На протяжении столетий моряки рассказывали о гигантских волнах, способных поглотить или разрушить судно любой величины. Долгое время эти рассказы считались лишь морскими байками, однако в конце 20-го века ученые получили реальные доказательства того, что подобные природные явления действительно существуют. Название такие волны получили соответствующее – волны-убийцы.

История изучения волн-убийц

Впервые о волнах-убийцах, которые также именуют блуждающими волнами, волнами-монстрами и белыми волнами, в научном обществе заговорили только 1826 году. Тогда французский путешественник-исследователь Жюль Дюмон-Дюрвиль, который также по совместительству являлся ученым-океанографом, сообщил коллегам, что в одном из путешествий стал свидетелем необычной волны высотой более 33 метров.

Однако тогда офицера подняли на смех, поскольку в 19 веке в научной среде главенствовала теория гауссова моря, основанная на функции Гаусса.

Ее брали за основу все, начиная от ведущих океанографов и заканчивая крупными кораблестроителями. Согласно этой теории даже в случае сильного шторма высота волны не может превышать 15 метров. Волна же высотой 20 метров в гауссовом море возникает только в случае совпадения множества факторов, что, в теории, может происходить лишь раз в 10 тысяч лет.

На протяжении последующих полутора столетий тема волн-убийц хоть иногда и возникала в научном сообществе, но никогда не воспринималась серьезно.

Только 1 января 1995 года, в 160 километрах от берегов Норвегии, волна-убийца была зафиксирована приборами нефтяной платформы «Дропнер». Ее высота достигала более 25 метров.

Платформа была построена таким образом, чтобы выдерживать 20-метровую волну, которая, в теории, должна возникать лишь раз в 10 тысяч лет. Однако в тот день «Дропнер» столкнулся с куда более крупным водным образованием, врезавшимся в платформу на скорости свыше 70 км/ч и повредившем ее.

Этот инцидент вызвал огромный интерес у научного сообщества и с того самого момента волны-убийцы стали одним из важнейших объектов для изучения океанографами всего мира.

Что такое волна-убийца, и какой силой она обладает

Итак, что же такое волны-убийцы и чем они отличаются от обычных волн? На самом деле это природное явление остается достаточно загадочным, в глазах ученых, и по сей день.

Упрощенно, блуждающая волна – это гигантская одиночная волна с высотой более 20 метров, которая ведет себя неестественно. Такие волны появляются внезапно и представляют реальную опасность даже для очень больших судов.

Чтобы понимать, о чем идет речь, следует обратиться к цифрам. Так, обычная 12-метровая волна создает разрывное давление в, порядка, 6 тонн на квадратный метр. Современные корабли строятся таким образом, чтобы выдерживать разрывное давление равное 15 тоннам на квадратный метр, так что даже крупные волны им не страшны.

Однако когда речь заходит о волнах-убийцах, то, по подсчетам ученых, при встрече с ними на корабль действует сила равная 100 тоннам на квадратный метр и более. Такое давление в буквальном смысле способно деформировать корпус корабля и даже уничтожить судно.

Поэтому нет ничего удивительного в том, что в прошлые столетия свидетелей этого явления было очень и очень немного – белая волна просто изничтожала суда, превращая их в щепки, так что у экипажа не было ни единого шанса на спасение.

При этом не следует путать волны-убийцы с цунами и мегацунами. Эти природные явления вызваны перемещением большой массы воды, обычно, связанным с тектоническими сдвигами или попаданием в воду крупного объекта. Цунами становятся разрушительными именно в прибрежной зоне и на самом берегу, а посреди океана не представляют никакой опасности.

Волны-монстры же возникают именно далеко от берега, причем заметно выделяются на фоне остальной водной массы, которая может быть относительно спокойной.

Не так давно ученые выяснили, что также существуют обратные волны-убийцы, представляющие собой своего рода впадины. Глубина их может в два раза превышать высоту самой большой белой волны. Причем подобные явления наблюдаются во многих областях, где возможно волновое движение, например, в оптике.

Возможные причины возникновения волн-убийц

Сегодня ученые только продолжают строить теории, относительно того, как именно образуются волны-убийцы. Процесс их изучения осложняется тем, что такие волны практически невозможно получить в искусственных условиях. Только относительно недавно исследователям удалось создать приближенную к реальности экспериментальную модель в волновом бассейне.

Но вернемся к теориям относительно происхождения блуждающих волн. Проанализировав данные об областях, где это явление наблюдалось чаще всего, ученые пришли к выводу, что волны-убийцы обычно встречаются в тех районах, где основное направление движения волн идет вразрез с направлением подводного течения.

Изредка это создает волны, которые достаточно узки, но при этом имеют внушительную высоту. Подобное явление наблюдается в таких областях, как, например, Бермудский треугольник, южное побережье Африки и северная часть Атлантического океана в районе Гольфстрима.

Однако известно, что волны убийцы возникают повсеместно, даже в озерах, к примеру, в озере Верхнем, поэтому это не может быть единственной причиной.

Другие догадки включают в себя теорию дифракционной фокусировки, подразумевающую объединение нескольких мелких волн в одну большую из-за особенностей наклона океанического дна.

Также возможно, что белые волны появляются при лобовом столкновении мелкой и крупной волны. Последняя поглощает энергию первой, но из-за удара меняет свою форму. Нечто похожее происходит согласно нелинейной теории – волна среднего размера движется и высасывает энергию мелких волн поблизости, превращаясь в гигантского монстра.

Существуют и другие теории, однако все они требуют проверки и доказательства, поэтому происхождение губительных волн-убийц на сегодняшний день по-прежнему остается загадкой.

Хрестоматийная картина Айвазовского «Девятый вал» — о жертвах стихии — знакома, наверное, каждому. Разумеется, в число произведений известного мариниста эта тема попала не случайно: за многие столетия истории мореплавания фольклор оброс легендами о гигантских водяных стенах и провалах.

Как волна-убийца опрокидывает и топит суда, многие могли видеть в голливудском фильме-катастрофе «Идеальный шторм» (The Perfect Storm) — драматической истории о том, как в Северной Атлантике восточнее Ньюфаундленда в результате столкновения двух мощных штормовых фронтов бесследно исчезает рыболовецкая шхуна «Андреа Гейл», унося с собой жизни рыбаков.

Картина Айвазовского «Девятый вал»

По словам редких очевидцев, сумевших пережить буйство стихии, такие волны нередко возникают при вполне благоприятных погодных условиях, не предвещающих, казалось бы, никакой опасности.

Достоверных фактов о чудовищных волнах, неожиданно возникающих в открытом море, сравнительно немного, но тем не менее они накапливаются и требуют объяснения. Волны-убийцы совершенно не похожи на остальные: они в 3−5 раз превышают по высоте обычные волны, рождающиеся при сильном шторме.

Это не цунами

Все наслышаны про огромные волны, называемые по‑японски цунами, что дословно означает «большая волна в гавани». Они славятся коварством и разрушительной силой.

Эти грандиозные водные валы, высота которых, как это случилось в 1958 году на Аляске, могут превышать 50 метров, возникают обычно в сейсмоактивных зонах — в результате подводных землетрясений и извержений вулканов, оползней, взрывов, резкого изменения метеоусловий. Подобное явление чаще всего встречается в прибрежных районах Японии, у нас на Дальнем Востоке, в США, Канаде, в регионе Австралии и Полинезии, а иногда даже на Карибах и в Средиземноморье. Японские манускрипты ведут хронологию цунами начиная с 684 года.

Самая страшная из известных волн цунами (24 апреля 1771 года) была зафиксирована на японском острове Исигаки (архипелаг Рюкю) и достигала высоты 85 метров. К счастью, цунами, порождаемые сейсмическими толчками на морском дне и обрушивающиеся на берег, возникают не так уж и часто. Цунами наиболее разрушительны на побережье неподалеку от места зарождения, где их энергия особенно высока. Но они могут совершать и довольно дальние «путешествия».

26 августа 1883 года мощное извержение вулкана Кракатау в Индонезии обрушило на берег волну высотой 45 метров, которая привела к гибели 36 тысяч человек. Энергетика этой катастрофы была равнозначна 500 тысячам атомных бомб типа хиросимской, но большинство разрушений и жертв, как и в случаях с другими цунами, находились на берегу или неподалеку от него. Такие волны обычно быстро затихают в открытом море и не опасны для судов. Волна, возникшая при извержении Кракатау, несколько раз обогнула земной шар, но ее высота не превышала 40 см.

«Сегодня не вызывает сомнения, — говорит крупный российский специалист по теории волн нижегородец Ефим Пеленовский, — что цунами — это результат своеобразного «поршневого» механизма колебания дна океана, вызванного землетрясением, в результате чего выталкивается вверх столб воды. Ее избыточная масса под действием силы тяжести тоже начинает колебаться и вовлекает в эту амплитуду колебаний соседние участки».

Сегодня цунами становится большой проблемой для стран, расположенных на тихоокеанском побережье. И все же гигантские волны-одиночки — это не цунами. Они никак не связаны с сейсмической активностью. Есть версия, что они могут порождаться упавшими в океан метеоритами. Так, ученые полагают, что примерно 100 000 лет назад на побережье Гавайских островов обрушилась волна 300-метровой высоты, вызванная, видимо, падением крупного метеорита. Но это, к счастью, явление чрезвычайно редкое.

Механика волны

Частицы воды благодаря их большой подвижности легко выходят из состояния равновесия под действием разного рода сил и совершают колебательные движения. Причинами, вызывающими появление волн, могут быть приливообразующие силы Луны и Солнца, ветер, колебания атмосферного давления, подводные землетрясения или деформации дна. Ветровые волны образуются за счет энергии ветра, передаваемой путем непосредственного давления воздушного потока на наветренные склоны гребней и трения о поверхность воды.

Природа образования волн на водной поверхности была хорошо изучена, смоделирована и описана европейскими учеными в первой половине XIX века. Уже тогда было ясно, что при ветре силой более двух баллов (скоростью свыше четырех узлов) потоки воздуха передают морской ряби энергию, вполне достаточную для образования настоящих волн и зыби.

Если ветер не утихает, волнение постепенно усиливается, так как колебательные движения воды получают дополнительную энергию извне. Высота волны при этом зависит не только от скорости ветра, но и от продолжительности его воздействия, а также от глубины и площади открытой воды.

В справочниках и энциклопедиях приведены высоты волн, характерные для разных океанов. Так, энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона сообщает, что самые большие волны встречаются в области западных ветров Индийского океана (11,5 м) и в восточной части Тихого океана (7,5 м). Однажды такие волны наблюдались у Азорских островов (15 м) и в Тихом океане между Новой Зеландией и Южной Америкой (14 м).

Когда волна, приходящая из открытого моря, выклинивается возвышенным дном, возникает прибой или бурун. На западном побережье экваториальной Африки и возле Мадраса в Индии волны прибоя иногда достигают 22 метров в высоту. Некоторые ученые-океанологи отрицают существование громадных волн-убийц в открытом море, считая, что объективная картина искажается в глазах перепуганных очевидцев. Из-за углубления, которое всегда идет перед волной, возникает особый эффект восприятия, усиливающийся еще и тем, что корабль располагается не горизонтально, то есть параллельно подошве волны, а наклонен к ней. В итоге высота волны может сильно преувеличиваться.

Тем не менее постоянно накапливающиеся факты доказывают обратное. Известно, что разные волны могут взаимодействовать, вызывая усиление и ослабление волнения. Наложение двух когерентных волн вызывает волну, высота которой равна сумме высот отдельных волн. Это явление называется интерференцией.

Именно интерференцией ученые объясняют возникновение в некоторых местах океана необыкновенно высоких волн. Они встречаются на «стыке» волн Атлантического и Индийского океанов — у мыса Доброй Надежды, самой южной точки африканского континента, и у мыса Игольный. Здесь встретившиеся волны начинают громоздиться одна на другую, порождая громадные валы. Моряки называют их «кейпроллерами» (от английских слов саре — мыс и roller — вал, большая волна), а океанологи — уединенными или эпизодическими волнами. Кейп-роллеры уничтожают как малые суда, так и огромные танкеры, спортивные яхты и сухогрузы, пассажирские лайнеры. Видимо, именно из-за такой волны потерпело катастрофу у восточного побережья Южной Африки советское транспортное судно «Таганрогский залив» в 1985 году.

Кейпроллеры возникают не только у южной оконечности Африки, но и в районах Ньюфаундлендской банки, у Бермудских островов, у мыса Горн, на окраинах норвежского шельфа и даже у берегов Греции. Если две интерферирующих волны встречают на пути какую-либо преграду — отмель, рифы, остров или берег — выклинивание порождает новую волну, намного превосходящую по высоте своих «родительниц». Из-за отражения волн от различных преград в результате наложения отраженной волны на прямую могут возникать так называемые стоячие волны. В отличие от бегущей волны, в стоячей не происходит течения энергии. Различные участки такой волны колеблются в одной и той же фазе, но с разной амплитудой.

Интерферируя между собой, могут сталкиваться воздушные потоки и морские течения, и тогда их энергия суммируется в виде волн. Вот почему можно встретить суперволны в Гольфстриме, Куросио и других мощных океанских течениях.

Возле пользующегося дурной славой мыса Горн происходит то же самое: быстрые течения сталкиваются с противодействующими ветрами. Однако и механизмы интерференции не могут дать исчерпывающего объяснения причин возникновения волн-великанов.

Одинокие убийцы

В разгадке секретов гигантских волн на помощь океанографам пришли физики и математики. Ефим Пелиновский изучил и описал механизм возникновения уединенных стационарных волн, которые называют солитонами (от solitary wave — уединенная волна). Главная особенность солитонов состоит в том, что эти волны-одиночки не меняют своей формы в процессе распространения, даже при взаимодействии с себе подобными. Такие волны могут распространяться на очень большие расстояния без потери своей энергии. Толща воды в океане устроена весьма непросто. Океан неоднороден по вертикали: там имеются слои разной плотности, в каждом из которых могут возникать и распространяться внутренние волны, достигающие высоты в 100 и более метров. Пелиновский считает, что во внутренних слоях океана тоже существуют солитоны, и активно занимается их исследованием и прогнозом.

Крупномасштабные атмосферные воздействия — циклоны и антициклоны — приводят к повышению или понижению поверхности океана в областях низкого и высокого давления. Эта связь получила название закона обратного барометра. Понижение атмосферного давления только на 1 мм ртутного столба может вызвать повышение уровня океана в этом месте на 13 мм. Если же давление падает на десятки миллиметров, что нередко случается во время тайфунов, то на поверхности океана появляется возвышенность в метры или десятки метров, которая, распространяясь, может породить гигантскую волну. Перепады давления могут привести к возникновению резонансных явлений, которые и служат причиной зарождения огромных волн в океане.

Математическое моделирование морских волн проводится сегодня во многих странах мира, ученые предлагают решения, весьма непохожие друг на друга, по‑разному описывая разные типы гигантских волн.

Конечно же, математические модели создаются не только ради объяснения природы волн. Ученые ставят перед собой вполне конкретную цель — научиться спасать от гибели суда и нефтегазовые сооружения на шельфе. А главное — жизнь людей. В конце 90-х Европейский союз создал проект MaxWave — с целью собрать факты и документально подтвердить существование одиночных громадных волн, а также отслеживать, моделировать и прогнозировать их появление, чтобы информировать моряков об опасности. Подобный проект по мониторингу гигантских волн выполняет в США Управление морских исследований, в котором накапливаются постоянные наблюдения, полученные при помощи авиации, спутников и радаров.

Научные исследования показали, что в среднем одна из 23 волн существенно превосходит другие по своим параметрам. Статистика свидетельствует, что одна уединенная волна, втрое превосходящая по своим параметрам обычную, приходится на 1175 волн, а четырехкратное превышение встречается у одной волны из 300 тысяч нормальных. Однако статистика, к сожалению, не позволяет предсказать появление волны-убийцы.

Последние наблюдения ученых доказывают, что волны-гиганты — не такая уж редкость, и их существование следует учитывать при проектировании судов. В университете Глазго составлен каталог недавних морских катастроф, вызванных волнами-убийцами. Из 60 сверхкрупных судов, затонувших в период с 1969 по 1994 год, 22 грузовых судна длиной более 200 метров стали жертвами гигантских волн. Они проламывали главный грузовой люк и затапливали главный трюм. В этих кораблекрушениях погибло 542 человека. В большой опасности оказываются и нефтяники, так как добыча постепенно перемещается на океанский шельф, а при проектировании нынешних морских платформ и плавучих буровых существование гигантских волн-убийц явно не бралось в расчет.

Александр Петроченков

Статья «Тридевятый вал» опубликована в журнале «Популярная механика» (№6, Июнь 2004).

https://www.popmech.ru/science/8221-tridevyatyy-val-volny-ub...

(с.) журнал «Популярная механика»

Самые высокая цунами была зарегистрирована в 1958 году в узком заливе на Аляске; тогда вода поднялась больше чем на 500 метров в результате подводного землетрясения и особенностей рельефа залива. В открытом океане ветер поднимает на порядок меньшие волны, но их высота все равно впечатляет.

В феврале 2013 года Всемирная метеорологическая организация зарегистрировала новый рекорд высоты волны: в холодных водах северной Атлантики, между Исландией и Великобританией, автоматическая метеорологическая станция зарегистрировала волну высотой 19 метров. Скорость ветра над поверхностью океана в тот день достигала 81 км/ч. Предыдущий рекорд был зарегистрирован семью годами раньше примерно в том же районе и составил 18,275 м.

Девятнадцать метров — это шестиэтажный дом; встречу с такой волной не выдержали бы многие самые современные суда. Именно для того, чтобы ловить такие монструозные волны, и существует сеть дрейфующих буев, морских автоматических метеорологических станций (Marine Automatic Weather Stations). 19-метровую волну занесли в Книгу рекордов как «Самая большая характерная высота волны, зарегистрированную с помощью буя». Такая осторожная формулировка возникла оттого, что существуют и другие способы измерения, включая спутники, и их измерения иногда сложно сравнивать с теми, что выполняют автоматические станции-буи.

Высотой волны считается расстояние между самой высокой ее точкой и нижней точкой впереди идущей волны. Характерная высота волны рассчитывается как средняя из наиболее высокой трети волн за избранный промежуток времени, поэтому некоторые настоящие волны, бушевавшие в Атлантическом океане в феврале 2013 года, могли быть и немного выше 19 метров.

Волны-убийцы - уникум среди волн, конкурент цунами, но в открытом море.

Что такое волны-убийцы?

Это единичные, спонтанно возникающие волны, значительно превосходящие по своим характеристикам среднестатистические волны (для каждой обстановки). т.е., если представить, что средний размер волны 5 метров, то волна-убийца будет метров 15-20 и более.

В чем опасность данных волн?

Для находящегося на побережье наблюдателя такие волны не особенно опасны, только если не стоять в том месте куда она упадет - тогда может и пришибить и утащить в открытое море, да и размер у берегов они часто имеют меньший. А вот в открытом море для судов такие волны очень опасны, так как дают резкий (значительно превышающий фон) удар, и предсказать её невозможно, чтобы как-то обезопасить себя. Есть статистика, по которой с 1969 по 1994 гг. 22 грузовых судна длиной более 200-т метров утонули в результате кораблекрушения из-за волн-убийц - волной пробивало грузовой люк и происходило быстрое затопление главного трюма. Единственный способ защиты - это строить конструкции с запасом прочности выдержать такой удар, но это значительное удорожание. Сколько людей смыло с палубы такой волной вообще никто не знает.

Происхождение.

Безусловного определения причин происхождения таких волн нет, есть математические модели, общие представления, но работающей однозначной схемы нет. На самом деле, еще не так давно такие волны считались вообще мифом, так что тут еще много работы.. На мой взгляд, из описанных в интернете и литературе механизмах наиболее интересны три:

1. Интерференция. В море (океане) одновременно существует множество систем волн, которые находятся в разном колебательном цикле, и иногда они накладываются все сразу, и вот тут возникает большая волна (при этом размер волн суммируется) - на пляжу наверняка многие наблюдали, что при среднем низком уровне волн, нет-нет да и шарахнет волна раза в три побольше - вот это и есть миниатюрный вариант такой волны-убийцы.

2. Ветровое происхождение. При постоянно дующем в одном месте сильном ветре, достаточно глубокой воде, может произойти эффект накопленной мощности - это как если постоянно прикладывать некоторое усилие к системе, которая сохраняет предыдущие усилия - заводной механизм, например. Хотя, на мой взгляд, так можно объяснить просто большие волны в открытом море, но не единичные.

3. Атмосферные явления. Крупномасштабные атмосферные воздействия — циклоны и антициклоны — приводят к повышению или понижению поверхности океана в областях низкого и высокого давления. Эта связь получила название закона обратного барометра. Понижение атмосферного давления только на 1 мм ртутного столба может вызвать повышение уровня океана в этом месте на 13 мм. Если же давление падает на десятки миллиметров, что нередко случается во время тайфунов, то на поверхности океана появляется возвышенность в метры или десятки метров, которая, распространяясь, может породить гигантскую волну. Перепады давления могут привести к возникновению резонансных явлений, которые и служат причиной зарождения огромных волн в океане.

Резюмируя, можно говорить, что наиболее опасны такие волны там, где размер средней волны и так большой - шторма, места стыка течений, места где постоянные сильные ветра.

При написании в основном использовал данные из журнала "Популярная механика" (№6, июнь 2004), ни гугл немного.