Ко многим явлениям, происходящим на нашей планете, мы уже давно привыкли, совершенно не задумываясь о природе их возникновения и механике действия. Это и изменение климата, и перемена времен года, и перемена времени суток, и образование волн на море и в океанах.

И сегодня мы как раз хотим уделить внимание последнему вопросу, вопросу о том, почему образуются волны на море.

Почему возникают волны на море

Существуют теории о том, что волны на морях и в океанах возникают по причине перепадов показателей давления. Однако зачастую это лишь предположения людей, которые быстро пытаются найти объяснение подобному природному явлению. В действительности все обстоит несколько иначе.

Вспомните, что заставляет воду «волноваться». Это физическое воздействие. Бросив что-либо в воду, проведя по ней рукой, резко ударив по воде, по ней непременно начинают идти колебания разного размера и частоты. Исходя из этого, можно понять, что волны – это результат физического воздействия на поверхность воды.

Однако почему на море появляются большие волны, приходящие к берегу издалека? Виной всему является другое природное явление – ветер.

Дело в том, что порывы ветра проходят над водой по касательной линии, оказывая на морскую поверхность физическое воздействие. Именно это воздействие нагнетает воду и заставляет её двигаться волнами.

Кто-то, разумеется, задастся и другим вопросом о том, почему волны на море и в океане идут колебательными движениями. Однако ответ на данный вопрос является еще более простым, чем сама природа волн. Дело в том, что ветер оказывает непостоянное физическое воздействие на поверхность воды, ведь он направляется к ней порывами разной силы и мощности. Это и влияет на то, что волны имеют разный размер и частоту колебания. Разумеется, сильные волны, настоящий шторм, возникают тогда, когда ветер превышает показатели нормы.

Почему на море волны без ветра

Весьма резонным нюансом является вопрос о том, почему на море присутствуют волны даже в том случае, если наблюдается абсолютный штиль, если ветер полностью отсутствует.

И здесь ответом на вопрос станет тот факт, что водяные волны являются идеальным источником возобновляемой энергии. Дело в том, что волны способны очень долгое время хранить свой потенциал. То есть, ветра, который привел воду в действие, создав определенное количество колебаний (волн), может быть достаточно для того, чтобы волна продолжала свое колебание очень продолжительное время, а сам потенциал волны не исчерпал себя даже через десятки километров с точки зарождения волны.

Вот и все ответы на вопросы о том, почему на море волны.

Расскажем о черноморских волнах. Частая повторяемость сильных ветров, значительные размеры моря, большие глубины, слабая изрезанность береговой линии способствуют развитию волнения. Наибольшие высоты волн в Черном море - 14 метров. Длина таких волн составляет 200 метров. На подходах к Сочи максимальная высота волн равна 6 метрам, длина 120 метрам.
Можно оценивать волнение не только по элементам волн (высоте, длине, периоду), но и по степени.

Оценка степени волнения производится по специальной шкале. Так, например, по этой шкале 1 балл — высота волн не превышает 25 сантиметров, 2 балла - высота волн 25-75 сантиметров, 3 балла - 0,75-1,25 метра, 4 балла - 1,25-2 метра. Всего шкала имеет 9 баллов. Можно описать состояние поверхности моря при ветровом волнении: 1 балл - появление ряби при порывах ветра, 2 балла - на гребнях волн появляется прозрачная стекловидная пена, 3 балла - на гребнях волн появляются отдельные белые «барашки», 4 балла - все море покрыто «барашками» и т. д.

Шкала силы ветра (где приводится соответствие баллов и метров в секунду) имеет 12 баллов. Сила шторма определяется силой ветра. Поэтому выражение «шторм 10 баллов» будет правильным, а выражение «10 баллов волнения» - неправильным. На Черном море повторяемость сильных волнений невысока. В течение самого «штормового» года волнение 6-9 баллов не наблюдается больше чем 17 дней.

Отличительная особенность черноморских волн — их «устойчивость». Это так называемая зыбь, имеющая больший период колебаний, чем ветровая волна. Зыбь - это волны, наблюдающиеся при слабом ветре или без ветра («мертвая зыбь»). Однако происхождение этих волн связано с деятельностью ветра. На кавказское побережье моря могут прийти волны, образовавшиеся в штормовой зоне, которая расположена в это время в западной части Черного моря. У кавказских же берегов ветры могут быть слабыми, а волна - крупной. Это и будет зыбь. С существованием зыби связано бытующее издавна у наших моряков понятие о «девятом вале», известном многим по картине Айвазовского. Нельзя сказать, чтобы представление о девятом вале вовсе было лишено всякого основания. Дело в том, что волны зыби, как правило, идут группами, причем в центре группы находятся наиболее крупные волны, а по краям волны меньшей высоты. Какая-то волна данной группы может быть действительно гораздо больше остальных, но которая она будет по счету — третья, пятая или девятая, да и с какой волны начинать счет - неизвестно. Таким образом, вовсе не следует думать, что именно девятая волна является самой страшной. Кстати, у древних греков самым опасным считался каждый третий вал, а у римлян - десятый.

Моряки легче переносят зыбь, чем азовскую или каспийскую ветровую волну - «болтанку» с периодом 3-5 секунд. Однако зыбь имеет ту неприятную особенность, что она дает сильный прибой у берега. Волна, почти незаметная в море из-за небольшой крутизны, обрушивается на берег с громадной силой.

Видео штормового моря на Черном море (Анапе)

Купание в море во время шторма очень опасно. Обычно довольно трудно преодолеть зону бурунов и попасть в открытое море, где можно относительно спокойно держаться на воде, поднимаясь и опускаясь при прохождении каждой волны. Гораздо труднее уставшему человеку снова попасть на берег через преграду из рушащихся и пенящихся волн. Его то и дело относит обратно в море. Были случаи, когда здесь тонули даже люди, умевшие неплохо плавать. Поэтому-то на городских и санаторных пляжах и вывешивают во время шторма таблички с предостерегающими надписями. Уместно напомнить здесь, что все животные, медузы, морские блохи и другие организмы уходят перед штормом из опасной прибойной зоны, чайки улетают на берег, однако можно видеть, как некоторые люди избирают время шторма для того, чтобы демонстрировать свою «храбрость», качаясь на волнах.

Огромна сила ударов волн о берега и сооружения. Вблизи Сочи она превышает 100 тонн на квадратный метр. При таких ударах возникают всплески высотой в несколько десятков метров. Колоссальная энергия прибойных волн расходуется на раздробление горных пород и перемещение наносов. Без воздействия волн выносы рек скатывались бы постепенно на глубину, волны же возвращают их к берегу и заставляют перемещаться вдоль него. Например, вдоль кавказского побережья Черного моря идет постоянный поток наносов. От Туапсе до Пицунды волны перемещают 30 - 35 тысяч кубических метров наносов в год.

Там, где есть пляж, волны теряют большую часть своей энергии. Там, где его нет, они разрушают коренные породы. В период Великой Отечественной войны размыв берега южнее порта Сочи достигал 4 метров в год. Сразу же после окончания войны были начаты берегоукрепительные работы в этом районе, и размыв побережья прекратился.

Вдоль кавказского побережья моря проходит железная дорога. В прибрежной зоне построены санатории , театры, морские вокзалы и жилые дома. Поэтому берега моря надо охранять от размыва. Лучшей защитой в этом отношении является пляж, где волны разрушаются, не доходя до берега. Для закрепления пляжей сооружаются буны и подводные волноломы. Эти сооружения препятствуют движению гальки вдоль берега в другие районы и уходу ее в глубь моря. Так нарастает пляж.

Бывают ли на Черном море волны цунами, вызываемые землетрясениями, как у нас на Дальнем Востоке? Цунами бывают, но очень слабые. Они регистрируются только приборами и даже не ощущаются человеком.

На какую глубину распространяются обычные волны? Уже на глубине 10 метров они меньше, чем на поверхности, а на глубине 50 метров совсем незаметны. Может быть, в глубинах царит покой, которого ничто не нарушает? Нет, это не так. Там существуют свои, так называемые внутренние волны. От поверхностных они отличаются своими размерами (десятки метров в высоту и километры в длину), да и причины происхождения их иные. Возникают они, как правило, на границе раздела двух слоев с разными плотностями. Хотя на поверхности они не видны, но подводные лодки во время такого «подводного шторма» сталкиваются с большими трудностями.

Волны – понятие из «арсенала» физики. Чтобы проще и доходчивее объяснить, что это такое, можно привести пример, казалось бы далекий от темы.

…Коронация Екатерины II происходила в Москве. Новоиспеченная императрица пожелала, чтобы о торжественном моменте возвестили салютом в Санкт-Петербурге, но как передать сигнал? Ведь тогда не существовало ни Интернета, ни телефона, ни даже телеграфа. И все же выход был найден: от Москвы до Санкт-Петербурга расставили солдат с флажками в руках на расстоянии прямой видимости друг от друга. В нужный момент первый солдат поднял флажок, следующий, увидев это, сделал то же самое и т.д. Сигнал был получен в Санкт-Петербурге менее, чем через четверть часа!

Что мы видим в данном случае? Ни один человек не перемещался, но перемещалось, передаваясь от человека к человеку, определенное состояние. Если нечто подобное происходит в некой среде (твердой, жидкой или газообразной) или же в электромагнитном поле – не происходит перемещения материи, но перемещается определенное изменение физических характеристик – это называется волной (это будет еще понятнее, если мы снова вспомним выражение, далекое от физики: «По стране прокатилась волна забастовок» – опять же, «прокатилось» изменение состояния).

Частный случай волны – это те колебательные возмущения, которые распространяются в толще воды или по ее поверхности.

У любой волны есть вершина (самая высокая точка ее гребня), подошва (самая низкая точка ложбины), высота (превышение вершины), длина (расстояние между вершинами гребней двух смежных волн), период (временной интервал, за который волна пройдет расстояние, равное ее длине) и крутизна (соотношение высоты и длины волны). Также оценивается скорость, с которой волна перемещается в том направлении, в котором она распространяется.

Причины образования волн на поверхности морей и океанов многообразны. Чаще всего можно наблюдать ветровые волны. Их размер и форма не отличаются упорядоченностью, за малой волной вполне может последовать большая, гребни волн не обязательно перемещаются в направлении ветра. Это связано с тем, что ветер, образующий волны, имеет вихревой, турбулентный характер. Размер ветровых волн зависит не только от скорости ветра, но и от его продолжительности.

Ветер – не единственная причина возникновения морских волн. Существуют приливные волны. Вопреки распространенному заблуждению, они появляются не потому, что Луна «притягивает» воду, а потому, что Земля вместе со своей водной оболочкой «растягивается» между самой отдаленной от Луны точкой и самой близкой к ней, это происходит из-за разницы в гравитационном притяжении между этими двумя точками.

Барические волны возникают из-за резких перепадов атмосферного давления. Это бывает там, где проходит циклон, особенно тропический. Если такие волны совпадут с высокими приливными – жди беды! Особенно часто такое случается на побережье Флориды, Японии, Китая, Индии, на Антильских островах.

Особенно опасны для моряков глубинные волны. Они возникают там, где есть два слоя воды с разными свойствами, и происходит их смешение – например, поблизости от тающих льдов или в проливах.

Волны цунами образуются при землетрясениях на морском дне. Японское происхождение названия не случайно – это страна особенно часто страдает от такого стихийного бедствия.

Когда прекращается действие ветра, сейсмических толчков и прочих сил, вызывающих волны, во внутренних морях и заливах по инерции возникают стоячие волны большого периода – сейши. Так, на Азовском море период таких волн может достигать 23 часов.

Наконец, существуют корабельные волны. Ведь проходящее по морю судно тоже вызывает возмущение водой среды, а значит – и образование волн.

Волнение представляет собой такую форму периодического непрерывно меняющегося движения, при котором частицы воды совершают колебания около своего положения равновесия.

Если из-за какой-либо причины частицы воды будут выведе­ны из положения равновесия, то под влиянием силы тяжести они будут стремиться восстановить нарушенное равновесие. Приэтом каждая водная частица будет совершать колебательное движение относительно положения равновесия, не перемещаясь вместе с видимой формой движения волн.

Волны могут возникать под действием разных причин (сил). В зависимости от происхождения, т. е. от вызвавших нх причин, различают следующие виды морских волн.

1. Волны трения (илн фрикционные). К этим волнам принадлежат в первую очередь ветровые, возникающие при дей­ствии ветра на поверхность моря. К ним относятся также так называемые внутренние, или глубинные, волны, которые возни­кают на глубинах при перемещении слоя воды одной плотности над слоем вочы другой плотности.

Исследованиями установлено, что если над жидкостью одной плотности движется другая жидкость, имеющая иную плотность, то на поверхности, разделяющем обе жидкости, образуются вол­ны. Размер этих волн зависит от разности скоростей движения жидкостей по отношению друг друга и разности плотности двух сред. Это относится и к случаю движения воздуха над водой. Вот почему волны возникают и па глубинах океана, и в высоких слоях атмосферы, если там существует подобное движение двух разных по плотности водных или воздушных масс.

1. Барические волны возникают при колебаниях ат­мосферного давления. Колебания атмосферного давления вызы­вают поднятия и опускания водных масс, при которых частицы воды стремятся занять новые положения равновесия, но, до­стигнув их, совершают по инерции колебательные движения.


2. Приливо-отливные волны возникают под влия­нием явления приливов и отливов.


3. Сейсмические волны образуются при землетрясе­ниях и вулканических извержениях. Если очаг землетрясения расположен под водой или же поблизости от берега, то колеба­ния передаются водным массам, вызывая в них сейсмические волны, которые называются еще цунами.


4. Сейши. В морях, озерах, водохранилищах, кроме коле­бания водных частиц в виде поступательных волн, нередко наб­людаются периодические колебания частиц воды только в вер­тикальном направлении. Такие волны называются сейшами. При сейшах происходят колебания, похожие по своему характеру на колебания, в периодически покачиваемом сосуде. Самый простой вид сейш возникает, когда уровень воды поднимается у одного края водоема и одновременно опускается у другого. При этом по середине водоема наблюдается линия, вдоль которой частицы воды не имеют вертикальных перемещений, а движутся горизон­тально. Эта линия называется узлом сейша. Более сложные сей­ши бывают двухузловымн, трехузловыми и т. д.

Сейши могут возникать в результате различных причин. Ве­тер, дующий над морем некоторое время в одном и том же на­правлении, производит нагон воды у подветренного берега. С прекращением ветра сейчас же начинаются колебания уровня сейшового характера. Это же явление может возникать под влия­нием разности атмосферного давления в различных местах вод­ного бассейна. Сеншевые колебания уровня моря мот созда­ваться сейсмическими колебаниями в очень небольших бассей­нах (в гавани, в ковше и т. п.) сейши могут возникать при про­хождении судов.

На следующей неделе мы едем отдыхать на море. Вчера, когда папа пришел с работы и сказал это, мама заулыбалась. Петя радостно захлопал в ладоши. Он так любит воду, что мог бы, наверное, целый день просидеть в ванной, если бы мама регулярно не вытаскивала его оттуда. Теперь он надеялся, что если мы будем жить у моря, то никто не станет извлекать его из воды, и он будет плескаться целый день. Наивный! Он еще ни разу не был на море. Вот я уже один раз туда съездила, и больше мне не хочется. Это было несколько лет назад, когда я была такой же маленькой, как сейчас Петя. Помню, я тоже очень обрадовалась поездке."Можно будет хоть целый день рыться в песке и сидеть в воде!"- мечтала я.

Но на деле все получилось по-другому.

Когда я впервые увидела море, у меня даже дух перехватило: оно было огромное. Я подошла поближе и потрогала его рукой. Тепло и мокро. Как раз то, что нужно. "Вот мы и подружились," - решила я. Подошла мама, взяла меня за руку, и мы шагнули в воду. Я уже готова была завизжать от восторга, как вдруг меня накрыло с головой. Мама вытащила меня почти сразу. Я разревелась. Мама гладила меня по голове и говорила:

Ты испугалась? Да? Это ведь просто волна. И как это я не заметила ее! А я сидела и плакала. Вода, которая попала мне в рот и в нос, оказалась соленой и противной. Значит море не хотело со мной дружить, если послало эту гадкую волну. Мне было очень обидно.

И вот теперь предстояло ехать туда снова!

Настроение мое настолько испортилось, что даже мама заметила.

Что с тобой, Майя, - спросила она. - Ты не хочешь ехать?

Не люблю я это море с его противными волнами, - ответила я и ушла к себе в комнату.

"Теперь из-за меня никто никуда не поедет," - думала я, лежа на кровати. Мне очень не хотелось огорчать маму, но я ничего не могла с собой поделать. Если бы на море не было волн! И откуда они только берутся?

А действительно, откуда они берутся? - сказала я вслух.

Их создает ветер или еще что-нибудь, - послышалось в ответ.

"Это же Ктошка," - мелькнуло у меня в голове. И это действительно был он.

Ктошка сидел на краю страницы, свесив ноги.

Привет, Майя! Как поживаешь?

Привет, Ктошка! Я очень рада, что ты пришел. Я снова попала в затруднительное положение. Мы собираемся ехать на море. А мне так не хочется снова встречаться с волнами!

И это все? - спросил Ктошка. - Только поэтому ты не хочешь ехать? А что если я познакомлю тебя с волнами поближе? Может, тогда ты перестанешь их бояться.

Ты познакомишь меня с волнами? Но как? Ведь здесь нет моря? - удивилась я.

О, это не так сложно, как кажется. Но ты права, кое-что нам все-таки понадобиться. Я бы очень тебя попросил поставить на стол тарелку и налить туда воды. А дальше... Мы отправимся в путешествие.

В путешествие?! - воскликнула я и бросилась на кухню.
Через пару минут все было готово.

А теперь, ложись в постель. Закрой глаза. И как только твоя голова коснется подушки, ты станешь такой же маленькой как я, - сказал Ктошка.

Я сделала все, что он сказал. Когда я снова открыла глаза, то увидела, что мы с Ктошкой стоим на берегу моря. Поверхность его была гладкая, как стекло. Я спросила: - Как мы сюда попали? Ведь до моря нужно долго ехать?

Для такой маленькой Майи, какая ты сейчас, - это действительно море. Хотя, на самом деле - это просто тарелка с водой на кухонном столе. Сейчас мы пойдем знакомиться с частичками воды. Раз, два... Прыгнули!

Я увидела, что мы парим среди множества совершенно одинаковых частичек. Они держали друг дружку за руки и дремали. А рук у них было много: не помню, пять, шесть или больше.

Это частички воды. Их зовут Молекулами. Видишь, они спят. Они обожают это занятие и никогда не просыпаются, если их, конечно, кто-нибудь не потревожит. А пока они спят, на поверхности воды нет никаких волн. Но стоит кому-нибудь разбудить хотя бы одну, вот тут-то все и начинается. Если хочешь, давай попробуем.

Мне стало интересно, что же на самом деле произойдет.

А они нас не поколотят? - испугалась я.

Видишь ли, Майя, все дело в том, что каждая частичка думает, что это дело рук ее соседки. Разбудила, а сама делает вид, что она здесь не при чем. И они начинают толкать друг дружку, пока всех не поднимут на ноги. А это сделать совсем нетрудно: ты ведь заметила, что все они держаться за руки.

А зачем они держаться за руки? - спросила я.

Для того, чтобы вода была водой, частички должны всегда сохранять строго определенный порядок. И они очень боятся нарушить его. Поэтому и держаться друг за друга. Но мы отвлеклись. Смотри, что сейчас будет.
С этими словами Ктошка приблизился к одной частичке и слегка толкнул ее.

Частичка подпрыгнула от неожиданности и возмущенно начала дергать своих соседок. При этом она кричала:

Снова вы не даете мне поспать! Сколько же это может продолжаться? Вот я вам покажу! И она подпрыгнула вверх и толкнула частичку, дремавшую над ней. Та тоже подпрыгнула и тоже кого-то толкнула. И при всем этом они еще тащили за собой всех, кого держали за руки. От сонного безмолвия, которое царило здесь минуту назад, не осталось и следа. Вскоре все Молекулы прыгали кто вверх, кто вниз, и все при этом страшно возмущались.

Так, Майя, нам, кажется, пора, - вдруг заторопился Ктошка.

Ты ведь еще не видела, что сейчас твориться на поверхности.

Он покачал головой и сказал, наверное, себе самому:

Я давно знал, что, если частичку воды каким-то образом заставить сдвинуться с места, это вызовет "возмущение". Но кто бы мог подумать, что они поднимут такой шум!

Ктошка схватил меня за руку и потащил к поверхности, ловко лавируя между "возмущенными" Молекулами.

На поверхности творилось нечто невообразимое. Волны накатывались на берег одна за другой.

Ты видишь, - сказал Ктошка, - что произошло. А ведь я разбудил только одну частичку. А в настоящем море частички обычно тормошит ветер. Он им не дает ни минуты покоя. Вот они и "возмущаются". И по поверхности моря катятся волны. Если ветер слабый, то частички воды быстро успокаиваются. И на берег набегает маленькая тихая волна. А если сильный, то частички так "возмущаются", что просто выходят из себя. При этом волны становятся огромными и страшными. Такие волны могут даже корабль перевернуть.
Пока я слушала Ктошку, волны в нашем море исчезли. - Наверное, частички воды снова уснули, - сказала я.

Да, - подтвердил Ктошка. - И нам пора возвращаться.

Мы взялись за руки, и я закрыла глаза.

Когда я их снова открыла, то увидела, что я лежу в постели, и что уже наступило утро.

Мама очень обрадовалась, когда я сказала, что не имею ничего против поездки. - Ты больше не боишься волн? - удивилась она.

Мамочка, - сказала я, - я буду купаться в бассейне, если на море будут волны.

А сама подумала: "Если бы мама видела, как частички воды "возмущаются", она бы никогда бы не зашла в воду. Чтобы, не дай Бог, их не потревожить! Она ужасно не любит, когда ссорятся. Но я ей никогда не расскажу о своем путешествии: ведь она так любит плавать!"