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.