Хвилі-вбивці з хаосу - не міф

13 грудня. Чотири роки тому 13 грудня 2007 року американські вчені змогли розкрити таємницю виникнення гігантських хвиль-убивць. Вдалося поставити експеримент, в якому роль океанічних хвиль виконували б світлові, оскільки вони дуже схожі один на одного за своєю поведінкою. З'ясувалося, що їх породжує ... хаос, спонтанно виникає в Світовому океані.

Повідомлення про гігантських хвилях, що з'являються немов би з нізвідки, топлячи кораблі і руйнують портові споруди, відомі ще з античних часів. Вони відображені в багатьох легендах, про них розповідали ті, що вижили після цієї небезпечної зустрічі рибалки і мореплавці. Немає сумніву, що в ті часи їм вірили. Однак починаючи з XVIII століття, коли океан стали активно вивчати, хвилі-вбивці (або, як їх ще називають, rogue wave - хвиля-розбійник, і reak-wave - хвиля-відморозок) були занесені в розряд небилиць. Але чому ж?

Справа зовсім не в тому, що вони з'являються в Світовому океані досить рідко. Якраз навпаки, в деяких районах, згідно зі статистикою, це відбувається раз на два дні (ця інформація отримана із супутників, тобто може вважатися досить надійним). А при такій частоті навіть в «доспутниковую» епоху дану хвилю вже хто-небудь з учених міг би побачити. І, швидше за все, бачив, але просто не вірив своїм очам, бо, з точки зору класичної гідрології, існування подібної хвилі було неможливо.

Хвилю заввишки 25-30 метрів, яка з'являється раптово на абсолютно гладкою морської поверхні, як би з «нізвідки». При цьому погода може стояти цілком безвітряна, та й ніяких катаклізмів типу землетрусів і вулканів по близькості теж не спостерігається. У цьому, до речі, їх принципова відмінність від цунамі - ті то якраз виникають при підводних землетрусах (докладніше про це читайте в статті «»). Крім того, цунамі стають гігантськими лише на мілководді, а ось висота хвилі-вбивці абсолютно не залежить від глибини, вона може бути величезною і тоді, коли під нею є багатокілометрова водна товща.

Ну, а раз так, то, згідно з усього, що ми знаємо про океан, такого просто не може бути - максимальна висота спонтанної хвилі, яка не виникає, як цунамі від землетрусу або як результат шквального вітру, не може перевищувати 20 метрів. Тому, як я вже говорив, вчені такі хвилі безсумнівно бачили, але, швидше за все, вважали їх цунамі, котрі народилися в результаті якогось неврахованого землетрусу чи виверження вулкана.

Таке заперечення факту їх існування відбувалося до кінця ХХ століття. А в 1993 році настала «реабілітація» хвиль-убивць - була зроблена серія фотографій такої хвилі в Біскайській затоці від виникнення до загасання. Оскільки було відомо, що ніякого землетрусу в тих краях не відбулося, то ставало очевидно, що в об'єктив фотографа потрапило аж ніяк не цунамі. Далі, в 1995 році вдалося також зняти «напад» хвилі-вбивці на нафтовидобувну платформу в Північному морі.

Див. також: Гігантські хвилі перекочувалися через паром

Згодом дослідження в рамках проекту MaxWave ( «Максимальна хвиля»), який передбачав моніторинг поверхні світового океану за допомогою радарних супутників ERS-1 і ERS-2 Європейського космічного агентства (ESA) остаточно підтвердили існування цих хвиль. Так, супутникам вдалося всього за три тижні побачити більше 10 одиночних гігантських хвиль, висота яких перевищувала 25 метрів в самих різних районах земної кулі. І це остаточно збило з пантелику вчених, адже, згідно з хвильової теорії, чим вище хвиля, тим менше ймовірність її виникнення. За розрахунками, такі хвилі повинні з'являтися не частіше, ніж раз в двісті років. А тут і місяця-то не минуло, а дивіться-но, цілих десять виявилося.

Фотографія великої хвилі, що насувається на торгове судно. Датується навесні 1993 р

Але факт - річ уперта, проти нього не підеш, тому хвилях-вбивцям знову повернули почесне звання реально існуючих об'єктів. Однак мало хто цьому зрадів - стало ясно, що, швидше за все, саме вони стали причиною загибелі за останні два десятиліття декількох величезних судів, контейнеровозів і супертанкерів, для яких навіть найсильніший шторм не страшний. І головне, проти такої хвилі практично неможливо захиститися - конструкції судна просто не в змозі витримати величезний тиск обрушилася на нього води, а воно може доходити до 980 кПа (це 9,7 атмосфер)!

Але якщо захиститися від такої хвилі поки ніяк не можна, то ось вивчити механізм її виникнення цілком реально. Це потрібно хоча б для того, щоб передбачити ймовірність появи даної хвилі в тому чи іншому місці Світового океану. Але оскільки проводити такі дослідження в умовах стихії вельми складно (та й смертельно небезпечно), то найкраще побудувати наближену до реальності модель. Цим і зайнялася 13 грудня 2007 року група фізиків з Каліфорнійського університету в Берклі (США).

Ці вчені вирішили поставити експеримент, в якому роль океанічних хвиль виконували б світлові (відомо, що ці хвилі дуже схожі за своєю поведінкою). Вчені використовували оптичне волокно - вони подавали на вхід нелінійного середовища (це середовище, властивості якої залежать від інтенсивності взаємодіючих з нею фізичних полів, тобто відгук якої на дію зовнішніх збурень нелінійно залежить від амплітуди збурення).

І хоча сам сигнал мав фіксовану частоту, до нього була додана невелика домішка шуму, тобто додаткового «розмитого» сигналу, що складається з хвиль різних частот. А оскільки структура волокна забезпечувала нелінійну середу, то заздалегідь не було відомо, як світловий сигнал поведеться на виході - простіше кажучи, передбачити кінцеві параметри хвилі не представлялося можливим.

В результаті експерименту вийшло, що в нелінійної середовищі вихідний чистий сигнал з домішкою шуму втрачав свою чіткість і весь перетворювався в «хаос» з хвиль різних частот. І ось що цікаво - на деяких таких частотах виникали несподівано чіткі і яскраві піки з інтенсивністю на багато більшою, ніж у першого сигналу. Виходить, що це і були хвилі вбивці. Інакше кажучи, їх породжував хаос, створений проходженням звичайних хвиль через ту саму нелінійну середу.

Простіше кажучи, за результатами експерименту стало ясно, що якщо багато хвиль з різною частотою і амплітудою раптом зберуться в місці з непростою структурою, то запросто може виникнути хвиля з великою амплітудою. А що стосується реальності, то адже в океані таких місць достатньо - вони виникають на стику теплих і холодних течій, в місцях апвелінг (підняттів глибоководної води до поверхні), ділянках зі складною берегової конфігурацією або районах, де над морем стикаються різні повітряні маси.

Крім того, згідно з однією з останніх гіпотез, ще однією причиною виникнення таких хвиль може бути різниця в енергетичних потенціалах різних шарів води, яка при певних обставинах «розряджається» (як це відбувається в атмосфері під час грози або смерчу). Справа в тому, що верхній шар води, насичуючись киснем накопичує позитивний електричний-потенціал, а глибинні шари, що містять в собі розчинений метан, низьковалентних оксиди заліза і марганцю - негативний. У такій ситуації при певних умовах ця енергія може викликати обурення і рух великих мас води.

А тепер уявіть - якщо в подібному місці раптом пройде корабель, підводний човен, вдарить блискавка, або просто станеться потужний сплеск, то «контакти» даної природної електронних схем замкнуться і запрацює «хвильової двигун». Біда вся в тому, що він, згідно з розрахунками, може працювати як «на всмоктування», тобто утворювати воронку, так і на виштовхування маси води на поверхню. Тобто створити хвилю-вбивцю.

Так це чи ні, сказати поки складно. Взагалі, можна сказати, що серйозне вивчення хвиль-убивць тільки-тільки починається. Однак механізм їх виникнення вже відомий. І це значить, що через якийсь час їх появу можна буде також легко прогнозувати, як і погоду ...

джерело: