Волна как луч
Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком
Учеными создана лабораторная модель океана, в котором рождаются и умирают гигантские волны. Теперь специалисты смогут точнее следить за маршрутами цунами и предупреждать об опасности жителей Тихоокеанского побережья. Исследователи выявили в поведении водяных валов неизвестные доселе закономерности. Как оказалось, цунами более близкий родственник не обычной водяной волне, а… световой.
Тщательно разработанная сеть станций слежения, разбросанная по обширной акватории Тихого океана, своевременно регистрирует мощь и маршрут движения любого гигантского вала, зародившегося вблизи очага очередного землетрясения. Станции немедленно передают сигналы тревоги в районы предполагаемого бедствия. Но определить его масштабы или площадь района, на который обрушится вал, они пока еще не могут. И все оттого, что цунами ведет себя совсем не как обычная волна, которая, еще не достигнув берега, растекается в полосе прибоя. Цунами живет очень долго.
Например, необычайно сильное землетрясение у берегов Чили, случившееся в 1960 году, породило гигантский водяной горб. Чуть более суток понадобилось ему на преодоление необозримых просторов океана, разделяющих побережья Южной Америки и Японии. Проделав столь долгий путь, он, увы, не «развалился» на более мелкие волны, а почти целиком достиг дальневосточных берегов и обрушил на них огромную водяную стену высотой в шестиэтажный дом (специалисты называют такие волны-гиганты солитонами).
В силу каких же причин солитон, пробежав целый океан, не распался по пути, как его маленькие собратья, а достиг Тихоокеанского побережья Японии? Чтобы получить ответ на этот далеко не простой вопрос, исследователи создали в лаборатории модель цунами.
В продолговатом коробе прямоугольной формы, склеенном из крупных листов прозрачного оргстекла, застыло водное зеркало. Но вот специальное приспособление создало в воде высокий вал и стремительным рывком швырнуло его в сторону наклонной плоскости, имитирующей берег. Цунами двинулся в атаку. На его пути возникали искусственные берега, поднимались подводные горы. А приборы фиксировали все изменения, происходящие с волной,— высоту, скорость и т. д. Как показали детальные исследования, цунами отличается от обычной волны тем, что у него отсутствует характерный пенистый гребень, непременно опережающий волну и тем самым способствующий ее разрушению.
Пенистый гребень нарушил бы архитектуру солитона. По гребню вода с вершины волны стекает вниз. Так гребень как бы размывает волну, которая постепенно распластывается по поверхности моря. Цунами же за счет гигантской энергии вулканического толчка, приобретенной еще при рождении, спрессовывается в плотный водяной вал, долго сохраняющий свою форму. Вал этот, словно водяная капля, скользящая по стеклу, движется по поверхности океана. Его основание охраняют от размыва силы сцепления между молекулами воды. А цунами имеет такую форму, считают исследователи, что силы «растяжения» (они образуют у обычной волны гребень) и внутренние силы сцепления молекул воды уравновешивают друг друга. Поэтому солитон и живет так долго. Но стоит нарушить эту форму — и он распадается.
Причем подводные горные цепи в тех случаях, когда они вытянуты по направлению движения цунами, превращаются в своеобразные охранительные волноводы и увеличивают высоту волны. Ученые заметили — поведение морских волн во многом согласуется с законами оптики. Встретив препятствие, например остров, шеренги волн расходятся, словно лучи света. А если цунами, ворвавшись в бухту, встречает на своем пути волны с такой же частотой колебаний и такой же длины (иными словами, входят с ними в резонанс), то его собственная амплитуда приобретает поистине фантастические размеры!
Зная законы, по которым рождается цунами, исследователи смогут точнее прогнозировать поведение гигантских волн. Быть может, в недалеком будущем удастся вывести из равновесия сбалансированные силы сцепления и растяжения, нарушив, таким образом, строгую архитектуру солитона. И тогда на его вершине возникнет пенистый гребень, который, вполне вероятно, превратит цунами в самую обычную волну. Но это в будущем, а пока специалисты уже могут достаточно точно предсказать маршрут волны гиганта и вовремя предупредить о ней жителей Тихоокеанского побережья.
Автор: Павел Чайка, главный редактор журнала Познавайка
При написании статьи старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение можете написать на мою почту pavelchaika1983@gmail.com или в Фейсбук, с уважением автор.