Масштабное восемнадцатилетнее исследование данных из Северного моря, опубликованное в журнале Nature Scientific Reports, опровергает мистический статус гигантских волн-убийц. Эти явления — не аномалии, а естественная часть поведения океана, подчиняющаяся относительно простому физическому процессу.
Волны-убийцы представляют собой внезапно появляющиеся в открытом океане изолированные водяные стены. Их высота может достигать 20 метров (65 футов) и более, что вдвое превышает высоту окружающих волн. Несмотря на свою огромную мощь, существуют они недолго, обычно менее минуты, но представляют смертельную угрозу для судов и морских платформ.
Основу для нового понимания заложил анализ данных, собиравшихся с 2003 по 2020 год на нефтяной платформе Экофиск в центральной части Северного моря. Международная группа исследователей изучила почти 27 500 получасовых записей о состоянии моря, полученных с помощью высокочастотных лазерных измерений. Этот массив данных включал и знаменитую волну «Андреа», зафиксированную во время шторма в 2007 году.
Результаты исследования отвергли ранее популярную теорию модуляционной неустойчивости. Эта сложная математическая модель точно описывает формирование волн в ограниченном пространстве, например, в узком лабораторном канале, где энергия накапливается подобно толпе, вынужденной проходить через узкий коридор. Однако в условиях открытого океана, где волны могут приходить с разных направлений, модель не работает. Энергия свободно рассеивается, как толпа, выходящая на широкое поле.
Главным механизмом образования волн-убийц признана конструктивная интерференция. Этот процесс происходит, когда несколько меньших волн сходятся в одной точке и их гребни складываются, объединяя энергию в одну кратковременную, но массивную волну.
Эффективность этого «сложения» усиливается естественной асимметрией морских волн: их гребни более острые и крутые, чем пологие впадины. Это позволяет гребням эффективно «наслаиваться» друг на друга.
При этом существует естественный предел роста. Когда волна становится слишком высокой и неустойчивой, ее вершина обрушивается, превращаясь в пену — так называемый «белый барашек». Этот процесс, известный как разрушение волны, высвобождает избыточную энергию и не позволяет волне расти до бесконечности. Океану не требуется вмешательство богини удачи Фортуны, чтобы создать идеальную волну.
Все эти наблюдения укладываются в общую теорию квази-детерминизма, разработанную океанографом Паоло Боккотти. Она объясняет, что экстремальные волны, хотя и кажутся случайными, на самом деле несут в себе узнаваемый «отпечаток» или «сигнатуру» своего формирования.
Этой сигнатурой является волновая группа — небольшой пакет волн, движущихся вместе. Она возникает, достигает пика за счет конструктивной интерференции и затем затухает. Принципы этой теории применимы не только к океану, но и к другим системам, например, для объяснения коротких, но интенсивных всплесков в вихрях турбулентного потока воды.
Понимание физики волн-убийц имеет прямое практическое применение. Оно позволяет инженерам проектировать более безопасные суда и морские сооружения, а также точнее прогнозировать риски.
Современные технологии подтверждают выводы ученых. 24 ноября 2023 года камера на той же платформе Экофиск зафиксировала гигантскую волну высотой 17 метров (55 футов). Для анализа ее происхождения была использована теория квази-детерминизма в сочетании с моделью на основе искусственного интеллекта, что открывает новую эру в предсказании этих опасных природных явлений.
Изображение носит иллюстративный характер
Волны-убийцы представляют собой внезапно появляющиеся в открытом океане изолированные водяные стены. Их высота может достигать 20 метров (65 футов) и более, что вдвое превышает высоту окружающих волн. Несмотря на свою огромную мощь, существуют они недолго, обычно менее минуты, но представляют смертельную угрозу для судов и морских платформ.
Основу для нового понимания заложил анализ данных, собиравшихся с 2003 по 2020 год на нефтяной платформе Экофиск в центральной части Северного моря. Международная группа исследователей изучила почти 27 500 получасовых записей о состоянии моря, полученных с помощью высокочастотных лазерных измерений. Этот массив данных включал и знаменитую волну «Андреа», зафиксированную во время шторма в 2007 году.
Результаты исследования отвергли ранее популярную теорию модуляционной неустойчивости. Эта сложная математическая модель точно описывает формирование волн в ограниченном пространстве, например, в узком лабораторном канале, где энергия накапливается подобно толпе, вынужденной проходить через узкий коридор. Однако в условиях открытого океана, где волны могут приходить с разных направлений, модель не работает. Энергия свободно рассеивается, как толпа, выходящая на широкое поле.
Главным механизмом образования волн-убийц признана конструктивная интерференция. Этот процесс происходит, когда несколько меньших волн сходятся в одной точке и их гребни складываются, объединяя энергию в одну кратковременную, но массивную волну.
Эффективность этого «сложения» усиливается естественной асимметрией морских волн: их гребни более острые и крутые, чем пологие впадины. Это позволяет гребням эффективно «наслаиваться» друг на друга.
При этом существует естественный предел роста. Когда волна становится слишком высокой и неустойчивой, ее вершина обрушивается, превращаясь в пену — так называемый «белый барашек». Этот процесс, известный как разрушение волны, высвобождает избыточную энергию и не позволяет волне расти до бесконечности. Океану не требуется вмешательство богини удачи Фортуны, чтобы создать идеальную волну.
Все эти наблюдения укладываются в общую теорию квази-детерминизма, разработанную океанографом Паоло Боккотти. Она объясняет, что экстремальные волны, хотя и кажутся случайными, на самом деле несут в себе узнаваемый «отпечаток» или «сигнатуру» своего формирования.
Этой сигнатурой является волновая группа — небольшой пакет волн, движущихся вместе. Она возникает, достигает пика за счет конструктивной интерференции и затем затухает. Принципы этой теории применимы не только к океану, но и к другим системам, например, для объяснения коротких, но интенсивных всплесков в вихрях турбулентного потока воды.
Понимание физики волн-убийц имеет прямое практическое применение. Оно позволяет инженерам проектировать более безопасные суда и морские сооружения, а также точнее прогнозировать риски.
Современные технологии подтверждают выводы ученых. 24 ноября 2023 года камера на той же платформе Экофиск зафиксировала гигантскую волну высотой 17 метров (55 футов). Для анализа ее происхождения была использована теория квази-детерминизма в сочетании с моделью на основе искусственного интеллекта, что открывает новую эру в предсказании этих опасных природных явлений.
