-80 метров, вы не ощутите действие морских волн даже при самом сильном шторме на поверхности.
Виды морских волн
Волны могут проходить огромные расстояния, не изменяя формы и практически не теряя энергии, долго после того, как вызвавший их ветер утихнет. Разбиваясь о берег, морские волны высвобождают огрмную энергию, накопленную за время странствия. Сила непрерывно разбивающихся волн по-разному изменяет форму берега. Разливающиеся и накатывающиеся волны намывают берег и поэтому называются конструктивными . Волны, обрушивающиеся на берег, постепенно разрушают его и смывают защищающие его пляжи. Поэтому они называются деструктивными .
Низкие, широкие, закругленные волны вдали от берега называются зыбью. Волны заставляют частички воды описывать кружки, кольца. Размер колец уменьшается с глубиной. По мере приближения волны к покатому берегу частицы воды в ней описывают все более сплющенные овалы. Приближаясь к берегу, морские волны больше не могут замкнуть свои овалы, и волна разбивается. На мелководье частицы воды больше не могут замкнуть свои овалы, и волна разбивается. Мысы образованы из более твердой породы и разрушаются медленнее, чем соседние участки берега. Крутые, высокие морские волны подтачивают скалистые утесы у основания, образуя ниши. Утесы порой обрушиваются. Сглаженная волнами терраса - это все, что остается от разрушенных морем скал. Иногда вода поднимается по вертикальным трещинам в скале до вершины и вырывается на поверхность, образуя воронку. Разрушительная сила волн расширяет трещины в скале, образуя пещеры. Когда волны подтачивают скалу с двух сторон, пока не соединятся в проломе, образуются арки. Когда верх арки падает в море, остаются каменные столбы. Их основания подтачиваются, и столбы обрушиваются, образуя валуны. Галька и песок на пляже - это результат эрозии.
Деструктивные волны постепенно размывают берег и уносят песок и гальку с морских пляжей. Обрушивая всю тяжесть своей воды и смытого материала на склоны и обрывы, волны разрушают их поверхность. Они вжимают воду и воздух в каждую трещину, каждую расщелину, часто с энергией взрыва, постепенно разделяя и ослабляя скалы. Отколовшиеся обломки скал используются для дальнейшего разрушения. Даже самые твердые скалы постепенно уничтожаются, и суша на берегу изменяется под действием волн. Волны могут разрушать морской берег с поразительной быстротой. В графстве Линкольншир, в Англии, эрозия (разрушение) надвигается со скоростью 2 м в год. С 1870 г., когда был построен самый большой в США маяк на мысе Гаттерас, море смыло пляжи на 426 м в глубину побережья.
Цунами
Цунами - это волны огромной разрушительной силы. Они вызываются подводными землетрясениями или извержениями вулканов и могут пересекать океаны быстрее, чем реактивный самолет: 1000 км/ч. В глубоких водах они могут быть ниже одного метра, но, приближаясь к берегу, замедляют свой бег и вырастают до 30-50 метров, прежде чем обрушиться, затопляя берег и сметая все на своем пути. 90% всех зарегистрированных цунами отмечено в Тихом океане.
Наиболее распространённые причины.
Около 80% случаев зарождения цунами являются подводные землетрясения . При землетрясении под водой происходит взаимное смещение дна по вертикали: часть дна опускается, а часть приподнимается. На поверхности воды происходят колебательные движения по вертикали, стремясь вернуться к исходному уровню, - среднему уровню моря, - и порождает серию волн. Далеко не каждое подводное землетрясение сопровождается цунами. Цунамигенным (то есть порождающим волну цунами) обычно является землетрясение с неглубоко расположенным очагом. Проблема распознавания цунамигенности землетрясения до сих пор не решена, и службы предупреждения ориентируются на магнитуду землетрясения. Наиболее сильные цунами генерируются в зонах субдукции. Также, необходимо чтобы подводный толчок вошёл в резонанс с волновыми колебаниями.
Оползни . Цунами такого типа возникают чаще, чем это оценивали в ХХ веке (около 7 % всех цунами). Зачастую землетрясение вызывает оползень и он же генерирует волну. 9 июля 1958 года в результате землетрясения на Аляске в бухте Литуйя возник оползень. Масса льда и земных пород обрушилась с высоты 1100 м. Образовалась волна, достигшая на противоположном берегу бухты высоты более 524 м. Подобного рода случаи достаточно редки и, не рассматриваются в качестве эталона. Но намного чаще происходят подводные оползни в дельтах рек, которые не менее опасны. Землетрясение может быть причиной оползня и, например, в Индонезии, где очень велико шельфовое осадконакопление, оползневые цунами особенно опасны, так как случаются регулярно, вызывая локальные волны высотой более 20 метров.
Вулканические извержения составляют примерно 5% всех случаев цунами. Крупные подводные извержения обладают таким же эффектом, что и землетрясения. При сильных вулканических взрывах образуются не только волны от взрыва, но вода также заполняет полости от извергнутого материала или даже кальдеру, в результате чего возникает длинная волна. Классический пример - цунами, образовавшееся после извержения Кракатау в 1883 году. Огромные цунами от вулкана Кракатау наблюдались в гаванях всего мира и уничтожили в общей сложности более 5000 кораблей, погибло около 36 000 человек.
Признаки появления цунами.
- Внезапный быстрый отход воды от берега на значительное расстояние и осушка дна. Чем дальше отступило море, тем выше могут быть волны цунами. Люди, которые находятся на берегу и не знающие об опасности , могут остаться из любопытства или для сбора рыбы и ракушек. В данном случае необходимо как можно скорее покинуть берег и удалиться от него на максимальное расстояние - таким правилом следует руководствоваться, находясь, например, в Японии, на Индоокеанском побережье Индонезии, Камчатке. В случае телецунами волна обычно подходит без отступления воды.
- Землетрясение . Эпицентр землетрясения находится, как правило, в океане. На берегу землетрясение обычно гораздо слабее, а часто его нет вообще. В цунамоопасных регионах есть правило, что если ощущается землетрясение, то лучше уйти дальше от берега и при этом забраться на холм, таким образом заранее подготовиться к приходу волны.
- Необычный дрейф льда и других плавающих предметов, образование трещин в припае.
- Громадные взбросы у кромок неподвижного льда и рифов, образование толчеи, течений.
Волны-убийцы
Волны-убийцы (Блужда́ющие во́лны, волны-монстры, freak wave - аномальная волна) - гигантские волны, возникающие в океане, высотой более 30 метров, обладают несвойственным для морских волн поведением.
Еще каких-то 10-15 лет назад ученые считали истории моряков об исполинских волнах-убийцах, которые возникают из ниоткуда и топят корабли, всего лишь морским фольклором. Долгое время блуждающие волны считались выдумкой, так как они не укладывались ни в одну существовавшую на то время математические модели расчётов возникновения и их поведения, потому как волны высотой более 21 метра в океанах планеты Земля не могут существовать.
Одно из первых описаний волны-монстра относится к 1826 году. Её высота была более 25 метров и заметили её в Атлантическом океане недалеко от Бискайского залива. Этому сообщению никто не поверил. А в 1840 году мореплаватель Дюмон д"Юрвиль рискнул явиться на заседание Французского географического общества и заявить, что своими глазами видел 35-метровую волну. Присутствующие подняли его на смех. Но историй о громадных волнах-призраках, которые появлялись внезапно посреди океана даже при небольшом шторме, и своей крутизной походили на отвесные стены воды, становилось все больше.
Исторические свидетельства "волн-убийц"
Так, в 1933 году корабль ВМС США "Рамапо" попал в шторм в Тихом океане. Семь суток корабль бросало по волнам. А утром 7 февраля сзади внезапно подкрался невероятной высоты вал. Вначале судно швырнуло в глубокую пропасть, а потом подняло почти вертикально на гору пенящейся воды. Экипаж, которому посчастливилось выжить, зафиксировал высоту волны - 34 метра. Двигалась она со скоростью 23 м/сек, или 85 км/ч. Пока что это считается самой высокой когда-либо измеренной волной-убийцей.
Во время Второй мировой войны, в 1942 году, лайнер "Королева Мария" вез 16 тыс. американских военных из Нью-Йорка в Великобританию (между прочим, рекорд по количеству человек, перевозимых на одном судне). Неожиданно возникла 28-метровая волна. "Верхняя палуба была на обычной высоте, и вдруг - раз! - она резко ушла вниз", - вспоминал доктор Норвал Картер, находившийся на борту злополучного корабля. Корабль накренился под углом 53 градуса - если бы угол составил хотя бы на три градуса больше, гибель была бы неизбежной. История "Королевы Марии" легла в основу голливудского фильма "Посейдон".
Однако 1 января 1995 года на нефтяной платформе «Дропнер» в Северном море у побережья Норвегии была впервые приборно зафиксирована волна высотой в 25,6 метров, названная волной Дропнера. Проект "Максимальная волна" позволил по-новому посмотреть на причины гибели сухогрузов судов, которые перевозили контейнеры и другие немаловажные грузы. Дальнейшие исследования зафиксировали за три недели по всему земному шару более 10 одиночных гигантских волн, высота которых превышала 20 метров. Новый проект получил название Wave Atlas (Атлас волн), в котором предусматривается составление всемирной карты наблюдавшихся волн-монстров и её последующую обработку и дополнение.
Причины возникновения
Существует несколько гипотез о причинах возникновения экстремальных волн. Многие из них лишены здравого смысла. Наиболее простые объяснения построены на анализе простой суперпозиции волн разной длины. Оценки, однако, показывают, что вероятность экстремальных волн в такой схеме оказывается слишком мала. Другая заслуживающая внимания гипотеза предполагает возможность фокусировки волновой энергии в некоторых структурах поверхностных течений. Эти структуры, однако, слишком специфичны для того, чтобы механизм фокусировки энергии мог объяснить систематическое возникновение экстремальных волн. Наиболее достоверное объяснение возникновения экстремальных волн должно основываться на внутренних механизмах нелинейных поверхностных волн без привлечения внешних факторов.
Интересно, что такие волны могут быть как гребнями, так и впадинами, что подтверждается очевидцами. Дальнейшее исследование привлекает эффекты нелинейности в ветровых волнах, способные приводить к образованию небольших групп волн (пакетов) или отдельных волн (солитонов), способных проходить большие расстояния без значительного изменения своей структуры. Подобные пакеты также неоднократно наблюдались на практике. Характерными особенностями таких групп волн, подтверждающими данную теорию, является то, что они движутся независимо от прочего волнения и имеют небольшую ширину (менее 1 км), причем высоты резко спадают по краям.
Впрочем, полностью прояснить природу аномальных волн пока не удалось.
Волнение — это колебательное движение воды. Оно воспринимается наблюдателем как движение волн по поверхности воды. На самом же деле водная поверхность совершает колебания вверх-вниз от среднего уровня положения равновесия. Форма волн при волнении постоянно изменяется в связи с движением частиц по замкнутым, почти круговым орбитам.
Каждая волна представляет собой плавное соединение возвышений и углублений. Основными частями волны являются: гребень — самая высокая часть; подошва - самая низкая часть; склон - профиль между гребнем и подошвой волны. Линия вдоль гребня волны называется фронтом волны (рис. 1).
Рис. 1. Основные части волны
Основные характеристики волн — это высота - разность уровней гребня и подошвы волны; длина - кратчайшее расстояние межу смежными гребнями или подошвами волн; крутизна - угол между склоном волны и горизонтальной плоскостью (рис. 1).
Рис. 1. Основные характеристики волны
Волны обладают очень большой кинетической энергией. Чем выше волна, тем больше в ней заключено кинетической энергии (пропорционально квадрату увеличения высоты).
Под влиянием силы Кориолиса справа по течению вдали от материка возникает водяной вал, а у суши создается депрессия.
По происхождению волны подразделяются следующим образом:
- волны трения;
- барические волны;
- сейсмические волны или цунами;
- сейши;
- приливные волны.
Волны трения
Волны трения, в свою очередь, могут быть ветровыми (рис. 2) или глубинными. Ветровые волны возникают вследствие ветровые волнытрения на границе воздуха и воды. Высота ветровых волн не превышает 4 м, но при сильных и затяжных штормах она возрастает до 10-15 м и выше. Наиболее высокие волны — до 25 м — наблюдаются в полосе западных ветров Южного полушария.
Рис. 2. Ветровые волны и волны прибоя
Пирамидальные, высокие и крутые ветровые волны получили название толчея. Эти волны присущи центральным областям циклонов. Когда ветер стихает, волнение приобретает характер зыби , т. е. волнения по инерции.
Первичная форма ветровых волн - рябь. Она возникает при скорости ветра менее 1 м/с, а при скорости, большей 1 м/с, образуются сначала мелкие, а потом более крупные волны.
Волна близ берегов, в основном на мелководьях, основывающаяся на поступательных движениях, получила название прибоя (см. рис. 2).
Глубинные волны возникают на границе двух слоев воды с разными свойствами. Они часто возникают в проливах, с двумя этажами течения, близ устьев рек, у кромки тающих льдов. Эти волны перемешивают морскую воду и являются очень опасными для моряков.
Барическая волна
Барические волны возникают из-за быстрой смены атмосферного давления в местах происхождения циклонов, особенно тропических. Обычно эти волны одиночные и не приносят особого вреда. Исключение составляют случаи, когда они совпадают с высоким приливом. Таким бедствиям наиболее часто подвергаются Антильские острова, полуостров Флорида, побережья Китая, Индии, Японии.
Цунами
Сейсмические волны возникают под воздействием подводных толчков и прибрежных землетрясений. Это очень длинные и невысокие в открытом океане волны, но сила их распространения достаточно велика. Они движутся с очень большой скоростью. У побережий их длина сокращается, а высота резко возрастает (в среднем от 10 до 50 м). Их появление влечет за собой человеческие жертвы. Сначала морс отступает на несколько километров от берега, набирая силу для толчка, а потом волны с огромной скоростью выплескиваются на берег с интервалом 15-20 мин (рис. 3).
Рис. 3. Трансформация цунами
Японцы назвали сейсмические волны цунами , и этот термин используется во всем мире.
Сейсмический пояс Тихого океана является основным районом образования цунами.
Сейши
Сейши — это стоячие волны, которые возникают в заливах и внутренних морях. Они происходят по инерции после прекращения действия внешних сил — ветра, сейсмических толчков, резких изменений , выпадения интенсивных осадков и т. д. При этом в одном месте вода поднимается, а в другом — опускается.
Приливная волна
Приливные волны — это движения , совершаемые под влиянием приливообразующих сил Луны и Солнца. Обратная реакция морской воды на прилив - отлив. Полоса, осушаемая во время отлива, называется осушкой.
Существует тесная связь высоты приливов и отливов с фазами Луны. В новолуния и полнолуния наблюдаются самые высокие приливы и самые низкие отливы. Они называются сизигийными. В это время лунные и солнечные приливы, наступая одновременно, накладываются друг на друга. В промежутках между ними, в первую и последнюю четверги фазы Луны, наблюдаются самые низкие, квадратурные приливы.
Как уже было сказано во втором разделе, в открытом океане высота прилива невелика — 1,0-2,0 м, а у расчлененных берегов она резко возрастает. Максимальной величины прилив достигает на атлантическом побережье Северной Америки, в заливе Фанди (до 18 м). В России максимальная величина прилива — 12,9 м — отмечена в заливе Шелихова (Охотское море). Во внутренних морях приливы мало заметны, например, в Балтийском морс у Санкт-Петербурга прилив составляет 4,8 см, а вот по некоторым рекам прилив прослеживается на сотни и даже тысячи километров от устья, например, в Амазонке — до 1400 см.
Крутую приливную волну, поднимающуюся вверх по реке, называют бором. На Амазонке бор достигает высоты 5 м и ощущается на расстоянии 1400 км от устья реки.
Даже при спокойной поверхности в толще океанских вод происходит волнение. Это так называемые внутренние волны — медленные, но весьма значительные по размаху, достигающему порой сотен метров. Они возникают в результате внешнего воздействия на неоднородную по вертикали массу воды. К тому же так как температура, соленость и плотность океанской воды изменяются с глубиной не постепенно, а скачкообразно от одного слоя к другому, на границе между этими слоями и возникают специфические внутренние волны.
Морские течения
Морские течения — это горизонтальные поступательные движения водных масс в океанах и морях, характеризующиеся определенным направлением и скоростью. Они достигают нескольких тысяч километров в длину, десятков-сотен километров в ширину, сотен метров в глубину. По физико-химическим свойствам воды морских течений отличны от окружающих.
По продолжительности существования (устойчивости) морские течения подразделяют следующим образом:
- постоянные , которые проходят в одних и тех же районах океана, имеют одно генеральное направление, более или менее постоянную скорость и устойчивые физико-химические свойства переносимых водных масс (Северное и Южное пассатные, Гольфстрим и др.);
- периодические , у которых направление, скорость, температура подчинены периодическим закономерностям. Происходят они через равные промежутки времени в определенной последовательности (летнее и зимнее муссонные течения в северной части Индийского океана, приливно-отливные течения);
- временные , вызываемые чаще всего ветрами.
По температурному признаку морские течения бывают:
- теплые , которые имеют температуру выше, чем окружающая вода (например. Мурманское течение с температурой 2-3 °С среди вод О °С); они имеют направление от экватора к полюсам;
- холодные , температура которых ниже окружающей воды (например, Канарское течение с температурой 15-16 °С среди вод с температурой около 20 °С); эти течения направлены от полюсов к экватору;
- нейтральные , которые имеют температуру, близкую к окружающей среде (например, экваториальные течения).
По глубине расположения в толще воды различают течения:
- поверхностные (до 200 м глубины);
- подповерхностные , имеющие направление, противоположное поверхностному;
- глубинные , движение которых совершается очень медленно — порядка нескольких сантиметров или первых десятков сантиметров в секунду;
- придонные , регулирующие обмен вод между полярными — субполярными и экваториально-тропическими широтами.
По происхождению выделяют следующие течения:
- фрикционные , которые могут быть дрейфовыми или ветровыми. Дрейфовые возникают под влиянием постоянных ветров, а ветровые создаются сезонными ветрами;
- градиентно-гравитационные , среди которых выделяют стоковые , образующиеся в результате наклона поверхности, вызванного избытком вод вследствие их притока из океана и обильных осадков, и компенсационные , которые возникают благодаря оттоку вод, скудным осадкам;
- инертные , которые наблюдаются после прекращения действия возбуждающих их факторов (например, приливные течения).
Система течений океана обусловлена общей циркуляцией атмосферы.
Если представить гипотетический океан, непрерывно простирающийся от Северного полюса к Южному, и наложить на него генерализированную схему атмосферных ветров, то с учетом отклоняющей силы Кориолиса получим шесть замкнутых колец -
круговоротов морских течений: Северное и Южное экваториальные, Северное и Южное субтропические, Субарктическое и Субантарктическое (рис. 4).
Рис. 4. Круговороты морских течений
Отступления от идеальной схемы вызваны наличием материков и особенностями их распределения по земной поверхности Земли. Однако, как и на идеальной схеме, в действительности на поверхности океана наблюдается зональная смена крупных — протяженностью в несколько тысяч километров — не полностью замкнутых циркуляционных систем: это экваториальная антициклоническая; тропические циклонические, северная и южная; субтропические антициклонические, северная и южная; антарктическая циркумполярная; высокоширотные циклонические; арктическая антициклоническая системы.
В Северном полушарии они движутся по часовой стрелке, в Южном — против. С запада на восток направлены экваториальные межпассатные противотечения.
В умеренных субполярных широтах Северного полушария существуют малые кольца течений вокруг барических минимумов. Движение вод в них направлено против часовой стрелки, а в Южном полушарии — с запада на восток вокруг Антарктиды.
Течения в зональных циркуляционных системах достаточно хорошо прослеживаются до глубины 200 м. С глубиной они меняют направление, слабеют и превращаются в слабые вихри. Взамен на глубине усиливаются меридиональные течения.
Самые мощные и глубокие из поверхностных течений играют важнейшую роль в глобальной циркуляции Мирового океана. Наиболее устойчивые поверхностные течения — это Северное и Южное пассатные течения Тихого и Атлантического океанов и Южное пассатное течение Индийского океана. Они имеют направление с востока на запад. Для тропических широт характерны теплые сточные течения, например Гольфстрим, Куросио, Бразильское и др.
Под действием постоянных западных ветров в умеренных широтах существуют теплые Северо-Атлантическое и Северо-
Тихоокеанское течения в Северном полушарии и холодное (нейтральное) течение Западных ветров — в Южном. Последнее образует кольцо в трех океанах вокруг Антарктиды. Замыкают большие круговороты в Северном полушарии холодные компенсационные течения: вдоль западных берегов в тропических широтах — Калифорнийское, Канарское, а в Южном — Перуанское, Бенгальское, Западно-Австралийское.
Наиболее известными течениями также являются теплое Норвежское течение в Арктике, холодное Лабрадорское в Атлантике, теплое Аляскинское и холодное Курило-Камчатское — в Тихом океане.
Муссонная циркуляция в северной части Индийского океана порождает сезонные ветровые течения: зимнее — с востока на запад и летнее — с запада на восток.
В Северном Ледовитом океане направление движения вод и льдов происходит с востока на запад (Трансатлантическое течение). Причины его — обильный речной сток рек Сибири, вращательное циклоническое движение (против часовой стрелки) над Баренцевым и Карским морями.
Помимо циркуляционных макросистем существуют вихри открытого океана. Их размер — 100-150 км, а скорость перемещения водных масс вокруг центра — 10-20 см/с. Эти мезосистемы называются синоптическими вихрями. Считается, что именно в них заключено не менее 90 % кинетической энергии океана. Вихри наблюдаются не только в открытом океане, но и в морских течениях типа Гольфстрим. Здесь они вращаются с еще большей скоростью, чем в открытом океане, их кольцевая система лучше выражена, поэтому их называют рингами.
Для климата и природы Земли, особенно прибрежных районов, значение морских течений велико. Теплые и холодные течения поддерживают разницу температур западных и восточных побережий материков, нарушая ее зональное распределение. Так, незамерзающий Мурманский порт находится за Полярным кругом, а на восточном побережье Северной Америки замерзает залив св. Лаврентия (48° с.ш.). Теплые течения способствуют выпадению осадков, холодные, напротив, уменьшают возможность их выпадения. Поэтому территории, омываемые теплыми течениями, имеют влажный климат, а холодными — сухой. При помощи морских течений осуществляются миграция растений и животных, перенос питательных веществ и газовый обмен. Течения учитывают и при мореплавании.
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.
6. Морские волны.
© Владимир Каланов,
"Знания-сила".
Поверхность моря всегда подвижна, даже при полном безветрии. Но вот подул ветер, и на воде сразу появляется рябь, которая переходит в волнение тем быстрее, чем сильнее дует ветер. Но какой бы силы ни был ветер, он не может вызвать волны больше определённых наибольших размеров.
Волны, возникающие от ветра, считаются короткими. В зависимости от силы и продолжительности ветра их длина и высота колеблются от нескольких миллиметров до десятков метров (в шторм длина ветровых волн доходит до 150-250 метров).
Наблюдения за поверхностью моря показывают, что волнение становится сильным уже при скорости ветра более 10 м/с, при этом волны поднимаются до высоты 2,5-3,5 метров, обрушиваясь с грохотом на берег.
Но вот ветер переходит в шторм , и волны достигают огромных размеров. На земном шаре много мест, где дуют очень сильные ветры. Например, в северо-восточной части Тихого океана восточнее Курильских и Командорских островов, а также к востоку от главного японского острова Хонсю в декабре-январе максимальные скорости ветров составляют 47-48 м/с.
В южной части Тихого океана максимальные скорости ветров отмечаются в мае в районе к северо-востоку от Новой Зеландии (49 м/с) и вблизи Южного полярного круга в районе островов Баллени и Скотта (46 м/с).
Нами лучше воспринимаются скорости, выражённые километрами в час. Так вот скорость 49 м/с составляет почти 180 км/ч. Уже при скорости ветра более 25 м/с поднимаются волны высотой 12-15 метров. Такая степень волнения оценивается 9–10 баллами как жестокий шторм.
Замерами установлено, что высота штормовой волны в Тихом океане достигает 25 метров. Имеются сообщения, что наблюдались волны высотой около 30 метров. Правда, эта оценка сделана не на основании инструментальных замеров, а приблизительно, на глаз.
В Атлантическом океане максимальная высота ветровых волн достигает 25 метров.
Длина штормовых волн не превышает 250 метров.
Но вот шторм прекратился, стих ветер, а море всё не успокаивается. Как отголосок шторма на море возникает зыбь . Волны зыби (их длина достигает 800 метров и более) перемещаются на огромные расстояния в 4-5 тысяч км и со скоростью 100 км/ч, а иногда и выше, подходят к берегу. В открытом море низкие и длинные волны зыби незаметны. При подходе к берегу скорость движения волны из-за трения о дно снижается, но высота возрастает, передний склон волны делается круче, на вершине появляется пена, и гребень волны с грохотом обрушивается на берег – так возникает прибой – явление столь же красочное и величественное, сколь и опасное. Сила прибоя бывает колоссальной.
Столкнувшись с препятствием, вода вздымается на большую высоту и повреждает маяки, портовые краны, волноломы и другие сооружения. Выбрасывая со дна камни, прибой может повредить даже самые высокие и удалённые от берега части маяков и зданий. Был случай, когда прибой сорвал колокол с одного из английских маяков с высоты 30,5 метров над уровнем моря. Прибой на нашем озере Байкал иногда в штормовую погоду бросает камки весом до тонны на расстояние 20-25 метров от берега.
Чёрное море во время штормов в районе Гагры за 10 лет размыло и поглотило береговую полосу шириной в 20 метров. При подходе к берегу волны начинают свою разрушительную работу с глубины, равной половине их длины в открытом море. Так, при длине штормовой волны 50 метров, характерной для таких морей, как Чёрное или Балтийское, воздействие волн на подводный береговой склон начинается на глубине 25 м, а при длине волны 150 м, характерной для открытого океана, такое воздействие начинается уже на глубине 75 м.
Направления течений влияют на размеры и силу морских волн. При встречных течениях волны короче, но выше, а при попутных – наоборот, высота волн уменьшается.
Вблизи границ морских течений часто возникают волны необычной формы, напоминающей пирамиду, и опасные водовороты, которые внезапно появляются и так же внезапно исчезают. В таких местах судовождение становится особенно опасным.
Современные корабли обладают высокими мореходными качествами. Но бывает так, что, преодолев многие мили по бушующему океану, корабли оказываются ещё в большей опасности, чем в море, когда приходят в родную бухту. Могучий прибой, ломающий многотонные железобетонные волноломы дамбы, способен превратить даже крупный корабль в груду металла. В шторм лучше повременить с заходом в порт.
Для борьбы с прибоем специалисты в некоторых портах пробовали использовать воздух. Стальная труба с многочисленными мелкими отверстиями укладывалась на дно моря у входа в бухту. Воздух под большим давлением подавался в трубу. Вырываясь из отверстий, потоки пузырьков воздуха поднимались к поверхности и разрушали волну. Этот метод не нашёл пока широкого применения из-за недостаточной эффективности. Известно, что дождь, град, лёд и заросли морских растений успокаивают волнение и прибой.
Моряки давно заметили также, что вылитый за борт жир сглаживает волны и снижает их высоту. Лучше всего действует животный жир, например, китовая ворвань. Эффект от действия растительных и минеральных масел значительно слабее. Опыт показал, что 50 см 3 масла достаточно для того, чтобы уменьшить волнение на площади в 15 тысяч квадратных метров, то есть 1,5 гектара. Даже тонкий слой масляной плёнки заметно поглощает энергию колебательных движений частиц воды.
Да, всё это так. Но, Боже упаси, мы ни в коем случае не рекомендуем капитанам морских судов перед рейсом запасаться рыбьим или китовым жиром для того, чтобы потом выливать эти жиры в волны для успокоения океана. Ведь так дело может дойти до такого абсурда, что кто-то начнёт сливать в море и нефть, и мазут, и дизельное топливо, чтобы умилостивить волны.
Нам представляется, что лучший способ борьбы с волнами заключается в хорошо поставленной метеослужбе, заблаговременно оповещающей корабли о предполагаемом месте и времени возникновения шторма и предполагаемой его силе, в хорошей навигационной и лоцманской подготовке моряков и берегового персонала, а также в постоянном совершенствовании конструкции кораблей с целью повышения их мореходных качеств и технической надёжности.
Для научных и практических целей нужно знать полную характеристику волн: их высоту и длину, скорость и дальность их перемещения, мощность отдельного водяного вала и энергию волнения в конкретном районе.
Первые измерения волн были выполнены в 1725 году итальянским учёным Луиджи Марсильи. В конце XVIII – в начале XIX веков регулярные наблюдения за волнами и их измерение проводили русские мореплаватели И. Крузенштерн, О. Коцебу и В. Головин во время своих плаваний по Мировому океану. Техническая база измерений в те времена была очень слабой, специальных приборов для измерения волн на тогдашних парусниках, конечно, не было.
В настоящее время для этих целей, существуют очень сложные и точные приборы, которыми оснащаются исследовательские суда, выполняющие в океане не только замеры параметров волн, но и гораздо более сложные научные работы. Океан поныне хранит очень много тайн, раскрытие которых могло бы принести значительную пользу всему человечеству.
Когда говорят о скорости перемещения волн, о том, что волны набегают, накатываются на берег, нужно понимать, что перемещается не сама водная масса. Частицы воды, составляющие волну, поступательного движения практически не совершают. Перемещается в пространстве только форма волны, а частицы воды в волнующемся море совершают колебательные движения в вертикальной и, в меньшей степени, в горизонтальной плоскости. Сочетание того и другого колебательных движений приводит к тому, что фактически частицы воды в волнах движутся по круговым орбитам, диаметр которых равен высоте волны. Колебательные движения частиц воды быстро убывают с глубиной. Точные приборы показывают, например, что при высоте волны в 5 метров (штормовая волна) и длине 100 метров, на глубине в 12 метров диаметр волновой орбиты частиц воды равен уже 2,5 метра, а на глубине 100 метров – всего 2 сантиметра.
Длинные волны, в отличие от коротких и крутых, передают своё движение на большие глубины. На некоторых фотоснимках океанского дна вплоть до глубины 180 метров исследователи отмечали наличие песчаной ряби, образовавшейся под влиянием колебательных движений придонного слоя воды. Это значит, что и на такой глубине поверхностное волнение океана даёт о себе знать.
Нужно ли доказывать, какую опасность для кораблей представляет штормовая волна?
В истории мореплавания трагических случаев на море не счесть. Погибали и маленькие баркасы, и быстроходные парусники вместе с командами. Не застрахованы от коварной стихии и современные океанские лайнеры.
На современных океанских кораблях среди прочих устройств и приборов, обеспечивающих безопасное плавание, используются успокоители качки, не позволяющие судну получить недопустимо большой крен на борт. В одних случаях для этого используются мощные гироскопы, в других – выдвигающиеся подводные крылья, выравнивающие положение корпуса судна. Компьютерные системы на кораблях находятся в постоянной связи с метеорологическими спутниками и другими космическими аппаратами, подсказывающими штурманам не только места и силу штормов, но и наиболее благоприятный курс в океане.
Кроме поверхностных волн, в океане бывают и внутренние волны. Они образуются на границе раздела между двумя слоями воды разной плотности. Эти волны перемещаются медленнее поверхностных, но могут иметь большую амплитуду. Обнаруживают внутренние волны по ритмичным изменениям температуры на разных глубинах океана. Явление внутренних волн изучено пока недостаточно. Точно лишь установлено, что на границе между слоями с меньшей и большей плотностью возникают волны. Ситуация может выглядеть так: на поверхности океана полный штиль, а на какой-то глубине бушует шторм, по длине внутренние волны разделяются, как и обычные поверхностные, на короткие и длинные. У коротких волн длина намного меньше глубины, а у длинных, наоборот, длина превышает глубину.
Причин для появления внутренних волн в океане много. Границу раздела между слоями с разной плотностью может вывести из равновесия и движущееся крупное судно, и поверхностные волны, и морские течения.
Длинные внутренние волны проявляют себя, например, в таким образом: слой воды, являющийся водоразделом между более плотной («тяжёлой») и менее плотной («лёгкой») водой сначала медленно, часами поднимается, а затем неожиданно падает почти на 100 метров. Такая волна очень опасна для подводных лодок. Ведь если подводная лодка опустилась на определённую глубину, значит она уравновесилась слоем воды определённой плотности. И вдруг, неожиданно под корпусом лодки возникает слой менее плотной воды! Лодка немедленно проваливается в этот слой и опускается до той глубины, где менее плотная вода сможет её уравновесить. Но глубина может оказаться такой, где давление воды превысит прочность корпуса подводного корабля, и он будет в считанные минуты раздавлен.
По заключению американских специалистов, расследовавших причины гибели атомной субмарины «Трешер» в 1963 году в Атлантическом океане, этот подводный крейсер оказался именно в такой ситуации и был раздавлен огромным гидростатическим давлением. Свидетелей трагедии, естественно, не осталось, но версия о причине катастрофы подтверждается результатами наблюдений, проведённых научно-исследовательскими кораблями в районе гибели субмарины. А наблюдения эти показали, что здесь нередко возникают внутренние волны высотой более 100 метров.
Особый вид представляют собой волны, возникающие на море при перемене атмосферного давления. Они называются сейши и микросейши . Их изучением занимается океанология.
Итак, мы поговорили и о коротких, и о длинных волнах на море, как о поверхностных, так и внутренних. А теперь вспомним, что в океане возникают длинные волны не только от ветров и циклонов, но и от процессов, протекающих в земной коре и даже в более глубоких районах «нутра» нашей планеты. Длина таких волн многократно превосходит самые длинные волны океанской зыби. Эти волны называются цунами . По высоте волны цунами не намного превосходят большие штормовые волны, но длина их достигает сотен километров. Японское слово «цунами» означает в приблизительном переводе «портовая волна» или «прибрежная волна» . В какой-то мере это название передаёт суть явления. Дело в том, что в открытом океане цунами не представляет никакой опасности. На достаточном удалении от берегов цунами не буйствует, не производит разрушений, её невозможно даже заметить или ощутить. Все беды от цунами происходят на берегу, в портах и гаванях.
Возникает цунами чаще всего от землетрясений, вызванных перемещением тектонических плит земной коры, а также от сильных извержений вулканов.
Механизм образования цунами чаще всего таков: в результате смещения или разрыва участка земной коры происходит внезапный подъём или опускание значительного участка морского дна. Вследствие этого происходит быстрое изменение объёма водного пространства, и в воде возникают упругие волны, распространяющиеся со скоростью около полутора километров в секунду. Эти мощные упругие волны и порождают цунами на поверхности океана.
Возникнув на поверхности, волны цунами кругами разбегаются от эпицентра. В месте возникновения высота волны цунами невелика: от 1 сантиметра до двух метров (иногда до 4-5 метров), но чаще в пределах от 0,3 до 0,5 метра, а длина волны огромна: 100-200 километров. Незаметные в океане, эти волны, подойдя к берегу, подобно ветровым волнам, становятся круче и выше, достигая иногда высоты 10-30 и даже 40 метров. Обрушившись на берег, цунами уничтожают и разрушают всё на своём пути и, что самое страшное, несут гибель тысячам, а иногда десяткам и даже сотням тысяч людей.
Скорость распространения цунами может быть от 50 и до 1000 километров в час. Измерения показывают, что скорость волны цунами меняется пропорционально квадратному корню от глубины моря. В среднем цунами несётся по открытому простору океана со скоростью 700-800 километров в час.
Цунами не относятся к регулярным явлениям, но они случаются не так уже редко.
В Японии уже более 1300 лет ведётся регистрация волн цунами. В среднем на Страну восходящего Солнца разрушительные цунами обрушивались каждые 15 лет (мелкие, не имевшие серьёзных последствий цунами не учитываются).
Больше всего цунами возникает в бассейне Тихого океана. Цунами бушевали на Курильских, Алеутских, Гавайских, Филиппинских островах. Набрасывались они и на побережье Индии, Индонезии, Северной и Южной Америки, а также на страны Европы, расположенные на атлантическом побережье и в Средиземноморье.
Последним самым разрушительным нашествием цунами было страшное наводнение 2004 года с огромными разрушениями и человеческими жертвами, которое имело сейсмические причины и зародилось в центре Индийского океана.
Для того, чтобы иметь представление о конкретных проявлениях цунами можно обратиться к многочисленным материалам, которые описывают это явление.
Мы приведём лишь несколько примеров. Вот как описывались в прессе результаты землетрясения, случившегося в Атлантическом океане невдалеке от Пиренейского полуострова 1 ноября 1755 года. Страшные разрушения произвело оно в столице Португалии Лиссабоне. До сих пор в центре города возвышаются руины когда-то величественного здания женского монастыря Кармо, которое так и не было восстановлено. Эти руины напоминают жителям Лиссабона о трагедии, пришедшей в город 1 ноября 1755 года. Вскоре после землетрясения море отступило, а затем на город обрушилась волна высотой 26 метров. Многие жители, спасаясь от падающих обломков зданий, покинули узкие улицы города и собрались на широкой набережной. Нахлынувшая волна смыла в море 60 тысяч человек. Лиссабон не был полностью затоплен потому, что он расположен на нескольких высоких холмах, но по низменным местам море залило сушу на расстояние до 15 километров от берега.
27 августа 1883 года произошло мощное извержение вулкана Кратау, находящегося в Зондском проливе Индонезийского архипелага. В небо поднялись тучи пепла, возникло сильнейшее землетрясение, породившее волну высотой 30-40 метров. За несколько минут эта волна смыла в море все посёлки, расположенные на низких берегах западной части Явы и юга Суматры, погибло 35 тысяч человек. Со скоростью 560 километров в час волны цунами прокатились через Индийский и Тихий океаны, достигнув берегов Африки, Австралии и Америки. Даже в Атлантическом океане, несмотря на его изолированность и удалённость в отдельных местах (Франция, Панама) был отмечен некоторый подъём воды.
15 июня 1896 года набежавшие волны цунами разрушили на восточном побережье Японского острова Хонсю 10 тысяч домов. В результате погибло 27 тысяч жителей.
Бороться с цунами невозможно. Но можно и нужно минимизировать урон, который они приносят людям. Поэтому теперь во всех сейсмически активных районах, где существует угроза образования волн цунами, созданы специальные службы предупреждения, оснащённые необходимой аппаратурой, принимающей с расположенных в разных местах побережья чувствительных сейсмографов сигналы об изменении сейсмической обстановки. Население таких районов регулярно инструктируется по правилам поведения при угрозе появления волн цунами. Службы предупреждения о цунами в Японии и на Гавайских островах уже не раз своевременно подавали тревожные сигналы о приближении цунами, чем спасли не одну тысячу человеческих жизней.
Все виды течений и волн характеризуются тем, что они несут в себе колоссальную энергию – тепловую и механическую. Но использовать эту энергию человечество не в состоянии, если, конечно, не считать попыток использования энергии приливов и отливов. Кто-то из учёных, вероятно, любитель статистики, подсчитал, что мощность морских приливов превышает 1000000000 киловатт, а всех рек земного шара – 850000000 киловатт. Энергия одного квадратного километра штормящего моря оценивается миллиардами киловатт. Что это означает для нас? Только то, что человек не может использовать и миллионную часть энергии приливов и штормов. В какой-то мере люди используют энергию ветра для получения электричества и других целей. Но это, как говорится, уже другая история.
© Владимир
Каланов,
"Знания-сила"
