Бывают ли океанские волны высотой 50 м. Самые большие волны в мире
Рассказывали истории о загадочном природном явлении . Необъяснимой силе, которая появляется ниоткуда и также бесследно исчезает. Таинственной силе, которую нельзя предвидеть, предупредить или опередить. Однако в современном мире ученым, наконец, удалось приоткрыть завесу тайны над явлением известным как волны-убийцы .
Океанские волны . Одна из мощнейших стихий на Земле. О волнах хорошо известно - их порождают штормы и они достигают огромных высот, но моряки утверждают, что есть иные волны , более высокие и разрушительнее. Их высота в четыре раза выше обычных. Одна единственная волна, несущая смерть. Она достаточно высокая, что затопить десятиэтажное здание или перевернуть 300-метровый круизный .
корабли и суда после встречи в волной-убийцей
лайнер «Norwegian Dream»
грузовое судно «Wilstar»
Однако устные рассказы и обнаруженные обломки кораблей только сгущают завесу тайн вокруг этого явления. Многие годы океанографы утверждали что волны, достигающие 36 метров в высоту невозможны. Согласно их расчетам такие волны образуются 1 раз в 10000 лет. Однако природа доказала, что даже математические модели иногда дают сбой.
Происхождение огромных волн неизвестно, а их существование не доказано.
волны-убийцы
Многие , отправлявшиеся в плавание в эпоху великих географических открытий, часто не возвращались обратно. В среднем на океанских просторах терялся один корабль в сутки зачастую бесследно. С тех пор принципы судостроения изменились. Остойчивость и прочность кораблей и судов заметно выросли. Однако вплоть до 2005 года тонуло по два корабля в неделю. Как всегда при весьма загадочных обстоятельствах. Никто не верил, что виноваты волны-убийцы, пока отдельные случаи не были подкреплены свидетельствами.
В 1980 году «Esso Languedoc » шел из порта Дурбан в ЮАР. Море было неспокойным, волны достигали в высоту 4 метра. Старший помощник капитана стоял на мостике когда волна во много раз выше всех остальных появилась из ниоткуда и стала приближаться к судну. Он успел щелкнуть затвором фотоаппарата. Верхушка мачты по правому борту находилась на высоте 25 метров от уровня воды, поэтому высота волны в сравнении с ней была определена как 30,5 метров. С появлением вещественных доказательств заставило общество задуматься. Танкеру «Esso Languedoc » удалось пережить сокрушительный удар, который потряс грузовое судно от носа до кормы.
высота волны зафиксированная с танкера «Esso Languedoc»
Однако даже такому свидетельствованию ученые все равно сомневались в размерах волн-убийц . И только в 1995 году в результате удара по нефтяной платформе «Draupner » были получены первые показания мощи волны. «Draupner » стояла в Северном море и в первый день нового года ее осаждали 10 метровые волны. В этом не было ничего необычного. Внезапно на скорости 70 км/час на нефтяную платформу обрушилась волна в три раза больше обычной. При ее ударе лазер, установленный на платформе, зафиксировал точные показания этого «монстра». Гребень волны находился на высоте 27 метров.
буровая платформа «Draupner»
Океанографы смогли проанализировать волновые спектры до, во время и после волны. Результаты были ошеломляющие. Ученые, наконец, смогли дать научное название волне-убийце - «блуждающая волна ». Она появляется неожиданно и никак не связанна с другими волнами в спектре. Возникает из-за воздушных потоков, но направленность ей придает течение. Когда подводное течение сталкивается с волнами, идущими в противоположном направлении, волны могут сжаться и устремиться вверх, сформировав «блуждающую волну ». Это объясняет, почему в районах с сильным течением так часты подобные явления. Течение Гольфстрим одно из них и проходит через печально известный район «Бермудского треугольника». Вполне вероятно, что причиной многих невероятных исчезновений в районе «Бермудского треугольника» является не воздействие сверхъестественных сил, а мощь самого океана и его порождении - волны-убийцы .
Еще одной средой возникновения волны-убийцы являются естественные препятствия, например острова, отмель, рифы. Волны огибают остров, и встречаются с другой его стороны, накладываясь друг на друга, чем вызывают свою силу. Наложение двух когерентных волн вызывает волну, высота которой равна сумме высот отдельных волн. Это явление называется интерференцией.
Волны-убийцы появляются и в спокойных водах. Они формируются под влиянием шторма бушующего за сотни миль, а затем их гонит в определенный район сильный ветер.
Торговые суда играют важнейшую роль в мировой экономике. 95 процентов товаров транспортируются по морю. Более 10 миллионов человек ежегодно отдыхают на круизных лайнерах, поэтому так важно строить , которые не сможет сокрушить большая волна.
Десятиметровые штормовые волны атакуют с силой равной шестью тоннам на 0,04 кв. м. Многие выдерживают силу равную пятнадцати тоннам, но 30-метровая волна-убийца имеет силу сто тонн. Это почти в два раза мощнее промышленного катка. Сегодня судостроители создают , отвечающие определенным стандартам. Одной из основных проблем судостроителей является способность волны-убийцы подняться через нос корабля и выбить иллюминаторы в надстройке, при этом вывести из строя электрооборудование. В результате судно теряет управление.
Возможным решением проблемы может стать переоборудование ходового мостика и других надстроек. «Queen Mary2 » является ярким тому примером. У него толстый корпус, усиленный обвес ходового мостика и нос с резким развалом бортов, который обеспечивает защиту от больших волн . Однако и эти технические новинки не помогут, если не выдержат водонепроницаемые люки судна.
Океан таит в себе необычайную силу, которая приходит ниоткуда и способная уничтожить 300-метровое судно в течение нескольких секунд. Трагедии заставили научные сообщества активизировать свои усилия. Изучение обломков принесло тревожные данные, судостроители изучавшие морские катастрофы, произошедшие в период с 1969 по 1994 годы обнаружили, что за эти 25 лет 60 затонули в результате внезапного затопления. Анализы показали, что треть их могла произойти в результате воздействий волн-убийц . Чтобы избежать новых катастроф ученым необходимо выяснить частоту и концентрацию могучих волн . Мониторинг мирового океана оказался немыслимым, но в начале 90-х годов европейское космическое агентство запустило в космос два искусственных спутника Земли. Теперь с их помощью можно наблюдать за определенным районом океана и наносить на карту волновые колебания в любых условиях. Использовать данных со спутника для определения колебаний поверхности, анализа длины волн, длины их гребня, крутизны волны и максимальной высоты. Данные спутника опровергали теорию о том, что 30-метровые волны-убийцы образуются один раз в 10000 лет. Высокие волны явление гораздо частое, чем предполагали ученые.
От чего зависит высота волны ? Высота волны зависит от силы, длительности и длины разбега ветра. Чем больше разбег ветра, тем она выше. Как правило, волны не превышают четырех метров. На участках, где часто бывают ураганы, они могут достигать 25-метровой высоты: такие волны можно увидеть между Новой Зеландией, мысом Горн (крайняя точка Южной Америки) и Антарктидой (южным полярным континентом).
Что происходит с предметами на волнах ? Плавающий предмет (например, мяч) «танцует» на волнах, то есть движется вверх и вниз, оставаясь на месте. Это происходит потому, что волна движется по кругу — вверх, вперед, вниз и снова назад. Такие же движения выполняет и предмет: он остается на месте, так как по поверхности воды передвигаются только волны, а сама она при этом неподвижна.
Что происходит когда «встречаются» волны ? Движение волн образует ряды гребней и подошв. Волны разных гребней пересекаются. Если гребень одной набегает на гребень второй, они накладываются друг на друга и высота волны увеличивается почти вдвое. Если же гребень набегает на подошву волны, то, соответственно, она уменьшается.
Что такое зыбь ? После шторма ветер стихает, но разбушевавшееся море не сразу становится гладким. Короткие и крутые волны перекатываются через длинные и плавные с круглыми гребнями. Такие ветровые волны называют зыбью. Она может стоять на море после шторма на протяжении нескольких дней, даже недель, и распространяться на морские просторы далеко от места возникновения.
Как быстро распространяется морская зыбь ? Длина волны морской зыби — от 250 до 900 метров. В открытом море она распространяется со скоростью 70 километров в час и более и может, не ослабевая, преодолевать огромные расстояния. Пассажиров корабля удивляет зрелище, когда в безветренных морских зонах внезапно возникает зыбь.
Что такое прибой ? Когда волны достигают мелководных участков, они притормаживают о морское дно, становятся короче, но при этом круче и выше. Наконец они разбиваются о пляж. Этот набег морских волн на мель называют прибоем. Особенно мощные прибойные волны там, где на берег набегают штормовые ветровые волны.
Какие существуют прибои ? Прибои бывают двух видов: в одном случае волны разбиваются о пляж, а в другом — о скалы. Пляжные прибои возникают на мелководных побережьях, скалистые прибои — когда волны разбиваются о скалистые берега. Воды пляжного прибоя омывают берега, а волны скалистого откалывают куски камней от скал, в результате чего в них образуются пещеры. Называются они гротами.
Почему возникает береговая эрозия ? Береговой эрозией называется разрушение почвы, которое со временем приводит к изменению побережья. Такие изменения вызывает в первую очередь морской прибой. Поскольку крутые берега состоят из мягких осадочных отложений (седиментов), морские прибои особенно сильно их разрушают. Учёные называют береговую эрозию абразией.
Что такое волнение моря ? Движение волн, вызванное ветром, называется волнением моря. Речь идет о ветровых волнах, зыби и прибое. Ветровые волны не приходят с других участков морей, а возникают при непосредственном воздействии ветра на поверхность воды. Волнение моря зависит прежде всего от силы ветра.
Что такое сила ветра ? Ветра обладают сильным воздействием на море, его волны и течения. Большое значение имеет при этом сила ветра — так называется его скорость, для определения которой используют шкалу Бофорта. Эту двенадцатибальную шкалу в 1806 году создал британский адмирал Фрэнсис Бофорт (1774-1854). Согласно ей 0 обозначает штиль, 12 — ураган.
Что такое морская пена ? Морская пена возникает, когда разбивается волна. Брызги, которые сильный ветер сдувает с гребня волны, тоже называют морской пеной. Пена возникает и при падении волн, когда рассеивается вода.
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.
ВОЛНЫ В ОКЕАНЕ, возмущения физических параметров океана (плотности, давления, скорости, положения морской поверхности и др.) относительно некоторого среднего состояния, способные распространяться от места их возникновения или колебаться внутри ограниченной области. В физических задачах волновые движения в океане принято классифицировать по типу сил, ответственных за их возникновение и распространение. Выделяют пять основных типов волн в океане: акустические (звуковые), капиллярные, гравитационные, гироскопические (инерционные) и планетарные.
Акустические волны распространяются в океане благодаря сжимаемости воды. Скорость распространения волн (скорость звука) зависит от состояния воды (температуры, солёности), глубины океана и изменяется в пределах 1450-1540 м/с. Высокочастотные акустические волны (с частотами от единиц до десятков кГц) используются для гидроакустической связи и подводной локации, включающей в себя измерение глубин, определение параметров морской среды (в частности, измерение скоростей морских течений на основе эффекта Доплера), локацию скоплений морских животных, подводных судов и тому подобное. С эффектом подводного звукового канала связано явление сверхдальнего распространения звука, позволяющее использовать низкочастотные звуковые волны для дальней гидроакустической локации и диагностики крупномасштабной изменчивости океанской среды.
Капиллярные волны связаны с силой поверхностного натяжения воды, которая является преобладающей для достаточно коротких поверхностных волн. Характерная длина таких волн определяется отношением коэффициента поверхностного натяжения к ускорению свободного падения и составляет для чистой воды 1,73 см. Эти волны играют важную роль во взаимодействии океана и атмосферы, существенно влияя на тепло- и газообмен. Различные процессы в приповерхностном слое океана (течения, ветер, загрязнение морской поверхности) сильно изменяют поле капиллярных волн, а следовательно, и отражательные характеристики морской поверхности. Это явление широко используется при дистанционном зондировании океана: в задачах альтиметрии (определение формы поверхности океана со спутников), в задачах диагностики состояния морской поверхности (выяснение наличия и характера загрязнений, измерение характеристик приповерхностных течений, ветрового волнения и др.).
К поверхностным гравитационным волнам (смотри Волны на поверхности жидкости) относятся, прежде всего, ветровые волны, длины которых лежат в диапазоне от нескольких сантиметров до нескольких сотен метров, а амплитуды могут превышать 20 м. Существующие модели прогноза ветровых волн позволяют с высокой точностью предсказывать средние характеристики волнения (период, амплитуду), но не дают возможности прогнозировать редкие экстремальные события, например «волны-убийцы». Амплитуда таких волн более чем в четыре раза превышает среднюю амплитуду волнения, причём довольно часто «волны-убийцы» имеют вид ямы, а не гребня. Данное явление представляет серьёзную опасность для судоходства и морского строительства. Поверхностные гравитационные волны могут возбуждаться не только ветром, но и другими внешними воздействиями (землетрясениями, над- и подводными оползнями и др.). Изредка такие воздействия приводят к возникновению цунами, которые способны производить катастрофические разрушения в прибрежной зоне. Важный случай гравитационных волн - приливные волны (смотри Приливы и отливы), возникающие вследствие периодического изменения притяжения Луны и Солнца в данной точке Земли, что приводит к периодическому (как правило, два раза в сутки) изменению уровня моря.
Внутренние гравитационные волны (смотри Внутренние волны) развиваются в толще океана благодаря её вертикальной стратификации (зависимости плотности воды от глубины). Характерная частота таких волн, так называемая частота плавучести или частота Брента - Вяйсяля, изменяется в очень широких пределах (от десятков секунд до десятков часов). Длины внутренних волн могут составлять от нескольких метров до сотен километров. Эти волны играют важную роль в вертикальном перемешивании вод и динамике крупномасштабных течений, существенно влияют на распространение звуковых волн в океане. Внутренние гравитационные волны могут представлять серьёзную опасность для подводного судоходства в областях их интенсивной генерации, вызванной особенностями рельефа, крупномасштабными течениями и тому подобное.
Гироскопические волны (инерционные волны) обусловлены силой Кориолиса. Минимальный период этих волн определяется географической широтой φ места и равен 12ч/sin φ, то есть составляет половину суток на полюсе и стремится к бесконечности на экваторе. В открытом море инерционные волны проявляются как инерционные колебания - почти не распространяющиеся в пространстве периодические колебания горизонтальной скорости течения, легко возбуждаемые ветром. Поскольку океан сильно стратифицирован по глубине, в нём чаще всего наблюдаются волны смешанного типа - гравитационно-гироскопические, в которых существенны вертикальные движения воды. Такие волны способны значительно влиять на вертикальное перемешивание верхнего слоя океана.
Планетарные волны (Россби волны) создаются изменчивостью параметра Кориолиса по широте, что приводит к возникновению возвращающей силы для движений, имеющих восточную составляющую. Характерный масштаб этих волн, так называемый масштаб Россби, может составлять сотни километров. С волнами Россби связывают синоптическую изменчивость океана и атмосферы и соответствующие динамические структуры - синоптические вихри в океане и атмосфере. Изменение глубины океана может создавать эффект, аналогичный переменному вращению. Возникающие вследствие этого волновые движения получили название топографических волн Россби.
Особый класс волновых движений в океане составляют краевые волны, возникающие в прибрежных областях (волны Пуанкаре, Кельвина). Их существование определяется наличием горизонтальной границы (берег, кромка океанского шельфа и т.п.), вдоль которой происходит распространение волн, в комбинации с другими физическими факторами, такими, как изменение глубины, вращение Земли, вертикальная стратификация, наличие вдольбереговых сдвиговых течений и др.
В природе, как правило, наблюдаются сложные смешанные типы волновых движений: гравитационно-капиллярные, гравитационно-гироскопические и др.
Лит.: LeBlond Р. Н., Mysak L. А. Waves in the ocean. Amst., 1978; Бреховских Л.М., Гончаров В. В. Введение в механику сплошных сред. М., 1982.
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.
