Занимательное волноведение. Волнения и колебания вокруг нас - Гэвин Претор-Пинней Страница 4

В действительности скорость роста волн увеличивается за счет того, что под удары ветра попадают склоны особенно крупных экземпляров. Когда внутри одной акватории наблюдается мешанина из волн разной высоты и длины, трудно дать репрезентативную оценку их совокупным размерам. Было бы заблуждением описывать волны, ориентируясь лишь на самые высокие, поскольку — среди ветровых — волны выдающейся высоты появляются не так уж часто. Океанографы составляют шкалу или диапазон размеров волн, опираясь на так называемую значимую высоту волны. Это среднее для высот волн, рассчитываемое по трети наиболее высоких из них. Согласен, трудновато для понимания — фраза «высота наиболее высоких волн» куда как проще, — однако в действительности при наличии разброса волн по высоте такой метод расчетов удобнее и показательнее.

Вскоре значимая высота волны вырастает до метра и больше. Это уже не малая волна, это настоящие волны. И воздействует на такие волны не легкий бриз, а ураганный ветер. Маленькие шаловливые волны превратились в волны задиристые, неуправляемые, с крутыми склонами и острыми трохоидальными пиками. Под надзором сурового воспитателя в лице ураганного ветра они все сильнее раздражаются, выходя из себя, пока на их гребнях не начинают формироваться хохолки пены. Волны вот-вот они вступят в третий, наиболее беспокойный этап своего жизненного пути.

Хорошо видно, как во время шторма в районе Северо-Тихоокеанского течения пена ручейками стекает с гребней волн — фотография сделана с борта грузового судна «Благородная звезда» зимой 1989 года. У меня при одном только взгляде на фотографию начинается морская болезнь

* * *

Вступая в пору взросления, волны превращаются в форменных забияк. На третьем этапе жизни у особо крупных индивидов появляется пена у рта — барашки. При этом волны, гонимые безжалостным штормовым ветром, перекатываются через самих себя.

Если такой ветер устанавливается надолго, господствуя на обширном пространстве, его порывы срывают с гребней пенные хохолки — по склону каждой волны стекают белые ручейки. «Стена из зеленого стекла с холмиком снега», — так описал эту разновидность волн Джозеф Конрад.

Хотя по мне, так больше напоминает слюну буйнопомешанного. Волны продолжают расти и, наконец, достигают 5 м.

Теперь барашки виднеются повсюду. Моряки иногда называют их «белыми лошадьми». А то и «дочерьми шкипера» — видимо, потому, что к ним, как и к дочерям шкипера, лучше не приближаться, себе дороже выйдет. Пена свидетельствует о том, что волны разбиваются на глубине; мощный ветер опрокидывает их гребни. И эти растущие, изрыгающие пену волны представляют для кораблей наибольшую опасность — они не просто вздымаются, подобно крутым утесам, но и зачастую разбиваются над судном, обрушивая на его палубу тонны морской воды.

Пытаясь избежать подобной напасти, мореходы еще в стародавние времена придумали один хитроумный трюк: чтобы успокоить волнение, они выливали за борт рыбий жир или бросали тюки с пропитанной маслом ветошью, и волны становились тише. Древние греки считали, что такой любопытный эффект получался благодаря маслянистой пленке, распространявшейся на поверхности воды и снижавшей силу трения между ветром и водой: «В чем причина? — задается вопросом древнегреческий историк Плутарх. — Верны ли рассуждения Аристотеля о том, что ветер, скользя по глади морской поверхности, достигнутой таким способом, не оказывает на нее никакого воздействия и не поднимает волнения?»

Возможно, именно этот феномен лежит в основе чуда, о котором свидетельствует живший в восьмом веке англосаксонский летописец и монах Беда Достопочтенный. В своей «Церковной истории народа англов» Беда описывает, как священник, которому предстояло отправиться в путешествие по суше, а вернуться морем, получает от епископа Айдана немного освященного масла — чтобы в случае бури, угрожающей кораблю, смирить ее. Предполагалось, что масло обладает чудесными свойствами — мгновенно успокаивает шторм, возвращая море в тихое, спокойное состояние. В 1757 году феноменом заинтересовался американский ученый-энциклопедист Бенджамин Франклин — наблюдая за поведением волн между соседними судами, идущими во главе каравана через Атлантический океан, он заметил нечто любопытное. Волнение на отрезке между двумя кораблями было гораздо слабее, нежели возле остальных кораблей. Разъяснение ученому дал капитан: наверняка в этом виноваты коки, которые слили грязную, промасленную воду через шпигаты в море. Судя по всему, случай запомнился ученому, потому как спустя шестнадцать лет Франклин в письме к другу Уильяму Браунриггу описал свой опыт, поставленный во время пребывания в Лондоне; целью опыта было изучение эффекта, оказываемого маслом на волнение:

«Наконец достиг я Клапама; в окрестностях Клапам-Коммон есть большой пруд, на котором однажды, в ветреную погоду, довелось мне наблюдать приличное волнение. С собой я принес графинчик масла, коего немного вылил в воду. Масло, к моему удивлению, быстро растеклось по поверхности воды. Однако волнение не улеглось, потому как вылил я масло с подветренной стороны пруда, там, где волны самые высокие — ветер отнес его назад, к берегу. Тогда я прошел к наветренной стороне, где волны и образуются; там-то масло, которого было не более чайной ложки, чудесным образом разлилось по площади в несколько квадратных метров, тут же успокоив волнение. Затем оно постепенно достигло и подветренной стороны — почти четверть пруда, с половину акра, напоминала зеркальную поверхность».

Однако Франклин так и не смог найти объяснение подобному воздействию масла на волны. Объяснению же древних греков, предположивших, что масло делает воду скользкой и тем самым препятствует сцеплению ветра и воды, недостает глубины.

На самом деле, решающий фактор здесь — тот эффект, который масло оказывает на поверхностное натяжение воды. Масло распространяется по поверхности воды в виде тончайшей пленки, своеобразной кожи; коэффициент поверхностного натяжения этой пленки ниже, чем у воды. В результате снижения коэффициента вода под влиянием ветра образовывает уже не высокие волны, а едва заметную — в один-два сантиметра — рябь капиллярных волн.

Вы скажете: едва заметная рябь — пустяк, не стоящий внимания, куда, мол, ей до жутких валов океанического шторма. Однако помните: эти едва народившиеся волны способствуют усилению трения между воздухом и водой. Они заставляют воющий ветер крепко вцепиться в склон волны, которая катит огромным валуном, и щедро поделиться с ней своей энергией. Масло, успокаивая рябь на поверхности воды, вполне способно тягаться с мощью ветра и остановить высоченный гребень, который вместо того, чтобы спокойно нести на себе корабль, грозит обрушиться на его палубу.

Но когда в следующий раз вы решите прогуляться на своей моторке, а за бортом вдруг начнется волнение, не торопитесь сливать масло из двигателя, поскольку ваш мини-разлив не возымеет никакого эффекта. Современные масла на основе нефти не годятся для усмирения шторма, для этого нужны масла органического происхождения, например, масло жирных пород рыб — оно распространяется достаточно быстро и далеко, чтобы утихомирить «дочерей шкипера».