Волны. Самые большие волны в мире

Волны, которые мы привыкли видеть на поверхности моря, образуются главным образом под действием ветра. Однако волны могут возникать и по другим причинам, тогда они называются;

Приливные, образующиеся под действием приливообразующих сил Луны и Солнца;

Барические, возникающие при резких изменениях атмосферного давления;

Сейсмические (цунами), образующиеся в результате землетрясения или извержения вулканов;

Корабельные, возникающие при движении судна.

Ветровые волны являются преобладающими на поверхности морей и океанов. Волны приливные, сейсмические, барические и корабельные существенного влияния на плавание судов в открытом океане не оказывают, поэтому на их описании мы останавливаться не будем. Ветровое волнение - один из основных гидрометеорологических факторов, определяющих безопасность и экономическую эффективность мореплавания, так как волна, набегая на судно, обрушивается на него, раскачивает, бьет в борт, заливает палубы и надстройки, уменьшает скорость хода. Качка создает опасные крены, затрудняет определение места судна и сильно изнуряет команду. Кроме потери скорости, волнение вызывает рыскание и уклонение судна с заданного курса, и для удержания его требуется постоянная перекладка руля.

Ветровым волнением называется процесс формирования, развития и распространения вызванных ветром волн на поверхности моря. Ветровому волнению присущи две основные черты. Первая черта - нерегулярность: неупорядоченность размеров и форм волн. Одна волна не повторяет другую, за большой может следовать малая, а может и еще большая; каждая отдельная волна непрерывно меняет свою форму. Гребни волн перемещаются не только в направлении ветра, но и в других направлениях. Такая сложная структура возмущенной поверхности моря объясняется вихревым, турбулентным характером ветра, образующего волны. Вторая черта волнения заключается в быстрой изменчивости его элементов во времени и пространстве и связана также с ветром. Однако размеры волн зависят не только от скорости ветра, существенное значение имеет продолжительность его действия, площадь и конфигурация водной поверхности. С точки зрения практики нет необходимости знать элементы каждой отдельно взятой волны или каждого волнового колебания. Поэтому изучение волнения сводится в конечном итоге к выявлению статистических закономерностей, которые численно выражаются зависимостями между элементами волн и определяющими их факторами.

3.1.1. Элементы волн

Каждая волна характеризуется определенными элементами,

Общими элементами для волн являются (рис. 25):

Вершина - наивысшая точка гребня волны;

Подошва - наинизшая точка ложбины волны;

Высота (h) - превышение вершины волны;

Длина (Л)-горизонтальное расстояние между вершинами двух смежных гребней на волновом профиле, проведенном в генеральном направлении распространения волн;

Период (т) - интервал времени между прохождением двух смежных вершин волн через фиксированную вертикаль; другими словами, это промежуток времени, в течение которого волна проходит расстояние, равное своей длине;

Крутизна (е) - отношение высоты данной волны к ее длине. Крутизна волны в различных точках волнового профиля различна. Средняя крутизна волны определяется отношением:

Рис. 25. Основные элементы волн.

Для практики важное значение имеет наибольший уклон, который приближенно равен отношению высоты волны h к ее полудлине λ/2

- скорость волны с - скорость перемещения гребня волны в направлении ее распространения, определяемая за короткий интервал времени порядка периода волны;

Фронт волны - линия на плане взволнованной поверхности, проходящая по вершинам гребня данной волны, которые определяются по множеству волновых профилей, проведенных параллельно генеральному направлению распространения волн.

Для мореплавания наибольшее значение имеют такие элементы волн, как высота, период, длина, крутизна и генеральное направление перемещения волн. Все они зависят от параметров ветрового потока (скорости и направления ветра), его протяженности (разгона) над морем и продолжительности его действия.

В зависимости от условий образования и распространения ветровые волны можно подразделить на четыре типа.

Ветровые - система волн, находящаяся в момент наблюдения под воздействием ветра, которым она вызвана. Направления распространения ветровых волн и ветра на глубокой воде обычно совпадают или же различаются не более чем на четыре румба (45°).

Ветровые волны характерны тем, что подветренный склон их круче, чем наветренный, поэтому верхушки гребней обычно заваливаются, образуя пену, или даже срываются сильным ветром. При выходе волн на мелководье и подходе их к берегу направления распространения волн и ветра могут различаться более чем на 45°.

Зыбь - вызванные ветром волны, распространяющиеся в области волнообразования после ослабления ветра и/или изменения его направления, или вызванные ветром волны, пришедшие из области волнообразования в другую область, где дует ветер с другой скоростью и/или другим направлением. Частный случай зыби, распространяющейся при отсутствии ветра носит название мертвой зыби.

Смешанные - волнение, образующееся в результате взаимодействия ветровых волн и зыби.

Трансформация ветровых волн - изменение структуры ветровых волн при изменении глубины. В этом случае форма волн искажается, они становятся круче и короче и при небольшой глубине, не превышающей высоты волны, гребни последних опрокидываются, и волны разрушаются.

По своему внешнему виду ветровые волны характеризуются разными формами.

Рябь - начальная форма развития ветрового волнения, возникающая под действием слабого ветра; гребни волн при ряби напоминают чешую.

Трехмерное волнение - совокупность волн, средняя длина гребня которых в несколько раз превышает среднюю длину волны.

Регулярное волнение - волнение, в котором форма и элементы всех волн одинаковы.

Толчея - беспорядочное волнение, возникающее вследствие взаимодействия волн, бегущих в разных направлениях.

Волны, разбивающиеся над банками, рифами или камнями, носят название бурунов. Волны, обрушивающиеся в прибрежной зоне, называются прибоем. У крутых берегов и у портовых сооружений прибой имеет форму взброса.

Волны на поверхности моря подразделяются на свободные, когда сила, вызвавшая их, прекращает действовать и волны свободно перемещаются, и вынужденные, когда действие силы, вызвавшей образование волн, не прекращается.

По изменчивости элементов волн во времени их разделяют на установившиеся, т. е, ветровое волнение, в котором статистические характеристики волн не изменяются во времени, и развивающиеся или затухающие - изменяющие свои элементы во времени.

По форме волны делятся на двухмерные - совокупность волн, средняя длина гребня которых во много раз больше средней длины волн, трехмерные - совокупность волн, средняя длина гребня которых в несколько раз превышает длину волн, и уединенные, имеющие только куполообразный гребень без подошвы.

В зависимости от отношения длины волны к глубине моря волны подразделяются на короткие, длина которых значительно меньше глубины моря, и длинные, длина которых больше глубины моря.

По характеру перемещения формы волны они бывают поступательные, у которых наблюдается видимое перемещение формы волны, и стоячие - не имеющие перемещения. По тому, как располагаются волны, их делят на поверхностные и внутренние. Внутренние волны образуются на той или иной глубине на поверхности раздела между слоями воды разной плотности.

3.1.2. Методы расчета элементов волн

При изучении морского волнения используются некоторые теоретические положения, объясняющие те или иные стороны этого явления. Общие законы строения волн и характера движения их отдельных частиц рассматриваются трохоидальной теорией волн. Согласно этой теории, отдельные частицы воды в поверхностных волнах движутся по замкнутым эллипсоидным орбитам, совершая полный оборот за время, равное периоду волны т.

Вращательное движение последовательно расположенных частиц воды, сдвинутых на фазовый угол в начальный момент движения, создает видимость поступательного движения: отдельные частицы движутся по замкнутым орбитам, в то время как профиль волны перемещается поступательно в направлении ветра. Трохоидальная теория волн позволила математически обосновать строение отдельных волн и связать между собой их элементы. Были получены формулы, позволяющие рассчитать отдельные элементы волн

где g -ускорение свободного падения, Длина волны К скорость ее распространения С и период t связаны между собой зависимостью К=Сх.

Следует отметить, что трохоидальная теория волн справедлива только для правильных двухмерных волн, которые наблюдаются в случае свободных ветровых волн - зыби. При трехмерном ветровом волнении орбитальные пути частиц не являются замкнутыми круговыми орбитами, так как под воздействием ветра возникает горизонтальный перенос вод на поверхности моря в направлении распространения волны.

Трохоидальная теория морских волн не вскрывает процесса их развития и затухания, а также механизма передачи энергии от ветра к волне. Между тем, решение именно этих вопросов необходимо с целью получения надежных зависимостей для расчета элементов ветровых волн.

Поэтому развитие теории морских волн пошло по пути разработки теоретических и эмпирических связей между ветром и волнением с учетом разнообразия реальных морских ветровых волн и нестационарности явления, т. е. с учетом их развития и затухания.

В общем виде формулы для расчета элементов ветровых волн могут быть выражены в виде функции от нескольких переменных

H, t, Л,C=f(W , D t, H),

Где W - скорость ветра; D - разгон , t - продолжительность действия ветра; Н - глубина моря.

Для мелководных районов морей для расчета высоты и длины волн можно использовать зависимости

Коэффициенты а и z переменны и зависят от глубины моря

А = 0,0151H 0,342 ; z = 0,104H 0,573 .

Для открытых районов морей элементы волн, обеспеченность высот которых составляет 5%, и средние значения длины волн рассчитываются по зависимостям:

H = 0,45 W 0,56 D 0,54 A,

Л = 0,3lW 0,66 D 0,64 A.

Коэффициент А вычисляется по формуле

Для открытых районов океана элементы волн рассчитываются по следующим формулам:

где е - крутизна волны при малых разгонах, D ПР - предельный разгон, км. Максимальную высоту штормовых волн можно рассчитать по формуле

где hmax - максимальная высота волн, м, D - длина разгона, мили.

В Государственном океанографическом институте на основании спектральной статистической теории волнения были получены графические связи между элементами волн и скоростью ветра, продолжительностью его действия и длиной разгона. Эти зависимости следует считать наиболее надежными, дающими приемлемые результаты, на основе которых в Гидрометцентре СССР (В. С. Красюк) были построены номограммы для расчета высоты волн. Номограмма (рис. 26) разделена на четыре квадранта (I-IV) и состоит из серии графиков, расположенных в определенной последовательности.

В квадранте I (отсчет ведется из нижнего правого угла) номограммы дана градусная сетка, каждое деление которой (по горизонтали) соответствует 1° меридиана на данной широте (от 70 до 20° с. ш.) для карт масштаба 1:15 000000 полярной стереографической проекции. Градусная сетка необходима для перевода расстояния между изобарами п и радиуса кривизны изобар R, измеренных на картах другого масштаба, в масштаб 1:15 000000. В этом случае мы определяем расстояние между изобарами п и радиус кривизны изобар R в градусах меридиана на данной широте. Радиус кривизны изобар R - радиус Окружности, с которой участок изобары, проходящей через точку, для которой ведется расчет, или вблизи нее имеет наибольшее соприкосновение. Определяется он с помощью измерителя путем подбора таким образом, чтобы дуга, проведенная из найденного центра, совпадала с данным участком изобары. Затем на градусной сетке откладываем измеренные величины на данной широте, выраженные в градусах меридиана, и раствором циркуля определяем радиус кривизны изобар и расстояние между изобарами, соответствующее масштабу 1:15000 000.

В квадранте II номограммы приведены кривые, выражающие зависимость скорости ветра от барического градиента и географической широты места (каждая кривая соответствует определенной широте- от 70 до 20° с. ш.). Для перехода от рассчитанного градиентного ветра к ветру, дующему вблизи поверхности моря (на высоте 10 м), была выведена поправка, учитывающая стратификацию приводного слоя атмосферы. При расчетах для холодной части года (устойчивая стратификация t w 2°С)-коэффициент 0,6.

Рис. 26. Номограмма для расчета элементов волн и скорости ветра по картам приземного поля давления, где изобары проведены с интервалом 5 мбар (а) и 8 мбар (б). 1 - зима, 2 - лето.

В квадранте III производится учет влияния кривизны изобар на скорость геострофического ветра. Кривые, соответствующие различным значениям радиуса кривизны (1, 2, 5 и т. д.), даны сплошными (зима) и штриховыми (лето) линиями. Знак оо означает, что изобары прямолинейны. Обычно при радиусе кривизны, превышающей 15°, учета кривизны при расчетах не требуется. По оси абсцисс, разделяющей кйадранты III и IV, определяется скорость ветра W для данной точки.

В квадранте IV расположены кривые, позволяющие по скорости ветра, разгону или продолжительности действия ветра определять высоту так называемых значительных волн (h 3H), имеющих обеспеченность 12,5%.

Если имеется возможность при определении высоты волн использовать не только данные о скорости ветра, но и о разгоне и продолжительности действия ветра, расчет выполняется по разгону и продолжительности действия ветра (в часах). Для этого из квадранта III номограммы опускаем перпендикуляр не до кривой разгона, а до кривой продолжительности действия ветра (6 или 12 ч). Из полученных результатов (по разгону и продолжительности) берется меньшее значение высоты волны.

Расчет с помощью предлагаемой номограммы можно производить лишь для районов «глубокого моря», т. е. для районов, где глубина моря не меньше половины длины волны. При разгоне, превышающем 500 км, или продолжительности действия ветра больше 12 ч используется зависимость высот волн от ветра, соответствующая океанским условиям (утолщенная кривая в квадранте IV).

Таким образом, для определения высоты волн в данной точке необходимо выполнить следующие операции:

А) найти радиус кривизны изобары R, проходящий через данную точку или вблизи нее (с помощью циркуля путем подбора). Радиус кривизны изобар определяется только в случае циклонической кривизны (в циклонах и ложбинах) и выражается в градусах меридиана;

Б) определить разность давления п путем измерения расстояния между соседними изобарами в районе выбранной точки;

В) по найденным значениям R и п в зависимости от времени года находим скорость ветра W;

Г) зная скорость ветра W и разгон D или продолжительность действия ветра (6 или 12 ч), находим высоту значительных волн (h 3H).

Разгон находится следующим образом. От каждой точки, для которой ведется расчет высоты волн, в направлении против ветра проводится линия тока до тех пор, пока ее направление не изменится по отношению к начальному на угол 45° или не достигнет берега, или кромки льда. Приблизительно это и будет разгон или путь ветра, на протяжении которого должны формироваться (волны, приходящие в данную точку.

Продолжительность действия ветра определяется как время, в течение которого направление ветра неизменно или отклоняется от первоначального не более чем на ±22,5°.

По номограмме на рис. 26 а можно определить высоту волны по карте приземного поля давления, на которой изобары проведены через 5 мбар. Если изобары проведены через 8 мбар, то следует использовать номограмму, приведенную на рис. 26 б.

Период и длину волны можно рассчитать по данным о скорости ветра и высоте волны. Приближенный расчет периода волн может быть произведен по графику (рис. 27), на котором представлена зависимость между периодами и высотой ветровых волн при различных скоростях ветра (W). Длина волн определяется по ее периоду и глубине моря в данной точке по графику (рис. 28).

Вопрос 1. Случалось ли вам наблюдать волны на поверхности моря (озера, реки)? Как они возникают?

Да. В основном волны возникают на большом пространстве открытой воды под действием ветра.

Вопрос 2. Почему возникают приливы?

Притяжение Луны действует на воду словно гигантский магнит, и вся поверхность морей и океанов приподнимается вверх.

Вопрос 3. Пользуясь картой океанов в атласе, определите, где на Земле регистрируются самые высокие приливы. Что общего у всех перечисленных вами мест?

Самые высокие приливы на Земле известны в заливе Фанди в Северной Америке - 18 м, в устье реки Северн в Англии - 16 м, в заливе Мон-Сен-Мишель во Франции - 15 м, в губах Охотского моря - Пенжинской и Гижигинской - 13 м, у мыса Нерпинский в Мезенском заливе - 11 м. Общего у этих мест то, что они все являются заливами.

Вопрос 4. Что такое длина и высота волны? Поясните свой ответ схемой.

Высота волны измеряется от подошвы до гребня по вертикали. Длина волны - это расстояние между двумя соседними гребнями.

Вопрос 5. Сравните штормовые волны и цунами по плану: а) причина возникновения; б) высота в океане; в) высота у берега; г) длина. Какие волны опаснее для судов, находящихся в открытом океане, а какие - для судов у берега?

Волны: а) Возникают под действием ветра на: 4-12 м. в) Высота у берега: меньше 4 м. г) Длина: до 250 м.

Цунами: а) Возникают из-за подводных землетрясений, оползней, извержений подводных вулканов. б) Высота в океане: 1 м. в) Высота у берега: 40 м. г) Длина: 100 - 200 км.

Для судов, находящихся в открытом океане опасными больше являются штормовые волны, так как они короче и выше. Цунами опасны у берега, так как они набирают наибольшую высоту при мелководье.

Вопрос 6. Через сколько часов цунами, возникнув у берегов Чили, достигнет Японских островов?

Учитывая расстояние между Чили и Японией, скорость волны, силу землетрясения, а так же преграду в виде Гавайских островов, 24 часа.

Вопрос 7. Каковы различия между океаническими течениями и движением воды при волнении?

Океаническое течение имеет постоянное горизонтальное направление, оно подобно реке в океане.

А волны имеют высоту, ширину, длину, гребень, подошву, и зависят прежде всего от ветра.

Вопрос 8. Назовите основную причину образования поверхностных океанических течений. Как в Мировом океане возникают глубинные течения?

Основная причина возникновения поверхностных океанических течений - действие постоянных ветров. Самое мощное течение во всём Мировом океане - это течение Западных Ветров.

Глубинные течения обычно возникают из-за различий в плотности воды. Более солёная или более холодная вода плотнее и тяжелее, чем менее солёная или тёплая вода. Охлаждаясь в приполярных областях, вода опускается на глубину и движется в сторону экватора.

Вопрос 9. Составьте по тексту параграфа рассказ о течении Западных Ветров и течении Гольфстрим.

Самое мощное течение во всём Мировом океане - это течение Западных Ветров. Длина этого течения 30 тыс. км, ширина оценивается в 2500 км, скорость - около 3,5 км/ч. Каждую секунду течение Западных Ветров переносит воды в 20 раз больше, чем все реки земного шара.

Давно известно и хорошо изучено тёплое течение Гольфстрим, проходящее близ восточных берегов Северной Америки с юго-запада на северо-восток. Гольфстрим образуется при слиянии вод, вытекающих из Мексиканского залива, и вод, пригоняемых ветром от берегов Африки. Длина его 3 тыс. км, ширина составляет сотни километров, скорость - до 10 км/ч. Каждую секунду Гольфстрим переносит в среднем около 75 млн. т. воды. Примерно у 45° с. ш. Гольфстрим переходит в Северо-Атлантическое течение, часть вод которого направляется в Северный Ледовитый океан. Под их влиянием Баренцево море не замерзает, и Мурманский порт доступен для судов круглый год.

Вопрос 10. Докажите, что океанические течения имеют большое значение для природы Земли и человека.

Океанические течения влияют не только на распределение температуры воды в океане, но и способствуют перемешиванию воды. У берегов, от которых ветер отгоняет воду, её место занимают глубинные воды, обогащённые питательными веществами. Вот почему районы подъёма глубинных вод богаты рыбой. В местах, к которым нагоняется вода, происходит её опускание. Опускающаяся вода несёт в глубину кислород.

Чем обусловлено появление большинства волн в океанах и морях, о разрушительной энергии волн и о самых гигантских волнах, и больших цунами которые когда-либо видел человек.

Самая высокая волна

Чаще всего волны порождаются ветром: воздух перемещает поверхностные слои водной толщи с определенной скоростью. Некоторые волны могут разгоняться до 95 км/час, при этом волна может быть длиной до 300 метров, такие волны проходят огромные расстояния по океану, но чаще всего их кинетическая энергия гасится, расходуется еще до того, как они достигают суши. Если же ветер стихает, то и волны становятся мельче, глаже.

Образование волн в океане подчиняется определенным закономерностям.

Высота и длина волны зависит от скорости ветра, от продолжительности его воздействия, от площади охваченной ветром территории. Существует соответствие: наибольшая высота волны составляет одну седьмую часть от ее длины. Например, сильный бриз порождает волны высотой до 3 метров, обширный ураган - в среднем до 20 метров. И это уже по-настоящему чудовищные волны, с ревущими пенными шапками и прочими спецэффектами.

Самая высокая обычная волна в 34 метра была отмечена на территории течения Агульяс (Южная Африка) в 1933 году моряками с борта американского судна «Рамапо». Волны такой высоты называют «волнами-убийцами»: в провалах между ними может легко затеряться и погибнуть даже большой корабль.

В теории высота нормальных волн может достигать и 60 метров, но таковые пока не были зафиксированы на практике.

Помимо обычного ветрового происхождения, существуют и другие механизмы волнообразования. Причиной и эпицентром рождения волны может быть землетрясение, извержение вулкана, резкое изменение береговой линии (оползни), деятельность человека (например, испытание ядерного оружия) и даже падение в океан крупных небесных тел - метеоритов.

Самая большая волна

Это цунами – серийная волна, которая вызвана каким-либо мощным импульсом. Особенность волн цунами состоит в том, что они довольно длинные, расстояние между гребнями может достигать десятки километров. Поэтому в открытом океане цунами не представляет особой опасности, так как высота волн получается в среднем не более нескольких сантиметров, в рекордных случаях – метра полтора, зато скорость их распространения просто немыслимая, до 800 км / час. С корабля в открытом море они вообще не заметны. Разрушительную силу цунами приобретает, приближаясь к побережью: отражение от берега ведет к сжатию длины волны, а энергия-то никуда не девается. Соответственно, увеличивается ее (волны) амплитуда, то есть, высота. Несложно сделать вывод, что такие волны могут достигать намного большей высоты, чем ветровые волны.

Самые страшные цунами возникают из-за значительных нарушений рельефа морского дна, например, тектонических разломов или сдвигов, из-за которых миллиарды тонн воды начинают резко перемещаться на десятки тысяч километров со скоростью реактивного самолета. Катастрофы происходят, когда вся эта масса замедляется об берег, и ее колоссальная энергия сначала идет на наращивание высоты, а в итоге обрушивается на сушу всей своей мощью, водяной стеной.

Самые «цунамоопасные» места – заливы с высокими берегами. Это настоящие ловушки для цунами. И самое страшное, что цунами почти всегда приходит внезапно: с виду ситуация на море может быть неотличима от отлива или прилива, обычного шторма, люди не успевают или даже не мыслят эвакуироваться, и вдруг их настигает гигантская волна. Система оповещения мало где разработана.

Территории с повышенной сейсмической активностью – зоны особого риска и в наше время. Недаром название этого природного явления имеет японское происхождение.

Самое страшное цунами в Японии

Острова регулярно атакуются волнами разного калибра, и среди них встречаются поистине гигантские, влекущие за собой человеческие жертвы. Землетрясение у восточного побережья острова Хонсю в 2011 году вызвало цунами с высотой волны до 40 метров. Землетрясение оценивается как сильнейшее в описанной истории Японии. Волны нанесли удары по всему побережью, вместе с землетрясением они унесли жизни более 15 тысяч человек, многие тысячи пропали без вести.

Другая высочайшая волна в истории Японии обрушилась в 1741 году на запад острова Хоккайдо в результате извержения вулкана, ее высоту приблизительно оценивают в 90 метров.

Самое большое цунами в мире

В 2004 году на островах Суматра и Ява цунами, вызванное сильным землетрясением в Индийском океане, обернулось масштабнейшей катастрофой. Погибли, по разным данным, от 200 до 300 тысяч человек – треть миллиона жертв! К настоящему моменту именно это цунами считается самым разрушительным в истории.

А рекордсмен по высоте волны носит имя «Литуя». Это цунами, прокатившееся в 1958 году по заливу Литуя на Аляске со скоростью 160 км/час, было спровоцировано гигантским оползнем. Высота волны оценивалась в 524 метра.

Между тем, море далеко не всегда бывает опасным. Есть «дружелюбные» моря. Например, в Красное море не впадает ни одна река, но оно является самым чистым в мире. .
Подпишитесь на наш канал в Яндекс.Дзен

Волнение — это колебательное движение воды. Оно воспринимается наблюдателем как движение волн по поверхности воды. На самом же деле водная поверхность совершает колебания вверх-вниз от среднего уровня положения равновесия. Форма волн при волнении постоянно изменяется в связи с движением частиц по замкнутым, почти круговым орбитам.

Каждая волна представляет собой плавное соединение возвышений и углублений. Основными частями волны являются: гребень — самая высокая часть; подошва - самая низкая часть; склон - профиль между гребнем и подошвой волны. Линия вдоль гребня волны называется фронтом волны (рис. 1).

Рис. 1. Основные части волны

Основные характеристики волн — это высота - разность уровней гребня и подошвы волны; длина - кратчайшее расстояние межу смежными гребнями или подошвами волн; крутизна - угол между склоном волны и горизонтальной плоскостью (рис. 1).

Рис. 1. Основные характеристики волны

Волны обладают очень большой кинетической энергией. Чем выше волна, тем больше в ней заключено кинетической энергии (пропорционально квадрату увеличения высоты).

Под влиянием силы Кориолиса справа по течению вдали от материка возникает водяной вал, а у суши создается депрессия.

По происхождению волны подразделяются следующим образом:

• волны трения;
• барические волны;
• сейсмические волны или цунами;
• сейши;
• приливные волны.

Волны трения

Волны трения, в свою очередь, могут быть ветровыми (рис. 2) или глубинными. Ветровые волны возникают вследствие ветровые волнытрения на границе воздуха и воды. Высота ветровых волн не превышает 4 м, но при сильных и затяжных штормах она возрастает до 10-15 м и выше. Наиболее высокие волны — до 25 м — наблюдаются в полосе западных ветров Южного полушария.

Рис. 2. Ветровые волны и волны прибоя

Пирамидальные, высокие и крутые ветровые волны получили название толчея. Эти волны присущи центральным областям циклонов. Когда ветер стихает, волнение приобретает характер зыби , т. е. волнения по инерции.

Первичная форма ветровых волн - рябь. Она возникает при скорости ветра менее 1 м/с, а при скорости, большей 1 м/с, образуются сначала мелкие, а потом более крупные волны.

Волна близ берегов, в основном на мелководьях, основывающаяся на поступательных движениях, получила название прибоя (см. рис. 2).

Глубинные волны возникают на границе двух слоев воды с разными свойствами. Они часто возникают в проливах, с двумя этажами течения, близ устьев рек, у кромки тающих льдов. Эти волны перемешивают морскую воду и являются очень опасными для моряков.

Барическая волна

Барические волны возникают из-за быстрой смены атмосферного давления в местах происхождения циклонов, особенно тропических. Обычно эти волны одиночные и не приносят особого вреда. Исключение составляют случаи, когда они совпадают с высоким приливом. Таким бедствиям наиболее часто подвергаются Антильские острова, полуостров Флорида, побережья Китая, Индии, Японии.

Цунами

Сейсмические волны возникают под воздействием подводных толчков и прибрежных землетрясений. Это очень длинные и невысокие в открытом океане волны, но сила их распространения достаточно велика. Они движутся с очень большой скоростью. У побережий их длина сокращается, а высота резко возрастает (в среднем от 10 до 50 м). Их появление влечет за собой человеческие жертвы. Сначала морс отступает на несколько километров от берега, набирая силу для толчка, а потом волны с огромной скоростью выплескиваются на берег с интервалом 15-20 мин (рис. 3).

Рис. 3. Трансформация цунами

Японцы назвали сейсмические волны цунами , и этот термин используется во всем мире.

Сейсмический пояс Тихого океана является основным районом образования цунами.

Сейши

Сейши — это стоячие волны, которые возникают в заливах и внутренних морях. Они происходят по инерции после прекращения действия внешних сил — ветра, сейсмических толчков, резких изменений , выпадения интенсивных осадков и т. д. При этом в одном месте вода поднимается, а в другом — опускается.

Приливная волна

Приливные волны — это движения , совершаемые под влиянием приливообразующих сил Луны и Солнца. Обратная реакция морской воды на прилив - отлив. Полоса, осушаемая во время отлива, называется осушкой.

Существует тесная связь высоты приливов и отливов с фазами Луны. В новолуния и полнолуния наблюдаются самые высокие приливы и самые низкие отливы. Они называются сизигийными. В это время лунные и солнечные приливы, наступая одновременно, накладываются друг на друга. В промежутках между ними, в первую и последнюю четверги фазы Луны, наблюдаются самые низкие, квадратурные приливы.

Как уже было сказано во втором разделе, в открытом океане высота прилива невелика — 1,0-2,0 м, а у расчлененных берегов она резко возрастает. Максимальной величины прилив достигает на атлантическом побережье Северной Америки, в заливе Фанди (до 18 м). В России максимальная величина прилива — 12,9 м — отмечена в заливе Шелихова (Охотское море). Во внутренних морях приливы мало заметны, например, в Балтийском морс у Санкт-Петербурга прилив составляет 4,8 см, а вот по некоторым рекам прилив прослеживается на сотни и даже тысячи километров от устья, например, в Амазонке — до 1400 см.

Крутую приливную волну, поднимающуюся вверх по реке, называют бором. На Амазонке бор достигает высоты 5 м и ощущается на расстоянии 1400 км от устья реки.

Даже при спокойной поверхности в толще океанских вод происходит волнение. Это так называемые внутренние волны — медленные, но весьма значительные по размаху, достигающему порой сотен метров. Они возникают в результате внешнего воздействия на неоднородную по вертикали массу воды. К тому же так как температура, соленость и плотность океанской воды изменяются с глубиной не постепенно, а скачкообразно от одного слоя к другому, на границе между этими слоями и возникают специфические внутренние волны.

Морские течения

Морские течения — это горизонтальные поступательные движения водных масс в океанах и морях, характеризующиеся определенным направлением и скоростью. Они достигают нескольких тысяч километров в длину, десятков-сотен километров в ширину, сотен метров в глубину. По физико-химическим свойствам воды морских течений отличны от окружающих.

По продолжительности существования (устойчивости) морские течения подразделяют следующим образом:

• постоянные , которые проходят в одних и тех же районах океана, имеют одно генеральное направление, более или менее постоянную скорость и устойчивые физико-химические свойства переносимых водных масс (Северное и Южное пассатные, Гольфстрим и др.);
• периодические , у которых направление, скорость, температура подчинены периодическим закономерностям. Происходят они через равные промежутки времени в определенной последовательности (летнее и зимнее муссонные течения в северной части Индийского океана, приливно-отливные течения);
• временные , вызываемые чаще всего ветрами.

По температурному признаку морские течения бывают:

• теплые , которые имеют температуру выше, чем окружающая вода (например. Мурманское течение с температурой 2-3 °С среди вод О °С); они имеют направление от экватора к полюсам;
• холодные , температура которых ниже окружающей воды (например, Канарское течение с температурой 15-16 °С среди вод с температурой около 20 °С); эти течения направлены от полюсов к экватору;
• нейтральные , которые имеют температуру, близкую к окружающей среде (например, экваториальные течения).

По глубине расположения в толще воды различают течения:

• поверхностные (до 200 м глубины);
• подповерхностные , имеющие направление, противоположное поверхностному;
• глубинные , движение которых совершается очень медленно — порядка нескольких сантиметров или первых десятков сантиметров в секунду;
• придонные , регулирующие обмен вод между полярными — субполярными и экваториально-тропическими широтами.

По происхождению выделяют следующие течения:

• фрикционные , которые могут быть дрейфовыми или ветровыми. Дрейфовые возникают под влиянием постоянных ветров, а ветровые создаются сезонными ветрами;
• градиентно-гравитационные , среди которых выделяют стоковые , образующиеся в результате наклона поверхности, вызванного избытком вод вследствие их притока из океана и обильных осадков, и компенсационные , которые возникают благодаря оттоку вод, скудным осадкам;
• инертные , которые наблюдаются после прекращения действия возбуждающих их факторов (например, приливные течения).

Система течений океана обусловлена общей циркуляцией атмосферы.

Если представить гипотетический океан, непрерывно простирающийся от Северного полюса к Южному, и наложить на него генерализированную схему атмосферных ветров, то с учетом отклоняющей силы Кориолиса получим шесть замкнутых колец -
круговоротов морских течений: Северное и Южное экваториальные, Северное и Южное субтропические, Субарктическое и Субантарктическое (рис. 4).

Рис. 4. Круговороты морских течений

Отступления от идеальной схемы вызваны наличием материков и особенностями их распределения по земной поверхности Земли. Однако, как и на идеальной схеме, в действительности на поверхности океана наблюдается зональная смена крупных — протяженностью в несколько тысяч километров — не полностью замкнутых циркуляционных систем: это экваториальная антициклоническая; тропические циклонические, северная и южная; субтропические антициклонические, северная и южная; антарктическая циркумполярная; высокоширотные циклонические; арктическая антициклоническая системы.

В Северном полушарии они движутся по часовой стрелке, в Южном — против. С запада на восток направлены экваториальные межпассатные противотечения.

В умеренных субполярных широтах Северного полушария существуют малые кольца течений вокруг барических минимумов. Движение вод в них направлено против часовой стрелки, а в Южном полушарии — с запада на восток вокруг Антарктиды.

Течения в зональных циркуляционных системах достаточно хорошо прослеживаются до глубины 200 м. С глубиной они меняют направление, слабеют и превращаются в слабые вихри. Взамен на глубине усиливаются меридиональные течения.

Самые мощные и глубокие из поверхностных течений играют важнейшую роль в глобальной циркуляции Мирового океана. Наиболее устойчивые поверхностные течения — это Северное и Южное пассатные течения Тихого и Атлантического океанов и Южное пассатное течение Индийского океана. Они имеют направление с востока на запад. Для тропических широт характерны теплые сточные течения, например Гольфстрим, Куросио, Бразильское и др.

Под действием постоянных западных ветров в умеренных широтах существуют теплые Северо-Атлантическое и Северо-

Тихоокеанское течения в Северном полушарии и холодное (нейтральное) течение Западных ветров — в Южном. Последнее образует кольцо в трех океанах вокруг Антарктиды. Замыкают большие круговороты в Северном полушарии холодные компенсационные течения: вдоль западных берегов в тропических широтах — Калифорнийское, Канарское, а в Южном — Перуанское, Бенгальское, Западно-Австралийское.

Наиболее известными течениями также являются теплое Норвежское течение в Арктике, холодное Лабрадорское в Атлантике, теплое Аляскинское и холодное Курило-Камчатское — в Тихом океане.

Муссонная циркуляция в северной части Индийского океана порождает сезонные ветровые течения: зимнее — с востока на запад и летнее — с запада на восток.

В Северном Ледовитом океане направление движения вод и льдов происходит с востока на запад (Трансатлантическое течение). Причины его — обильный речной сток рек Сибири, вращательное циклоническое движение (против часовой стрелки) над Баренцевым и Карским морями.

Помимо циркуляционных макросистем существуют вихри открытого океана. Их размер — 100-150 км, а скорость перемещения водных масс вокруг центра — 10-20 см/с. Эти мезосистемы называются синоптическими вихрями. Считается, что именно в них заключено не менее 90 % кинетической энергии океана. Вихри наблюдаются не только в открытом океане, но и в морских течениях типа Гольфстрим. Здесь они вращаются с еще большей скоростью, чем в открытом океане, их кольцевая система лучше выражена, поэтому их называют рингами.

Для климата и природы Земли, особенно прибрежных районов, значение морских течений велико. Теплые и холодные течения поддерживают разницу температур западных и восточных побережий материков, нарушая ее зональное распределение. Так, незамерзающий Мурманский порт находится за Полярным кругом, а на восточном побережье Северной Америки замерзает залив св. Лаврентия (48° с.ш.). Теплые течения способствуют выпадению осадков, холодные, напротив, уменьшают возможность их выпадения. Поэтому территории, омываемые теплыми течениями, имеют влажный климат, а холодными — сухой. При помощи морских течений осуществляются миграция растений и животных, перенос питательных веществ и газовый обмен. Течения учитывают и при мореплавании.

Я когда прочитал про высоту волны, вызванную цунами в 1958 году, не поверил своим глазам. Перепроверил один раз, другой. Везде одно и то же. Нет, наверное, все-таки с запятой ошиблись, и все друг у друга копируют. А может, в единицах измерения?
Ну, а как иначе, вот, как вы думаете, может быть волна от цунами высотой в 524 метра? ПОЛОВИНА КИЛОМЕТРА!
Сейчас мы узнаем, что там было на самом деле…

Вот, что пишет очевидец:

«После первого толчка я упал с койки и посмотрел в сторону начала залива, откуда шел шум. Горы ужасно дрожали, камни и лавины неслись вниз. И особенно поражал ледник на севере, его называют ледник Литуйя. Обычно, его не видно с того места, где я стоял на якоре. Люди качают головами, когда я говорю им, что я видел его в ту ночь. Я ничего не могу поделать, если они мне не верят. Я знаю, что ледник не виден с того места, где я стоял на якоре в бухте Анкоридж, но я также знаю и то, что видел его в ту ночь. Ледник поднялся в воздух и двинулся вперед, так, что стал виден. Он, должно быть, поднялся на несколько сотен футов. Я не говорю, что он просто висел в воздухе. Но он трясся и прыгал, как сумасшедший. Большие куски льда падали с его поверхности в воду. Ледник находился в шести милях от меня, и я видел большие куски, которые сваливались с него как с огромного самосвала. Это продолжалось некоторое время - трудно сказать, как долго, - а потом вдруг ледник исчез из поля зрения и над этим местом поднялась большая стена воды. Волна пошла в нашу сторону, после чего я был слишком занят, чтобы сказать, что еще там происходило».

9 июля 1958 г. необычайно сильная катастрофа произошла в заливе Литуйя на юго-востоке Аляски. В этом заливе, вдающемся в сушу более чем на 11 км, геолог Д. Миллер обнаружил разницу в возрасте деревьев на склоне холмов, окружающих залив. По годовым кольцам деревьев он подсчитал, что за последние 100 лет в заливе, по крайней мере, четыре раза возникали волны с максимальной высотой в несколько сотен метров. К выводам Миллера отнеслись с большим недоверием. И вот, 9 июля 1958 г. к северу от залива произошло сильное землетрясение на разломе Фэруэтер, вызвавшее разрушение построек, обрушение побережья, образование многочисленных трещин. А огромный оползень на склоне горы над бухтой вызвал волну рекордной высоты (524 м), которая со скоростью 160 км/ч прокатилась по узкому, похожему на фьорд заливу.

Литуйя представляет собой фьорд, расположенный на разломе Фэруэтер в северо-восточной части залива Аляска. Это Т-образная бухта длиной 14 километров и до трех километров в ширину. Максимальная глубина составляет 220 м. Узкий вход в бухту имеет глубину всего 10 м. В залив Литуйя спускаются два ледника, каждый из которых имеет длину около 19 км и ширину до 1,6 км. За предшествующее описываемым событиям столетие в Литуйе уже несколько раз наблюдались волны высотой более 50 метров: в 1854, 1899 и 1936 годах.

Землетрясение 1958 года вызвало субаэральный камнепад в устье ледника Гильберт в заливе Литуйя. В результате этого оползня более 30 миллионов кубических метров горных пород рухнули в залив и привели к образованию мегацунами. От этой катастрофы погибло 5 человек: трое на острове Хантаак и еще двоих смыло волной в заливе. В Якутате, единственном постоянном населенном пункте вблизи эпицентра, были повреждены объекты инфраструктуры: мосты, доки и нефтепроводы.

После землетрясения проводилось исследование подледного озера, расположенного к северо-западу от изгиба ледника Литуйя в самом начале залива. Оказалось, что озеро опустилось на 30 метров. Этот факт послужил основанием еще для одной гипотезы образования гигантской волны высотой более 500 метров. Вероятно, во время схода ледника большой объем воды попал в залив через ледяной тоннель под ледником. Впрочем, сток воды из озера не мог быть основной причиной возникновения мегацунами.

Огромная масса льда, камней и земли (объемом около 300 миллионов кубических метров) с ледника ринулась вниз, обнажая горные склоны. Землетрясение разрушило многочисленные постройки, в земле образовались трещины, сползло побережье. Движущаяся масса обрушилась на северную часть бухты, завалила ее, а потом еще вползла на противоположный склон горы, содрав с него лесной покров на высоту более трехсот метров. Оползень породил гигантскую волну, которая буквально вынесла бухту Литуйя в сторону океана. Волна была так велика, что перехлестнула целиком через всю отмель в устье бухты.

Очевидцами катастрофы оказались люди, находившиеся на борту кораблей, которые бросили якорь в заливе. От страшного толчка всех их выбросило с коек. Вскочив на ноги, они не поверили своим глазам: море вздыбилось. «Гигантские оползни, поднимавшие тучи пыли и снега на своем пути, начинали бег по склонам гор. Вскоре их внимание привлекло совершенно фантастическое зрелище: масса льда ледника Литуйя, находящегося далеко к северу и обычно скрытого от взоров пиком, который высится у входа в залив, как бы поднялась выше гор и затем величественно обрушилась в воды внутреннего залива. Все это походило на какой-то кошмар. На глазах потрясенных людей вверх поднялась огромная волна, которая поглотила подножие северной горы. После этого она прокатилась по заливу, сдирая деревья со склонов гор; обрушившись водяной горой на остров Кенотафия… перекатилась через высшую точку острова, возвышавшуюся на 50 м над уровнем моря. Вся эта масса внезапно низверглась в воды тесного залива, вызвав огромную волну, высота которой, очевидно, достигала 17-35 м. Ее энергия была столь велика, что волна яростно носилась по заливу, захлестывая склоны гор. Во внутреннем бассейне удары волны о берег, вероятно, оказались очень сильными. Склоны северных гор, обращенные к заливу, оголились: там, где раньше рос густой лес, теперь были голые скалы; такая картина наблюдалась на высоте до 600 метров.

Один баркас был высоко поднят, легко перенесен через отмель и сброшен в океан. В тот момент, когда баркас переносило через отмель, находящиеся на нем рыбаки видели под собой стоящие деревья. Волна буквально перебросила людей через остров в открытое море. Во время кошмарной скачки на гигантской волне суденышко колотило о деревья и обломки. Баркас затонул, но рыбаки просто чудом уцелели и через два часа были спасены. Из двух других баркасов один благополучно выдержал волну, но другой потонул, а находившиеся на нем люди пропали без вести.

Миллер обнаружил, что деревья, растущие на верхней границе обнаженной площади, чуть ниже 600 м над заливом, согнуты и сломаны, их поваленные стволы направлены к вершине горы, однако корни не вырваны из почвы. Что-то толкнуло эти деревья вверх. Огромная сила, свершившая это, не могла быть ничем иным, как верхом гигантской волны, которая захлестнула гору в тот июльский вечер 1958 года».

Мистер Ховард Дж. Ульрих на своей яхте, которая называется «Эдри», вошел в акваторию залива Литуйя около восьми вечера и стал на якорь на девятиметровой глубине в маленькой бухточке на южном берегу. Ховард рассказывает, что внезапно яхта начала сильно раскачиваться. Он выбежал на палубу и увидел, как в северо-восточной части залива скалы пришли в движение из-за землетрясения и в воду начала падать огромная глыба породы. Примерно через две с половиной минуты после землетрясения он услышал оглушающий звук от разрушения скальной породы.

«Мы точно видели, что волна пошла со стороны бухты Гильберта, точно перед тем, как закончилось землетрясение. Но сначала это была не волна. Сначала это было больше похоже на взрыв, как будто бы ледник раскалывался на части. Волна вырастала из поверхности воды, поначалу ее почти не было видно, кто бы мог подумать, что потом вода поднимется на полукилометровую высоту».

Ульрих рассказал, что он наблюдал весь процесс развития волны, которая достигла их яхты за очень короткое время - что-то около двух с половиной или трех минут с тех пор, как ее впервые можно было заметить. «Поскольку нам не хотелось потерять якорь, мы полностью вытравили якорную цепь (примерно 72 метра) и запустили двигатель. На полпути между северо-восточным краем залива Литуйя и островом Сенотаф можно было видеть стену воды тридцатиметровой высоты, которая простиралась от одного берега до другого. Когда волна подошла к северной части острова, она разделилась на две части, но, пройдя южную часть острова, волна снова стала единым целым. Она была гладкой, только сверху был небольшой гребешок. Когда эта водяная гора подошла к нашей яхте, ее фронт был достаточно крутой и высота его была от 15 до 20 метров. Перед тем как волна пришла в то место, где находилась наша яхта, мы не ощущали никакого понижения воды или иных изменений, за исключением легкой вибрации, которая передавалась по воде от тектонических процессов, которые начали действовать во время землетрясения. Как только волна подошла к нам и начала поднимать нашу яхту, якорная цепь сильно затрещала. Яхту понесло по направлению к южному берегу и затем, на обратном ходе волны, по направлению к центру залива. Вершина волны была не очень широкой, от 7 до 15 метров, и задний фронт был менее крутой, чем передний.

Когда гигантская волна пронеслась мимо нас, поверхность воды вернулась к своему нормальному уровню, однако мы могли наблюдать вокруг яхты множество турбулентных завихрений, а также беспорядочных волн шестиметровой высоты, которые перемещались от одного берега залива к другому. Эти волны не образовывали сколько-нибудь заметного движения воды от устья залива к его северо-восточной части и обратно».

Через 25-30 минут поверхность залива успокоилась. Вблизи берегов можно было видеть множество бревен, веток и вырванных с корнями деревьев. Весь этот хлам потихоньку дрейфовал в сторону центра залива Литуйя и к его устью. Фактически в ходе всего инцидента Ульрих не утратил контроль над яхтой. Когда в 11 вечера «Эдри» подошла ко входу в залив, там можно было наблюдать нормальное течение, которое обычно вызвано суточным отливом океанской воды.

Другие очевидцы катастрофы, супружеская чета Свенсон на яхте под названием «Бэджер», вошли в залив Литуйя около девяти вечера. Сначала их судно подошло к острову Сенотаф, а затем вернулось в бухту Анкоридж на северном берегу залива, недалеко от его устья (см. карту). Свенсоны стали на якорь на глубине около семи метров и отправились спать. Сон Уильяма Свенсона был прерван из-за сильной вибрации корпуса яхты. Он побежал в рубку управления и стал хронометрировать происходящее. Немногим более минуты от того момента, когда Уильям впервые почувствовал вибрацию, и, вероятно, перед самым концом землетрясения, он посмотрел в сторону северо-восточной части залива, которая была видна на фоне острова Сенотаф. Путешественник увидел нечто, которое он принял сначала за ледник Литуйя, который поднялся в воздух и начал двигаться навстречу наблюдателю. «Казалось, что эта масса твердая, но она прыгала и покачивалась. Перед этой глыбой в воду постоянно падали большие куски льда». Через короткое время «ледник исчез из поля зрения, и вместо него в том месте появилась большая волна и пошла в направлении косы Ла Гаусси, как раз туда, где стояла на якоре наша яхта». Кроме того, Свенсон обратил внимание на то, что волна затопила берег на очень заметной высоте.

Когда волна прошла остров Сенотаф, ее высота была около 15 метров по центру залива и плавно уменьшалась вблизи берегов. Она проходила остров приблизительно через две с половиной минуты после того, как ее можно было впервые заметить, и достигла яхты «Бэджер» еще через одиннадцать с половиной минут (примерно). Перед приходом волны Уильям, также как и Ховард Ульрих, не заметил никакого понижения уровня воды или каких-нибудь турбулентных явлений.

Яхту «Бэджер», которая все еще стояла на якоре, подняло волной и понесло в сторону косы Ла Гаусси. Корма яхты при этом находилась ниже гребня волны, так что положение судна напоминало доску для серфинга. Свенсон посмотрел в этот момент на то место, где должны были быть видны деревья, произрастающие на косе Ла Гаусси. В тот момент они были скрыты водой. Уильям отметил, что над макушками деревьев находился слой воды, равный примерно двум длинам его яхты, около 25 метров. Пройдя косу Ла Гаусси, волна очень быстро пошла на спад.

В том месте, где стояла яхта Свенсона, уровень воды начал понижаться, и судно ударилось о дно залива, оставшись на плаву недалеко от берега. Через 3-4 минуты после удара Свенсон увидел, что вода продолжает течь над косой Ла Гаусси, пронося бревна и другие обломки лесной растительности. Он не был уверен, что это не было второй волной, которая могла бы перенести яхту через косу в залив Аляска. Поэтому супруги Свенсон оставили свою яхту, перебравшись на небольшую шлюпку, с которой их подобрало рыболовецкое судно пару часов спустя.

Во время происшествия в заливе Литуйя было и третье судно. Оно стояло на якоре у входа в бухту и было потоплено огромной волной. Никто из находившихся на борту людей не выжил, погибших, предположительно, двое.

Что же произошло 9 июля 1958 года? В тот вечер, огромная скала обрушилась в воду с крутого обрыва, возвышающегося над северо-восточным берегом бухты Гильберта. Область обрушения помечена на карте красным цветом. Удар неимоверной массы камней с очень большой высоты вызвал небывалое цунами, которое стерло с лица земли все живое, что находилось на всем протяжении берега залива Литуйя вплоть до косы Ла Гаусси. После прохождения волны по обоим берегам залива не осталось не только растительности, но даже почвы, на поверхности берега была голая скальная порода. Область повреждения показана на карте желтым цветом.

Цифры вдоль берега залива обозначают высоту над уровнем моря края поврежденного участка суши и примерно соответствуют высоте прошедшей здесь волны.