В Охотском море встречаются волны-убийцы. Эти аномально высокие одиночные волны, непредсказуемые и опасные для судоходства, около берегов Хабаровского край зафиксированы не были. Они встречались у берегов Сахалина и Камчатки. Что такое волны-убийцы или «волны-бродяги»? Это аномально высокие одиночные волны, значительно превышающие по высоте окружающие волны. Они могут достигать высоты 20-30 метров и более, и обладают нехарактерным для морских волн поведением. Волны-убийцы десятилетиями привлекали внимание мореплавателей и учёных. Эти загадочные гиганты существуют недолго, обычно менее минуты, прежде чем исчезнуть. Когда-то волны-убийцы были морской легендой, но теперь их наблюдают по всему миру. Из-за своей высоты и мощности они могут представлять опасность для судов и морских сооружений. Волны-убийцы — это не просто случайные явления. Чтобы переосмыслить, что такое волны-убийцы и что их вызывает, была собрана международная команда исследователей. Исследование, опубликованное в журнале Nature Scientific Reports, проливает свет на этих океанических гигантов. Проанализировав 18 лет высокочастотных лазерных измерений, ученые пришли к неожиданному выводу: волны-убийцы — это не просто случайные явления. Они возникают в соответствии с естественными законами моря. Они не загадочны, а, скорее, довольно просты. В обычных условиях волны возникают из-за ветра, дующего над поверхностью моря. Это похоже на то, как если бы вы дули на чашку кофе, на поверхности образовалась бы небольшая рябь. В море, при наличии достаточного времени и пространства, эта рябь может превратиться в большие волны. Исследователи сосредоточились на понимании причин, по которым волны внезапно становятся аномальными и значительно поднимаются над соседними волнами. Одна из предложенных теорий основана на модуляционной неустойчивости — явлении, описываемом сложными математическими моделями. е Когда волны заперты в узком канале, теория модуляционной неустойчивости хорошо описывает их волнообразное движение. Однако она начинает давать сбои в реальном океане. В открытых средах волны могут свободно распространяться в разных направлениях. Чтобы понять разницу, представьте себе толпу зрителей, покидающих стадион после футбольного матча. Если выход представляет собой длинный узкий коридор с высокими стенами, люди вынуждены двигаться в одном направлении. Те, кто сзади, толкаются вперёд, а некоторые даже перелезают через других, скапливаясь между ограничивающими их стенами. Это катастрофическое скопление будет напоминать волну-убийцу, вызванную их ограниченным пространством. Напротив, если выход со стадиона открывается на широкое поле, зрители могут свободно расходиться во всех направлениях. Они не толкаются друг с другом и не создают скоплений. Аналогичным образом, исследователи могут генерировать волны-убийцы в ограниченном канале в лабораторных условиях, где они подчиняются модуляционной неустойчивости. Однако без ограничения канала волны-убийцы обычно не подчиняются этим законам физики и не формируются таким же образом в открытом море. Какие закономерности лежат в основе этих редких событий? Ученые проанализировали данные о состоянии моря, используя статистические методы, чтобы выявить закономерности, лежащие в основе этих редких событий. Результаты показывают, что наблюдаемые экстремальные волны, скорее всего, формировались не из-за модуляционной нестабильности, а в результате процесса, называемого конструктивной интерференцией. Конструктивная интерференция происходит, когда две или более волны выстраиваются в одну большую волну. Этот эффект усиливается естественной асимметрией морских волн : их гребни обычно острее и круче, чем их более плоские ложбины. Волны-убийцы образуются, когда множество небольших волн выстраиваются в ряд, а их более крутые гребни начинают накладываться друг на друга, превращаясь в одну огромную волну, которая на короткое время возвышается над окружающими водами. Чтобы превратить спокойную прогулку на лодке в отвратительный день, достаточно лишь момента, когда множество обычных волн сходятся и накладываются друг на друга. Эти волны-убийцы поднимаются и опадают менее чем за минуту, следуя так называемому квазидетерминированному шаблону в пространстве и времени. Этот тип закономерности узнаваем и повторяется, но с долей случайности. В идеальном океане эта случайность практически исчезла бы, позволяя волнам-убийцам достигать практически бесконечной высоты. Но чтобы увидеть одну такую волну, потребовалась бы целая вечность, поскольку так много волн должны были бы выстроиться идеально в одну линию. Всё равно что ждать, пока Фортуна, богиня случая, бросит триллион кубиков и почти на всех выпадет одно и то же число. В настоящем океане природа ограничивает рост волны-убийцы благодаря её разрушению . По мере того, как волна набирает высоту и энергию, она не может удержаться выше определённой точки невозврата . Верхушка волны переливается через край и распадается на пену, или белую барашковую шапку, высвобождая избыток энергии. Для чего нужно знать природу волн-убийц? Волны-убийцы встречаются не только в море. Конструктивная интерференция может происходить со многими типами волн. Общая теория, называемая квазидетерминизмом волн , разработанная океанографом Паоло Боккотти , объясняет, как образуются волны-убийцы как в океане, так и в других волновых системах. Например, в турбулентной воде, текущей по ограниченному каналу , волна-убийца проявляется в виде интенсивного кратковременного всплеска вихрей — моделей вращающихся завихрений в воде, которые на мгновение становятся больше по мере их движения вниз по течению. Хотя океанские волны кажутся непредсказуемыми, теория Боккотти показывает, что экстремальные волны не являются абсолютно случайными. Когда образуется действительно большая волна, окружающие её волны следуют узнаваемому шаблону, сформированному конструктивной интерференцией. Представьте себе группу волн как небольшой пакет волн, движущихся вместе. Они поднимаются, достигают пика и затем затухают благодаря конструктивной интерференции. Отслеживание этих групп волн позволяет исследователям понять общую картину блуждающего события по мере его развития. Понимание того, как образуются волны-убийцы, может помочь инженерам и проектировщикам строить более безопасные суда и морские платформы, а также лучше прогнозировать риски. По материалам издания The Conversation
