Внутренние волны

Изучение внутренних волн — одна из важнейших задач океанологии нашего времени. Ученые сначала теоретически предсказали существование этих волн, а потом, лишь полвека спустя, открыли их в природных условиях.

В середине XVIII века Франклин, совершая морское путешествие, обратил внимание на необычное явление. В светильной лампе, стоявшей на столе у него в каюте, поверх воды бьшо налито масло. Слой масла оставался абсолютно спокойным, а на его границе с водой происходило что‑то непонятное: здесь возникла волна. Это, образно говоря, была «буря в стакане с водой». Франклин незамедлительно поспешил опубликовать свои наблюдения. И правильно сделал: его сообщение стало первым «лабораторным наблюдением». Но самое интересное заключалось в том, что в жизни моряки часто сталкивались с подобными явлениями!

Вот только один пример. Очень давно норвежские мореплаватели обратили внимание на странное явление, которому дали название «лежать в мертвой воде». Суда, пересекая местные фиорды, вдруг застывали на месте и, точно удерживаемые магической рукой, не в силах были двинуться ни вперед, ни назад. В 1904 году норвежский путешественник Ф. Нансен и шведский физик В. Экман, изучая эту особенность фиордов, выяснили, что она характерна для тех мест, где над соленой водой имеется слой более легкой опресненной воды. Резкие перепады в плотности воды и создают эффект, удерживающий суда на месте.

Внутренние волны наука стала изучать только после Второй мировой войны. И почти сразу же удалось выяснить любопытнейшие, просто потрясающие подробности. И вот что интересно: существуют они даже тогда, когда поверхность океана идеально спокойна.

Предположим, что вы видите совершенно гладкую поверхность воды. Это совсем не значит, что и во внутренних ее слоях все спокойно. Там, на глубине 200‑300 метров от уровня океана, могут «бушевать» (это слово взято в кавычки только потому, что подводные волны развиваются гораздо медленнее, чем поверхностные) настоящие бури и штормы, причем подводные волны достигают иной раз внушительных размеров: амплитуда по высоте достигает 50 метров, а ширина — более 100 метров в длину. Правда, период их колебаний может лежать в интервале от нескольких минут до нескольких суток. Удивительно и другое: волны эти могут пронизывать всю толщу океана до самого дна! Как это можно себе представить?

Вот, скажем, колеблется поверхность воды. Поверхность воды — это граница воды и воздуха, то есть двух сред с разной плотностью. Но ведь и в глубинах океана располагаются слои с разной плотностью. Представьте теперь границу между двумя такими слоями. В покое она, как и поверхность воды, гладкая. Но вот какая‑то причина заставляет тяжелый слой подняться, выгнуться горбом. Потом он идет вниз, и возмущения распространяются во все стороны — бегут внутренние волны…

В свое время английский океанолог Дж. Вуде высказал гипотезу, что существующие между соседними слоями с неоднородными характеристиками четко выраженные границы — океанические фронты, или фронтовые разделы, являются, по‑видимому, теми «окнами», где происходит обмен повышенной интенсивности теплом и солями между поверхностными и глубинными зонами Мирового океана. Сейчас эта идея находит подтверждение…

А недавно было сделано еще одно неожиданное открытие: весь океан, сверху донизу, состоит из своеобразн неоднородностей, вызываемых множеством причин. Оке точно сшит из отдельных лоскутов — разных слоев воды, отличных друг от друга по своей «фактуре» — температуре, солености, плотности, скорости течения, прохождению звука и электропроводности. Причем, подобная «пестрота» существует как по вертикали, так и по горизонтали. Эти «лоскуты»— могут быть весьма разнообразными по форме и размерам. Ширина их колеблется от 100 метров до 100 километров, но никогда она не занимает площадь от берега до берега. Они не «пришиты» к какому‑то одному месту, а как бы «скользят» горизонтально и наклонно, в разных направлениях. Такая тонкая структура была обнаружена на всех глубинах, и, не будь ее, многие процессы и явления в океане протекали бы совершенно по‑иному.

Ученые установили, что внутренние волны буквально пронизывают всю морскую толщу. Найдены доказательства, что в них, к примеру, океан закладывает «остатки» неиспользованной энергии, которую в огромных дозах каждые сутки закачивают в него приливообразующие силы, создаваемые совместным притяжением Луны и Солнца. Но внутренние волны образуются и по другим причинами, в частности, и из‑за упомянутых выше океанических фронтов.

Больше того, внутренние волны, например, искажают подводные акустические колебания. А это очень важно для тех, кто занимается вопросами подводной акустической связи и с их помощью прогнозирует районы скопления промысловых рыб, поскольку пища выносится внутренними волнами в те или иные места океана.

Конечно же внутренние волны важны и для мореплавания. Кстати, теперь ученые предполагают, что катастрофа с американской подводной лодкой «Трешер» могла быть вызвана встречей ее с одной из таких внутренних волн‑гигантов. По их мнению, могло произойти следующее: внутренняя волна бросила «Трешер» на сверхпредельную для подводной лодки глубину.

Природа глубинных волн очень сложна и пока еще полностью не изучена. Но зачем нам это все знать? Ученые объясняют ее гидродинамическим эффектом приливно‑отливных течений, наталкивающихся на своем пути на горные цепи, протянувшиеся по дну океана. Удалось, например, установить, что волны полусуточного периода вызывают в основном приливы. Но ведь волны такого диапазона — лишь незначительная часть внутренних волн. А что вызывает образование всех остальных — и сейчас неизвестно. Как‑то влияют ветры, как‑то течения, но что играет главную роль, а что — второстепенную, еще не совсем до конца ясно.

Эти невидимые, скрытые от наших глаз волны обладают всеми свойствами обычных волн, которые мы привыкли видеть на поверхности моря. Они также растут, а потом, как обычные волны прибоя, обрушиваются, вызывая при этом турбулентность — вихревые потоки. Но и турбулентность, в свою очередь, может вызвать внутренние волны. Видимо, не последнюю роль играют в данном случае и мощные циклоны, вздымающие и раскачивающие миллионно‑тонные массы воды.