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.

1. 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.

2. 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.

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

4. 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.

5. 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.

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

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

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


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

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

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


Волны у берега могут обретать разрушительную силу.

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


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

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

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.

Элементы морских волн , возникающих под действием ветра в океанах и морях, зависят не только от силы ветра, но и от продолжительности его действия, длины разгона и рельефа дна. Поэтому ветер одной и той же силы при различных конкретных условиях может вызывать различные волны. Наблюдаемые максимальные высоты волн в океанах значительно больше, чем в морях.

Ветровые волны высотой около 18 м наблюдались в Атлантическом океане при ветре 10-11 баллов и около 21 м при ветре 12 баллов.

Высоту волны 21 м наблюдали в Тихом океане во время продолжительного шторма ураганной силы.

В антарктических водах с дизель-электрохода «Обь» в 1958 году была измерена инструментально высота волны 24.5 м.

Наибольшая по высоте ветровая волна - 34 м была зафиксирована в Тихом океане.

Но такие высокие ветровые волны встречаются довольно редко. Так, для возникновения волны высотой 23 м необходимо, чтобы ветер со скоростью не менее 27 м/сек действовал, не меняя существенно своей скорости и направления, в течение 2-х суток на расстоянии 1200 морских миль (2200 км).

Решающее влияние на бурность моря оказывают:

ограниченность акватории и степень расчлененности моря на отдельные бассейны, что препятствует росту и распространению ветровых волн;

рельеф дна;

возможность проникновения в данное море волн из соседних морей или океанов;

развитие в море ледяного покрова;

интенсивность, устойчивость и направление штормовых ветров, что связано с характером циклонической деятельности над морем.

Повторяемость волн высотой 6 м и более составляет 17-20% в наиболее бурных, штормовых акваториях океанов. В тропических зонах повторяемость таких волн не более 3-5%. На морях волны высотой 6 м и более встречаются достаточно редко. Но в Северном, Норвежском, Беринговом, Охотском морях средняя многолетняя повторяемость волн высотой 6 м и более составляет около 8%.

Наибольшая наблюденная высота ветровых волн в Черном море составляла 9 м.

Особо выделяется акватория Южного океана. Южнее 40 о ю.ш. повторяемость волн высотой более 3 м во все сезоны года не меньше 40%. Это известные «ревущие сороковые» широты .

Максимальные штормовые волны могут достигать длины около 400 м и, следовательно, распространяться до значительных глубин. Если принять в соответствии с трохоидальной теорией волн, что высота волны с глубиной уменьшается по экспоненциальному закону, нетрудно вычислить, что при высоте волны на поверхности 15 м на глубине 150 м высота волны будет 0.7 м, на глубине 100 м – 1.9 м, а на глубине 30 м – 7 м.

Географическое распределение волн в различных районах Мирового океана по сезонам (месяцам) дается в специальных пособиях.

2. Приливы в Мировом океане

Приливы – это сердцебиение океана, пульс, ощущаемый во всем мире.

Альберт Дефант

немецкий океанограф

2.1. Понятие о приливах

Приливами (приливными колебаниями уровня) в Мировом океане называются динамические и физико-химические процессы в водах морей и океанов, вызванные приливообразующими силами Луны и Солнца.

Приливы наблюдаются не только в водной оболочке Земли. Установлены приливные деформации твердого тела Земли и приливные колебания атмосферного давления. Действие приливов сказывается в изменениях некоторых характеристик высоких слоев атмосферы и глубинных слоев океанов. С приливами в атмосфере и гидросфере связаны также электромагнитные явления.

История приливов начинается на самой ранней стадии развития Вселенной. Поскольку взаимное притяжение тел в пространстве - закон Вселенной, то приливы, должно быть, действовали на других планетах еще до того, как образовалась Земля, потому что приливообразующие силы возникли уже тогда в скоплениях звезд.

На Земле приливы существовали задолго до того, как появились океаны. И даже до того, как образовалась Луна, которая отчасти управляет ими. Притяжение Солнца порождало огромные приливы на поверхности Земли еще в те времена, когда она представляла собой расплавленную массу. Согласно одной из теорий даже образование Луны связывается с отрывом от Земли в результате сильного прилива части расплавленной массы.

В начале своего космического путешествия Луна была намного ближе к Земле, чем теперь. И в то время, когда земные испарения, сконденсировавшись во влагу, образовали океаны, приливы, порождаемые Луной, достигали огромной высоты. Они обрушивались на острова - континенты, меняя их очертания и вымывая из твердых земных пород соль и другие химические вещества, которые теперь содержатся в морской воде.

По мере того как Луна отдалялась от Земли, приливы слабели и, наконец, стали такими, какими мы наблюдаем их сегодня. Но и теперь они испытывают заметные колебания. Каждые несколько столетий расположение Луны, Земли и Солнца относительно друг друга повторяется, что обуславливает длительные приливные циклы: около 550 года н. э. приливы были минимальны, в 1400 году они достигли максимума, а следующий минимум ожидается примерно в 2400 году.

В наши дни, по мере того как Луна неуклонно отдаляется от Земли, приливы продолжают незаметно ослабевать. Одновременно приливное трение замедляет вращение Земли, вследствие чего с каждым столетием земные сутки удлиняются на доли секунды. Так будет продолжаться и дальше, и через многие миллионы лет лунные приливы исчезнут вовсе.

Кроме космических сил притяжения между Землей, Луной и Солнцем существенное влияние на величину и характер приливов оказывают физико-географические условия моря или океана, очертания берегов, размеры, глубины, наличие островов и т.д. Если бы океан покрывал Землю сплошь слоем одинаковой глубины, приливы на одной и той же широте были бы одинаковыми и зависели бы только от приливообразующих сил Луны и Солнца. Однако приливные колебания уровня на одной и той же широте меняются в весьма широких пределах. В одних районах, как, например, в заливе Фанди (Канада), приливные колебания уровня достигают 16 м, по расчетным - 18 м, а в других - Балтийском море, расположенном на той же широте, они практически отсутствуют.

Приливные явления представляют собой волновое движение. Под действием периодической приливообразующей силы в океане возникает сложная волна, имеющая период, соответствующий периоду силы, но отличную от нее амплитуду и фазу. Частицы воды в приливной волне движутся по орбитам, имеющим форму эллипса, с осью очень сильно вытянутой по горизонтали. Движение частиц по их орбитам наблюдатель воспринимает как периодические колебания уровня и течений.

В отличие от других видов волн в Мировом океане, приливные волны являются регулярными и выражены чрезвычайно ярко. В прибрежных районах приливные колебания в 5-6 м - не редкость. Вблизи берегов наблюдаются также сильные приливные течения. В узкостях они достигают скорости 5-10 и даже 12 миль в час. С удалением от берегов приливные колебания уровня и течения уменьшаются. Независимо от этого, они все же оказывают существенное влияние на состояние вод всего Мирового океана, так как длинные приливные волны охватывают всю водную толщу.

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.