Волны. Для всех и обо всем

Волны-убийцы или Блуждающие волны, волны-монстры - гигантские одиночные волны высотой 20-30 метров, иногда и больше возникающие в океане и обладающие нехарактерным для морских волн поведением.
Волны убийцы имеют отличную от цунами природу возникновения и долгое время считались вымыслом.

Однако в рамках проекта MaxWave («Максимальная волна»), который предусматривал мониторинг поверхности мирового океана с помощью радарных спутников ERS-1 и ERS-2 Европейского космического агентства (ESA), зафиксировали за три недели по всему земному шару более 10 одиночных гигантских волн, высота которых превышала 25 метров.

Это заставило научную общественность пересмотреть свои взгляды, и несмотря на невозможность математического моделирования процесса возникновения таких волн, признать факт их существования.

1 Волнами-убийцами считаются волны, высота которых более чем в два раза превышает значимую высоту волн.

Значимая высота волн рассчитывается для заданного периода в заданном регионе. Для этого отбирается треть всех зафиксированных волн, имеющих наибольшую высоту, и находится их средняя высота.

2 Первым надежным инструментальным свидетельством появления волны-убийцы считаются показания приборов на нефтяной платформе «Дропнер», расположенной в Северном море.

Первого января 1995 года при значимой высоте волн 12 метров (что немало, но вполне обычно) вдруг возникла 26-метровая волна, обрушившаяся на платформу. Характер повреждений оборудования соответствовал указанной высоте волны.

3 Волны-убийцы могут появляться без известных причин при слабом ветре и относительно небольшом волнении, достигая 30 метровой высоты.

Это смертельная угроза даже для самых современных кораблей: поверхность, на которую обрушивается гигантская волна, может испытывать давление до 100 тонн на квадратный метр.

4 Наиболее вероятными зонами образования волн в этом случае называются зоны морских течений , так как в них волнения, вызванные неоднородностью течения и неровностями дна, наиболее постоянны и интенсивны. Интересно, что такие волны могут быть как гребнями, так и впадинами, что подтверждается очевидцами. Дальнейшее исследование привлекает эффекты нелинейности в ветровых волнах, способные приводить к образованию небольших групп волн (пакетов) или отдельных волн (солитонов), способных проходить большие расстояния без значительного изменения своей структуры. Подобные пакеты также неоднократно наблюдались на практике. Характерными особенностями таких групп волн, подтверждающими данную теорию, является то, что они движутся независимо от прочего волнения и имеют небольшую ширину (менее 1 км), причем высоты резко спадают по краям.

Некоторые ученые предполагают, что за период с 1968 по 1994 год волны-убийцы погубили 22 супертанкера (а погубить супертанкер очень непросто). Эксперты, однако, расходятся в оценках причин многих кораблекрушений: неизвестно, участвовали ли в них волны-убийцы.

6 В 1980 году с волной-убийцей столкнулся российский танкер «Таганрогский залив «. Описание из книги И. Лавренова. «Математическое моделирование ветровых волн в пространственно-неоднородном океане», цит. по статье E. Пелиновского и А. Слюняева. Волнение моря после 12 ч тоже несколько уменьшилось и не превышало 6 баллов. Ход судна был сбавлен до самого малого, оно слушалось руля и хорошо «отыгрывалось» на волне. Бак и палуба водой не заливались. Неожиданно в 13 ч 01 мин носовая часть судна несколько опустилась, и вдруг у самого форштевня под углом 10-15 градусов к курсу судна был замечен гребень одиночной волны, которая возвышалась на 4-5 м над баком (фальшборт бака отстоял от уровня воды на 11 м). Гребень мгновенно обрушился на бак и накрыл работающих там матросов (один из них погиб). Матросы рассказывали, что судно как бы плавно пошло вниз, скользя по волне, и «зарылось» в вертикальный срез ее фронтальной части. Никто удара не ощутил, волна плавно перекатилась через бак судна, накрыв его слоем воды толщиной более 2 м. Ни вправо, ни влево продолжения волны не было.

7 Анализ данных радаров нефтяной платформы Гома в Северном море показал , что за 12 лет в доступном поле обозрения было зафиксировано 466 волн-убийц.

В то время как теоретические расчеты показывали, что в этом регионе появление волны-убийцы могло бы происходить примерно раз в десять тысяч лет.

8 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»).

9 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.

10 В фильме «Посейдон» 2006 года, жертвой волны-убийцы стал пассажирский лайнер «Посейдон» , идущий в Атлантическом океане в новогоднюю ночь.

Волной корабль перевернуло килем вверх, и через несколько часов он затонул.

По материалам:

Видео по теме «Волны убийцы»:

Волны-монстры, белые волны, волны-убийцы, блуждающие волны ― все это название одного страшного явления, которое может застать судно врасплох. TravelAsk расскажет о самых больших в мире волнах.

В чем особенность гигантских волн

Волны-убийцы принципиально отличаются от цунами (а о самых больших цунами мы тоже обязательно расскажем). Последние приходят в действие в результате стихийных географических бедствий: землетрясений или оползней. Гигантская же волна появляется внезапно, и ничто ее не предвещает.

И более того, они длительное время считались вымыслом. Их высоту и особенность динамики даже пытались высчитать математики. Однако причину возникновения гигантских волн так и не установили.

Впервые зафиксированная гигантская волна

Впервые зафиксировали такую аномалию 1 января 1995 года на нефтяной платформе «Дропнер» в Северном море у побережья Норвегии. Высота волны достигала 25,6 метра, ее так и прозвали ― волна Дропнера. В дальнейшем для проведения исследований были задействованы космические спутники. И в течение трех недель было зафиксировано еще 25 гигантских волн. В теории такие волны могут достигать 60 метров.

Самые высокие волны-убийцы в истории

Самая гигантская волна в истории была отмечена на территории течения Агульяс (Южная Африка) в 1933 году моряками с борта американского судна «Рамапо». Ее высота была 34 метра.

В средней Атлантике итальянский трансатлантический лайнер «Микеланджело» подвергся удару волны-убийцы в апреле 1966 года. В результате двух человек смыло в море, а 50 были ранены. Получил повреждения и сам корабль.

В сентябре 1995 года лайнер «Куин Элизабет-2» зафиксировал 29-метровую блуждающую волну в Северной Атлантике. Однако британское трансатлантическое судно оказалось не из робкого десятка: корабль попытался «оседлать» гиганта, появившегося прямо по курсу.

В 1980 году встреча с белой волной закончилась трагедией для английского сухогруза «Дербишир». Волна пробила главный грузовой люк и залила трюм. Погибли 44 человека. Это случилось у берегов Японии, судно пошло ко дну.

15 февраля 1982 года в Северной Атлантике огромная волна накрыла буровую платформу, принадлежавшую компании Mobil Oil. Она выбила окна и залила рубку управления. В результате платформа опрокинулась, погибли 84 члена экипажа. Это печальный рекорд на сегодняшний день по количеству погибших от волны-убийцы.

В 2000 году в Северной Атлантике британский круизный лайнер «Ориана» получил удар 21-метровой волны. Перед этим на лайнере был получен сигнал бедствия от яхты, пострадавшей из-за той же волны.

В 2001 году все в той же Северной Атлантике в роскошный туристический лайнер «Бремен» ударила волна-гигант. В результате было разбито окно на мостике, из-за этого судно в течение двух часов находилось в дрейфе.

Опасности на озерах

Бродячие волны могут появляться и на озерах. Так, на одном из Великих озер США , Верхнем, встречаются Три Сестры ― это три гигантских волны, которые идут друг за другом. О них знали и древние индейские племена, жившие на этой территории. Правда, по легендам, волны появлялись из-за движения гигантского осетра, который жил на дне. Осетр так и не был обнаружен, но Три Сестры появляются тут и сейчас. В 1975 году сухогруз «Эдмунд Фицжеральд», длина которого составляла 222 метра, утонул именно из-за столкновения с этими волнами.

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.