Волны-убийцы

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Фотография большой волны, надвигающейся на торговое судно. Приблизительно 1940-е годы

Волны-убийцы (Блужда́ющие во́лны, волны-монстры, белая волна, англ. rogue wave — волна-разбойник, freak wave — аномальная волна; фр. onde scelerate — волна-злодейка, galejade — дурная шутка, розыгрыш) — гигантские одиночные волны, возникающие в океане, высотой 20—30 (а иногда и больше) метров, обладающие нехарактерным для морских волн поведением. «Волны-убийцы» представляют самую непосредственную 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).

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 набирающими большую высоту лишь на мелководье, появление «волн-убийц» не связано с катастрофическими геофизическими событиями. Размеры этих волн в целом зависит 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[1].

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 (с точки зрения классической океанологии, волны высотой более 20,7 метров существовать в океанах Земли не могут)[источник не указан 719 дней], 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 метров, названная волной Дропнера. 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.

Новый проект получил название Wave Atlas (Атлас волн) и предусматривает составление всемирного атласа наблюдавшихся волн-убийц и статистическую его обработку.

Причины возникновения[править | править исходный текст]

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. Наиболее достоверное объяснение возникновения экстремальных волн должно основываться на внутренних механизмах нелинейных поверхностных волн без привлечения внешних факторов[источник не указан 33 дня].

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[источник не указан 33 дня].

Численное моделирование волн-убийц[править | править исходный текст]

Численное моделирование волны-убийцы

Прямое моделирование волн-убийц было предпринято в работах В. Е. Захарова, В. И. Дьяченко, Р. В. Шамина.[2][3] 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.[4]

Экспериментальное наблюдение[править | править исходный текст]

Экспериментальная демонстрация генерации и деструктивного воздействия волны-убийцы в волновом бассейне[5]

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[6], однако уже в 2011 году эти же солитоны были получены и для волн на воде[7]. 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[5].

Известные случаи[править | править исходный текст]

  • В апреле 1966 года в средней Атлантике итальянский трансатлантический лайнер Michelangelo подвергся удару белой волны, двух пассажиров смыло в море, 50 ранено. Корабль получил серьёзные повреждения носовой части и одного из бортов.
  • В сентябре 1995 года британский трансатлантический лайнер «Королева Элизабет 2» в Северной Атлантике во время урагана Луиса попытался «оседлать» 29-метровую волну, появившуюся прямо по курсу.

Волны-убийцы в искусстве[править | править исходный текст]

  • В фильме «Посейдон» 2006 года, жертвой волны-убийцы стал пассажирский лайнер «Посейдон», идущий в Атлантическом океане в новогоднюю ночь. Волной корабль перевернуло килем вверх, и через несколько часов он затонул.
  • Фильм Ридли Скотта «Белый Шквал» рассказывает о гибели учебного судна от внезапного шквала с последующим возникновением огромной волны.
  • «Идеальный шторм» — приключенческая драма, основанная на реальных событиях, которые произошли во время урагана «Грейс» на побережье Америки.

Примечания[править | править исходный текст]

  1. Волны
  2. Р.В.Шамин О существовании гладких решений уравнений Дьяченко, описывающих неустановившиеся течения идеальной жидкости со свободной поверхностью. // Доклады Российской академии наук. — 2006. — Т. 406. — № 5. — С. 112–113.
  3. A. I. Dyachenko, V. E. Zakharov On the Formation of Freak Waves on the Surface of Deep Water. // Pis'ma v ZhETF. — 2008. — Т. 88. — № 5. — С. 356–359.
  4. В. Е. Захаров, Р. В. Шамин О вероятности возникновения волн-убийц. // Pis'ma v ZhETF. — 2010. — Т. 91. — № 2. — С. 68–71.
  5. 1 2 A. Chabchoub, N. Hoffmann, M. Onorato, and N. Akhmediev Super Rogue Waves: Observation of a Higher-Order Breather in Water Waves (англ.) // Phys. Rev. X. — 2012. — Vol. 2. — P. 011015. — DOI:10.1103/PhysRevX.2.011015
  6. B. Kibler, J. Fatome, C. Finot, G. Millot, F. Dias, G. Genty, N. Akhmediev & J. M. Dudley The Peregrine soliton in nonlinear fibre optics (англ.) // Nature Physics. — 2010. — Vol. 6. — P. 790—795. — DOI:10.1038/nphys1740
  7. A. Chabchoub, N. Hoffmann, and N. Akhmediev Rogue Wave Observation in a Water Wave Tank (англ.) // Phys. Rev. Lett.. — 2011. — Vol. 106. — P. 204502. — DOI:10.1103/PhysRevLett.106.204502
  8. КП: Откуда берутся волны-убийцы?

Ссылки[править | править исходный текст]