Многие природные явления человек воспринимает как сами собой разумеющиеся. Мы привыкли к лету, осени, зиме, дождю, снегу, волнам и не задумываемся о причинах. И все же, почему в море образуются волны? Почему на водной глади появляется рябь даже в полный штиль?

Происхождение

Есть несколько теорий, объясняющих возникновение морских и океанических волн. Они образуются из-за:

• перепадов атмосферного давления;
• приливов и отливов;
• подводных землетрясений и вулканических извержений;
• движения судов;
• сильного ветра.

Чтобы понять механизм образования, нужно вспомнить, что вода волнуется и колеблется вынужденно – в результате физического воздействия. Галька, лодка, рука, коснувшаяся ее, приводят жидкую массу в движение, создавая колебания разной силы.

Характеристики

Волны – это тоже движение воды по поверхности водоема. Они являются результатом сцепления частиц воздуха и жидкости. Поначалу водно-воздушный симбиоз вызывает рябь на поверхности воды, а затем заставляет двигаться водные толщи.

Размер, длина и сила меняются, в зависимости от силы ветра. Во время шторма мощные столпы поднимаются на 8 метров и растягиваются в длину почти на четверть километра.

Иногда сила настолько разрушительная, что обрушивается на прибрежную полосу, вырывает с корнем зонты, душевые и другие пляжные постройки, сносит все на своем пути. И это при том, что формируются колебания за несколько тысяч километров от берега.

Все волны можно разделить на 2 категории:

• ветровые;
• стоячие.

Ветровые

Ветровые, как следует из названия, образуются под воздействием ветра. Его порывы проносятся по касательной, нагнетая воду и вынуждая ее двигаться. Ветер подталкивает жидкую массу вперед перед собой, но сила тяжести тормозит процесс, толкая ее обратно. Движения на поверхности, возникающие в результате влияния двух сил, напоминают подъемы и спуски. Их пики называются гребнями, а основания – подошвами.

Выяснив, почему образуются на море волны, открытым остался вопрос о том, почему они совершают колебательные движения вверх и вниз? Объяснение простое – непостоянство ветра. Он то стремительно и порывисто налетает, то стихает. Высота гребня, периодичность колебаний напрямую зависят от его силы и мощности. Если скорость перемещения и сила воздушных потоков превышают показатели нормы, поднимается шторм. Еще одна причина – возобновляемая энергия.

Возобновляемая энергия

Иногда на море полный штиль, а волны образуются. Почему? Океанографы и географы объясняют это явление возобновляемой энергией. Водные колебания являются ее источником и способы сохранять потенциал длительное время.

В жизни это выглядит примерно так. Ветер создает определенное количество колебаний в водоеме. Энергии этих колебаний хватит на несколько часов. За это время жидкие образования преодолевают расстояние в десятки километров и «швартуются» в районах, где солнечно, нет ветра, и водоем спокоен.

Стоячие

Стоячие или одиночные волны возникают вследствие толчков на океаническом дне, характерном для землетрясений, извержений вулканов, а также из-за резкого изменения атмосферного давления.

Это явление называется сейши, что переводится с французского языка как «раскачиваться». Сейши характерно для бухт, заливов и некоторых морей, представляет опасность для пляжей, сооружений в прибрежной полосе, пришвартованных у причала кораблей и людей, находящихся на борту.

Конструктивные и деструктивные

Образования, преодолевающие большие расстояния и при этом не меняющие форму и не утрачивающие энергию, ударяются об берег и разбиваются. При этом каждый накат по-разному влияет на прибрежную полосу. Если он намывает берег, то классифицируется как конструктивный.

Деструктивный накат воды обрушивается своей мощью на побережье, разрушая его, постепенно смывая песок и гальку с пляжной полосы. В этом случае природное явление классифицируется как деструктивное.

Деструкция бывает разной разрушительной силы. Иногда она настолько мощная, что обрушивает склоны, раскалывает утесы, разделяет скалы. Со временем даже самые твердые скалы разрушаются. Крупнейший маяк Америки построили на мысе Гаттерас в 1870 году. С тех пор море продвинулось почти на 430 метров в глубину побережья, смыв прибрежную полосу и пляжи. Это лишь один из десятков фактов.

Цунами – разновидность деструктивных водных образований, характеризующихся большой разрушительной силой. Скорость их перемещения доходит до 1000 км/ч. Это выше, чем у реактивного самолета. На глубине высота гребня цунами небольшая, но возле берега они снижают скорость, зато наращивают высоту до 20 метров.

В 80% случаев цунами являются следствием подводных землетрясений, в оставшихся 20% — извержений вулканов и оползней. Вследствие землетрясений дно смещается по вертикали: одна его часть опускается, а вторая – параллельно поднимается. На поверхности водоема образуются колебания разной силы.

Аномальные убийцы

Они также известны как блуждающие, монстры, аномальные и больше характерны для океанов.

Еще 30-40 лет назад рассказы моряков об аномальных колебаниях воды считали небылицами, потому что в существовавшие научные теории и расчеты свидетельства очевидцев не укладывались. Высота 21 метр считалась предельной для океанических и морских колебаний.

Первые письменные упоминания о монстрах датированы 1826 годом. А в 1933 году корабль американских ВМС, попавший в затяжной шторм, столкнулся с гигантской волной. Экипаж чудом выжил – очевидцы подтвердили факт. Подобные случаи фиксировались и впоследствии.

1 января 1995 года, когда приборы, установленные на нефтяной платформе, впервые официально зафиксировали аномальный 25,6-метровый водный столп, ученые занялись исследованием явления. За последующие 3 недели исследования произошло еще 10 аналогичных явлений в разных уголках планеты.

Причины образования экстремальных волн до конца не изучены, существуют на уровне гипотез. Одна из теорий объясняет явление эффектами нелинейности, вследствие которых образуются небольшие группы волн и преодолевают большие расстояния, не меняя первоначальной структуры.

Проще говоря, под воздействием внутренних факторов образовалась 20-метровая водная глыба и отправилась за десятки километров, не меняя первоначальной формы. Но, опять же, это одна из теорий. Подтвержденного фактами объяснения пока нет, зато факт явления уже научно подтвержден и не оспаривается.

Почему волны на море?

5 (100%) 1 проголосовавших

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.

Видео штормового моря на Черном море (Анапе)

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.

Волнение представляет собой такую форму периодического непрерывно меняющегося движения, при котором частицы воды совершают колебания около своего положения равновесия.

Если из-за какой-либо причины частицы воды будут выведе­ны из положения равновесия, то под влиянием силы тяжести они будут стремиться восстановить нарушенное равновесие. Приэтом каждая водная частица будет совершать колебательное движение относительно положения равновесия, не перемещаясь вместе с видимой формой движения волн.

Волны могут возникать под действием разных причин (сил). В зависимости от происхождения, т. е. от вызвавших нх причин, различают следующие виды морских волн.

1. Волны трения (илн фрикционные). К этим волнам принадлежат в первую очередь ветровые, возникающие при дей­ствии ветра на поверхность моря. К ним относятся также так называемые внутренние, или глубинные, волны, которые возни­кают на глубинах при перемещении слоя воды одной плотности над слоем вочы другой плотности.

Исследованиями установлено, что если над жидкостью одной плотности движется другая жидкость, имеющая иную плотность, то на поверхности, разделяющем обе жидкости, образуются вол­ны. Размер этих волн зависит от разности скоростей движения жидкостей по отношению друг друга и разности плотности двух сред. Это относится и к случаю движения воздуха над водой. Вот почему волны возникают и па глубинах океана, и в высоких слоях атмосферы, если там существует подобное движение двух разных по плотности водных или воздушных масс.

1. Барические волны возникают при колебаниях ат­мосферного давления. Колебания атмосферного давления вызы­вают поднятия и опускания водных масс, при которых частицы воды стремятся занять новые положения равновесия, но, до­стигнув их, совершают по инерции колебательные движения.


2. Приливо-отливные волны возникают под влия­нием явления приливов и отливов.


3. Сейсмические волны образуются при землетрясе­ниях и вулканических извержениях. Если очаг землетрясения расположен под водой или же поблизости от берега, то колеба­ния передаются водным массам, вызывая в них сейсмические волны, которые называются еще цунами.


4. Сейши. В морях, озерах, водохранилищах, кроме коле­бания водных частиц в виде поступательных волн, нередко наб­людаются периодические колебания частиц воды только в вер­тикальном направлении. Такие волны называются сейшами. При сейшах происходят колебания, похожие по своему характеру на колебания, в периодически покачиваемом сосуде. Самый простой вид сейш возникает, когда уровень воды поднимается у одного края водоема и одновременно опускается у другого. При этом по середине водоема наблюдается линия, вдоль которой частицы воды не имеют вертикальных перемещений, а движутся горизон­тально. Эта линия называется узлом сейша. Более сложные сей­ши бывают двухузловымн, трехузловыми и т. д.

Сейши могут возникать в результате различных причин. Ве­тер, дующий над морем некоторое время в одном и том же на­правлении, производит нагон воды у подветренного берега. С прекращением ветра сейчас же начинаются колебания уровня сейшового характера. Это же явление может возникать под влия­нием разности атмосферного давления в различных местах вод­ного бассейна. Сеншевые колебания уровня моря мот созда­ваться сейсмическими колебаниями в очень небольших бассей­нах (в гавани, в ковше и т. п.) сейши могут возникать при про­хождении судов.

Волны – понятие из «арсенала» физики. Чтобы проще и доходчивее объяснить, что это такое, можно привести пример, казалось бы далекий от темы.

…Коронация Екатерины II происходила в Москве. Новоиспеченная императрица пожелала, чтобы о торжественном моменте возвестили салютом в Санкт-Петербурге, но как передать сигнал? Ведь тогда не существовало ни Интернета, ни телефона, ни даже телеграфа. И все же выход был найден: от Москвы до Санкт-Петербурга расставили солдат с флажками в руках на расстоянии прямой видимости друг от друга. В нужный момент первый солдат поднял флажок, следующий, увидев это, сделал то же самое и т.д. Сигнал был получен в Санкт-Петербурге менее, чем через четверть часа!

Что мы видим в данном случае? Ни один человек не перемещался, но перемещалось, передаваясь от человека к человеку, определенное состояние. Если нечто подобное происходит в некой среде (твердой, жидкой или газообразной) или же в электромагнитном поле – не происходит перемещения материи, но перемещается определенное изменение физических характеристик – это называется волной (это будет еще понятнее, если мы снова вспомним выражение, далекое от физики: «По стране прокатилась волна забастовок» – опять же, «прокатилось» изменение состояния).

Частный случай волны – это те колебательные возмущения, которые распространяются в толще воды или по ее поверхности.

У любой волны есть вершина (самая высокая точка ее гребня), подошва (самая низкая точка ложбины), высота (превышение вершины), длина (расстояние между вершинами гребней двух смежных волн), период (временной интервал, за который волна пройдет расстояние, равное ее длине) и крутизна (соотношение высоты и длины волны). Также оценивается скорость, с которой волна перемещается в том направлении, в котором она распространяется.

Причины образования волн на поверхности морей и океанов многообразны. Чаще всего можно наблюдать ветровые волны. Их размер и форма не отличаются упорядоченностью, за малой волной вполне может последовать большая, гребни волн не обязательно перемещаются в направлении ветра. Это связано с тем, что ветер, образующий волны, имеет вихревой, турбулентный характер. Размер ветровых волн зависит не только от скорости ветра, но и от его продолжительности.

Ветер – не единственная причина возникновения морских волн. Существуют приливные волны. Вопреки распространенному заблуждению, они появляются не потому, что Луна «притягивает» воду, а потому, что Земля вместе со своей водной оболочкой «растягивается» между самой отдаленной от Луны точкой и самой близкой к ней, это происходит из-за разницы в гравитационном притяжении между этими двумя точками.

Барические волны возникают из-за резких перепадов атмосферного давления. Это бывает там, где проходит циклон, особенно тропический. Если такие волны совпадут с высокими приливными – жди беды! Особенно часто такое случается на побережье Флориды, Японии, Китая, Индии, на Антильских островах.

Особенно опасны для моряков глубинные волны. Они возникают там, где есть два слоя воды с разными свойствами, и происходит их смешение – например, поблизости от тающих льдов или в проливах.

Волны цунами образуются при землетрясениях на морском дне. Японское происхождение названия не случайно – это страна особенно часто страдает от такого стихийного бедствия.

Когда прекращается действие ветра, сейсмических толчков и прочих сил, вызывающих волны, во внутренних морях и заливах по инерции возникают стоячие волны большого периода – сейши. Так, на Азовском море период таких волн может достигать 23 часов.

Наконец, существуют корабельные волны. Ведь проходящее по морю судно тоже вызывает возмущение водой среды, а значит – и образование волн.

Сам 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.

Ветер оказывает на малые волны 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 сопоставимых размеров. И как только волна приобретает размеры, которые может заложить в нее ветер, она становится «полностью сформированной.»

Генерируемые волны имеют различные скорости и периоды волны. (Более подробно в статье ) 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 свеллов, которые неизбежно накатывают на берег. Скорее всего, Вы знакомы с понятием сет волн!

Волны на которые больше не влияет ветер называются донными волнами (ground swell)? Это именно то, за чем охотятся серферы!

Что влияет на размер 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 (область покрытия ветром) – опять же чем больше область покрытия, тем крупнее волна образуется.

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. Среди них:

Направление свелла – позволит ли оно попасть свеллу в нужное нам место?
Океанское дно – Свелл, движущийся из глубины океана на подводную гряду скал, образует крупные волны с бочками внутри. Неглубокий выступ напротив – замедлит волны и заставит их утратить энергию.
Приливный цикл – некоторые виды спорта полностью от него зависят.

Узнайте, как появляются лучшие волны.