Блуждающие волны убийцы. Для всех и обо всем. Самая большая волна

За тысячи лет мореплавания люди научились бороться с опасностями водной стихии. Лоции указывают безопасный путь, синоптики предупреждают о штормах, спутники наблюдают за айсбергами и другими опасными объектами. Однако до сих пор непонятно, как уберечься от тридцатиметровой волны, которая неожиданно возникает без видимых причин. Еще пятнадцать лет назад загадочные волны-убийцы считались выдумкой.

Иногда появление гигантских волн на поверхности океана вполне понятно и ожидаемо, но иногда они — настоящая загадка. Зачастую такая волна - смертный приговор для любого судна. Имя этим загадкам - волны-убийцы.

Вряд ли вы найдете моряка, который не прошел бы крещение штормом. Поскольку, перефразируя известную поговорку, бури бояться — в море не выходить. С самой зари мореплавания шторм был лучшим экзаменом и на мужество, и на профессионализм. И если любимая тема воспоминаний ветеранов войн — былые сражения, то «морские волки» непременно расскажут вам о свистящем ветре, срывающем радиоантенны и радары, и огромных ревущих волнах, едва не поглотивших их корабль. Который, возможно, был «самым-самым».

Но уже 200 лет назад возникла необходимость уточнить силу шторма. Поэтому в 1806 году ирландским гидрографом и адмиралом британского флота Френсисом Бофортом (Francis Beaufort, 1774-1875) была введена специальная шкала, по которой погода на море классифицировалась в зависимости от степени воздействия ветра на водную поверхность. Она была разбита на тринадцать ступеней: от нуля (полный штиль) до 12 баллов (ураган). В ХХ веке, с некоторыми изменениями (в 1946 году она была 17-бальная), её принял Международный метеорологический комитет — в том числе и для классификации ветров на суше. С тех пор перед моряком, прошедшим 12-бальное «волнение», невольно снимали шляпы — поскольку были хотя бы наслышаны, что это такое: вздымающиеся огромные валы, вершины которых ураганный ветер раздувает в сплошные тучи брызг и пены.

Однако для страшного явления, которое регулярно обрушивается на Юго-Восточную оконечность Североамериканского континента, в 1920 году пришлось придумать новую шкалу. Это пятибалльная шкала ураганов Саффира-Симпсона, которая оценивает не столько саму мощь стихии, сколько разрушения, которые она производит.

Согласно этой шкале, ураган первой категории (скорость ветра 119-153 км/ч) ломает ветки деревьев и наносит некоторые повреждения небольшим судам у причала. Ураган третьей категории (179-209 км/ч) валит деревья, срывает крыши и разрушает легкие сборные дома, затапливает береговую линию. Самый страшный ураган пятой категории (более 255 км/ч) разрушает большую часть зданий и вызывает серьезные наводнения — гоня на сушу большие массы воды. Именно таким был печально известный ураган «Катрина», который в 2005 году обрушился на Новый Орлеан.

Карибское море, где в ежегодно в период с 1 июня по 30 ноября проносятся до десяти формирующихся в Атлантике ураганов, издавна считалось одним из опаснейших районов для мореплавания. Да и жить на островах этого бассейна отнюдь не безопасно — особенно в такой бедной стране, как Гаити — где нет ни нормальной службы предупреждения, ни возможности эвакуироваться с опасного побережья. В 2004 году во время урагана «Дженни» там погибли 1316 человек. Ревущий как эскадрилия реактивных самолетов ветер сдувал ветхие хижины вместе с их жильцами, обрушивал на головы людей пальмы. А с моря на них накатывались пенящиеся валы.

Можно только представить себе, что испытывает команда корабля, попавшего в «самое пекло» такого урагана. Однако случается, что корабли гибнут вовсе не во время шторма.

В апреле 2005 года круизный лайнер «Norwegian Dawn», покинув сказочные Багамские острова, направлялся в гавань Нью-Йорка. Море слегка штормило, однако огромный 300-метровый корабль мог себе позволить просто не замечать такое волнение. Две с половиной тысячи пассажиров весело оттягивались в ресторанах, гуляли по палубам и фотографировались на память.

Внезапно лайнер резко накренился, а в следующие секунды гигантская волна обрушилась на его борт, выбивая иллюминаторы кают. Она пронеслась через корабль, сметая на своем пути шезлонги, переворачивая шлюпки и установленные на 12-й палубе джакузи, сбивая с ног пассажиров и матросов.

«Это был настоящий ад, — рассказывал Джеймс Фрэйли, один из пассажиров, отмечавший на лайнере медовый месяц со своей женой. — Потоки воды перекатывались через палубы. Мы принялись звонить родным и близким, чтобы попрощаться, решив, что корабль гибнет».

Так «Norwegian Dawn» столкнулся с одной из самых загадочных и ужасных океанских аномалий — гигантской волной-убийцей. На Западе они получили различные названия: freak, rogue, rabid-dog, giant waves, cape rollers, steep wave events и пр.

Кораблю очень повезло — он отделался лишь небольшими повреждениями корпуса, смытым за борт имуществом да ранеными пассажирами. Но волна, внезапно обрушившаяся на него, не зря получила свое зловещее прозвище. Лайнер вполне могла постигнуть судьба голливудского «Посейдона» — перевернувшегося вверх дном в одноименном фильме. Или, что ещё хуже — просто переломиться пополам и утонуть, став вторым «Титаником».

Ещё в 1840 году во время своей экспедиции французский мореплаватель Дюмон Дюрвиль (Jules Sebastien Cesar Dumont d’Urville, 1792-1842) наблюдал гигантскую волну высотой около 35 м. Но его сообщение на заседании Французского географического общества вызвало лишь иронический смех. Никто из ученых мужей не мог поверить в то, что такие волны могут существовать.

Всерьез за изучение этого явления взялись только после того, как в 1980 году у берегов Японии пошел на дно английский сухогруз «Дербишир» (Derbyshire). Как показало обследование, судно длиной почти 300 метров погубила гигантская волна, которая пробила главный грузовой люк и залила трюм. Погибли 44 человека. В том же году к востоку от побережья ЮАР с волной-убийцей столкнулся нефтяной танкер «Эссо Лангедок» (Esso Languedoc).

«Штормило, но несильно, — приводил рассказ старшего помощника капитана Филиппа Лижура (Philippe Lijour) английский журнал New Scientist, — Вдруг со стороны кормы появилась огромная волна, во много раз выше всех остальных. Она накрыла все судно, под водой скрылись даже мачты».

Пока вода прокатывалась по палубе, Филипп успел схватить сфотографировать её. По его оценке, вал взметнулся не менее чем на 30 метров. Танкеру повезло — он остался на плаву. Однако эти два случая стали последней каплей, заставившие запаниковать компании, занимающиеся экспортом-импортом сырья. Ведь считалось, что перевозить его на гигантских судах не только экономически выгодней, но и безопасней — мол, таким кораблям, которым «море по колено», не страшен никакой шторм.

Увы! Только в период с 1969 по 1994 годы в Тихом и Атлантическом океанах при встрече с подобными волнами затонули или получили серьезные повреждения двадцать два супертанкера — при этом погибли пятьсот двадцать пять человек. Ещё двенадцать подобных трагедий за это время произошло в Индийском океане. Страдают от них и морские нефтяные платформы. Так, 15 февраля 1982 года волна-убийца перевернула буровую вышку компании «Mobil Oil» в районе Ньюфаундлендской банки, унеся жизни восьмидесяти четырех рабочих.

Но ещё большее количество мелких судов (траулеры, прогулочные яхты) при встрече с волнами-убийцами просто исчезают без следа, даже не успев послать сигнал бедствия. Гигантские водные валы высотой с пятнадцатиэтажный дом сминали или разбивали суденышки. Не спасало и мастерство рулевых: если кому-то удавалось успеть развернуться носом к волне, то его участь была такой же, как и у несчастных рыбаков в фильме «Идеальный шторм»: кораблик, пытаясь взобраться на гребень, становился в вертикальное положение — и срывался вниз, падая в пучину килем кверху.

Обычно волны-убийцы возникают во время шторма. Это тот самый «девятый вал», которого так страшатся моряки — но столкнуться с ним, к счастью, случается не всем. Если высота обычных штормовых гребней в среднем составляет 4-6 метров (10-15 при урагане), то внезапно возникающая среди них волна может достигать высоты 25-30 метров.

Однако более редкие, и гораздо более опасные волны-убийцы появляются при довольно спокойной погоде — и иначе, как аномалией, это не называют. Сначала их пытались обосновать столкновением морских течений: наиболее часто такие волны появляются у мыса Доброй Надежды (южная оконечность Африки), где соединяются теплые и холодные потоки. Именно там порою возникают т.н. «три сестры» — следующие одна за другой три гигантские волны, поднявшись на которые, переламываются под собственным весом супертанкеры.

Но сообщения о смертоносных валах поступали и из других уголков планеты. В том числе их видели на Черном море — «всего» десятиметровой высоты, но этого было достаточно, чтобы перевернуть несколько небольших траулеров. В 2006 году такая волна обрушилась на британский паром «Понт-Авен» (Pont-Aven), следовавший по проливу Па-де-Кале. Она разбила окна на высоте шестой палубы, причинив ранения нескольким пассажирам.

Что побуждает морскую гладь внезапно взметнуться гигантским валом? И серьезные ученые, и теоретики-любители вырабатывают самые разные гипотезы. Волны фиксируют спутниками из космоса, создаются их модели в исследовательских бассейнах, однако до сих пор не могут пояснить причины всех случаев возникновения волн-убийц.

Зато давно установлены и изучены причины, вызывающие самые страшные и разрушительные морские волны — цунами.

Приморские курорты не всегда бывают райским уголком планеты. Иногда они становятся настоящим адом — когда на них неожиданно, в ясную и солнечную погоду, обрушиваются гигантские водные валы, смывая на своем пути целые города.

…Эти кадры обошли весь мир: ничего не подозревающие туристы, которые из любопытства вышли на дно внезапно отхлынувшего моря — подобрать несколько ракушек и морских звезд. И вдруг они замечают, как на горизонте возникает стремительно приближающаяся волна. Бедняги пытаются убежать, но мутный бурлящий поток настигает и захватывает их, а затем несется к белеющим на побережье домам…

Катастрофа, разразившаяся 26 декабря 2004 года в Юго-Восточной Азии, потрясла человечество. Гигантская волна сметала все на своем пути, расходясь по Индийскому океану. Пострадали Суматра и Ява, Шри-Ланка, Индия и Бангладеш, Таиланд, волна дошла даже до восточного побережья Африки. Андаманские острова на несколько часов ушли под воду — и местные аборигены чудом выжили, спасаясь на верхушках деревьев. В результате катастрофы погибли более 230 тысяч человек — на поиск и захоронение всех их ушло более месяца. Миллионы людей остались без крова и средств к существованию. Трагедия оказалось одной из самых масштабных и трагических природных катастроф в истории человечества.

«Высокая волна, входящая в гавань» — так с японского переводится слово «цунами». В 99% случаев цунами возникают в результате землетрясения океанского дна, когда оно резко опускается или поднимается. Всего на несколько метров, но на огромной площади — и этого достаточно, чтобы вызвать разбегающуюся от эпицентра по кругу волну. В открытом море её скорость достигает 800 км/ч, но заметить её практически невозможно, так как её высота составляет всего около одного, максимум двух метров — но при длине до нескольких километров. Корабль, под которым она пронесется, лишь слегка качнет — именно поэтому, получив предупреждение, суда стремятся покинуть порты и выйти как можно дальше в море.

Ситуация меняется, когда волна приближается к берегу, на мелководье (заходит в гавань). Её скорость и длина резко падают, зато вырастает высота — до семи, десяти и более метров (известны случаи 40-метровых цунами). Она врывается на сушу сплошной стеной и обладает огромной энергией — вот почему цунами столь разрушительны и могут пройти по земле несколько сот, а иногда и тысяч метров. Причем каждое цунами бьет дважды. Вначале — когда обрушивается на берег, затапливая его. А потом — когда вода начинает возвращаться в море, унося обратным потоком тех, кто выжил после первого удара.

В 1755 году вызванное разрушительным землетрясением цунами унесло жизни 40 тысяч португальцев. Грозный океанский вал обрушился на Японию 15 июня 1896 года: высота волны достигала 35 метров, тогда погибло 27 тысяч человек, а все прибрежные городки и деревни в 800 км полосе прекратили свое существование. В 1992 году от цунами погибли 2 000 жителей островов Индонезии.

Бывалые жители приморских городов и поселков сейсмически опасных районов знают: как только начинается землетрясение, а после него — внезапный и быстрый отлив, нужно бросать все и без оглядки бежать на возвышенность или вглубь суши. В ряде же регионов, регулярно страдающих от цунами (Япония, Сахалин, Гавайи), созданы специальные службы предупреждения. Они фиксируют землетрясение в океане и тут же дают пор всем СМИ и через уличные громкоговорители сигнал тревоги.

Но цунами могут вызываться не только землетрясениями. Взрыв в 1883 году вулкана Кракатау вызвал волну, которая обрушилась на острова Ява и Суматра, смыв более 5000 рыбацких суденышек, около 300 деревень и погубив более 36 000 людей. А в заливе Литуя (Аляска) цунами вызвал оползень, обрушивший в море склон горы. Волна распространилась на ограниченной территории, но зато её высота была грандиозной — свыше трехсот метров, при этом, обрушившись на противоположный берег, она слизнула кустарник на высоте 580 метров!

Однако и это не предел. Самые огромные и разрушительные волны рождаются при падении в океан больших метеоритов или астероидов. Правда, к счастью, это бывает крайне редко — раз в несколько миллионов лет. Но зато этот катаклизм принимает масштабы поистине всепланетного потопа. Например, германские ученые установили, что около 200 миллионов лет назад в Землю врезалось крупное космическое тело. Оно подняло цунами высотой свыше одного километра, которое ворвалось на материковые равнины, уничтожая все живое на своем пути.

Волны-убийцы не следует путать с цунами: цунами возникают в результате сейсмических явлений и набирают большую высоту лишь вблизи от берега, тогда как волны-убийцы могут появляться без известных причин, практически на любом участке моря, при слабом ветре и относительно небольшом волнении. Цунами опасны для береговых сооружений и судов, стоящих близко к берегу, в то время как волна-убийца может погубить любое судно или морское сооружение, которое ей подвернется.

Откуда же берутся эти монстры? До недавнего времени океанографы полагали, что они формируются в результате хорошо известных линейных процессов. Согласно бытующей теории большие волны просто являются продуктом интерференции, в рамках которой малые волны объединяются в одну большую.

В некоторых случаях именно так и происходит. Хорошим тому примером служат воды у мыса Игольного, самой южной точки африканского континента. Там стыкуются Атлантический и Индийский океаны. На суда, огибающие мыс, регулярно нападают огромные волны, которые образуются в результате столкновения быстрого Агульясова течения и ветров, дующих с юга. Движение воды замедляется, а волны начинают громоздиться друг на друга, образуя гигантские валы. Помимо этого суперволны часто можно встретить в Гольфстриме, в течении Куросио к югу от берегов Японии и в пользующихся мрачной славой водах у мыса Горн, где происходит то же самое — быстрые течения сталкиваются с противодействующими ветрами.

Однако механизм интерференции не подходит ко всем волнам-великанам. Во-первых, он никак не годится для того, чтобы обосновать появление гигантских волн в таких местах, как Северное море. Там быстрых течений нет и в помине.

Во-вторых, даже если интерференция имеет место, волны-гиганты не должны встречаться столь часто. Их абсолютное большинство должно тяготеть к средней высоте — одни чуть выше, другие чуть ниже. Исполины двойного размера должны появляться не чаще одного раза на протяжении человеческой жизни. Тем не менее на деле всё обстоит совсем по-другому. Наблюдения океанографов наводят на мысль, что большинство волн по размеру меньше среднего, а настоящие великаны встречаются гораздо чаще, чем мы думаем. Ортодоксальная океанография получает пробоину ниже ватерлинии.

Обычно волна-убийца описывается как быстро приближающаяся водяная стена огромной высоты. Перед ней движется впадина глубиной несколько метров - "дыра в море". Высота волны обычно указывается именно как расстояние от высшей точки гребня до низшей точки впадины. По внешнему виду "волны-убийцы" делятся на три основных типа: "белая стена", "три сестры" (группа из трех волн), одиночная волна ("одиночная башня").

Чтобы оценить, что они могут, достаточно взглянуть на фотографию "Уильстара" выше. Поверхность, на которую обрушивается такая волна, может испытывать давление до ста тонн на квадратный метр (около 980 килопаскалей). Типичная двенадцатиметровая волна угрожает лишь шестью тоннами на квадратный метр. Большинство современных судов может выдержать до 15 тонн на квадратный метр.

По наблюдениям Национального управления океанических и атмосферных исследований США (NOAA), волны-убийцы бывают рассеивающиеся и нерассеивающиеся. Нерассеивающиеся могут проделать по морю довольно долгий путь: от шести до десяти миль. Если судно замечает волну издали, можно успеть принять какие-то меры. Рассеивающиеся же появляются буквально ниоткуда (видимо, такая волна атаковала "Таганрогский залив"), обрушиваются и исчезают.

По мнению некоторых экспертов, волны-убийцы опасны даже для низко летающих над морем вертолетов: в первую очередь, спасательных. Несмотря на кажущуюся маловероятность такого события, авторы гипотезы считают, что ее нельзя исключать и что как минимум два случая гибели спасательных вертолетов похожи на результат удара гигантской волны.

Ученые пытаются выяснить, как энергия в океане перераспределяется таким образом, что образование волн-убийц становится возможным. Поведение нелинейных систем, подобных морской поверхности, описать крайне сложно. Некоторые теории используют для описания возникновения волн нелинейное уравнение Шредингера. Некоторые пытаются применить существующие описания солитонов - одиночных волн необычной природы. В ходе последнего исследования на эту тему ученым удалось воспроизвести очень похожее явление в электромагнитных волнах, однако к практическим результатам это пока не привело.

Некоторые эмпирические данные о том, в каких условиях возникновение волн-убийц более вероятно, все же известны. Так, если ветер гонит волны против сильного течения, то это может привести к появлению высоких крутых волн. Этим печально известно, например, течение Игольного мыса (в котором пострадал "Уильстар"). Другими зонами повышенной опасности являются течение Куросио, Гольфстрим, Северное море и прилегающие районы.

Эксперты называют следующие предпосылки для возникновения волны-убийцы:

1. область пониженного давления;
2. ветер, дующий в одном направлении более 12 часов подряд;
3. волны, движущиеся с той же скоростью, что и область пониженного давления;
4. волны, движущиеся против сильного течения;
5. быстрые волны, догоняющие более медленные волны и сливающиеся с ними вместе.

Вздорный характер волн-убийц, однако, проявляется в том, что они могут возникать и тогда, когда перечисленные условия не выполняются. В этой непредсказуемости и заключается основная загадка для ученых и опасность для моряков.

Им удалось спастись

1943 год, Северная Атлантика. Круизный лайнер „Куин Элизабет“ попадает в глубокую ложбину и подвергается двум мощным волновым ударам подряд, которые наносят серьёзные повреждения на мостике — на высоте двадцать метров над ватерлинией.

1944 год. Индийский океан. Крейсер британских ВМС „Бирмингем“ проваливается в глубокую яму, после чего на его носовую часть обрушивается гигантская волна. Согласно записям командира корабля палуба, находящаяся на высоте восемнадцать метров от уровня моря, залита водой по колено.

1966 год, Северная Атлантика. На пути в Нью-Йорк итальянский пароход „Микеланджело“ получает удар от волны высотой восемнадцать метров. Вода врывается на мостик и в каюты первого класса, в результате чего гибнут два пассажира и один член экипажа.

1995 год, Северное море. Серьёзное повреждение от гигантской волны получает плавучая буровая установка „Веслефрикк Б“, принадлежащая компании Statoil. По свидетельству одного из членов экипажа, за несколько минут до удара он видел „стену воды“.

1995 год. Северная Атлантика. При переходе в Нью-Йорк круизный лайнер „Куин Элизабет-2“ попадает в ураган и принимает на носовую часть удар волны высотой двадцать девять метров. „Ощущение было такое, что мы врезаемся в Белые скалы Дувра“, — рассказывает капитан Рональд Уоррик.

1998 год, Северная Атлантика. Плавучая эксплуатационная платформа „Шихэллион“ компании ВР Amoco подвергается удару гигантской волны, которая разносит её баковую надстройку на высоте восемнадцать метров от уровня воды.

2000 год, Северная Атлантика. Приняв сигнал бедствия от яхты на расстоянии 600 миль от ирландского порта Корк, британский круизный лайнер „Ориана“ получает удар волны высотой двадцать один метр.

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

Для защиты от волн портовых сооружений, причалов, береговых участков моря из камня и бетонных глыб строят волноломы, гасящие энергию волн.

Цунами – самые большие и мощные океанические волны, которые с ужасающей силой сметают все на своём пути. Особенностью столь опасного природного катаклизма является размер движущейся волны, ее огромная скорость, гигантское расстояние между гребнями, которое достигает десятки километров. Чрезвычайную опасность цунами представляет для прибрежной зоны. Приближаясь к берегу, волна набирает огромную скорость, сжимается перед препятствием, значительно вырастает в размере и наносит сокрушительный и непоправимый удар по зоне суши.

Чем же вызван этот огромный прилив воды, который не оставляет шансов на существование даже самым высоким и укрепленным сооружениям? Какими природными силами можно создать водное торнадо и лишить города и районы права на выживание? Движение тектонических плит и расколы в земной коре – самые злейшие предвестники обрушения гигантского потока.

Самое большое цунами в мире за всю историю человечества

Какая известна самая большая волна в мире? Полистаем страницы истории. Дату 9 июля 1958 года прекрасно помнят жители Аляски. Именно этот день стал роковым для фьорда Литуя, который находится в северо-восточной части залива Аляска. Предвестником исторического события было землетрясение, сила которого, по измерениям, равна 9,1 балла. Именно это и стало причиной ужасающего камнепада, который вызвал обрушение горных пород и волну невиданной величины.

Весь день 9 июля стояла ясная и солнечная погода. Уровень воды опустился на 1, 5 метра, рыбаки на суднах ловили рыбу (залив Литуя всегда был излюбленным местом заядлых рыбаков). Ближе к вечеру, около 22:00 по местному времени, оползень, скатившийся в воду с высоты 910 метров, потянул вслед за собой огромные камни, глыбы льда. Общий вес массы составил примерно 300 миллионов кубометров. Северная часть бухты залива Литуя была полностью затоплена водой. Вместе с этим гигантскую груду камней откинуло на противоположную сторону, в результате чего был разрушен весь зеленый массив побережья Фэруэтер.

Оползень такого масштаба спровоцировал появление огромной волны, высота которой была 524 метра! Это примерно дом в 200 этажей! Это была самая большая и самая высокая волна в мире. Гигантской силой потока океанской воды буквально смыло бухту Литуя. Приливная волна набирала скорость (к этому времени она разогналась уже до 160 км/час) и неслась в сторону острова Кенотафия. Страшные оползни одновременно спускались с гор к воде, неся столб пыли и камней. Волна вздыбилась такого размера, что под ней скрылось подножие горы.

Деревья и зеленые насаждения, покрывавшие склоны гор, вырывало с корнями и засасывало в толщу воды. Цунами то и дело металась из стороны в сторону внутри залива, покрывая собой точки отмели и сметая на своём пути лесные покровы высоких северных гор. От косы Ла-Гаусси, которая разделяла акваторию залива и бухту Гильберта, не осталось и следа. После того, как все утихло, на берегу можно было рассмотреть катастрофической величины трещины в земле, сильные разрушения и завалы. Постройки, возведенные рыбаками, были полностью уничтожены. Масштаб катастрофы невозможно было оценить.

Этой волной унесло жизни около трёхсот тысяч человек. Удалось спастись лишь баркасу, который каким-то невероятным чудом выбросило из бухты и перебросило через отмель. Оказавшись с другой стороны горы, рыбаки остались без судна, но были спасены спустя два часа. Тела рыбаков другого баркаса унесло в пучину воды. Они так и не были найдены.

Еще одна страшная трагедия

Страшные разрушения остались после нашествия цунами 26 декабря 2004 года для жителей побережья Индийского океана. Мощнейший толчок в океане стал причиной бедственной волны. В глубине Тихого океана, близ острова Суматра, произошёл разлом земной коры, который спровоцировал смещение дна на расстояние более 1000 километров. Самая большая волна, какая когда-либо накрывала побережье, образовалась от этого разлома. Сначала ее высота была не более 60 сантиметров. Но она ускорялась, и вот уже 20-метровый вал несся с безумной, невиданной скоростью в 800 километров в час в сторону островов Суматра и Таиланда на восток Индии и Шри-Ланки – на запад! За восемь часов страшной силы цунами, невиданная до ныне в истории, облетела все побережье Индийского океана, а за 24 часа и весь Мировой океан!

Самые большие разрушения случились на берегах Индонезии. Приливная волна погребла города и районы на десятки километров вглубь. Острова Таиланда стали братской могилой для десятков тысяч человек. У жителей прибрежных районов не было шансов на спасение, так как водное покрывало удерживало под собою города более 15-ти минут. Огромные человеческие жертвы стали следствием стихийного бедствия. Экономические потери также невозможно было сосчитать. Более 5 миллионов жителей вынуждены были покинуть свои жилища, более одного миллиона нуждались в помощи, двум миллионам человек требовалось новое жилье. Международные организации откликнулись и всячески помогали пострадавшим.

Бедствие в заливе Принца Уильяма

Сильные, невосполнимые потери причинило землетрясение 27 марта 1964 года в проливе Принца Уильяма (Аляска) в 9,2 балла по шкале измерения Рихтера. Им была охвачена огромная площадь 800 000 квадратных километров. Такую мощь толчка из глубины более 20-ти километров можно сравнить с одновременным разрывом 12 тысяч атомных бомб! Значительно пострадало западное побережье Соединенных Штатов Америки, которое буквально накрыло огромным цунами. Волна добралась до самой Антарктики и Японии. Были стерты с лица земли деревни и поселки, предприятия, город Вэлдэз.

Волна сметала все, что попадалось ей на пути: дамбы, бетонные блоки, дома, постройки, судна в порту. Высота волны достигала 67 метров! Это, конечно, не самая большая волна в мире, но разрушений она принесла немало. К счастью, смертоносным потоком унесло жизни примерно 150-ти человек. Число жертв могло быть значительно больше, но в связи с малонаселенностью этих мест погибло лишь 150 местных жителей. Учитывая площадь и гигантскую мощь потока, шансов выжить у них не оставалось.

Великое землетрясение Восточной Японии

Какая сила природы разрушила берега Японии и принесла непоправимые потери её жителям, можно только представить. После этой катастрофы последствия будут ощутимы еще много лет. На стыке двух наиболее крупных в мире литосферных плит произошло землетрясение, мощность которого равна 9,0 по шкале измерения Рихтера, и превышает примерно в два раза силу энергии толчков, вызванных землетрясением в Индийском океане в 2004 году. Трагическое событие огромного масштаба называют ещё «Великое землетрясение Восточной Японии». Буквально за 20 минут ужасающая волна, высота которой превышала 40 метров, добралась до берегов Японии, где находилось большое количество людей.

Жертвами цунами стали около 25 тысяч человек. Это была самая большая волна в истории жителей Востока. Но это было только начало катастрофы. Масштаб трагедии рос с каждым часом после атаки мощнейшим потоком атомной электростанции «Фокусима-1». Система электростанции из-за подземных толчков и ударов волнами вышла из рабочего режима. За сбоем последовало расплавление реакторов на энергетических блоках. Нынче зона в радиусе десятков километров – зона отчуждения и бедствия. Разрушены около 400 тысяч зданий и сооружений, уничтожены мосты, железнодорожные пути, автомобильные дороги, аэропорты, порты и судоходные станции. На восстановление страны после ужасной катастрофы, которую принесла самая высокая волна, уйдут годы.

Катастрофа на побережье Папуа – Новая Гвинея

Ещё одна катастрофа постигла побережье Папуа – Новая Гвинея в июле 1998 года. Землетрясение с силой 7,1 по шкале измерения, инициированное мощным оползнем, вызвало волну более 15 метров в высоту, которая лишила жизни более 200 тысяч человек, оставив без крова ещё тысячи жителей острова. До нашествия океанской воды здесь существовала маленькая бухта с названием Варупу, воды которой омывали два острова, где мирно жил, работал и торговал народ Варупу. Два мощных и неожиданных импульса из-под земли случились с интервалом в 30 минут.

Они привели в движение огромный вал, который вызвал сильные волны, снесшие с лица Новой Гвинеи несколько деревень на протяженности 30-ти километров. Жители еще семи населенных пунктов нуждались в оказании медицинской помощи и были госпитализированы. Уровень воды в море в столице Новой Гвинеи, Рабауле, поднялся на 6 сантиметров. Ранее не наблюдалось приливной волны такой величины, хоть в этом краю местные жители часто страдают от таких катастроф, как цунами и землетрясения. Гигантская волна разрушила и унесла под воду район площадью более 100 квадратных километров на глубину 4-х метров.

Цунами на Филиппинах

Ровно до 16 августа 1976 года существовал в океанической впадине Котабато небольшой по площади остров Минданао. Это было самое южное, живописное и экзотическое место среди всех островов Филиппин. Местные жители совсем не могли предугадать, что страшное землетрясение мощностью в 8 баллов по шкале Рихтера уничтожит это потрясающее, омываемое морями со всех сторон, место. Огромная сила образовала цунами в результате подземного толчка.

Волна как будто срезала всю береговую линию Минданао. Не успевшие скрыться 5 тысяч человек погибли под кровом морской воды. Примерно 2,5 тысячи жителей острова не были найдены, 9,5 тысяч получили различной степени увечья, более 90 тысяч потеряли свой кров и остались на улице. Это была самая сильная активность в истории Филиппинских островов. Ученые, исследовавшие детали катастрофы, установили, что мощь такого явления природы вызвала движения водной массы, что спровоцировало сдвиг островов Сулавеси и Борнео. Это было худшее и самое разрушительное событие за весь период существования острова Минданао.

Волны на воде вызываются прежде всего ветром. На пруду, зеркально гладком в тихую погоду, при ветре появляется рябь, на озере — волны. В океане есть места, где высота ветровых волн достигает 30-40 м. Это объясняется тем, что в мелком пруду близкое дно гасит колебания воды. И лишь на океанских просторах ветер может не на шутку взбудоражить поверхность воды.

Однако даже огромные волны не всегда страшны. Ведь вода в волне не бежит в направлении ветра, а лишь движется вверх-вниз. Точнее, продвигается по небольшому кругу внутри волны. Лишь при сильном ветре верхушки волн, подхватываемые ветром, опережают остальную часть волны, вызывая обрушения — тогда на волнах появляются белые барашки.


Нам кажется, что волна бежит по морю. На самом деле вода внутри волны движется по небольшому кругу. У берега волна нижней своей частью задевает за дно, и аккуратный круг разрушается.

Волна может причинить серьезный вред высокому кораблю, особенно парусному, у которого высота мачты намного превышает высоту бортов. Такой корабль подобен человеку, которого толкают под коленку. Иное дело плот. Он совсем немного выступает над водой, и опрокинуть его — все равно, что перевернуть матрас, лежащий на полу.

Когда морская волна приближается к берегу, где глубина постепенно уменьшается, нижняя ее часть тормозится о дно. При этом волна поднимается вверх, и обрушения появляются даже на самых скромных волнах. Верхняя ее часть обрушивается на берег и тут же уходит назад по дну, продолжая свое круговое движение. Поэтому так сложно выйти на берег даже при легком волнении.


Волны у берега могут обретать разрушительную силу.

У крутых скалистых берегов волна не тормозится постепенно о дно, а сразу обрушивает на берег всю свою мощь. Поэтому, вероятно, волны у берега так и называются — прибой.
Если поверхность озера может быть гладкой, то океан покрыт волнами почти постоянно. Дело в том, что в огромном океане всегда есть место, где образуются ветровые волны. И редко отыщется суша, способная эти волны остановить. Самые высокие ветровые волны на планете бывают в 40-50-х широтах Южного полушария. Там дуют постоянные западные ветры и почти нет суши, тормозящей волны.


Такой шторм вызывают ветровые волны (фрагмент картины И.К. Айвазовского «Волна»).

Землетрясение или извержение вулкана колеблет морскую гладь не так часто, как ветер, но несравненно сильнее. Иногда при этом возникают мощные волны, распространяющиеся со скоростью сотен метров в секунду. Они могут обежать Тихий океан, а иногда и всю Землю вокруг, прежде чем начнут затухать. Называются они цунами. Высота цунами в открытом океане всего 1-2 м. Зато длина волны (расстояние между гребнями) велика. Поэтому получается, что каждая волна несет в себе огромную массу воды, движущейся с колоссальной скоростью. Когда такая волна приближается к берегу, она вырастает порой до 50 м. Мало что может устоять против цунами на берегу. Человечество до сих пор не придумало ничего лучше, чем эвакуировать жителей прибрежных районов в глубь материка.