Видоизменения волнения с уменьшением глубины
При приближении волны к берегу глубина начинает убывать, и наконец размеры волны сравнительно с глубиной становятся уже заметными величинами. Вследствие этого создаются совершенно иные условия в той среде, где (распространяется волна, а следовательно, видоизменяется и форма волны, и в зависимости от местных условий получается или прибой разного характера, или бурун.
Только период волны остается неизменным, и благодаря этому всегда можно определить те размеры, какие волна имела на глубокой воде. Возрастание высоты волны с убыванием глубины вытекает из следующего рассуждения. На глубокой воде волна обладает некоторой живой силой, для каждого, слоя воды шириной в 1 м и длиной, равной длине волны, пропорциональной квадрату радиуса орбиты поверхностной частицы. При уменьшении глубины убывает снизу.
По мере того как волны приближаются к берегу и глубина убывает, уменьшается их длина и увеличивается высота, т. е. они приближаются к циклоидальной предельной форме, и в то же время в их нижних частях вследствие трения о дно замедляется движение частиц, почему верхняя часть волны начинает опрокидываться, что случается около глубины, равной высоте волны; при этом верхушка волны рассыпается пенистым гребнем.
Подобное изменение формы волны хотя и происходит от одной и той же причины, но называется различно, смотря по тому, где оно случается. Если разбивание волны происходит у самой береговой черты, то это будет прибой, если же оно бывает на некотором удалении от берега над полосой отмелей или подводных рифов (иногда совершенно в открытом море), то явление называется буруном.
Прибой, кроме того, получает разный характер в зависимости от того, отмелый берег или приглубый.
Когда прибой случается у приглубокого берега, круто поднимающегося из воды, то рассыпание волны происходит только при ударе о берег. При этом образуется обратная волна, встречающаяся со следующей за ней и уменьшающая ее силу удара, а затем набегает новая волна и снова ударяет в берег. Такие удары волн в случае большой зыби или сильного волнения сопровождаются нередко взбросами волн на значительную высоту.
При взбросе волна получает огромную силу, которая производит нередко громадные разрушения, особенно в случае, если волна идет с большой глубины и не ослабляется постепенно трением о дно. Разрушительная сила прибоя при этом достигает удивительных размеров. На Шетландских островах, к северу от Шотландии, встречаются обломки гнейсовых скал, доходящие до 6—13 т весом, выброшенные прибоем на высоту до 20 м над уровнем моря. В Шотландии в гавани Вик при постройке волнолома в декабре 1872 г. при восточном шторме сдвинуло и перебросило на другое место прибоем четыре бетонных массива, связанных в одно целое. Внизу было три массива от 80 до 100 т каждый, а на них был помещен и связан с ними якорями массив в 800 т. Вся эта масса более 1000 т весом была прибоем опрокинута в гавань.
На маяке Белл-Рок в Шотландии прибой, случается, дает взброс до 33 и высотой, а у стенки волнолома з Олдерней, в Англии, бывают взбросы до 60 м высотой.
В Бильбао, в Испании, на берегу океана штормовым прибоем в 1894 г. был перевернут и сброшен со своего места бетонный массив в 1700 т.
У маяка Тилламук в Соединенных Штатах, стоящего на скале того же имени немного южнее устья р. Колумбии в Тихом океане, в свежую погоду часто бывают сильные взбросы. Одним из таких взбросов, случившимся в декабре 1894 г., обломок скалы весом около 60 кг подбросило выше фонаря маяка, имеющего высоту 42 м; камень упал на крышу дома сторожа, стоящего на 25 м выше уровня воды, пробил в крыше отверстие в 2 м2 и разрушил все внутри дома. Другой кусок скалы в полтонны весом забросило к подножию дома сторожа.
В 1902 г. 11 февраля там же взбросом подняло столб воды, покрывший башню маяка, т. е. взброс был до 45 м высоты.
В 1901 г. 29 декабря взбросом подняло воду выше фонаря маяка Тилламук, т. е. на высоту в 48 м над уровнем моря.
В Генуе в 1898 г. штормовой прибой разломал волнолом, причем были сдвинуты с места 800-тонные массивы.
Замечательный прибой бывает в Коломбо на о. Цейлон при SW муссоне, который разводит в океане большое волнение, приходящее в Коломбо с большого простора и глубины.
В Ла-Манше, куда большая волна приходит из Атлантического океана хотя и не так свободно, как в Коломбо, потому что она пробегает здесь довольно большое пространство по материковой отмели, наблюдается все-таки сильный прибой, например у берегов о. Гернси и в других местах.
Для определения величины давления, развиваемого прибоем, английский инженер Стевенсон построил динамометр, состоящий из площадки определенного размера, удерживаемой пружинами в выдвинутом положении; перемещения площадки во внутрь под влиянием удара волны отмечаются прибором. При помощи динамометра Стевенсон измерял удары волн при взбросах и получил силу удара, доходящую до 38 т на 1 м2. Устанавливая два динамометра, один там, где получается взброс,. а другой всего в 12 м мористее и почти на той же высоте, Стевенсон определил, что на более выдвинутом в море приборе давление было в два раза меньше, очевидно потому, что масса волны не успела еще приобрести той скорости, какую она получает при взбросе.
Подобного рода действие волн на берега производит разрушение их, и так как продолжительность времени, в течение коего берега подвергаются такому разрушительному действию волн, может быть очень велика, то и результаты разрушения получаются громадные. Например, разрушение волнами берегов Англии за период времени с 1867 по 1900 г. уничтожило в сумме площадь страны, равную 4,6 км2. Берега Франции в Ла-Манше также непрерывно подвергаются разрушениям, и в течение последних 40 лет маяк Ла-Эв около Гавра пришлось переносить на новое место вследствие разрушения берега. В этих случаях, если существует у берегов достаточно сильное приливо-отливное течение, могущее уносить материал, даваемый разрушением берега волнением, то разрушение будет идти быстро; если же таких течений нет, то обрушившаяся часть берега создает некоторую преграду, пока прибой ее не уничтожит.
Если волна разбивается не у самого берега, а в некотором удалении от него, на отмели или на рифах, то подобное явление называется буруном.
На какой глубине должны лежать отмели или подводные скалы, чтобы на них образовались буруны, зависит, конечно, от размеров волнения.
По имеющимся сведениям, при сильном волнении наблюдались буруны в разных местах на следующих глубинах.
На о. Мартиника в Малых Антильских островах наблюдается бурун на глубинах 10 м; около Лиссабона — на глубине 13 м; на о. Мадейра — на глубине 27 и 31 м; около о. Терсейра (Азорские) —на глубине 48 м;, около о. Роббен (около Кейптауна, южная Африка) на глубине 45— 55 м; у северных берегов Испании около м. Рабаналь — на глубине 46— 57 м. В Средиземном море у берегов Сирии иногда случается наблюдать буруны на глубинах до 84 м.
Хотя бурун бывает при волнении определенного размера, тем не менее, в случае прохождения даже и меньших волн над местом, где изменяется глубина, всегда заметно бывает увеличение высоты и укорачивание длины волн настолько, что для небольших судов это представляет некоторую опасность.
Так, например, на окраине Ньюфаундлендской банки замечается изменение характера волнения сравнительно с тем, что наблюдается на глубокой воде. Даже на таких больших глубинах, какие имеются на подводном пороге Уайвилла-Томсона, между Фарерскими островами и Шотландией, т. е. при глубинах 400—500 м, замечается укорачивание волн.
Глубина, на которой волнение, по-видимому, совершенно не возмущает даже легких частиц ила, в океане соответствует окраине материковой отмели (200 м).
Толчея есть результат интерференции волн; в этом случае образуются высокие, крутые волны, почти циклоидального характера. Такое явление наблюдается всегда при отражении волнения от берега, от стенки пристани или при встрече двух систем волнения, например около выдающегося в море мыса или в центре циклона, куда ветры, стремящиеся в центральную область циклона, гонят волны с разных сторон, образуя там толчею, достигающую особенно больших размеров в средней области ураганов и тайфунов.
Влияние на волнение распространения на поверхности воды масла или скоплений мелких плавающих предметов. Влияние масла на изменение характера волнения было известно еще в древности, а влияние скоплений каких-либо плавающих тел было подмечено еще Скоресби, который наблюдал в полярных странах влияние скоплений ледяных кристалликов, образующихся на поверхности воды при начале замерзания.
Обыкновенно при указании описываемого явления говорят — масло успокаивает волнение; это неверно, волнение остается без перемены, успокаиваются только гребни волн и второстепенные, третьестепенные и меньших размеров волны, существующие всегда на поверхности главных волн; т. е. ветровые волны обращаются почти в волны зыби с гладкой поверхностью и отсутствием гребней, срываемых ветром. Гребни при большой массе воды, их образующей, представляют опасность для судов, так «ак удары гребней обладают большой живой силой и не только могут смыть людей с палубы, но и разрушить стоящие на ней или висящие на шлюпбалках шлюпки, поломать палубные рубки и разные надстройки и т. п.
Масло всякого рода обладает почти в два раза меньшим поверхностным натяжением, нежели вода, и гораздо большей вязкостью. Обладая в то же время свойством очень быстро распространяться по поверхности воды, пленка масла охватывает большое пространство и тем успешнее успокаивает гребни и сглаживает поверхности волн. Действительно, вследствие малого поверхностного натяжения масла ветер той же силы возбуждает на его поверхности гораздо меньших размеров капиллярные волны, и они не могут легко нарастать и давать волны больших размеров, усиливая постепенно волнение. В то же время большая вязкость масла не позволяет ветру оазорвать его слой, хотя он и очень тонок, не толще 0,0002 мм, и, следовательно, масляный слой не дает ветру срывать гребни волн.
Вследствие тонкости слоя масла, очень небольшое его количество быстро покрывает значительную площадь моря, например, 50 см3 масла в 20 мин. покрывают площадь около 15 000 м2, потому для средней величины корабля достаточно около 3 л масла в час. Чтобы равномерно выливать столь небольшое количество масла, употребляют следующее простое средство. Обыкновенные мешки из-под угля, которые всегда есть на судах, наполняют хорошо растрепанной пенькой (шкимушкой), пропитанной маслом, на каждый мешок надо литра по 4 масла. По два мешка с каждого борта на концах опускают до воды, а концы крепят на борту. Чтобы масло легче распространялось по воде, в мешках делают несколько дыр. Время от времени мешки поднимают и доливают в них масла. Последнее может быть всякого сорта, но действительнее всего животные масла (рыбий или тюлений жир), затем растительные масла; минеральные масла действуют хуже, также и более густые масла сравнительно с более жидкими.
Всякие плавающие предметы в таком количестве, что они покрывают большое пространство моря, оказывают, подобно маслу, влияние на успокоение гребней и второстепенных волн. Например, скопление большого количества водорослей в Саргассовом море и иногда и в других местах океанов оказывает влияние на характер волнения. В полярных поясах океанов такое же действие оказывают плавучие льды, почему там волнение никогда не достигает больших размеров.
Описанным свойством масла можно пользоваться, например, при необходимости в свежую погоду спустить шлюпки для оказания помощи или для сообщения между судами. В этих случаях суда будут стоять на месте, и масло, распространившись вокруг, образует на поверхности моря большое пятно, внутри которого гребни будут успокоены, и шлюпки не будут заливаться и захлестываться волнами. При прохождении через буруны шлюпки тоже с пользой могут употреблять масло, вывешивая мешок на носу.
Успокаивающее влияние на волнение оказывает также и дождь, потому что капли его, обладая большой инерцией, проникают в верхний слой воды как бы посторонние тела и этим самым нарушают характер движения поверхностных частиц воды и успокаивают гребни и второстепенные волны.
|
|
Читайте в рубрике «Морские волны»: |