что такое белая волна
Волны-убийцы
Волны-убийцы (Блужда́ющие во́лны, волны-монстры, белая волна, англ. rogue wave — волна-разбойник, freak-wave — волна-придурок, отморозок; фр. onde scelerate — волна-злодейка, galejade — дурная шутка, розыгрыш) — гигантские одиночные волны, возникающие в океане, высотой 20—30 (а иногда и больше) метров, и обладающие нехарактерным для морских волн поведением. Настоящие «волны-убийцы», представляющие опасность для судов и морских сооружений: конструкции судна, встретившегося с такой волной, могут не выдержать громадного давления обрушившейся на него воды (до 980 кПА, 9,7 атм), и судно затонет за считанные минуты.
Новый проект получил название Wave Atlas (Атлас волн) и предусматривает составление всемирного атласа наблюдавшихся волн-убийц и статистическую его обработку.
Содержание
Причины возникновения
Другой возможной причиной называются интерференционные максимумы при наложении распространяющихся в водной толще волн разной направленности. Наиболее вероятными зонами образования волн в этом случае называются зоны морских течений, так как в них волнения, вызванные неоднородностью течения и неровностями дна, наиболее постоянны и интенсивны.
Интересно, что такие волны могут быть как гребнями, так и впадинами, что подтверждается очевидцами. Дальнейшее исследование привлекает эффекты нелинейности в ветровых волнах, способные приводить к образованию небольших групп волн (пакетов) или отдельных волн (солитонов), способных проходить большие расстояния без значительного изменения своей структуры. Подобные пакеты также неоднократно наблюдались на практике. Характерными особенностями таких групп волн, подтверждающими данную теорию, является то, что они движутся независимо от прочего волнения и имеют небольшую ширину (менее 1 км), причем высоты резко спадают по краям.
Численное моделирование волн-убийц
Прямое моделирование волн-убийц было предпринято в работах В. Е. Захарова, В. И. Дьяченко, Р. В. Шамина. [3] [4] Численно решались уравнения, описывающие нестационарное течение идеальной жидкости со свободной поверхностью. Используя особый вид уравнений, удалось проводить вычисления с большой точностью и на больших временных интервалах. В ходе численных экспериментов были получены характерные профили для волн-убийц, хорошо согласующиеся с экспериментальными данными.
В ходе большой серии вычислительных экспериментов по моделированию динамики поверхностных волн идеальной жидкости, имеющих характерные для океана физические параметры, были построены эмпирические функции частот возникновения волн-убийц в зависимости от крутизны (
энергии) и дисперсии начальных данных. [5]
Экспериментальное наблюдение
Одной из проблем в изучении волн-убийц является сложность их получения в лабораторных условиях. В основном исследователи вынуждены работать с данными, полученными при наблюдениях в естественных условиях, причём такие данные весьма ограничены в силу непредсказуемого характера возникновения волны-убийцы.
Белая волна – правда и вымыслы
Громадные океанские волны, доходящие до 30 метров высотой, всегда появляются ниоткуда в совершенно безветренную погоду и столь же стремительно исчезают. Их нельзя предвидеть, разминуться с ними тоже невозможно. Их время жизни короткое, но если они повстречаются на пути морского судна, быть беде. Они так и называются: «волны-убийцы».
Один из последних случаев встречи с такой волной произошел в марте 2010 года. Круизный лайнер Louis Majesty шел из Барселоны в Геную. В Средиземном море в это время свирепствовал шторм, не представляющий никакой угрозы для судна длиной 200 метров. Однако внезапно появилась из ниоткуда белая волна высотой 8 метров. Этого оказалось достаточно, чтобы тонны воды обрушились на пассажирский салон лайнера. На пятом уровне были выбиты окна и сломаны ограждения, в салон тут же хлынула вода. Двое пассажиров погибли от кровопотерь, полученных от большого количества ран. 17 человек получили повреждения различной степени тяжести. Лайнер, на борту которого находилось 580 членов экипажа и 1350 пассажиров, возвратился в Барселону.
На протяжении веков моряки рассказывают истории о страшной волне, которая чаще всего наблюдались в водах около Южной Африки. До недавнего времени ученые рассказам про «волны-убийцы» не верили. Многочисленные факты обнаружения в океанах и на берегах обломков крушений их не убеждали. Согласно статистике, ежедневно на просторах мирового океана исчезает в среднем один корабль. И все же океанологи стояли на своем: волны высотой 36 метров в принципе невозможны. По их расчетам, громадные волны могут появляться не чаще одного раза в 10000 лет.
Первым фактом, заставившим ученых усомниться в непогрешимости своих расчетов, стал случай с танкером «Esso Languedoc», вышедшим из Дурбана в 1980 году. В море штормило, высота волн достигала 4 метров. И вдруг старпом, стоящий на мостике, увидел отдельную волну, во много раз превосходящую остальные, стремительно приближающуюся к танкеру. Он успел ее сфотографировать. Поскольку верхушка мачты находилась на высоте 25 м от уровня поверхности воды, высота волны была определена как 30 с половиной метров.
В 1993 году была зафиксирована в Бискайском заливе 30-метровая белая волна, которая ударила в сухогруз со стороны кормы, благодаря чему он остался на плаву и своим ходом дошел до места назначения.
С 1969 по 1994 годы при встрече с такими волнами получили серьезные повреждения или затонули двадцать два супертанкера. Количество погибших составило 525 человек.
На одной из нефтяных платформ в Северном море было решено установить видеокамеру и соответствующие приборы, и через несколько месяцев показали результаты ученым. Те испытали настоящее потрясение, когда увидели, что время от времени действительно возникают аномальные волны, которые никак не вязались с погодными условиями. И вот только после этого занялись изучением этого явления.
Это подтверждают очевидцы, которые наблюдали 30-метровые волны с борта самолета. Летчики видели, как они неожиданно возникали и внезапно возвращались в исходное положение. Обычно такая волна описывается как быстро поднимающаяся водяная стена огромной высоты, а непосредственно перед ней идет фронт впадины в несколько метров глубиной. Эта характеристика волны-убийцы представляет опасность для низко летающих вертолетов. Хотя с точки зрения теории вероятности такое событие кажется исключительным, известны два случая крушения спасательных вертолетов, с симптомами, похожими на результат воздействия гигантской волны.
Специальное исследование, проведенное Европейским космическим агентством, зафиксировало с помощью спутников за три недели свыше 10 волн высотой 25-30 метров.
За последние двадцать лет затонуло более двухсот контейнеровозов и супертанкеров, и сегодня ученые считают виновниками их гибели именно «волны-убийцы».
По мировым стандартам суда строятся с расчетом противостояния шторму с высотой волны 15-17 метров. Однако огромное количество небольших судов при встрече с такими волнами исчезают бесследно, не успев подать сигнал SOS.
Иногда волны-убийцы появляются в относительно спокойных водах. Возникают они под влиянием шторма за сотни миль от данного места, после чего их гонит сильный ветер на приличные расстояния.
Имеется еще одна история, которая имеет косвенную связь с волнами-убийцами. 25 октября прошлого года спасательно-координационный морской центр Южно-Сахалинска передал оповещение о навигационной опасности: по акватории Охотского моря без признаков экипажа и опознавательных знаков дрейфует так называемый «корабль-призрак».
Это была баржа, но откуда она взялась — непонятно. Судовладельцы Камчатки и Приморья о пропаже движимого имущества не сообщали. Предположили, что это нефтеналивная баржа «ННБ 116-06», в декабре 2010 года оторвавшаяся от причала в Охотске. Однако позже выяснили, что «ННБ 116-06», вместе с буксиром «МБ-379» замяло льдами у берега.
Если бы ученые занялись бы изучением и этого факто, вероятно, легенды о кораблях-призраках, были бы окончательно развеяны.
Причины появления «волн‐убийц» найдены. Но спастись от них это не поможет
Загадочные и смертоносные «волны-убийцы» погубившие сотни моряков и десятки кораблей являются результатом, так называемых, нелинейных процессов. Об этом сообщила пресс-служба Института теоретической физики РАН на основании открытия, сделанного отечественными физиками и математиками.
«Волны‐убийцы» XXI века. Число катастрофических цунами стремительно увеличивается
Российские и зарубежные исследователи связали внезапное появление гигантских волн с простым решением для одной из версий уравнения Шредингера. Их возникновение подобно появлению оптических и электронных волн, мешающих работе телекоммуникационных систем.
«Волны распределены по океану не совсем однородно, из-за чего те зоны, где их оказывается больше, как бы притягивают к себе энергию. В итоге в какой-то момент в одном месте рождаются волны большой амплитуды. Еще в 1968 году академик Владимир Захаров показал, что эту неустойчивость эффективно описывает нелинейное уравнение Шредингера», — уточнил исследователь Петр Гриневич из московского ИТФ имени Ландау.
Физики считают, что существуют различные феномены, которые нельзя описать с помощью линейных уравнений. Но их реакцию на комбинацию внешних факторов невозможно представить себе как сумму изменений, возникших при действии каждой из этих сил по отдельности.
Это заметно усложняет прогнозирование подобных процессов. Причем, как сообщил Гриневич, ученые ранее считали, что хаотическими по своей природе они становятся из-за того, что исходное состояние нелинейных систем безвозвратно «забывается» даже после самых незначительных изменений.
В 50-х годах американский ученый Энрико Ферми выяснил, что в некоторых случаях возникало математическое «дежавю», после которого система возвращалась в первоначальное положение. По всей видимости, этим процессом управляли некие закономерности и законы. В частности, нелинейное уравнение Шредингера.
Виноваты волны‐убийцы: почему в Бермудском треугольнике пропадают корабли
«Хорошая аналогия — коробка передач. Чтобы делать предсказания о том, как она будет работать, не обязательно разбираться в ее детальном устройстве. Достаточно факта, что она подчиняется „золотому правилу“ механики: проигрыш в скорости дает выигрыш в силе, а выигрыш в силе — проигрыш в скорости», — рассказал Гриневич.
В опытах российских исследователей роль «коробки передач» выполнил кристалл с нелинейными оптическими свойствами. Некоторые его зоны фокусировали свет, так как были освещены сильнее. Другие — рассеивали луч лазера.
Гриневич и его коллеги выяснили, что вырабатываемый кристаллом свет и порождает периодический эффект «дежавю». Причем, его поведение описывает нелинейное уравнение Шредингера.
Проанализировав результаты наблюдений, российские ученые смогли составить набор простых формул, позволяющих очень точно просчитывать это уравнение. По этим же формулам можно описать поведение «волн-убийц», помехи в каналах связи и помочь выяснить особенности некоторых экзотических форм материй. Например, конденсата Бозе-Эйнштейна, состоящего из множества частиц, но демонстрирующего поведение одного большого атома.
Сирены и морские чудовища. Предыстория
Открытие российских ученых может подвести черту под многовековой историей «волн-убийц», которые были известны человечеству еще со времен античности. До нашего времени дошли многочисленные легенды о гигантских волнах, топивших корабли и разрушавших крупные порты. Их приписывали гневу Нептуна, активности подводных чудовищ или связывали с коварными песнями сирен.
Источник фото: Instagram
В «просвещенном» XVIII веке их уже считали баснями невежественных моряков, и серьезно к сообщениям о возникших из ниоткуда «волнах-убийцах» не относились.
Волны-убийцы появляются в океане каждые 8-9 часов — ученые
В 1826 году ученое сообщество посмеялось над свидетельствами очевидцев, сообщивших о 25-метровой волне, замеченной в Атлантике около Бискайского залива. В 1840 году Французское географическое общество отказалось верить мореплавателю Дюмону д’Юрвиль, сообщившему о 35-метровой волне, якобы виденной им лично.
Информация об огромных волнах, возникших посреди океана, продолжала поступать, но до 1933 года ученые дружно отказывались верить в их существование.
В начале 30-х годов корабль ВМС США «Рамапо» попал в Тихом океане в шторм, и после семи суток безостановочной качки столкнулся с волной, сначала швырнувшей его в отвесную пропасть, а затем поднявшей почти вертикально вверх. Чудом выживший экипаж зафиксировал ее высоту — 34 метра. Двигалась волна со скоростью 23 м/сек или 85 км/ч. Кстати, она до сих пор является самой большой из зафиксированных «волн-убийц».
История лайнера «Королева Мария» легла в основу голливудского блокбастера «Посейдон». В 1942 году он перевозил из Нью-Йорка в Великобританию 16 тысяч американских солдат. Неожиданно корабль столкнулся с 28-метровой волной. Находившийся на борту «Королевы Марии» доктор Норвал Картер вспоминал, что верхняя палуба резко ушла вниз, и корабль накренился под углом 53 градуса.
«Если бы угол составил хотя бы на три градуса больше, гибель была бы неизбежной», — утверждал очевидец.
От последствий столкновения с 18-метровой волной в 1966 году в Атлантике пострадал лайнер «Микеланджело». Погибли три человека и более 50 были ранены, само судно получило серьезные повреждения.
В 1980 году гигантской волной был потоплен британских сухогруз «Дербишир». Погибли все, кто находился на борту, всего 44 человека. Обломки судна были найдены разбросанными в радиусе 1,5 километра только через 14 лет. Все это время считалось, что «Дербишир» погиб из-за недочетов конструкции судна. И только в 2001 году стало ясно, что его потопила аномально большая волна.
Платформа Дропнера. Источник фото: общественное достояние
Окончательно скепсис ученых испарился после происшествия 1995 года, когда на нефтяную платформу «Дропнер» у побережья Норвегии обрушилась волна высотой 25,6 метров. Сооружение почти не пострадало, но феномен получил название «волна Дропнера» и признание ученого сообщества.
Обрадовались этому факту и приверженцы мистического объяснения природы аварий и крушений, происходивших в Бермудском треугольнике. Они немедленно свалили на «волны-убийцы» все более или менее необъяснимые случаи затопления судов. И даже попытались связать их с крушениями самолетов, которые якобы «зацепили» какие-то уже запредельно огромные волны.
Ученые раскрыли тайну Бермудского треугольника
Впрочем, есть мнение, что жертвами бродячих волн вполне могли стать низколетящие самолеты и вертолеты, участвовавшие в военных морских операциях.
Как бы там ни было, в 2011 году исследователи взялись за эту проблему всерьез и создали проект MaxWave. К участию в нем было привлечено Европейское космическое агентство, чьи спутники без труда зафиксировали сразу десяток одиноких волн, высотой свыше 25 метров.
Ученым удалось выяснить об экстремально высоких волнах много интересного. В частности, они могут появляться даже при незначительном ветре. А даже 12-балльный ураган не может образовать волну более 20 метров.
В отличие от цунами, аномальные волны не связаны с подводными землетрясениями. Цунами приобретают огромную высоту только столкнувшись с побережьем, в открытом океане они мало заметны.
Кроме того, «волны-убийцы» характеризуются небывалой крутизной, перед ними всегда бывает глубокая впадина, «дыра в море». Моряки не раз рассказывали о быстро приближающейся отвесной водной стене.
«Эдмунд Фитцжеральд». Источник фото: общественное достояние
Любопытно отметить, что на появление «волн-убийц» никак не влияют водные пространства, которые они покрывают. Они встречаются не только в мировом океане, но и в озерах. В 1975 году в озере Супериор, расположенном на границе США и Канады погибло мощное судно «Эдмунд Фицжеральд» (длиной 222 метров). Местные жители рассказали, что уже много лет подряд раз в году на озере появляются три волны, «Три сестры», идущие одна за другой и все высотой около 25 метров. Погиб весь экипаж, 27 человек. Через полгода разломленное пополам судно было найдено на глубине 150 метров.
Прогноз неутешителен
Открытие российских ученых помогает понять природу зарождения «волн-убийц», но, к сожалению, не позволяет предсказать их появление.
«Если появление волн хаотично, то предсказать его невозможно. Надеюсь, со временем удастся выяснить закономерности их возникновения, более глубокий анализ может выявить в хаосе общие черты. Пока же это невозможно», — сообщила «360» океанолог, заведующая лабораторией физики моря в Институте океанологии им. П. П. Ширшова Ирина Чубаренко.
Она также предположила, что особенности Бермудского треугольника связаны не со сверхъестественными процессами, а со сложными метеоусловиями и сложной системой течений.
«В наше время больше людей плавает, больше событий происходит, если бы на земном шаре существовали действительно аномальные места, мы бы о них давно знали. Вряд ли она одна такая. Пока не обнаружено реальных физических доказательств того, что в Бермудском треугольнике что-то не так. Нет изменений уровня океана, магнитных аномалий, все эти тайны являются продолжением людских фантазий», — резюмировала океанолог.
Волны-убийцы
Начну с экстремально высоких волн, называемых иногда волнами-убийцами, или Rogue waves.
Волны-убийцы — гигантские одиночные волны, возникающие в океане, высотой 20—30 метров (а иногда и больше), обладающие нехарактерным для морских волн поведением.
«Волны-убийцы» представляют самую непосредственную опасность для судов и морских сооружений: корпус судна, встретившегося с такой волной, может не выдержать громадного давления обрушившейся на него воды (до 980 кПа или 9,7 атм), и судно затонет за считанные минуты.
Фотография большой волны, надвигающейся на торговое судно. Приблизительно 1940-е годы.
Важное обстоятельство, которое позволяет выделить феномен волн-убийц в отдельную научную и практическую тему и отделить от других явлений, связанных с волнами аномально большой амплитуды (например, цунами), — внезапность их появления.
В отличие от цунами, возникающих в результате подводных землетрясений или оползней и набирающих большую высоту лишь на мелководье, появление «волн-убийц» не связано с катастрофическими геофизическими событиями.
Image: John Lund/Getty
Размеры этих волн в целом зависят линейно от средней высоты волны, но превышают её во много раз, что приводит к идее о том, что само явление «волн-убийц» связано с особенностями динамики самих морских волн.
Однако простого удвоения высоты обычных среднестатистических волн еще мало, что бы породить волну-убийцу.
Долгое время блуждающие волны считались вымыслом, так как они не укладывались ни в одну существовавшую на то время математическую модель возникновения и поведения морских волн, а также не находилось достаточного количества достоверных свидетельств.
Однако 1 января 1995 года на нефтяной платформе «Дропнер» в Северном море у побережья Норвегии была впервые приборно зафиксирована волна высотой в 25,6 метра, названная волной Дропнера (Draupner wave).
Во время этого происшествия платформе был нанесён незначительный урон, что подтвердило верность полученных от лазерного дальномера данных. В зоне со средней высотой волны, равной 12 метрам, попалась необычная волна с максимальной высотой в 25,6 метра. Частота появления подобных волн была оценена как 1 к 200 000.
Дальнейшие 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), зафиксировали за три недели по всему земному шару более 10 одиночных гигантских волн, высота которых превышала 25 метров.
Эти исследования заставляют по-новому рассмотреть причины гибели за прошлые два десятилетия судов такого размера, как контейнеровозы и супертанкеры, включив в число возможных причин и волны-убийцы.
Существует несколько гипотез о причинах возникновения экстремальных волн. Многие из них лишены здравого смысла. Наиболее простые объяснения построены на анализе простой суперпозиции волн разной длины. Оценки, однако, показывают, что вероятность экстремальных волн в такой схеме оказывается слишком мала. Другая заслуживающая внимания гипотеза предполагает возможность фокусировки волновой энергии в некоторых структурах поверхностных течений. Эти структуры, однако, слишком специфичны для того, чтобы механизм фокусировки энергии мог объяснить систематическое возникновение экстремальных волн.
Инцидент с судном «Раффаэлло» Фото Коршак (flikr) 
Инцидент с судном «Раффаэлло» Фото Коршак (flikr)
Интересно, что такие волны могут быть как гребнями, так и впадинами, что подтверждается очевидцами. Дальнейшее исследование привлекает эффекты нелинейности в ветровых волнах, способные приводить к образованию небольших групп волн (пакетов) или отдельных волн (солитонов), способных проходить большие расстояния без значительного изменения своей структуры. Подобные пакеты также неоднократно наблюдались на практике. Характерными особенностями таких групп волн, подтверждающими данную теорию, является то, что они движутся независимо от прочего волнения и имеют небольшую ширину (менее 1 км), причём высоты резко спадают по краям.
Прямое моделирование волн-убийц было предпринято в работах В. Е. Захарова, В. И. Дьяченко, Р. В. Шамина.
Численно решались уравнения, описывающие нестационарное течение идеальной жидкости со свободной поверхностью. Использование особого вида уравнений позволило проводить вычисления с большой точностью и на больших временны́х интервалах. В ходе численных экспериментов были получены характерные профили для волн-убийц, хорошо согласующиеся с экспериментальными данными.
Одной из проблем в изучении волн-убийц является сложность их получения в лабораторных условиях. В основном исследователи вынуждены работать с данными, полученными при наблюдениях в естественных условиях, причём такие данные весьма ограничены в силу непредсказуемого характера возникновения волны-убийцы.
В 2010 году впервые экспериментально были получены солитоны-бризеры Перегрина, являющиеся, по мнению многих учёных, возможным прототипом волн-убийц. Эти солитоны, являющиеся частным решением нелинейного уравнения Шрёдингера, были получены для оптической системы, однако уже в 2011 году эти же солитоны были получены и для волн на воде.
В 2012 году в ещё одном эксперименте учёным удалось экспериментально продемонстрировать генерацию солитона-бризера более высокого порядка, для которого амплитуда в пять раз превышает амплитуду фонового волнения.
Видеореконструкция волны Дропнера: