Большие волны в бухте

Вынесенная в заголовок фраза является буквальным переводом японского слова "цунами" и обозначает уникальное природное явление: несколько следующих друг за другом длинных океанских волн, порождаемых резкими смещениями значительных участков дна океана, вызванными землетрясениями.

Образовавшиеся на больших глубинах цунами представляют собой поперечную длинную волну (длиной 100-300 километров) малой высоты (не более 2 метров), распространяющуюся со скоростью около 0,2 километра в секунду (700 километров в час), их период равен 15-60 минутам. Но при выходе на мелководье эти волны резко увеличиваются по высоте, уменьшается их длина, гребни начинают разрушаться и по существу формируются огромные волны перемещения, к которым собственно и относится название "цунами". В некоторых случаях высота волн достигает 30-40 метров.

Наступлению цунами на берег обычно предшествуют понижение уровня моря и приход сравнительно небольших волн. Затем может быть вторичное понижение уровня, и после этого приходит цунами. За первой волной, как правило, приходит еще несколько волн большей величины с интервалами от 15 минут до 1-2 часов. Обычно максимальной бывает третья или четвертая волна.

Волны проникают в глубь суши в зависимости от ее рельефа иногда на 10-15 километров и, обладая большой скоростью, вызывают огромные разрушения. После получения предупреждения о цунами необходимо вывести судно в открытое море навстречу волне.

В прибрежных районах нередки случаи образования другого природного феномена – крупных стоячих волн – сулоя, что означает водоворот, толчею. Небольшие сулои наблюдаются в Черном море (в Керченском проливе), более сильные – в узкостях у тихоокеанских берегов Канады, шхерах Скандинавии. Но наибольших размеров сулои достигают в мелководных районах с сильными реверсивными течениями – в Курильских проливах, в проливах Сингапурском, Портленд-Ферте и др. (до 4-х метров). Образование сулоев обычно связывают с взаимодействием двух встречных потоков воды (рис. 4.36,а.). При этом во фронтальной зоне образуются вихри, выходящие на поверхность в виде беспорядочных волн, причем энергия этих волн тем больше, чем больше скорость потоков.

Сулои могут появляться и в результате выхода потока на мелководье. В этом случае образуются большие градиенты скоростей в струе воды, разрывы потока, вихри и как следствие волны на поверхности (рис. 4.36,б).

а) б)

Рис. 4.36.

Наибольшей своей величины сулои достигают во время максимальных скоростей приливных течений. Эта зависимость сулоев от характера прилива позволяет весьма надежно их прогнозировать.

Сулой весьма опасен для мореплавания. Суда, проходя через сулой, испытывают неприятную беспорядочную качку, сбиваются с курса, высокая волна может сорвать с креплений механизмы и спасательные средства. Пересечение таких районов мелкими судами грозит им гибелью.

Когда вода в море имеет скачок плотности на какой-либо глубине, то на границе между верхним менее плотным слоем и нижним – с резко увеличенной плотностью, могут возникнуть волны, называемые внутренними волнами.

Внутренние волны могут иметь высоту в несколько раз большую, чем поверхностные волны (до 90 м, период до 8 мин).

При возбуждении внутренних волн наблюдается явление, известное под названием «мертвой воды».

Судно на мертвой воде теряет ход и при полной работе машин может оставаться почти на месте.

Поверхность моря при следовании по «мертвой воде» в штиль приобретает необычный вид. За кормой сильно увеличиваются поперечные волны, впереди судна появляется огромная волна, которую корабль вынужден толкать. На «мертвой воде» возникают почти такие же волновые движения, как при следовании судна по мелководью. Если скорость судна совпадает со скоростью распространения свободных внутренних волн, то при своем движении судно создает не только обычные корабельные волны на поверхности воды, но и генерирует волны на поверхности раздела двух слоев – «легкого» верхнего и «тяжелого» нижнего. Волна возникает в том случае, когда слой раздела расположен приблизительно на глубине киля. При этом водные массы верхнего слоя толщиной, равной осадке судна, движутся в обратном направлении и вызывают потерю скорости корабля, волновое сопротивление сильно возрастает, так как судну приходится «тащить за собой» внезапно возникшую волну. Этим явлением и объясняется «мертвая вода».

Явление «мертвой воды» встречается повсеместно вблизи устьев крупных рек - Амазонки, Ориноко, Миссисипи, Лены, Енисея и др. Но особенно часто оно наблюдается в норвежских фиордах и в арктических морях в штилевую весеннюю погоду при ледотаянии, когда относительно тонкий слой почти пресной воды располагается над высокосоленой и плотной морской водой.

Внутренние волны представляют серьезную угрозу подводной навигации. Это проявляется и в прямом, физическом, воздействии внутренних волн, внутреннего прибоя на подводные лодки, и в косвенном - усложнении условий прохождения звука в воде.

Глубокое изучение структуры крупных океанских течений выяснило, что эти потоки представляют собой далеко не "реку в жидких берегах", как думалось раньше. Оказалось, что течения состоят из ряда перемежающихся струй, движущихся с различной скоростью. Причем в потоке Гольфстрима была измерена скорость 2,7 м/с (5,2 узла). Кроме того, обнаружилось, что по обеим сторонам основного потока имеются узкие противотечения (могут достигать 2 узлов).

Выяснилась и еще одна интересная особенность течений: потоки изгибаются в пространстве, образуя излучины – подобно речным меандрам. Меандры, увеличиваясь в размерах, перемещаются вместе с течением, а иногда отрываются от него и движутся самостоятельно. Оторвавшиеся меандры образуют вихри самых различных величин. Слева от генерального потока вихри вращаются по часовой стрелке, справа – против. Скорость течения в этих завихрениях составляет до 2,0 узлов.

Наблюдения показали, что, например, в поле Гольфстрима образуются по 5-8 пар циклонов и антициклонов в год. Наиболее развитые циклоны Гольфстрима имеют диаметр до 200 км и захватывают слой водных масс почти до ложа океана (2500-3000 м). Циклоны Гольфстрима дрейфуют в основном на юго-запад со скоростью до 3 миль в сутки.

Открытие вихрей имеет большое значение для навигации в открытом океане. Система циркуляции вихрей и есть то реальное поле течений, которое воздействует на находящееся в океане судно. Проходя районы с постоянными течениями, нанесенными на гидрометеорологические карты и атласы, судоводители должны знать, что реальная изменчивость направлений и скоростей течений, а следовательно, и фактический снос судна могут сильно отличаться от дирекционного направления течения.

Многие мореплаватели отмечали, что зачастую, особенно в тропических широтах, в темное время суток хорошо заметно свечение воды, набегающей на форштевень судна; светится бурлящая вода у бортов, обтекая корпус, за кормой образуется клубящаяся, постепенно суживающаяся и затухающая светлая полоса. Свечение воды выделяет на общем фоне моря берег, скалы, рифы, отмели, буи, суда и молы.

Как выяснили гидробиологи, свечение моря вызывается в основном биолюминесценцией морских организмов. Чаще всего встречается искрящееся или мерцающее свечение разнообразных одноклеточных и многоклеточных существ планктона величиной от десятков микрон до нескольких миллиметров. Когда таких светящихся существ много, отдельные точки света сливаются в неравномерное сияние. Это свечение возникает при механическом раздражении организмов, например, при движении животных и рыб, при ударе веслом по воде, а также при химическом воздействии.

С давних пор моряки, возвратившиеся из тропических морей Юго-Восточной Азии, рассказывали о встречавшихся там гигантских, диаметром по несколько миль, светящихся колесах, вращающихся с большой скоростью на поверхности моря. Западноевропейские моряки окрестили их «дьявольской каруселью», на Востоке их называют «колеса Будды».

Объяснением этих явлений можно считать образование мелкомасштабных вихрей. Такие вихри и водовороты возникают по краям течений, в местах стыка различно направленных потоков любого происхождения, где глубина невелика, сильны приливо-отливные течения и возникают внутренние волны.

Падающие ветры

Общим названием «падающие ветры» объединены прибрежные ветры, наблюдающиеся в предгорных районах некоторых морей; эти ветры в различных местностях называются по-разному: фен, бора, мистраль, сарма. Их объединяют такие качества, как внезапность, большая сила и характер воздействия на суда. Немало судов терпело аварии во время боры вблизи Новоземельских берегов, у берегов Гренландии, на рейдах таких крупных портов, как Триест, Марсель, Новороссийск.

Скорость падающих ветров достигает у поверхности моря 40 метров в секунду, а при порывах 50-60. Естественно, они представляют большую опасность для прибрежного судоходства, для стоянки судов на рейде и у причалов, для работы портов.

При изучении этого явления исследователи обратили внимание на то, что бора бывает, как правило, зимой, причем в тех местностях, где прибрежные горы ограничивают довольно высокую равнину, которая зимой сильно выхолаживается. Над равниной часто образуется область высокого давления, в то время как над морем сохраняется циклоническая область. Из-за этого возникают большие горизонтальные градиенты, которые приводят в движение огромные массы холодного воздуха. Вследствие действия силы тяжести скорость движения воздуха резко возрастает при его перевале через хребет.

Бурное падение холодного воздуха на поверхность бухт создает сильное волнение в прибрежной зоне, при отрицательных температурах водяные брызги вызывают обледенение судов и портовых сооружений. Ледовая броня доходит до 4 метров, что нередко вызывает катастрофические последствия. По вертикали бора распространяется на 200-300 метров, а по горизонтали – всего на несколько миль от берега.

Механизм образования фена немного иной. Собственное название ветра «фен» (теплый) дает ключ к пониманию природы явления. Установлено, что фен образуется благодаря значительной разности между атмосферным давлением в глубине суши и над морем. При прохождении циклона над морем вблизи побережья, когда в глубине суши сохраняется ядро высокого давления, барическое поле формирует потоки воздушных масс, направленные со стороны суши к морю. И если на пути этих потоков встречаются горы, то массы воздуха, накапливаясь за хребтом, начинают медленно подниматься. Температура воздуха при его подъеме падает, а влажность постепенно возрастает и в некоторой точке достигает максимума.

На вершине гребня, где воздух перенасыщен водяным паром, он начинает конденсироваться, образуя облачный вал, покрывающий весь горный хребет, - возникает характерная «феновая стена». С этой высоты воздух устремляется к морю, нагреваясь, поэтому на побережье он приходит с более высокой температурой и небольшой влажностью.

Иногда при соответствующих погодных условиях образуются маломасштабные атмосферные вихри – смерчи (или как их иногда называют – торнадо, тромбы, тифоны).

Обычный смерч образуется следующим образом: в результате интенсивных восходящих потоков воздуха край грозного облака начинает подниматься, закручиваясь горизонтально вокруг оси, параллельной границе облачности, - образуется ротор небольших размеров. Ротор, быстро вращаясь, опускается одним концом (обычно левым по движению облака) к земле в виде воронки. Эта воронка - основная составляющая смерча - представляет собой спиральный вихрь, состоящий из чрезвычайно быстро вращающегося воздуха.

Внутренняя полость воронки диаметром от нескольких метров до немногих сотен метров представляет собой пространство, ограниченное стенками; оно почти чистое, безоблачное, иногда от стенки до стенки проскакивают небольшие молнии; движение воздуха в нем ослабевает. Давление здесь резко падает – порой на 180-200 мб. Такое катастрофически быстрое падение давление служит причиной своеобразного эффекта; полые предметы, в частности дома, другие постройки, шины автомобилей, при соприкосновении с воронкой смерча взрываются.

Непосредственных замеров скорости ветра в смерчах нет: ни один прибор не выдерживает огромных ускорений. Однако специалисты по сопротивлению материалов высчитали эти скорости по характеру разрушений и аварий: до 170-200 м/с, а иногда даже 350-360 м/с – больше скорости звука.

Время существования смерча различно и составляет от нескольких минут до нескольких часов.

Скорость продвижения смерчей также различна. Иногда облако движется очень медленно, почти стоит на месте, иногда несется с большой скоростью. Метеорологи определяют среднюю скорость передвижения смерчей 40-60 км/ч, но иногда эта скорость доходит до 200 км/ч. При своем движении смерч проходит путь, равный в среднем 20-30 км. Однако нередки случаи прохождения смерчей 100-120 км.

Морские водяные смерчи обычно возникают группами из одного материнского облака. Чаще всего они образуются и достигают наибольшей силы у грозовых кучево-дождевых облаков. Иногда они сопровождают тропические циклоны.

Смерчи видны с достаточно большого расстояния, хорошо обнаруживаются на экране радиолокатора, и поэтому, увидев приближение этого природного образования, судоводители должны принять меры к тому, чтобы избежать с ним встречи.

На море давно замечены редкие, но очень опасные явления: - потеря плавучести во время извержения подводных вулканов, которых в океанах очень много (при этом образуется водо-воздушная смесь) или из-за прорыва газа со дна моря.

- далекий шторм генерирует «Голос Моря» - инфразвуковые колебания (единицы герц), которые могут вызвать беспричинную панику, экипаж в ужасе покидает судно.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключение следует напомнить основное правило моряка – ничего второстепенного на море нет. В данный конкретный момент времени, в данном месте наиболее сильно может проявиться действие какого-либо природного фактора, в результате чего наступают последствия – вплоть до катастрофы.

Поэтому судоводитель должен всегда «считать свое место ближе к опасности» не только в буквальном навигационном понимании этого, но и при учете всех других условий плавания. Даже простое знание самого фактора влияния этих явлений на судовождение, а тем более качественная оценка эффекта позволяют свести к минимуму возможные негативные последствия.