Ко многим явлениям, происходящим на нашей планете, мы уже давно привыкли, совершенно не задумываясь о природе их возникновения и механике действия. Это и изменение климата, и перемена времен года, и перемена времени суток, и образование волн на море и в океанах.
И сегодня мы как раз хотим уделить внимание последнему вопросу, вопросу о том, почему образуются волны на море.
Существуют теории о том, что волны на морях и в океанах возникают по причине перепадов показателей давления. Однако зачастую это лишь предположения людей, которые быстро пытаются найти объяснение подобному природному явлению. В действительности все обстоит несколько иначе.
Вспомните, что заставляет воду «волноваться». Это физическое воздействие. Бросив что-либо в воду, проведя по ней рукой, резко ударив по воде, по ней непременно начинают идти колебания разного размера и частоты. Исходя из этого, можно понять, что волны – это результат физического воздействия на поверхность воды.
Однако почему на море появляются большие волны, приходящие к берегу издалека? Виной всему является другое природное явление – ветер.
Дело в том, что порывы ветра проходят над водой по касательной линии, оказывая на морскую поверхность физическое воздействие. Именно это воздействие нагнетает воду и заставляет её двигаться волнами.
Кто-то, разумеется, задастся и другим вопросом о том, почему волны на море и в океане идут колебательными движениями. Однако ответ на данный вопрос является еще более простым, чем сама природа волн. Дело в том, что ветер оказывает непостоянное физическое воздействие на поверхность воды, ведь он направляется к ней порывами разной силы и мощности. Это и влияет на то, что волны имеют разный размер и частоту колебания. Разумеется, сильные волны, настоящий шторм, возникают тогда, когда ветер превышает показатели нормы.
Весьма резонным нюансом является вопрос о том, почему на море присутствуют волны даже в том случае, если наблюдается абсолютный штиль, если ветер полностью отсутствует.
И здесь ответом на вопрос станет тот факт, что водяные волны являются идеальным источником возобновляемой энергии. Дело в том, что волны способны очень долгое время хранить свой потенциал. То есть, ветра, который привел воду в действие, создав определенное количество колебаний (волн), может быть достаточно для того, чтобы волна продолжала свое колебание очень продолжительное время, а сам потенциал волны не исчерпал себя даже через десятки километров с точки зарождения волны.
Вот и все ответы на вопросы о том, почему на море волны.
Расскажем о черноморских волнах. Частая повторяемость сильных ветров, значительные размеры моря, большие глубины, слабая изрезанность береговой линии способствуют развитию волнения. Наибольшие высоты волн в Черном море - 14 метров. Длина таких волн составляет 200 метров. На подходах к Сочи максимальная высота волн равна 6 метрам, длина 120 метрам.
Можно оценивать волнение не только по элементам волн (высоте, длине, периоду), но и по степени.
Оценка степени волнения производится по специальной шкале. Так, например, по этой шкале 1 балл — высота волн не превышает 25 сантиметров, 2 балла - высота волн 25-75 сантиметров, 3 балла - 0,75-1,25 метра, 4 балла - 1,25-2 метра. Всего шкала имеет 9 баллов. Можно описать состояние поверхности моря при ветровом волнении: 1 балл - появление ряби при порывах ветра, 2 балла - на гребнях волн появляется прозрачная стекловидная пена, 3 балла - на гребнях волн появляются отдельные белые «барашки», 4 балла - все море покрыто «барашками» и т. д.
Шкала силы ветра (где приводится соответствие баллов и метров в секунду) имеет 12 баллов. Сила шторма определяется силой ветра. Поэтому выражение «шторм 10 баллов» будет правильным, а выражение «10 баллов волнения» - неправильным. На Черном море повторяемость сильных волнений невысока. В течение самого «штормового» года волнение 6-9 баллов не наблюдается больше чем 17 дней.
Отличительная особенность черноморских волн — их «устойчивость». Это так называемая зыбь, имеющая больший период колебаний, чем ветровая волна. Зыбь - это волны, наблюдающиеся при слабом ветре или без ветра («мертвая зыбь»). Однако происхождение этих волн связано с деятельностью ветра. На кавказское побережье моря могут прийти волны, образовавшиеся в штормовой зоне, которая расположена в это время в западной части Черного моря. У кавказских же берегов ветры могут быть слабыми, а волна - крупной. Это и будет зыбь. С существованием зыби связано бытующее издавна у наших моряков понятие о «девятом вале», известном многим по картине Айвазовского. Нельзя сказать, чтобы представление о девятом вале вовсе было лишено всякого основания. Дело в том, что волны зыби, как правило, идут группами, причем в центре группы находятся наиболее крупные волны, а по краям волны меньшей высоты. Какая-то волна данной группы может быть действительно гораздо больше остальных, но которая она будет по счету — третья, пятая или девятая, да и с какой волны начинать счет - неизвестно. Таким образом, вовсе не следует думать, что именно девятая волна является самой страшной. Кстати, у древних греков самым опасным считался каждый третий вал, а у римлян - десятый.
Моряки легче переносят зыбь, чем азовскую или каспийскую ветровую волну - «болтанку» с периодом 3-5 секунд. Однако зыбь имеет ту неприятную особенность, что она дает сильный прибой у берега. Волна, почти незаметная в море из-за небольшой крутизны, обрушивается на берег с громадной силой.
Купание в море во время шторма очень опасно. Обычно довольно трудно преодолеть зону бурунов и попасть в открытое море, где можно относительно спокойно держаться на воде, поднимаясь и опускаясь при прохождении каждой волны. Гораздо труднее уставшему человеку снова попасть на берег через преграду из рушащихся и пенящихся волн. Его то и дело относит обратно в море. Были случаи, когда здесь тонули даже люди, умевшие неплохо плавать. Поэтому-то на городских и санаторных пляжах и вывешивают во время шторма таблички с предостерегающими надписями. Уместно напомнить здесь, что все животные, медузы, морские блохи и другие организмы уходят перед штормом из опасной прибойной зоны, чайки улетают на берег, однако можно видеть, как некоторые люди избирают время шторма для того, чтобы демонстрировать свою «храбрость», качаясь на волнах.
Огромна сила ударов волн о берега и сооружения. Вблизи Сочи она превышает 100 тонн на квадратный метр. При таких ударах возникают всплески высотой в несколько десятков метров. Колоссальная энергия прибойных волн расходуется на раздробление горных пород и перемещение наносов. Без воздействия волн выносы рек скатывались бы постепенно на глубину, волны же возвращают их к берегу и заставляют перемещаться вдоль него. Например, вдоль кавказского побережья Черного моря идет постоянный поток наносов. От Туапсе до Пицунды волны перемещают 30 - 35 тысяч кубических метров наносов в год.
Там, где есть пляж, волны теряют большую часть своей энергии. Там, где его нет, они разрушают коренные породы. В период Великой Отечественной войны размыв берега южнее порта Сочи достигал 4 метров в год. Сразу же после окончания войны были начаты берегоукрепительные работы в этом районе, и размыв побережья прекратился.
Вдоль кавказского побережья моря проходит железная дорога. В прибрежной зоне построены санатории , театры, морские вокзалы и жилые дома. Поэтому берега моря надо охранять от размыва. Лучшей защитой в этом отношении является пляж, где волны разрушаются, не доходя до берега. Для закрепления пляжей сооружаются буны и подводные волноломы. Эти сооружения препятствуют движению гальки вдоль берега в другие районы и уходу ее в глубь моря. Так нарастает пляж.
Бывают ли на Черном море волны цунами, вызываемые землетрясениями, как у нас на Дальнем Востоке? Цунами бывают, но очень слабые. Они регистрируются только приборами и даже не ощущаются человеком.
На какую глубину распространяются обычные волны? Уже на глубине 10 метров они меньше, чем на поверхности, а на глубине 50 метров совсем незаметны. Может быть, в глубинах царит покой, которого ничто не нарушает? Нет, это не так. Там существуют свои, так называемые внутренние волны. От поверхностных они отличаются своими размерами (десятки метров в высоту и километры в длину), да и причины происхождения их иные. Возникают они, как правило, на границе раздела двух слоев с разными плотностями. Хотя на поверхности они не видны, но подводные лодки во время такого «подводного шторма» сталкиваются с большими трудностями.
Поверхность морей и океанов редко бывает спокойной: она, как правило, покрыта волнами, а о берега непрерывно бьется прибой.
Удивительное зрелище: массивное грузовое судно, которым играют гигантские штормовые волны в открытом океане, кажется не больше ореховой скорлупки. Фильмы-катастрофы изобилуют подобными картинами — волна высотой с десятиэтажный дом.
Волновые колебания поверхности моря возникают во время шторма, когда длительный порывистый ветер в сочетании с перепадами атмосферного давления формирует сложное хаотическое волновое поле.
Бегущие волны, кипящая пена прибоя
Удаляясь от циклона, вызвавшего шторм, можно наблюдать, как преображается волновая картина, как волны становятся более ровными и стройными рядами движутся друг за другом в одном направлении. Эти волны называются зыбью. Высота таких волн (то есть разница уровней между самой высокой и самой низкой точками волны) и их длина (расстояние между двумя соседними вершинами), а также скорость их распространения довольно постоянны. Два гребня может разделять расстояние до 300 м, а в высоту такие волны могут достигать 25 м. Волновые колебания от таких волн распространяются на глубину до 150 м.
Из области образования волны зыби распространяются очень далеко, даже при полном безветрии. Например, циклоны, проходящие у берегов Ньюфаундленда, вызывают волны, которые за три дня достигают Бискайского залива у западных берегов Франции — почти в 3000 км от места их образования.
При подходе к берегу, по мере уменьшения глубины, эти волны меняют свой облик. Когда волновые колебания достигают дна, движение волн замедляется, они начинают деформироваться, что завершается обрушением гребней. Такие волны с нетерпением ждут любители серфинга. Особенно эффектными они бывают в тех районах, где морское дно резко понижается у берега, например в Гвинейском заливе на западе Африки. Это место очень популярно у серфингистов всего мира.
Приливы: глобальные волны
Приливы — явление совсем другой природы. Это периодические колебания уровня моря, хорошо заметные у берегов и повторяющиеся приблизительно каждые 12,5 часа. Они вызваны гравитационным взаимодействием вод океана в основном с Луной. Период приливов определяется соотношением периодов суточного вращения Земли вокруг своей оси и вращения Луны вокруг Земли. Солнце также участвует в образовании приливов, но в меньшей степени, чем Луна. Несмотря на превосходство в массе. Солнце слишком удалено от Земли.
Суммарная величина приливов зависит, таким образом, от взаимного расположения Земли, Луны и Солнца, которое меняется в течение месяца. Когда они оказываются на одной линии (что бывает в полнолуние и новолуние), приливы достигают максимальных величин. Самые высокие приливы наблюдаются в заливе Фанди на побережье Канады: разность между максимальным и минимальным положениями уровня моря здесь составляет около 19,6 м.
Основная причина образования волн - это дующий над водой ветер. Поэтому величина волны зависит от силы и времени его воздействия. Из-за ветра частицы воды поднимаются вверх, порою отрываясь от поверхности, но по прошествии некоторого времени под действием естественной силы тяжести они неизбежно опускаются вниз. Издалека может показаться, что волна движется вперед, но на самом деле, если эта волна, конечно, это не цунами, (у цунами другая природа возникновения) она лишь опускается и поднимается. Так, например, морская птица, севшая на поверхность волнующегося моря, будет качаться на волнах, но не сдвинется с места.
Лишь у берега, там, где уже не глубоко, вода двигается вперед, накатываясь на берег. Кстати по гребешку брызг из оторвавшихся капель образующих на волне гребень, опытные моряки определяют степень волнения моря, если гребень и пена на нем только стали образовываться, значит, волнение море 3 балла.
Волны на море могут существовать и без ветра это цунами, вызванные природными катаклизмами наподобие подводных извержений вулканов, и волна, которую моряки называют накатом . Она образуется на море после сильного шторма, когда ветер стих, но за счет большой массы воды пришедшей в движение от ветра и явления под названием резонанс волны продолжают раскачиваться. Нужно заметить, что такие волны не намного безопаснее шторма и запросто могут опрокинуть корабль или лодку с неопытными мореплавателями.
Волны появляются благодаря ветру. Бури образуют ветра, которые воздействуют на поверхность воды, в результате чего возникает зыбь Точно также, как образуется рябь в твоей чашечке кофе после серфинга, когда ты на него дуешь. Сам же ветер можно увидеть на картах прогноза погоды: это зоны низкого давления. Чем больше их концентрация, тем сильнее будет ветер. Малые (капиллярные) волны изначально движутся в направлении, в котором дует ветер. Чем сильнее и дольше дует ветер, тем больше его воздействие на поверхность воды. Со временем волны начинают увеличиваться в размере. По мере того, как ветер продолжает дуть, и порожденные им волны и далее подвергаются его воздействию, малые волны начинают расти. На них ветер оказывает большее воздействие, чем на спокойную поверхность воды. Размер волны зависит от скорости ветра, который ее образует. Ветер, дующий с какой-то постоянной скоростью, сможет генерировать волну определенных размеров. И как только волна приобретает максимально возможные размеры при данном ветре, она становится «полностью сформированной». Генерируемые волны имеют различные скорости и периоды волны. (Смотри более подробно в разделе волновая терминология) Волны с большим периодом двигаются быстрее и преодолевают большие расстояния, чем их более медленные собратья. По мере отдаления от источника ветра (распространения) волны образуют линии прибоев (свеллов), которые неизбежно накатывают на берег. Наверное, ты уже знаком с понятием «wave set» (вейв сет)! Волны, на которые больше не влияет ветер, породивший их, называются донными волнами (groundswell). Это именно то, за чем охотятся серферы! Что влияет на размер прибоя (свелла)? Есть три основных фактора, влияющие на размер волн в открытом море: Скорость ветра – чем она больше, тем крупнее будет волна. Продолжительность ветра – аналогично предыдущему. Fetch (фетч, «область покрытия»)– опять же, чем больше область покрытия, тем крупнее образуется волна. Как только воздействие ветра на них прекращается, волны начинают терять свою энергию. Они буду двигаться до того момента, как выступы морского дна, либо другие препятствия на их пути (крупный остров к примеру) не поглотят всю энергию. Существует несколько факторов, влияющих на размер волны в конкретном месте прибоя. Среди них: Направление прибоя (свелла) – позволит ли оно попасть свеллув нужное нам место? Океанское дно – свелл, движущийся из глубины океана на риф, образует крупные волны с бочками внутри. Неглубокий длинный выступ, тянущийся к берегу замедлит волны, и они утратят свою энергию. Приливы – некоторые виды спорта полностью от него зависят. Узнай больше в разделе как появляются лучшие волны
