Наконец-то мы узнали, какие силы стояли за 24-метровой стеной воды, которая обрушилась на Северное море в 1995 году.
Подобно русалкам, кракен или хафгуфа, блуждающие волны считались морским мифом. Эти волны не всегда оставляют после себя много данных, из-за чего кажется, что они возникают из ниоткуда.
Однако одна чудовищная волна всё же оставила данные для учёных. 1 января 1995 года чудовищная 24-метровая волна обрушилась на нефтяную платформу «Драупнер» в Северном море. Эта так называемая волна «Драупнер» обрушила на платформу стену ледяной воды, в результате чего тяжёлое оборудование разлетелось по палубе, а стальные перила конструкции деформировались.
«Это подтвердило то, что моряки описывали на протяжении веков, — сказал в своём заявлении Франческо Феделе, инженер, специализирующийся на механике волн в Технологическом институте Джорджии. — Они всегда говорили об этих волнах, которые появляются внезапно и бывают очень большими, но долгое время мы считали это просто мифом».
Феделе также является соавтором исследования, недавно опубликованного в журнале Scientific Reports, которое наконец-то проливает свет на происхождение этих легендарных морских аномалий. Приливные волны не являются волшебным исключением из законов физики. Напротив, они являются результатом действия этих законов.
Погружение в модуляторную нестабильность
Доминирующей теорией, объясняющей формирование аномальных волн, является феномен под названием модуляционная неустойчивость. Это процесс, при котором небольшие изменения во времени и расстоянии между волнами приводят к концентрации энергии в одной волне. Вместо того чтобы оставаться равномерно распределёнными волнами, они смещаются, и одна волна становится значительно больше остальных.
По словам Феделе, модуляторная неустойчивость «в основном проявляется, когда волны ограничены каналами, как в лабораторных экспериментах, где энергия может распространяться только в одном направлении. Однако в открытом океане энергия может распространяться в разных направлениях».
Силы выравниваются
В этом новом исследовании Феделе и его команда проанализировали обширную базу данных, состоящую из 27 500 записей о волнах, собранных за 18 лет в Северном море. Каждая из этих записей содержала 30-минутное подробное описание волновой активности с указанием высоты, частоты и направления волн.
Полученные данные ставят под сомнение некоторые устоявшиеся представления о гигантских волнах. Для возникновения таких огромных волн не требуется какая-то необычная сила. Всё, что для этого нужно, — это правильное расположение привычных сил, создающих волны.
«Необузданные волны подчиняются естественным законам океана, а не являются их исключением, — сказал Феделе. — На сегодняшний день это самое убедительное доказательство в реальном мире».
Данные по Северному морю не показали модуляционной нестабильности в волнах-изгоях. Вместо этого команда обнаружила, что самые большие волны, вероятно, являются результатом двух более простых эффектов.
Первый эффект называется линейной фокусировкой. Он возникает, когда волны, движущиеся с разной скоростью и в разных направлениях, совпадают по времени и месту. Затем волны накладываются друг на друга, образуя гораздо более высокий гребень (верхнюю часть волны) чем обычно.
Связанные нелинейности — это второй эффект, который наблюдала команда. Они возникают, когда естественные процессы, происходящие в волне, изменяют её форму. Из-за этого гребень становится более крутым и высоким, а впадина, или самая низкая точка волны, одновременно становится более плоской. Из-за искажения большие волны могут стать ещё выше примерно на 15–20 процентов.
Когда эти два стандартных волновых процесса объединяются, в результате получается гораздо более крупная волна. Нелинейная природа океанских волн придаёт им дополнительный импульс, способствуя дальнейшему распространению.
«Они являются частью языка океана»
Поскольку волны-убийцы не являются чем-то мифическим или теоретическим, они представляют реальную опасность для судов и морских сооружений. Тем не менее многие модели прогнозирования по-прежнему рассматривают волны-убийцы как непредсказуемые случайности, по словам Феделе. Обновление этих моделей крайне важно для повышения безопасности.
«Они экстремальные, но их можно объяснить, — сказал он. — Это важно для безопасности судоходства, прибрежных сооружений и нефтяных платформ. Они должны быть спроектированы так, чтобы выдерживать экстремальные погодные условия».
Команда также использует ИИ для анализа данных о волнах за несколько десятилетий и обучения алгоритмов выявлению едва заметных комбинаций высоты, направления и времени, которые предшествуют экстремальным волнам. Их цель — предоставить синоптикам более совершенные и точные инструменты, которые смогут предсказывать, когда может возникнуть аномальная волна.
Хотя океанские волны могут казаться хаотичными, экстремальные волны, такие как волны-убийцы, на самом деле подчиняются естественному, узнаваемому ритму, который может помочь в составлении прогнозов. Каждая волна-убийца имеет своего рода «отпечаток» в виде структурированной группы волн до и после пика, которая показывает, как она сформировалась.
«Неистовые волны — это просто плохой день на море, — сказал Феделе. — Это экстремальные явления, но они являются частью языка океана. Мы только сейчас учимся его понимать»