Таємниці неживої природи
Коли вода пускається в подорожі
Що породжує хвилі? Чому виникають ці мірні, одноманітні вали? Причиною тому - тертя між вітром і водою. Під натиском вітру окремі молекули води перескакують через лінію, звану рівнем моря, а потім під дією сили тяжіння опадають.
Ледве швидкість вітру досягає 0,315м / с, як на морі тут же починається легке хвилювання.
Морська гладь покривається баранчиками. Моряки називають їх «котячими лапками». Як тільки вітер стихне, ці баранчики зникнуть, адже сила, що утримує їх, слабкіше поверхневого натягу води.
Коли ми спостерігаємо за низкою хвиль, що нахлинули на берег, нам здається, що все нові і нові вали води лягають до наших ніг, але враження це оманливе. Насправді вітер біля берега лише «масажує» поверхню води, не переміщаючи її товщу. Щоб перевірити це, досить кинути в воду порожню пляшку. Всякий раз, як тільки набіжить черговий вал, він взметнется її вгору, помчить, захоплюючи за собою, але навряд гребінь хвилі минув, як пляшка скотиться вниз і знову повернеться туди, де була до приходу хвилі.
Насправді, хоча хвилі і поспішають вперед, молекули води в них рухаються не по прямій, а по круговій траєкторії. Але чим глибше, далі від рівня моря, тим менше діаметр цих кіл і відповідно зменшується розмах і сила руху. Коли висота хвилі сягає п'яти, а довжина - ста метрів, в це колообіг залучені шари води на дуже великій глибині. Однак навіть в десяти метрах від поверхні не відчувається ніякого хвилювання.
Але ось вітер дужчає, а хвилі зростають. Міць їх залежить від величини акваторії. Якщо на їх шляху немає ні острова, ні мілини, вони безперешкодно продовжують свій шлях. Переміщаючись на великі відстані, хвилі майже не втрачають енергію. Ось так, в спокійну погоду, при повному штилі - до загального сум'яття! - на берег раптом обрушуються водяні вали, що зародилися за тисячі кілометрів звідси. Так приходить цунамі. Океанографи реєстрували хвилі, які, виникнувши біля берегів Антарктиди, мчали через весь Тихий океан і досягали узбережжя Аляски.
Чим сильніше швидкість вітру, тим потужніше породжені їм хвилі. Існує відповідність: найбільша висота хвилі становить одну сьому частину від її довжини.
Коли вітер дме довго, біг одиночних хвиль стає мірним. На море зростає хвилювання. Якщо вітер протягом п'ятнадцяти годин дме зі швидкістю 13 м / с, охоплюючи територію протяжністю 260 кілометрів, то виникають хвилі висотою понад два метри. Якщо ж протягом декількох діб десь над морем лютує ураган і швидкість вітру досягає 27 м / с (100 км / год), то виникають жахливі хвилі висотою до 20 метрів.
Коли одні потужні хвилі стикаються з іншими, такими ж високими, або ж наздоганяють їх, в результаті виникають гігантські вали. Вони небезпечні навіть для сучасних танкерів і авіаносців.
Найвищі хвилі спостерігалися в Тихому океані. У 1933 році моряки, що знаходилися на борту американського корабля «Рамапо», оцінили, що висота обрушилася на них хвилі дорівнює 34 метрам. У 1956 році океанографи, використовуючи метод стереофотос'емкі, виявили хвилю висотою 24,5 метра. У 1968 році біля бурової платформи, що розташовувалася поблизу західного узбережжя Канади, зареєстрували хвилю висотою 30,5 метра. Теоретичні розрахунки показують, що максимальна висота морських хвиль може досягати 60,35 метра, - втім, подібні велетенські вали ніхто не бачив
Тихий океан - всупереч своїй назві - самий неспокійний з усіх океанів. Але величезні хвилі спостерігаються не тільки там, а ще й в Північній Атлантиці, біля берегів Антарктиди, і на схід від ПАР, де пролягає Агульясово протягом (протягом Голкового мису), спрямоване уздовж материка. Воно стикається з потужними хвилями, приганяли сюди від антарктичного узбережжя. Часом ця СШИБКА хвиль обертається катастрофою для тих кораблів, що вирішили скористатися попутним і, здавалося б, спокійною течією. Величезні буруни розтрощили чимало суховантажів, мнучи їх дюймову сталеву обшивку з тією ж легкістю, з якою любителі пива розкривають бляшані пивні банки.
Один танкер розламався у тутешніх берегів надвоє, в іншого танкера хвилі відірвали носової бульб (потовщення підводного носової частини судна).
Але найсильніше хвилі вирують в середніх широтах Південної півкулі. Добре відомі назви «буремні сорокові» та «ревуть п'ятдесяті». Потоки дуже холодного повітря, що надходять з Антарктиди, створюють область низького тиску, що сприяє виникненню бур. Тут постійно дмуть західні вітри, швидкість яких досягає 75-90 км / год, і часто здіймаються хвилі висотою в шість-сім метрів, а то і в добрих десять. Ніщо не стримує біг цих водяних гір. Островів тут немає, і тому потужні хвилі невпинної низкою накочуються на береги Антарктиди, не знаючи спокою.
Ні моряки, ні метеорологи не можуть передбачити, коли ці жахливі вали в черговий раз завдадуть свій удар. Звичайно, вчені безперервно ведуть вимірювання, оперують стовпцями цифр, визначають «періоди хвиль», стежать за ними всіма можливими способами (починаючи з традиційних вимірювальних буйків і закінчуючи складною апаратурою на супутниках) - і все одно прораховуються.
Тут править випадковість. Передбачити поведінку хвиль можна лише на дві доби вперед - не більше.
Ці потужні хвилі виникають після землетрусів, вивержень підводних вулканів, гігантських зсувів або сходу в море величезних льодовиків. Як ми вже відзначили, хвилі, породжені вітром, зовсім не переносять воду з місця на місце, а лише здіймають її вгору і знову опускають її. Інша справа - сейсмічні хвилі. Вони обрушують на берег величезні маси води. Найстрашніші з них - цунамі - спостерігаються в Тихому океані. Уздовж його берегів розташовані зони підвищеної сейсмічної активності. Тут часті підводні землетрусу. Довжина виникають внаслідок землетрусу хвиль сягає трьохсот кілометрів, а швидкість - 700 км / год. Проте у відкритому морі вони непомітні, висота їх мала. Однак біля берегів ці водяні вали здіймаються стіною. Їх висота сягає 35 метрів. Коли ця величезна хвиля обрушує свій удар на узбережжі, наслідки бувають самими катастрофічними.
Пришвартовані до берега судна відлітають на сотні метрів в глиб суші. Хвиля ламає будівлі, мости і дерева як сірники, змітаючи все на своєму шляху. В єдину мить цунамі стирає з лиця землі цілі міста і селища.
Ніякі греблі, дамби і хвилерізи не здатні захистити жителів прибережних районів Тихого океану від буйства цунамі. Не дуже-то допомагають і служби спостереження та оповіщення. Як правило, люди занадто пізно отримують сигнал про те, що наближається цунамі, і не встигають врятуватися.
У 1960 році на півдні Чилі поблизу міста Пуерто-Монте стався сильний землетрус. Через 15 годин піднята ним хвиля досягла Гавайські острови і спустошила місто Хіло. Тут загинуло 60 осіб. А через добу після землетрусу жахливої сили вал докотився до японського острова Хонсю, минувши 16 000 км. Швидкість його досягала 650 км / год. Ніхто не чекав раптового удару стихії. Ніхто не був готовий до нього. 139 осіб загинули миттєво.
Море вічно не знає спокою. Воно то набігає на берег, то відступає від нього. Це чергування ми називаємо приливами і відливами. Породжені вони, як відомо, тяжінням Місяця і Сонця. Але вплив Місяця на світовий океан сильніше, ніж тяжіння Сонця, - через її близькості до Землі. На тому боці Землі, що звернена до Місяця, вода піднімається, набігаючи на частину узбережжя. На протилежному боці нашої планети теж виникає приплив, під дією відцентрової сили. Оскільки наша Земля обертається, здійснюючи оборот приблизно за 24 години, то в кожному куточку планети два рази на добу спостерігається приплив.
Двічі на місяць - відразу після повного місяця або молодика - припливи особливо сильні. Їх називають сізігійний. Під час сизигій Сонце, Місяць і Земля розташовані на одній прямій, тому дія сил підсумовується. Коли ж Місяць і Сонце знаходяться під прямим кутом відносно Землі, в цей час висота хвилі - найменша за весь місяць. Чому ж висота припливу весь час змінюється? Справа в тому, що Місяць рухається навколо Землі по еліптичній, а не по круговій орбіті. Чим ближче вона до нашої планети, тим вище приплив.
Приливна хвиля переміщує величезні маси води. Оскільки рельєф морського дна не скрізь однаковий, ця водяна товща розподілена дуже нерівномірно. В окремих районах Землі припливи бувають дуже високими (наприклад, на атлантичному узбережжі Англії і Франції). В інших районах - наприклад, в Середземному морі - вони ледь відчуваються. Особливо потужні припливи і відливи спостерігаються в затоці Фанді на атлантичному узбережжі Канади (ця бухта відокремлює півострів Нова Шотландія від самого північно-східного штату США - Мен). Тут перепад рівня моря досягає чотирнадцяти метрів.
Морські хвилі збігаються до берега з різних сторін. Поблизу берегової лінії вони труться об дно. У цей момент різні частини хвилі поводяться по-різному: позначається різниця глибин. Де море глибше, хвиля рухається швидше, де дрібніше - повільніше. Ось чому набігає на берег гребінь хвилі уповільнює свій біг, а яка поспішала слідом йому підошва хвилі рухається швидше.
Хвиля поступово розгортається. І ось вже вона біжить уздовж берега, паралельно йому.
Як тільки глибина моря стає менше, морське дно починає гальмувати потоки води, що кружляють поблизу поверхні. Тепер верхня частина хвилі рухається швидше, ніж нижня.
Висота хвилі збільшується. Якщо вона перевищить глибину моря в цьому місці, то хвиля вже не може рухатися, як раніше. Її гребінь повільно завалюється вперед. На кілька секунд уздовж фронту хвилі виникає водяний тунель. У той момент, коли гребінь хвилі надламується і падає вперед, лунає гучний шум: гуркіт прибою.
Звук цей пояснюється тим, що водяні маси стискають повітря, який опинився всередині тунелю. Тиск різко падає, лунає своєрідний «вибух».
Підкоряючись силі тяжіння, цей «зрізаний» гребінь хвилі, що набіг на берег, знову відкочується в море. Виникає потужна відсмоктуюча сила. Це відомо кожному, хто хоч раз бродив уздовж берега моря, по коліно занурившись у воду.
Хвилі прибою, невпинно омивають берег, пройшли шлях в сотні кілометрів. Вони принесли з собою величезну енергію, передану їм вітром, який, може бути, давно вже стих або змінив напрямок. Так, шестиметрова хвиля, що б'є об берег, тисне на нього з силою 25 тонн на квадратний метр. Всього одна прибійна хвиля заввишки 1,50 метра і шириною 150 кілометрів приносить таку кількість енергії, що його вистачило б для того, щоб протягом доби забезпечувати електроенергією ціле місто середніх розмірів. Однак приливні електростанції почали будувати лише недавно. Ця технологія поки ще погано освоєна.