Помоги проекту - поделись книгой:
Геосфера Земли представляет собой монолит, и гравитационные силы Луны воздействуют на нее как на единое целое. Вода, заполняющая Мировой океан, способна перемещаться. Под влиянием лунного тяготения частицы воды, находящиеся ближе к Луне, приближаются к ней с большим ускорением, чем центр Земли. Поэтому они вытягиваются в направлении к Луне, образуя на поверхности океана водяной бугор. В точке океана, которая находится на противоположной по отношению к Луне стороне, гравитационное поле Луны имеет самый низкий потенциал. Здесь частицы воды приближаются к Луне с наименьшим ускорением. Поэтому вода океана в этом месте как бы отстает от геосферы, вытягиваясь бугром, направленным в сторону от Луны. Таким образом, в Мировом океане наблюдается сразу две точки с наиболее высоким уровнем воды. Расположены они на линии, проходящей через центры Луны и Земли, и находятся на противоположных концах земного диаметра. Нетрудно понять, что самый низкий уровень воды можно наблюдать на середине расстояния между точками наивысшего прилива.
Чтобы яснее представить себе сложные взаимоотношения между Луной и Землей с ее Мировым океаном, достаточно взглянуть на прилагаемый рисунок. Как и в большинстве иллюстраций подобного рода, на нем изображен так называемый «идеальный» случай. Земля имеет форму правильного шара, вся поверхность которого покрыта водой. На такой моментальной «фотографии» поверхность нашей планеты имеет форму водяного эллипсоида, внутри которого находится плотный шар. Благодаря суточному вращению Земли вершины водного эллипсоида постоянно перемещаются. Если установить на дне океана мерную линейку — футшток, можно проследить за изменением уровня воды. Начнем наблюдение в полную воду. Вскоре мы заметим, что поверхность океана начинает опускаться. Через 6 часов футшток покажет самый низкий уровень воды, после чего начнется ее прилив, который также будет продолжаться 6 часов, пока не достигнет наивысшей точки. Следующий прилив наступит через 24 часа после начала измерений. За это время футшток зарегистрирует два наивысших и два самых низких уровня стояния воды, разделенных промежутками в 6 часов.
В реальных условиях такой цикл довольно значительно отклоняется от нашего «идеального» случая и продолжается не 24 часа, а на 50 минут дольше. Это зависит от того, что Луна вращается вокруг Земли. За те 24 часа, когда футшток проходит в суточном движении Земли полную окружность, Луна успевает продвинуться по небосводу примерно на 13 градусов. Вслед за ней и вершина водного эллипса отклонится на такой же угол. Чтобы «догнать» ее, футштоку как раз и понадобится 50 минут.
По этой причине происходит постоянное смещение приливов относительно времени суток. Если вчера полная вода была в полдень, то сегодня дневной прилив придется на 12 часов 50 минут, а завтра уже на 13 часов 40 минут.
В «идеальном» случае время наивысшего стояния воды должно соответствовать самому высокому положению Луны над горизонтом, однако приливные течения «не поспевают» за Луной. Им мешают такие серьезные препятствия, как материки и острова, а также неровности дна, поэтому приливная волна следует за Луной на некотором расстоянии, различном для каждого места морского побережья. Иногда эта разница составляет несколько часов. Таким образом, причина приливов в море получает свое убедительное объяснение и заключается в действии лунного притяжения.
Стало быть, если бы не было Луны, не было бы и приливов?
Ничего подобного, приливы все равно были бы, хотя и меньшие по величине. Нельзя забывать, что Солнце также притягивает земной шар. Вследствие огромного расстояния приливы, вызываемые Солнцем, примерно в 2,2 раза слабее лунных. Сами по себе они не наблюдаются, так как маскируются более мощными лунными приливами. Но на величину приливов Солнце оказывает значительное влияние. Когда Солнце и Луна располагаются на одной линии (это бывает в новолуние и в полнолуние), действие притяжения обоих светил складывается. В этот период наблюдаются сильные приливы и соответственно более низкие стояния воды в часы между приливами. Во время первой и последней четвертей лунных фаз сила притяжения Солнца вычитается из силы притяжения Луны. В результате уменьшается прилив в сторону Луны. В эти дни разница между уровнями воды в прилив и в отлив менее значительна. Дважды в течение лунного месяца наблюдаются высокие (сизигийные) и дважды низкие (квадратурные) приливы.
Не следует думать, что во время сизигиев вода в одной и той же местности всегда достигает одинакового уровня. На практике все оказывается гораздо сложнее. Луна, как известно, движется вокруг Земли не пр кругу, а по эллипсу, то приближаясь к Земле, то удаляясь от нее. Разница в расстоянии между ее перигеем и апогеем составляет величину более 42 тысяч километров. Понятно, что совпадение сизигия с нахождением Луны в перигее вызовет наиболее высокую приливную волну. По эллипсу движется и Земля вокруг Солнца, которое также при приближении Земли вызывает более сильные приливы. Изредка все эти условия совпадают. Тогда приливы (а соответственно и отливы) достигают наибольшей величины.
Характер приливов в разных частях Мирового океана неодинаков.
Иногда дневные приливы больше следующих за ними ночных. Иногда в силу ряда причин в течение суток наблюдается лишь один прилив и один отлив. Различна и амплитуда приливной волны.
Для практической деятельности человека, в частности для судовождения, очень важно наперед знать уровень воды в любое время суток и в любом месте. Для этого публикуют специальные таблицы приливов. Первые такие таблицы были составлены в 1870 году английским ученым У. Кельвином.
Величина и характер приливов в различных частях побережья Мирового океана зависят от конфигурации берегов, угла наклона морского дна и от ряда других причин. Наиболее типично они проявляются на открытом побережье океана. Проникновение приливных волн во внутренние моря затруднено, и потому амплитуда приливов в них невелика.
Узкие мелководные Датские проливы надежно заслоняют от приливов Балтийское море. Теоретические расчеты показывают, что амплитуда колебания высоты уровня воды в Балтике равна приблизительно 10 сантиметрам, но увидеть эти приливы практически невозможно, так как они полностью стираются колебаниями уровня воды под влиянием ветра или изменениями атмосферного давления. Знаменитые наводнения в Ленинграде не имеют никакого отношения к приливам. Они вызываются проходящими циклонами, причем уровень воды в восточной части Финского залива и в Неве поднимается иногда на 4–4,5 метра выше ординара.
Еще более надежно защищены от приливной волны наши южные моря — Черное и Азовское, сообщающиеся с водами Мирового океана через ряд узких проливов, и внутренние Эгейское и Средиземное моря. Если разница в уровне воды во время прилива и отлива на атлантическом берегу Испании вблизи Гибралтара достигала 3 метров, то в Средиземном море у самого пролива она равна лишь 1,3 метра. В остальных частях моря приливы еще менее значительны и обычно не превышают 0,5 метра. В Эгейском море и проливах Босфор и Дарданеллы приливная волна еще сильнее затухает. Поэтому в Черном море колебания уровня воды под влиянием приливов менее 10 сантиметров. В Азовском море, соединенном с Черным лишь узким Керченским проливом, амплитуда приливов близка к нулю.
По этой же причине очень невелики приливы и в Японском море — здесь они едва достигают 0,5 метра.
Если во внутренних морях величина приливов по сравнению с открытым побережьем океана уменьшена, то в заливах и бухтах, имеющих с океаном широкое сообщение, она возрастает. В такие заливы приливная волна входит свободно. Водные массы устремляются вперед, но, стесненные суживающимися берегами и не находя выхода, поднимаются вверх и заливают сушу на значительную высоту.
У входа в Белое море, в так называемой Воронке, приливы почти такие же, как и на побережье Баренцева моря, то есть равны 4–5 метрам. На мысе Канин Нос они даже не превышают 3 метров. Однако, входя в постепенно суживающуюся Воронку Белого моря, приливная волна становится все выше и в Мезенском заливе достигает уже десятиметровой высоты (в сизигий).
Еще более значителен подъем уровня воды в самой северной части Охотского моря. Так, у входа в залив Шелихова уровень моря в прилив поднимается до 4–5 метров, в кутовой же (наиболее удаленной от моря) части залива возрастает до 9,5 метра, а в Пенжинской губе достигает почти 13 метров!
Очень велики приливы в Ла-Манше. На английском его побережье в маленьком заливе Лайм вода в сизигий поднимается до 14,4 метра, а на французском, у городка Гранвиль, даже на 15 метров.
Предельных величин приливы достигают на некоторых участках атлантического побережья Канады. В проливе Фробишера (он находится у входа в Гудзонов пролив) — 15,6 метра, а в заливе Фанди (вблизи границы США) — целых 18 метров.
Характер приливов в очень большой степени зависит от угла наклона морского дна. Стоя на крутом берегу, трудно уследить за подъемом или спадом уровня моря. Предположим, что в месте, где проводятся такие наблюдения, величина приливов равна 3 метрам. Таким образом, в среднем уровень воды будет изменяться на 8 миллиметров в минуту. Правда, скорость нарастания прилива неравномерна. Вначале, пока вода стоит около нижнего уровня, она поднимается очень медленно, затем прилив начинает постепенно нарастать. Наибольшей силы он достигает «вполводы». После этого нарастание становится все медленнее и затухает совершенно, когда вода достигает своей верхней границы.
Такова же динамика и отлива.
Наблюдателю, стоящему на крутом берегу в прилив, ничто не угрожает: по мере подъема воды он будет медленно подниматься вверх по скале или россыпи камней. Совсем иной будет картина прилива на широком пляже, обнажающемся при отливе на многие километры. С наступлением прилива необходимо быстро уходить в сторону берега. Здесь уровень воды изменяется не постепенно, а очень быстро и сопровождается иногда высокой крутой приливной волной, которая стремительно несется по отмели, сметая все на своем пути. И горе тому, кто зазевается на таком пляже во время прилива, — ему угрожает серьезная опасность.
Но не только новички забывают о коварстве приливов. Как-то я, уже довольно искушенный мореход, приехал на остров, расположенный в зоне высоких приливов, чтобы провести одно наблюдение. Подтянув повыше на берег лодку, я отправился по своим делам. Увлекшись работой, я совсем забыл о приливе и лодке, которую тем временем унесло. Вот и стал я «робинзоном» на долгие часы. Пришлось ждать, пока товарищи не хватились и не стали меня искать.
Кстати, так пропадает очень много всяких вещей, оставленных беспечными людьми в заливаемой зоне!
Не следует забывать и об отливах, о времени спада воды. Причалишь к берегу в полную воду, а через час тяжелая лодка оказывается уже на мели, как говорят, уже «обсохла». Теперь, чтобы вернуться на базу, нужно ждать следующего прилива, то есть полсуток.
Каждый, кто когда-то читал описание гибели корабля на рифах и отмелях, хорошо представляет себе картину этой трагедии. Судьба последних часов их жизни поразительно сходна. Судно, попавшее на отмель, внезапно становится беспомощным. Начинающийся отлив усугубляет сложность его положения; оно кренится и наконец валится на борт. При этом, как правило, в корпусе появляются пробоины, сквозь которые с наступлением прилива вода начинает заливать внутренние помещения, а волны довершают разрушение корабля.
Несчастье может произойти и необязательно при шторме или из-за ошибки штурмана, направившего судно на риф, а в порту в тихую погоду. Вот как описана гибель голландского теплохода «Биерум». Катастрофа произошла прямо у причала порта Харлинген (Голландия). «В день аварии команда оставила судно в порту пришвартованным к берегу, а сама отправилась по домам. В порту Харлинген наблюдаются периодические приливы, которые значительно повышают уровень воды (до 1,6 метра). В таких случаях следует обращать особое внимание на швартовку. Однако „Биерум“ был оставлен без всякого надзора…
…Во время очередного прилива, по мере подъема уровня воды у причала, швартовы, которыми „Биерум“ крепился к пристани, натянулись как струны, что привело к созданию опасного крена на левый борт. В какой-то момент на накрененном судне произошло смещение незакрепленных грузов и топлива. „Биерум“ потерял остойчивость и лег на борт». Так из-за пренебрежения к силам приливов в тихую погоду в закрытой гавани утонуло судно.
Иногда влияние морских приливов видно и на реках. Более тяжелая соленая вода по дну речного русла, подобно клину, стремительно движется против течения. Столкновение двух встречных потоков, морского и речного, вызывает образование крутого вала, получившего название бора. В реке Цаньтанцзян, впадающей в Восточно-Китайское море к югу от Шанхая, бор достигает высоты 7–8 метров, а крутизна волны равняется 70 градусам. Эта страшная водяная стена со скоростью 15–16 километров в час проносится вверх по реке, размывая берега и грозя потопить любое судно, вовремя не укрывшееся в спокойном затоне. На протяжении многих столетий китайцы приходили к берегам реки, чтобы полюбоваться этим грозным явлением, и даже устраивали здесь особые праздничные торжества, хотя радоваться было нечему — бор приносил много бед. Попытка умилостивить гигантскую волну, построив на берегу башню «Успокоение моря», успеха, естественно, не имела. Только в конце прошлого века, когда в устье Цаньтанцзяна соорудили систему дамб, вторжение приливной волны в реку было приостановлено.
Мощным бором славится и величайшая река Южной Америки — Амазонка. Там волна высотой 5–6 метров распространяется вверх по реке на 3 тысячи километров от океана. Небольшой по высоте бор наблюдается и у нас в реках, впадающих в Мезенский залив Белого моря.
Прежде приливно-отливные течения приводили лишь к разрушениям или создавали известные неудобства. Изучив их природу, человек начал подчинять себе и эту пока еще почти необузданную силу. Читатели, несомненно, обратили внимание на крупные заголовки в газетах от 29 декабря 1968 года: «Приливы служат человеку», «Кислогубская ПЭС дала ток». В этот день вступила в строй первая в СССР приливная электростанция (ПЭС). Сила морского прилива завертела турбину. Эта ПЭС пока еще полуэкспериментальная, ее проектная мощность всего 800 киловатт. Но у таких станций большое будущее. В отличие от речных они не будут оказывать такого сильного влияния на окружающую среду, не будут затоплены поля и лесные угодья, рыбы смогут продолжать размножаться, питаться и передвигаться, как и прежде.
Опыт, накопленный во время строительства приливной электростанции в Кислой губе, используется при проектировании Лумбовской ПЭС мощностью 320 тысяч киловатт, а впереди строительство ПЭС в Мезенском заливе Белого моря, мощность которой достигнет уже 14 миллионов киловатт.
Все ее турбины будет вращать океан своим дыханием — приливами.
Еще недавно строительство приливной электростанции казалось фантастикой, теперь у фантастики размах пошире. Вот один из проектов использования приливов на благо человеку. Во время прилива холодные воды Охотского моря через пролив Невельского устремляются в Японское море и способствуют его охлаждению. В отлив же теплые воды Японского моря поступают в Охотское. Если в этом месте разгородить моря плотиной с широкими воротами, то можно искусственно направлять приливы лишь в одну сторону. Ворота будут открываться тогда, когда вода движется из Японского моря в Охотское. Как полагают, выполнение этого проекта значительно изменит климат Дальнего Востока. Уменьшение притока холодных вод в Японское море приведет к значительному потеплению всех его берегов. Постепенно «прогреется» и южная часть Охотского моря.
Приливное перемещение водных масс имеет глобальное значение. Течения, вызванные притяжением Луны и Солнца, встречают на своем пути сопротивление материков, островов и морского дна. В результате трения постепенно замедляется вращение нашей планеты вокруг своей оси. Правда, абсолютная величина замедления на первый взгляд совсем незначительна.
Расчеты показали, что в начале нынешней эры сутки были короче всего лишь на 0,035 секунды.
О замедлении вращения нашей планеты свидетельствуют и палеонтологические исследования. Английский ученый Д. Уэллс, изучая вымершие девонские кораллы, обнаружил на их скелетах как суточные, так и годовые кольца нарастания. Оказалось, что в среднем девоне, то есть около 380 миллионов лет назад, наша Земля за год успевала повернуться вокруг своей оси 400 раз. Именно такое количество суточных колец нарастания в год имеется у каждого ископаемого коралла. Так как согласно астрономической теории устойчивости планетных движений продолжительность времени года остается практически неизменной, длина суток 380 миллионов лет назад была равна всего 21 часу 42 минутам.
Таким образом, приливы выполняют роль своеобразного тормоза. Если расчеты верны, земные сутки со временем увеличатся и станут по продолжительности равны лунному месяцу. Тогда наша Земля будет постоянно обращена одной стороной к Луне, как это уже произошло с Луной по отношению к Земле. Водные бугры прекратят свой бег, и приливы перестанут существовать. Правда, это идеализированная картина. На самом деле за счет солнечных приливов Земля стремится повернуться одной стороной также и к Солнцу.
Пессимистическая перспектива будущности приливов не остановила смелого начинания трех молодых людей, работавших в англо-американской организации по изучению моря. Путешествуя на яхте по Тихому океану, они обнаружили в нескольких сотнях километров к югу от архипелагов Фиджи и Тонга небольшой коралловый риф, не обозначенный ни на одной карте. Главная прелесть находки заключалась в том, что дважды в сутки во время отлива риф обнажался и становился островом. Предприимчивые путешественники незамедлительно решили воспользоваться этим обстоятельством и провозгласили на рифе свободную и независимую республику Минерва. Так как новое государство дважды в сутки скрывалось под водой, его первый (и последний!) президент Моррис Девис предложил надстроить риф, используя в качестве материала песок и обломки кораллов. Планы превращения рифа в свайный «город будущего» были неожиданно нарушены вмешательством Тубоу IV, нынешнего правителя королевства Тонга, который заявил, что риф исконная территория (а дважды в сутки акватория) Тонга. Он отказался признать республику Минерва в качестве суверенного государства и послал туда военный катер. Всем трем гражданам новоиспеченной страны пришлось срочно покинуть облюбованный риф.
Мóря без волн не бывает, его поверхность всегда колеблется. Иногда это лишь легкая рябь на воде, иногда ряды гребней с веселыми белыми барашками, иногда грозные валы, несущие тучи брызг. Даже самое спокойное море «дышит». Его поверхность кажется совершенно ровной и блестит как зеркало, но берег лижут тихие, едва заметные волны. Это океанская зыбь, вестник далеких штормов.
Для научных, а главное, для практических целей о волнах нужно знать все: их высоту и длину, скорость и дальность их передвижения, мощность отдельного вала и энергию волнующегося моря. Нужно знать глубину, на которой еще ощущается волновое движение воды, и высоту заброса волнами брызг.
Первые измерения волн Средиземного моря сделал в 1725 году итальянский ученый Луиджи Марсильи. На рубеже XVIII и XIX веков регулярные наблюдения за морскими волнами и их измерения проводились во время дальних плаваний по Мировому океану русскими капитанами И. Крузенштерном, О. Коцебу и В. Головиным. Этим мореплавателям и ученым приходилось довольствоваться ограниченными техническими возможностями того времени и самим разрабатывать и применять методику исследований.
В наши дни волны изучаются с помощью сложных и очень точных приборов, действующих автоматически и выдающих информацию в виде столбцов готовых цифровых данных.
Проще всего измерять волны вблизи берега на мелком месте. Для этого достаточно воткнуть в дно футшток. Имея в руках хронометр и записную книжку, легко узнать высоту волны и время между подходом двух волн. При помощи нескольких таких мерных линеек можно определить также длину волны и, таким образом, вычислить ее скорость. В открытом море дело значительно осложняется. Для этой цели приходится устраивать сложное сооружение, состоящее из большого поплавка, который затапливают на некоторую глубину и укрепляют на длинном тросе с помощью мертвого якоря. Затопленный поплавок служит местом прикрепления все той же мерной линейки. Показания такой установки не отличаются высокой точностью, кроме того, она имеет еще один существенный недостаток: наблюдатель все время должен находиться вблизи от футштока, тогда как волны и ветер стремятся отнести его корабль в сторону. Во времена парусного флота держать судно на одном месте практически было невозможно, и потому высоту волн измеряли на ходу. С этой целью в мерную линейку превращали мачту одного из двух участвовавших в измерениях кораблей, которые на небольшом расстоянии следовали друг за другом. Наблюдатель, стоя на корме переднего корабля, следил, как гребень закрывает от него мачту второго судна, и таким образом оценивал высоту волны.
В начале этого века измерение высоты волн начали производить с помощью очень чувствительного барометра (альтиметра). Этот прибор точно регистрирует подъем и опускание судна на волнах, но он, к сожалению, ощущает также и всякие помехи, в частности перепады барометрического давления, которые быстро наступают и неоднократно повторяются при сильном ветре.
Гораздо точнее реагируют на волнение манометры, лежащие на дне. При прохождении волны давление над прибором меняется, а сигналы по проводам поступают на сушу или регистрируются прямо на дне самописцем. Правда, таким способом можно измерять высоту волн только на мелководье, где глубина сравнима с высотой волн. На больших глубинах в соответствии с законом Паскаля давление выравнивается и с увеличением глубины все меньше зависит от высоты волн.
Очень точные и разнообразные данные о волнах получаются в результате обработки стереоскопических фотоснимков поверхности океана. Для этого две синхронно работающие фотокамеры помещают на разных мачтах одного судна, на концах крыльев низко летящего над морем самолета или даже на двух самолетах, идущих параллельным курсом. Путем фотограммометрической обработки снимков восстанавливают рельеф моря в момент фотографирования. Получается как бы картина застывших волн. На этом парадоксальном макете волнующегося, но неподвижного моря производят любые нужные измерения.
Главная сила, вызывающая волнения, — это ветер. В тихую погоду, особенно по утрам, поверхность моря кажется зеркальной. Но стоит подняться хотя бы самому слабому ветру, как за счет трения воздуха о поверхность воды в нем возникают завихрения. В результате образования вихрей над гладкой водной поверхностью давление становится неравномерным, что приводит к ее искажению — появляется рябь. За вершинами ряби процесс вихреобразования усиливается, и в конце концов это приводит к образованию волн, распространяющихся в направлении ветра.
Слабый ветер вызывает возмущение лишь тончайшего слоя воды; волновой процесс при этом определяется поверхностным натяжением. При усилении ветра, когда длина волнышек достигает примерно 17 миллиметров, сопротивление поверхностного натяжения оказывается преодоленным и волны становятся гравитационными. В этом случае ветру приходится вести борьбу с действием силы тяжести. Если ветер переходит в шторм, волны достигают гигантских размеров.
Еще долго, после того как ветер уляжется, море продолжает волноваться, образуя зыбь. В зыбь также превращаются ветровые волны, когда они выходят за пределы области, где свирепствует ураган. Низкие и длинные волны зыби незаметны в открытом море. Подойдя к отмели, они делаются выше и короче, образуя у берега мощный прибой. На обширной акватории океана то там, то здесь всегда бушует буря. Волны зыби разбегаются от нее во все стороны на огромное расстояние, и потому у океанских берегов накат никогда не прекращается.
При обтекании волновой поверхности потоками воздуха возникают инфразвуки, которые академик В. Шулейкин назвал «голосом моря». Инфразвуки, зарождаясь над волнами в результате срыва вихрей с гребней волн, распространяются в воздухе со скоростью звука, то есть быстрее волн. Из-за низкой частоты «голос моря» слабо поглощается атмосферой и на большом расстоянии может быть уловлен специальными приборами. Эти инфразвуковые сигналы служат предупреждением о приближающемся шторме.
Высота волн в открытом море может достигать значительной величины, и зависит она, как это было уже сказано, от скорости ветра. Самая высокая волна, которую удалось измерить в Атлантическом океане, оказалась равной 18,3 метра.
В 1956 году в юго-западной части Тихого океана на советском судне «Обь», совершающем регулярные научные рейсы в Антарктику, также были зарегистрированы волны высотой 18 метров. В тайфунах Тихого океана отмечены грандиозные волны тридцатиметровой высоты.
Человеку, стоящему на палубе судна в бушующем море, волны кажутся очень крутыми, нависающими подобно стенам. На самом деле они пологие. Обычно длина волны в 30–40 раз больше ее высоты, лишь в редких случаях соотношение высоты волны к ее длине равно 1:10. Таким образом, наибольшая крутизна волн в открытом море не бывает больше 18 градусов.
Длина штормовых волн не превышает 250 метров. В соответствии с этим скорость их распространения достигает 60 километров в час. Волны зыби, как более длинные (до 800 метров и более), катятся со скоростью около 100 километров в час, а иногда и еще быстрее.
Нужно иметь в виду, что с этой гигантской скоростью перемещается не водная масса, образующая волну, а лишь ее форма, более строго — энергия волны. Частица воды в волнующемся море совершает не поступательные, а колебательные движения. Причем колеблется она одновременно в двух направлениях. В вертикальной плоскости ее колебания объясняются различием в уровнях между гребнем волны и ее подошвой. Они возникают под воздействием гравитационных сил. Но так как при опускании гребня до уровня подошвы вода отжимается в стороны, а при его вздымании возвращается на прежнее место, то частица воды невольно совершает колебательные движения также и в горизонтальной плоскости. Сочетание того и другого движений приводит к тому, что фактически частицы воды движутся по круговым орбитам, диаметр которых у поверхности равен высоте волны. Точнее, они описывают спирали, поскольку под воздействием ветра вода получает также и поступательное движение, благодаря которому, как было сказано, возникают морские течения.
Только скорость движения частиц по орбитам значительно превышает скорость перемещения центров этих орбит в направлении ветра.
Колебательные движения частиц воды быстро убывают с глубиной.
Когда высота волны равна 5 метрам (средняя высота волн при шторме), а длина 100 метрам, то уже на глубине 12 метров диаметр волновой орбиты водных частиц равен 2,5 метра, а на глубине 100 метров — всего 2 сантиметра.
Короткие крутые волны меньше возмущают глубинные воды, чем волны длинные и пологие. Чем длиннее волна, тем глубже ощущается ее движение. Иногда рыбаки, ставившие свои ловушки для омаров в Ла-Манше на глубине 50–60 метров, после шторма находили в них полукилограммовые камни. Ясно, что это не были шутки омаров: камни в ловушку закатывают глубинные волны. На некоторых подводных фотографиях дна вплоть до глубины 180 метров можно видеть песчаную рябь, образовавшуюся в результате колебательных движений придонных слоев воды. Значит, и на такой глубине еще ощущается волнение поверхности океана.
Под влиянием ветра в поверхностных слоях моря накапливается огромное количество энергии, которая пока никак не утилизируется. Штормовые волны высотой 5 метров и длиной 100 метров на каждом метре своего гребня развивают мощность свыше трех тысяч киловатт, а энергия квадратного километра бушующего моря измеряется миллиардами киловатт в секунду. Если будет найден способ использования энергии волнового движения океана, человечество навсегда избавится от угрозы энергетического кризиса. А пока эта грозная сила приносит людям одни неприятности. Речь идет совсем не о таких пустяках, как морская болезнь, хотя многие испытавшие ее не разделяют это мнение. Штормовые волны, даже очень пологие, представляют собой грозную опасность для современных океанских судов, крен которых во время качки достигает такой величины, что судно может перевернуться.
Примеров тому несчетное множество. Л. Титов в своей книге «Ветровые волны на океанах и морях» приводит данные о жертвах, поглощенных морем 5–8 декабря 1929 года.
В течение четырех дней 10–12-балльный шторм бушевал у берегов Европы. В первые же сутки громадная волна перевернула у берегов Англии пароход «Дункан» водоизмещением 2400 тонн. Затем был залит волнами и затонул у берегов Голландии плавучий док водоизмещением 11 тысяч тонн. В волнах Ла-Манша затонули со всем экипажем два парохода водоизмещением 5 и 8 тысяч тонн, погиб со всем экипажем английский пароход «Волумниа» водоизмещением 6600 тонн, а также еще несколько десятков маленьких судов. Даже огромные трансатлантические лайнеры были сильно потрепаны.
В такую погоду иногда не выдерживают даже привычные к морским невзгодам матросы, можно представить себе, каково же приходится простым пассажирам, о переживаниях которых очень хорошо сказал Редьярд Киплинг: «Если в стеклах каюты зеленая тьма, и брызги взлетают до труб, и встают поминутно то нос, то корма, а слуга, разливающий суп, неожиданно валится в куб, если мальчик с утра не одет, не умыт и мешком на полу его няня лежит, а у мамы от боли трещит голова, и никто не смеется, не пьет и не ест, — вот тогда нам понятно, что значат слова: сорок Норд, пятьдесят Вест!»
Теперь многие океанские суда оборудованы успокоителями качки. В случае необходимости из подводной части корпуса выдвигаются четыре крыла, похожие на плавники рыбы. В нескольких местах на судне установлены измерители крена, и их показания по проводам поступают в специальное счетно-решающее устройство, которое и управляет движением подводных крыльев. Стоит судну чуть накрениться на борт, как крылья приходят в движение. Повинуясь сигналам, каждое из них поворачивается на определенный угол, и их совместные действия выравнивают положение корпуса.
Работа успокоителей несколько замедляет скорость хода, но не дает судну валиться с борта на борт, хотя от килевой качки они, к сожалению, не избавляют.
В практике судовождения для успокоения разбушевавшегося моря с древних времен использовался довольно простой, но очень верный прием. Известно, что вылитая за борт маслянистая жидкость мгновенно растекается по поверхности и сглаживает волны, а также снижает их высоту. Наилучшие результаты дает животный жир, например китовая ворвань. Менее вязкие растительные и минеральные масла действуют значительно слабее.
Механизм воздействия маслянистых жидкостей на волны был разгадан академиком В. Шулейкиным. Он установил, что даже тонкий слой масляной пленки поглощает значительную часть энергии колебательных движений воды.
По этой же причине волнение уменьшается во время сильного ливня или града, а также в зоне плавучих льдов.
Лед, град и дождевые капли задерживают орбитальные движения водных частиц и «гасят» волнение. В настоящее время в связи с необходимостью заботиться о чистоте океана выливание за борт бочек с маслом уже не практикуется.
Массу неприятностей, иногда переходящих в настоящие бедствия, волны приносят берегу. Даже молы, дамбы и волноломы не всегда оберегают гавани. Они надежно закрывают вход относительно коротким штормовым волнам, но пологие зыбины высотой всего 30–40 сантиметров проникают в гавань беспрепятственно, и тогда вся вода в ней приходит в движение. Суда, стоящие на якоре, начинают беспорядочно дергаться, поворачиваться корпусом то поперек, то против ветра, сталкиваются между собой. А те, что стоят у причала, рвут швартовы.
При приближении к берегу волна изменяет свою форму и высоту, так как начинает «чувствовать» дно. С этого момента ее передний склон становится все круче и круче, делается совершенно отвесным, наконец гребень начинает нависать вперед и обрушивается на отмель каскадом брызг и пены.
На больших глубинах в волновой процесс вовлекаются значительные массы воды даже при не очень высокой волне. Когда такая волна выходит на мелководье, масса воды уменьшается, энергия же, если пренебречь потерями на трение, остается прежней, при этом амплитуда волны должна увеличиться. Частицы воды, образующие волну, при подходе к берегу изменяют орбиту своего движения: из круговой она постепенно становится эллипсообразной с большой горизонтальной осью. У самого дна эти эллипсы настолько вытягиваются, что частицы воды начинают двигаться горизонтально взад и вперед, неся с собой песок и камни. Каждый, кто купался во время прибоя, знает, как больно эти камни бьют по ногам. Если прибой достаточно силен, он несет с собой валуны, способные сбить человека с ног.
В беду могут попасть даже люди, находящиеся на суше.
В 1938 году ураганные волны навсегда унесли с берега Англии около 600 человек. В 1953 году при аналогичных обстоятельствах в Голландии погибло 1500 человек.
Не менее трагичные последствия вызывают так называемые одиночные барические волны, возникающие в результате резкого перепада атмосферного давления. Пройдя несколько сотен, а то и тысяч километров от места зарождения, такая волна неожиданно обрушивается на берег, все смывая на своем пути. В 1900 году одиночная волна, обрушившаяся на побережье североамериканского штата Техас, в одном только городе Гальвестоне унесла в море 6 тысяч человек. От такой же волны в 1932 году погибло 2500 человек — более половины жителей маленького кубинского городка Санта-Крус-дель-Сур. В сентябре 1935 года барическая одиночная волна высотой 9 метров накатилась на берег Флориды, унеся с собой 400 человеческих жизней.
Давно известно, что даже самые грозные силы природы человек может использовать с выгодой для себя.
Так, жители Гавайских островов, разгадав характер накатных волн прибоя, сумели «оседлать» их. Возвращаясь с рыбной ловли, они приближаются к зоне бурунов, ловко ставят лодку на гребень волны, которая в считанные минуты выносит их на берег.
Поделиться книгой: