Эти изолированные волны высотой 20 метров (и более) внезапно возникают в открытом океане. Они существуют недолго, как правило, менее минуты, прежде чем исчезнуть. Из-за своей высоты и мощи они представляют собой серьезную опасность для судов.
Чтобы глубже понять, что такое волны-убийцы и что их вызывает, международная команда ученых под руководством Франческо Феделе из Технологического института Джорджии (США) провела уникальное исследование.
На протяжении 18 лет ученые анализировали данные высокочастотных лазерных измерений на нефтяной платформе «Экофиск» в центральной части Северного моря. В конечном итоге команда пришла к выводу: волны-убийцы не являются случайными явлениями. Они формируются в соответствии с природными законами моря. И они не загадочные, а скорее, довольно простые.
Как проходило исследование?
Ученые изучили около 27 500 полчасовых записей волнения моря, которые были собраны в период с 2003 по 2020 год. Эти данные, которые ученые регистрировали каждые полчаса, фиксировали, насколько высоко поднималась морская поверхность по сравнению со средним уровнем моря. Здесь были, в частности, и сведения о крупных штормах.
При обычных условиях волны возникают из-за ветра, дующего над поверхностью моря. Это похоже на то, как мы дунем на чашку с кофе, вызывая на поверхности незначительные брызги. Тем временем в море, при наличии достаточного времени и пространства, эти брызги могут превратиться в большие волны.
Команда сосредоточилась на понимании причин, по которым волны внезапно становятся аномальными и значительно поднимаются над соседними волнами. Одна из теорий основана на модуляционной неустойчивости. Когда волны замкнуты в узком канале, теория модуляционной неустойчивости хорошо описывает их волнообразное движение. Однако она буксует, когда речь идет о реальном океане. В открытых водах, таких как Северное море, волны могут свободно распространяться в разных направлениях.
Чтобы понять разницу, следует представить себе толпу зрителей, покидающих стадион после футбольного матча. Если выходить нужно длинным узким коридором с высокими стенами, люди вынуждены двигаться в одном направлении. Те, кто сзади, пытаются протолкнуться вперед, а некоторые даже перелезают через других. Это катастрофическое скопление напоминает волну-убийцу, вызванную ограниченным пространством, рассказало издание Science Alert.
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 этой теории и не формируются так же в открытом море.
Что такое конструктивная интерференция?
С помощью статистических методов ученые проанализировали данные о состоянии моря, чтобы выявить закономерности, которые лежат в основе этих редких событий. Как показали результаты, экстремальные волны, вероятнее всего, формировались не из-за модуляционной нестабильности, а в результате процесса, который называется конструктивной интерференцией.
Конструктивная интерференция происходит, когда две волны или более выстраиваются в одну большую. Этот эффект усиливается природной асимметрией морских волн: их гребни обычно острее и круче, чем плоские впадины.
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 короткий срок возвышается над окружающими водами.
Эти волны-убийцы поднимаются и опускаются менее чем за минуту, следуя так называемому квазидетерминированному шаблону в пространстве и времени. По мере того как волна набирает высоту и энергию, она не может удержаться выше определенной точки невозврата. Вершина волны переливается через край и распадается на пену, высвобождая избыток энергии.
И при чем тут квазидетерминизм волн?
Волны-убийцы встречаются не только в море. Теория океанографа Паоло Боккотти, называемая квазидетерминизмом волн, объясняет, как образуются волны-убийцы как в океане, так и в других волновых системах.
Команда применила теорию Боккотти для выявления закономерностей в записях волнения в Северном море. Гигантские волны, которые фиксировали эти записи, несли в себе своего рода сигнатуру или отпечаток группы волн, что помогло объяснить возникновение блуждающей волны.
Ученые рассказали, что 24 ноября 2023 года в Северном море произошел мощный шторм. Камера на платформе «Экофиск» зафиксировала волну-убийцу высотой 17 метров. Ученые применили теорию квазидетерминизма и модель искусственного интеллекта, чтобы исследовать происхождение этой экстремальной волны. Она образовалась из множества меньших волн, которые неоднократно накладывались друг на друга.
Понимание того, как формируются волны-убийцы, может помочь инженерам и проектировщикам строить более безопасные суда и морские платформы, а также лучше прогнозировать риски.
Результаты исследования опубликовал журнал Nature Scientific Reports.
Фото: pexels.com
