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.

Колебания, распространяющиеся в пространстве с течением времени, называются волнами. Волновой процесс не сопровождается переносом массы, а лишь переносом энергии. То есть, колеблющиеся вертикально частицы воды не перемещаются горизонтально, происходит лишь изменение их энергии

Волны бывают различными - на поверхности жидкости, звуковыми, электромагнитными. Но сейчас мы сосредоточимся на волнах, возникающих на морских просторах. Как явствует из определения, волны возникают, когда некие образовавшиеся колебания начинают распространяться в пространстве. А чтобы эти самые колебания возникли, необходимо действие внешней силы. В зависимости от того, какая внешняя сила является причиной возникновения колебаний (а значит и волн), различают волны трения, барические волны, сейсмические, стоячие и приливные.

К волнам трения относят ветровые волны и внутренние. Ветровые волны возникают на границе воздух - вода. Когда дует ветер , слои воздуха периодически воздействуют на поверхность воды и вызывают ее колебания. Колебания распространяются в пространстве и по морю бегут волны. Обычно их высота не более четырех метров, но в случае штормовых ветров возрастает до пятнадцати метров и выше. Наибольшей высоты волны могут достигать в полосе западных ветров Южного полушария - до 25 метров.

Появлению волн на поверхности моря предшествует рябь. Она возникает при скорости ветра менее одного метра в секунду. С увеличением скорости возрастает величина волн. Высокие и крутые ветровые волны носят образное имя толчея. Когда ветер стихает, волнение еще какое- то время продолжается по инерции, в этом случае говорят, что на море зыбь. Волна, бегущая по мелководью на берег, называется прибоем. В этот процесс вовлекаются значительные массы воды, даже когда высота волны не очень велика. При выходе ее на прибрежное мелководье, частицы воды из- за большого значения энергии, начинают двигаться по горизонтали, взад и вперед, неся с собой камни и песок. Каждый, кто купался в море, знает как бьют эти камешки по ногам. Достаточно сильный прибой в состоянии тащить огромные валуны.

Внутренние волны

Внутренние волны (подводные) возникают под поверхностью моря, на границе двух слоев воды с различными свойствами. Капитан Немо был не совсем точен и слишком идеализировал океан , когда утверждал, что внутри него царит покой. Водная толща океана неоднородна, она состоит из разных слоев. Физические характеристики их (температура, соленость, плотность) меняются от слоя к слою неравномерно, на границе между ними и образуются внутренние волны. Впервые они были обнаружены норвежским полярным исследователем, доктором зоологии, основателем физической океанографии Фритьофом Ведель- Ярлсбергом Нансеном (1861 - 1930 г.г.). Во время плавания на судне "Фрам" на Северный Полюс, Нансен наблюдал в Северном Ледовитом океане периодические изменения температуры и солености морской воды на одной и той же глубине.

Подобные волны могут возникать вблизи устьев рек, в проливах с двухслойными течениями, у кромки тающих льдов. Высота внутренних волн может в десятки раз превышать высоту волн на поверхности, но по скорости они уступают поверхностным. Эти волны несут опасность подводным лодкам, размывают портовые сооружения (волнорезы, дебаркадеры, причалы), способны рассеивать звуковые волны. Такие волны хорошо видны со спутника (на фото). Обычно они невелики, но в проливе Лусон, между Филиппинами и Тайванем, достигают 170 метров в высоту. Это объясняется особенностями водных потоков и рельефом дна.

Барические волны возникают из- за быстрой смены атмосферного давления в местах прохождения циклонов. Это одиночные волны, способные пройти сотни, а то и тысячи километров от места своего возникновения и неожиданно броситься на берег, смывая все на своем пути. Так в сентябре 1935 года барическая волна высотой девять метров обрушилась на берег Флориды и унесла 400 человеческих жизней. Образование таких волн не редкость на побережьях Индии, Китая, Японии.

Сейсмические волны возникают в результате активных процессов в недрах Земли - землетрясений, извержений подводных вулканов, образования трещин и разломов в земной коре на океаническом дне. В результате образуются специфические волны, невысокие в открытом океане и вырастающие до колоссальных размеров при приближении к берегу - цунами . Обычно предвестником появления такой аномальной волны является резкое отступление моря на несколько километров от берега. Это сигнал опасности - море вернется в виде безумствующего пенящегося чудовища, несущего смерть и разрушения. Впрочем, о a href="/tcunami">цунами на нашем сайте есть отдельная статья и мы будем рады, если Вы обратитесь к ней.

Приливные волны

В результате действия гравитационных сил на водную оболочку Земли со стороны Солнца и Луны образуются приливные волны. Эти волны чаще всего невелики, в открытом океане их высота до двух метров. У берега она возрастает. Максимальной величины высота прилива достигает на Атлантическом побережье Северной Америки - до 18 метров. В нашем Охотском море - почти 13 метров. Самое сильное воздействие наблюдается в новолуние и полнолуние, когда складываются гравитационные притяжения Солнца и Луны. В это время приливы становятся максимально высокими, а отливы - низкими.

Во внутренних морях приливная волна и вовсе незначительна, так на Балтике у Санкт- Петербурга ее высота составляет пять сантиметров. А вот в некоторых реках движение ее представляет собой замечательную картину. Например, в Амазонке (на фото), когда приливная волна движется против течения и ее высота достигает пяти метров. Это явление ощущается на расстоянии 1400 километров от устья.

Стоячие волны (сейши) появляются как результат интерференции (сложения) волн, возникающих под действием внешних сил (ветровых, барических) и волн, отраженных от уступов берега или подводных препятствий достаточной протяженности.

Сейши

Такие волны вырастают в высоту, чередуя гребень с впадиной и остаются на месте, поднимаясь и опускаясь. Их легко смоделировать в ванне, если совершать вертикальные колебательные движения на поверхности воды, например, периодически опуская в воду крышку от сливного отверстия ванны. Через некоторое время установятся правильно распределенные во времени и пространстве остроконечные валы, стоящие на одном месте. Это и есть объект наших исследований.

Сейши возникают в неожиданных местах, где, казалось бы, нет отраженных волн, так как препятствия не видны, они находятся под поверхностью воды. Они могут быть причиной гибели морских судов. В частности, такая версия существует для района таинственного и ужасного Бермудского треугольника, как одно из возможных объяснений исчезновения кораблей. Это место вообще считается сложным для судоходства в связи с различными факторами - наличие мелководных выступов, слияние нескольких морских течений с разной температурой воды, сложным рельефом дна. Здесь континентальный шельф сперва постепенно углубляется, а затем внезапно уходит на приличную глубину. Подводная топография региона оказывает влияние на образование стоячей волны. Она возникает при ясной безветренной погоде и поэтому коварна вдвойне. Современное многотонное судно, поднятое такой волной, расколется на части под действием собственной силы тяжести и исчезнет с поверхности в считанные минуты.

Морские волны - одно из завораживающих природных явлений. Их бесконечное разнообразие и вечное движение успокаивает, заряжает энергией. Недаром еще народам древних цивилизаций были известны целительные свойства талассотерапии (морелечения). Солевой состав крови человека близок к составу морской воды, эта стихия родственна нам, а в шуршании прибоя о берег чудится биение большого и доброго сердца.

Друзья! Мы потратили много сил на создание проекта. При копировании материала, пожалуйста, ставьте ссылку на оригинал!

6. Морские волны.

© Владимир Каланов,
"Знания-сила".

Поверхность моря всегда подвижна, даже при полном безветрии. Но вот подул ветер, и на воде сразу появляется рябь, которая переходит в волнение тем быстрее, чем сильнее дует ветер. Но какой бы силы ни был ветер, он не может вызвать волны больше определённых наибольших размеров.

Волны, возникающие от ветра, считаются короткими. В зависимости от силы и продолжительности ветра их длина и высота колеблются от нескольких миллиметров до десятков метров (в шторм длина ветровых волн доходит до 150-250 метров).

Наблюдения за поверхностью моря показывают, что волнение становится сильным уже при скорости ветра более 10 м/с, при этом волны поднимаются до высоты 2,5-3,5 метров, обрушиваясь с грохотом на берег.

Но вот ветер переходит в шторм , и волны достигают огромных размеров. На земном шаре много мест, где дуют очень сильные ветры. Например, в северо-восточной части Тихого океана восточнее Курильских и Командорских островов, а также к востоку от главного японского острова Хонсю в декабре-январе максимальные скорости ветров составляют 47-48 м/с.

В южной части Тихого океана максимальные скорости ветров отмечаются в мае в районе к северо-востоку от Новой Зеландии (49 м/с) и вблизи Южного полярного круга в районе островов Баллени и Скотта (46 м/с).

Нами лучше воспринимаются скорости, выражённые километрами в час. Так вот скорость 49 м/с составляет почти 180 км/ч. Уже при скорости ветра более 25 м/с поднимаются волны высотой 12-15 метров. Такая степень волнения оценивается 9–10 баллами как жестокий шторм.

Замерами установлено, что высота штормовой волны в Тихом океане достигает 25 метров. Имеются сообщения, что наблюдались волны высотой около 30 метров. Правда, эта оценка сделана не на основании инструментальных замеров, а приблизительно, на глаз.

В Атлантическом океане максимальная высота ветровых волн достигает 25 метров.

Длина штормовых волн не превышает 250 метров.

Но вот шторм прекратился, стих ветер, а море всё не успокаивается. Как отголосок шторма на море возникает зыбь . Волны зыби (их длина достигает 800 метров и более) перемещаются на огромные расстояния в 4-5 тысяч км и со скоростью 100 км/ч, а иногда и выше, подходят к берегу. В открытом море низкие и длинные волны зыби незаметны. При подходе к берегу скорость движения волны из-за трения о дно снижается, но высота возрастает, передний склон волны делается круче, на вершине появляется пена, и гребень волны с грохотом обрушивается на берег – так возникает прибой – явление столь же красочное и величественное, сколь и опасное. Сила прибоя бывает колоссальной.

Столкнувшись с препятствием, вода вздымается на большую высоту и повреждает маяки, портовые краны, волноломы и другие сооружения. Выбрасывая со дна камни, прибой может повредить даже самые высокие и удалённые от берега части маяков и зданий. Был случай, когда прибой сорвал колокол с одного из английских маяков с высоты 30,5 метров над уровнем моря. Прибой на нашем озере Байкал иногда в штормовую погоду бросает камки весом до тонны на расстояние 20-25 метров от берега.

Чёрное море во время штормов в районе Гагры за 10 лет размыло и поглотило береговую полосу шириной в 20 метров. При подходе к берегу волны начинают свою разрушительную работу с глубины, равной половине их длины в открытом море. Так, при длине штормовой волны 50 метров, характерной для таких морей, как Чёрное или Балтийское, воздействие волн на подводный береговой склон начинается на глубине 25 м, а при длине волны 150 м, характерной для открытого океана, такое воздействие начинается уже на глубине 75 м.

Направления течений влияют на размеры и силу морских волн. При встречных течениях волны короче, но выше, а при попутных – наоборот, высота волн уменьшается.

Вблизи границ морских течений часто возникают волны необычной формы, напоминающей пирамиду, и опасные водовороты, которые внезапно появляются и так же внезапно исчезают. В таких местах судовождение становится особенно опасным.

Современные корабли обладают высокими мореходными качествами. Но бывает так, что, преодолев многие мили по бушующему океану, корабли оказываются ещё в большей опасности, чем в море, когда приходят в родную бухту. Могучий прибой, ломающий многотонные железобетонные волноломы дамбы, способен превратить даже крупный корабль в груду металла. В шторм лучше повременить с заходом в порт.

Для борьбы с прибоем специалисты в некоторых портах пробовали использовать воздух. Стальная труба с многочисленными мелкими отверстиями укладывалась на дно моря у входа в бухту. Воздух под большим давлением подавался в трубу. Вырываясь из отверстий, потоки пузырьков воздуха поднимались к поверхности и разрушали волну. Этот метод не нашёл пока широкого применения из-за недостаточной эффективности. Известно, что дождь, град, лёд и заросли морских растений успокаивают волнение и прибой.

Моряки давно заметили также, что вылитый за борт жир сглаживает волны и снижает их высоту. Лучше всего действует животный жир, например, китовая ворвань. Эффект от действия растительных и минеральных масел значительно слабее. Опыт показал, что 50 см 3 масла достаточно для того, чтобы уменьшить волнение на площади в 15 тысяч квадратных метров, то есть 1,5 гектара. Даже тонкий слой масляной плёнки заметно поглощает энергию колебательных движений частиц воды.

Да, всё это так. Но, Боже упаси, мы ни в коем случае не рекомендуем капитанам морских судов перед рейсом запасаться рыбьим или китовым жиром для того, чтобы потом выливать эти жиры в волны для успокоения океана. Ведь так дело может дойти до такого абсурда, что кто-то начнёт сливать в море и нефть, и мазут, и дизельное топливо, чтобы умилостивить волны.

Нам представляется, что лучший способ борьбы с волнами заключается в хорошо поставленной метеослужбе, заблаговременно оповещающей корабли о предполагаемом месте и времени возникновения шторма и предполагаемой его силе, в хорошей навигационной и лоцманской подготовке моряков и берегового персонала, а также в постоянном совершенствовании конструкции кораблей с целью повышения их мореходных качеств и технической надёжности.

Для научных и практических целей нужно знать полную характеристику волн: их высоту и длину, скорость и дальность их перемещения, мощность отдельного водяного вала и энергию волнения в конкретном районе.

Первые измерения волн были выполнены в 1725 году итальянским учёным Луиджи Марсильи. В конце XVIII – в начале XIX веков регулярные наблюдения за волнами и их измерение проводили русские мореплаватели И. Крузенштерн, О. Коцебу и В. Головин во время своих плаваний по Мировому океану. Техническая база измерений в те времена была очень слабой, специальных приборов для измерения волн на тогдашних парусниках, конечно, не было.

В настоящее время для этих целей, существуют очень сложные и точные приборы, которыми оснащаются исследовательские суда, выполняющие в океане не только замеры параметров волн, но и гораздо более сложные научные работы. Океан поныне хранит очень много тайн, раскрытие которых могло бы принести значительную пользу всему человечеству.

Когда говорят о скорости перемещения волн, о том, что волны набегают, накатываются на берег, нужно понимать, что перемещается не сама водная масса. Частицы воды, составляющие волну, поступательного движения практически не совершают. Перемещается в пространстве только форма волны, а частицы воды в волнующемся море совершают колебательные движения в вертикальной и, в меньшей степени, в горизонтальной плоскости. Сочетание того и другого колебательных движений приводит к тому, что фактически частицы воды в волнах движутся по круговым орбитам, диаметр которых равен высоте волны. Колебательные движения частиц воды быстро убывают с глубиной. Точные приборы показывают, например, что при высоте волны в 5 метров (штормовая волна) и длине 100 метров, на глубине в 12 метров диаметр волновой орбиты частиц воды равен уже 2,5 метра, а на глубине 100 метров – всего 2 сантиметра.

Длинные волны, в отличие от коротких и крутых, передают своё движение на большие глубины. На некоторых фотоснимках океанского дна вплоть до глубины 180 метров исследователи отмечали наличие песчаной ряби, образовавшейся под влиянием колебательных движений придонного слоя воды. Это значит, что и на такой глубине поверхностное волнение океана даёт о себе знать.

Нужно ли доказывать, какую опасность для кораблей представляет штормовая волна?

В истории мореплавания трагических случаев на море не счесть. Погибали и маленькие баркасы, и быстроходные парусники вместе с командами. Не застрахованы от коварной стихии и современные океанские лайнеры.

На современных океанских кораблях среди прочих устройств и приборов, обеспечивающих безопасное плавание, используются успокоители качки, не позволяющие судну получить недопустимо большой крен на борт. В одних случаях для этого используются мощные гироскопы, в других – выдвигающиеся подводные крылья, выравнивающие положение корпуса судна. Компьютерные системы на кораблях находятся в постоянной связи с метеорологическими спутниками и другими космическими аппаратами, подсказывающими штурманам не только места и силу штормов, но и наиболее благоприятный курс в океане.

Кроме поверхностных волн, в океане бывают и внутренние волны. Они образуются на границе раздела между двумя слоями воды разной плотности. Эти волны перемещаются медленнее поверхностных, но могут иметь большую амплитуду. Обнаруживают внутренние волны по ритмичным изменениям температуры на разных глубинах океана. Явление внутренних волн изучено пока недостаточно. Точно лишь установлено, что на границе между слоями с меньшей и большей плотностью возникают волны. Ситуация может выглядеть так: на поверхности океана полный штиль, а на какой-то глубине бушует шторм, по длине внутренние волны разделяются, как и обычные поверхностные, на короткие и длинные. У коротких волн длина намного меньше глубины, а у длинных, наоборот, длина превышает глубину.

Причин для появления внутренних волн в океане много. Границу раздела между слоями с разной плотностью может вывести из равновесия и движущееся крупное судно, и поверхностные волны, и морские течения.

Длинные внутренние волны проявляют себя, например, в таким образом: слой воды, являющийся водоразделом между более плотной («тяжёлой») и менее плотной («лёгкой») водой сначала медленно, часами поднимается, а затем неожиданно падает почти на 100 метров. Такая волна очень опасна для подводных лодок. Ведь если подводная лодка опустилась на определённую глубину, значит она уравновесилась слоем воды определённой плотности. И вдруг, неожиданно под корпусом лодки возникает слой менее плотной воды! Лодка немедленно проваливается в этот слой и опускается до той глубины, где менее плотная вода сможет её уравновесить. Но глубина может оказаться такой, где давление воды превысит прочность корпуса подводного корабля, и он будет в считанные минуты раздавлен.

По заключению американских специалистов, расследовавших причины гибели атомной субмарины «Трешер» в 1963 году в Атлантическом океане, этот подводный крейсер оказался именно в такой ситуации и был раздавлен огромным гидростатическим давлением. Свидетелей трагедии, естественно, не осталось, но версия о причине катастрофы подтверждается результатами наблюдений, проведённых научно-исследовательскими кораблями в районе гибели субмарины. А наблюдения эти показали, что здесь нередко возникают внутренние волны высотой более 100 метров.

Особый вид представляют собой волны, возникающие на море при перемене атмосферного давления. Они называются сейши и микросейши . Их изучением занимается океанология.

Итак, мы поговорили и о коротких, и о длинных волнах на море, как о поверхностных, так и внутренних. А теперь вспомним, что в океане возникают длинные волны не только от ветров и циклонов, но и от процессов, протекающих в земной коре и даже в более глубоких районах «нутра» нашей планеты. Длина таких волн многократно превосходит самые длинные волны океанской зыби. Эти волны называются цунами . По высоте волны цунами не намного превосходят большие штормовые волны, но длина их достигает сотен километров. Японское слово «цунами» означает в приблизительном переводе «портовая волна» или «прибрежная волна» . В какой-то мере это название передаёт суть явления. Дело в том, что в открытом океане цунами не представляет никакой опасности. На достаточном удалении от берегов цунами не буйствует, не производит разрушений, её невозможно даже заметить или ощутить. Все беды от цунами происходят на берегу, в портах и гаванях.

Возникает цунами чаще всего от землетрясений, вызванных перемещением тектонических плит земной коры, а также от сильных извержений вулканов.

Механизм образования цунами чаще всего таков: в результате смещения или разрыва участка земной коры происходит внезапный подъём или опускание значительного участка морского дна. Вследствие этого происходит быстрое изменение объёма водного пространства, и в воде возникают упругие волны, распространяющиеся со скоростью около полутора километров в секунду. Эти мощные упругие волны и порождают цунами на поверхности океана.

Возникнув на поверхности, волны цунами кругами разбегаются от эпицентра. В месте возникновения высота волны цунами невелика: от 1 сантиметра до двух метров (иногда до 4-5 метров), но чаще в пределах от 0,3 до 0,5 метра, а длина волны огромна: 100-200 километров. Незаметные в океане, эти волны, подойдя к берегу, подобно ветровым волнам, становятся круче и выше, достигая иногда высоты 10-30 и даже 40 метров. Обрушившись на берег, цунами уничтожают и разрушают всё на своём пути и, что самое страшное, несут гибель тысячам, а иногда десяткам и даже сотням тысяч людей.

Скорость распространения цунами может быть от 50 и до 1000 километров в час. Измерения показывают, что скорость волны цунами меняется пропорционально квадратному корню от глубины моря. В среднем цунами несётся по открытому простору океана со скоростью 700-800 километров в час.

Цунами не относятся к регулярным явлениям, но они случаются не так уже редко.

В Японии уже более 1300 лет ведётся регистрация волн цунами. В среднем на Страну восходящего Солнца разрушительные цунами обрушивались каждые 15 лет (мелкие, не имевшие серьёзных последствий цунами не учитываются).

Больше всего цунами возникает в бассейне Тихого океана. Цунами бушевали на Курильских, Алеутских, Гавайских, Филиппинских островах. Набрасывались они и на побережье Индии, Индонезии, Северной и Южной Америки, а также на страны Европы, расположенные на атлантическом побережье и в Средиземноморье.

Последним самым разрушительным нашествием цунами было страшное наводнение 2004 года с огромными разрушениями и человеческими жертвами, которое имело сейсмические причины и зародилось в центре Индийского океана.

Для того, чтобы иметь представление о конкретных проявлениях цунами можно обратиться к многочисленным материалам, которые описывают это явление.

Мы приведём лишь несколько примеров. Вот как описывались в прессе результаты землетрясения, случившегося в Атлантическом океане невдалеке от Пиренейского полуострова 1 ноября 1755 года. Страшные разрушения произвело оно в столице Португалии Лиссабоне. До сих пор в центре города возвышаются руины когда-то величественного здания женского монастыря Кармо, которое так и не было восстановлено. Эти руины напоминают жителям Лиссабона о трагедии, пришедшей в город 1 ноября 1755 года. Вскоре после землетрясения море отступило, а затем на город обрушилась волна высотой 26 метров. Многие жители, спасаясь от падающих обломков зданий, покинули узкие улицы города и собрались на широкой набережной. Нахлынувшая волна смыла в море 60 тысяч человек. Лиссабон не был полностью затоплен потому, что он расположен на нескольких высоких холмах, но по низменным местам море залило сушу на расстояние до 15 километров от берега.

27 августа 1883 года произошло мощное извержение вулкана Кратау, находящегося в Зондском проливе Индонезийского архипелага. В небо поднялись тучи пепла, возникло сильнейшее землетрясение, породившее волну высотой 30-40 метров. За несколько минут эта волна смыла в море все посёлки, расположенные на низких берегах западной части Явы и юга Суматры, погибло 35 тысяч человек. Со скоростью 560 километров в час волны цунами прокатились через Индийский и Тихий океаны, достигнув берегов Африки, Австралии и Америки. Даже в Атлантическом океане, несмотря на его изолированность и удалённость в отдельных местах (Франция, Панама) был отмечен некоторый подъём воды.

15 июня 1896 года набежавшие волны цунами разрушили на восточном побережье Японского острова Хонсю 10 тысяч домов. В результате погибло 27 тысяч жителей.

Бороться с цунами невозможно. Но можно и нужно минимизировать урон, который они приносят людям. Поэтому теперь во всех сейсмически активных районах, где существует угроза образования волн цунами, созданы специальные службы предупреждения, оснащённые необходимой аппаратурой, принимающей с расположенных в разных местах побережья чувствительных сейсмографов сигналы об изменении сейсмической обстановки. Население таких районов регулярно инструктируется по правилам поведения при угрозе появления волн цунами. Службы предупреждения о цунами в Японии и на Гавайских островах уже не раз своевременно подавали тревожные сигналы о приближении цунами, чем спасли не одну тысячу человеческих жизней.

Все виды течений и волн характеризуются тем, что они несут в себе колоссальную энергию – тепловую и механическую. Но использовать эту энергию человечество не в состоянии, если, конечно, не считать попыток использования энергии приливов и отливов. Кто-то из учёных, вероятно, любитель статистики, подсчитал, что мощность морских приливов превышает 1000000000 киловатт, а всех рек земного шара – 850000000 киловатт. Энергия одного квадратного километра штормящего моря оценивается миллиардами киловатт. Что это означает для нас? Только то, что человек не может использовать и миллионную часть энергии приливов и штормов. В какой-то мере люди используют энергию ветра для получения электричества и других целей. Но это, как говорится, уже другая история.

© Владимир Каланов,
"Знания-сила"

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.

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.