Як дізнатися, скільки балів на море?

Відомий фахівець з дослідження морських хвиль професор Л. Ф. Титов звернув увагу на те, що в «Казці про рибака і рибку» великий поет не тільки образно, але і дуже правильно, з точки зору океанографії, описав розвивається морське хвилювання: «Море злегка розігралася ... скаламутити синє море ... Неспокійно синє море ... Почорніло синє море ... На море чорна буря: так і здулися сердиті хвилі, так і ходять, так виттям і виють ».

Максимальні висоти хвиль в різних районах Чорного моря

Є спеціальна шкала стану поверхні моря, згідно з якою можна візуально визначити, скільки балів на море. Шкала дійсна тільки для вітрового хвилювання.

Так, наприклад, за цією шкалою при хвилюванні моря в один бал висота хвиль не перевищує 25 сантиметрів, в два бали - 25-75 сантиметрів, в три бали - 0,75- 1,25 метра ...

Шкала сили вітру (де наводиться відповідність балів і метрів в секунду) має дванадцять балів. Сила шторму визначається силою вітру. Тому вираз «шторм десять балів» буде правильним, а вираз «десять балів хвилювання» - неправильним. На Чорному морі повторюваність сильних хвилювань невисока. Протягом самого штормового року хвилювання шість-дев'ять балів не спостерігається більше ніж 17 днів.

Відмітна особливість чорноморських хвиль - їх «стійкість». Це так звана брижі, що має більший період коливань, ніж вітрова хвиля. Брижі - це хвилі, що спостерігаються при слабкому вітрі або без вітру ( «штиль»). Однак походження цих хвиль пов'язане з діяльністю вітру. На Кавказьке узбережжя моря можуть прийти хвилі, що утворилися в штормовий зоні, яка розташована в цей час в західній частині Чорного моря. У кавказьких ж берегів вітри можуть бути слабкими, а хвиля - великої. Це і буде брижі. З існуванням брижах пов'язано існуючу здавна у наших моряків поняття про «дев'ятому валу», відоме багатьом по картині відомого художника-мореніста Айвазовського. Не можна сказати, щоб уявлення про дев'ятому валу зовсім було позбавлене будь-яких підстав. Справа в тому, що хвилі брижах, як правило, йдуть групами, причому в центрі групи знаходяться найбільші хвилі, а по краях хвилі меншої висоти. Якась хвиля даної групи може бути дійсно набагато більше за інших, але яка вона буде за рахунком - третя, п'ята або дев'ята, та й з якою хвилі починати рахунок, - невідомо. Таким чином, зовсім не слід думати, що саме дев'ята хвиля є найстрашнішою. До речі, у древніх греків найнебезпечнішим вважався кожен третій вал, а у римлян - десятий.

Моряки легше переносять брижі, ніж азовську або каспійську вітрову хвилю - «бовтанку» з періодом 3-5 секунд. Однак брижі має ту неприємну особливість, що вона дає сильний прибій біля берега. Хвиля, майже непомітна в море через невелику крутизни, обрушується на берег з величезною силою.

Купання в морі під час шторму дуже небезпечно. Зазвичай досить важко подолати зону бурунів і потрапити у відкрите море, де можна відносно спокійно триматися на воді, піднімаючись і опускаючись при проходженні кожної хвилі. Набагато важче втомленому людині знову потрапити на берег через перешкоду з рушаться і пінних хвиль. Його раз у раз відносить назад в море. Були випадки, коли тут тонули люди, навіть вміли непогано плавати. Тому-то на міських і санаторних пляжах і вивішують під час шторму таблички з застерігають написами. Доречно нагадати тут, що всі тварини, медузи, морські блохи та інші організми йдуть перед штормом з небезпечної прибійній зони, чайки летять на берег, проте можна бачити, як деякі люди обирають шторм для того, щоб демонструвати свою «хоробрість», гойдаючись на хвилях .

Сила ударів хвиль про берега і споруди величезна. Поблизу Сочі вона перевищує 100 тонн на квадратний метр. При таких ударах виникають сплески заввишки в декілька десятків метрів. Колосальна енергія прибійних хвиль витрачається на роздроблення гірських порід і переміщення наносів. Без впливу хвиль виноси річок скочувалися б поступово на глибину, хвилі же повертають їх до берега і змушують переміщатися уздовж нього. Наприклад, уздовж Кавказького узбережжя Чорного моря йде постійний потік наносів. Від Туапсе до Піцунди хвилі переміщують 30-35 тисяч кубічних метрів наносів в рік.

Там, де є пляж, хвилі втрачають більшу частину своєї енергії. Там, де його немає, вони руйнують корінні породи. В період Великої Вітчизняної війни розмив берега на південь від порту Сочі досягав 4 метрів в рік. Відразу ж після закінчення війни були розпочаті берегоукріплювальні роботи в цьому районі, і розмив узбережжя припинився.

Уздовж Кавказького узбережжя моря проходить залізниця. У прибережній зоні побудовані санаторії, театри, морські вокзали і житлові будинки. Тому берега моря треба охороняти від розмиву. Найкращим захистом в цьому відношенні є пляж, де хвилі руйнуються, не доходячи до берега. Для закріплення пляжів споруджуються буни і підводні хвилерізи, які перешкоджають руху гальки уздовж берега в інші райони і догляд її в глиб моря. Так наростає пляж.

Довгий час буни і підводні хвилерізи вважалися взірцем берегозахисних споруд. Але в останні роки фахівці прийшли до висновку, що більш прийнятними з точки зору екології були б штучні рифи, такі, як в природних умовах існують біля узбережжя Австралії, Куби, В'єтнаму. На Чорному морі поблизу Одеси вже проходить випробування один такий риф довжиною 300 метрів.

Грузинські фахівці із захисту узбережжя пішли іншим шляхом: вони підтримують пляжі за допомогою пляжного матеріалу, який привозять з гірських кар'єрів.

Одним з маловивчених в даний час питань, пов'язаних з хвилями, є так званий тягун.

Сутність цього явища полягає в тому, що в багатьох портах Чорного моря (і в деяких інших портах світу) суду, пришвартовані біля причалів, починають час від часу рухатися уздовж них більш-менш періодично під дією якоїсь сили. Іноді ці рухи настільки потужні, що навіть сталеві швартові кінці не витримують і лопаються, іноді судно змушене припиняти вантажні операції і відходити на рейд. Тягун може спостерігатися як під час сильного хвилювання, так і при повному штилі.

Про походження Тягун є кілька гіпотез. Всі вони визначають тягун як наслідок підходу особливого роду морських хвиль, невидимих ​​простим оком. Ці хвилі звуться длінноперіодних, так як вони мають період коливання набагато більший, ніж звичайні видимі хвилі.

Коли морські хвилі підходять до берега, їх структура, а в зв'язку з цим і картина хвиль змінюються. Вчені говорять, що в прибережній зоні хвиля починає «відчувати дно». Якщо напрямок гребенів хвиль не паралельно лінії берега, то відбувається поворот хвиль до берега: частина гребеня, яка йде над великими глибинами, наздоганяє іншу частину, що йде ближче до берега над меншими глибинами. Це явище називається рефракцією хвиль. Виражається воно не тільки в зміні їх спрямування, а й в тому, що гребені змінюють свою форму. В окремих районах, наприклад в бухті, хвилі «розтягуються» по її берегах, тому висота хвиль тут менше, ніж у відкритому морі. Це знали ще стародавні мореплавці. Концентрація хвильової енергії відбувається в мисах, так як гребені хвиль підходять з різних сторін.

Про скелі грізні дробляться з ревом хвилі

І з білою піною шумлять, біжать назад ...

При просуванні хвиль по мілководдю профіль їх змінюється. Гребінь загострюється, нахиляється вперед, а улоговина відстає, відчуваючи вплив дна. На глибині, приблизно в півтора рази перевищує висоту хвиль, вони руйнуються. Утворюється прибій. Прибійна хвиля з шиплячої піною заходить далеко на берег. У пріглубінних берегів зазвичай одна лінія руйнування хвиль, а у пологах у міру руху до берега хвилі руйнуються кілька разів.

Останнім часом прийнято новий, так званий спектральний, метод вивчення морських хвиль. Слово «спектр» походить від латинського слова «Спектрум», що означає «бачення». З цим словом в нашій уяві пов'язано щось яскраве і красиве. Таку назву дав йому Ньютон, коли він вперше розклав звичайний, білий світ на складові - червоний, помаранчевий і т. Д. Тепер спектральний метод дослідження широко використовується в науці і техніці - усюди, де можна отримати залежність енергії процесу від частоти або довжини хвиль.

Для характеристики різних видів морських хвиль хорошим показником буде їх спектр. Як виглядають спектри морських хвиль? Спектр вітрового хвилювання і спектр брижах відрізняються один від одного шириною і формою. Вітрове хвилювання має більш широкий спектр, воно охоплює великий діапазон частот. У ньому можуть бути хвилі з періодами від 3 до 20 секунд. А спектр брижах вже, тобто хвилі брижах мало відрізняються один від одного по частотах, вони рівніше. Вид спектрів цих двох типів хвиль характерний для всіх морів.

Бувають іноді двогорбий і многопіковие спектри. Вони реєструються тоді, коли на морі йдуть дві або кілька систем хвиль з різних напрямків, тобто спостерігається змішане хвилювання.

Так спектри допомагають в дослідженнях морських хвиль. Тепер вже недостатньо сказати, скільки балів на море, недостатньо навіть знання висоти і довжини або періоду хвиль. Треба знати, який вигляд має їх спектр. Спектри дозволяють досліджувати і порівнювати один з одним різні види хвиль, вони вносять порядок у «саме безладне з усіх закономірних явищ на Землі», як образно назвав морські хвилі відомий радянський океанограф Н. Н. Горський.

Слово «цунамі» в перекладі з японської означає великі хвилі в гавані. Дійсно, вони проявляються в гаванях, в бухтах, взагалі в прибережній зоні. У відкритому морі корабель може їх не помітити, тому що висота їх - сантиметри, а довжина - кілометри, тобто хвилі дуже пологі.

У Радянському Союзі цунамі спостерігаються не тільки на Камчатці або Курильських островах, а й на Каспійському і Чорному морях, хоча тут вони не досягають такої руйнівної сили, як тихоокеанські.

Ці хвилі виникають при підводному землетрусі. Корабель, який опинився над зоною землетрусу, відчуває поштовх, як ніби він натрапив на підводну скелю. На деяких морських картах нанесені скелі в таких районах, де глибини обчислюються кілометрами і проміри не виявляється ніяких підняттів дна.

Звідки ж у Чорному морі землетрусу? Адже діючих вулканів поблизу немає! Але справа в тому, що землетруси далеко не завжди бувають пов'язані з вулканічною діяльністю. Найчастіше вони виникають як результат розривів земної кори, які утворюються в районах, проміжних між опускаються і піднімаються районами. Зазвичай вогнища землетрусів зосереджені в одних і тих же зонах. На Чорному морі такі зони проходять паралельно берегів поблизу Криму і Кавказу. Найбільш сейсмічних районами Кавказу є Анапа і околиці Сочі. Глибина залягання вогнищ чорноморських землетрусів може бути до 40 кілометрів.

Є припущення, що причиною загибелі древніх чорноморських міст Севастополіса і Диоскурии послужили хвилі від підводних землетрусів - цунамі. У абхазьких легендах збереглася згадка про цю подію: «Страшний удар потряс землю. Берег розколовся, і оскаженілий море поглинуло місто ».

За останні століття на Кавказі таких сильних землетрусів не спостерігалося. У Криму сильні землетруси (7-8 балів за 12-бальною шкалою) були в 1927 році, епіцентри їх перебували в морі, на південь від Ялти. Землетруси ці викликали довгі (до 100 кілометрів) хвилі - цунамі. Швидкість їх була така велика, що через півтори години вони дійшли до узбережжя Болгарії, а на інші узбережжя ще раніше. Але ці хвилі були відзначені тільки приладами і ніяких пошкоджень не заподіяли.

На Кавказькому узбережжі Чорного моря сильні землетруси - 6 балів - спостерігалися в 1905 і в 1966 роках (епіцентри їх лежали в море поблизу Анапи). Ці землетрусу також викликали цунамі, які поширилися по всьому морю і були відзначені приладами.

Таким чином, на Чорному морі теж можливі цунамі, але через малу протяжності вогнищ землетрусів і їх порівняно невеликої сили вони не завдають шкоди узбережжям.

Цікаво, що деякі риби - мешканці великих глибин - за кілька днів або годин до землетрусу з'являються на поверхні води і при цьому зазвичай гинуть. Але такі випадки спостерігалися в Чорному морі, де, як відомо, риби на великих глибинах не живуть.

На яку глибину поширюються звичайні (вітрові) хвилі? Уже на глибині 10 метрів вони менше, ніж на поверхні, але іноді відчуваються і там. Рух води у дна при штормі можна охарактеризувати таким прикладом. Підводна лабораторія «Чорномор», яка працювала вблізіГеленджіка на глибині 12,5 метра і мала негативну плавучість в 3 тонни, було пересунуто 4-бальним штормом на 70 метрів. Дослідниками цієї лабораторії було встановлено, що досить інтенсивні переміщення піску відбуваються до глибини 15-20 метрів.

У глибинах моря, на кордоні розділу шарів води з різною щільністю, виникають так звані внутрішні хвилі.

Фахівці вважають, що дією цих хвиль можна пояснити загибель кількох підводних човнів: амеріканскіх- «Трешер» в північній частині Атлантики в 1963 році і «Скорпіон» в 1968-му у Азорських островів; французьких - «Мінерва» в 1968-му і «Ерідіс» в 1970 році в Середземному морі. При цьому загинули кілька сотень людей.

Хоча відомі внутрішні хвилі вже давно, причини їх утворення не до кінця зрозумілі. Однією з них вважають «брижі» в масі течії, що виникає при проходженні його над підводними хребтами. Можуть викликатися внутрішні хвилі і сильними штормами і ураганами на поверхні води, і приливами, і землетрусами.

Внутрішні хвилі, як і поверхневі, рухаються, розвиваються, живуть. Вони можуть досягти такої висоти і крутості, що стануть нестійкими і перекинуться. При цьому швидко вирівнюються властивості води, зникає стрибок в щільності, можливо, це перекидання і викликало загибель підводних човнів.

Нещодавно внутрішні хвилі були виявлені на знімках з космосу. Виявляється, при зйомці з такої великої відстані ці хвилі простежуються у вигляді чергування темних і світлих смуг.

Довгий час хвилі завдавали людині тільки шкоду: знижували швидкість судів, розбивали їх об берегові споруди, розмивали берега.

Висунуто багато проектів використання енергії хвиль. Розповімо про деякі з них.

На березі Чорного моря випробовувалася установка конструкції Д. А. Автономова. Вона заснована на заповненні водою басейну під дією гідравлічного удару - проходження хвиль по клиноподібним каналах. З басейну вода надходить в турбіну.

На Кримському узбережжі випробувана і інша установка, автор її С. І. Колтагов. Поршень, що рухається в циліндрі горизонтально під дією хвиль, жене воду вгору по трубі в цистерну, звідки вона надходить на турбіну. Після кожного руху поршня циліндр заповнюється з іншої труби водою моря.

Інженер В. С. Сидоренко створив тип «волнотурбіни», заснованої на повороті укріпленої горизонтально труби при проходженні хвилі.

Польські фахівці запропонували накопичувати енергію шляхом періодичної (під дією хвиль) подачі води в резервуар, розташований вище рівня води. Удар кожної хвилі відкриває клапан, через який вода проникає по трубах в резервуар.

Болгарський інженер Веденічаров запропонував сім типів волнодвігателей. Деякі з них він відчував на Чорному морі поблизу Варни.

Шведський інженер Дальстрой сконструював судно, що використовує енергію хвиль. На судні є балансир, що приводить в рух гвинт.

Біля узбережжя США працює буйок на хвильової енергії, потужність установки всього 1 кіловат. Принцип роботи такий: з плавучої платформи вниз опущена 60-метрова труба; в нижній частині труби клапан, що відкривається в період знаходження труби в западині хвилі; потрапляє в трубу вода надходить в бак, а з бака на турбіну, що виробляє струм, який живить лампу.

Великий проект використання хвильової енергії висунутий в Англії, де немає значних природних джерел енергії на своїй території. Уздовж узбережжя передбачається побудувати багато своєрідних «млинів», лопаті яких (15X15 метрів) будуть обертатися під дією хвиль і передавати свій рух генератору.

У жодній країні ще не побудовано хвильової електростанції. Причина в тому, що отримується таким чином енергія буде коштувати дорожче, ніж енергія інших видів електростанцій, і використовувати її доцільно тільки там, де вичерпані вже всі інші джерела.

Однак уже той факт, що над використанням енергії хвиль посилено працюють інженери і вчені в багатьох країнах, дозволяє сподіватися на успішне вирішення цієї проблеми.

Зацікавилися морськими хвилями і лікарі: слабке хвилювання (один-два бали) виробляє легкий масаж тіла, сприяє проникненню солей морської води в організм людини, тобто є лікувальним фактором.

Не менш цікавий і таке питання: чи впливає Сонце на морські процеси? Спостереження за ходом різних земних явищ дозволяють відзначити не тільки їх періодичність, але і збіг періодів коливань цих процесів з періодами зміни сонячної активності.

Які тільки явища на Землі не пробували зіставляти з активністю Сонця: порушення ритмів розвитку тварин і рослин, зниження реакцій у людей в періоди активного Сонця і збільшення кількості смертних випадків серед людей, які страждають захворюваннями серцево-судинної системи, уповільнення росту льодовиків, і навіть кількість землетрусів , як вважають деякі вчені, пов'язане зі ступенем активності Сонця.

А як йдуть справи на такому невеликому ділянці планети, як Чорне море? Аналіз «тихих» і «штормових» років показує, що вони слідують один за одним певним порядком. Так, для району Сочі в 1952-1954 і 1964-1966 роках було відзначено багато штормів, а 1956-1962 роки були роками затишшя. Зрозуміло, і в роки затишшя спостерігаються окремі сильні шторми. Наприклад, в тихому 1968 році пройшов виключно сильний шторм 28-29 січня, а в тихому 1969 року спостерігалися 7-бальні шторми 5-6 січня і 28-29 жовтня.

Весь 1972 рік можна назвати штормовим. Сила шторму біля берега досягала 6-7 балів.

Останні 15 років штормова діяльність поступово затихала, але не за горами, як це було і раніше, наступ штормового періоду.

Якщо порівняти кількість штормів на Чорному морі з числом спалахів на Сонці, то можна бачити, що між ними існує залежність.

У більшості випадків за великої спалахом на Сонці починається шторм. Але далеко не кожен шторм обумовлений сонячним спалахом. Штормів набагато більше, ніж спалахів, але кожна сильний спалах викликає шторм. У період обурення Сонце викидає потоки заряджених частинок - корпускул, починається так званий «сонячний вітер». Неясно ще, яким шляхом ці потоки впливають на атмосферу Землі, особливо помітно при цьому посилення руху повітряних мас уздовж меридіанів - з півночі на південь і з півдня на північ. На Чорному морі це означає прихід південних циклонів і штормів з півдня.

Астрономи намагаються прогнозувати сонячні спалахи. В першу чергу це потрібно для того, щоб космонавти, що знаходяться в польоті, вжили необхідних заходів для захисту від космічних променів, які вивергаються з області спалаху разом з потоками світлового, ультрафіолетового, гамма-випромінювання, інфрачервоного і радіовипромінювання.

Коли такі прогнози утвердяться, їх можна буде використовувати і в медичних цілях, а також для прогнозу штормів.

Якби вдалося прогнозувати тихі і штормові роки, то це значною мірою полегшило б роботу портів та убезпечило судноплавство.