Возникновение волн. &33

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.

Австралийский фотограф Мэтт Берджесс (Matt Burgess) на протяжении шести лет снимает океан. Он делает снимки с необычных ракурсов и даже заглядывает «под волну» - большинство людей не видели океан с этой стороны.

Воды Мирового океана постоянно двигаются. На берег то набегают, то откатываются волны. И вода в волнах не перемещается только в горизонтальном направлении - в этом можно легко убедиться, наблюдая за поплавком на воде.

У пологого берега волна «чувствует» дно. От трения нижняя часть слоя жидкости тормозится, а гребень волны продолжает движение, наклоняется вперед и опрокидывается. Так возникает прибой. На берег набегает пенистый водяной вал, а навстречу ему, с берега стекает вода предыдущей волны.

Главной причиной возникновения волн является ветер. Он словно вдавливает водную поверхность и выводит её из состояния равновесия.

Даже слабый ветер может создает волны. Обычно высота волн не превышает 4 метров. Большие волны (более 20 метров) порождаются штормовыми ветрами. Крупнейшая из ветровых волн высотой 34 метра (это высота 10-этажного дома) была зафиксирована в центральной части Тихого океана в 1933 году.

Когда ветер слабеет, высокие волны океана меняются рябью - низким волнением. Чем сильнее, длительный ветер и больший водное пространство, тем выше волны. С глубиной воды волнение уменьшается и становится незаметным.

Волны выполняют разрушительную и созидательную работу. В одних местах они с такой силой бьют о берег, что разрушают горные породы

На берегах Черного моря сила удара волны может достигать 25 тонн на 1 кв.м. Не всякая постройка выдержит такой натиск. При этом, вода поднимается вверх на высоту до 60 метров.

При шторме волны океана способны перемещать камни весом в несколько тонн. Чтобы защитить берега и портовые сооружения от разрушения, строят специальные волнорезы из железобетонных плит.

Творческая работа волн океана - это создание песчаных и галечных пляжей. Кроме того, волны перемешивают воду, способствуют обогащению ее кислородом и теплом. Это необходимо для живых организмов Океана.

Землетрясения и извержения вулканов могут вызывают огромные волны - цунами, которые распространяются во все стороны от места возникновения и охватывают всю толщу воды от дна до поверхности. Цунами идут через весь океан со скоростью реактивного самолета.

Высота цунами в открытом океане невелика - до 1 м при длине волны 200 км. Поэтому среди водных просторов большого волнения нет и цунами трудно заметить.

Все меняется с приближением к берегу. Перед цунами море, обнажая дно, отходит от берегов на сотни метров, будто для разбега. А потом стремительно накатывается волна. Зажатая берегами в узкой гавани, она вырастает до 20-30 м. Вот почему японское слово «цунами» дословно переводится, как «волна в гавани».

Стена воды цунами всей тяжестью обрушивается на побережье. Она переворачивает судна, разрушает здания, а отступая, несет в океан всё, что попадается на её пути. Чаще цунами случаются на западном побережье Тихого океана. Предотвратить цунами невозможно, можно можно лишь заранее предупредить о приближении.

Издавна было замечено, что каждые 6 часов уровень воды в Мировом океане то поднимается, то опускается. Вода то наступает на берег и продвигается далеко на сушу, то отступает от него, обнажая дно. Поднятие уровня воды в Океане называется притоком, а ее спад - оттоком. На побережьях морей ширина приточной полосы достигает иногда нескольких километров. В приток там можно плавать на лодке и ловить рыбу. В отлив - гулять по дну и собирать ракушки.

Приливы - это тоже волны океана. Они вызваны гравитацией Луны и Солнца. Вместе им удается создавать приливную волну. В отличие от обычной, приливная волна носит всепланетный характер. Огромные массы Мирового океана то поднимаются, то опускаются. Океан как-будто дышит.

Луна и, в меньшей степени, Солнце вызывают приливы и отливы, как по расписанию - 2 раза в сутки. Приливы и отливы, как день и ночь, приходят на нашу планету с точностью хороших часов.

Время наступления приливов не везде одинаково. Кроме того, в океане высота таких волн составляет менее 1 м, поэтому там они незаметны. Высокие приливы наблюдаются в узких заливах, устьях рек. Так, высота прилива в Черном море может быть всего несколько сантиметров, а в узких заливах Охотского моря достигает 13 метров. Самые высокие приливы в Мировом океане, достигающие 18 м, наблюдаются в заливе Фанди у восточного побережья Северной Америки.

Мореплавателями давно были составлены специальные таблицы, которые позволяли проводить корабли с учетом высокой или низкой волны. В наши дни таблицы заменили компьютеры.

А еще приливные волны имеют огромную энергию, которую человек использует для получения электроэнергии.

Интересно, что в результате строительства «приливной» гидроэлектростанции, как полагают, Земля замедлит вращение вокруг своей оси на один день в 2 тысячи лет.

Любопытно, что на больших глубинах в океане возникают волны высотой до 100 метров, однако на поверхности воды эти волны незаметны.

Под морскими волнами понимают такую форму периодического, непрерывно меняющегося движения, при котором частицы воды совершают колебания около своего положения равновесия.

Морские волны классифицируются по различным признакам:

По происхождению выделяют следующие виды волн:

Ветровые, образующиеся под действием ветра,

Приливные, возникающие под действием притяжения Луны и Солнца,

Анемобарические, образующиеся при отклонении уровня поверхности моря от положения равновесия, происходящего под действием ветра и изменения атмосферного давления,

Сейсмические (цунами), возникающие в результате подводных землетрясений и извержения подводных или прибрежных вулканов,

Корабельные, образующиеся при движении судна.

По силам, стремящимся возвратить частицу воды в положение равновесия:

Капиллярные волны (рябь),

Гравитационные.

По действию силы после образования волны:

Свободные (действие силы прекратилось),

Вынужденные (действие силы не прекратилось.

По изменчивости элементов во времени:

Установившиеся (не изменяют своих элементов),

Неустановившиеся, развивающиеся, затухающие, (изменяющие свои элементы во времени).

По расположению в толще воды:

Поверхностные, возникающие на поверхности моря,

Внутренние, возникающие на глубине.

По форме:

Двухмерные, представляющие собой следующие друг за другом длинные параллельные валы,

Трехмерные, не образующие параллельных валов. Длина гребня соизмерима с длиной волны (ветровое волнение),

Уединенные (одиночные),имеющие только куполообразный гребень без подошвы волны.

По соотношению длины волны и глубины моря:

Короткие (длина волны значительно меньше глубины моря),

Длинные (длина волны значительно больше глубины моря).

По перемещению формы волны:

Поступательные, характеризующиеся видимым перемещением профиля волны Частицы воды движутся по круговым орбитам.

Стоячие (сейша), не перемещаются в пространстве. Частицы воды совершают движение только в вертикальном направлении. Сейши возникают тогда, когда уровень воды поднимается у одного края водоема и одновременно опускается у другого обычно после прекращения ветра.

В небольших бассейнах (в гавани, бухте и т. п.) сейша может возникать при прохождении судов.

Наиболее часто в морях и океанах судоводителям приходится встречаться с ветровыми волнами, которые вызывают качку судна, заливаемость палубы, уменьшают скорость хода, а при сильном шторме наносят повреждения, которые приводят к гибели судна.

Ветровое волнение подразделяется на три основных типа:

Ветровое – это волнение, которое образуется ветром, дующим в данном месте в данный момент. При ослаблении или полном прекращении ветра волнение переходит в зыбь.

Зыбь – это волнение, распространяющееся по инерции в виде свободных волн после ослабления или прекращения ветра. Зыбь, распространяющаяся при штиле, называется мертвой. Волны зыби обычно длиннее ветровых, более пологи и имеют почти симметричную форму. Направление зыби может отличаться от направления ветра и нередко зыбь распространяется навстречу ветру или под прямым углом к нему.

Прибой – это волны, образуемые ветровыми волнами или зыбью вблизи берегов. Распространяясь с глубокой воды открытого моря в сторону берега на мелководье, волны трансформируются. Трехмерные волны превращаются в двухмерные, имеющие вид длинных гребней, параллельных друг другу, Их высота, крутизна и разрушительная сила увеличиваются Сила удара прибойной волны может достигать 90 т/м 2 . В зоне прибоя возникают опрокидывающие и переворачивающие моменты, опасные для плавсредств.

Поэтому плавание в мелководной прибрежной зоне и высадка на берег здесь очень затруднительна, опасна, а иногда и невозможна.

Предупреждениями о подводных препятствиях могут служить буруны.

Бурун – это явление, когда волны опрокидываются и разбиваются над мелями, банками, рифами и другими повышениями дна.

Одной из разновидностей волн является толчея - это встреча волн с разных направлений, в результате чего они утрачивают определенное направление движения и представляют собой беспорядочные стоячие волны.

При помощи данного видеоурока вы сможете самостоятельно изучить тему «Волны в океане». Вы узнаете, как образуются волны в океане, какие они бывают. Что является главной причиной их возникновения? Почему на некоторых волнах иногда есть белые барашки? Какие по размеру самые большие волны? Прослушав лекцию преподавателя, вы получите ответы на эти и другие интересные вопросы.

Тема: Гидросфера

Урок: Волны в океане

Цель урока: узнать, какие бывают волны и каковы причины их возникновения.

Вода в океане находится в постоянном движении. Главная причина движения воды в Мировом океане - ветер.

Слабый ветер вызывает на воде рябь (см. Рис. 1). Рябь - мелкое волнение на поверхности водоема.

Рис. 1. Рябь на воде ()

При сильном ветре волны становятся больше и сильнее (см. Рис. 2).

Рис. 2. Большие волны ()

Рис. 3. Части волны ()

При подходе к пологому берегу, нижняя часть волны тормозится о грунт, верхняя часть волны движется быстрее, в итоге волна с брызгами и пеной разбивается о берег, такое явление называется прибой (см. Рис. 3, 4).

Для защиты от волн причалов, портов, пристаней, набережных сооружают волноломы (волнорезы), которые гасят энергию волн (см. Рис. 5).

Рис. 5. Волнорез

Кроме ветра, причинами образования волн могут быть деятельность человека, движения земной коры, обвалы и оползни.

Цунами - гигантские волны, возникающие из-за столкновения литосферных плит (землетрясения) или извержения вулканов.

Ценами имеют огромную скорость, высоту и силу. Подходя к мелководью, высота цунами увеличивается до 30 метров! Цунами приводят к разрушениям, человеческим жертвам, затоплениям.

Приливы (отливы) - систематические колебания уровня моря, вызванные силами притяжения Луны и Солнца.

Луна и Солнце действуют как магнит на воду. Самые высокие приливы возникают у восточных берегов Северной Америки - залива Фанди.

Домашнее задание

Параграф 26.

1. Какие причины образования волн вам известны?

Список литературы

Основная

1. Начальный курс географии: Учеб. для 6 кл. общеобразоват. учреждений / Т.П. Герасимова, Н.П. Неклюкова. - 10-е изд., стереотип. - М.: Дрофа, 2010. - 176 с.

2. География. 6 кл.: атлас. - 3-е изд., стереотип. - М.: Дрофа; ДИК, 2011. - 32 с.

3. География. 6 кл.: атлас. - 4-е изд., стереотип. - М.: Дрофа, ДИК, 2013. - 32 с.

4. География. 6 кл.: конт. карты. - М.: ДИК, Дрофа, 2012. - 16 с.

Энциклопедии, словари, справочники и статистические сборники

1. География. Современная иллюстрированная энциклопедия / А.П. Горкин. - М.: Росмэн-Пресс, 2006. - 624 с.

Литература для подготовки к ГИА и ЕГЭ

1. География: Начальный курс: Тесты. Учеб. пособие для учащихся 6 кл. - М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 2011. - 144 с.

2. Тесты. География. 6-10 кл.: Учебно-методическое пособие / А.А. Летягин. - М.: ООО «Агентство «КРПА «Олимп»: «Астрель», «АСТ», 2001. - 284 с.

Материалы в сети Интернет

1. Федеральный институт педагогических измерений ().

2. Русское Географическое Общество ().

6. Морские волны.

© Владимир Каланов,
"Знания-сила".

Поверхность моря всегда подвижна, даже при полном безветрии. Но вот подул ветер, и на воде сразу появляется рябь, которая переходит в волнение тем быстрее, чем сильнее дует ветер. Но какой бы силы ни был ветер, он не может вызвать волны больше определённых наибольших размеров.

Волны, возникающие от ветра, считаются короткими. В зависимости от силы и продолжительности ветра их длина и высота колеблются от нескольких миллиметров до десятков метров (в шторм длина ветровых волн доходит до 150-250 метров).

Наблюдения за поверхностью моря показывают, что волнение становится сильным уже при скорости ветра более 10 м/с, при этом волны поднимаются до высоты 2,5-3,5 метров, обрушиваясь с грохотом на берег.

Но вот ветер переходит в шторм , и волны достигают огромных размеров. На земном шаре много мест, где дуют очень сильные ветры. Например, в северо-восточной части Тихого океана восточнее Курильских и Командорских островов, а также к востоку от главного японского острова Хонсю в декабре-январе максимальные скорости ветров составляют 47-48 м/с.

В южной части Тихого океана максимальные скорости ветров отмечаются в мае в районе к северо-востоку от Новой Зеландии (49 м/с) и вблизи Южного полярного круга в районе островов Баллени и Скотта (46 м/с).

Нами лучше воспринимаются скорости, выражённые километрами в час. Так вот скорость 49 м/с составляет почти 180 км/ч. Уже при скорости ветра более 25 м/с поднимаются волны высотой 12-15 метров. Такая степень волнения оценивается 9–10 баллами как жестокий шторм.

Замерами установлено, что высота штормовой волны в Тихом океане достигает 25 метров. Имеются сообщения, что наблюдались волны высотой около 30 метров. Правда, эта оценка сделана не на основании инструментальных замеров, а приблизительно, на глаз.

В Атлантическом океане максимальная высота ветровых волн достигает 25 метров.

Длина штормовых волн не превышает 250 метров.

Но вот шторм прекратился, стих ветер, а море всё не успокаивается. Как отголосок шторма на море возникает зыбь . Волны зыби (их длина достигает 800 метров и более) перемещаются на огромные расстояния в 4-5 тысяч км и со скоростью 100 км/ч, а иногда и выше, подходят к берегу. В открытом море низкие и длинные волны зыби незаметны. При подходе к берегу скорость движения волны из-за трения о дно снижается, но высота возрастает, передний склон волны делается круче, на вершине появляется пена, и гребень волны с грохотом обрушивается на берег – так возникает прибой – явление столь же красочное и величественное, сколь и опасное. Сила прибоя бывает колоссальной.

Столкнувшись с препятствием, вода вздымается на большую высоту и повреждает маяки, портовые краны, волноломы и другие сооружения. Выбрасывая со дна камни, прибой может повредить даже самые высокие и удалённые от берега части маяков и зданий. Был случай, когда прибой сорвал колокол с одного из английских маяков с высоты 30,5 метров над уровнем моря. Прибой на нашем озере Байкал иногда в штормовую погоду бросает камки весом до тонны на расстояние 20-25 метров от берега.

Чёрное море во время штормов в районе Гагры за 10 лет размыло и поглотило береговую полосу шириной в 20 метров. При подходе к берегу волны начинают свою разрушительную работу с глубины, равной половине их длины в открытом море. Так, при длине штормовой волны 50 метров, характерной для таких морей, как Чёрное или Балтийское, воздействие волн на подводный береговой склон начинается на глубине 25 м, а при длине волны 150 м, характерной для открытого океана, такое воздействие начинается уже на глубине 75 м.

Направления течений влияют на размеры и силу морских волн. При встречных течениях волны короче, но выше, а при попутных – наоборот, высота волн уменьшается.

Вблизи границ морских течений часто возникают волны необычной формы, напоминающей пирамиду, и опасные водовороты, которые внезапно появляются и так же внезапно исчезают. В таких местах судовождение становится особенно опасным.

Современные корабли обладают высокими мореходными качествами. Но бывает так, что, преодолев многие мили по бушующему океану, корабли оказываются ещё в большей опасности, чем в море, когда приходят в родную бухту. Могучий прибой, ломающий многотонные железобетонные волноломы дамбы, способен превратить даже крупный корабль в груду металла. В шторм лучше повременить с заходом в порт.

Для борьбы с прибоем специалисты в некоторых портах пробовали использовать воздух. Стальная труба с многочисленными мелкими отверстиями укладывалась на дно моря у входа в бухту. Воздух под большим давлением подавался в трубу. Вырываясь из отверстий, потоки пузырьков воздуха поднимались к поверхности и разрушали волну. Этот метод не нашёл пока широкого применения из-за недостаточной эффективности. Известно, что дождь, град, лёд и заросли морских растений успокаивают волнение и прибой.

Моряки давно заметили также, что вылитый за борт жир сглаживает волны и снижает их высоту. Лучше всего действует животный жир, например, китовая ворвань. Эффект от действия растительных и минеральных масел значительно слабее. Опыт показал, что 50 см 3 масла достаточно для того, чтобы уменьшить волнение на площади в 15 тысяч квадратных метров, то есть 1,5 гектара. Даже тонкий слой масляной плёнки заметно поглощает энергию колебательных движений частиц воды.

Да, всё это так. Но, Боже упаси, мы ни в коем случае не рекомендуем капитанам морских судов перед рейсом запасаться рыбьим или китовым жиром для того, чтобы потом выливать эти жиры в волны для успокоения океана. Ведь так дело может дойти до такого абсурда, что кто-то начнёт сливать в море и нефть, и мазут, и дизельное топливо, чтобы умилостивить волны.

Нам представляется, что лучший способ борьбы с волнами заключается в хорошо поставленной метеослужбе, заблаговременно оповещающей корабли о предполагаемом месте и времени возникновения шторма и предполагаемой его силе, в хорошей навигационной и лоцманской подготовке моряков и берегового персонала, а также в постоянном совершенствовании конструкции кораблей с целью повышения их мореходных качеств и технической надёжности.

Для научных и практических целей нужно знать полную характеристику волн: их высоту и длину, скорость и дальность их перемещения, мощность отдельного водяного вала и энергию волнения в конкретном районе.

Первые измерения волн были выполнены в 1725 году итальянским учёным Луиджи Марсильи. В конце XVIII – в начале XIX веков регулярные наблюдения за волнами и их измерение проводили русские мореплаватели И. Крузенштерн, О. Коцебу и В. Головин во время своих плаваний по Мировому океану. Техническая база измерений в те времена была очень слабой, специальных приборов для измерения волн на тогдашних парусниках, конечно, не было.

В настоящее время для этих целей, существуют очень сложные и точные приборы, которыми оснащаются исследовательские суда, выполняющие в океане не только замеры параметров волн, но и гораздо более сложные научные работы. Океан поныне хранит очень много тайн, раскрытие которых могло бы принести значительную пользу всему человечеству.

Когда говорят о скорости перемещения волн, о том, что волны набегают, накатываются на берег, нужно понимать, что перемещается не сама водная масса. Частицы воды, составляющие волну, поступательного движения практически не совершают. Перемещается в пространстве только форма волны, а частицы воды в волнующемся море совершают колебательные движения в вертикальной и, в меньшей степени, в горизонтальной плоскости. Сочетание того и другого колебательных движений приводит к тому, что фактически частицы воды в волнах движутся по круговым орбитам, диаметр которых равен высоте волны. Колебательные движения частиц воды быстро убывают с глубиной. Точные приборы показывают, например, что при высоте волны в 5 метров (штормовая волна) и длине 100 метров, на глубине в 12 метров диаметр волновой орбиты частиц воды равен уже 2,5 метра, а на глубине 100 метров – всего 2 сантиметра.

Длинные волны, в отличие от коротких и крутых, передают своё движение на большие глубины. На некоторых фотоснимках океанского дна вплоть до глубины 180 метров исследователи отмечали наличие песчаной ряби, образовавшейся под влиянием колебательных движений придонного слоя воды. Это значит, что и на такой глубине поверхностное волнение океана даёт о себе знать.

Нужно ли доказывать, какую опасность для кораблей представляет штормовая волна?

В истории мореплавания трагических случаев на море не счесть. Погибали и маленькие баркасы, и быстроходные парусники вместе с командами. Не застрахованы от коварной стихии и современные океанские лайнеры.

На современных океанских кораблях среди прочих устройств и приборов, обеспечивающих безопасное плавание, используются успокоители качки, не позволяющие судну получить недопустимо большой крен на борт. В одних случаях для этого используются мощные гироскопы, в других – выдвигающиеся подводные крылья, выравнивающие положение корпуса судна. Компьютерные системы на кораблях находятся в постоянной связи с метеорологическими спутниками и другими космическими аппаратами, подсказывающими штурманам не только места и силу штормов, но и наиболее благоприятный курс в океане.

Кроме поверхностных волн, в океане бывают и внутренние волны. Они образуются на границе раздела между двумя слоями воды разной плотности. Эти волны перемещаются медленнее поверхностных, но могут иметь большую амплитуду. Обнаруживают внутренние волны по ритмичным изменениям температуры на разных глубинах океана. Явление внутренних волн изучено пока недостаточно. Точно лишь установлено, что на границе между слоями с меньшей и большей плотностью возникают волны. Ситуация может выглядеть так: на поверхности океана полный штиль, а на какой-то глубине бушует шторм, по длине внутренние волны разделяются, как и обычные поверхностные, на короткие и длинные. У коротких волн длина намного меньше глубины, а у длинных, наоборот, длина превышает глубину.

Причин для появления внутренних волн в океане много. Границу раздела между слоями с разной плотностью может вывести из равновесия и движущееся крупное судно, и поверхностные волны, и морские течения.

Длинные внутренние волны проявляют себя, например, в таким образом: слой воды, являющийся водоразделом между более плотной («тяжёлой») и менее плотной («лёгкой») водой сначала медленно, часами поднимается, а затем неожиданно падает почти на 100 метров. Такая волна очень опасна для подводных лодок. Ведь если подводная лодка опустилась на определённую глубину, значит она уравновесилась слоем воды определённой плотности. И вдруг, неожиданно под корпусом лодки возникает слой менее плотной воды! Лодка немедленно проваливается в этот слой и опускается до той глубины, где менее плотная вода сможет её уравновесить. Но глубина может оказаться такой, где давление воды превысит прочность корпуса подводного корабля, и он будет в считанные минуты раздавлен.

По заключению американских специалистов, расследовавших причины гибели атомной субмарины «Трешер» в 1963 году в Атлантическом океане, этот подводный крейсер оказался именно в такой ситуации и был раздавлен огромным гидростатическим давлением. Свидетелей трагедии, естественно, не осталось, но версия о причине катастрофы подтверждается результатами наблюдений, проведённых научно-исследовательскими кораблями в районе гибели субмарины. А наблюдения эти показали, что здесь нередко возникают внутренние волны высотой более 100 метров.

Особый вид представляют собой волны, возникающие на море при перемене атмосферного давления. Они называются сейши и микросейши . Их изучением занимается океанология.

Итак, мы поговорили и о коротких, и о длинных волнах на море, как о поверхностных, так и внутренних. А теперь вспомним, что в океане возникают длинные волны не только от ветров и циклонов, но и от процессов, протекающих в земной коре и даже в более глубоких районах «нутра» нашей планеты. Длина таких волн многократно превосходит самые длинные волны океанской зыби. Эти волны называются цунами . По высоте волны цунами не намного превосходят большие штормовые волны, но длина их достигает сотен километров. Японское слово «цунами» означает в приблизительном переводе «портовая волна» или «прибрежная волна» . В какой-то мере это название передаёт суть явления. Дело в том, что в открытом океане цунами не представляет никакой опасности. На достаточном удалении от берегов цунами не буйствует, не производит разрушений, её невозможно даже заметить или ощутить. Все беды от цунами происходят на берегу, в портах и гаванях.

Возникает цунами чаще всего от землетрясений, вызванных перемещением тектонических плит земной коры, а также от сильных извержений вулканов.

Механизм образования цунами чаще всего таков: в результате смещения или разрыва участка земной коры происходит внезапный подъём или опускание значительного участка морского дна. Вследствие этого происходит быстрое изменение объёма водного пространства, и в воде возникают упругие волны, распространяющиеся со скоростью около полутора километров в секунду. Эти мощные упругие волны и порождают цунами на поверхности океана.

Возникнув на поверхности, волны цунами кругами разбегаются от эпицентра. В месте возникновения высота волны цунами невелика: от 1 сантиметра до двух метров (иногда до 4-5 метров), но чаще в пределах от 0,3 до 0,5 метра, а длина волны огромна: 100-200 километров. Незаметные в океане, эти волны, подойдя к берегу, подобно ветровым волнам, становятся круче и выше, достигая иногда высоты 10-30 и даже 40 метров. Обрушившись на берег, цунами уничтожают и разрушают всё на своём пути и, что самое страшное, несут гибель тысячам, а иногда десяткам и даже сотням тысяч людей.

Скорость распространения цунами может быть от 50 и до 1000 километров в час. Измерения показывают, что скорость волны цунами меняется пропорционально квадратному корню от глубины моря. В среднем цунами несётся по открытому простору океана со скоростью 700-800 километров в час.

Цунами не относятся к регулярным явлениям, но они случаются не так уже редко.

В Японии уже более 1300 лет ведётся регистрация волн цунами. В среднем на Страну восходящего Солнца разрушительные цунами обрушивались каждые 15 лет (мелкие, не имевшие серьёзных последствий цунами не учитываются).

Больше всего цунами возникает в бассейне Тихого океана. Цунами бушевали на Курильских, Алеутских, Гавайских, Филиппинских островах. Набрасывались они и на побережье Индии, Индонезии, Северной и Южной Америки, а также на страны Европы, расположенные на атлантическом побережье и в Средиземноморье.

Последним самым разрушительным нашествием цунами было страшное наводнение 2004 года с огромными разрушениями и человеческими жертвами, которое имело сейсмические причины и зародилось в центре Индийского океана.

Для того, чтобы иметь представление о конкретных проявлениях цунами можно обратиться к многочисленным материалам, которые описывают это явление.

Мы приведём лишь несколько примеров. Вот как описывались в прессе результаты землетрясения, случившегося в Атлантическом океане невдалеке от Пиренейского полуострова 1 ноября 1755 года. Страшные разрушения произвело оно в столице Португалии Лиссабоне. До сих пор в центре города возвышаются руины когда-то величественного здания женского монастыря Кармо, которое так и не было восстановлено. Эти руины напоминают жителям Лиссабона о трагедии, пришедшей в город 1 ноября 1755 года. Вскоре после землетрясения море отступило, а затем на город обрушилась волна высотой 26 метров. Многие жители, спасаясь от падающих обломков зданий, покинули узкие улицы города и собрались на широкой набережной. Нахлынувшая волна смыла в море 60 тысяч человек. Лиссабон не был полностью затоплен потому, что он расположен на нескольких высоких холмах, но по низменным местам море залило сушу на расстояние до 15 километров от берега.

27 августа 1883 года произошло мощное извержение вулкана Кратау, находящегося в Зондском проливе Индонезийского архипелага. В небо поднялись тучи пепла, возникло сильнейшее землетрясение, породившее волну высотой 30-40 метров. За несколько минут эта волна смыла в море все посёлки, расположенные на низких берегах западной части Явы и юга Суматры, погибло 35 тысяч человек. Со скоростью 560 километров в час волны цунами прокатились через Индийский и Тихий океаны, достигнув берегов Африки, Австралии и Америки. Даже в Атлантическом океане, несмотря на его изолированность и удалённость в отдельных местах (Франция, Панама) был отмечен некоторый подъём воды.

15 июня 1896 года набежавшие волны цунами разрушили на восточном побережье Японского острова Хонсю 10 тысяч домов. В результате погибло 27 тысяч жителей.

Бороться с цунами невозможно. Но можно и нужно минимизировать урон, который они приносят людям. Поэтому теперь во всех сейсмически активных районах, где существует угроза образования волн цунами, созданы специальные службы предупреждения, оснащённые необходимой аппаратурой, принимающей с расположенных в разных местах побережья чувствительных сейсмографов сигналы об изменении сейсмической обстановки. Население таких районов регулярно инструктируется по правилам поведения при угрозе появления волн цунами. Службы предупреждения о цунами в Японии и на Гавайских островах уже не раз своевременно подавали тревожные сигналы о приближении цунами, чем спасли не одну тысячу человеческих жизней.

Все виды течений и волн характеризуются тем, что они несут в себе колоссальную энергию – тепловую и механическую. Но использовать эту энергию человечество не в состоянии, если, конечно, не считать попыток использования энергии приливов и отливов. Кто-то из учёных, вероятно, любитель статистики, подсчитал, что мощность морских приливов превышает 1000000000 киловатт, а всех рек земного шара – 850000000 киловатт. Энергия одного квадратного километра штормящего моря оценивается миллиардами киловатт. Что это означает для нас? Только то, что человек не может использовать и миллионную часть энергии приливов и штормов. В какой-то мере люди используют энергию ветра для получения электричества и других целей. Но это, как говорится, уже другая история.

© Владимир Каланов,
"Знания-сила"