А волны смеются и плачут
А ВОЛНЫ СМЕЮТСЯ И ПЛАЧУТ
Романтика дальних странствий... Сколько об этом сказано и написано! Невиданные доселе города, страны, экзотическая природа, удивительные звери, незнакомые люди, неожиданные встречи. Но главное, пожалуй, что привлекает в морских путешествиях – это борьба со стихией. Никого и никогда не оставляет равнодушным могучая и переменчивая игра морских волн. Выйдет ли на палубу бывалый моряк, ребенок ли ступит на мокрую морскую гальку, философ ли окажется на задумчивом берегу, юный поэт ли взглянет на море с ялтинской набережной – каждый из них найдет для себя в морском волнении особую прелесть и отзвук в сердце. «Прощай, свободная стихия!» – в порыве признания своей любви к морю воскликнул великий русский поэт А.С.Пушкин. А знаменитый английский физик Джон Уильям Рэлей, наблюдая море, сдержанно заметил: «Основной закон ветрового волнения – это кажущееся отсутствие какого-либо закона».
Мир неистовых неукротимых сил яростной стихии, мир с энергией трех атомных бомб в секунду – таково единение морской воды и ветра. В разных странах и на разных языках союз этот называют по-разному. В России – это шторм, у берегов американского континента – ураган, в северной части Тихого океана – тайфун, на Филлипинах – бахио, в Австралии – вилли-вилли, у берегов Коста-Рики и Мексики – эль кордоназо. Общеупотребительный термин – циклон. В 1842 году его ввел в научную литературу хранитель музея в Калькутте англичанин Пиддингтон. Много лет изучал он погодные явления в Бенгальском заливе и издал «Книгу законов штормов во всех частях света». Ветры на схемах в этой книге были показаны кругами вращающимися в Южном полушарии по часовой стрелке, а в Северном – против.
Пиддингтон дал круговому ветру название «циклон», латинизировав греческое слово «киклон» (вращающийся).
Буря – это ненастье, сопровождаемое сильным разрушительным ветром. Шторм – от голландского «шторм» – буря с длительным и очень сильным ветром, вызывающим значительное волнение на море. Ураган – в переводе с языка индейцев Больших Антильских островов – означает «все разрушающий на своем пути сердитый ветер». Тайфун – слово китайское, им называют интенсивные тропические циклоны, возникающие в предэкваториальной зоне на западе северной части Тихого океана.
Несомненно ужасны все эти ураганы, тайфуны, циклоны, но еще больший ужас вызывают приносимые ими бедствия.
Страницы мировой прессы пестрят сообщениями о трагедиях, разыгравшихся на море и на суше. В сентябре 1934 года только один тайфун, зародившийся в открытом море у Филиппин, отправил на дно 23 океанских парохода и 300 парусных лодок, а затем опустошил берега Японии. По сообщению агенства Рейтер, порывы ветра тайфуна по имени «Елена», обрушившегося на Гонконг в 1982 году, достигли скорости 240 километров в час, что привело к человеческим жертвам и значительным разрушениям. Из десятков судов, укрывшихся в Гонконгской гавани, 24 были выброшены на берег.
В 1983 году циклон ураганной силы атаковал побережье Латвии. Ночью неимоверной силы атмосферные вихри и морские волны ворвались в Рижский залив. Ветер обрывал телеграфные и электрические провода, рушил заборы и срывал крыши, выдавливал стёкла в домах. В 7 часов утра воздушная волна, мчавшаяся на огромной скорости, ударила по городу. Под мощными порывами ветра переламывались стволы многолетний лип, тополей и дубов на бульварах и в парках Риги. Было парализовано движение трамвайных и троллейбусных маршрутов. Нарушилось водоснабжение жилых домов и промышленных предприятий. В районах, расположенных по правому берегу Даугавы, подача воды в здания выше второго этажа также прекратилась.
В 1984 году свой свирепый нрав проявил сильнейший шторм, обрушившийся на восточное побережье Италии. В районах, подвергшихся сдвоенному удару воды и ветра, прервалось морское сообщение, несколько улиц Венеции скрылись под водой.
В центре тайфуна Джудди, разыгравшегося в том же году, оказался крупнейший остров Японии – Хонсю. Не выдержав натиска ураганного ветра, рухнули стены нескольких сотен домов.
За короткое время выпало более 300 миллиметров осадков, вышедшие из берегов реки затопили десятки населённых пунктов, заставив многие семьи искать спасение на крышах домов. Разбушевавшаяся стихия смыла 50 мостов и полностью уничтожила урожай сельскохозяйственных культур. Было, кроме того, зафиксировано около полуторатысяч оползней. В ряде районов вышли из строя линии электропередач, прервалась телеграфная связь.
Самым спокойнам районом Мирового океана принято считать морские воды вблизи индонезийского острова Ява. Море волнуется здесь всего 10-12 раз в году. А в Южной части Индийского океана морские бури разыгрываются в 4-5 раз чаще «средней нормы». установленной океанографами. Очень неспокойны моря на севере этого океана: в среднем 70 штромов в год случаются в Аравийском море. В Бенгальском заливе – 115. Примерно такое же количество тайфунов в год проносится вдоль восточных берегов Азии. Уместно будет привести здесь такие цифры. Ущерб, наносимый мировой экономике (данные 1984 года) от стихийных бедствий ежегодно составлял примерно 30 миллиардов долларов. 20 процентов от этой суммы приходится на тропические циклоны. Кроме того, огромный ущерб и многочисленные человеческие жертвы приносят ураганы, бури, смерчи и штормы.
За последние каких-то два десятилетия угроза безопасности жизни на Земле возросла во много раз. «Количество стихийных бедствий, вызванных погодными условиями, увеличилось вчетверо», - сообщает крупнейшая британская организация экологов Oxfam. А в отчётном документе ООН от 1 июля 2008 года отмечается, что только в период с июля 2004 по июль 2005 убытки мировой экономики составили 94 миллиардов долларов США.
Надолго запомнится человечеству самый разрушительный ураган в истории США - «Ураган «Катрина» (англ. Hurricane Katrina). Наиболее тяжёлый ущерб был причинён Новому Орлеану в штате Луизиана, где под водой оказалось около 80 % площади города. В результате стихийного бедствия погибли 1836 жителей, экономический ущерб составил 81,2 ммиллиардов долларов. Это всего лишь денежный сиюминутный номинал. Однако, давайте, посчитаем «с калькулятором в руках». Во-первых, эти деньги не поступили в бюджет и не «заработали» даже свой минимум – по два доллара дохода на каждый вложенный. Это значит, что национальный бюджет не дополучил ещё 160 – 240 миллиардов. Второе, эти 240 миллиардов не создали несколько миллионов новых рабочих мест, на которых не произвена продукция и не заплачены, таким образом, значительные проценты налога в пользу государства. И так далее. При более детальном подсчёте названная сумма потерь от «Катрины» в 81,2 миллиардов составляет на самом деле порядка 300 ммиллиардов долларов.
В 2008 году стихийных бедствий в мире произошло меньше, чем в 2007-м, однако они отличались большим материальным уроном и количеством человеческих жертв.
Так, в мае 2008 года ураган "Наргис" обрушился на город Мьянму в Таиланде. В начале сообщалось о 350 погибших, однако позже, когда стали ясны масштабы происшествия, счет пошел уже на тысячи. Жертвами циклона стали 77 тысяч человек, более 56 тысяч пропали без вести. Урон, нанесенный Мьянме, оценивается в 10 миллиардов долларов.
Крупнейшая в мире компания Munich Re, занимающаяся страхованием рисков страховых компаний, подвела итоги катастроф 2008 года. По данным компании более 200 тысяч человек погибли в том году в результате буйства стихии. Наиболее разрушительными в этом году, по мнению Munich Re, стали ураганы и землетрясения.
Перед лицом новых опасностей – оружие учёных-метеорологов: измерительные приборы, аналатические методы исследований, эксперименты, попытки точного прогнозирования погоды, классификация известных фактов и наблюдений.
Первым человеком, впервые использовавшим научную базу в изучении капризов морских волн стал малоизвестный в то время лейтенант американского флота Мэтью Фонтэн Мори. В 1824 году, получив должность начальника склада навигационных карт и мореходных инструментов, Мэтью получил достаточно свободного времени для знакомства с вахтенными журналами множества кораблей. Проделав гигантскую аналитическую работу, лейтенент обобщил оказавшиеся в его распоряжении факты и материалы, лёгшие затем в основу его книги «Карты ветров и течений Северной Атлантики».
Первое же использование рекомендаций Мэтью в выборе наиболее безопасного курса принесло заметный успех. Например, время продолжительности рейса на линии Ливерпуль – Мельбурн сократилось, в среднем, на пятьдесят дней! Надо ли говорить, что благодарные потомки уже воздвигли памятник Мэтью Фонтэн Мори, отдав должное тому, кто первым проник в тайну земных ветров, океанских волн и течений.
Среди волн моряки и океанографы издавна различают ветровые волны – с завихренными белыми «барашками» или бурунами - и зыбь, являющуюся системой затухающих волн, оставшихся без ветра. По внешнему виду различаются также буруны, регулярные и нерегулярные волны, прибой, рябь и толчея.
У волны наличествуют следующие элементы: «гребень» –расположен выше среднего волнового уровня; ниже этого уровня находится «ложбина»; названия «вершина» волны и «подошва» говорят сами за себя. Высота волны при этом – вертикальное расстояние между гребнем и подошвой. А вот «длина» волны – это горизонтальное расстояние между двумя последовательным гребнями. «Период» волны – время прохождения через условную неподвижную точку на поверхности моря двух следующих друг за другом гребней. «Скорость» - растояние, пробегаемое волной за одну секунду. «Фронт» - линия, проходящая по вершинам перпендикулярно к направлению движения волны. «Крутизна» - наклон волнового профиля по отношению к горизонту. Наконец, «высота гребня» - высота над средним волновым уровнем.
В сущности, морские волны и ветер – это две неразделимые ипостаси, и механизм возникновения волны представляется достаточно простым. Поднимающйся ветер колеблет поверхность воды, и образуется рябь. Если направление ветра не изменяется и ветер не ослабевает, то рябь на водной поверхности будет увеличиваться, ведь на подветренном склоне волны атмосферное давление оказывается меньшим, чем на наветренном.
Однако приведённое объяснение всего лишь схематично- упрощенное. Всё обстоит гораздо сложнее, до непонятного. Интересны в этой связи наблюдения Жюль Верна, зафиксированные им в книге «Путешествие капитана Гатерраса». Во время дождя, по замечанию романиста, волны значительно меньше, несмотря на сильный ветер. А будь сухая погода волны могли бы быть гораздо большие даже при более слабом ветре.
Загадочным в теории волнообразования оказывается многое. Философы, вообще, на разные лады утверждают: чем больше человек познаёт, тем больше возникает перед ним необъяснимого. Например, неизвестную ранее причину возникновения морской зыби обнаружили в своё время советские учёные-океанографы... По их наблюдениям, мелкая зыбь на водной поверхности в безветрие возникает в результате резонанса – природного явления достатчно известного и распросранённого. В холодном фронте атмосферного воздуха над тёплой штилевой волной и на высоте 500-700 метров обычно возникает зона повышенного вихреобразования. Оказывая определённое давление на поверхность моря, вихри образуют на море волны, бегущие в направлении перемещения фронта и с идентичной скоростью. Хотя такие резонансные волны не слишком круты, они могут быть опасны и для крупных кораблей. Так, вблизи юго-восточной Африки, где зыбь наблюдается наиболее чаще, серьёзные повреждения от них получил крейсер британских военно-морских сил «Бирмингем» и супер танкер водоизмещением 260 тысяч тонн.
Долгие годы оставалось загадкой и образование так называемого волнового «тягуна». Разгадать её сумели сотрудники Корсаковсокого гидрометеорологического бюро, что на Сахалине. Было над чем задуматься. В акватории порта безветренно, штиль, на причалах полным ходом идут погрузочно-разгрузочные работы. И вдруг, точно чья-то невидимая рука начинает раскачивать ошвартованные в порту корабли. Если своевременно не принять необходимые меры, неизбежна авария. Прчина – коварный морской «тягун». Проведённые корсаковцами исследования опровергли ранее бытовавшее мнение, что эта своеобразная волна зарождается непосредственно в порту. Место возниковения «тягуна», как установили и доказали гидро-метеорологи, - открытое море, и «тягун» является подводным следствием пронёсшегося в отдалении шторма.
Необычную волну наблюдали в 1979 году жители Лазурного берега на средиземноморском побережье Франции. Море внезапно отступило от привычного ему уреза воды метров на 300, а затем обрушилось на берег трёхметроворостой волной. Последствия оказались трагичны. На берег были выброшены сотни яхт и небольших судов. Высокая волна разрушила многие магазины и кафе на набережной, разбила автомобили. На строительстве порта в Ницце обрушилась дамба длиной в 300 метров, в бушующем море оказались строительные машины, бульдозер, три грузовика. От волны пострадало 15 строительных рабочих, причем 6 из них погибли. Наибольший экономический ущерб нанесён был порту Антиб. Специалисты обьяснили возникший феномен. По их мнению, необычная волна в данном случае была вызвана оседанием морского дна.
Особая нагонная волна из года в год приносит нисчислимые бедствия «Северной Пальмире» - городу Санкт-Петербургу в устье реки Неву на берегу Финского залива Балтийского моря. Начиная с сентября, практически с интервалами всего в сутки атакуют детище Петра Первого циклоны. Они постоянно, как бы раскачивают, воду Балтики, создавая нагонную волну и запирают дельту Невы, затрудняя сток пресной воды в залив из Ладожского озера. Всю осень и зиму вода в реках и каналах «Северной Пальмиры» держится как минимум на метр выше нулевой отметки на на специально установленном здесь футштоке. Подъём воды следует за пдъёмом, и город в своей истории претерпел ряд очень сильных разорительных наводнений. Многие в своё время (и специалисты в том числе) считали, что оградить жемчужину архитектуры от бедствий поможет искусственно воздвигнутая дамба. Однако практика показала: в ходе сооружения бетонного препятствия нагонным волнам резко нарушилась экология русла Невы и примыкающей части Финского залива. Зацвела вода, изменились пути миграции рыбы; она, практически, исчезла.
Ещё один мало известный вид движения морской воды – внутренние волны. Хотя они открыты фактически очень давно, на рубеже девятнадцатого и дватцатого воеков, их активное изучение началось лишь после Второй мировой войны. Возникают внутренние волны под поверхностью в слоях воды с относительно большим перепадом плотности по вертикали. Возмутителями таких волн могут быть, например, приливно-отливные движения воды в зоне прибрежного подъёма морского дна или в зоне подводных гор. В глубинахз моря высота внутренней волны может составлять десятки и сотни метров. Движутся они медленнее, чем их сёстры на поверхности, но преодолевают огромные расстояния.
Хотя подъём внутренних волн сдерживают силы земной гравитации, но иногда, поднимаясь из глубин, волны достигают поверхности воды. Тогда рисунок гребней этих подводных странников отчетливо виден в тихиую погоду и красиво оживляет спокойный морской пейзаж. Однако подводная встреча с «красотками» может оказаться роковой. Есть даже предположение, что трагическая гибель американской подводной лодки в 1963 году была вызвана именно внутренней волной.
Наконец, сейсмические волны, так называемые цунами. По размерам и по виду подобные могучему приливу, цунами на самом деле являются порождением подводных землетрясений, извержений вулканов или смешением земной коры на океаническом дне.
Буквально, слово «цунами» в переводе с японского означает «большая волна в гавани». И действительно, цунами производят свои гибельные разрушения по большей части в гаванях и заливах, хорошо защищённых от ветровых волн. Бесконечно длинен и удручающ список катастроф и человеческих жертв, вызванных цунами. На памяти человечества сохранилось более тысячи больших и малых трагедий, разыгравшихся у побережий Тихого океана. Не случайно местные жители в некоторых места называют цунами волной-убийцей.
Стальные труженики морей, попадающие на такую волну, ощущают сильный короткий удар, словно они наскочили на подводную стену. Возможно, что и не сушествующие мели, отмеченные на морских картах былых времён, являются лишь плодом воображения моряков, попавших под действие волн-убийц, возникших под водой в результате сейсмической деятельности земной коры.
Есть, кроме того, так называемые «пограничные волны», появляющиеся в местах соприкосновения слоёв воды различной плотности. Порой такие волны классифицируются как «стоячие волны» - сейши. Частицы воды в них не совершают полного орбитального движения, но дойдя до определённой точки, возвращаются по тому же пути.
Вообще, огромную ударную силу морские волны приобретают благодаря тому, что частицы воды при волнении не перемещаются, скажем, как щепка, плавающая на поверхности моря, и не движутся поступательно вместе с гребнями волн. Каждая частица взволнованной поверхности движется по замкнутой кривой или эллиптической орбите, имеющей форму близкую к окружности с радиусом равным полувысоте волн. На глубоких местах гребни волн разбиваются только при довольно сильном ветре, в прибрежной области – вследствие уменьшения глубины. При приближении к берегу передний склон волны первым соприкасается мелководьем и скорость его передвижения замедляется, а задний склон, догоняя передний, становится всё круче и круче. Наконец, верхушка волны с шумом и с резкими водяными взбросами обруживается на берег или на возникшее на пути препятсвие.
Потому-то волны у берега и волны в открытом море отличаются своей силой. Одну из самых высоких волн наблюдали в феврале 1923 года пассажиры и команда. Атлантическая волна, появившаяся на горизонте, по оценке очевидцев, достигала высот 23 метра. У крутого берега прибойная волна, как правило, причиняет огромные разрушения. По некоторым измерениям давление воды при ударе воды о берег составляет 30 тонн на один квадратный метр. Ивестно также, что на отрезке берега длиной в 100 метров можно получить энергию около 30 тысяч киловатт.
Причиной, послужившей учёным поводом для организации службы штормовых предупреждений, стал известный в истории эпизод из Крымской войны 1853-1856 годов. В результате сильнейшей бури на Чёрном море в одночасе погиб соедин1нный англо-французский флот, дислоцировавшийся в Балаклаве. Это было как перст божий! Россия, хоть и не выиграла эту войну, но противники согласились на переговоры.
Накануне описанный событий подобная буря побуйствовала и в Средиземном море. Схожестью этих явлений заинтересовался французский астроном У. Левелье. С помощью наложенных на географическую карту данных о погодных суловиях астроном пришёл к выводу, что можно установить траекторию движения циклона и заранее предупреждать людей о приближающемся бедствии. Если рассуждать последовательно, то впервые в истории созданная в 1980 году международная система спутникового наблюдения «Инмарсат» - дело рук У.Левелье. С тех пор «космическое кораблевождение», несмотря на множество новшест, появившихся в наше время, сохраняет принципы организации службы штормовых предупреждений.
С развитием науки и техники человечество получило возможность осуществить давнюю мечту: поставить экологически чистую энергию волн и моря на службу человечесту.
В разных странах почти с середины ХХ столетия успешно действуют приливные электростанции, например, в эстуарии реки Ранс во Франции, в губе Кислой на Баренцевом море в России, близ Шанхая в Китае...
Появился также ряд установок для преобразования в электричество механическую энергию непосредственно самих морских волн. С поверхности воды на дно моря опускается вертикальная труба, в подводной части которой прорезано как бы окно. Попадая в это отверстие, волна, движущаяся на глубине, сжимает воздух в образованной трубой шапке и воздух вынужден вращать турбину генератора. При обратном ходе волны воздух в трубе разряжается, приводя в движение другую турбину. Таким образом, электростанция работает непрерывно: на «вдохе» и на «выдохе», а электроток передаётся по подводному кабелю на берег.
Двадцать шесть лет тому назад (в 1983-м) на плавучем маяке «Винг» на подступах к Гетеборгу провели свои первые эскперименты в этой области норвежские учёные. В их энергетической конструкции был использован принцип бензопомпы. Действие основывалось на свойстве каучуковых труб в спиральной стальной армировке изменять свой объём при растягивании. Если в торце такой трубы разместить два возвратных клапана, то при каждой натяжке её стенок, вызываемой очередной волной «помпа» выталкивает определённое количество воды. Несколько десятков таких помп-труб, обьединённых в один ансамбль, создают напор достаточный для приведения в действие небольшой турбины.
Вскоре в инженерную повестку дня современности сама собой вписалась новая, неизведанная область исследований. Перед учёными встал вопрос: «А нельзя ли запрячь волну, заставить её работать в качестве движителя плавательных средств?»
Первым «Стреножить» и обуздать морскую волну сумел норвежский изобретатель Эйнер Якобсен. Он предолжил простую схему: крепить на шарообразной опоре под килём судна стальные крылья. При входе судна во впадину между волнами плоскость крыла поднимается вверх, создавая силу, толкающую судно вперёд. А когда плавательное средство взбирается на гребень волны, то угол атаки крыла изменяется. И, естественно, специальная гидравлическая система при этом ограничивает угол поворота крыла.
Были проведены практические испытания небольшого судна с основным «волновым» приводом и 55-метрового рыболовного катера, где волновой двигатель был вспомогательным. Согласно подтверждённым инженерным расчётам, крыло площадью всего в один квадратный метр способно развить мощность равную сорока лошадинным силам. В типичных условиях Северной Атлдантики такое судно может извлекать из морских волн столько же энергии, сколько бы оно получало от традиционного дизеля. Думается, что сегодня, в условиях обострённого поиска экологически читых источников энерги, предложенная Э. Якобсеном схема вполне приемлема.
Ну, а может ли быть хоть какя-то польза от всех этих штормов, ураганов, бурь и циклонов? «Не исключено», - утверждают некоторые поистине исторические события.
В 1986 году, например, сильная морская буря, обрушившаяся на болгарский город Созопол, принесла радость археологам. Не на шутку разбушевавшиеся в этом районе морские волны размыли берег и вскрыли перед взорами современников остатки древней металлургической печи, ставшей первой из обнаруженных на черноморском побережье Болгарии. Анализируя добытые с помощью волн керамические материалы, куски железа и угля, пециалисты пришли к выводу, что плавильная печь действовала тринадцатом-двенадцатом веке до нашей эры. По ряду признаков можно было судить, что здесь изготовлялось оружие, различные орудия труда, украшения. Находка после бури в Созополе принесла нам ценные сведения о живших когда-то в этих местах малоизвестных науке племенах фракийцев.
Весьма ощутимую пользу принёс и ураган, разразившийся в 1976 году в районе индийского порта Бхавнагар (штат Гуджарат). Могучая стихия в считанные мгновения подняла со дна моря тысячи тонн камней, песка и ила, вытеснила воду и выбросила всё это далеко в море. В результате такой бурной деятельности акватория порта расширилась почти на сто метров, углубление составило более трёх.
Ураган «Айк», промчавшийся по территории США 13-15 сентября 2008 года, нанёс экономике условно исчисляемый ущерб от 8 до 18 миллиардов долларов. Вместе с тем, именно коварство урагана помогло археологам обнаружить в Алабаме, неподалеку от форта Морган, остов судна, оказавшееся военным кораблем времен Гражданской войны.
Впервые ученые узнали о существовании судна в 1969 году, после того как ураган «Камилла» частично очистил остов от засыпавшего его за долгие годы песка. Тогда археологи пришли к выводу, что судно может оказаться канонеркой «Монтичелло», участвовавшей в Гражданской войне в составе флота северян.
Длина судна составляет около 48 метров, что соответствует длине «Монтичелло», однако некоторые факты, например обнаруженные на корабле стальные канаты, могут свидетельствовать о том, что это шхуна «Рэйчел», потерпевшая кораблекрушение возле форта Морган в 1933 году.
Как бы там ни было, ураган «Айк» поддержал археологические усилия «Камиллы» по раскопкам ценного истрического экспоната.
Но и это ещё далеко не всё, связанное со своеобразной альтруистической деятельностью «Айка». Разметав песок вокруг и стены дома на техасском побережье, трудолюбивый ураган откопал зуб древнего мамонта величиной с овальный мяч, используемый для игры в американский футбол. Самое удивительное состоит в том, что произошло это во дворе дома палеонтолога Дороти Саск, которая сотрудничает с одним из техасских университетов. По авторитетноу мнению хозяйки дома и её коллеги Джима Уэстгейта, находка является зубом мамонта, жившего примерно 10 тысяч лет назад.
В русском языке слово «волна» по своему этимологическому смыслу тесно соприкасается с такими словами, как «воля» и «вольный», «своевольный». Волна – вольна, писал А.С.Пушкин. Она может и смеяться, и плакать. Из пены морской, по преданию, родилась мифическая богиня Афродита. А в 1913 году после бурного шторма на берегу случайные люди обнаружили её прекрасную статую.