Море хвилюється
Під час інтенсивного зростання утворюються короткі хвилі. Не тільки попереду і позаду таких хвиль, а й у кінці їх гребенів утворюються улоговини. Довжина гребеня цих хвиль невелика. Такі хвилі називають тривимірними. Хвилі цього типу - найнеприємніші для моряків. Судно під час безладного тривимірного хвилювання кидає з боку в бік, хитавиця робиться одночасно і кільовою та бічною.
При зустрічі зиби з припливом-відливними течіями утворюються пірамідальні хвилі. Н. Н. Горський згадує, як одного разу довелося вести невелике науково-дослідне судно, стотонний моторний бот з Мурманська до Білого моря. Біля північно-східної частини Кольського півострова, неподалік берега, розташовані групи скелястих островів. Коли бот увійшов у невеликий басейн між кількома острівцями, море довкола буквально кипіло, немов у казані, під яким розлучений сильний вогонь. На його поверхні високо здіймалися пірамідальні хвилі, окремі сплески їх перекидалися фальшбортом на палубу.
Важко описати, що відчуває капітан, коли його судну загрожує небезпека посадки на мілину або каміння. Це відчуття недосвідченій людині довелося випробувати за кілька коротких секунд, поки не з'ясувалося, що перед судном не буруни на підводних камінні, а всього лише сулою, товчачи пірамідальних хвиль, що виникла при зустрічі відливної течії з брилкою, що йшла з боку моря.
У деяких протоках між Алеутськими островами при зустрічі хвилі з припливною течією іноді утворюється товченя, в якій окремі пірамідальні хвилі досягають п'ятиметрової висоти.
Першими спостерігачами океанських хвиль були океанографи, а моряки; серед них слід назвати українських мореплавців Крузенштерну, Коцебу та Головніна, які здійснили кругосвітні подорожі допершої чверті ХІХ ст., і французького морського офіцера Парі.
Більшість океанських штормових хвиль має висоту 4-4,5 м. Хвилі вище 6-7 м - досить рідкісне явище. Що ж до максимальної висоти хвиль, то в різних областях океану вона може бути різною, але загалом не перевищує 20 м-коду.
Вітер, як відомо, дме нерівномірно - він повертає то трохи праворуч, то ліворуч. Завдяки цьому на тому самому ділянці моря утворюються хвилі різних напрямів; іноді при цьому вітер посилюється, іноді стихає. Сильний шквал, що налетів, нерідко охоплює площу протягом 2-2,5 км. Зрозуміло, що на цій площі хвилі ростуть швидше, таким чином виникають групи особливо високих хвиль. Зрештою, на поверхні кожної високої та довгої хвилі вітер утворює нові невеликі короткі хвилі. Коротші хвилі складаються (інтерферують) з більш довгими хвилями, що наганяють їх, і створюють при цьому серед бурхливого моря або дуже високі одиночні хвилі і групи високих хвиль, або, навпаки, ділянки ослабленого хвилювання. На цю складну взаємодію поверхневих хвиль витрачається значна частина їхньої енергії.
Зі всього сказаного зрозуміло, що розмови про «сьомий» або «дев'ятий» вал ні на чому не засновані. Високі одиночні хвилі або високі групи хвиль утворюються суто випадково, в результаті накладання одних хвиль на інші або під дією шквалів, що налетіли. Про хвилювання в океані можна сказати, що це безладне з усіх закономірних явищ природи.
Штормове хвилювання в період наростання хвилі відрізняється особливою безладністю. Коли воно досягає найбільшої сили, хвилі стають довшими (збільшується відстань від гребеня до гребеня), одночасно подовжуються самі гребені, хвилювання з тривимірного перетворюється на двомірне.
Довжина гребенів тривимірних хвиль вбирається у кілька десятків метрів, при двомірному хвилюванні довжина гребенів зростає до сотень метрів. В океані траплялося спостерігати хвилі хибу, довжина гребеня яких сягала 800 і навіть 1000 м. Хвилі хибу відносяться до двовимірних хвиль.
Недосвідченому спостерігачеві, що стоїть на палубі судна, при погляді на хвилі, що безперервно біжать, здається, що вода швидко тече разом з хвилею. Але, простеживши за рухом якогось плаваючого предмета, він легко помітить, що предмет майже не переміщається разом із хвилею, а рухається вперед і назад і одночасно вгору і вниз. Переміщується не вода, а форма морської поверхні. Це легко зрозуміти на прикладі слабо натягнутої мотузки, яку тримають у руках дві людини, що стоять на відстані 5-10 м одна від одної. Достатньо одному з них потрусити свій кінець мотузки, як по ній побіжить хвиля до іншого її кінця. При цьому по мотузці переміщатиметься форма хвилі, а сама мотузка та її частини залишатимуться на своєму місці. Якби разом із хвилею з такою самою швидкістю переміщалася вся маса води, жодне найпотужніше судно не могло б боротися з хвилюванням. Мореплавання стало б неможливим.
Довжина штормових хвиль (від гребеня до гребеня) вбирається у 250 м; хвилі зиби мають у довжину від 200 до 800 м і навіть більше. Слід зазначити, що вода все-таки трохи переміщається у напрямку хвилі, швидкість цього переміщення практично мізерна. Швидкість поширення штормових хвиль сягає 60 км, а зиби - 100 і більше кілометрів на годину.
Згідно з класичною теорією, частинки води, що беруть участь у хвильовому русі на глибокій воді, описують орбіту, що має форму кола. Висота хвилі дорівнює діаметру цього кола. На Міжнародному океанографічному конгресі у Москві академіком В. В. Шулейкінимбуло показано неточність цієї теорії. На підставі тривалого вивчення руху зважених частинок у хвильовому басейні Гідрофізичного інституту Української Академії наук у Криму було встановлено, що навіть за глибини, що перевищує висоту хвилі, частки води рухаються еліпсом, велика вісь якого спрямована у бік руху хвилі. Еліптичний рух частинок - результат складання їхнього орбітального руху з поступальним рухом навіть за відсутності вітру.
Діаметр хвильової орбіти швидко зменшується з глибиною. Висота п'ятиметрової хвилі, що має в довжину 100 м, на глибині 12 м від поверхні моря зменшується наполовину, а на глибині 100 м дорівнюватиме всього 2 см.
Чим довша хвиля, тим глибше проникає хвилювання. Піщана бриж на дні моря, утворена хвилями, зустрічається місцями до глибини 180 м. Ймовірно, це гранична глибина проникнення поверхневих хвиль.
Поверхня моря, що хвилюється, набагато більше поверхні спокійного моря, що відіграє помітну роль в обміні енергією і речовиною (водяні пари, сіль тощо) між океаном і атмосферою. За підрахунками океанолога О. А. Володимирова, бриж збільшує поверхню моря в 8 разів, а сильне 9-бальне хвилювання, що встановилося, - в 34 рази.
Енергія, що повідомляється вітром бурхливому морю, величезна. При цьому якщо висота хвилі збільшиться вдвічі, її енергія зросте вчетверо; якщо хвиля зростає втричі, її енергія збільшиться у дев'ять разів. Хвиля заввишки 3 м за кожен метр протягу гребеня несе у собі енергію, рівну 1000 кВт.
Не слід думати, що штормове море не загрожує жодними небезпеками сучасним судам. У 1931 р. під час дванадцятибального шторму в Баренцевому морі загинули два наші рибальські траулери новітньої конструкції. У 1929 р. під час жорстокого шторму, що вирував у ПівнічнійАтлантиці та в Північному морі, перекинувся пароплав «Дункан» водотоннажністю 2400 т і затонуло кілька суден вантажопідйомністю від 6 до 11 тис.т; всього зазнало аварії під час цього шторму понад 600 суден. Гігантські трансатлантичні лайнери «Бремен», «Бернгардія» та «Балтик» у дорозі безперервно лили за борт олію. Як відомо, натяг тонкої плівки, що утворюється олією на поверхні моря, заспокоює хвилювання. Заспокоює хвилювання також дощ, сніг, град та дрейфуючі льоди.
Вантажне судно «Ілля Мечников», яке побувало 1960 р. на шляху до Куби в зоні урагану «Донна», з честю витримало випробування. Коли судно увійшло до порту, його відвідав Фідель Кастро, щоб подивитися на моряків, які устояли у боротьбі з грізною стихією. Дванадцять кораблів під іншими прапорами, що опинилися в зоні цього урагану, затонули. Так само не здався урагану «Флора» радянський турбохід «Фізик Вавілов», що прямував 1963 р. з Гавани до Буенос-Айреса. Капітан Ємельянов потім доносив, що робота суднових машин потужністю 13 000 л. с. не могла подолати зустрічних ударів гігантських хвиль і корабель у боротьбі з ними не рухався з місця, доки не пройшов шторм.
Вступаючи на дрібне місце хвилі змінюють свою форму. Як тільки глибина стає рівною довжині хвилі, хвиля починає відчувати дно. З цього моменту хвильові орбіти частинок води, обмежені дном, стають ще еліптичнішими. Довжина хвилі зменшується, хвиля стає вищою. Передній схил її робиться крутішим, хвиля перекидається вершиною вперед і, утворюючи бурун, руйнується. Руйнування хвилі відбувається на глибині, що дорівнює її висоті. Особливості деформації та обвалення хвиль у прибережній зоні ретельно досліджував та теоретично обґрунтував В. Лонгінов.
Невеликий прибій на піщаному пологому пляжі за хорошої погодичарує око. Хвиля за хвилею з тихим шелестом набігає на берег, дробиться на тисячі бульбашок білої піни, що виблискують на сонці, і відбігає назад. Але зиб стає все більшим і ширшим. Накат, як кажуть моряки, посилюється. Хвиля руйнується тепер не біля самого берега, а далеко від нього, на глибині, що відповідає її висоті. Це вже не прибій, це буруни. Між буруном і берегом часто знаходиться смуга води з досить спокійною поверхнею. Водна маса хвилі, що розбилася, додається до цієї спокійної води і біжить по ній у вигляді гребеня без улоговини, захоплюючи за собою всю товщу води. Це так званахвиля переміщення абоодинакова хвиля. Біля самого берега вона утворює вторинний прибій.