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.
Бродячие волны, волны-убийцы, волны-монстры, столетние волны… все эти эпитеты служат для обозначения гигантских волн, которые встречаются в океане. Они настолько высокие, что способны перевернуть океанский лайнер. Высота бродячей волны - как минимум вдвое больше высоты обычной большой волны.
В эпоху Великих географических открытий, когда многие корабли, отправлявшиеся в плаванье, не возвращались обратно, по портовым кабакам пошли гулять невероятные истории о загадочном природном явлении. Юнги, крещёные штормом, и видавшие виды моряки рассказывали о жуткой и неведомой силе, которая появляется в открытом море из ниоткуда и разрушает корабли в одно мгновенье. С тех пор принципы судостроения изменились, управляемость, остойчивость и прочность кораблей значительно выросли. Раньше считалось, что волны-убийцы - это миф, но последние исследования доказали их существование. Согласно подсчетам, вероятность появления таких волн в океане составляет 1 к 200 000.
На протяжении веков бывалые морские волки пугали своих слушателей жуткими рассказами о громадных волнах-убийцах высотой с гору. Но лишь сравнительно недавно океанологи и геофизики стали относиться к этим рассказам серьезно и пытаться понять, откуда берутся эти монстры и как от них уберечься. На помощь пришли математика и непрерывный космический мониторинг океана.
Хрестоматийная картина Айвазовского «Девятый вал» - о жертвах стихии - знакома, наверное, каждому. Разумеется, в число произведений известного мариниста эта тема попала не случайно: за многие столетия истории мореплавания фольклор оброс легендами о гигантских водяных стенах и провалах.
Как волна-убийца опрокидывает и топит суда, многие могли видеть в голливудском фильме-катастрофе «Идеальный шторм» (The Perfect Storm) - драматической истории о том, как в Северной Атлантике восточнее Ньюфаундленда в результате столкновения двух мощных штормовых фронтов бесследно исчезает рыболовецкая шхуна «Андреа Гейл», унося с собой жизни рыбаков.
По словам редких очевидцев, сумевших пережить буйство стихии, такие волны нередко возникают при вполне благоприятных погодных условиях, не предвещающих, казалось бы, никакой опасности.
Достоверных фактов о чудовищных волнах, неожиданно возникающих в открытом море, сравнительно немного, но тем не менее они накапливаются и требуют объяснения. Волны-убийцы совершенно не похожи на остальные: они в 3−5 раз превышают по высоте обычные волны, рождающиеся при сильном шторме.
Впервые официально волна-убийца была зафиксирована на норвежской газодобывающей платформе (платформа Дропнера) в 1995 году. Волну так и назвали - «волна Дропнера». Хотя она и не причинила платформе больших повреждений, ее высота составляла 26 метров - вдвое выше, чем в случае с любой другой большой волной в этом регионе.
Бродячие волны, в отличие от цунами, обычно встречаются очень далеко от берега. Для океанских штормов волны высотой 7 метров - обычное дело. Если шторм исключительно сильный, высота волн может достигать 15 метров. Но бродячие волны не рождаются в шторм и могут достигать высоты 30 метров и более (высота 10 этажного дома). Такая волна выглядит, как огромная, почти вертикальная стена воды. Если на пути бродячей волны оказывается корабль - надежд на спасение почти нет, он тонет за считанные минуты.
Бродячие волны могут появляться и на озерах. Так, в американском озере Супериор существует феномен под названием «Три сестры». Иногда на поверхности озера возникают три огромных, идущих друг за другом волны. В 1975 году военный корабль «Эдмунд Фицжеральд» (длиной 222 метров) утонул именно из-за столкновения с «сестрами».
Как показывают последние исследования, бродячие волны не так уж редки. Ученые исследовали данные со спутников и обнаружили, что в океане ежегодно появляется множество таких волн. Феномен волн-убийц изучали даже сотрудники американских военных лабораторий DARPA, но причину их возникновения так и не удалось выяснить.
История изучения волн - убийц
В 1840 году во время своей экспедиции французский мореплаватель Дюмон д’Юрвиль (1792–1842) наблюдал гигантскую 35-метровую волну, о чём и сообщил на заседании Французского географического общества. Но его подняли на смех: никто из ученых мужей не поверил, что такие монстры могут существовать. Бурное развитие судоходства и яхтинга в последующие полтора века предоставило многочисленные свидетельства существования необычных гигантских волн, подобных той, что наблюдал д’Юрвиль, – волн-убийц. Их ещё называют блуждающими волнами, волнами-монстрами и даже неправильными волнами. Одна-единственная волна-убийца, появляется из ниоткуда и исчезает в никуда прежде, чем её успевают зафиксировать. Это смертельное испытание даже для самых современных кораблей: поверхность, на которую обрушивается гигантская волна, может испытывать давление до 100 тонн на квадратный метр (а большинство современных судов может выдержать лишь до 15 тонн). Эта волна достаточно высока, чтобы затопить 10-этажное здание или опрокинуть 30-метровый круизный лайнер.
По словам чудом уцелевших очевидцев такие волны возникают неожиданно, длятся всего несколько секунд и часто несут смерть.
Декабрь 1942 года. «Queen Mary». Во времена Второй мировой войны этот роскошный лайнер переоборудовали в войсковой транспортировщик. Взяв на борт 15 тысяч человек, корабль направлялся в Англию. И тут на лайнер обрушилась 23-метровая стена воды. В самой высокой точке «Queen Mary» достигал около семи метров. Крен судна составил 5 градусов от поверхности воды. Волна ударила «Queen Mary» в борт, ещё немного и корабль буквально мог перевернуться днищем вверх. Однако «Queen Mary» удалось снова выровняться и встать прямо. На его борту было 15 тысяч человек.
…1943 год, Северная Атлантика. Круизный лайнер «Queen Elizabeth» 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.
…1951 год. Северная Атлантика. Капитан Хенри Карлсон послал радиограмму о том, что на его грузовое судно Flying Enterprise обрушилась сила, которую он определил как большая волна. Он не назвал её волной убийцей.
Карлсон просто не хотел, чтобы его сочли очередным пьяницей-выдумщиком. Его корабль треснул в средней части: казалось, что кто-то взял огромный мясницкий топор и обрушил его на судно прямо по середине. Карлсону и его команде удавалось поддерживать судно на плаву. Карлсон был умным человеком и распорядился натягивать тросы на лебедках по обе стороны трещины. Когда трещина стала диаметром 2 см, они залили её бетоном и построили на ней волноотвод. Гениально! Корабль остался на плаву, но 28 часов спустя на судно обрушилась ещё одна волна-убийца высотой 20 м. Мачты и все радиоантенны сломались. Стальная обшивка судна треснула.
Ударная сила волны была просто чудовищной. Казалось, что разверзся ад. 40 членам экипажа и 10 пассажирам удалось спастись, а капитан Карлсон остался на корабле и посылал радиограммы. Британские буксиры пытались отвести пострадавшее судно за 600 с лишним километров в английский Фалмут, но когда до берега осталось 60 км, Flying Enterprise пошёл ко дну. Капитан Карлсон успел спастись всего за несколько минут до того, как корабль затонул. На родине капитана встречали как героя. Однако Карлсон предпочёл умолчать о том, что его судно стало жертвой двух волн-убийц. То, что существование волн-убийц долгое время отрицалось учёными, отчасти произошло потому, что капитаны не хотели признавать, что океан их покорил. Они гордятся своими умениями и не безосновательно. Но потом стало ясно, что в этом нет их вины: потому что никакие умения не помогут при встрече с волной-монстром.
…1966 год. Элегантный лайнер «Микеланджело» направляется через Атлантику в Нью-Йорк. 275-метровый красавец оборудован стабилизаторами качки, чтобы богатые пассажиры не пролили ни капли мартини. Однако в океане что-то произошло… Когда потрёпанный «Микеланджело» вошёл в порт Нью-Йорка, два пассажира и один член экипажа были мертвы, двенадцать ранены, а нос корабля превратился в груду покорёженной стали. Команда сообщила, что на них с невероятной силой обрушилась единственная волна высотой более 25 метров. Вода ворвалась на мостик и в каюты первого класса. Всё произошло буквально в считанные секунды.
…Декабрь 1978. Гордость немецкого торгового флота, супертанкер «Мюнхен» на всех парах шёл сквозь шторм в Атлантике. Судостроители заверили: «Мюнхен» непотопляем, ему «море по колено» и не страшен никакой шторм. Но вскоре выяснилось, что это не так. Находясь посреди океана, «Мюнхен» вдруг послал сигнал бедствия, и спустя пятнадцать секунд сигнал пропал. В ходе самых масштабных поисков в истории мореплавания было найдено лишь несколько обломков корабля да потрёпанная шлюпка, что болталась на волнах посреди океана. Шлюпка была сорвана со швартовых и словно разбита молотом. Это означало, что на корабль обрушилась сила с высоты 18 метров. Останки 29 членов экипажа так и не были обнаружены. Это давало основания считать, что корабль стал жертвой волны-убийцы. В заключении морского суда причиной возникновения необычного явления было названа плохая погода, но ни слова о том, что же это было за явление.
…1980 год. У берегов Японии пошел на дно английский сухогруз Derbyshire. Как показало обследование, судно длиной почти 300 метров погубила гигантская волна, которая пробила главный грузовой люк и залила трюм. Погибли 44 человека.
…В 1980 году с волной-убийцей столкнулся российский танкер «Таганрогский залив». Происходило это следующим образом. «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 почти на 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…» (из книги И. Лавренова «Математическое моделирование ветровых волн в пространственно-неоднородном океане»)
Всерьёз за изучение волн-убийц взялись лишь после того, как в том же, 1980, году одному смельчаку удалось запечатлеть волну-убийцу во время её нападения на нефтяной танкер Esso Langbedoc. Танкер шёл домой из Дурмана, восточнее побережья ЮАР. На море было неспокойно, волны достигали 4,5 метров. Старший помощник капитана Филипп Лежур стоял на мостике, когда волна, намного выше всех остальных появилась ниоткуда и стала приближаться к кораблю. Когда вода прокатывалась по палубе, Лежур успел щёлкнуть затвором фотоаппарата. И это фото стало первым документальным свидетельством существования гигантских волн, которые способны накрыть даже огромный танкер. Верхушка мачты по правому борту находилась на высоте 25 метров от уровня воды, поэтому высота волн по сравнению с ней была определена как 30,5 метров. Esso Langbedoc пережил сокрушительный удар, который потряс корабль от носа до кормы. «Штормило, но несильно, - рассказывал потом Филипп Лежур в интервью английскому журналу New Scientist. - Вдруг со стороны кормы появилась огромная волна, во много раз выше всех остальных. Она накрыла все судно, под водой скрылись даже мачты». Танкеру повезло: он остался на плаву.
Теперь у учёных было вещественное доказательство (а за этим вскоре последовали и другие), им пришлось пересмотреть свои взгляды и, несмотря на невозможность математического моделирования процесса возникновения таких волн, признать факт их существования.
Хотя скептиков всё ещё было предостаточно, тем не менее, эксперты вели суровую статистику: по их подсчетам с 1968 по 1994 год волны-убийцы погубили порядка 200 судов, среди них - 22 громадных супертанкера (а погубить супертанкер очень непросто); утонуло более 600 человек.
Выяснилось также, что волны-убийцы не имеют никакого отношения ни к цунами, которые появляются в результате сейсмических явлений и набирают максимальную высоту лишь у самого берега, ни к обычным волнам, которые порождаются мощным штормом. Они возникают не только во время штормовой погоды, но и при слабом ветре и относительно небольшом волнении.
Вплоть до 2005 года тонуло по два корабля в неделю, обычно при весьма загадочных обстоятельствах. 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.
…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», - рассказывал 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.
…2001 год. Пассажиры круизных лайнеров «Бремен» и «Звезда Каледонии» тогда рассказывали, будто бы суда попали во впадину между гигантскими волнами. Горизонт скрылся из виду, и какое-то время шли вдоль водяных стен, которые возвышались над самыми верхними палубами.
…2005 год. Круизный лайнер Norwegian Dawn, огромный 300-метровый корабль с 2500 пассажиров на борту шёл в Нью-Йорк с Багамских островов. Внезапно лайнер резко накренился, а в следующие секунды гигантская волна обрушилась на его борт, выбивая иллюминаторы кают и смывая за борт всё на своём пути. Кораблю очень повезло, он отделался лишь небольшими повреждениями корпуса, смытым за борт имуществом да ранеными пассажирами.
Но не только в океанах капитаны сталкиваются с волнами-убийцами. Североамериканские Великие озера не стали исключением. Именно там произошла одна из самых известных катастроф в морской истории. Великие Озера в Северной Америке являются своего родами морями, и об этом знает каждый мореход. Там возможны волны, подобные тем, что образуются в океане. Поэтому нет ничего удивительного в том, что на Великих Озерах появляются волны-убийцы.
10 ноября 1975 года грузовое судно Edmund Fitzerald, перевозившее товары для сталелитейной промышленности попало на озере Верхнем в ужасный шторм. С наступлением темноты у судна возникли непредвиденные проблемы: шторм вывел из строя радар и повредил само судно. Капитан Эрнест Максорли передал находящемуся рядом судну «Артуру Андерсену», что у «Фитца…» неприятности, но ничего серьезного. С Андерсена ответили, что в направлении Edmund Fitzerald движутся две огромные волны. Вдруг за несколько минут судно пропало с 29 членами экипажа. Во время последнего сеанса связи капитан «Фитцжеральда» сообщил, что у них всё в порядке, они справятся своими силами. Потом огни пропали, и судно вообще исчезло. Возможно, что ударом двух волн-убийц судно просто разломило напополам, и оно затонуло в течение нескольких минут.
Спустя полгода береговая охрана США обнаружила обломки Edmund Fitzerald на дне озера Верхнее. Оно разломилось пополам. Искореженный Edmund Fitzerald лежал на глубине более 150 метров. Береговая охрана не могла точно сказать, что явилось причиной затопления судна, но ученые из Национального Управления Изучения Океанов и Атмосферы зарегистрировали волны-убийцы в районе Великих Озер. И Уайтфишпойнт, где и нашли Edmund Fitzerald, находится там, где вполне могли возникнуть волны-убийцы.
Волны-убийцы стали предметом внимания для многих международных организаций, занимающихся проблемами безопасности судов и морских сооружений, таких как International Association of Classification Societies.
Технические нормы и стандарты безопасности, разрабатываемые этими организациями, носят, как правило, рекомендательный характер для соответствующих национальных институтов. Вместе с тем некоторые национальные организации в последние годы пересматривают свои подходы к проблемам безопасности в море и переходят от стандартов «наиболее вероятная опасность» к стандартам «возможный риск».
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», «одиночная башня».
«Три сестры» - это когда следующие одна за другой три гигантские волны, поднявшись на которые, переламываются под собственным весом супертанкеры. «Три сестры» возникают при столкновении морских течений: наиболее часто такие волны появляются у мыса Доброй Надежды (южная оконечность Африки), где соединяются теплые и холодные потоки.
По наблюдениям Национального управления океанических и атмосферных исследований США (NOAA), волны-убийцы бывают рассеивающиеся и не рассеивающиеся. Последние способны 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, обрушиваются и исчезают. И их добычей становились не только корабли…
Штормы в Северной Атлантике - одни из жесточайших в мире. Сила океана здесь такова, что стена воды здесь ничуть не мягче бетонной… На этот раз волна-убийца невероятной силы и высотой с 35-этажный дом ударила по нефтяной платформе «Ocean Ranger», которая находилась в районе Большой Ньюфаундлендской банки (банка - возвышенный участок дна). Об этой трагедии в Ньюфаундленде помнят до сих пор. Потому что мощи одной единственной волны хватило, чтобы опрокинуть огромную платформу и забрать разом столько жизней…
14 февраля 1982 года волна высотой примерно в 27,5 метров выдавила окна центра управления на Ocean Ranger. Вода залила пульт управления и все компьютерные системы; балластные цистерны, которые стабилизировали платформу, вышли из строя, и она перевернулась. В результате погибли все 84 рабочих буровой. Это был самый трагический исход встречи с волной-убийцей. А ведь Ocean Ranger по тем временам была сама большой и самой современной буровой платформой, для которой 12-метровые волны были просто небольшим волнением. И это далеко не единичный случай. Но даже обладая подобными свидетельствами, учёные сомневались в реальном размере волн-убийц. Только в 1995 в результате удара по другой нефтяной платформе были получены первые надёжные свидетельства мощи такой волны.
…Буровая платформа «Дропнер» стояла в Северном море между Норвегией и Шотландией. В первый день нового года платформу осаждали 10-метровые волны, и в этом не было ничего необычного. Внезапно на скорости более 70 км/ч на платформу обрушилась волна в 3 раза больше обычных. При ударе волны лазер, установленный на платформе, зафиксировал точные показания этого монстра. Гребень волны находился на высоте 27 с лишним метров. Эти данные стали большим шагом вперед. Так как характер повреждений оборудования соответствовал указанной высоте волны, научный мир признал существование волн-убийц, а также тот факт, что рассказ об их размере – вовсе не сказки незадачливых мореходов.
Так выглядят обычные большие волны в океане. Бродячие волны - больше в несколько раз:
Механика волны
Частицы воды благодаря их большой подвижности легко выходят из состояния равновесия под действием разного рода сил и совершают колебательные движения. Причинами, вызывающими появление волн, могут быть приливообразующие силы Луны и Солнца, ветер, колебания атмосферного давления, подводные землетрясения или деформации дна. Ветровые волны образуются за счет энергии ветра, передаваемой путем непосредственного давления воздушного потока на наветренные склоны гребней и трения о поверхность воды.
Природа образования волн на водной поверхности была хорошо изучена, смоделирована и описана европейскими учеными в первой половине XIX века. Уже тогда было ясно, что при ветре силой более двух баллов (скоростью свыше четырех узлов) потоки воздуха передают морской ряби энергию, вполне достаточную для образования настоящих волн и зыби.
Если ветер не утихает, волнение постепенно усиливается, так как колебательные движения воды получают дополнительную энергию извне. Высота волны при этом зависит не только от скорости ветра, но и от продолжительности его воздействия, а также от глубины и площади открытой воды.
В справочниках и энциклопедиях приведены высоты волн, характерные для разных океанов. Так, энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона сообщает, что самые большие волны встречаются в области западных ветров Индийского океана (11,5 м) и в восточной части Тихого океана (7,5 м). Однажды такие волны наблюдались у Азорских островов (15 м) и в Тихом океане между Новой Зеландией и Южной Америкой (14 м).
Когда волна, приходящая из открытого моря, выклинивается возвышенным дном, возникает прибой или бурун. На западном побережье экваториальной Африки и возле Мадраса в Индии волны прибоя иногда достигают 22 метров в высоту.
Некоторые ученые-океанологи отрицают существование громадных волн-убийц в открытом море, считая, что объективная картина искажается в глазах перепуганных очевидцев. Из-за углубления, которое всегда идет перед волной, возникает особый эффект восприятия, усиливающийся еще и тем, что корабль располагается не горизонтально, то есть параллельно подошве волны, а наклонен к ней. В итоге высота волны может сильно преувеличиваться.
Тем не менее постоянно накапливающиеся факты доказывают обратное. Известно, что разные волны могут взаимодействовать, вызывая усиление и ослабление волнения. Наложение двух когерентных волн вызывает волну, высота которой равна сумме высот отдельных волн. Это явление называется интерференцией.
Именно интерференцией ученые объясняют возникновение в некоторых местах океана необыкновенно высоких волн. Они встречаются на «стыке» волн Атлантического и Индийского океанов - у мыса Доброй Надежды, самой южной точки африканского континента, и у мыса Игольный. Здесь встретившиеся волны начинают громоздиться одна на другую, порождая громадные валы. Моряки называют их «кейпроллерами» (от английских слов саре - мыс и roller - вал, большая волна), а океанологи - уединенными или эпизодическими волнами. Кейп-роллеры уничтожают как малые суда, так и огромные танкеры, спортивные яхты и сухогрузы, пассажирские лайнеры. Видимо, именно из-за такой волны потерпело катастрофу у восточного побережья Южной Африки советское транспортное судно «Таганрогский залив» в 1985 году.
Кейпроллеры возникают не только у южной оконечности Африки, но и в районах Ньюфаундлендской банки, у Бермудских островов, у мыса Горн, на окраинах норвежского шельфа и даже у берегов Греции
Если две интерферирующих волны встречают на пути какую-либо преграду - отмель, рифы, остров или берег - выклинивание порождает новую волну, намного превосходящую по высоте своих «родительниц». Из-за отражения волн от различных преград в результате наложения отраженной волны на прямую могут возникать так называемые стоячие волны. В отличие от бегущей волны, в стоячей не происходит течения энергии. Различные участки такой волны колеблются в одной и той же фазе, но с разной амплитудой.
Интерферируя между собой, могут сталкиваться воздушные потоки и морские течения, и тогда их энергия суммируется в виде волн. Вот почему можно встретить суперволны в Гольфстриме, Куросио и других мощных океанских течениях.
Возле пользующегося дурной славой мыса Горн происходит то же самое: быстрые течения сталкиваются с противодействующими ветрами.
Однако и механизмы интерференции не могут дать исчерпывающего объяснения причин возникновения волн-великанов.
Одинокие убийцы
В разгадке секретов гигантских волн на помощь океанографам пришли физики и математики. Ефим Пелиновский изучил и описал механизм возникновения уединенных стационарных волн, которые называют солитонами (от solitary wave - уединенная волна). Главная особенность солитонов состоит в том, что эти волны-одиночки не меняют своей формы в процессе распространения, даже при взаимодействии с себе подобными. Такие волны могут распространяться на очень большие расстояния без потери своей энергии.
Толща воды в океане устроена весьма непросто. Океан неоднороден по вертикали: там имеются слои разной плотности, в каждом из которых могут возникать и распространяться внутренние волны, достигающие высоты в 100 и более метров. Пелиновский считает, что во внутренних слоях океана тоже существуют солитоны, и активно занимается их исследованием и прогнозом.
Крупномасштабные атмосферные воздействия - циклоны и антициклоны - приводят к повышению или понижению поверхности океана в областях низкого и высокого давления. Эта связь получила название закона обратного барометра. Понижение атмосферного давления только на 1 мм ртутного столба может вызвать повышение уровня океана в этом месте на 13 мм. Если же давление падает на десятки миллиметров, что нередко случается во время тайфунов, то на поверхности океана появляется возвышенность в метры или десятки метров, которая, распространяясь, может породить гигантскую волну. Перепады давления могут привести к возникновению резонансных явлений, которые и служат причиной зарождения огромных волн в океане.
Математическое моделирование морских волн проводится сегодня во многих странах мира, ученые предлагают решения, весьма непохожие друг на друга, по-разному описывая разные типы гигантских волн.
Конечно же, математические модели создаются не только ради объяснения природы волн. Ученые ставят перед собой вполне конкретную цель - научиться спасать от гибели суда и нефтегазовые сооружения на шельфе. А главное - жизнь людей.
Научные исследования показали, что в среднем одна из 23 волн существенно превосходит другие по своим параметрам. Статистика свидетельствует, что одна уединенная волна, втрое превосходящая по своим параметрам обычную, приходится на 1175 волн, а четырехкратное превышение встречается у одной волны из 300 тысяч нормальных. Однако статистика, к сожалению, не позволяет предсказать появление волны-убийцы.
Последние наблюдения ученых доказывают, что волны-гиганты - не такая уж редкость, и их существование следует учитывать при проектировании судов. В университете Глазго составлен каталог недавних морских катастроф, вызванных волнами-убийцами. Из 60 сверхкрупных судов, затонувших в период с 1969 по 1994 год, 22 грузовых судна длиной более 200 метров стали жертвами гигантских волн. Они проламывали главный грузовой люк и затапливали главный трюм. В этих кораблекрушениях погибло 542 человека. В большой опасности оказываются и нефтяники, так как добыча постепенно перемещается на океанский шельф, а при проектировании нынешних морских платформ и плавучих буровых существование гигантских волн-убийц явно не бралось в расчет.
В 2000 году Евросоюз инициировал запуск межнационального проекта по исследованию волн-убийц под названием MaxWave («Максимальная волна»). И вскоре при помощи двух спутников Европейское космическое агентство стало вести наблюдение за океаном. Лишь за первые три недели работы спутники зафиксировали с десяток волн-убийц высотой около 30 метров! Кроме того, выяснилось, что волны-убийцы возникают в океане раз в два дня. Понятно, что это средняя температура по больнице, но всё же это лучше, чем ничего. Или то, что было ранее. Например, анализ данных радаров нефтяной платформы Гома в Северном море показал, что за 12 лет в доступном поле обозрения было зафиксировано 466 волн-убийц. Устаревшие же теории волнообразования показывали, что в этом регионе появление волны-убийцы могло случиться раз в десять тысяч лет! Ничего себе, «погрешность»?
Вывод о том, что волны-убийцы встречаются в океане значительно чаще, чем это предполагалось ранее, к которому пришло Европейское космическое агентство (ESA) и подтвержденный независимыми измерениями волн вЮжной Атлантике, может в корне изменить подход к стандартам безопасности строительства и эксплуатации морских нефтяных платформ и танкеров. По мнению известного норвежского эксперта С. Хавера, высота волны-убийцы может на 10-20% превышать порог, заданный статистическими данными о волнении, который учитывается при строительстве нефтяных платформ. Еще более категорично высказался авторитетный британский эксперт в области судостроения Д. Фолкнер, утверждая, что часто используемые при постройке судов критерии экстремальной высоты линейной волны в 10,75 м и максимальной нагрузки в 26-60 кН/мм2 совершенно неадекватны и не обеспечивают безопасность на море в условиях воздействия катастрофических волн.
Практическая сторона исследования этого природного явления вполне очевидна. Изучение их свойств позволит внести корректировки в проекты строящихся морских лайнеров, что необходимо из-за все возрастающих аварий танкеров и вызываемых тем самым экологических бедствий. Если такие огромные волны существуют, то надо уметь им сопротивляться.
Но пока для морских судов эти волны продолжают представлять угрозу.
Волнение — это колебательное движение воды. Оно воспринимается наблюдателем как движение волн по поверхности воды. На самом же деле водная поверхность совершает колебания вверх-вниз от среднего уровня положения равновесия. Форма волн при волнении постоянно изменяется в связи с движением частиц по замкнутым, почти круговым орбитам.
Каждая волна представляет собой плавное соединение возвышений и углублений. Основными частями волны являются: гребень — самая высокая часть; подошва - самая низкая часть; склон - профиль между гребнем и подошвой волны. Линия вдоль гребня волны называется фронтом волны (рис. 1).
Рис. 1. Основные части волны
Основные характеристики волн — это высота - разность уровней гребня и подошвы волны; длина - кратчайшее расстояние межу смежными гребнями или подошвами волн; крутизна - угол между склоном волны и горизонтальной плоскостью (рис. 1).
Рис. 1. Основные характеристики волны
Волны обладают очень большой кинетической энергией. Чем выше волна, тем больше в ней заключено кинетической энергии (пропорционально квадрату увеличения высоты).
Под влиянием силы Кориолиса справа по течению вдали от материка возникает водяной вал, а у суши создается депрессия.
По происхождению волны подразделяются следующим образом:
- волны трения;
- барические волны;
- сейсмические волны или цунами;
- сейши;
- приливные волны.
Волны трения
Волны трения, в свою очередь, могут быть ветровыми (рис. 2) или глубинными. Ветровые волны возникают вследствие ветровые волнытрения на границе воздуха и воды. Высота ветровых волн не превышает 4 м, но при сильных и затяжных штормах она возрастает до 10-15 м и выше. Наиболее высокие волны — до 25 м — наблюдаются в полосе западных ветров Южного полушария.
Рис. 2. Ветровые волны и волны прибоя
Пирамидальные, высокие и крутые ветровые волны получили название толчея. Эти волны присущи центральным областям циклонов. Когда ветер стихает, волнение приобретает характер зыби , т. е. волнения по инерции.
Первичная форма ветровых волн - рябь. Она возникает при скорости ветра менее 1 м/с, а при скорости, большей 1 м/с, образуются сначала мелкие, а потом более крупные волны.
Волна близ берегов, в основном на мелководьях, основывающаяся на поступательных движениях, получила название прибоя (см. рис. 2).
Глубинные волны возникают на границе двух слоев воды с разными свойствами. Они часто возникают в проливах, с двумя этажами течения, близ устьев рек, у кромки тающих льдов. Эти волны перемешивают морскую воду и являются очень опасными для моряков.
Барическая волна
Барические волны возникают из-за быстрой смены атмосферного давления в местах происхождения циклонов, особенно тропических. Обычно эти волны одиночные и не приносят особого вреда. Исключение составляют случаи, когда они совпадают с высоким приливом. Таким бедствиям наиболее часто подвергаются Антильские острова, полуостров Флорида, побережья Китая, Индии, Японии.
Цунами
Сейсмические волны возникают под воздействием подводных толчков и прибрежных землетрясений. Это очень длинные и невысокие в открытом океане волны, но сила их распространения достаточно велика. Они движутся с очень большой скоростью. У побережий их длина сокращается, а высота резко возрастает (в среднем от 10 до 50 м). Их появление влечет за собой человеческие жертвы. Сначала морс отступает на несколько километров от берега, набирая силу для толчка, а потом волны с огромной скоростью выплескиваются на берег с интервалом 15-20 мин (рис. 3).
Рис. 3. Трансформация цунами
Японцы назвали сейсмические волны цунами , и этот термин используется во всем мире.
Сейсмический пояс Тихого океана является основным районом образования цунами.
Сейши
Сейши — это стоячие волны, которые возникают в заливах и внутренних морях. Они происходят по инерции после прекращения действия внешних сил — ветра, сейсмических толчков, резких изменений , выпадения интенсивных осадков и т. д. При этом в одном месте вода поднимается, а в другом — опускается.
Приливная волна
Приливные волны — это движения , совершаемые под влиянием приливообразующих сил Луны и Солнца. Обратная реакция морской воды на прилив - отлив. Полоса, осушаемая во время отлива, называется осушкой.
Существует тесная связь высоты приливов и отливов с фазами Луны. В новолуния и полнолуния наблюдаются самые высокие приливы и самые низкие отливы. Они называются сизигийными. В это время лунные и солнечные приливы, наступая одновременно, накладываются друг на друга. В промежутках между ними, в первую и последнюю четверги фазы Луны, наблюдаются самые низкие, квадратурные приливы.
Как уже было сказано во втором разделе, в открытом океане высота прилива невелика — 1,0-2,0 м, а у расчлененных берегов она резко возрастает. Максимальной величины прилив достигает на атлантическом побережье Северной Америки, в заливе Фанди (до 18 м). В России максимальная величина прилива — 12,9 м — отмечена в заливе Шелихова (Охотское море). Во внутренних морях приливы мало заметны, например, в Балтийском морс у Санкт-Петербурга прилив составляет 4,8 см, а вот по некоторым рекам прилив прослеживается на сотни и даже тысячи километров от устья, например, в Амазонке — до 1400 см.
Крутую приливную волну, поднимающуюся вверх по реке, называют бором. На Амазонке бор достигает высоты 5 м и ощущается на расстоянии 1400 км от устья реки.
Даже при спокойной поверхности в толще океанских вод происходит волнение. Это так называемые внутренние волны — медленные, но весьма значительные по размаху, достигающему порой сотен метров. Они возникают в результате внешнего воздействия на неоднородную по вертикали массу воды. К тому же так как температура, соленость и плотность океанской воды изменяются с глубиной не постепенно, а скачкообразно от одного слоя к другому, на границе между этими слоями и возникают специфические внутренние волны.
Морские течения
Морские течения — это горизонтальные поступательные движения водных масс в океанах и морях, характеризующиеся определенным направлением и скоростью. Они достигают нескольких тысяч километров в длину, десятков-сотен километров в ширину, сотен метров в глубину. По физико-химическим свойствам воды морских течений отличны от окружающих.
По продолжительности существования (устойчивости) морские течения подразделяют следующим образом:
- постоянные , которые проходят в одних и тех же районах океана, имеют одно генеральное направление, более или менее постоянную скорость и устойчивые физико-химические свойства переносимых водных масс (Северное и Южное пассатные, Гольфстрим и др.);
- периодические , у которых направление, скорость, температура подчинены периодическим закономерностям. Происходят они через равные промежутки времени в определенной последовательности (летнее и зимнее муссонные течения в северной части Индийского океана, приливно-отливные течения);
- временные , вызываемые чаще всего ветрами.
По температурному признаку морские течения бывают:
- теплые , которые имеют температуру выше, чем окружающая вода (например. Мурманское течение с температурой 2-3 °С среди вод О °С); они имеют направление от экватора к полюсам;
- холодные , температура которых ниже окружающей воды (например, Канарское течение с температурой 15-16 °С среди вод с температурой около 20 °С); эти течения направлены от полюсов к экватору;
- нейтральные , которые имеют температуру, близкую к окружающей среде (например, экваториальные течения).
По глубине расположения в толще воды различают течения:
- поверхностные (до 200 м глубины);
- подповерхностные , имеющие направление, противоположное поверхностному;
- глубинные , движение которых совершается очень медленно — порядка нескольких сантиметров или первых десятков сантиметров в секунду;
- придонные , регулирующие обмен вод между полярными — субполярными и экваториально-тропическими широтами.
По происхождению выделяют следующие течения:
- фрикционные , которые могут быть дрейфовыми или ветровыми. Дрейфовые возникают под влиянием постоянных ветров, а ветровые создаются сезонными ветрами;
- градиентно-гравитационные , среди которых выделяют стоковые , образующиеся в результате наклона поверхности, вызванного избытком вод вследствие их притока из океана и обильных осадков, и компенсационные , которые возникают благодаря оттоку вод, скудным осадкам;
- инертные , которые наблюдаются после прекращения действия возбуждающих их факторов (например, приливные течения).
Система течений океана обусловлена общей циркуляцией атмосферы.
Если представить гипотетический океан, непрерывно простирающийся от Северного полюса к Южному, и наложить на него генерализированную схему атмосферных ветров, то с учетом отклоняющей силы Кориолиса получим шесть замкнутых колец -
круговоротов морских течений: Северное и Южное экваториальные, Северное и Южное субтропические, Субарктическое и Субантарктическое (рис. 4).
Рис. 4. Круговороты морских течений
Отступления от идеальной схемы вызваны наличием материков и особенностями их распределения по земной поверхности Земли. Однако, как и на идеальной схеме, в действительности на поверхности океана наблюдается зональная смена крупных — протяженностью в несколько тысяч километров — не полностью замкнутых циркуляционных систем: это экваториальная антициклоническая; тропические циклонические, северная и южная; субтропические антициклонические, северная и южная; антарктическая циркумполярная; высокоширотные циклонические; арктическая антициклоническая системы.
В Северном полушарии они движутся по часовой стрелке, в Южном — против. С запада на восток направлены экваториальные межпассатные противотечения.
В умеренных субполярных широтах Северного полушария существуют малые кольца течений вокруг барических минимумов. Движение вод в них направлено против часовой стрелки, а в Южном полушарии — с запада на восток вокруг Антарктиды.
Течения в зональных циркуляционных системах достаточно хорошо прослеживаются до глубины 200 м. С глубиной они меняют направление, слабеют и превращаются в слабые вихри. Взамен на глубине усиливаются меридиональные течения.
Самые мощные и глубокие из поверхностных течений играют важнейшую роль в глобальной циркуляции Мирового океана. Наиболее устойчивые поверхностные течения — это Северное и Южное пассатные течения Тихого и Атлантического океанов и Южное пассатное течение Индийского океана. Они имеют направление с востока на запад. Для тропических широт характерны теплые сточные течения, например Гольфстрим, Куросио, Бразильское и др.
Под действием постоянных западных ветров в умеренных широтах существуют теплые Северо-Атлантическое и Северо-
Тихоокеанское течения в Северном полушарии и холодное (нейтральное) течение Западных ветров — в Южном. Последнее образует кольцо в трех океанах вокруг Антарктиды. Замыкают большие круговороты в Северном полушарии холодные компенсационные течения: вдоль западных берегов в тропических широтах — Калифорнийское, Канарское, а в Южном — Перуанское, Бенгальское, Западно-Австралийское.
Наиболее известными течениями также являются теплое Норвежское течение в Арктике, холодное Лабрадорское в Атлантике, теплое Аляскинское и холодное Курило-Камчатское — в Тихом океане.
Муссонная циркуляция в северной части Индийского океана порождает сезонные ветровые течения: зимнее — с востока на запад и летнее — с запада на восток.
В Северном Ледовитом океане направление движения вод и льдов происходит с востока на запад (Трансатлантическое течение). Причины его — обильный речной сток рек Сибири, вращательное циклоническое движение (против часовой стрелки) над Баренцевым и Карским морями.
Помимо циркуляционных макросистем существуют вихри открытого океана. Их размер — 100-150 км, а скорость перемещения водных масс вокруг центра — 10-20 см/с. Эти мезосистемы называются синоптическими вихрями. Считается, что именно в них заключено не менее 90 % кинетической энергии океана. Вихри наблюдаются не только в открытом океане, но и в морских течениях типа Гольфстрим. Здесь они вращаются с еще большей скоростью, чем в открытом океане, их кольцевая система лучше выражена, поэтому их называют рингами.
Для климата и природы Земли, особенно прибрежных районов, значение морских течений велико. Теплые и холодные течения поддерживают разницу температур западных и восточных побережий материков, нарушая ее зональное распределение. Так, незамерзающий Мурманский порт находится за Полярным кругом, а на восточном побережье Северной Америки замерзает залив св. Лаврентия (48° с.ш.). Теплые течения способствуют выпадению осадков, холодные, напротив, уменьшают возможность их выпадения. Поэтому территории, омываемые теплыми течениями, имеют влажный климат, а холодными — сухой. При помощи морских течений осуществляются миграция растений и животных, перенос питательных веществ и газовый обмен. Течения учитывают и при мореплавании.
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.
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.
