«Горящие» волны

Среди рыбаков индийского штата Андра-Прадеш давно бытует легенда о «красных волнах». Появляются они при ураганных ветрах, которые гонят огромные массы воды на берег. Именно в этот момент на верхушках самых высоких волн словно бы вспыхивают красные огни. А сами волны при этом еще и «рычат», напрочь заглушая вой ветра.

Но не только рыбакам – ученым тоже посчастливилось наблюдать картину, когда ураган исполинской силы обрушивался на берег. Действительно: над огромными волнами возникали вспышки ярко-красного пламени, то есть легенда рыбаков о «горящих волнах» полностью подтвердилась. Но вот объяснить причину появления таких волн ученые пока не могут.

У берегов штата Андра-Прадеш время от времени появляются загадочные «красные волны»

Для разрешения этой океанической загадки ученые Индии выдвинули несколько гипотез. Согласно одной из них, при ветре, скорость которого приближается к 200 километрам в час, происходит распад капель воды. Ее молекулы разлагаются на атомы водорода и кислорода, атмосферные электрические заряды воспламеняют гремучий газ, и волны приобретают тем самым столь загадочную окраску.

Смертельная волна

26 декабря 2004 года у берегов Индонезии произошла крупнейшая из постигших человечество за последние 100 лет природная катастрофа. По крайней мере, общее число погибших в той катастрофе составило, по разным оценкам, более 280 тысяч человек. Помимо многочисленных жертв, она причинила и колоссальный материальный ущерб.

Последствия цунами в Индонезии. 2004 г.

В тот день в 7 часов 58 минут 53 секунды по местному времени произошло резкое, почти мгновенное пододвигание (субдукция) океанической Индийской плиты под более восточную континентальную плиту. В результате столь резкого смещения, оцениваемого в десятки метров, произошла деформация поверхности океанского дна, приведшая сначала к землетрясению, а затем – к появлению цунами, которое не замедлило обрушиться на острова Суматра и Ява.

Примерно через 15 минут волна докатилась до Андаманских и Никобарских островов, а затем вторглась на западные берега Таиланда и курортного острова Пхукет. Спустя 2 часа после начала землетрясения цунами ударило по Шри-Ланке, восточному побережью Индии, республике Бангладеш и Мальдивским островам, а еще через 6 часов добралось и до восточного побережья Африки.

Впрочем, за последнее столетие цунами демонстрировали свой коварный и жестокий нрав неоднократно.

22 мая 1960 года произошло землетрясение в районе Вальдивии (Чили). Длина рожденного им цунами достигала тогда 300–400 километров, а по скорости оно могло соперничать с реактивными самолетами, ибо за час покрывало расстояние в 700 километров. 28 мая землетрясение повторилось. Образовалась новая серия огромных волн. Теперь их скорость превышала 900 километров в час… На острове Пасхи цунами заявило о себе довольно спокойно: высота волны не превышала полуметра. По дороге до Таити и Гавайских островов цунами «подросло» еще на полметра. Однако всего через полчаса на Гавайи накатила волна высотой уже в 3 метра. А потом местные жители в ужасе увидели, что море стало отступать. Уровень воды понизился на 2 метра, обнажив обширные площади морского дна.

Такое положение сохранялось около часа. Затем океан обрушил на берег 6-метровую волну. Огромные валуны весом более 10 тонн были заброшены на сотню метров в глубину острова. Конечно же, это цунами принесло островитянам неисчислимые беды…

«Цунами» – слово японского происхождения. Оно довольно точно передает характерные особенности этих волн: «тсу» по-японски означает порт, гавань или бухту, а «нами» – волну. Портовая или прибрежная волна – так можно перевести это слово, наводящее ужас на жителей берегов.

Таким образом, цунами возникает во время морских землетрясений, вызванных чаще всего смещением литосферных плит или напряжением и деформацией горных пород, приводящим к разрывам земной коры и высвобождению накопившейся под ней энергии.

Однако далеко не каждое землетрясение, случающееся в океане, вызывает цунами. Гигантская волна появляется лишь при очень резких деформациях океанского дна. Особенно же часто – при мгновенном вертикальном подъеме одного из крыльев тектонического разрыва.

В этот момент над местом тектонического смещения в поверхностном слое океана возникает водяной холм, который, оседая, образует волны, расходящиеся, как от брошенного в воду камня, во все стороны. Причем в открытом океане высота их чаще всего совсем небольшая, всего несколько метров, тогда как длина достигает сотен километров. И именно поэтому с корабля или яхты их можно в открытом океане и не заметить. Но когда такая волна приближается к берегу с широким и пологим подводным склоном, ситуация резко меняется.

Дело в том, что колоссальная энергия волны способна перераспределяться. Связано это с тем, что скорость нижней части водяной толщи в результате трения о дно замедляется, а верхней – увеличивается. И данный процесс начинает развиваться особенно активно, когда глубина водоема в том или ином участке достигает примерно половины длины волны.

Но по мере приближения к берегу скорость движения волны падает, и ее длина уменьшается. Например, при глубинах около 1 километра скорость волны составляет 350–360 километров в час, а при глубине 50 метров – около 100 километров в час.

Однако, теряя скорость и протяженность, волна одновременно «растет» в высоту, сосредотачивая при этом всю свою энергию на относительно узком фронте.

Обычно гребень цунами увенчан гигантским буруном. Сама же волна всей своей гигантской массой обрушивается на берег и бурлящим стремительным потоком мчится вперед, сметая все на своем пути.

Постепенно сила волны иссякает, и вода начинает обратный бег к океану, увлекая за собой цунами.

Однако не только землетрясения могут стать причиной возникновения цунами. К появлению этой гигантской волны могут быть причастны также извержения вулканов.

7 сентября 1883 года произошло извержение вулкана на небольшом острове Кракатау в Зондском проливе. Серия взрывов, сопровождавшая извержение, вызвала в океане чудовищную волну, которая смыла с ближайших островов не только все живое, но даже почву. В некоторых местах пролива волна достигала 35-метровой высоты.

Разметав и уничтожив на прилегающих островах все, что можно, гигантская волна устремилась через Индийский океан в Атлантический и через 32 часа достигла берегов Англии. Но все свои мощь и ярость она за время пути успела растерять, поэтому у английских берегов ее высота составляла уже всего лишь несколько сантиметров.

Но, оказывается, причинами возникновения цунами могут быть не только землетрясения и вулканы, а еще и атмосфера, точнее, атмосферное давление, которое в центре тайфунов и циклонов всегда понижено. Понижение же давления всего на 1 миллиметр вызывает повышение уровня моря в этом районе на 13,6 миллиметра. Значит, если циклон какое-то время остается неподвижным, то в его центре, где давление атмосферы минимальное, появляется громадное вздутие, похожее на водяной холм.

Такой холм стоит на поверхности океана на одном месте, словно гора на суше. Однако стоит атмосферному давлению резко повыситься, как сдерживающие силы исчезают, «холм» рушится, и его воды в виде волн вырываются на свободу.

Еще грознее картина выглядит во время движения циклона: кажется, что он тащит водяной холм за собой. И если выходит при этом на мелководье или входит в узкий пролив либо в устье реки, высота волны резко возрастает, и на берег устремляются миллионы тонн воды. Так возникают метеорологические цунами.

Тень цунами

Сравнительно недавно было замечено, что в отдельных случаях перед головным фронтом цунами словно бы бежит некая тень – полоса воды более темной окраски.

Оказалось, что гигантская волна при движении вызывает специфический ветер, который захватывает лишь тонкий слой приводной атмосферы, лежащей непосредственно над цунами. Эта струя воздуха усиливает морское волнение, нарушает гладкость зеркала вод и образует темную полосу, параллельную волновому фронту, проходящему между гребнями волн.

Благодаря наличию подобного признака, предваряемое своей «тенью» цунами может быть обнаружено в открытом океане, пока оно еще не нанесло смертельного удара по суше. Фиксировать такую «тень» могли бы радиолокаторы и радиометры, устанавливаемые на бортах самолетов или искусственных спутников Земли. Предупреждение о грозящей опасности, переданное по радио, позволило бы спасти жизни многим людям, населяющим прибрежные районы.

«Мертвая» вода

Так норвежские моряки назвали странное явление, при котором небольшие суда, попав в эту самую «мертвую воду», теряют скорость и перестают слушаться руля.

Вот как проявила себя «мертвая вода» у берегов полуострова Таймыр 29 августа 1893 года, когда в ее владения угодил знаменитый «Фрам» Ф. Нансена.

«Мы направлялись к краю льда, – пишет этот отважный исследователь Арктики в своей книге «Среди льдов и во мраке ночи», – чтобы пристать, но “Фрам” оказался на “мертвой воде” и почти не трогался с места, хотя машины работали изо всех сил… Какая-то неведомая сила будто удерживала “Фрам”. При этом шхуна не всегда подчинялась рулю. Команда заставляла судно петлять, разворачиваться, пускалась на другие увертки, лишь бы избавиться от “тормоза”, но все попытки успеха не возымели… Потребовалось более четырех часов, чтобы пройти несколько морских миль, которые мы могли бы преодолеть на веслах в полчаса или менее».

Так что же это такое – «мертвая вода»?

Найти объяснение этому феномену ученые долгое время не могли. Однако при изучении недр Гольфстрима Ж. Пикар отметил, что его исследовательская лодка «Бен Франклин» весом в 150 тонн то вдруг резко поднималась вверх метров на 60, то вдруг так же быстро проваливалась ко дну… Она качалась, словно на громадных волнах, хотя на поверхности океана царило спокойствие.

Автор так и пишет – «словно». Но в данном контексте это слово не совсем верно отражает ситуацию, ведь лодка поднималась и опускалась в буквальном смысле!

Чтобы разобраться с этим явлением, группа ученых из Лионского университета воспроизвела феномен «мертвой воды» в лабораторных условиях. Для этого ученые наполнили водой 3-метровую ванну, через которую на бечевке тянули потом игрушечный кораблик. Слои воды, разделенные по уровню солености, а значит, и по плотности, окрасили предварительно в разные цвета.

В итоге эффект «мертвой воды» возник прямо у них на глазах: хотя поверхность воды оставалась абсолютно спокойной, однако стоило кораблику войти в зону скрытой волны, как он тотчас замедлял ход.

В скандинавских фьордах суда часто сталкиваются с эффектом «мертвой воды»

«В подобной ситуации под днищем судна возникает зона пониженного давления, которая препятствует его ходу, – объяснил происходящее Матье Мерсье, один из участников эксперимента. – Происходит так, что само судно создает скрытую волну в результате того, что вода из нижних слоев затягивается кверху в зону его следования. Как следствие возникает колебание на границе между слоями, которое постепенно по ходу движения судна нарастает.

Волна увеличивается, равно как повышается ее скорость, до того момента, когда она сама и образующаяся перед ней впадина не догонят судно. Поравнявшись с ним, она поглощает его энергию, тем самым замедляя его скорость. Затем волна ломается о борт».

Исследователи полагают, что эффектом «мертвой воды» можно объяснить и те случаи, когда при заплывах в океане испытывают трудности даже опытные пловцы.

В северных фьордах Скандинавии, а также в некоторых других местах при таянии льдов как раз и образуется слой легкой пресной воды, ниже которого располагаются тяжелые соленые воды. Именно два таких слоя и дают «мертвую воду». Маленькое судно, попавшее в нее, даже включив двигатель на максимальную мощность, будет тем не менее оставаться на месте.

А вот встреча с длинными внутренними волнами может иметь очень неприятные последствия. В Гибралтарском проливе, например, граница раздела между водами различной плотности сначала медленно, в течение нескольких часов поднимается, а затем неожиданно почти на 100 метров падает. Подобная волна крайне опасна для подводных судов – быстро возросшее из-за резкого падения вниз давление может разрушить корпус лодки.

Белые «перья» Багам

В Бермудском треугольнике, в районе Багамских островов, было зафиксировано и другое любопытное явление – «перья».

Темно-синее, четко очерченное пятно находилось к юго-востоку от островов над морской впадиной и приблизительно повторяло ее очертания. Южнее этой впадины наблюдались ярко-зеленые и зелено-голубые полосы шириной от 1 до 2 и длиной от 10 до 20 километров. Расстояние же между ними равнялось приблизительно 5 километрам.

Можно предположить, что вариации яркости моря и цветовых оттенков в этом районе были вызваны не только изменением глубины сильно изрезанного дна, но и сложным гидрологическим режимом, который зависит как от рельефа дна, так и от особенностей вертикальных и горизонтальных течений, а также от наличия планктона и ряда других взаимосвязанных факторов.

Багамские острова. Вид из космоса

Как известно, цвет моря определяется содержанием в воде растворенных и взвешенных веществ. Многие наблюдатели и исследователи Бермудского треугольника утверждают, что вода в его южной части приобретает необычный белый цвет. В частности, один из пилотов «знаменитого» американского 19-го звена, потерпевшего крушение в районе Бермуд, якобы успел сказать: «Похоже, что мы вроде… Нас обволакивает белая вода…» При всем скептическом отношении к данному факту нельзя отрицать, что столь необычный цвет морской воды в данном районе – реальность.

Океанские воды над Багамскими банками окрашены в белый цвет благодаря содержанию в них многочисленных микроскопических частиц арагонита – ромбовидной разновидности углекислого кальция. Его химический состав аналогичен составу обычного кальция, но имеет другую кристаллическую структуру. Арагонит ведет себя в воде иначе, нежели соль или сахар: при нагревании он кристаллизуется, ибо уменьшается его растворимость. Вызвано это тем, что на растворимость углекислого кальция значительное влияние оказывает наличие углекислого газа. При повышении температуры углекислый газ улетучивается, и растворимость углекислого кальция уменьшается. Иными словами, при интенсивном нагревании морской воды на багамском мелководье арагонит энергично кристаллизуется, придавая морской воде молочный оттенок. Таково происхождение белых «перьев» в водах Багамских банок.