Почему появляются волны?
Морей и океанов без волн не бывает. В чем же заключаются основные причины этого природного явления?
Главная сила, вызывающая волны, – это ветер. В тихую погоду, особенно ранним утром, морская поверхность кажется практически зеркальной. Однако стоит подняться хотя бы самому слабому ветру, как на воде (за счет трения воздуха о ее поверхность) начнут появляться завихрения. В результате давление становится неравномерным, и это приводит к искажению гладкой водной поверхности – появляется рябь. За вершинами ряби процесс вихреобразования усиливается, и в конце концов это приводит к образованию волн, распространяющихся в направлении ветра.
Нижняя часть волны называется подошвой , верхняя – гребнем . Высота волны – это вертикальное расстояние от подошвы до гребня, длина волны – это горизонтальное расстояние от гребня до гребня.
Основными типами волн на воде, помимо ветровых, являются:
– приливные волны , образующиеся под действием приливообразующих сил Луны и Солнца;
– барические волны , возникающие при резких изменениях атмосферного давления;
– корабельные волны ;
– сейсмические волны (цунами);
– "волны-убийцы" (блуждающие волны).
Высота волн в открытом океане может достигать значительных величин, и зависит она от скорости ветра. При ветровом волнении волны могут быть разными еще и по длине, периодичности, скорости распространения и т. д. Более длинные волны движутся быстрее, чем короткие.
Несколько волн подряд могут иметь примерно одинаковые периоды и размеры, но затем обычно появляется волна большого размера, образованная в результате интерференции двух и более различных волн.
Человеку, находящемуся на палубе корабля в бушующем море, волны кажутся очень крутыми, буквально нависающими, словно стены. На самом деле они пологие. Обычно длина волны в 30–40 раз больше ее высоты, и лишь в редких случаях это соотношение равно 1 к 10. Таким образом, максимальная крутизна волн в открытом море не бывает больше 18 градусов.
Длина штормовых волн не превышает 250 метров. Скорость их распространения достигает 60–100 км/ч.
Важно понимать, что с большой скоростью перемещается не водная масса, образующая волну, а исключительно ее форма. При этом отдельно взятая частица воды в волнующемся море совершает не поступательные, а колебательные движения. Таким образом, это только кажется, что при волнении вода движется вперед. На самом деле, если на поверхности воды плавает, например, кусок дерева, легко заметить, что он не двигается вперед вместе с волнами. Он лишь качается вверх-вниз, а двигаться он будет только при наличии ветра или течения.
"В морских волнах Канагавы".
Японская гравюра. Автор К. Хокусай
Корабельные волны создаются достаточно быстро движущимися по поверхности аппаратами, например, кораблями и катерами. Если смотреть сверху, такие волны имеют специфическую форму. Они подразделяются на расходящиеся и поперечные.
А вот цунами – это огромные волны, причиной которых в 85 % случаев являются подводные землетрясения, вызывающие резкое поднятие или опускание участка морского дна.
Более 80 % всех цунами возникают на периферии Тихого океана.
...
Первое научное описание цунами дал испанский географ, натуралист и миссионер Хосе де Акоста (1539–1600). Произошло это в 1586 году в Лиме (Перу), где после мощного землетрясения цунами ворвалось на сушу на расстояние до 10 километров.
В XXI веке крупнейшее цунами было зарегистрировано 26 декабря 2004 года в Юго-Восточной Азии. Тогда произошло мощнейшее землетрясение с магнитудой в 9,3 балла. Оно вызвало цунами, от которого пострадали Шри-Ланка, Индонезия, Таиланд и другие страны. Общее количество погибших превысило тогда 235 000 человек.
А вот 11 марта 2011 года в Японии землетрясение магнитудой в 9,0 баллов с эпицентром, находившимся в 373 километрах северо-восточнее Токио, вызвало цунами с высотой волны, превышавшей 40 метров(это высота 12-этажного дома). Это землетрясение и цунами стали причиной печально известной аварии на атомной электростанции "Фукусима". Официальное число погибших в результате катастрофы составляет 15 524 человека, 7130 человек числятся пропавшими без вести, а 5393 человека было ранено.
Гигантская волна-цунами
Волны-убийцы – это гигантские одиночные волны высотой 20–30 метров и даже более, возникающие в океане и обладающие нехарактерным для морских волн поведением. Они появляются как бы "из ниоткуда". В самом деле, в отличие от цунами, их появление не связано с какими-то катастрофическими геофизическими событиями. Эти волны могут появляться и при малых ветрах, и при относительно слабом волнении.
Волны-убийцы появляются как бы "из ниоткуда"
Долгое время такие волны считались вымыслом (с точки зрения классической океанологии, волны высотой более 20,7 метров существовать в открытых морях и океанах Земли не могут). Кроме того, не находилось достаточного количества достоверных свидетельств. Однако 1 января 1995 года на нефтяной платформе "Дропнер" в Северном море у побережья Норвегии была впервые зафиксирована приборами волна высотой в 25,6 метра. Дальнейшие исследования в рамках проекта "Max-Wave" ("Максимальная волна"), который предусматривал мониторинг поверхности мирового океана с помощью спутников ERS-1 и ERS-2, зафиксировали за три недели по всему земному шару более десятка одиночных гигантских волн, высота которых превышала 25 метров.
...
Вот еще несколько фактов.
В 1840 году во время одной из экспедиций французский мореплаватель Ж. С. Дюмон д’Юрвиль наблюдал огромную 35-метровую волну, о чем и сообщил на заседании Французского географического общества. Но его подняли на смех: никто из ученых тогда не поверил, что такие гиганты могут существовать.
7 февраля 1933 года на корабль ВМС США "Рамапо", следовавший из Манилы в Сан-Диего, обрушилась волна высотой 34 метра.
В декабре 1942 года роскошный океанский лайнер "Куин Мэри", переоборудованный в военное транспортное судно, с 16 000 американских солдат на борту шел в Англию, и у берегов Шотландии на него обрушилась 23-метровая волна. Она ударила корабль в борт, и он чуть не перевернулся вверх днищем. Однако капитану удалось выровнять корабль и поставить его прямо.
По одной из версий, причиной возникновения гигантских одиночных волн-убийц является движение с некоторой определенной скоростью фронта высокого атмосферного давления в направлении зоны низкого давления (расширение зоны высокого давления). При таком "наступлении" фронта высокого давления возникает явление, почти аналогичное "нагону" воды на мелководную восточную часть Балтийского моря, при котором уровень воды в Неве в Санкт-Петербурге поднимается на несколько метров.
Впрочем, есть и другие предположительные причины возникновения волн-убийц.
...
Среди моряков существует поверье, будто во время шторма девятый вал сильнее и опаснее других волн. На самом деле такой волной может быть не обязательно девятая, а любая по счету волна. Следовательно, девятый вал, воспетый во многих произведениях искусства, – это не научный термин, а всего лишь миф, пришедший из глубокой древности.
Фрагмент картины И. К. Айвазовского "Девятый вал"
Под воздействием ветра в поверхностных слоях морей и океанов накапливается огромное количество энергии, которая пока никак не утилизируется. Ученые подсчитали, что штормовые волны высотой 5 метров и длиной 100 метров на каждом метре своего гребня развивают мощность свыше 3000 киловатт, а энергия 1 квадратного километра бушующего моря измеряется миллиардами киловатт в секунду. По сути, можно утверждать, что если будет найден способ использования энергии волнового движения океана, человечество навсегда избавится от угрозы энергетического кризиса. Исследования в этом направлении уже проводятся в ряде стран.
Береговая линия
Для береговой линии морей и океанов характерно наличие бухт, заливов, полуостровов и других форм рельефа.
Бухта – это небольшая часть моря, отделенная от открытой воды с трех сторон частями суши (скалами, выступами берегов и близлежащими островами) и защищенная ими от волн и ветров. Большинство небольших бухт образуются в мягких скальных породах или глинах, вымытых волнами. Примерами бухт могут служить Цемесская (Новороссийская) бухта в северной части российского побережья Черного моря, бухта Золотой Рог в заливе Петра Великого в Японском море (на ней находится город Владивосток) или бухта Ханаума на Гавайях. При этом маленькие бухты могут входить в состав большой бухты.