|
Сто великих загадок природы Николай Николаевич Непомнящий
Тайны неживой природы
Когда вода пускается в путешествия
Что порождает волны? Почему возникают эти мерные, однообразные валы? Причиной тому — трение между ветром и водой. Под напором ветра отдельные молекулы воды перескакивают через линию, именуемую уровнем моря, а затем под действием силы тяжести опадают.
Едва скорость ветра достигает 0,315м/с, как на море тут же начинается легкое волнение.
Морская гладь покрывается барашками. Моряки называют их «кошачьими лапками». Как только ветер стихнет, эти барашки исчезнут, ведь сила, удерживающая их, слабее поверхностного натяжения воды.
Когда мы наблюдаем за чередой волн, нахлынувших на берег, нам кажется, что все новые и новые валы воды ложатся к нашим ногам, но впечатление это обманчиво. На самом деле ветер у берега лишь «массирует» поверхность воды, не перемещая ее толщу. Чтобы проверить это, достаточно бросить в воду пустую бутылку. Всякий раз, как только набежит очередной вал, он взметнет ее вверх, помчит, увлекая за собой, но едва гребень волны миновал, как бутылка скатится вниз и снова вернется туда, где была до прихода волны.
На самом деле, хотя волны и спешат вперед, молекулы воды в них движутся не по прямой, а по круговой траектории. Но чем глубже, дальше от уровня моря, тем меньше диаметр этих кругов и соответственно убывает размах и сила движения. Когда высота волны достигает пяти, а длина — ста метров, в это круговращение вовлечены слои воды на очень большой глубине. Однако даже в десяти метрах от поверхности не ощущается никакого волнения.
Но вот ветер крепчает, а волны растут. Мощь их зависит от величины акватории. Если на их пути нет ни острова, ни отмели, они беспрепятственно продолжают свой путь. Перемещаясь на большие расстояния, волны почти не теряют энергию. Вот так, в спокойную погоду, при полном штиле — к всеобщему смятению! — на берег вдруг обрушиваются водяные валы, зародившиеся за тысячи километров отсюда. Так приходит цунами. Океанографы регистрировали волны, которые, возникнув у берегов Антарктиды, мчались через весь Тихий океан и достигали побережья Аляски.
Чем сильнее скорость ветра, тем мощнее порожденные им волны. Существует соответствие: наибольшая высота волны составляет одну седьмую часть от ее длины.
Когда ветер дует долго, бег одиночных волн становится мерным. На море растет волнение. Если ветер в течение пятнадцати часов дует со скоростью 13 м/с, охватывая территорию протяженностью 260 километров, то возникают волны высотой более двух метров. Если же в течение нескольких суток где-нибудь над морем свирепствует ураган и скорость ветра достигает 27 м/с (100 км/час), то возникают чудовищные волны высотой в 20 метров.
Когда одни мощные волны сталкиваются с другими, такими же высокими, или же настигают их, в результате возникают гигантские валы. Они опасны даже для современных танкеров и авианосцев.
Самые высокие волны наблюдались в Тихом океане. В 1933 году моряки, находившиеся на борту американского корабля «Рамапо», оценили, что высота обрушившейся на них волны равна 34 метрам. В 1956 году океанографы, используя метод стереофотосъемки, обнаружили волну высотой 24,5 метра. В 1968 году возле буровой платформы, располагавшейся вблизи западного побережья Канады, зарегистрировали волну высотой 30,5 метра. Теоретические расчеты показывают, что максимальная высота морских волн может достигать 60,35 метра, — впрочем, подобные исполинские валы никто не видел
Тихий океан — вопреки своему названию — самый беспокойный из всех океанов. Но огромные волны наблюдаются не только там, а еще и в Северной Атлантике, близ берегов Антарктиды, и к востоку от ЮАР, где пролегает Агульясово течение (течение Игольного мыса), направленное вдоль материка. Оно сталкивается с мощными волнами, пригоняемыми сюда от антарктического побережья. Порой эта сшибка волн оборачивается катастрофой для тех кораблей, что решили воспользоваться попутным и, казалось бы, спокойным течением. Громадные буруны сокрушили немало сухогрузов, сминая их дюймовую стальную обшивку с той же легкостью, с какой любители пива вскрывают жестяные пивные банки.
Один танкер разломился у здешних берегов надвое, у другого танкера волны оторвали носовой бульб (утолщение подводной носовой части судна).
Но сильнее всего волны бушуют в средних широтах Южного полушария. Хорошо известны названия «ревущие сороковые» и «ревущие пятидесятые». Потоки очень холодного воздуха, поступающие из Антарктиды, создают область низкого давления, способствующую возникновению бурь. Здесь постоянно дуют западные ветры, скорость которых достигает 75—90 км/час, и часто вздымаются волны высотой в шесть-семь метров, а то и в добрых десять. Ничто не сдерживает бег этих водяных гор. Островов здесь нет, и потому мощные волны непрестанной чередой накатывают на берега Антарктиды, не зная покоя.
Ни моряки, ни метеорологи не могут предсказать, когда эти чудовищные валы в очередной раз нанесут свой удар. Конечно, ученые непрерывно ведут измерения, оперируют столбцами цифр, определяют «периоды волн», следят за ними всеми возможными способами (начиная с традиционных измерительных буйков и кончая сложной аппаратурой на спутниках) — и все равно просчитываются.
Здесь правит случайность. Предсказать поведение волн можно лишь на двое суток вперед — не больше.
Эти мощные волны возникают после землетрясений, извержений подводных вулканов, гигантских оползней или схода в море огромных ледников. Как мы уже отметили, волны, порожденные ветром, вовсе не переносят воду с места на место, а лишь вздымают ее вверх и вновь опускают ее. Другое дело — сейсмические волны. Они обрушивают на берег огромные массы воды. Самые страшные из них — цунами — наблюдаются в Тихом океане. Вдоль его берегов расположены зоны повышенной сейсмической активности. Здесь часты подводные землетрясения. Длина возникающих вследствие землетрясения волн достигает трехсот километров, а скорость — 700 км/час. Тем не менее в открытом море они незаметны, высота их мала. Однако у берегов эти водяные валы вздымаются стеной. Их высота достигает 35 метров. Когда эта огромная волна обрушивает свой удар на побережье, последствия бывают самыми катастрофическими.
Пришвартованные к берегу суда отлетают на сотни метров в глубь суши. Волна ломает здания, мосты и деревья как спички, сметая все на своем пути. В единый миг цунами стирает с лица земли целые города и селения.
Никакие плотины, дамбы и волнорезы не способны защитить жителей прибрежных районов Тихого океана от буйства цунами. Не очень-то помогают и службы слежения и оповещения. Как правило, люди слишком поздно получают сигнал о том, что приближается цунами, и не успевают спастись.
В 1960 году на юге Чили близ города Пуэрто-Монте произошло сильное землетрясение. Через 15 часов поднятая им волна достигла Гавайские острова и опустошила город Хило. Здесь погибло 60 человек. А через сутки после землетрясения чудовищной силы вал докатился до японского острова Хонсю, миновав 16 000 километров. Скорость его достигала 650 км/час. Никто не ждал внезапного удара стихии. Никто не был готов к нему. 139 человек погибли мгновенно.
Море вечно не знает покоя. Оно то набегает на берег, то отступает от него. Это чередование мы называем приливами и отливами. Порождены они, как известно, притяжением Луны и Солнца. Но влияние Луны на мировой океан сильнее, чем притяжение Солнца, — из-за ее близости к Земле. На той стороне Земли, что обращена к Луне, вода вздымается, набегая на часть побережья. На противоположной стороне нашей планеты тоже возникает прилив, под действием центробежной силы. Поскольку наша Земля вращается, совершая оборот примерно за 24 часа, то в каждом уголке планеты два раза в сутки наблюдается прилив.
Дважды в месяц — сразу после полнолуния или новолуния — приливы особенно сильны. Их называют сизигийными. Во время сизигий Солнце, Луна и Земля расположены на одной прямой, поэтому действие сил суммируется. Когда же Луна и Солнце находятся под прямым углом относительно Земли, в это время высота волны — наименьшая за весь месяц. Почему же высота прилива все время меняется? Дело в том, что Луна движется вокруг Земли по эллиптической, а не по круговой орбите. Чем ближе она к нашей планете, тем выше прилив.
Приливная волна перемещает огромные массы воды. Поскольку рельеф морского дна не везде одинаков, эта водяная толща распределена весьма неравномерно. В отдельных районах Земли приливы бывают очень высокими (например, на атлантическом побережье Англии и Франции). В других районах — например, в Средиземном море — они едва ощущаются. Особенно мощные приливы и отливы наблюдаются в заливе Фанди на атлантическом побережье Канады (эта бухта отделяет полуостров Новая Шотландия от самого северо-восточного штата США — Мэн). Здесь перепад уровня моря достигает четырнадцати метров.
Морские волны сбегаются к берегу с разных сторон. Вблизи береговой линии они трутся о дно. В этот момент разные части волны ведут себя по-разному: сказывается разница глубин. Где море глубже, волна движется быстрее, где мельче — медленнее. Вот почему набегающий на берег гребень волны замедляет свой бег, а спешащая вслед ему подошва волны движется быстрее.
Волна постепенно разворачивается. И вот уж она бежит вдоль берега, параллельно ему.
Как только глубина моря становится меньше, морское дно начинает тормозить потоки воды, кружащие близ поверхности. Теперь верхняя часть волны движется быстрее, чем нижняя.
Высота волны увеличивается. Если она превысит глубину моря в этом месте, то волна уже не может двигаться, как прежде. Ее гребень медленно заваливается вперед. На несколько секунд вдоль фронта волны возникает водяной туннель. В тот момент, когда гребень волны надламывается и падает вперед, раздается громкий шум: грохот прибоя.
Звук этот объясняется тем, что водяные массы сжимают воздух, оказавшийся внутри туннеля. Давление резко падает, раздается своеобразный «взрыв».
Повинуясь силе тяжести, этот «срезанный» гребень волны, набежавший на берег, вновь откатывается в море. Возникает мощная отсасывающая сила. Это известно каждому, кто хоть раз бродил вдоль берега моря, по колено погрузившись в воду.
Волны прибоя, непрестанно омывающие берег, проделали путь в сотни километров. Они принесли с собой огромную энергию, переданную им ветром, который, может быть, давно уже стих или изменил направление. Так, шестиметровая волна, бьющая о берег, давит на него с силой 25 тонн на квадратный метр. Всего одна прибойная волна высотой 1,50 метра и шириной 150 километров приносит такое количество энергии, что его хватило бы для того, чтобы в течение суток снабжать электроэнергией целый город средних размеров. Однако приливные электростанции начали строить лишь недавно. Эта технология пока еще плохо освоена.
|
