Морские путешественники испокон веков рассказывали страшные истории о зловещих волнах-монстрах, способных утопить даже самые крупные корабли.
Эти зыбучие горы воды, известные как аномальные или волны-убийцы, могут в два раза превышать высоту своих соседок и появляться будто из ниоткуда. Новое исследование, опубликованное в Physical Review Letters, показывает, что эти морские валы встречаются гораздо чаще, чем считалось ранее.
Первая задокументированная аномальная волна была зафиксирована 1 января 1995 года в Северном море вблизи нефтяной платформы “Драупнир”. Высота этого водяного гиганта составляла 25,6 метра – примерно 10-этажное здание! Но откуда берутся эти морские чудовища и можно ли их предсказать?
Изучив сотни гигантских волн в Южном океане (наименование совокупности южных частей Тихого, Атлантического и Индийского океанов, окружающих Антарктиду и нередко выделяемых как пятый океан, не имеющий, однако, четко очерченной островами и континентами северной границы) с борта южноафриканского ледокола S.A. Agulhas II, команда исследователей из разных стран впервые детально рассмотрела условия их образования. Ученые использовали новую трехмерную технологию сканирования поверхности воды, имитирующую человеческое зрение.
На корпусе исследовательского судна были установлены сканеры с пятью объективами. Они одновременно фиксировали морскую гладь с разных ракурсов. Мощные компьютерные алгоритмы сопоставляли эти многочисленные снимки и выстраивали на их основе трехмерную модель поверхности океана.
В течение нескольких штормов аппаратура непрерывно сканировала волны на разных стадиях их развития – от ранней молодости под напором ветра до “взрослого” состояния, когда влияние воздушных потоков ослабевало. Так исследователи смогли воочию наблюдать механизмы образования гигантских волн в разных условиях.
Результаты показали, что аномальные волны в океане встречаются раз в 6 часов – гораздо чаще, чем думали ученые.
Наблюдения в Южном океане пролили свет на два основных механизма, порождающих аномальные волны. Первый хорошо известен – это наложение или интерференция нескольких волн в одной точке. При совпадении гребней волн их энергия концентрируется, образуя гигантскую водяную гору.
В стабильных океанических условиях при отсутствии ветра такие волны-мутанты должны возникать раз в два дня в локальной области. Однако океан – среда весьма динамичная, условия там редко остаются неизменными надолго. Поэтому шансы на совпадение волн невелики даже в сильные штормы.
Второй механизм связан с влиянием ветра, точнее, с взаимодействием воздушных потоков и формирующихся под их воздействием волн. Ученые выяснили, что на ранней “молодой” стадии развития волн, когда они активно ускоряются ветром, создаются идеальные условия для самоусиления одной из волн.
Морские волны рождаются под действием ветра. Сначала воздушные потоки разгоняют мелкую рябь, та превращается в более крупные волны. На этом “молодом” этапе волны, словно ненасытные чудовища, жадно поглощают энергию ветра, становясь выше, длиннее и быстрее. В определенный момент они достигают максимальной скорости, обгоняют ветер и перестают его впитывать – волны “взрослеют” и больше не меняются.
Но на стадии “молодости” под действием сильного ветра возникает хаотическая ситуация. В морском хаосе присутствуют волны разных размеров, скоростей и направлений движения. И если волновое поле обладает экстремальной энергией, то есть волны крутые, одинаково высокие и движутся синхронно, запускается другой опасный механизм.
В такой ситуации одна из волн начинает поглощать энергию соседей и расти над ними, словно морской великан. Это явление получило название самоусиления или нелинейной фокусировки волн.
По теории, такие условия должны увеличивать вероятность возникновения опасных волн в десять раз. И результаты экспедиции это подтвердили на практике. На ранних стадиях роста волн, разгоняемых ветром, исследователи отчетливо видели признаки самоусиления и гораздо большее число аномалий. А в зрелых, сформировавшихся волнах их не наблюдалось.
Таким образом, ветер оказался тем самым недостающим звеном, без которого трудно предсказать появление опасных волн. В будущем ученые намерены учитывать этот фактор при создании систем раннего оповещения мореплавателей.
Открытие того, что волны-убийцы в океане куда более распространены, чем думали раньше, было сделано благодаря новым методам наблюдений. Теперь ясно – аномальные волны вполне реальны, а не плод воображения мореходов. Более того, их вероятность резко возрастает при сильных ветрах в начальный период развития волн.
Полученные данные важны не только для безопасного судоходства. Аномальные волны представляют серьезную угрозу для нефтегазовой отрасли, ветряных электростанций в море и других прибрежных сооружений. В условиях изменения климата подобные экстремальные явления могут усиливаться. Поэтому так важно лучше понимать, что за силы стоят за рождением этих водяных чудовищ, чтобы научиться их предсказывать и противостоять.
Читайте также: Странная “суперструктура” в Тихом океане формировалась с тех пор, как на Земле правили динозавры
