Яхтенная школа

"Если Вам когда-либо довелось выйти в свежий ветер на парусной яхте, встречать восход солнца, поднимающегося из-за горизонта, в открытом море, прислушиваться к гудкам судов,дрейфующих в плотном тумане,и напряженно искать зарницу долгожданного маяка,— вы на всю жизнь полюбили море и парусный спорт. Вы навсегда запомнили удары волн и свист ветра в такелаже. Вы не сможете забыть,как впервые вступили в единоборство со стихией, как впервые почувствовали, что мореходное суденышко послушно вашей воле.После этого вы весь свой досуг стремитесь проводить под парусом...
Для того, чтобы помочь вам в решении целого ряда сложных вопросов, которые неизбежно встают перед яхтсменами-любителями, ниже приведены необходимые материалы, основанные на личном опыте авторов-яхтсменов" -
так ( или примерно так ) начинался 1 выпуск ( в 1963 году ) столь любимого и уважаемого сборника ( теперь уже журнала) "Катера и яхты". Некоторые статьи из его выпусков разных лет, на наш взгляд,не утратившие актуальности и сегодня, мы и приводим ниже, разделив для удобства, на некие условные категории.Справа приведены ссылки на тематические указатели статей этого журнала за разные годы его существования. Там Вы сможете найти то, что интересно Вам, но,возможно, ускользнуло от нашего внимания.

Теория судна

Тематические указатели основных материалов, опубликованных в сборнике (журнале) за прошедшие годы

Морская практика

Общие темы

Навигация

Такелажное дело

Добрые советы

Метеорология

Медицина

Радиосвязь

Ремонт судов

свернуть текст


Морские медленные волны—
не то, что рельсы в два ряда...

Евгений Курганов
«Катера и яхты» №2(224) 2010 год с.90-93

Корабль мой упрямо качает Крутая морская волна,
Поднимет и снова бросает в кипящую бездну она...
Хорошая морская практика рекомендует учитывать параметры качки, даже наполняя стакан. Очевидно, что качка зависит от характеристик нашего судна и воздействующих на него ветра и волн. А что же характеризует раскачивающую нас волну, откуда она пришла и что знает о ней современная наука? Вспомним кое-что существенное или интересное о волнах, гуляющих по водам речным, морским и океанским.
Начало накоплению знаний о происходящих в водной среде процессах было положено в тот момент, когда Человек Мыслящий стал еще и Человеком Плавающим. На протяжении всей истории мореплавания сбор фактических данных дополнялся попытками объяснения явлений, происходящих в воде и на ее поверхности. Волна - озерная ли, морская - всегда была главной опасностью водных пространств. Понимание процесса волнообразования является и важнейшим, и одним из наиболее сложных для изучения. Не бывает двух одинаковых волн, поэтому современная наука о волнах имеет два теоретических направления - нахождение физических законов волновых процессов и разработка статистических основ волнообразования, а на практике широко используются эмпирические формулы.
Волна, в общем случае — это изменение состояния среды или поля, распространяющееся в пространстве и связанное с переносом энергии без переноса массы. Все волны представляют собой не что иное, как движение энергии в различных средах - воздухе, воде, при этом перемещается форма движения, а не сами волны. Хорошей моделью морских волн служат волны, бегущие под ветром по полю пшеницы. В действительности каждый колос, наклоняясь, совершает только незначительное движение и. когда ветер ослабевает, возвращается в первоначальное положение. Так же двигаются частицы воды. Смещается форма, но не масса воды. Поэтому скорость волны бывает гораздо выше скорости любого потока воды — например, скорость цунами в Индийском океане в 2004 г. была порядка 800 км/ч. Если бы не импульс энергии и форма волны, а толща воды, волны не могли бы развивать скорости более 40 км/ч.
Для волн существует несколько типов классификаций. Благодаря большой подвижности частицы воды легко выходят из состояния равновесия и начинают колебаться под действием разного рода сил и стремящейся вернуть их в прежнее положение силы тяжести. Причинами, вызывающими появление волн, являются приливообразующие силы небесных тел, ветер, колебания атмосферного давления, подводные землетрясения и т.д. В соответствии с этим волны могут классифицироваться по вызвавшим их силам: ветровые - это волны, вызванные ветром и находящиеся под его воздействием; корабельные - создающиеся при движении корабля и тайфунов; приливные - возникающие под действием периодических сил притяжения Луны и Солнца; анемобарические - стоячие или сейши, возникающие при сгонах или нагонах воды и при резких изменениях атмосферного давления: сейсмические (цунами) - возникающие в результате динамических процессов, протекающих в земной коре, и в первую очередь подводных землетрясений. Далее мы подробнее рассмотрим каждый из типов волн.
В реальных условиях бывает сложно разобраться во всех особенностях наблюдаемой волны, но исследования и практика позволяют дать определения ее элементам:
- гребень - это часть волны, расположенная выше среднего уровня воды;
- вершина волны - высшая точка гребня;
- ложбина - часть волны, расположенная ниже среднего уровня воды (между двумя гребнями соседних волн);
- подошва - низшая точка ложбины между волнами;
- фронт волны - линия, проходящая вдоль ее гребня;
- луч волны - линия, перпендикулярная фронту волны;
- склон волны - часть волновой поверхности от подошвы до вершины.
Высота волны (h) - превышение вершины волны над ближайшей подошвой на профиле.
Длина волны (λ) — расстояние по горизонтали между двумя вершинами или двумя подошвами волны.
Крутизна волны (ε) - отношение высоты к длине (λ = h / ε).
Поскольку волна перемещается по поверхности воды, можно говорить о скорости волны (с) - расстоянии по горизонтали, проходимом любой точкой волны в единицу времени, а также о периоде волны (τ) - промежутке времени между прохождением через одну и ту же точку пространства двух последовательных гребней (или подошв) волны.
Скорость, длина и период волны связаны соотношением с = λ/τ. Два известных параметра позволяют по этой формуле вычислить третий, и лишь высота волны не поддается вычислению и может быть получена только при непосредственных наблюдениях. Отметим, что из элементов морского волнения высота волны наиболее непостоянна - быстро возрастая, она быстро и уменьшается.
Ранее мы отмечали, что горизонтальное перемещение воды в направлении бега волны отсутствует, но правильнее говорить о незначительности поступательного движения масс воды на поверхности по сравнению с вертикальными колебаниями в результате волнового процесса. Сочетание горизонтального движения и вертикального перемещения, вызываемого подъемом на гребнях и опусканием в ложбинах, приводит к круговому движению частиц воды. При этом поверхностные частицы смещаются в направлении ветра, а нижние - в обратном направлении. Каждая частица описывает круговую траекторию в вертикальной плоскости волны, радиус этих орбит уменьшается с глубиной, стремясь к нулю. Идет движение по круговой орбите с крайне малым общим смещением водной массы, хотя форма волн все время меняется, производя впечатление бега волн.
Обычно волновые движения отличаются хаотичностью беспорядочно возникающих и быстро опадающих водяных холмов. Редко удается увидеть последовательность правильных, с ясно выраженными гребнями волн. Однако для начала рассмотрим именно такую ситуацию. Кривая, полученная в результате сечения взволнованной поверхности вертикальной плоскостью в направлении распространения волн, называется волновым профилем. Правильная синусоидальная форма профиля волны, показанная на рис. 1, является одним из возможных вариантов. В природе таким профилем обладают волны «мертвой» зыби, у которых высота мала по сравнению с длиной, и приливные волны, длина которых по сравнению с их высотой чрезвычайно велика.
Но наиболее характерны волны с пилообразным профилем. Это, прежде всего, ветровые волны, появляющиеся при усилении ветра. Профиль этих волн лишен симметричности волн зыби. Гребни у них уже ложбины, передние склоны круче подветренных. При дальнейшем усилении ветра и при выходе волны на мелководье (Н меньше 0.5 λ) начинает развиваться обрушение гребня.
Рассмотрим, что происходит с волной, подходящей к берегу из района с большими глубинами и при безветрии (рис. 3). Пока глубины остаются несоизмеримо большими по сравнению с длиной волны, ее профиль остается похожим на синусоиду, частицы воды около поверхности колеблются, двигаясь по окружности, с амплитудой, равной высоте волны. На рисунке эта стадия обозначена буквой А. Даже там, где к берегу подходит мощный океанский накат, мечта серфингиста, правильная, длинная и пологая волна может, казалось бы, угрожать только морской болезнью. В такт, с тем же периодом, что и на поверхности, но по окружностям, радиусы которых уменьшаются с глубиной, колеблются слои воды, лежащие ниже. На некоторой глубине движение волн по поверхности не ощущается вовсе. Исследования показали, что на глубинах порядка 200 м колебания воды ничтожны даже для очень крупной поверхностной волны.
Поведение волны изменяется, когда она приближается к глубинам, меньшим половины ее длины (стадия В). Дно моря начинает активно влиять на орбитальное движение воды в волнах. «Волна встает на дыбы, как только почувствует почву под ногами, а затем летит кувырком, разбиваясь на прибрежной отмели или рифах». Говорят, что волна «чувствует дно», т.е. возникает трение о дно, именно в этот момент серфингисты начинают изо всех сил грести, разгоняя доску, чтобы начать скольжение по крутому переднему склону и «оседлать» волну.
«Чувство дна» заставляет энергию волны, которая до этого была распределена равномерно, сжиматься и искать выход. Выбирая путь наименьшего сопротивления, волна растет вверх, заставляя расти в высоту гребень волны. Основание волны начинает замедляться дном. Частицы воды на дне волны больше не могут завершить движение по своим орбитам - орбиты приобретают эллиптическую форму и вытягиваются в длину. Волна вытягивается вверх и становится настолько высокой, что больше не может сохранять форму. Частицы на гребне движутся по своим вытянутым эллиптическим орбитам быстрее, чем частицы в основании волны. При глубине, составляющей 1.3 высоты волны (стадия С), волновой гребень начинает наклоняться вперед под углом, превышающим 60°, и, образуя завиток, падает. На какое - то время обгоняющий волну и обрушивающийся гребень создает некое подобие вращающейся водяной трубы, в которой, касаясь рукой стены воды, лихо скользит поперек склона серфингист.
Набегание волн на отлогий берег с увеличением по высоте и крутизне и последующим опрокидыванием на берег называется прибоем. Над банками и рифами образуются буруны, служащие признаком подводной опасности. Важно, что по бурунам и обрушению волн можно судить о наличии мелководий, которые не обязательно возвышаются над поверхностью воды.
Несмотря на значительные достижения гидрологии и океанологии, продолжается изучение динамических процессов, сопровождающих образование волн. Очевидна трудность наблюдения волн в штормовом море и выявление законов, которым они подчинены. Поэтому для обеспечения безопасности плавания, а также нужд гидротехнического строительства было совершенно необходимо разработать методику расчетов и прогнозов элементов волнения и других океанографических параметров. Для решения этих и других научно- исследовательских задач 80 лет назад, в 1929 г. тогда еще в СССР, в Крыму, в поселке Кацивели была создана стационарная Черноморская гидрофизическая станция, позже преобразованная в экспериментальное отделение Гидрофизического института АН СССР.
Здесь были выполнены фундаментальные исследования почти по всем разделам физики моря. Научные достижения Морского гидрофизического института связаны с именем академика В.В.Шулейкина, создавшего физическую теорию морского волнения и осуществившим обширный цикл исследований тепловых явлений в океане, теплового взаимодействия между океаном, атмосферой и материками и влияния океана на климат и погоду. Результаты этих работ не потеряли своей актуальности и в настоящее время.
Для изучения составляющих баланса энергии волн, а также их кинематики и динамики основатель станции В.В.Шулейкин спроектировал и построил в 1953 г. в Кацивели аэродинамический канал, или штормовой бассейн. Кольцевой канал с внешним диаметром 40 м имеет ширину 2 м и высот>г стен 5.6 м. Толщина слоя морской воды, наливаемой в канал, может достигать трех метров. Установленные над поверхностью воды 21 мощный вентилятор по 13 кВт каждый могут создавать воздушный поток, скорость которого достигает 19 м/с. При скорости ветра 12-14 м/с установившиеся волны достигают 1.2-1.5 м высоты при длине 20-25 м. Благодаря тому, что бассейн построен в форме замкнутого кольца, путь волн не имеет ни начала, ни конца, а ветер воздействует на них непрерывно на всем его протяжении, вызывая рост волн подобно тому, как это происходит на морских просторах. На протяжении 20 м по периметру канала стенки бассейна застеклены, благодаря чему удобно вести наблюдение и видеосъемку волн на просвет, фиксируя процесс их образования.
Работы в штормовом бассейне позволили академику Шулейкину получить универсальные рабочие диаграммы. позволяющие определять высоту, длину и период ветровых волн по скорости ветра, времени его действия и заданным географическим условиям. Эти диаграммы до сих пор применяются в научных исследованиях и оперативных прогнозах для расчета ветровых волн в Мировом океане и внутренних морях.
В 1982 г. в полукилометре от берега на фундаменте, который находится на 35-метровой глубине, была установлена уникальная, первая в Европе океанографическая платформа для гидрофизических исследований. Работать на ней приезжали ученые из США, Голландии, Франции.
Создание Гидрофизического института и комплекса Черноморской гидрофизической станции в непростые послевоенные годы, когда не прошло и десятка лет после окончания самой разрушительной войны прошлого века, свидетельствовало о значении, придававшемся в СССР развитию науки и. в частности, океанографии.
«Катера и яхты» №4(226) 2010 год с.78-81

Продолжаем разговор о природных морских, речных и озерных волнах.

Ветровое волнение.

Согласно определению, установленному ГОСТом, ветровые волны представляют собой колебательное движение частиц воды, выражающееся в периодическом отклонении формы водной поверхности от равновесного положения, которое она занимает при отсутствии волнения, и являются вынужденными волнами, так как возникают под воздействием вызвавшего их ветра.
Для судовождения на реках и в прибрежных районах моря наибольшее значение имеют ветровые волны.
Их можно разделить на три типа: волны, находящиеся под непосредственным воздействием ветра, волны зыби, существующие после прекращения ветра или выхода волн из зоны действия ветра, и смешанное волнение, когда ветровые волны накладываются на волны зыби. Развитие ветровых волн начинается с образования ряби, затем, по мере усиления ветра, она переходит в волны все возрастающих размеров. Под воздействием ветра они приобретают все большую энергию, высоту и длину. Высота волн от ветра, дующего в одном направлении, в глубоководных районах растет примерно в течение пяти часов, а затем остается постоянной; длина же волн продолжает увеличиваться. Но и этот рост не бесконечен. Даже при ветре силой 12 баллов волны достигают предельных размеров примерно через двое суток, и более усиления волнения не происходит. С момента, когда волны достигли максимальных для данной скорости ветра размеров, волнение считается полностью сформированным.
При усилении ветра до 7-8 м/с на вершинах волн начинают образовываться барашки и появляется белая пена, гребни волн опрокидываются и срываются, при дальнейшем усилении ветра образовываются пенные полосы. Пена - это крохотные (менее 0.5 мм) пузырьки воздуха, разделенные пленкой волы. В чистой пресной воде эти пузырьки, сближаясь, сливаются. Соленая вода имеет несколько большую вязкость, и поэтому в ней пузырьки сохраняются дольше.
Высота и длина волн зависит от скорости ветра, продолжительности его действия, от «разгона волн», т. е. расстояния от подветренного берега в направлении ветра до точки наблюдения, конфигурации береговой черты, глубины моря и рельефа дна. Наибольших размеров волны могут достичь только в том случае, если размеры водного бассейна достаточно велики. Но на мелководье волны быстрее вырастают до максимальных размеров, чем в глубоководных районах, однако и быстрее затухают после прекращения ветра. Например, на мелководном Азовском море при скорости ветра 20 м/с волны достигают максимальных размеров примерно в течение часа. На большом открытом пространстве слабый ветер, дующий длительное время, может вызвать волнение более значительное, чем сильный кратковременный ветер на закрытом водоеме.
Ветровое волнение возникает под воздействием постоянно изменяющихся по силе и направлению турбулентных воздушных потоков, а также процессов, развивающихся в толще воды - течений, ранее сложившихся волновых систем и т.д. В результате возникает неупорядоченное волнение, при котором абсолютно нельзя заранее вычислить параметры отдельной волны, и описать волнение возможно лишь на основе статистических закономерностей, которые численно выражаются зависимостями между элементами волн и определяющими их факторами. В некоторых случаях ветровые волны движутся группами, «пакетами», но даже это не позволяет предсказать размеры подходящих волн и определить, какой из валов тот самый роковой «девятый»...
Говоря об определении параметров волны, необходимо отметить трудность визуальной оценки ее высоты. При наблюдении с малого судна, согласно Наставлению гидрометеостанциям и постам, наблюдателю рекомендуется расположиться по возможности на такой высоте, с которой, находясь в ложбине между волнами, он видит гребни на одной линии с горизонтом. В этом случае высота волны будет равна высоте глаза наблюдателя над водой. Таким образом, более-менее точно определяется волнение, соизмеримое с высотой малого судна, т.е. до 4-5 м. Параметры более сильного волнения обычно завышаются, что вполне понятно и объясняется не только тем, что у страха глаза велики. Попробуйте определить высоту холма, стоя у его подножья - чем больше его высота, тем больше будет ошибка. А если холм растет и надвигается на вас?..
Сегодня новые возможности непосредственного измерения реальной высоты волн подталкивают исследователей к предположению, что волны экстремально высокие для данной акватории возникают чаще, чем считалось раньше, но и реальная средняя высота штормовых волн при этом несколько меньше вычисленной. В Атлантике летом наиболее вероятна высота волны 3-5 м. зимой - 5-8 м. Штормовые волны, развивающиеся в южных широтах при северо-западных ветрах, могут иметь длину до 150 м и высоту 7-8 м. До недавнего времени считалось, что волны высотой 30 и более и длиной 400 м возможны, но не более одной в 10 тыс. лет, однако инструментальные измерения фиксируют такие волны в мировом океане значительно чаще. Наиболее благоприятные условия для образования огромных ветровых волн создаются в субантарктических водах, называемых Южным океаном - там. где Мировой океан охватывает Землю кольцом.
В закрытых морях, озерах и водохранилищах волны, естественно, уступают по размерам океанским. Наблюдения показывают, что для открытой части Онежского озера, например, обычны ветровые волны высотой около 2.5 м. Максимальная высота волн, отмеченная при скорости ветра 12-13 м/с, в октябре и ноябре 1964 г. достигала 4.3—4.7 м. Наиболее сильное волнение развивается осенью, в период штормовых ветров.
При выходе волны на мелководье начинает развиваться обрушение волны. Максимальная высота волн на мелководье не может быть больше 0.8 глубины моря, но зато они отличаются большей крутизной. Крутизна - это отношение длины волны к ее высоте. т. е. метровая волна длиной 20 м имеет крутизну 1/20, или, в процентах, (1/20)х 100% = 5%. Независимо от высоты волны - будет ли она 0.5 или 5 м -максимально возможная крутизна равна 1/7. или 14%. (максимум наклона до 12°): но на глубокой воде и при отсутствии течений волны с такой крутизной никогда не встречаются. Типичная крутизна морских волн составляет 0.07-0.1%.
Отмечается зависимость характера волнения от солености воды, а точнее, ее плотности. Ветровое волнение легче возникает в пресноводных водоемах, чем на равных им по площади морских акваториях, например, в морских заливах или бухтах. Два фактора - пресная вода и влияние малых глубин - создают на поверхности озера хаотическое нагромождение крутых волн, изнуряющее иногда более, чем вызванный ветром такой же силы шторм на море.
Когда скорость ветра начинает снижаться, или волна выходит из района, где дует сильный ветер, ветровое волнение переходит в зыбь —волнение, распространяющееся по инерции в виде свободных волн, лишенных острых гребней и имеющих более правильную форму и большую длину, чем ветровые волны. Волны зыби бегут длинными параллельными рядами. Направление и высота волн зыби в глубоководных районах может сохраняться после исчезновения побудившего ее ветра довольно долго. Волны, которые разогнал шторм в южной Атлантике, иногда проходят тысячи миль, пересекают экватор и в виде зыби достигают европейских берегов. Зыбь может производить обманчивое впечатление плавности и спокойствия, но на самом деле эти волны несут огромную энергию, обнаруживающуюся прибоем и накатом на мелководье. Обычно при ветровом волнении средняя скорость волн меньше средней скорости ветра, но скорость зыби часто существенно превышает скорость местного ветра. Зыбь на водохранилищах и озерах исчезает быстро.
Волнение, распространяющееся при полном штиле, называется мертвой зыбью. Часто мертвая зыбь бывает признаком надвигающегося шторма или проходящего стороной сильного ветра.

Волны-убийцы.

3 марта 2010 г. новостные каналы сообщили о происшествии с круизным лайнером «Louis Majesty» (длиной 207 м и водоизмещением более 40 ООО т), случившемся во время шторма вблизи побережья Испании, в Лионском заливе Средиземного моря. От удара огромной волны пострадали носовые общественные помещения на пятой палубе и люди, которые в них находились. Два человека погибли.
Вероятнее всего, «Его Величество Людовик» («LouisMajesty») столкнулся с так называемой аномальной волной. О возникновении таких волн, в несколько раз превосходящих по высоте все остальные волны в данном районе при данных условиях, сообщали мореплаватели во все времена. Моряки разных стран наделяли это явление названиями, не только передававшими впечатления от встречи, но и отражавшими его опасный и непредсказуемый характер: «freak-wave» - волна- придурок, волна-причуда, «rogue wave» — волна-разбойник (англ.); «onde scelerate» - волна-злодейка, «galejade» - дурная шутка (франц.): «волна-убийца» - во всех языках. Моряки парусников, огибавших южные оконечности Африки и Южной Америки - мыс Игольный, мыс Доброй Надежды и мыс Горн с ужасом рассказывали об огромных, выше мачт, волнах. Их назвали «кейпроллерами» (от английских слов « саре » мыс и «roller» - вал, т. е. валы у мыса). Кейпроллеры возникают не только в этих водах, но и в районах Ньюфаундлендской банки, у Бермудских островов, на окраинах норвежского шельфа и даже в Средиземном море, о чем свидетельствует происшествие с «Louis Majesty». Но это название суперволны напоминает, что именно у южных оконечностей материков, в зоне самых свирепых штормов и ветров, встречи с ней наиболее вероятны.
Что отличает аномальную волну от других волн? Волны-убийцы часто определяются как волны, высота которых более чем в два раза превышает значимую высоту волнения (значимая высота — средняя высота одной трети самых высоких волн, см. рис. 1). В сообщениях об аномальных волнах обычно отмечается также их необычная крутизна — надвигающаяся стена воды покрыта пеной и обрушивается вдоль всего склона. Нужно отметить, что наряду с необычно высокими вол-нами встречаются и волны с очень глубокой подошвой, волны впадины, «ямы в море», опасность которых возрастает из-за трудности их своевременного обнаружения. А сочетание крутого склона волны и глубокой ложбины перед ней и превращают ее в волну-убийцу. Различают рассеивающиеся и нерассеивающиеся аномальные волны. Период жизни тех и других, к счастью, непродолжителен, но не рассеиваюшиеся существуют дольше и могут проделать по морю довольно долгий путь - до 10 миль. Рассеивающиеся же, появляясь буквально из ниоткуда, обрушиваются и исчезают.
Аномально большие волны не следует путать с цунами: цунами возникают в результате подводных сейсмических явлений, и высота их становится значительной лишь вблизи берега, тогда как волны-убийцы могут возникать совершенно неожиданно, практически на любом участке моря, не только во время шторма, но и при относительно слабых ветрах и небольшом волнении. Цунами становится опасной только когда она выходит на прибрежную отмель и обрушивается на берег, разрушая береговые сооружения и угрожая находящимся близко к побережью судам. А волна-убийца может внезапно и непредсказуемо возвыситься над чередой «обычных» волн посреди океана и нанести повреждения супертанкеру или огромному лайнеру. Фронт цунами может растянуться в океане на тысячи километров, и волна, вызванная сильным подземным толчком, может обогнуть земной шар. Форма же аномальной волны может приближаться к пирамидальной, она короткопериодная и не способна вызвать затопления на берегу.
Существование аномально больших волн до недавнего времени подвергали сомнениям, подозревая очевидцев в излишней впечатлительности. По расчетам океанологов и математиков получалось, во-первых, что таких высоких волн не должно быть вообще, а во-вторых, что если они и могут возникать, то никак не чаше одного раза в 10 тысяч лет. Однако развитие инструментальных методов измерений, появление в океане стационарных платформ, оборудованных средствами регистрации высоты волн, и, наконец, применение спутников, способных измерять высоту волн с точностью до сантиметров на больших акваториях, привели к однозначным выводам. За три недели наблюдений по проекту «MaxWave» спутниками ERS-1 и ERS-2 в Атлантике зарегистрированы более десятка волн до 30 м высотой среди соседних 10-метровых. Оказывается, очень часто где-нибудь в Мировом океане образуется хотя бы одна такая волна, и волны такие, в целом, обычны.
Как же зарождаются эти гиганты? До недавнего времени считалось, что они образуются в результате вполне понятных линейных процессов, при которых малые волны объединяются в одну большую, усиливающуюся в результате взаимодействия сильных ветров и мощного встречного течения. Таковы условия на «стыке» Атлантического и Индийского океанов - у .мыса Доброй Надежды. Здесь встретившиеся волны начинают громоздиться одна на другую, их высоты складываются, порождая громадные валы-кейпроллеры. Высота волны возрастает, когда она начинает «чувствовать дно», выходя на малые относительно ее длины глубины. Возникновению аномальной волны также способствуют ветер, дующий в одном направлении более12 ч подряд, существование области пониженного давления и совпадение скоростей перемещения волн и области пониженного давления и, повторимся, движение волн против сильного течения.
Таким образом, мы располагаем некоторыми эмпирическими данными о возможности возникновения аномальных волн. Однако следует признать, что природа возникновения этих волн изучена не достаточно. Они могут зарождаться и при относительно слабом волнении, и при отсутствии течения, в районах с любыми глубинами. Сегодня исследователи предполагают, что это явление связано с особенностями динамики самих морских волн и их трансформации при распространении в океане. При этом происходит обмен энергией между волнами в условиях нелинейного взаимодействия, что приводит к росту амплитуды волны - гораздо большему, чем при обычном линейном сложении высот волн.
Для плавающих в российских водах, даже в омывающих ее морях, волны высотой в десятки метров, безусловно, экзотика. Тем не менее напомню, что, например, максимальная измеренная высота волны в Черном море, зафиксированная на океанографической платформе в Кацивели - 11.2 м, а теоретически возможна волна высотой более 20 м. Вообще же. как пишет океанолог Л.Дрейпер, следует «помнить, что законы образования волн едины для любых высот и периодов. Поэтому капитан маленькой яхты или катера, путешествующий ради удовольствия в прибрежных или внутренних водах, должен быть так же готов к неожиданному, как капитан гоночной океанской яхты в открытом море или капитан лайнера во время шторма». И для яхтсмена или шкипера небольшой мотолодки 5-метровая волна там, где ранее наибольшая высота из виденных им волн была 2.5-3 м - несомненно, тоже «волна-убийца».

Цунами.

Катастрофические последствия подводных землетрясений. произошедших в последние годы, особенно случившиеся в Чили в 2010 г. и в Индийском океане в декабре 2004 г., превратили волну цунами из детской страшилки, каковой она была для большей части человечества, в реальную угрозу. «Высокая волна, входящая в гавань» - так переводится с японского слово « цунами» в 99% случаев порождается резким вертикальным смещением участка дна в местах тектонических разломов. Максимальная амплитуда волн цунами возникает, если очаг землетрясения расположен относительно неглубоко под дном моря или океана, и цунами не бывает, если эпицентр землетрясения находится глубже 80 км под заемной твердью морского дна. Вероятность и энергия волны зависит также от силы землетрясения, т. е. его магнитуды, протяженности очага землетрясения и глубины океана или моря в районе землетрясения - чем больше глубина океана, тем выше скорость волн, которая примерно пропорциональна квадратному корню из значения глубины. 26 декабря 2004 г. вблизи северной оконечности острова Суматра, на глубине около 30 км, случилось самое крупное в истории Индийского океана подводное землетрясение. Магнитуда первого толчка, за которым последовало еще несколько десятков постепенно затухающих ударов, равнялась 9 баллам по шкале Рихтера. Резкое, почти мгновенное, смещение океанской плиты, всего на 6-10 м по вертикали и на протяжении 1300 км по горизонтали вдоль побережья острова Суматра привело к образованию волны, уже через 15 минут затопившей северную оконечность острова и в течение суток обогнувшей Земной шар, причинив огромные разрушения и убив три сотни тысяч человек на затопленных берегах.
Сейсмическая волна возбуждается одновременным смешением всей толщи воды от дна до поверхности. Это отличает ее от поверхностных волн - например, ветровой волны - и объясняет некоторые характерные особенности цунами. Она обладает огромной энергией и в открытом океане, в глубоководных районах, распространяется со скоростью реактивного самолета - до 900 км/ч. Эти волны имеют очень большую длину: расстояние между двумя вершинами достигает 100-150 км. Период таких волн составляет от 2 до 40 минут. А вот высота у них в открытом океане небольшая, всего несколько метров, да и то редко. Измеренная спутником высота волны в Индийском океане в 2004 г. не превышала 80 см. При приближении к берегу уменьшается как скорость движения волны, так и ее длина. Например, при глубинах около 1 км скорость волны составляет350-360 км/ч, при глубине 50 м - менее 100 км/ч. Но одновременно растет ее высота. Та же 80-сантиметровая в открытом океане цунами 2004 г. в некоторых местах накатилась на берег 30-метровой волной.
Цунами обладают огромной разрушительной силой. Штормовые волны равной высоты в прибрежной полосе производят куда меньше разрушений, нежели цунами. Дело в том, что штормовые волны имеют существенно меньшую длину и скорость по сравнению с цунами: кроме того, они наносят по берегу разрозненные удары, каждый из которых приходится на маленький участок береговой линии. Цунами же подходит к берегу фронтом протяженностью в десятки километров и более, в результате на берег сразу обрушиваются огромные массы волы. Кроме того, в отличие от ветровой волны, цунами часто подходит к берегу в виде очень длинной, с крутым, деформированным и обрушенным передним склоном волны. А накат такой волны может быть значительно более сильным, чем у более короткой ветровой волны с симметричным профилем. И, наконец, когда потоки глубоко проникшей на сушу воды начинают скатываться в море, увлекая мощным течением все и всех, прибрежная полоса получает от цунами последний, завершающий удар.
В некоторых случаях наступлению сейсмической волны предшествует необычный отток воды, когда море отступает от берега, обнажая дно. В сейсмоопасных районах это должно восприниматься как сигнал тревоги, по которому здравомыслящий человек должен понять, что его дальнейшая жизнь будет зависеть только от скорости его передвижения в глубь суши.
Сравнивая цунами с ветровой волной, отметим, что встреча в открытом море с цунами даже для малого судна может пройти просто незамеченной, в то время как крутая и высокая штормовая волна представляет для него реальную опасность. Но в прибрежной полосе по степени опасности на первое место выходят волны цунами.
Примерно 80% сильнейших землетрясений в мире происходят в бассейне Тихого океана. Не удивительно поэтому, что именно Тихоокеанское побережье за последнее тысячелетие поражалось цунами около тысячи раз. Но историей зафиксированы случаи возникновения вызванных землетрясениями огромных волн и в других океанах и морях. В 365 г. н.э. в Александрии (Египет) волны погубили 5000 человек, в IV в. сейсмические волны обрушились на несколько островов в Средиземном море, а лодки забросили на крыши домов портовых городов. По сведениям различных источников, за последние 2000 лет в Черном море отмечено 26 случаев цунами. Неоднократно наблюдались вызванные морскими землетрясениями цунами на Каспии: в 1957 пострадал Дербент, в 1902 г. -район Баку, в 1933 и 1939 гг. район Красноводска.
Цунами могут вызываться не только землетрясениями. Существует версия, что взрыв вулкана Санторин погубил Атлантиду. Извержение в 1883 г. вулкана Кракатау образовало волну, которая вызвала многочисленные разрушения и жертвы на островах Ява и Суматра. В очень редких случаях катастрофические волны могут генерироваться обвалами и падением в воду больших масс грунта, как, например, случилось на Аляске в 1958 г.. когда гигантский оползень породил волну высотой в полкилометра, распространившуюся, к счастью, только в пределах залива Литуя.
Опирающийся на силу своего разума человек оказался не в силах противостоять искушению и при первой же возможности начал примериваться к разрушительной мощи цунами. Американцам удалось в 1946 г. создать 28-метровую волну подводным ядерным взрывом на атолле Бикини. В СССР разрабатывался план скрытной доставки подводными лодками термоядерных мин к побережью США, подрыв которых должен был вызывать 80-метровую волну. Для экспериментальной проверки этой идеи, приписываемой А.Сахарову, на берегу Ладожского озера даже был в соответствующем масштабе воссоздан участок побережья Северной Америки.
Ну, а действительно огромные и по-настоящему катастрофически волны цунами возникают при падении в океан астероидов или крупных метеоритов. Сегодня известно около двух десятков кратеров на дне Мирового океана, свидетельствующих о такого рода событиях. По мнению ученых, после падения некоторых из них по земному шару прокатывалась волна высотой более километра. Следствием такого падения может быть угроза не только человеческой цивилизации, но и вообще жизни на Земле, и утешает лишь то, что случается такое раз в несколько миллионов лет.
свернуть текст