Волны шатуны что такое

В 2000 году Европейское космическое агентство (ESA) запустило проект исследования волн-убийц MaxWave. Спутниковые наблюдения обнаружили, что волны-убийцы возникают в океане чуть ли не раз в два дня.

Анализ данных радаров нефтяной платформы Гома в Северном море показал, что за 12 лет в доступном поле обозрения было зафиксировано 466 волн-убийц. Теоретические расчеты показывали, что в этом регионе появление волны-убийцы могло бы происходить примерно раз в десять тысяч лет.

Что может волна-убийца

Чтобы оценить, что они могут, достаточно взглянуть на фотографию «Уильстара» выше. Поверхность, на которую обрушивается такая волна, может испытывать давление до ста тонн на квадратный метр (около 980 килопаскалей). Типичная двенадцатиметровая волна угрожает лишь шестью тоннами на квадратный метр. Большинство современных судов может выдержать до 15 тонн на квадратный метр.

По наблюдениям Национального управления океанических и атмосферных исследований США (NOAA), волны-убийцы бывают рассеивающиеся и нерассеивающиеся. Нерассеивающиеся могут проделать по морю довольно долгий путь: от шести до десяти миль. Если судно замечает волну издали, можно успеть принять какие-то меры. Рассеивающиеся же появляются буквально ниоткуда (видимо, такая волна атаковала «Таганрогский залив»), обрушиваются и исчезают.

По мнению некоторых экспертов, волны-убийцы опасны даже для низко летающих над морем вертолетов: в первую очередь, спасательных. Несмотря на кажущуюся маловероятность такого события, авторы гипотезы считают, что ее нельзя исключать и что как минимум два случая гибели спасательных вертолетов похожи на результат удара гигантской волны.

Откуда берутся волны-убийцы
Удовлетворительного ответа на этот вопрос не существует. Реальная частота их появления очевидным образом расходится с предсказанной теоретически. Было предложено несколько теорий специально для объяснения этого феномена, некоторые из них были удачны в отдельных аспектах, но ни одна пока не получила полного признания.

Некоторые эмпирические данные о том, в каких условиях возникновение волн-убийц более вероятно, все же известны. Так, если ветер гонит волны против сильного течения, то это может привести к появлению высоких крутых волн. Этим печально известно, например, течение Игольного мыса (в котором пострадал «Уильстар»). Другими зонами повышенной опасности являются течение Куросио, Гольфстрим, Северное море и прилегающие районы.

Эксперты называют следующие предпосылки для возникновения волны-убийцы: 1) область пониженного давления; 2) ветер, дующий в одном направлении более 12 часов подряд; 3) волны, движущиеся с той же скоростью, что и область пониженного давления; 4) волны, движущиеся против сильного течения; 5) быстрые волны, догоняющие более медленные волны и сливающиеся с ними вместе.

Вздорный характер волн-убийц, однако, проявляется в том, что они могут возникать и тогда, когда перечисленные условия не выполняются. В этой непредсказуемости и заключается основная загадка для ученых и опасность для моряков.

Источник

Откуда берутся гигантские волны-одиночки, способные переламывать целые суда.

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.

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».

«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.

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.

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.

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

Источник

Какая странная волна Науке до сих пор неизвестен механизм образования гигантских волн-убийц

За тысячи лет мореплавания люди научились бороться с опасностями водной стихии. Лоции указывают безопасный путь, синоптики предупреждают о штормах, спутники наблюдают за айсбергами и другими опасными объектами. Однако до сих пор непонятно, как уберечься от тридцатиметровой волны, которая неожиданно возникает без видимых причин. Еще пятнадцать лет назад загадочные волны-убийцы считались выдумкой.

Кто такие волны-убийцы

Строгое определение гласит, что волнами-убийцами считаются волны, высота которых более чем в два раза превышает значимую высоту волн. Значимая высота волн рассчитывается для заданного периода в заданном регионе. Для этого отбирается треть всех зафиксированных волн, имеющих наибольшую высоту, и находится их средняя высота.

Волны-убийцы не следует путать с цунами: цунами возникают в результате сейсмических явлений и набирают большую высоту лишь вблизи от берега, тогда как волны-убийцы могут появляться без известных причин, практически на любом участке моря, при слабом ветре и относительно небольшом волнении. Цунами опасны для береговых сооружений и судов, стоящих близко к берегу, в то время как волна-убийца может погубить любое судно или морское сооружение, которое ей подвернется.

Повреждения, нанесенные волной-убийцей норвежскому танкеру «Уильстар» в 1974 году. Изображение из отчета по проекту MaxWave.

Тем более невозможно было поверить в мистические волны, возникающие ниоткуда. Отдельные свидетельства очевидцев, даже подтвержденные фотографиями, объяснялись эффектом «у страха глаза велики». Действительно, на глаз трудно оценить высоту огромной волны, особенно находясь на атакованном ей корабле. Однако когда гигантские валы были многократно зарегистрированы приборами, наука окончательно признала их существование.

История исследования

Показания приборов на нефтяной платформе во время волны «Дропнер». Изображение компании «Статойл».

Первым надежным инструментальным свидетельством появления волны-убийцы считаются показания приборов на нефтяной платформе «Дропнер», расположенной в Северном море. Первого января 1995 года при значимой высоте волн 12 метров (что немало, но вполне обычно) вдруг возникла 26-метровая волна, обрушившаяся на платформу. Характер повреждений оборудования соответствовал указанной высоте волны.

Когда волны-убийцы получили официальное признание, ими занялись всерьез. В частности, были переоценены многие морские катастрофы. Свидетельства о волнах-убийцах, ранее не вызывавшие доверия, стали восприниматься гораздо серьезнее. Некоторые ученые предполагают, что за период с 1968 по 1994 год волны-убийцы погубили 22 супертанкера (а погубить супертанкер очень непросто). Эксперты, однако, расходятся в оценках причин многих кораблекрушений: неизвестно, участвовали ли в них волны-убийцы.

В 1980 году с волной-убийцей столкнулся российский танкер «Таганрогский залив» (см. врезку). Интересно, что в этом случае, судя по описанию, волна пришлась ровно на корабль (вообще говоря, ширина гигантских волн может достигать нескольких сот метров).

В 2001 году на юге Атлантического океана суда «Бремен» и «Каледониан стар» были атакованы несколькими тридцатиметровыми волнами, которые повредили капитанские мостики и уничтожили навигационное оборудование. В 2005 году пассажирское судно «Норвиджиан Дон» около побережья Северной Америки столкнулось с тремя волнами-убийцами, которые серьезно повредили даже верхние палубы.

В 2000 году Европейское космическое агентство (ESA) запустило проект исследования волн-убийц MaxWave. Спутниковые наблюдения обнаружили, что волны-убийцы возникают в океане чуть ли не раз в два дня.

Анализ данных радаров нефтяной платформы Гома в Северном море показал, что за 12 лет в доступном поле обозрения было зафиксировано 466 волн-убийц. Теоретические расчеты показывали, что в этом регионе появление волны-убийцы могло бы происходить примерно раз в десять тысяч лет.

Что может волна-убийца

Волна в Бискайском заливе в 1993 году (тип «белая стена»). Фото NOAA.

Чтобы оценить, что они могут, достаточно взглянуть на фотографию «Уильстара» выше. Поверхность, на которую обрушивается такая волна, может испытывать давление до ста тонн на квадратный метр (около 980 килопаскалей). Типичная двенадцатиметровая волна угрожает лишь шестью тоннами на квадратный метр. Большинство современных судов может выдержать до 15 тонн на квадратный метр.

По наблюдениям Национального управления океанических и атмосферных исследований США (NOAA), волны-убийцы бывают рассеивающиеся и нерассеивающиеся. Нерассеивающиеся могут проделать по морю довольно долгий путь: от шести до десяти миль. Если судно замечает волну издали, можно успеть принять какие-то меры. Рассеивающиеся же появляются буквально ниоткуда (видимо, такая волна атаковала «Таганрогский залив»), обрушиваются и исчезают.

Волны-убийцы могут представлять опасность даже для спасательных вертолетов. Изображение Военно-морского института США.

По мнению некоторых экспертов, волны-убийцы опасны даже для низко летающих над морем вертолетов: в первую очередь, спасательных. Несмотря на кажущуюся маловероятность такого события, авторы гипотезы считают, что ее нельзя исключать и что как минимум два случая гибели спасательных вертолетов похожи на результат удара гигантской волны.

Откуда берутся волны-убийцы

Некоторые эмпирические данные о том, в каких условиях возникновение волн-убийц более вероятно, все же известны. Так, если ветер гонит волны против сильного течения, то это может привести к появлению высоких крутых волн. Этим печально известно, например, течение Игольного мыса (в котором пострадал «Уильстар»). Другими зонами повышенной опасности являются течение Куросио, Гольфстрим, Северное море и прилегающие районы.

Эксперты называют следующие предпосылки для возникновения волны-убийцы: 1) область пониженного давления; 2) ветер, дующий в одном направлении более 12 часов подряд; 3) волны, движущиеся с той же скоростью, что и область пониженного давления; 4) волны, движущиеся против сильного течения; 5) быстрые волны, догоняющие более медленные волны и сливающиеся с ними вместе.

Вздорный характер волн-убийц, однако, проявляется в том, что они могут возникать и тогда, когда перечисленные условия не выполняются. В этой непредсказуемости и заключается основная загадка для ученых и опасность для моряков.

Источник