Волны-убийцы из хаоса не миф

Четыре года назад 13 декабря 2007 года американские ученые смогли раскрыть тайну возникновения гигантских волн-убийц. Удалось поставить эксперимент, в котором роль океанических волн выполняли бы световые, поскольку они очень похожи друг на друга по своему поведению. Выяснилось, что их рождает… хаос, спонтанно возникающий в Мировом океане.

Сообщения о гигантских волнах, появляющихся словно бы из ниоткуда, топящих корабли и разрушающих портовые сооружения, известны еще с античных времен. Они отражены во многих легендах, о них рассказывали выжившие после этой опасной встречи рыбаки и мореходы. Нет сомнения, что в те времена им верили. Однако начиная с XVIII века, когда океан стали активно изучать, волны-убийцы (или, как их еще называют, rogue wave — волна-разбойник, и reak-wave — волна-отморозок) были занесены в разряд небылиц. Но почему же?

Дело вовсе не в том, что они появляются в Мировом океане достаточно редко. Как раз наоборот, в некоторых районах, согласно статистике, это происходит раз в два дня (эта информация получена со спутников, то есть может считаться весьма надежной). А при такой частоте встречаемости даже в "доспутниковую" эпоху данную волну уж кто-нибудь из ученых мог бы увидеть. И, скорее всего, видел, но просто не верил своим глазам, потому что, с точки зрения классической гидрологии, существование подобной волны было невозможно.

Дело в том, что волной-убийцей называют аномально высокую волну высотой 25 -30 метров, которая появляется внезапно на абсолютно гладкой морской поверхности, как бы из "ниоткуда". При этом погода может стоять вполне безветренная, да и никаких катаклизмов типа землетрясений и вулканов по близости тоже не наблюдается. В этом, кстати, их принципиальное отличие от цунами — те то как раз возникают при подводных землетрясениях (подробнее об этом читайте в статье "Откуда берутся цунами"). Кроме того, цунами становятся гигантскими лишь на мелководье, а вот высота волны-убийцы совершенно не зависит от глубины, она может быть огромной и тогда, когда под ней имеется многокилометровая водная толща.

Ну, а раз так, то, согласно всему, что мы знаем об океане, такого просто не может быть — максимальная высота спонтанной волны, которая не появляется, как цунами от землетрясения или как результат шквального ветра, не может превышать 20 метров. Поэтому, как я уже говорил, ученые такие волны несомненно видели, но, скорее всего, считали их цунами, родившимися в результате какого-то неучтенного землетрясения или извержения вулкана.

Такое отрицание факта их существования происходило до конца ХХ века. А в 1993 году наступила "реабилитация" волн-убийц — была сделана серия фотографий такой волны в Бискайском заливе от возникновения до затухания. Поскольку было известно, что никакого землетрясения в тех краях не произошло, то становилось очевидно, что в объектив фотографа попало отнюдь не цунами. Далее, в 1995 году удалось также заснять "нападение" волны-убийцы на нефтедобывающую платформу в Северном море.

Впоследствии исследования в рамках проекта MaxWave ("Максимальная волна"), который предусматривал мониторинг поверхности мирового океана с помощью радарных спутников ERS-1 и ERS-2 Европейского космического агентства (ESA) окончательно подтвердили существование этих волн. Так, спутникам удалось всего за три недели увидеть более 10 одиночных гигантских волн, высота которых превышала 25 метров в самых разных районах земного шара. И это окончательно сбило с толку ученых, ведь, согласно волновой теории, чем выше волна, тем меньше вероятность ее возникновения. По расчетам, такие волны должны появляться не чаще, чем раз в двести лет. А здесь и месяца-то не прошло, а смотрите-ка, целых десять обнаружилось.

Но факт — вещь упрямая, против него не пойдешь, поэтому волнам-убийцам вновь вернули почетное звание реально существующих объектов. Однако мало кто этому обрадовался — стало ясно, что, скорее всего, именно они стали причиной гибели за последние два десятилетия нескольких огромных судов, контейнеровозов и супертанкеров, для которых даже самый сильный шторм не страшен. И главное, против такой волны практически невозможно защититься — конструкции судна просто не в состоянии выдержать громадное давление обрушившейся на него воды, а оно может доходить до 980 кПА (это 9,7 атмосфер)!

Но если защититься от такой волны пока никак нельзя, то вот изучить механизм ее возникновения вполне реально. Это нужно хотя бы для того, чтобы предсказать вероятность появления данной волны в том или ином месте Мирового океана. Но поскольку проводить такие исследования в условиях бушующей стихии весьма сложно (да и смертельно опасно), то лучше всего построить приближенную к реальности модель. Этим и занялась 13 декабря 2007 года группа физиков из Калифорнийского университета в Беркли (США).

Эти ученые решили поставить эксперимент, в котором роль океанических волн выполняли бы световые (известно, что эти волны очень похожи по своему поведению). Ученые использовали оптическое волокно — они подавали на вход нелинейной среды (это среда, свойства которой зависят от интенсивности взаимодействующих с ней физических полей, то есть отклик которой на действие внешних возмущений нелинейно зависит от амплитуды возмущения).

И хотя сам сигнал имел фиксированную частоту, к нему была добавлена небольшая примесь шума, то есть дополнительного "размытого" сигнала, состоящего из волн различных частот. А поскольку структура волокна обеспечивала нелинейную среду, то заранее не было известно, как световой сигнал поведет себя на выходе — проще говоря, предсказать конечные параметры волны не представлялось возможным.

В результате эксперимента получилось, что в нелинейной среде исходный чистый сигнал с примесью шума терял свою четкость и весь превращался в "хаос" из волн различных частот. И вот что интересно — на некоторых таких частотах возникали неожиданно четкие и яркие пики с интенсивностью на много большей, чем у изначального сигнала. Получается, что это и были волны убийцы. Иначе говоря, их порождал хаос, созданный прохождением обычных волн через ту самую нелинейную среду.

Проще говоря, по результатам эксперимента стало ясно, что если много волн с различной частотой и амплитудой вдруг соберутся в месте с непростой структурой, то запросто может возникнуть волна с большой амплитудой. А что касается реальности, то ведь в океане таких мест предостаточно — они возникают на стыке теплых и холодных течений, в местах апвелингов (поднятий глубоководной воды к поверхности), участках со сложной береговой конфигурацией или районах, где над морем сталкиваются различные воздушные массы.

Кроме того, согласно одной из последних гипотез, еще одной причиной возникновения таких волн может быть разница в энергетических потенциалах разных слоев воды, которая при определенных обстоятельствах "разряжается" (как это происходит в атмосфере во время грозы или смерча). Дело в том, что верхний слой воды, насыщаясь кислородом накапливает положительный электрический-потенциал, а глубинные слои, содержащие в себе растворенный метан, низковалентные оксиды железа и марганца — отрицательный. В такой ситуации при определенных условиях эта энергия может вызывать возмущения и движение больших масс воды.

А теперь представьте — если в подобном месте вдруг пройдет корабль, подводная лодка, ударит молния, или просто произойдет мощный всплеск, то "контакты" данной естественной электросхемы замкнутся и заработает "волновой двигатель". Беда вся в том, что он, согласно расчетам, может работать как "на всасывание", то есть образовывать воронку, так и на выталкивание массы воды на поверхность. То есть создать волну-убийцу.

Так это или нет, сказать пока сложно. Вообще, можно сказать, что серьезное изучение волн-убийц только-только начинается. Однако механизм их возникновения уже известен. И это значит, что через какое-то время их появление можно будет также легко прогнозировать, как и погоду…

Антон Евсеев