Хвиля як промінь
Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.
Вченими створено лабораторну модель океану, в якому народжуються і вмирають гігантські хвилі. Тепер фахівці зможуть точніше стежити за маршрутами цунамі і попереджати про небезпеку жителів Тихоокеанського узбережжя. Дослідники виявили в поведінці водяних валів невідомі досі закономірності. Як виявилося, цунамі ближчий родич не звичайної водяної хвилі, а… світлової.
Ретельно розроблена мережа станцій спостереження, розкидана по великій акваторії Тихого океану, своєчасно реєструє міць і маршрут руху будь-якого гігантського валу, який зародився поблизу вогнища чергового землетрусу. Станції негайно передають сигнали тривоги в райони ймовірного лиха. Але визначити його масштаби або площу району, на який обрушиться вал, вони поки що не можуть. І все через те, що цунамі поводиться зовсім не як звичайна хвиля, яка, ще не досягнувши берега, розтікається в смузі прибою. Цунамі живе дуже довго.
Наприклад, надзвичайно сильний землетрус біля берегів Чилі, той, що трапився в 1960 році, породив гігантський водяний горб. Трохи більше доби знадобилося йому на подолання неозорих просторів океану, що розділяють узбережжя Південної Америки і Японії. Проробивши такий довгий шлях, він, на жаль, не «розвалився» на більш дрібні хвилі, а майже цілком досяг далекосхідних берегів і обрушив на них величезну водяну стіну висотою в шестиповерховий будинок (фахівці називають такі хвилі-гіганти солітонами).
В силу яких же причин солітон, пробігши цілий океан, не розпався по шляху, як його маленькі побратими, а досяг Тихоокеанського узбережжя Японії? Щоб отримати відповідь на це далеко не просте запитання, дослідники створили в лабораторії модель цунамі.
У довгастому коробі прямокутної форми, склеєному з великих листів прозорого оргскла, застигло водне дзеркало. Але ось спеціальне пристосування створило у воді високий вал і стрімким ривком жбурнуло його в сторону похилої площини, що імітує берег. Цунамі рушив в атаку. На його шляху виникали штучні берега, піднімалися підводні гори. А прилади фіксували всі зміни, що відбуваються з хвилею, – висоту, швидкість і т. д. Як показали детальні дослідження, цунамі відрізняється від звичайної хвилі тим, що у нього відсутній характерний пінистий гребінь, що неодмінно випереджає хвилю і тим самим сприяє її руйнуванню.
Пінистий гребінь порушив би архітектуру солітону. По гребеню вода з вершини хвилі стікає вниз. Так гребінь як би розмиває хвилю, яка поступово розпластується по поверхні моря. Цунамі ж за рахунок гігантської енергії вулканічного поштовху, придбаної ще при народженні, спресовується в щільний водяний вал, що довго зберігає свою форму. Вал цей, немов водяна крапля, що ковзає по склу, рухається по поверхні океану. Його заснування охороняють від розмиву сили зчеплення між молекулами води. А цунамі має таку форму, вважають дослідники, що сили «розтягування» (вони утворюють у звичайній хвилі гребінь) і внутрішні сили зчеплення молекул води врівноважують один одного. Тому солітон і живе так довго. Але варто порушити цю форму – і він розпадається.
Причому підводні гірські ланцюги в тих випадках, коли вони витягнуті у напрямку руху цунамі, перетворюються в своєрідні охоронні хвилеводи і збільшують висоту хвилі. Вчені помітили – поведінка морських хвиль багато в чому узгоджується з законами оптики. Зустрівши перешкоду, наприклад острів, шеренги хвиль розходяться, немов промені світла. А якщо цунамі, увірвавшись в бухту, зустрічає на своєму шляху хвилі з такою ж частотою коливань і такої ж довжини (іншими словами, входять з ними в резонанс), то його власна амплітуда набуває воістину фантастичні розміри!
Знаючи закони, за якими народжується цунамі, дослідники зможуть точніше прогнозувати поведінку гігантських хвиль. Бути може, в недалекому майбутньому вдасться вивести з рівноваги збалансовані сили зчеплення і розтягування, порушивши, таким чином, сувору архітектуру солітону. І тоді на його вершині виникне пінистий гребінь, який, цілком імовірно, перетворить цунамі в саму звичайну хвилю. Але це в майбутньому, а поки фахівці вже можуть досить точно передбачити маршрут хвилі гіганта і вчасно попередити про неї жителів Тихоокеанського узбережжя.
Автор: Павло Чайка, головний редактор журналу Пізнавайка
При написанні статті намагався зробити її максимально цікавою, корисною та якісною. Буду вдячний за будь-який зворотний зв'язок та конструктивну критику у вигляді коментарів до статті. Також Ваше побажання/питання/пропозицію можете написати на мою пошту pavelchaika1983@gmail.com або у Фейсбук.