Что это значит? Это означает, что когда свет с длиной волны 550 нанометров попадает в наш глаз, мы думаем, что он светится зеленым. Наш глаз — уникальный инструмент; он может определять частоту световой волны и сигнализировать нам об этом сенсорным способом, который мы воспринимаем как цвет.
Глава 10. Волны-убийцы и волны видимости
Таким образом, ветер, то есть газ, текущий над волнистой поверхностью моря, может создавать в атмосфере инфракрасные волны — от 0 до 20 герц. Теперь оставим атмосферные волны и посмотрим на океанские волны.
Все, конечно, слышали о цунами. Подводное землетрясение распространяется в океане в виде сильной волны. В открытом море она не опасна, ее высота всего один метр, и корабль ее даже не замечает, в основном потому, что эта волна очень, очень мелкая, поэтому она длинная. Помните, что длина волны — это расстояние между двумя соседними высотами (или долинами, неважно), верно? Длина волны цунами огромна — она может достигать 600 километров. А его скорость невероятно высока: он распространяется над морем со скоростью самолета — до 850 километров в час. Однако по мере приближения к побережью глубина уменьшается, а вместе с ней катастрофически увеличивается высота и крутизна волны. Вблизи побережья он может достигать высоты 30 метров, что соответствует высоте 10-этажного дома. Неудивительно, что такие волны разрушают целые города, выбрасывают на побережье огромные корабли, бросают в горы тепловозы и убивают десятки тысяч людей.
Например, в декабре 2006 года на остров Шри-Ланка обрушилась огромная волна цунами. В нем погибло 30 000 человек. И почти никто из диких животных не погиб. Десятки тысяч человеческих трупов и ни одного трупа животных! Было спасено много крупных животных, таких как слоны, леопарды, и мелких животных, таких как кролики и полевки. Животные, которые зачастую более чувствительны к предупреждающему инфракрасному звуку, заранее почувствовали угрозу и переместились дальше и выше по побережью. Если бы их соблюдали, никто бы не пострадал.
Обезьяны уже убежали в джунгли за несколько часов до катастрофы, слоны разорвали цепи, привязывающие их к ногам, и ушли в горы. Японские туристы, приехавшие на остров посмотреть на животных, сели в автобус, чтобы проследовать за слонами в гору, и если бы они остались там, то выжили бы. Но после любования слонами они спустились в отель на завтрак — и погибли, попав под волну.
То же цунами, которое обрушилось на Шри-Ланку, достигло и острова Пхукет. Там произошла удивительная история. Прирученные слоны катали туристов, и вдруг, ни с того ни с сего, они ускакали с берега в джунгли. Когда один из слонов нес девочку, пастухи с криками побежали за слонами. Но слоны не слышали их; они остановились только тогда, когда взбежали на холм. И только после этого они сбежали вместе с девочкой и пастухами.
В целом, цунами создают множество проблем для людей, живущих на побережьях океана. Но все давно знают о цунами; в развитых странах существует служба предупреждения о цунами. Но помимо цунами и обычных штормовых волн существует еще одно странное явление, которое наука долгое время отрицала. Это одиночные волны-убийцы.
Среди моряков давно существует легенда, что иногда в море, при относительно спокойном море, корабль внезапно накрывает огромная одинокая волна, которая опрокидывает судно и так же быстро отступает. Ученые уже давно считают эти слухи мистификацией: согласно их теории, волны более 20 метров не могут существовать в открытом океане. И почему они одиноки? Откуда они берутся, если нет ни ветра, ни подводного землетрясения? Не может быть!
Однако 1 января 1995 года на норвежскую нефтяную платформу, добывающую нефть со дна моря, обрушилась огромная волна. Официально зарегистрированная высота составила более 25 метров. Это была реальная потеря, от которой не стоит отмахиваться как от слухов. И вот была принята целая программа по поиску и исследованию таких необычных волн. Чтобы найти их в любой точке планеты, к ней была пристыкована спутниковая система Европейского космического агентства (ЕКА), которая менее чем за месяц зафиксировала более десятка гигантских волн высотой более 25 метров в разных точках планеты!
Считается, что именно волны-убийцы стали за последнюю четверть века причинами гибели более двух сотен кораблей,
И десятая часть из них была огромными супертанкерами, которые считались непотопляемыми.
Теоретически, самый сильный ветер при самых благоприятных условиях не может гнать волны выше 20 метров. Откуда берутся 30-метровые волны, если теория их запрещает? Таким образом, они не являются результатом волны, гонимой ветром. Они также не являются результатом землетрясения. Что же это такое?
Эти волны ведут себя странно. Иногда волна-убийца внезапно появляется сама по себе, а затем бесследно исчезает. А иногда они идут в одном строю, пересекая океан на сотни миль.
Возможно, эти суперволны являются результатом суммирования более мелких волн, предположили ученые. Оказывается, волны-убийцы — это результат наложения различных волн друг на друга.
А что, разве волны умеют складываться?
Да, мои маленькие и большие друзья, волны могут увеличиваться! И это очень, очень интересный бизнес. Интересен как на практике, так и в абстрактных рассуждениях.
Смотри… Физика занимается взаимодействием между всеми видами тел. Мы привыкли к телам, мы сами — тела на ногах. Все физические тела состоят из материи. Теперь мы знаем, как она устроена на разных уровнях: три элементарные частицы — атомы — молекулы. Помимо материи, в этом мире, как мы выяснили, существует также нематериальное и невидимое поле. Материя и поле обозначаются словом «материя». Физики изучают свойства материи. А теперь выяснилось, что физики тоже изучают волны.
А что такое волны? Они не являются ни материей, ни таинственным полем. Волна — это чистое движение. Процесс! Процесс колебания частиц среды, в которой распространяются волны. А волновых физиков не особенно интересуют свойства самой среды. Их может интересовать только то, влияют ли эти свойства среды на распространение волн в этой среде. Но волновых физиков интересуют только свойства самих волн — как таковых. Их интересует, как волны преломляются, как они обходят препятствия, как они складываются или отменяют друг друга.
Оказывается, что независимо от типа колеблющегося вещества, то есть от типа среды, в которой передаются волны, все волны как физический процесс обладают одинаковыми свойствами.
Наиболее известными из этих свойств являются дифракция и интерференция.
Эти мудрые слова не должны вас пугать. Напротив, когда вы изучаете новые научные термины, вы становитесь сильнее, круче и богаче умом.
Что такое дифракция? Это способность волн огибать препятствия или проходить сквозь щели. И не спрашивайте меня, это водные или воздушные волны. Любой! Потому что волновая физика изучает свойства процесса распространения волн, а не свойства среды, через которую проходят волны. Общие свойства волн не зависят от среды.
Внимательно посмотрите на два рисунка ниже. Слева виден мощный фронт волны, движущийся вниз по стене. В стене есть отверстие. Как вы думаете, как волна будет распространяться через отверстие — как нарисовано на первом рисунке или как на втором?
Правильный ответ — как в первом вопросе. Это происходит потому, что волны имеют свойство «изгибаться», т.е. слегка огибать препятствие и попадать в область геометрической тени. То есть в определенной точке барьера колебаний быть не должно, но волна пересекает барьер и попадает туда, где была бы тень волны, если бы волны не могли огибать барьер.
Если вас и вашего партнера разделяет небольшая гора, а он громко кричит за горой, вы услышите его, несмотря на то, что гора защищает вас от звука. Это происходит потому, что волны имеют тенденцию огибать препятствия. (Гора, конечно, не должна быть слишком большой, иначе звук будет затухать из-за расстояния).
Теперь внимательно посмотрите на следующий рисунок. Здесь волны проходят не через отверстие в стене, а вокруг колонны, которую мы видим как бы сверху.
И почему после того, как барьер был окружен, там появилась полосатая зебра? Потому что волны, прошедшие край луча с обеих сторон, встретились и начали складываться и уменьшаться. Когда горб одной волны совпадает с горбом другой, мы имеем волну вдвое выше. Когда горб одной волны совпадает с промежутком другой, они аннулируют друг друга — горб заполняет промежуток. Получается, что где-то есть двойные волны, а где-то их вообще нет.
Волны-убийцы — абсолютная реальность
Всего 20 лет назад существование волновых убийц было одним из распространенных мифов, придуманных древними мореплавателями, которые сообщали о фатальных (в большинстве случаев) встречах с печально известной девятой волной. Ведь согласно современным теориям формирования волн, в открытом океане в принципе не может быть волн выше 20,7 метра, даже в самый сильный шторм. Что можно сказать об их появлении в безветренную погоду? Это имело оттенок мистицизма.
Долгое время ученые считали, что данные об уцелевшем волноломе были преувеличены, поскольку корабль находился под углом к горизонту, когда наблюдались волны.
Ученые также подсчитали, что вероятность возникновения гигантской волны крайне мала. Поэтому вероятность того, что корабль встретит такую волну в просторах океана, исчезающе мала. Однако неоднократно упоминались загадочные волны-монстры, которые подтверждались явными повреждениями кораблей, следами и даже уникальными фотографиями.
Вскоре ученые окончательно убедились в существовании волн-убийц и в том, что рассказы об их огромных размерах не были плодом воображения несчастных моряков.
Они изучили архивные документы и обнаружили, что в период с 1968 по 1994 год 22 супертанкера были уничтожены большими волнами. И за каждым из них трудно уследить!
В 2000 году Европейское космическое агентство (ЕКА) было удостоено Нобелевской премии за безопасность. ESA (Европейское космическое агентство) запустило исследовательский проект по изучению волны-убийцы под названием Max Wave.
В течение первых трех недель, когда радарные спутники ERS-1 и ERS-2 наблюдали за поверхностью океанов планеты, исследователи обнаружили на планете около десяти отдельных поверхностей высотой более 25 метров. Это заставило научное сообщество взглянуть на проблему совершенно другими глазами. Управление военно-морских исследований запустило в США аналогичный проект по систематическому наблюдению и обработке данных со спутников, самолетов и радаров.
Другой новый проект под названием Wave Atlas направлен на создание полного глобального атласа волн-убийц и статистическую обработку полученной информации.
В дополнение к первоначальным спутниковым данным, анализ радиолокационного оборудования на нефтяной платформе «Гома» в Северном море показал, что за 12 лет поисков в доступной зоне они обнаружили 466 волн-убийц. Это было в то время, когда устаревшие теории образования волн утверждали, что гигантские волны могут возникать в этом регионе не чаще одного раза в 10 000 лет.
Чтобы уничтожить одним ударом буровую платформу, подобную этой, требуется колоссальная мощь
Откуда берутся опасные волны
До недавнего времени морские ученые считали, что аномальные волны создаются хорошо изученными линейными процессами. Такие волны являются продуктом интерференции, когда маленькие волны «складываются», образуя большую волну.
В некоторых случаях это, вероятно, так и есть. Примером может служить ситуация на мысе Нидл, южной оконечности Африканского континента, где огромные волны регулярно «атакуют» суда вокруг мыса.
Это место является временной границей между Атлантическим и Индийским океанами, и считается, что аномальные волны вызваны встречей ветров с юга и быстрого Агуласского течения. Скорость течения воды замедляется, и волны нагромождаются друг на друга, образуя суперволны.
Суперволны — не редкость в течении Курошио к югу от японского побережья, в Гольфстриме и в печально известных мутных водах у мыса Горн. Ситуация там очень похожа, поскольку быстрые течения встречаются с встречными ветрами.
Максимальные помехи могут возникать, когда волны огибают естественные препятствия, такие как острова, рифы и отмели. Например, обогнув остров, они встречаются на противоположной стороне и пересекаются.
Действительно, механизм интерференции трудно применить ко всем волнам-убийцам. Поэтому он совершенно не подходит для Северного моря, где нет быстрых течений.
Другой причиной аномальных волн, вероятно, являются крупномасштабные атмосферные возмущения — циклоны и антициклоны. Они вызывают повышение или понижение поверхности моря в зонах высокого и низкого давления.
Когда давление падает на несколько десятков миллиметров (например, во время ураганов), на поверхности моря образуются возвышенности высотой в несколько метров. Колебания давления также создают сильные резонансные эффекты, которые также могут вызывать гигантские волны.
Уникальное фото: трагическая встреча судна в море с безжалостной волной-убийцей
Аномальные уединенные волны также могут быть вызваны расширением областей высокого давления, т.е. движением атмосферного фронта высокого давления с определенной скоростью в направлении областей низкого давления.
Следующей причиной волн-убийц являются быстрые волны, которые обгоняют и поглощают более медленные волны. Волны, движущиеся со скоростью распространения в области низкого давления, или волны, движущиеся против сильного течения, также потенциально могут достигать гигантских размеров.
Некоторые океанографы считают, что ветры, дующие в постоянном направлении более 12 часов подряд, также могут образовывать огромные волны-монстры.
Классификация волн-убийц
Национальное управление океанических и атмосферных исследований США (NOAA) делит волны-убийцы на диффузионные и недиффузионные, последние из которых могут преодолевать довольно большие расстояния в океане: от 5 до 10 миль. В этом случае вы можете заранее обнаружить волну и постараться избежать ее. Дисперсионные волны, с другой стороны, появляются из ниоткуда, врезаются в лодку и бесследно исчезают. Такие непредсказуемые волны-убийцы смертельно опасны.
Кроме того, эти волны классифицируются как волновые гребни или волновые впадины. Гребни волн делятся на три основных типа: одиночная волна («башня»), группа из трех волн («три сестры») и «волна белой стены». Многие моряки называют впадины дырой в море.
Численное моделирование волн-убийц
Прямое моделирование волн-убийц было выполнено в работах В.Е. Захарова, В.И. Дьяченко и Р.В. Шамина. 3 4 Уравнения, описывающие нестационарное течение идеальной жидкости со свободной поверхностью, решались численно. С помощью особого типа уравнений можно было выполнять вычисления с высокой точностью и в течение длительных периодов времени. В ходе численных экспериментов были определены характерные профили для волн-убийц в хорошем согласии с экспериментальными данными.
В большой серии компьютерных экспериментов по моделированию динамики идеальных поверхностных волн с физическими параметрами, характерными для океана, эмпирические функции частоты волн-убийц как функции наклона (~энергия) и дисперсия исходных данных. 5
Экспериментальное наблюдение
К сожалению, в вашем браузере отключен JavaScript или недоступен необходимый плеер. Вы можете загрузить клип или загрузить плеер для воспроизведения клипа в вашем браузере.
Экспериментальная демонстрация генерации и разрушительного эффекта волны-убийцы в волновом бассейне 6
Одной из проблем изучения волн-убийц является сложность их генерации в лабораторных условиях. В большинстве случаев исследователи вынуждены работать с данными, полученными в результате наблюдений in vivo, а эти данные очень ограничены из-за непредсказуемого характера волны-убийцы.
В 2010 году впервые были экспериментально обнаружены солитонно-холодные волны Сапсана, которые многие ученые считают возможным прототипом волн-убийц. Эти солитоны, являющиеся частичным решением нелинейного уравнения Шредингера, были получены для оптической системы 7, но в 2011 году такие же солитоны были получены для водных волн 8. В 2012 году в другом эксперименте ученые экспериментально продемонстрировали появление солитона более высокого порядка Бризера с амплитудой в пять раз большей, чем амплитуда фоновой волны 6.
Известные случаи
- Утром 7 февраля1933 года на корабль ВМС США «Рамапо», который следовал из Манилы в Сан-Диего, обрушилась волна высотой 34 метра. 9
- В апреле 1966 года в средней Атлантике итальянский трансатлантический лайнер Michelangelo подвергся удару белой волны, двух пассажиров смыло в море, 50 ранено. Корабль получил серьёзные повреждения носовой части и одного из бортов.
- В сентябре 1995 года британский трансатлантический лайнер «Королева Элизабет 2» в Северной Атлантике во время урагана Луиса попытался «оседлать» 29-метровую волну, появившуюся прямо по курсу.
- 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.
- Фильм Ридли Скотта«Белый Шквал» рассказывает о гибели учебного судна от внезапного шквала с последующим возникновением огромной волны.
- «Идеальный шторм» — приключенческая драма, основанная на реальных событиях, которые произошли во время урагана «Грейс» на побережье Америки.
Волны-убийцы
Волны рассеяния (scatter wave, monster wave, white wave, killer wave…) — это огромные океанические волны-солитоны, достигающие высоты 20-30 метров (бывают и больше). Волны-убийцы представляют собой самую непосредственную опасность для судов. Долгое время путешествующие волны считались несбыточной мечтой.
1840 — Во время экспедиции в Южный океан французский мореплаватель Дюмон д’Юрвиль становится свидетелем необычной гигантской волны высотой около 35 метров. Его доклад на заседании Французской академии вызвал радостный смех. Ни один ученый не мог поверить в существование таких волн.
Крушение сухогруза «Дербишир
Интенсивное развитие мореплавания и судостроения в последующие полтора века предоставило достаточно доказательств существования необычно больших волн, подобных тем, которые видел Дюрвиль. После исчезновения 295-метрового британского грузового судна «Дербишир» и его 44 членов экипажа у берегов Японии в 1980 году исследователи заинтересовались этим вопросом.
Британское грузовое судно «Дербишир» было одним из самых больших кораблей в истории — на его поверхности легко поместились бы три футбольных стадиона! Это был как символ надежности и непотопляемости!
Но 10 сентября 1980 года огромный британский корабль и его экипаж бесследно исчезли у берегов Японии. Корабль даже не подал сигнал бедствия.
Обломки судна были найдены только в 1997 году, останки огромного корабля лежат почти в 5 км под водой.
Водолазы были потрясены: Передняя часть была почти цела, но весь корпус был разорван в клочья — 5 см стали были скручены как бумага! Сначала ученые предположили, что Дербишир был поражен военным оружием, но они не нашли никаких доказательств этого.
Исследователям было трудно в это поверить, но дальнейшее изучение обломков корабля «Дербишир» показало, что волна-убийца могла стать настоящей причиной гибели судна и его экипажа. Волна прорвалась через главный грузовой люк и мгновенно затопила трюмы.
Затопление судна «Дербишир» стало отправной точкой для изучения волн-убийц, и вскоре исследователи смогли доказать, что эти огромные волны существуют в природе!
В том же году еще одна огромная волна-убийца обрушилась на нефтяной танкер Esso Languedoc. На этот раз кораблю повезло: волна просто перекатилась через палубу, и повреждения были очень незначительными. Команда отделалась легким испугом, а первый офицер Филипп Лижур, капитан судна, даже успел сфотографировать отступающую волну. Он сказал, что высота волны была не менее 30 метров.
Волны небывалой силы
Почти каждый год исследователи сообщают о новых находках на морском дне. Например, летом 2001 года датская подводная экспедиция исследовала корпус затонувшего «Флаинг Энтерпрайз» с ужасающей дырой в борту, надстройку палубы, части обшивки — оболочку, выросшую из того, что когда-то было огромным кораблем.
Возможно, корабль подорвался на мине времен войны? Или его атаковал вражеский корабль? Но нет. Летающий «Энтерпрайз» стал жертвой чудовищной силы, пришедшей с моря.
Причина появления волн-убийц
Ветер
Второй случай. Сначала ученые … винили ветер в появлении волн-убийц. Это кажется вполне логичным: Всем известно, что высота волны зависит от силы ветра и продолжительности его воздействия, а также от размера открытой акватории. Например, тайфун силой 12 метров может за один час создать волну средней высотой 4,2 метра на расстоянии 17 700 километров от Панамы до Малайзии. В течение 24 часов он может поднимать волны до 14 метров с той же интенсивностью без перерыва, но выше 20,7 метра он уже не может поднять волну, как бы ни старался.
Однако огромные волны, зафиксированные из космоса, были высотой более 25 метров. Утром 7 февраля 1933 года на корабль USS Ramapo, направлявшийся из Манилы в Сан-Диего, обрушилась волна высотой 34 метра! Между тем, ученые верят в существование 50-метровых волн.
Но если ветер не является причиной появления этих морских чудовищ, то что же тогда?
Океанические течения
Вторая гипотеза. Возникновение волн объясняется океаническими течениями. Считается, что сильные ветры в некоторых местах могут препятствовать океаническим течениям, образуя для них невидимый барьер. Но затем циклон внезапно покидает воду. И он взрывается, образуя чудовищный вал, уходящий в бесконечную водную даль. Эта гипотеза была бы хороша, если бы не одно но: она не может объяснить появление этих животных там, где течений нет вообще. Например, в Северном море.
Мнение уфологов
Уфологи, однако, считают, что в океанах есть области, где существуют «значительные гравитационные вариации» или, другими словами, области с переменной гравитацией. В поддержку своей версии они приводят тот факт, что на поверхности мирового океана существуют выпуклости и впадины глубиной в несколько десятков метров, наличие которых, по мнению исследователей, объясняет разницу в силе гравитации. Поэтому разумно предположить, что разница в силе тяжести может пересечь океан и «запустить» механизм для создания чудовищной волны.
Пока ученые строят догадки, гигантские волны всегда преподносят новые сюрпризы. Это происходит, когда некоторые из них постепенно поднимаются рядами из 3, 4 или даже 5 стен и могут преодолевать тысячи километров, не падая. Другие внезапно появляются, а затем снова исчезают. Почему? В настоящее время ученые не могут ответить на эти вопросы, а вынуждены ограничиваться предположениями.
Вулканические извержения как причина цунами
Но землетрясения — не единственная причина цунами. Вулканические извержения также могут быть причиной огромной волны.
7 сентября 1883 года на небольшом острове Кракатау (пролив Эресунн) произошло извержение вулкана, которое в результате серии извержений вызвало гигантскую волну в океане, сметшую не только все живое, но даже сушу близлежащих островов. В некоторых частях пролива волны достигали 35 метров.
Смертоносная волна сметала все на близлежащих островах и через 32 часа достигла Атлантического океана и Британии через Индийский океан. Однако во время путешествия он уже израсходовал всю свою силу и ярость, так что, когда он достиг английского побережья, его высота составляла всего несколько сантиметров.
«Холм высотой с корабль»
Одно из самых ранних сохранившихся описаний волны-убийцы принадлежит Христофору Колумбу в его знаменитом письме католическим королям Изабелле и Фердинанду с описанием его третьей экспедиции. Целью письма было доказать его заслуги перед короной, поскольку у великого исследователя нового континента было слишком много критиков и ему приходилось прилагать особые усилия, чтобы избежать королевской немилости. В своем письме Колумб описал, сколько стран он открыл и присоединил к Испании, есть ли в морях этих стран золото и жемчуг, какие племена он встретил и были ли они опасными или дружественными. В то же время он счел необходимым описать свою встречу с одной гигантской волной, настолько велико было его потрясение от увиденного. Это произошло у острова Тринидад. Вот его описание:
«Я бросил якорь у мыса за пределами пролива и увидел, что вода течет с востока на запад через пролив так же быстро, как Гвадалквивир во время прилива, днем и ночью, так что я подумал, что из-за течения в этом проливе невозможно двигаться вперед или назад из-за мелководья. Поздно вечером, когда я был на борту, я услышал страшный рев с юга. Посмотрев дальше, я увидел, что море поднимается с запада на восток, как холм на высоте корабля, и становится все ближе и ближе.
Сверху на меня надвигалась волна, с такой же силой и шумом, как и другие течения в проливе, и я боялся, что корабль опрокинется, если встретит ее. Но он прошел и подошел ко входу в пролив, где долгое время продолжалось сильное волнение».
В свою третью экспедицию Колумб отправился с шестью кораблями. Высота самой большой мачты составляла около 27 метров, что также дает представление о высоте встречавшихся волн. Описание, которое дал Колумб, типично для волн-убийц: огромная волна из ниоткуда в относительно спокойном море.
Впоследствии другие моряки время от времени сообщали об огромных волнах, намного превышающих размеры окружающего моря. Однако к этим историям относились как к морским легендам. Например, когда французский мореплаватель Дюмон д’Юрвиль сообщил на заседании Французской академии наук в 1840 году, что во время своего плавания он столкнулся с волной высотой 35 метров, аудитория не поверила ему и весело рассмеялась, хотя его спутники даже поклялись на Библии подтвердить его слова.
Существование волн-убийц было окончательно признано наукой только в конце двадцатого века. 1 января 1995 года приборы на экспериментальной нефтедобывающей платформе Dropner S, установленной на шельфе Норвежского моря, зарегистрировали волну с длиной волны 25,6 метра (расстояние от основания волны до ее гребня). Его также называли «новогодней волной» или «волной Друпнера». В то время рядом с платформой был шторм, но, согласно показаниям приборов, ширина других волн составляла 10-11 метров. Сергей Бадулин объясняет, что появление на этом фоне волны вдвое большей величины было почти невероятным событием с точки зрения классического прогнозирования. 25-метровая волна повредила конструкции Dropper S, хотя и незначительно. Во время строительства предполагалось, что такое критическое событие может произойти только раз в 10 000 лет, но волна-убийца обрушилась на Дроппер всего через год после его открытия.
Как возникают волны-убийцы?
Волны-убийцы не следует путать с цунами, вызванными землетрясениями, извержениями вулканов и оползнями. Причинами возникновения волн-убийц являются, с одной стороны, интерференция, когда происходит простое сложение независимых волн, например, с разных направлений, и, с другой стороны, нелинейное взаимодействие волн, когда волна получает дополнительную энергию от волнового фона. Оба механизма могут привести к многократному усилению высоты местных волн. То есть, если двухметровая волна накладывается на другую двухметровую волну, то в результате нелинейного взаимодействия вместо четырехметровой волны может возникнуть гораздо более высокая волна. Например, в Черном море при высоте волны в 1 метр была измерена волна-убийца в восемь метров.
Волны-убийцы появляются совершенно неожиданно, без какого-либо уведомления об их появлении. В отличие от цунами, волны-убийцы могут возникать далеко в море. Теоретически, такие волны могут возникнуть где угодно — в любом месте моря или океана, даже в зоне прибоя любого побережья. Но все еще есть места повышенного риска, где можно ожидать таких волн.
Во-первых, это морские фронты, где характеристики течений, ледяного покрова и солености воды резко меняются. В качестве наглядного примера можно привести случай с танкером в Таганрогском заливе в 1980 году, когда он двигался в потоке очень сильного Агуласского течения. Это течение берет свое начало в Индийском океане и течет с юга через Африку. Ниже приводится рассказ очевидца об этом инциденте:
«После 12 часов дня прибой также несколько ослаб и не превышал 6 дюймов. Курс корабля был уменьшен до самого низкого. Она хорошо управлялась и отлично прыгала на волне. Затопления резервуаров и палуб не наблюдалось. Внезапно, в 13:01, носовая часть судна погрузилась, и на носу, под углом 10-15° к курсу, был замечен один гребень волны, возвышающийся на 4-5 м над кормовой палубой (кормовая палуба судна находилась на высоте 12-15 м над уровнем моря — РС). Волна сразу же ударила в танк и накрыла работающих там моряков».
В результате один человек погиб, а капитан судна предстал перед судом. Суд запросил экспертное заключение Игоря Лавренова, аспиранта Арктического и Антарктического института, который объяснил, что волны-убийцы возникают в районе таких течений, но они не учитываются в руководстве, потому что их невозможно предсказать. Капитан танкера был впоследствии оправдан.
Во-вторых, это заливы и проливы с неровными берегами, где волны могут разбиваться многократно и причудливым образом. Волна-убийца может возникнуть, когда направление ветра направлено против ветра или под острым углом к течению. В результате волны замедляются течением. Сергей Бадулин объясняет, что в такой ситуации течение и ветер могут работать вместе, создавая огромную разрушительную волну. Возможно, именно такую волну наблюдал Колумб. Его экспедиция обогнула остров Тринидад с юга и подошла к заливу Пария со стороны дельты Ориноко. В момент столкновения с огромной волной корабли находились недалеко от пролива, который сейчас называется проливом Колумба. Течение, по его описанию, шло с востока на запад, а волна — с юга.
Волны-убийцы и наука
Волны-убийцы, похоже, стали причиной гибели многих кораблей. Ученые ретроспективно подсчитали, что за 25 лет — с 1969 по 1994 год — они стали причиной гибели или серьезных повреждений 22 танкеров и смерти 525 человек только в Тихом и Атлантическом океанах. Только в 2005 году было зарегистрировано девять встреч с волнами-убийцами, шесть из которых произошли вблизи побережья, а три — в море. В результате более сотни домов были смыты на берег, четыре человека погибли, а круизные суда Explorer, Grand Voyager и Norwegian Dawn пришлось подвергнуть масштабному ремонту. Последнее судно столкнулось с волной высотой 21 метр, вода залила каюты, многие пассажиры получили травмы.
Исследователи изучают опасное явление и пытаются понять, как предсказать возникновение волн-убийц. Данные спутниковой альтиметрии показывают, что средняя высота волн за последние 30 лет увеличилась на 30 сантиметров, что составляет 15% от средней высоты волн в океане, составляющей около 2 метров. Это может означать, что волны-убийцы также увеличиваются.
Существует три источника знаний об этих волнах: Наблюдение, эксперимент и моделирование. Наука достигла значительного прогресса во всех трех областях. В 2000 году был запущен международный европейский проект MaxWave для изучения волн-убийц с помощью различных методов, включая спутниковые снимки. Разрешение этих изображений очень высокое — несколько метров. В результате проведенного анализа ученые обнаружили, что всего за три недели в море образовалось более 10 огромных отдельных волн высотой более 25 метров.
Моделирование достаточно хорошо объясняет, как могут образовываться такие волны. В 2019 году ученые смогли создать модель «новогодней волны» в небольшом искусственном бассейне. Они расположили источники волн так, чтобы волны встречались под разными углами, и обнаружили, что одна высокая волна может образоваться, когда волны разной амплитуды встречаются под большим углом — между 60 и 120°. В противном случае, прежде чем волны достигнут определенной высоты и крутизны, они обрушатся, как оползень на склоне горы.
Однако, несмотря на накопленные знания, точно предсказать возникновение волны-убийцы по-прежнему практически невозможно. Но мы знаем больше о его потенциальных размерах, силе и «любимых местах». Все это можно учесть при проектировании судов и планировании морских маршрутов. Одной из перспективных разработок, по словам Сергея Бадулина, является система, которая якобы отслеживает волны перед судном и автоматически рекомендует определенные действия при появлении признаков волны-убийцы.
Первый контакт
Существование волн-убийц было впервые задокументировано относительно недавно.
В 1995 году нефтяная платформа Droepner в Северном море зафиксировала необычную волну, появившуюся из ниоткуда. Его высота составляла 25 метров, хотя волны в этом регионе редко бывают выше 12 метров. До этого случая не было никаких научных или документальных доказательств существования волн-убийц, хотя о них ходили многочисленные рассказы. Сама волна была названа «Новогодней», поскольку инцидент произошел 1 января. Удар волны был достаточно сильным, чтобы разрушить платформу.
- В 1933 году корабль ВМС США попал под волну высотой 34 метра.
- В 1966 году на итальянский лайнер «Микеланджело» обрушилась «белая» волна высотой 20 метров. Судно получило повреждения, а двух пассажиров смыло за борт.
- В 1995 году, через несколько месяцев после платформы «Дропнер», очередную волну-убийцу зафиксировал экипаж лайнера «Королева Елизавета II».
- За 4 года до этого российский рыболовный траулер «Картли» стал жертвой «белой» волны: у берегов острова Гиа (Шотландия) судно выбросило на мель, четыре члена экипажа погибло.
- Последний известный случай «нападения» волны-убийцы зафиксирован в 2014 году в Ла-Манше. Тогда погиб один человек.
Волны-убийцы представляют опасность для судов и морских сооружений из-за сильного давления (до 10 атмосфер). Корпус большинства кораблей не выдержал бы такого удара, и корабль быстро затонул бы. По этой причине проблема расчета этих блуждающих волн имеет большое значение для судоходной отрасли.
Причины возникновения
Почему и как возникают эти волны, до конца не ясно. В отличие от цунами, они не основаны на подводных землетрясениях или оползнях. Более того, цунами образуется только вблизи побережья, но непонятно, как волна высотой в несколько десятков метров вдруг появляется посреди океана. Ученые объясняют это сочетанием факторов, особенно постоянно меняющейся динамикой поверхностных волн.
В лабораторных условиях удалось изготовить прототипы волновых убийц — солитонных замораживателей Перегрина. Понять их природу могут только ученые-физики, а получили прототип сотрудники Балтийского федерального университета имени Канта Артем и Валериан Юровы. По словам исследователей, магнитные поля и квантовая электроника помогут смоделировать волну-убийцу.
Самая простая гипотеза о рассеянных волнах в океане заключается в том, что волны от одного течения сталкиваются с волнами от другого течения. Это приводит к уменьшению длины волны и увеличению высоты волны. Если период этих колебаний достаточно велик, то в конечном итоге образуется огромная бегущая волна.
Согласно другой теории, за это «ответственны» особенности побережья и морского дна. Есть подозрение, что где-то есть специальные рельефы, которые направляют малые и средние волны так, что они сливаются в одну большую волну.
Некоторые исследователи считают, что волны-убийцы — это вовсе не явление, а просто часть процесса волнообразования в океанах. Чем больше волна, тем реже она возникает и тем реже мы ее видим.
В конце января 2019 года команда исследователей из Оксфордского университета впервые смогла воссоздать процесс формирования волны-убийцы. Оказалось, что когда группы маленьких волн встречаются под углом 120 градусов, они объединяются, образуя гигантскую волну. Эксперимент поможет вычислить рождение морских чудовищ на зародышевой стадии.
Они повсюду!
Наблюдения со спутника показали, что частота волн-убийц не так уж необычна. Несколько таких волн с пиковой высотой от 20 до 30 метров ежедневно возникают во всех океанах Земли.
В 2004 году в течение трехнедельного периода наблюдений в Южной Атлантике было зарегистрировано более 10 волн высотой более 25 метров. Профессор Наиль Ахмедиев (Австралийский национальный университет) показал, что в любой момент времени в океанах существует не менее 10 бегущих волн.
- «Водная стена» — гигантская волна, проходящая до 10 километров по океану до своего исчезновения.
- «Три сестры» — группа из трех гигантских волн.
- «Одиночка» — гигантская волна, в четыре раза превышающая по высоте штормовые волны и существующая несколько секунд.
Также было показано, что волны-убийцы могут возникать не только в океане, но и в более мелких водоемах. Например, в озере Верхнее, самом большом и глубоком из Великих озер (США). Говорят, что в 1975 году группа таких волн уничтожила пароход «Эдмунд Фицджеральд». Всего было три волны («три сестры»), которые вместе затопили корабль тоннами воды, что привело к гибели судна и 29 членов экипажа. Однако версия с волной-убийцей — лишь одна из многих.
До сих пор в судостроении не учитывалось воздействие сильных гигантских волн. В среднем, современный корабль рассчитан на нагрузку до 15 тонн на квадратный метр, но волна-убийца намного превышает этот предел: ее давление может достигать 100 тонн на квадратный метр. Ожидается, что каждому судну хотя бы раз в течение 25-летнего срока службы будет угрожать 20-метровая волна-убийца.
