Под морскими волнами понимают такую форму периодического, непрерывно меняющегося движения, при котором частицы воды совершают колебания около своего положения равновесия.

Морские волны классифицируются по различным признакам:

По происхождению выделяют следующие виды волн:

Ветровые, образующиеся под действием ветра,

Приливные, возникающие под действием притяжения Луны и Солнца,

Анемобарические, образующиеся при отклонении уровня поверхности моря от положения равновесия, происходящего под действием ветра и изменения атмосферного давления,

Сейсмические (цунами), возникающие в результате подводных землетрясений и извержения подводных или прибрежных вулканов,

Корабельные, образующиеся при движении судна.

По силам, стремящимся возвратить частицу воды в положение равновесия:

Капиллярные волны (рябь),

Гравитационные.

По действию силы после образования волны:

Свободные (действие силы прекратилось),

Вынужденные (действие силы не прекратилось.

По изменчивости элементов во времени:

Установившиеся (не изменяют своих элементов),

Неустановившиеся, развивающиеся, затухающие, (изменяющие свои элементы во времени).

По расположению в толще воды:

Поверхностные, возникающие на поверхности моря,

Внутренние, возникающие на глубине.

По форме:

Двухмерные, представляющие собой следующие друг за другом длинные параллельные валы,

Трехмерные, не образующие параллельных валов. Длина гребня соизмерима с длиной волны (ветровое волнение),

Уединенные (одиночные),имеющие только куполообразный гребень без подошвы волны.

По соотношению длины волны и глубины моря:

Короткие (длина волны значительно меньше глубины моря),

Длинные (длина волны значительно больше глубины моря).

По перемещению формы волны:

Поступательные, характеризующиеся видимым перемещением профиля волны Частицы воды движутся по круговым орбитам.

Стоячие (сейша), не перемещаются в пространстве. Частицы воды совершают движение только в вертикальном направлении. Сейши возникают тогда, когда уровень воды поднимается у одного края водоема и одновременно опускается у другого обычно после прекращения ветра.

В небольших бассейнах (в гавани, бухте и т. п.) сейша может возникать при прохождении судов.

Наиболее часто в морях и океанах судоводителям приходится встречаться с ветровыми волнами, которые вызывают качку судна, заливаемость палубы, уменьшают скорость хода, а при сильном шторме наносят повреждения, которые приводят к гибели судна.

Ветровое волнение подразделяется на три основных типа:

Ветровое – это волнение, которое образуется ветром, дующим в данном месте в данный момент. При ослаблении или полном прекращении ветра волнение переходит в зыбь.

Зыбь – это волнение, распространяющееся по инерции в виде свободных волн после ослабления или прекращения ветра. Зыбь, распространяющаяся при штиле, называется мертвой. Волны зыби обычно длиннее ветровых, более пологи и имеют почти симметричную форму. Направление зыби может отличаться от направления ветра и нередко зыбь распространяется навстречу ветру или под прямым углом к нему.

Прибой – это волны, образуемые ветровыми волнами или зыбью вблизи берегов. Распространяясь с глубокой воды открытого моря в сторону берега на мелководье, волны трансформируются. Трехмерные волны превращаются в двухмерные, имеющие вид длинных гребней, параллельных друг другу, Их высота, крутизна и разрушительная сила увеличиваются Сила удара прибойной волны может достигать 90 т/м 2 . В зоне прибоя возникают опрокидывающие и переворачивающие моменты, опасные для плавсредств.

Поэтому плавание в мелководной прибрежной зоне и высадка на берег здесь очень затруднительна, опасна, а иногда и невозможна.

Предупреждениями о подводных препятствиях могут служить буруны.

Бурун – это явление, когда волны опрокидываются и разбиваются над мелями, банками, рифами и другими повышениями дна.

Одной из разновидностей волн является толчея - это встреча волн с разных направлений, в результате чего они утрачивают определенное направление движения и представляют собой беспорядочные стоячие волны.

Вспоминаем: Почему на море бывают волны? Что вы читали о действии волн на морские берега?

Ключевые слова: морские волны, цунами.

1. Морские волны. Воды Мирового океана находятся в непрерывном движении и перемешивании.

* Движение вод Мирового океана может быть колебательным (волны) и поступательным (течения). Даже слабый ветер вызывает на поверхности воды волны. При колебательных движениях частицы воды в горизонтальном направлении не передвигаются. В этом легко убедиться, если понаблюдать за поплавком на волнах. Поплавок лишь поднимается и опускается, но не перемещается в горизонтальном направлении.

Одна из главных причин движения воды - ветер. Стоит подняться ветру, даже слабому, и побежали по морю волны. Усилится ветер, и сразу на волнах появляются белые пенистые гребешки. Их называют «барашками». Значит, волны уже более 3 баллов. Катятся волны, и кажется, что морская вода движется к берегу. Нет, вода не движется, это лишь волны бегут по поверхности моря. Вода в волнах опускается и поднимается, не перемешиваясь в горизонтальном направлении (рис. 96).

Рис. 96. Волны и их элементы.

* Ветер воздействует на поверхность воды и выводит ее частицы из состояния равновесия. Волнение устанавливается при скорости ветра более 1 м/с и охватывает только верхнюю толщу воды.

Морское волнение оценивается по 9-балльной шкале. Баллы определяются на глаз, по состоянию водной поверхности. Волнение от 1 балла до 3 - слабое, от 4 до 5 - умеренное, от 6 до 7 - сильное, от 8 до 9 - исключительное (см. табл. 3 в Приложении 1).

Волны активно разрушают береговую сушу, обкатывают и стирают обломочный материал, распределяют его по подводному склону. При приближении к берегу скорость нижней части волны уменьшается, высота и крутизна волн возрастают, их гребни опрокидываются. Возникает прибой у берега и бурун на отмелях, подводных и надводных поднятиях (рис. 97).

Рис. 97. Прибой.

Волны бывают высотой до 20 м и более. Это сравнимо с высотой пятиэтажного дома. Они обладают огромной разрушительной силой. Встречаются обломки скал массой до 15т, выброшенные на берег. Известны случаи опрокидывания каменных глыб весом 250 т. Чтобы защитить суда, стоящие в морских портах, от разрушительной силы волн, порты ограждают волнорезами, сделанными из особо прочных железобетонных плит.

* Наибольшей высоты волны достигают в умеренных широтах, особенно в Южном полушарии, где океан занимает наибольшее пространство, ветры сильные и постоянные. Здесь наблюдаются волны высотой до 20 - 30 м. Средние же высоты волн при умеренных ветрах 1 - 3, при значительных - 6 - 10 м. Самое малое волнение отмечается в экваториальных широтах, в полосе безветрия и слабых ветров. В тропических широтах господствуют постоянные ветры, поэтому водная поверхность почти всегда находится в неспокойном состоянии, но преобладает умеренное волнение. В морях волны меньше, чем в открытом океане, их высота не более 3 м.

2. Цунами. Причиной возникновения волн в океане, кроме ветра, бывают движения земной коры. Волны, вызываемые сильными подводными землетрясениями, реже извержениями подводных вулканов называются ц у н а м и (рис. 98). Они распространяются с большой скоростью (400 - 800 км/ч). Это скорость реактивного самолета.

Цунами - слово японское ("цу" - бухта, "нами" – волна). Следовательно, цунами – волна, заливающая бухту. Такое название эти волны получили потому, что в открытом океане высота их незначительная (2 - 5 м), там они мало заметны и не опасны. У берегов же высота волн сильно возрастает (до 15 и даже 40 м). Обрушиваясь на берег, волны разрушают постройки, разбивают суда, а отступая, уносят в океан все, что встречают на своем пути. Теперь во всех опасных районах действует специальная служба, которая быстро оповещает население о грозящей опасности.

1. Под воздействием каких сил возникают морские волны? 2. Что является причиной возникновения цунами? 3. Какое воздействие цунами оказывают на побережье?

Австралийский фотограф Мэтт Берджесс (Matt Burgess) на протяжении шести лет снимает океан. Он делает снимки с необычных ракурсов и даже заглядывает «под волну» - большинство людей не видели океан с этой стороны.

Воды Мирового океана постоянно двигаются. На берег то набегают, то откатываются волны. И вода в волнах не перемещается только в горизонтальном направлении - в этом можно легко убедиться, наблюдая за поплавком на воде.

У пологого берега волна «чувствует» дно. От трения нижняя часть слоя жидкости тормозится, а гребень волны продолжает движение, наклоняется вперед и опрокидывается. Так возникает прибой. На берег набегает пенистый водяной вал, а навстречу ему, с берега стекает вода предыдущей волны.

Главной причиной возникновения волн является ветер. Он словно вдавливает водную поверхность и выводит её из состояния равновесия.

Даже слабый ветер может создает волны. Обычно высота волн не превышает 4 метров. Большие волны (более 20 метров) порождаются штормовыми ветрами. Крупнейшая из ветровых волн высотой 34 метра (это высота 10-этажного дома) была зафиксирована в центральной части Тихого океана в 1933 году.

Когда ветер слабеет, высокие волны океана меняются рябью - низким волнением. Чем сильнее, длительный ветер и больший водное пространство, тем выше волны. С глубиной воды волнение уменьшается и становится незаметным.

Волны выполняют разрушительную и созидательную работу. В одних местах они с такой силой бьют о берег, что разрушают горные породы

На берегах Черного моря сила удара волны может достигать 25 тонн на 1 кв.м. Не всякая постройка выдержит такой натиск. При этом, вода поднимается вверх на высоту до 60 метров.

При шторме волны океана способны перемещать камни весом в несколько тонн. Чтобы защитить берега и портовые сооружения от разрушения, строят специальные волнорезы из железобетонных плит.

Творческая работа волн океана - это создание песчаных и галечных пляжей. Кроме того, волны перемешивают воду, способствуют обогащению ее кислородом и теплом. Это необходимо для живых организмов Океана.

Землетрясения и извержения вулканов могут вызывают огромные волны - цунами, которые распространяются во все стороны от места возникновения и охватывают всю толщу воды от дна до поверхности. Цунами идут через весь океан со скоростью реактивного самолета.

Высота цунами в открытом океане невелика - до 1 м при длине волны 200 км. Поэтому среди водных просторов большого волнения нет и цунами трудно заметить.

Все меняется с приближением к берегу. Перед цунами море, обнажая дно, отходит от берегов на сотни метров, будто для разбега. А потом стремительно накатывается волна. Зажатая берегами в узкой гавани, она вырастает до 20-30 м. Вот почему японское слово «цунами» дословно переводится, как «волна в гавани».

Стена воды цунами всей тяжестью обрушивается на побережье. Она переворачивает судна, разрушает здания, а отступая, несет в океан всё, что попадается на её пути. Чаще цунами случаются на западном побережье Тихого океана. Предотвратить цунами невозможно, можно можно лишь заранее предупредить о приближении.

Издавна было замечено, что каждые 6 часов уровень воды в Мировом океане то поднимается, то опускается. Вода то наступает на берег и продвигается далеко на сушу, то отступает от него, обнажая дно. Поднятие уровня воды в Океане называется притоком, а ее спад - оттоком. На побережьях морей ширина приточной полосы достигает иногда нескольких километров. В приток там можно плавать на лодке и ловить рыбу. В отлив - гулять по дну и собирать ракушки.

Приливы - это тоже волны океана. Они вызваны гравитацией Луны и Солнца. Вместе им удается создавать приливную волну. В отличие от обычной, приливная волна носит всепланетный характер. Огромные массы Мирового океана то поднимаются, то опускаются. Океан как-будто дышит.

Луна и, в меньшей степени, Солнце вызывают приливы и отливы, как по расписанию - 2 раза в сутки. Приливы и отливы, как день и ночь, приходят на нашу планету с точностью хороших часов.

Время наступления приливов не везде одинаково. Кроме того, в океане высота таких волн составляет менее 1 м, поэтому там они незаметны. Высокие приливы наблюдаются в узких заливах, устьях рек. Так, высота прилива в Черном море может быть всего несколько сантиметров, а в узких заливах Охотского моря достигает 13 метров. Самые высокие приливы в Мировом океане, достигающие 18 м, наблюдаются в заливе Фанди у восточного побережья Северной Америки.

Мореплавателями давно были составлены специальные таблицы, которые позволяли проводить корабли с учетом высокой или низкой волны. В наши дни таблицы заменили компьютеры.

А еще приливные волны имеют огромную энергию, которую человек использует для получения электроэнергии.

Интересно, что в результате строительства «приливной» гидроэлектростанции, как полагают, Земля замедлит вращение вокруг своей оси на один день в 2 тысячи лет.

Любопытно, что на больших глубинах в океане возникают волны высотой до 100 метров, однако на поверхности воды эти волны незаметны.

Волнение моря представляет собой колебание водной поверхности вверх и вниз от среднего уровня. Однако в горизонтальном направлении при волнении не перемещаются. В этом можно убедиться, наблюдая за поведением поплавка, качающегося на волнах.

Волны характеризуются следующими элементами: наиболее низкая часть волны называется подошвой, а самая высокая - гребнем. Крутизной склонов называется угол между ее склоном и горизонтальной плоскостью. Расстояние по вертикали между подошвой и гребнем есть высота волны. Она может достигать 14-25 метров. Расстояние между двумя подошвами или двумя гребнями называется длиной волны. Наибольшая длина около 250 м, крайне редко встречаются волны до 500 м. Быстрота продвижения волн характеризуется их скоростью, т.е. расстоянием, пробегаемым гребнем обычно за секунду.

Главной причиной волнообразования является . При малых его скоростях возникает рябь - система мелких равномерных волн. Они появляются с каждым порывом ветра и мгновенно затухают. При очень сильном ветре, переходящем в шторм, волны могут деформироваться, при этом подветренный склон оказывается круче наветренного, а при очень сильных ветрах гребни волны срываются и образуют белую пену - «барашки». Когда шторм кончается, по морю еще долго ходят высокие волны, но уже без острых гребней. Длинные и пологие волны после прекращения ветра называются зыбью. Крупную зыбь с малой крутизной и длиной волны до 300-400 метров при полном отсутствии ветра называют ветровой зыбью.

Преобразование волн происходит также при приближении их к берегу. При подходе к пологому берегу нижняя часть набегающей волны тормозится о грунт; длина уменьшается, а высота увеличивается. Верхняя часть волны движется быстрее нижней. Волна опрокидывается, и гребень ее, падая, рассыпается на мелкие, насыщенные воздухом, пенистые брызги. Волны, разрушаясь у берега, образуют прибой. Он всегда параллелен берегу. Вода, выплеснутая волной на берег, по пляжу медленно стекает обратно.

Когда волна подходит к обрывистому берегу, она со всей силой ударяется о скалы. В этом случае волна взбрасывается вверх в виде красивого, пенистого вала, достигающего высоты 30-60 метров. В зависимости от формы скал и направления волн вал разбивается на части. Сила удара волн доходит до 30 тонн на 1 м2. Но необходимо отметить, что главную роль играют не механические удары масс воды о скалы, а образующиеся воздушные пузырьки и перепады гидравлического , которые в основном и разрушают , слагающие скалы (см. Абразия).

Волны активно разрушают прибрежную сушу, окатывают и истирают обломочный материал, а затем распределяют его по подводному склону. У приглубья берегов сила удара волн очень велика. Иногда на некотором расстоянии от берега находится мель в виде подводной косы. В этом случае опрокидывание волн происходит на отмели, и образуется бурун.

Форма волны все время меняется, производя впечатление бегущей. Это происходит вследствие того, что каждая водная частица равномерным движением описывает круги около уровня равновесия. Все эти частицы движутся в одну сторону. В каждый момент частицы находятся в разных точках круга; это и есть система волн.

Наибольшие ветровые волны наблюдались в Южном полушарии, где океан наиболее обширен и где западные ветры наиболее постоянны и сильны. Здесь волны достигают 25 метров в высоту и 400 метров в длину. Скорость передвижения их около 20 м/с. В морях волны меньше - даже в большом они достигают только 5 м.

Для оценки степени волнения моря применяется 9-балльная шкала. Ее можно использовать при изучении любого водоема.

9-балльная шкала оценки степени волнения моря

Баллы	Признаки степени волнения
0	Гладкая поверхность
1	Рябь и небольшие волны
2	Небольшие гребни волн начинают опрокидываться, но белой пены еще нет
3	Местами на гребнях волн появляются «барашки»
4	«Барашки» образуются всюду
5	Появляются гребни большой высоты, и ветер начинает срывать с них белую пену
6	Гребни образуют валы штормовых волн. Пена начинает вытягиваться полностью
7	Длинные полосы пены покрывают склоны волн и местами достигают их подошвы
8	Пена сплошь покрывает склоны волн, поверхность становится белой
9	Вся поверхность волны покрыта слоем пены, воздух наполнен водяной пылью и брызгами, видимость уменьшается

Для защиты от волн портовых сооружений, причалов, береговых участков моря из камня и бетонных глыб строят волноломы, гасящие энергию волн.

От чего зависит высота волны ? Высота волны зависит от силы, длительности и длины разбега ветра. Чем больше разбег ветра, тем она выше. Как правило, волны не превышают четырех метров. На участках, где часто бывают ураганы, они могут достигать 25-метровой высоты: такие волны можно увидеть между Новой Зеландией, мысом Горн (крайняя точка Южной Америки) и Антарктидой (южным полярным континентом).

Что происходит с предметами на волнах ? Плавающий предмет (например, мяч) «танцует» на волнах, то есть движется вверх и вниз, оставаясь на месте. Это происходит потому, что волна движется по кругу — вверх, вперед, вниз и снова назад. Такие же движения выполняет и предмет: он остается на месте, так как по поверхности воды передвигаются только волны, а сама она при этом неподвижна.

Что происходит когда «встречаются» волны ? Движение волн образует ряды гребней и подошв. Волны разных гребней пересекаются. Если гребень одной набегает на гребень второй, они накладываются друг на друга и высота волны увеличивается почти вдвое. Если же гребень набегает на подошву волны, то, соответственно, она уменьшается.

Что такое зыбь ? После шторма ветер стихает, но разбушевавшееся море не сразу становится гладким. Короткие и крутые волны перекатываются через длинные и плавные с круглыми гребнями. Такие ветровые волны называют зыбью. Она может стоять на море после шторма на протяжении нескольких дней, даже недель, и распространяться на морские просторы далеко от места возникновения.

Как быстро распространяется морская зыбь ? Длина волны морской зыби — от 250 до 900 метров. В открытом море она распространяется со скоростью 70 километров в час и более и может, не ослабевая, преодолевать огромные расстояния. Пассажиров корабля удивляет зрелище, когда в безветренных морских зонах внезапно возникает зыбь.

Что такое прибой ? Когда волны достигают мелководных участков, они притормаживают о морское дно, становятся короче, но при этом круче и выше. Наконец они разбиваются о пляж. Этот набег морских волн на мель называют прибоем. Особенно мощные прибойные волны там, где на берег набегают штормовые ветровые волны.

Какие существуют прибои ? Прибои бывают двух видов: в одном случае волны разбиваются о пляж, а в другом — о скалы. Пляжные прибои возникают на мелководных побережьях, скалистые прибои — когда волны разбиваются о скалистые берега. Воды пляжного прибоя омывают берега, а волны скалистого откалывают куски камней от скал, в результате чего в них образуются пещеры. Называются они гротами.

Почему возникает береговая эрозия ? Береговой эрозией называется разрушение почвы, которое со временем приводит к изменению побережья. Такие изменения вызывает в первую очередь морской прибой. Поскольку крутые берега состоят из мягких осадочных отложений (седиментов), морские прибои особенно сильно их разрушают. Учёные называют береговую эрозию абразией.

Что такое волнение моря ? Движение волн, вызванное ветром, называется волнением моря. Речь идет о ветровых волнах, зыби и прибое. Ветровые волны не приходят с других участков морей, а возникают при непосредственном воздействии ветра на поверхность воды. Волнение моря зависит прежде всего от силы ветра.

Что такое сила ветра ? Ветра обладают сильным воздействием на море, его волны и течения. Большое значение имеет при этом сила ветра — так называется его скорость, для определения которой используют шкалу Бофорта. Эту двенадцатибальную шкалу в 1806 году создал британский адмирал Фрэнсис Бофорт (1774-1854). Согласно ей 0 обозначает штиль, 12 — ураган.

Что такое морская пена ? Морская пена возникает, когда разбивается волна. Брызги, которые сильный ветер сдувает с гребня волны, тоже называют морской пеной. Пена возникает и при падении волн, когда рассеивается вода.