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
Наука о волнах зародилась в период подготовки высадки войск союзников в Нормандии в 1944 году. Многие тысячелетия - с той поры, как наш неизвестный доисторический предок впервые вышел в море на своем утлом челне, - люди страдают от волн: их швыряет, укачивает, они гибнут в волнах. Аргонавты, викинги, Колумб, отцы-пилигримы, миллионы путешественников взирали на волны с явной неприязнью. Они знали результат действия волн, но не знали их природы.
На Клебекской конференции, которая приняла решение высадке в Нормандии, кто-то спросил: «Как действуют волны?» Получить ответ было важно, потому что для высадки десанта собирались строить искусственные гавани и молы, а также проложить трубопровод через Ла-Манш. В бурю или штиль, но огромные экспедиционные силы нужно было высадить с точностью до секунд.
Никто не мог дать ответа - ни моряки союзного военно-морского флота, ни ученые. Они, конечно, знали о приливных явлениях. Ньютон дал научное объяснение действия сил Луны, а в справочниках они могли найти точное предсказание уровня прилива в любой точке побережья Нормандии. Но никто не задумывался над природой волн - моряки терпели их злой нрав, не задавая никаких вопросов.
Таким образом, ученым пришлось призадуматься. За исключением механизма образования волн, были известны все другие условия: природа Ла-Манша, этой своеобразной «воронки», конфигурация его береговой линии которую жадно разрушали волны, и даже геология морского берега. Тогда длинноволосый английский профессор (даже одев военный мундир, он сохранил свою прическу) вспомнил, как, купаясь на этом побережье после штормовой ночи, он заметил в прибое торф. Имели ли это какое-нибудь отношение к проблеме образование волн? Безусловно, имело, и отряд десантников немедленно получил указание отправиться в рейд для сбора геологических образцов в районе возможной высадки.
Были собраны более или менее подробные сведения о характере волнения в местах предполагаемой высадки. Дальнейшие события показали, что сведения эти были не вполне надежными. Возникла необходимость научного исследования волн, которые до того чаще привлекали внимание поэтов и художников, чем ученых.
В настоящее время ученые пытаются выяснить, почему энергия ветра создает упорядоченные волны сильного шторма, а не просто хаос в океане. Но здесь требуются дальнейшие исследования. Известны штормовые центры, или области образования «главных волн», но существуют и другие системы волн, обусловленные вторичными причинами. Видимые волны, которые мы наблюдаем в какой-либо данный момент времени, появляются в результате наложения нескольких групп волн, распространяющихся в различных направлениях с разными скоростями.
Их необходимо «рассортировать». Это делается при помощи анализатора волн, который сообщает, как распределена энергия между волнами различной длины. Анализатор представляет собой электронный прибор, селектирующий морские волны, так же как радиоприемник - электромагнитные. Он «ловит» волны, возникшие в различных районах, подобно радиоволнам, излучаемым различными передатчиками, и разделяет их.
Известно, что волны различных длин, выйдя из штормовой области, распространяются так, что очень длинные низкие волны, поднимающееся, словно холмы, на мелких банках, возвещают о приближении более короткой и крутой мертвой зыби, несущей большую часть энергии. Сейчас уже достигнут такой уровень точности, что ученые на побережье Корнуэлла и Калифорнии могут измерять очень низкую зыбь, которая принесла энергию волнения из «ревущих» сороковых широт южного полушария.
Разработаны методы, которые могут указать на различие между тем, что моряки зовут «волнением» и «мертвой зыбью». Нужно сказать, что приборы могут сообщить о различии между волнами, созданными местными ветрами, и волнами, место возникновения которых, возможно, находится за тысячи километров. Таким образом, океанографы в содружестве с метеорологами могут предсказывать волнение, основываясь на метеорологических данных.
Благодаря экспериментальным и теоретическим исследованиям ученые могут составить таблицы и диаграммы, представляющие необычайную ценность для береговых и портовых инженеров и морских архитекторов. Уже получено много данных о воздействии волн на морское побережье и отмели, что имеет большое значение для работ по защите береговых линий, веками разрушавшихся под действием волн.
Так обстоит дело на поверхности океана, где гигантские валы 20-метровой высоты швыряют огромный лайнер, словно крохотный ялик. А что же происходит в глубине? Океаны покрывают около трех четвертей поверхности земного шара, а знаем мы о географии этой затопленной части нашего мира, пожалуй, меньше, чем о поверхности Луны. Средняя глубина океана около четырех километров, но имеются углубления, или желоба, до 10 с лишним километров, намного более «высокие», чем Эверест. И это не «мир безмолвия». Гидрофонами можно обнаружить шумы, часто издаваемые существами, которых мы никогда не видели. И мир этот, конечно, не спокоен, он находится в непрерывном движении.
Моря и климат нераздельны. Океаны действуют, как гигантский аккумулятор, «сберегательная касса» тепла. Вода «запасается» солнечным теплом и отдает его в холодное время, так что существует непрерывная регуляция мирового океана. Чтобы узнать погоду, нужно познать море, и, наоборот, чтобы познать океан, необходимо выяснить процесс циркуляции атмосферы.
Подсчитано, что девять десятых поверхностных течений (а не только волны) приводятся в действие ветром - в том числе Гольфстрим, движение которого изучал еще Бенджамин Франклин (да, тот самый, что изображен на стодолларовой купюре) около двух веков назад, течение Гумбольдта, которое несло плот Кон-Тики к Полинезии, и течение Куросио. И даже глубинные течения находятся до некоторой степени под влиянием ветра, так как поверхностная вода, подталкиваемая им к берегу, направляется вниз, создавая давление на глубинные слои воды и вынуждая их двигаться в виде течения.
Изучение глубинных течений приносит нам все новые сведения. Необходимо помнить, что вода в океанах имеет неодинаковую плотность и что более легкая вода может лежать над более тяжелой в силу большой солености или холодности - подобно слоеному пирогу. Эти слои могут либо скользить один по другому, либо двигаться в различных направлениях относительно друг друга.
Для изучения природы и движения этих глубинных течений созданы различные приборы. В некотором отношении они аналогичны приборам, которыми пользуются метеорологи. Когда метеорологи хотят исследовать верхнюю атмосферу и изучить воздушные течения высоко над землей, они запускают воздушные шары - «радиозонды»- с передающей аппаратурой, которая сообщает информацию по радио. Океанографы, желающие изучить течения на больших глубинах, применяют нечто подобное.
Они используют две длинные алюминиевые трубки, в которых находятся батареи и простая электронная схема. Схема имеет источник звука, подобный применяемому при эхолотировании. Этот прибор может быть погружен на определенную заданную глубину. Если нагрузить его на поверхности так, чтобы он плавал на глубине 2500 метров, то потребуется только один грамм дополнительного веса для погружения прибора точно на глубину 2530 метров. На определенной глубине он дрейфует по течению и посылает наверх сигналы. Эти сигналы могут быть приняты судном на поверхности. Такие методы использовались объединенной англо-американской экспедицией для изучения Гольфстрима.
Было показано, что северное направление Гольфстрима на поверхности очень сильно. Однако в слое воды между глубинами 1350 и 1800 метров движение либо очень слабо, либо полностью отсутствует. Поплавки, погруженные на еще большую глубину - 2460 и 2760 метров, - дрейфовали на юг, в направлении, противоположном поверхностному течению. Скорость этого противотечения составляла около 0,6 километра в час.
В настоящее время попыток проникнуть в «тайны моря» стало больше: исследователи уже побывали в «мире безмолвия», батискаф спустился на дно одной из тихоокеанских впадин, суда на поверхности проводят регулярные наблюдения. И постепенно мы начинаем узнавать о явлениях, доселе неизвестных.
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.
Почему возникают 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.
Почему на море волны без ветра
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.
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.
Изначально волна появляется благодаря ветру. Буря, образовавшаяся в открытом океане, вдали от берега создаст ветра, которые начнут воздействовать на поверхность водыв связи с этим начинает возникать зыбь. Ветер, его направление, а так же скорость, все эти данные можно увидеть на картах прогноза погоды. Ветер начинает раздувать воду, и начнут появляться «Малые» (капиллярные) волны, изначально они начинают движение в направлении, в котором дует ветер.
Ветер дует на ровную поверхность воды, чем дольше и сильнее начинает дуть ветер, тем больше воздействия на поверхность воды. Со временем волны соединяются, и размер волны начинает увеличиваться. Постоянный ветер начинает образовывать крупный свелл. Ветер оказывает намного больше воздействия на уже созданные волны, хоть и не большие- намного больше, нежели на спокойную гладь воды.
Размер волн напрямую зависит от скорости дующего ветра, который их образует. Ветер, дующий с постоянной скоростью, может сгенерировать волну сопоставимых размеров. И как только волна приобретет размер, который заложил в нее ветер, она становится полностью сформировавшейся волной, которая идет в сторону берега.
Волны имеют различную скорость и периоды. Волны имеющие большой период двигаются достаточно быстро и преодолевают большие расстояния, чем собратья имеющие меньшую скорость. По мере отдаления от источника ветра волны соединяясь образуют свелл, который идет в сторону берега. Волны на которые больше ветер не влияет- называются «Донными волнами». Это именно те волны, за которыми охотятся все серферы.
Что влияет на размер свелла? Есть три фактора влияющие на размер волн в открытом океане:
Скорость ветра – Чем больше скорость, тем в итоге крупнее будет волна.
Продолжительность ветра– чем дольше дует ветер, аналогично прошлому фактору- волна будет крупнее.
Fetch (область покрытия ветром)– Чем больше область покрытия, тем крупнее образуется волна.
Когда воздействие ветра на волны прекращается, они начинают терять свою энергию. Они буду продолжать двигаться до того момента, пока не уткнуться в выступы дна у какого-нибудь большого океанического острова и серфер не поймает одну из этих волн в случае удачных стечений обстоятельств.
Существует факторы, влияющие на размер волн в конкретном месте. Среди них:
Направление свелла– что позволит волнам прийти в нужное нам место.
Океанское дно– Свелл, движущийся из открытого океана натыкается на подводную гряду скал, или риф- образует крупные волны с которые могут закручиваться в трубу. Или неглубокий выступ дна- напротив замедлит волны и они потратят часть своей энергии.
Приливный цикл – многие серф-споты напрямую зависят от этого явления.
