Волны на воде

Волны-убийцы (бродячие волны)

Среди россказней моряков, помимо сирен, гигантских спрутов, кашалотов-убийц и прочих страхов, рассказывали о «волнах-убийцах». Мол, идёт корабль по океану. Штиль. Вода — как зеркало, ни морщинки. И вдруг! Идёт волна высотой под 40 метров, всё и всех сметая на своём пути. Где началась? Где кончилась? Неизвестно.

Учёные в это не верили. А суда время от времени пропадали. А потом, 01.01.1995 г., в нефтяную платформу «Дропнер», расположенную в Северном море, ударила волна высотой 25,6 метра. Эту волну так и назвали «волной Дропнера». Получив первые материальные доказательства существования волн-убийц, учёные начали исследования со спутников. На исследовательских спутниках установили радары и всего за несколько месяцев тотального обзора всех океанов мира обнаружили свыше десяти волн высотой более 25 метров.

Можно быть уверенными — какая-то часть судов, пропавших без вести, ушли на дно после удара именно такой волны.

В настоящее время разворачивается проект Wave Atlas, в рамках которого производится постоянное отслеживание таких волн и идёт статистическая обработка данных по волнам-убийцам.

Из самых последних встреч людей с такими волнами: в 1995 году лайнер «Куин Элизабет 2» в Северной Атлантике повстречалась с волной высотой свыше 29 метров, внезапно появившейся у неё прямо по курсу.

Но самые высокие волны получились в результате всплеска от падения в воду больших масс. Кусков скал, кусков ледника…

В 1958 году на западном побережье Канады произошло сильное землетрясение, вызвавшее падение в воду огромного ледника и масс грунта. Произошло это в бухте Литайя, которая по форме напоминает норвежский фьорд. Эта бухта глубокая, длинная и узкая. Огромная удача оказалась в том, что она в то время была практически не населена.

Падение в воду с большой высоты огромных масс льда и камня вызвало чудовищную волну, которая страшно хлестнула по лесу на берегах бухты. Свидетелями страшного события оказались команды двух баркасов. Тот баркас, что был подальше, сумел оседлать волну и она перебросила его через многометровый каменистый перешеек в открытый океан. При ударе о воду баркас дал сильную течь и в конце концов затонул. Экипаж, к счастью, был спасён. Второй баркас был ближе. От него не нашли ничего. А его экипаж бесследно пропал.

Учёные исследовали следы волн. Лес был вырван с корнем на многие сотни метров вверх. Волна доходила — и оставила свои следы — на высоте 524 метра. Учёные исследовали склоны бухты выше и обнаружили следы давних волн на высоте вплоть до 600 метров!

Вот и выходит, что если в воду падает достаточно большая масса, то высота всплеска от этого во много раз превосходит высоту цунами, возникшей в результате мощного землетрясения.

Наука волны[править]

Основная статья: Воздушная теория волны

Рис.1,*A = в глубоководном месте. *B = в мелкой воде. Краткое движение поверхностной частицы становится более плоским с уменьшающейся глубиной. * 1 = Прогрессия волны * 2 = Гребень * 3 = Корыто

Волны воздушных потоков (ветра) — механические волны, которые размножаются по интерфейсу между водой и воздухом; сила восстановления обеспечивается определёнными серъёзными факторами, которые часто ссылаются как гравитационные силы на земле, действующие на поверхностные волны. Как удары ветра, давление и силы трения нарушают равновесие водной поверхности. Эти силы передают энергию от воздуха до воды, формируя волны. В случае монохроматических линейных волн потока на глубине водёма частицы около поверхностного движения в круглых дорожках делают ветер (поток воздуха), который образует комбинациии продольных (назад и вперед) и поперечный (вверх и вниз по) движениий волны. Когда волны размножаются в мелкой воде, (где глубина — меньше чем половина длины волны), траектории частицы сжаты в эллипсы.,


Как амплитуда волны (высота) увеличения, дорожки частицы больше не формируют закрытые орбиты; скорее после прохода каждого гребня, частицы перемещены немного от их предыдущих положений, явление, известное как Топит дрейф.,

Для промежуточной и мелкой воды, уравнения Boussinesq применимы, комбинируя дисперсию частоты и нелинейные эффекты. И в очень мелкой воде, могут использоваться мелкие водные уравнения.

Глубина, расположенная ниже свободных поверхностных образований, радиус круглых уменьшений движения в глубине, равный половине λ длины волны, орбитальное движение заняло меньше, чем 5 % его ценностей относительно поверхности. Скорость фазы поверхностной волны (также названный быстротой) достаточно близко определена выражением: $$c=\sqrt{\frac{g \lambda}{2\pi} \tanh \left(\frac{2\pi d}{\lambda}\right)}$$ Где:

  • c = скорость фазы;
  • λ = длина волны;
  • d = водная глубина;
  • g = ускорение под действием сил гравитации на поверхности Земли.

В глубоководьи, где гиперболический тангенс приближается к 1, скорость  — к скорости c в м\с, когда λ измерена в метрах. Это выражение говорит о том, что волны различных длин волны рвижутся на различных скоростях. Самые быстрые волны в шторме — те, которые с самой длинной длиной волны. В результате после шторма, первые волны, которые прибудут к побережью имеют выпуклости длины волны.

Когда присутствуют несколько эшелонов волны, то как всегда имеет место в природе, формируются волновые группы. В глубоководье группы путешествуют в виде скоростных групп, которые являются половиной скорости фазы., Образование единственной волны в группе показывает и можно видеть, что волна появляется позади группы, вырастая и впоследствии, наконец, исчезает впереди следующей группы.

При уменьшении водной глубины d к побережью будет наблюдаться эффект: высота волны изменяется и происходит её преломление, вызвонное в основном действием сил гравитации. Увеличение высоты волны происходит, когда волна становится непостоянной, и когда гребень волны перемещается быстрее чем впадина. Это вызывает прибой, ломка волн.

Движение волн ветра может быть использована устройствами, преобразющую её в нужных целях. Плотность энергии (область единицы) регулярных синусоидальных волн зависит от водной плотности \(\rho\), от \(g\)  — сопровождающего ускорения и от высота волны \(H\) (которая является равной двойной амплитуде, \(a\)): $$E=\frac{1}{8}\rho g {H}^2=\frac{1}{2}\rho g a^2.$$

Скорость распространения этой энергии  — скорость группы.

Волны океана и побережья

Волны океана оказывают огромное влияние на форму береговой линии Земли. Их способность разрушать скалы и пополнять наносами береговые линии объясняет, почему они являются важным компонентом изучения физической географии.

Океанские волны являются одним из самых мощных природных явлений на Земле, они оказывают существенное влияние на форму береговой линии Земли. Они могут выпрямить береговую линию. Иногда, хотя мысы состоят из пород устойчивых к эрозии, выступ в океан заставляет волны огибать их. Энергия волны распределяется на несколько областей, и в разных участках побережья получается различное количество энергии — побережье по-разному формируется волнами.

Один из самых известных примеров океанских волн, влияющих на береговые линии, находится в портовых или прибрежных течениях. Эти океанские течения, созданные волнами, преломляются, когда достигают берега. Они образуются в зоне прибоя, когда передняя часть волны толкается в сушу и замедляется. На обратной волне, которая все еще находится в глубине вод и движется быстрее и протекает параллельно берегу. Чем больше воды поступает, тем интенсивнее новая порция текущего потока выталкивается на сушу, создавая зигзаги в направлении волны входа.

Береговые токи играют важную роль в очертаниях береговой линии, потому что они существуют в зоне прибоя и работают с волнами, разбивающимися о берег. Таким образом, они получают большое количество песка и других отложений и транспортируют его до берега, по течению

Этот материал называется портовым дрейфом и имеет важное значение для застройки многих пляжей в мире

Движение песка, гравия и отложений со сносом портовых вод известен как осаждение. Это только один тип отложения, влияющих на побережье, хотя и имеют особенности, поскольку формируется исключительно за счет этого процесса. Осадконакопления береговой линии находятся в районах с мягким рельефом.

Прибрежные ландшафты, возникающие в результате осаждения, включают барьер, косу, лагуны и даже пляжи. Барьер, коса, рельеф — частично могут заблокировать устье залива и отрезать залив от океана. Лагуна — водный объект, который отрезан от океана барьером. Tombolo (песчаный перешеек) является рельефом, который создается при осаждении и соединяет берег с островом. В дополнение к осаждению, эрозии создают многие прибрежные рельефы. Некоторые из них включают скалы, платформы, морские пещеры и арки.

Формирование волн[править]

NOAA отправляют Делавэр II в плохую погоду на Банке Georges

Большая часть прерыателей волн наблюдается в результате следствия границ отдаленных ветров. На формирование волн воздушным потоком влияют следующие факторы:

  • скорость воздушного потока;
  • расстояние открытой воды, которую ветер прошел (названный усилием);
  • продолжительность времени прохождения потоком ветра данной области;
  • водная глубина;

Все эти факторы взаимодействуют и влияют на размер волн при действии водушнгог потока (ветра). Чем больше каждая из переменных, тем больших размеров образуются волны.

Параметры волн:

  • Высота волны — от основания волны (подошвы) до гребня;
  • Длина волны — (от гребня до гребня),
  • Период (временной интервал между прибытием последовательных гребней в постоянном пункте),
  • Механизм распространения волны.

Волны в данной области параметров обычно имеют диапазон высот. Для погодного сообщения и для научного анализа статистики волны ветра, их характерная высота в течение времени обычно выражается через высоту волны. Эта фигура представляет среднюю высоту самой высокой одной трети волн в данном периоде времени (обычно выбранный где-нибудь в диапазоне от 20 минут до двенадцати часов), или в определенной волне или штормовой системе. Учитывая изменчивость высоты волны, наибольшие индивидуальные волны, вероятно, учитываются две важные высоты волны, о которой сообщают в течение характерного дня или шторма.

Ссылки[править | править код]

  1. Holthuijsen (2007), page 5.
  2. Young, I. R. (1999). Wind generated ocean waves. Elsevier. ISBN 0080433170. p. 83.
  3. R.J. Dean and R.A. Dalrymple (2002). Coastal processes with engineering applications. Cambridge University Press. ISBN 0-521-60275-0. p. 96–97.
  4. For the particle trajectories within the framework of linear wave theory, see for instance:Phillips (1977), page 44. Lamb, H. (1994). Hydrodynamics (6th edition ed.). Cambridge University Press. ISBN 9780521458689. Originally published in 1879, the 6th extended edition appeared first in 1932. See §229, page 367. L. D. Landau and E. M. Lifshitz (1986). Fluid mechanics. Course of Theoretical Physics. 6 (Second revised edition ed.). Pergamon Press. ISBN 0 08 033932 8. See page 33.
  5. A good illustration of the wave motion according to linear theory is given by Prof. Robert Dalrymple Java applet
  6. For nonlinear waves, the particle paths are not closed, as found by George Gabriel Stokes in 1847, see the original paper by Stokes. Or in Phillips (1977), page 44: «To this order, it is evident that the particle paths are not exactly closed … pointed out by Stokes (1847) in his classical investigation».
  7. Solutions of the particle trajectories in fully nonlinear periodic waves and the Lagrangian wave period they experience can for instance be found in: J.M. Williams (1981). «Limiting gravity waves in water of finite depth». Philosophical Transactions of the Royal Society of London, Series A 302 (1466): 139–188. doi:10.1098/rsta.1981.0159. J.M. Williams (1985). Tables of progressive gravity waves. Pitman. ISBN 978-0273087335
  8. In deep water, the group velocity is half the phase velocity, as is shown here.
  9. Another reference ishttp://musr.physics.ubc.ca/~jess/hr/skept/Waves/node12.html

Самые большие цунами за последние 10 лет

Цунами — явление, чаще всего встречающееся в Тихом океане. Причина его возникновения — влияние силы на всю толщу воды. Чаще всего цунами — результат подводных землетрясений.

Важно! Приближению гигантской волны предшествует быстрый отлив. Если море внезапно отступило, следует покинуть берег и найти возвышенность

Ошибкой туристов является тот факт, что они из любопытства остаются на берегу.

Мьянма, 2008 г.

Сильную волну, обрушившуюся на побережье Мьянмы вызвал циклон и ураганный ветер. Этому не предшествовало землетрясение. Тем не менее, вода разрушила все на своем пути: дома, мосты, дороги. В катастрофе погибло до 130 тысяч человек, люди остались без крыши над головой.

Мощные циклоны хорошо видны из космоса

Официальное название разрушительного урагана — Наргис.

Самоанские острова, 2009 г.


29 сентября между островами Американского и Западного Самоа было зафиксировано землетрясение. По шкале Рихтера оно превысило 8 баллов, что вызвало нагнетание воды на сушу. Сотни людей пропали без вести, разрушены населенные пункты.

Высота волны составила 5 метров. Разрушив Самоа, она двинулась в сторону Японии, где жители были предупреждены.

Чили, 2010 г.

Страшная катастрофа в феврале 2010 года была вызвана землетрясением магнитудой 8,8 баллов в прибрежной зоне региона Био-Био. Сотен жертв от цунами удалось избежать благодаря системе оповещения и бдительности граждан, которые успели эвакуироваться в горах. Бедствие возникло именно по причине подземных толчков высокой силы.

Разрушившийся дом после землетрясения в Чили в 2010 году

После сотрясания земли цунами обрушилось на берег спустя 20 минут.

Япония, 2011 г.

В марте 2011 года на глубине 32 километра недалеко от берегов Японии произошла серия подземных толчков силой 9,0-9,1 баллов. Это сильнейшее землетрясение в истории страны и региона. Времени для образования цунами потребовалось немного — 10-20 минут. Некоторые граждане не успели понять разрушающей силы явления несмотря на включенные сирены.

Цунами на Японских островах

Толчки вызвали волны до 2 метров на побережье Чили, расположенном за тысячи километров от Японии. Погибло 15896 человек.

Филиппины, 2013 г.

Супертайфун Йоланда уже при зарождении имел огромный потенциал. Он возник в Тихом океане и за несколько дней переместился и достиг Филиппинских островов. На островах лейте гребень достигал высоты 6 метров. Скорость ветра — 313 км/ч.

Незначительно пострадал китайский остров Хайнань, побережье Вьетнама. Количество погибших — свыше 5700 человек.

Чили, 2014 г.

В 95 километрах от чилийского города Икеке на глубине 20 километров произошли подземные толчки, вызвавшие разрушения и цунами. Вода поднялась на 2 метра, затопив побережье. Эвакуация позволила сохранить жизни граждан. В результате воздействия воды разрушены дома, городская тюрьма, линии электропередач.

Остров Сулавеси, 2018 г.

Последнее разрешительное цунами обрушилось на индонезийский остров Сулавеси в 2018 году. Оно было вызвано землетрясением у основания полуострова Минахаса. Жертвами стали 1400 человек. В эти дни проходил культурный фестиваль, и система оповещения не сработала вовремя.

Остров Сулавеси после схода волны


Еще со времен подземных толчков 2004 года, произошедших в Индийском океане, вызвавших цунами в Таиланде, на Мальдивских островах, в Индонезии, на Шри-Ланке, власти региона начали оповещать жителей о приближении волны. Та катастрофа стала самой смертоносной в истории наблюдений (не менее 230 000 погибших).

Опасность волн от берега

В большинстве случаев, такие волны двигаются с небольшой скоростью: около четырёх-пяти километров в час. Но они очень опасны, особенно для детей и тех, кто неуверенно плавает.. Иногда возникают волны, движущиеся со скоростью до пятнадцати километров в час. Если в среднем волны от берега имеют ширину всего в два-три метра, то крупные волны могут быть до пятидесяти метров в ширину, длиной до 400 метров. Такое явления возникает достаточно редко, но может быть опасным для людей, находящихся на суше.

Волны, появляющиеся из-за отбойного течения, называют «рипами» (заимствованное английское слово RIP – название говорит само за себя). Если человек попадает в такое течение, первым делом необходимо успокоиться. Не рекомендуется сопротивляться рипу, лучше подождать, пока он ослабнет. Чаще всего, такая волна начинает ослабевать уже через сто метров от берега. После этого нельзя плыть напрямую к суше, необходимо плыть параллельно ей. Это поможет человеку выйти из области рипа.

Итак, волны всегда идут на берег по причине низкой плотности воздуха. Ветер оказывает на морскую поверхность воздействие, из-за которого вода приходит в активное движение. Они движутся до момента ослабевания течения, некоторые из них так и не доходят до суши.

Серфинг[править]

Основная статья: Серфинг

Серфингист в Оаху

‎ Серфинг обычно известен, как вид поверхностного водного спорта, в котором человек (или спортсмен) проходит лицо ломающейся океанской волны («прибой»). Однако, серфинг не ограничен условиями морского пространства, он может иногда иметь место на реках, используя постоянную волну. Этот случай был создан в 1700-ых, где европейские путешественники на острове Tаити использовали доски леса .

Слово «серфинг» используется для того, когда нужно обозначить езду на волнах, используя приспособления, на котором стоит серфингист и управляет своим перемещением. Другие формы включают bodyboarding, в котором человек, скользящий на волне и не использует никакие приспособления. Он только частично поднимает свою верхнюю часть тела от поверхности воды при движении. Т.о.катания на гребне волны происходят без доски, где, вообще, не используется никакое управление.

Виды волн по их форме

Проще всего разделить волны на типы согласно тому, как они выглядят визуально. Форма волны зависит от формы дна, над которым она образовывается. Если отмель плавная, то и волна растёт медленно, получаясь по форме пологой. При этом пологие волны могут быть и маленькими, и большими, но стенка у них всегда как у горки, наклонная, а когда волна рушится, пена как бы скатывается вниз по этой горке. Такие волны так и называются – пологие волны. Это лучшие волны для обучения сёрфингу.

Фото пологой волны

Если отмель в месте образования волны, резкая, то и волна получается резкой, с крутой, почти вертикальной стенкой. Такие волны обычно быстро вырастают и быстро рушатся, чтобы кататься на них, нужна хорошая скорость реакции, так что это волны для более продвинутых сёрферов. Называются они – резкие волны.

Фото резкой волны

Скорость, с которой волна движется к берегу бывает разной, если резкая волна, вырастая, движется «вперёд» быстрее, чем «вверх», то по форме она бывает, что называется, с плевком, то есть верхняя часть волны закручивается. Этот плевок, летящая вперёд верхушка волны, называется лип. Когда волны очень большие и мощные, лип может закручиваться в трубу. Трубящиеся волны – самые желанные для опытных сёрферов, эмоции от проезда в трубе во много раз ярче, чем просто от катания по волне.

Фото трубящейся волны для сёрфинга

Правильная волна для сёрфинга обрушается не одновременно по всей длине, а начиная с одного места, так, что сёрфер может ехать в сторону вдоль волны. По направлению обрушения, а соответственно и направлению езды сёрфера, волны делят на правые и левые. Причём направление определяется, глядя из океана на берег. Если сёрферу надо после старта повернуть направо, это правая волна, если налево, то левая волна. С берега это выглядит наоборот – по правой волне сёрфер едет налево, по левой – направо. Звучит запутанно, но после первого же урока сёрфинга на волнах становится понятно.


Фото правой и левой волн

Некоторые волны закрываются неправильно – сразу по всей длине, ехать на таких некуда, поэтому сёрферы их пропускают. По-английски такие волны называются close-out, по-русски мы зовём их «закрывашки» или «хлопушки».

Фото волны, которая закрывается по всей длине

Как же возникают бродячие волны?

Одна из основных версий — столкновение поверхностных потоков постоянных морских течений со встречным ветровым волнением. Подобное явление обычно наблюдается там, где встречаются океаны — у мысов Горн и Доброй Надежды. Неслучайно блуждающие волны часто называют еще и кейпроллерами (от английского caperoller — огибающие мыс). Районы встречи холодных и теплых течений также попадают в зону риска, так что вероятность встречи с волной-убийцей представляется достаточно высокой у полуострова Лабрадор, на подходах к Гвинейскому заливу, к востоку от Японии и у юго-восточного побережья Австралии. 

Но как в этом случае объяснить появление блуждающих водяных гор на относительно закрытых акваториях — например, в Мексиканском заливе, в Северном и Средиземном морях или на Великих озерах?

Приверженцы классической волновой теории предпочитают объяснять этот феномен с помощью механизма интерференции. Суть его состоит в наложении волн, при котором из нескольких сравнительно небольших образуется одна гигантская. Скептики же отмечают, что в таком случае волны-убийцы должны встречаться гораздо реже, чем это происходит на практике и документально подтверждается спутниковыми снимками. Одного лишь линейного сложения размеров и амплитуд для этого недостаточно, а значит речь может идти о своеобразном «энергетическом вампиризме». Сторонники этой версии утверждают, что при определенных внешних условиях морские волны приобретают способность обмениваться кинетической энергией. 

«Волна-вампир» постепенно высасывает энергию из своих соседок, что может привести к резкому (и неожиданному для стороннего наблюдателя) увеличению ее размеров. 

После достижения критической высоты «вампир» мгновенно сбрасывает накопленную энергию, чем и объясняются сразу две особенности блуждающей волны — сила удара и краткий срок ее видимого для человеческого глаза существования.

Еще одна группа исследователей пытается совместить изучение линейных и нелинейных свойств волн с углубленным анализом особенностей окружающей среды. При этом они выделяют следующие необходимые условия, которые с высокой степенью вероятности приводят к формированию бродячей волны:

  • Наличие близкой области пониженного давления.
  • Резкие изменения направления и скорости ветра.
  • Движение волн в пересекающихся направлениях (толчея).
  • Топографические особенности берега или подводного рельефа, способствующие изменению направления волн.
  • Наличие последовательного ряда из десяти так называемых эффективных волн, высота которых на 20–30% выше средней по району.
  • Особая форма гребней волн и ее изменение.

Заметим, что при внимательном рассмотрении все перечисленные «открытия» оказываются обычными факторами риска в штормовом (или предштормовом) море. В большинстве своем они давно известны яхтенным капитанам, но, к сожалению, не добавляют понимания природы бродячей волны.

Серфинг и волны

Среди умудренных опытом серфингистов существует негласный список мест на планете, где возникают самые высокие волны. Именно сюда мечтает попасть каждый спортсмен, чтобы попробовать покорить их.

  1. Назаре, Португалия. Волны, которые рождаются в этом месте, часто достигают высоты в 30 м. Самые устрашающие снимки спортсменов на досках – отсюда. Рядом с береговой линией этого небольшого рыбацкого городка под водой образовался каньон, из-за которого и формируются волны-гиганты. В 2011 г. спортсмен из Гавайев Гаррет Макнамара поставил мировой рекорд возле побережья. Он покорил волну максимально возможной для этих мест высоты 30 м. За это достижение он был внесен в Книгу рекордов Гиннеса.
  2. Ваймеа, Гавайи. Споты мирового класса для серфинга в основном расположились в районе северного побережья гавайского острова Оаху. Но самые лучшие и громадные волны наблюдаются только в бухте рядом с пляжем Банзай-Пайплайн. Легендарную местную волну под названием Ваймеа пытались покорить многие известные серфингисты в бигвейв серфинге, но она настолько сильная, что способна забрать жизнь неподготовленного человека. Здесь проводится ежегодное состязание Eddie Aikau Big Wave Invitational, когда высота волн превышает 8 м.
  3. Циклопс, Австралия. Эту волну открыли совсем недавно и считают абболютно непохожей на другие – во время наивысшего пика она образовывает кольца-трубы. Она мало обследована, поэтому именитые серферы отказываются на ней кататься. Циклоп расположена недалеко от береговой линии Есперанса в западной части материка. Чтобы ее покорить, к споту серфингист должен добираться на лодке.
  4. Волны спота Ведж. Этот спот расположен в северной части Калифорнии. Он привлекает спортсменов волнами, высотой до 10 м.

Когда дело доходит до желания покорить громадные водные стены, лучше не ехать в эти места. Ведь волны здесь очень опасные и достигают колоссальных размеров.


С этим читают