Веками моряки рассказывали о гигантских волнах-убийцах, появлявшихся внезапно. Новое исследование Школы гражданского и экологического строительства Технологического института Джорджии показывает, что эти возвышающиеся стены воды — вовсе не морские легенды, а естественный результат обычных законов физики, говорится в материале, опубликованном на научном сайте SciTechDaily.
1 января 1995 года огромная волна высотой 24 метра обрушилась на нефтегазовую платформу "Драупнир" в Северном море. Сила волны погнула стальные ограждения и сбросила тяжелое оборудование на палубу. Но именно тогда произошло историческое научное открытие — впервые ученым удалось с высокой точностью зафиксировать волну-убийцу в открытом океане.
"Это подтвердило то, что моряки описывали веками, — сказал автор нового исследования, доцент Франческо Феделе. — Они всегда говорили об очень больших волнах, которые появляются внезапно, но мы долгое время считали это просто мифом".
Группа исследователей под руководством Франческо Феделе изучила 27 500 записей волн в Северном море за 18 лет, создав самый обширный набор данных по этой теме, когда-либо собранный.
Каждая запись содержала 30 минут подробной информации, включая высоту, частоту и направление волны. Результаты опровергли давние представления, показав, что для возникновения аномальных волн не требуются необычные или "экзотические" механизмы — достаточно точного совпадения хорошо известных океанических процессов.
"Блуждающие волны-убийцы следуют естественному порядку вещей в океане, а не являются исключением из него. И наше исследование — самое убедительное и реальное доказательство на сегодняшний день", — пояснил Феделе.
Доминирующей теорией формирования волн-убийц до сих пор считалась модуляционная (или модулярная) неустойчивость, — процесс в нелинейных средах, при котором изначальная почти монохроматическая волна самопроизвольно и постепенно разделяется на серии импульсов во времени и отдельные пучки в пространстве. Это происходит из-за нарастания возмущений амплитуды и фазы волны, ведущего к самомодуляции волновых пакетов и самофокусировке. И вместо того чтобы оставаться равномерно распределенным, волновая структура смещается, в результате чего одна волна внезапно становится значительно больше остальных.
Феделе пояснил, что модуляционная неустойчивость "в основном точна, когда волны ограничены каналами, как в лабораторных экспериментах, где волны идут только в одном направлении. Однако в открытом океане энергия волн может распространяться в нескольких направлениях".
Изучив 18-летние записи наблюдений в Северном море, Феделе и его коллеги не обнаружили никаких признаков того, что модуляционная неустойчивость играет какую-либо роль в формировании волн-убийц. Вместо этого они пришли к выводу, что самые большие волны возникают в результате взаимодействия двух хорошо изученных процессов:
- Линейная фокусировка — происходит, когда волны, движущиеся с разными скоростями и в разных направлениях, встречаются в одной и той же точке времени и пространства, объединяясь и создавая гребень, значительно превышающий нормальный.
- Связанные нелинейности второго порядка — естественные эффекты, которые изменяют форму волны, заостряя и приподнимая гребень и сглаживая ложбину. Эти искажения могут увеличивать высоту больших волн на 15–20%.
Феделе отметил, что при совпадении этих двух механизмов возникают особенно мощные волны. А нелинейный характер океанических движений добавляет еще один уровень усиления, заставляя волны становиться еще больше.
Феделе подчеркнул, что исследование его команды имеет реальную актуальность.
"Блуждающие волны — это не просто теория, они реальны, мощны и представляют опасность для судов и морских сооружений. Многие модели прогнозирования по-прежнему рассматривают блуждающие волны как непредсказуемые случайности. Однако, волны-убийцы экстремальны, но объяснимы", — сказал автор исследования.
"Это имеет основополагающее значение для безопасности судоходства, прибрежных сооружений и нефтяных платформ, — пояснил Феделе. — Они должны быть спроектированы так, чтобы выдерживать такие экстремальные явления".
Сейчас команда Феделе использует искусственный интеллект для анализа данных о волнах, собранных за десятилетия, создавая алгоритмы, способные выявлять едва заметные сочетания — высоту, направление и время, — предшествующие экстремальным волнам. Цель — предоставить прогнозистам более точные инструменты для прогнозирования возможного появления волны-убийцы.
Урок этого исследования прост: волны-убийцы не являются исключением из правил. Природе не нужно нарушать собственные законы, чтобы удивить нас. Ей просто нужно время и редкий момент, когда все складывается совершенно неправильно, пишет SciTechDaily.
Отмечается, что хотя океанские волны могут казаться хаотичными, экстремальные волны, такие как волны-убийцы, следуют естественному, узнаваемому шаблону. Каждая волна-убийца имеет своего рода "отпечаток" — структурированную группу волн до и после пика, которая показывает, как она образовалась.
"Бешеные волны — это просто морской кошмар, — отметил доцент Феделе. — Это экстремальные явления, но они — часть языка океана. Мы только сейчас наконец учимся слушать".
комментарии