Come appaiono le onde. Onde del mare: la natura del verificarsi

Siamo da tempo abituati a molti fenomeni che si verificano sul nostro pianeta, senza pensare affatto alla natura del loro verificarsi e ai meccanismi della loro azione. Questo è il cambiamento climatico, il cambio delle stagioni, il cambio dell'ora del giorno e la formazione delle onde sul mare e negli oceani.

E oggi vogliamo prestare attenzione solo all'ultima domanda, la domanda sul perché si formano le onde sul mare.

Perché nel mare si formano le onde

Esistono teorie secondo cui le onde nei mari e negli oceani si formano a causa delle cadute di pressione. Tuttavia, queste sono spesso solo supposizioni di persone che cercano rapidamente di trovare una spiegazione per un fenomeno così naturale. In realtà le cose stanno un po’ diversamente.

Ricorda cosa fa "preoccupare" l'acqua. Questo è un effetto fisico. Gettando qualcosa nell'acqua, passandoci sopra una mano, colpendo bruscamente l'acqua, vibrazioni di diverse dimensioni e frequenze inizieranno sicuramente ad attraversarlo. Sulla base di ciò si può comprendere che le onde sono il risultato di un impatto fisico sulla superficie dell'acqua.

Ma perché sul mare compaiono grandi onde che arrivano a riva da lontano? La colpa è di un altro fenomeno naturale: il vento.

Il fatto è che le raffiche di vento passano sull'acqua lungo una linea tangente, esercitando un effetto fisico sulla superficie del mare. È questa azione che pompa l'acqua e la fa muovere a ondate.

Qualcuno, ovviamente, farà un'altra domanda sul perché le onde del mare e dell'oceano si muovono con movimenti oscillatori. Tuttavia, la risposta a questa domanda è ancora più semplice della natura stessa delle onde. Il fatto è che il vento ha un effetto fisico non permanente sulla superficie dell'acqua, perché è diretto verso di essa da raffiche di diversa forza e potenza. Ciò influisce sul fatto che le onde hanno dimensioni e frequenza di oscillazione diverse. Naturalmente le onde forti, una vera tempesta, si verificano quando il vento supera la norma.

Perché ci sono onde nel mare senza vento

Una sfumatura molto ragionevole è la questione del perché ci sono onde sul mare anche se c'è calma assoluta, se il vento è completamente assente.

E qui la risposta alla domanda sarà il fatto che le onde dell'acqua sono una fonte ideale di energia rinnovabile. Il fatto è che le onde sono in grado di immagazzinare il loro potenziale per molto tempo. Cioè il vento che ha messo in azione l'acqua, creando un certo numero di oscillazioni (onde), può essere sufficiente perché l'onda continui la sua oscillazione per un tempo molto lungo, e il potenziale ondoso stesso non si è esaurito nemmeno dopo decine di chilometri dal punto di origine dell'onda.

Queste sono tutte le risposte alle domande sul perché ci sono onde nel mare.

Le oscillazioni che si propagano nello spazio nel tempo sono chiamate onde. Il processo ondoso non è accompagnato da trasferimento di massa, ma solo da trasferimento di energia. Cioè, le particelle d'acqua che oscillano verticalmente non si muovono orizzontalmente, si verifica solo un cambiamento nella loro energia.

Le onde sono diverse: sulla superficie di un liquido, sonore, elettromagnetiche. Ma ora ci concentreremo sulle onde che si formano nel mare. Come risulta dalla definizione, le onde nascono quando determinate oscillazioni generate cominciano a propagarsi nello spazio. E perché si verifichino queste stesse oscillazioni è necessaria l'azione di una forza esterna. A seconda di quale forza esterna è causa delle oscillazioni (e quindi delle onde), si distinguono onde di attrito, onde bariche, onde sismiche, onde stazionarie e di marea.

Le onde di attrito includono il vento e le onde interne. Le onde del vento si verificano nell'interfaccia aria-acqua. Quando soffia il vento, strati d'aria colpiscono periodicamente la superficie dell'acqua facendola oscillare. Le oscillazioni si propagano nello spazio e le onde attraversano il mare. Di solito la loro altezza non supera i quattro metri, ma in caso di vento tempestoso aumenta fino a quindici metri e oltre. L'altezza d'onda più alta può raggiungere nella fascia dei venti occidentali dell'emisfero australe - fino a 25 metri.

La comparsa delle onde sulla superficie del mare è preceduta da increspature. Si verifica quando la velocità del vento è inferiore a un metro al secondo. Con l'aumento della velocità, l'entità delle onde aumenta. Le onde del vento alte e ripide portano il nome figurato della folla. Quando il vento si calma, l'eccitazione continua per qualche tempo per inerzia, in questo caso dicono che il mare è gonfio. Un'onda che corre in acque poco profonde fino alla riva è chiamata surf. In questo processo sono coinvolte notevoli masse d'acqua, anche quando l'altezza delle onde non è molto elevata. Quando entra nelle acque costiere poco profonde, a causa dell'alto valore energetico, le particelle d'acqua iniziano a muoversi orizzontalmente, avanti e indietro, portando con sé pietre e sabbia. Tutti coloro che hanno nuotato nel mare sanno come questi ciottoli colpiscono le loro gambe. Una risacca abbastanza forte è in grado di trascinare enormi massi.

Onde interne

Le onde interne (sott'acqua) si formano sotto la superficie del mare, al confine di due strati d'acqua con proprietà diverse. Il capitano Nemo non era del tutto esatto e idealizzava troppo l'oceano quando affermava che al suo interno regna la pace. La colonna d'acqua dell'oceano è eterogenea, costituita da diversi strati. Le loro caratteristiche fisiche (temperatura, salinità, densità) variano in modo non uniforme da strato a strato e al confine tra loro si formano onde interne. Furono scoperti per la prima volta dall'esploratore polare norvegese, dottore in zoologia, fondatore dell'oceanografia fisica Fridtjof Wedel-Jarlsberg Nansen (1861-1930). Durante la navigazione sulla nave "Fram" verso il Polo Nord, Nansen osservò nell'Oceano Artico cambiamenti periodici della temperatura e della salinità dell'acqua di mare alla stessa profondità.

Onde simili possono verificarsi vicino alle foci dei fiumi, negli stretti con correnti a due strati, ai margini dei ghiacci che si sciolgono. L'altezza delle onde interne può essere dieci volte superiore all'altezza delle onde sulla superficie, ma hanno una velocità inferiore a quelle superficiali. Queste onde rappresentano un pericolo per i sottomarini, distruggono le strutture portuali (frangiflutti, pontili, ormeggi) e sono in grado di diffondere le onde sonore. Tali onde sono chiaramente visibili dal satellite (nella foto). Solitamente sono piccole, ma nello stretto di Luzon, tra le Filippine e Taiwan, raggiungono i 170 metri di altezza. Ciò è dovuto alle peculiarità dei flussi d'acqua e alla topografia del fondo.

onde bariche si verificano a causa del rapido cambiamento della pressione atmosferica nei luoghi in cui passano i cicloni. Si tratta di singole onde che possono percorrere centinaia o addirittura migliaia di chilometri dal luogo di origine e improvvisamente precipitarsi a riva, spazzando via tutto sul loro cammino. Così, nel settembre del 1935, un'onda barica alta nove metri colpì la costa della Florida e costò la vita a 400 persone. La formazione di tali onde non è rara sulle coste dell'India, della Cina e del Giappone.

onde sismiche derivano da processi attivi nelle viscere della Terra: terremoti, eruzioni di vulcani sottomarini, formazione di crepe e faglie nella crosta terrestre sul fondo dell'oceano. Di conseguenza, si formano onde specifiche, basse nell'oceano aperto e che crescono fino a dimensioni colossali quando si avvicinano alla costa - tsunami. Di solito, il presagio della comparsa di un'onda così anomala è un brusco ritiro del mare a diversi chilometri dalla costa. Questo è un segnale di pericolo: il mare tornerà sotto forma di un mostro schiumoso e pazzo, portando morte e distruzione. Tuttavia, sul nostro sito c'è un articolo separato sullo href="/tcunami">tsunami e saremo lieti se lo farai riferimento.

maremoti

Come risultato dell'azione delle forze gravitazionali sul guscio d'acqua della Terra, si formano onde di marea dal lato del Sole e della Luna. Queste onde sono spesso piccole, in mare aperto la loro altezza arriva fino a due metri. Aumenta lungo la costa. L'altezza massima della marea raggiunge la costa atlantica del Nord America - fino a 18 metri. Nel nostro mare di Okhotsk - quasi 13 metri. L'impatto più forte si osserva durante la luna nuova e la luna piena, quando le forze gravitazionali del Sole e della Luna si sommano. In questo momento, le maree sono al massimo e le maree sono al minimo.

Nei mari interni, l'onda di marea è del tutto insignificante, ad esempio, nel Baltico vicino a San Pietroburgo, la sua altezza è di cinque centimetri. Ma in alcuni fiumi il suo movimento è un'immagine meravigliosa. Ad esempio, in Amazzonia (nella foto), quando il maremoto si muove contro corrente e la sua altezza raggiunge i cinque metri. Questo fenomeno si avverte ad una distanza di 1400 chilometri dalla foce.

Le onde stazionarie (sesse) compaiono come risultato dell'interferenza (addizione) di onde che si verificano sotto l'azione di forze esterne (vento, bariche) e onde riflesse da sporgenze costiere o ostacoli sottomarini di lunghezza sufficiente.

sesse

Tali onde crescono in altezza, alternando cresta e avvallamento, e rimangono sul posto, salendo e scendendo. Sono facili da modellare in una vasca da bagno se si eseguono movimenti oscillatori verticali sulla superficie dell'acqua, ad esempio abbassando periodicamente il coperchio dal foro di scarico della vasca nell'acqua. Dopo un po' di tempo verranno stabiliti dei pozzi appuntiti, correttamente distribuiti nel tempo e nello spazio, che rimarranno fermi in un unico posto. Questo è l'oggetto della nostra ricerca.

Le sesse si verificano in luoghi inaspettati, dove, a quanto pare, non ci sono onde riflesse, poiché gli ostacoli non sono visibili, sono sotto la superficie dell'acqua. Possono essere la causa della morte delle navi. In particolare, esiste una versione del genere per la regione del misterioso e terribile Triangolo delle Bermuda, come una delle possibili spiegazioni per la scomparsa delle navi. Questo luogo è generalmente considerato difficile per la navigazione a causa di vari fattori: la presenza di sporgenze poco profonde, la confluenza di diverse correnti marine con diverse temperature dell'acqua e la complessa topografia del fondale. Qui la piattaforma continentale prima si approfondisce gradualmente e poi improvvisamente raggiunge una profondità decente. La topografia sottomarina della regione influenza la formazione dell'onda stazionaria. Si verifica con tempo sereno e calmo ed è quindi doppiamente insidioso. Una moderna nave multitonnellata, sollevata da un'onda del genere, sotto l'influenza della propria gravità si spezzerà in pezzi e scomparirà dalla superficie in pochi minuti.

Le onde del mare sono uno degli affascinanti fenomeni naturali. La loro infinita varietà e il movimento perpetuo calmano, danno energia. Non c'è da stupirsi che i popoli delle antiche civiltà fossero conosciuti per le proprietà curative della talassoterapia (cura del mare). La composizione salina del sangue umano è vicina alla composizione dell'acqua di mare, questo elemento è legato a noi, e nel fruscio delle onde sulla riva si può sentire il battito di un cuore grande e gentile.

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Onda(Onda, mareggiata, mare) - formato a causa dell'adesione di particelle di fluido e aria; Scivolando sulla superficie liscia dell'acqua, l'aria dapprima crea delle increspature, e solo poi, agendo sulle sue superfici inclinate, sviluppa progressivamente l'eccitazione della massa d'acqua. L'esperienza ha dimostrato che le particelle d'acqua non hanno movimento traslatorio; si muove solo verticalmente. Le onde del mare sono il movimento dell'acqua sulla superficie del mare, che avviene a intervalli regolari.

Viene chiamato il punto più alto dell'onda cresta o la sommità dell'onda, e il punto più basso - suola. Altezza l'onda è la distanza dalla cresta alla suola, e lunghezzaè la distanza tra due creste o suole. Viene chiamato il tempo tra due creste o suole periodo onde.

Le principali cause di insorgenza

In media, l'altezza di un'onda durante una tempesta nell'oceano raggiunge i 7-8 metri, di solito può allungarsi in lunghezza - fino a 150 metri e durante una tempesta fino a 250 metri.

Nella maggior parte dei casi, le onde del mare sono formate dal vento. La forza e la dimensione di tali onde dipendono dalla forza del vento, nonché dalla sua durata e "accelerazione" - la lunghezza del percorso lungo il quale il vento agisce sull'acqua superficie. A volte le onde che si infrangono sulla costa possono originarsi a migliaia di chilometri dalla costa. Ma ci sono molti altri fattori nel verificarsi delle onde del mare: queste sono le forze che formano le maree della Luna, del Sole, le fluttuazioni della pressione atmosferica, le eruzioni dei vulcani sottomarini, i terremoti sottomarini e il movimento delle navi.

Le onde osservate in altri spazi acquatici possono essere di due tipi:

1) vento, create dal vento, assumendo, alla cessazione dell'azione del vento, un carattere stabile e chiamate onde stazionarie, o rigonfiamenti; Le onde del vento vengono create a causa dell'effetto del vento (movimento delle masse d'aria) sulla superficie dell'acqua, cioè dell'iniezione. Il motivo dei movimenti oscillatori delle onde diventa facilmente comprensibile se si nota l'effetto dello stesso vento sulla superficie di un campo di grano. L'incoerenza dei flussi di vento, che creano onde, è chiaramente visibile.

2) Onde di spostamento, o onde stazionarie, si formano a seguito di forti scosse sul fondo durante i terremoti o eccitate, ad esempio, da un brusco cambiamento della pressione atmosferica. Queste onde sono anche chiamate onde solitarie.

A differenza delle maree, delle maree e delle correnti, le onde non muovono masse d'acqua. Le onde stanno arrivando, ma l'acqua resta dov'è. Una barca che dondola sulle onde non galleggia con l’onda. Potrà spostarsi leggermente lungo il pendio, solo a causa della forza di gravità terrestre. Le particelle d'acqua nell'onda si muovono lungo gli anelli. Quanto più questi anelli sono lontani dalla superficie, tanto più piccoli diventano e, infine, scompaiono del tutto. Essendo in un sottomarino a una profondità di 70-80 metri, non sentirai l'effetto delle onde del mare anche durante la tempesta più forte in superficie.

Tipi di onde del mare

Le onde possono percorrere grandi distanze senza cambiare forma e perdendo poca o nessuna energia, molto tempo dopo che il vento che le ha provocate si è calmato. Infrangendosi sulla riva, le onde del mare rilasciano l'enorme energia accumulata durante il viaggio. La forza delle onde che si infrangono continuamente modifica la forma della riva in diversi modi. Onde traboccanti e ondeggianti bagnano la riva e quindi vengono chiamate costruttivo. Le onde che si infrangono sulla costa la distruggono gradualmente e spazzano via le spiagge che la proteggono. Per questo vengono chiamati distruttivo.

Le onde basse, larghe e arrotondate lontane dalla riva sono chiamate onde. Le onde fanno sì che le particelle d'acqua descrivano cerchi, anelli. La dimensione degli anelli diminuisce con la profondità. Man mano che l'onda si avvicina alla riva in pendenza, le particelle d'acqua in essa contenute descrivono ovali sempre più appiattiti. Avvicinandosi alla riva, le onde del mare non riescono più a chiudere i loro ovali e l'onda si infrange. In acque poco profonde, le particelle d'acqua non riescono più a chiudere i loro ovali e l'onda si rompe. I promontori sono formati da rocce più dure e vengono distrutti più lentamente rispetto alle sezioni vicine della costa. Le onde del mare alte e ripide minano le scogliere rocciose alla base, formando nicchie. A volte le scogliere crollano. La terrazza levigata dalle onde è tutto ciò che resta delle rocce distrutte dal mare. A volte l'acqua sale lungo le fessure verticali della roccia verso l'alto e fuoriesce in superficie formando un imbuto. La forza distruttiva delle onde espande le fessure della roccia, formando grotte. Quando le onde scavano la roccia da due lati fino a congiungersi in un varco, si formano degli archi. Quando la parte superiore dell'arco cade nel mare, rimangono i pilastri di pietra. Le loro basi vengono minate e i pilastri crollano, formando massi. I ciottoli e la sabbia della spiaggia sono il risultato dell'erosione.

Le onde distruttive spazzano via gradualmente la costa e portano via sabbia e ciottoli dalle spiagge del mare. Facendo cadere l'intero peso dell'acqua e del materiale dilavato sui pendii e sulle scogliere, le onde ne distruggono la superficie. Spingono l'acqua e l'aria in ogni fessura, in ogni fessura, spesso con l'energia di un'esplosione, separando e indebolendo gradualmente le rocce. I frammenti di roccia staccatisi vengono utilizzati per un'ulteriore distruzione. Anche le rocce più dure vengono gradualmente distrutte e il terreno sulla costa viene modificato dall'azione delle onde. Le onde possono distruggere la riva del mare con una velocità sorprendente. Nel Lincolnshire, in Inghilterra, l'erosione (distruzione) avanza ad un ritmo di 2 m all'anno. Dal 1870, quando a Capo Hatteras fu costruito il faro più grande degli Stati Uniti, il mare ha spazzato via le spiagge per 426 m nell'entroterra.

Tsunami

Tsunami Queste sono onde di enorme potere distruttivo. Sono causati da terremoti sottomarini o eruzioni vulcaniche e possono attraversare gli oceani più velocemente di un aereo a reazione: 1000 km/h. In acque profonde possono essere meno di un metro, ma man mano che si avvicinano alla riva rallentano la loro corsa e crescono fino a 30-50 metri prima di crollare, allagando la riva e spazzando via tutto sul loro cammino. Il 90% di tutti gli tsunami registrati si verificano nell'Oceano Pacifico.

I motivi più comuni.

Circa l'80% delle generazioni legate allo tsunami lo sono terremoti sottomarini. Durante un terremoto sott'acqua, si verifica uno spostamento reciproco del fondo lungo la verticale: parte del fondo cade e parte si alza. Sulla superficie dell'acqua si verificano movimenti oscillatori lungo la verticale, che cercano di ritornare al livello iniziale - il livello medio del mare - e generano una serie di onde. Non tutti i terremoti sottomarini sono accompagnati da uno tsunami. Lo tsunamigenico (cioè la generazione di un'onda di tsunami) è solitamente un terremoto con una sorgente poco profonda. Il problema di riconoscere la tsunamigenicità di un terremoto non è stato ancora risolto e i servizi di allerta sono guidati dall'entità del terremoto. Gli tsunami più forti si generano nelle zone di subduzione. Inoltre è necessario che la spinta subacquea entri in risonanza con le oscillazioni delle onde.

Frane. Tsunami di questo tipo si verificano più frequentemente di quanto stimato nel XX secolo (circa il 7% di tutti gli tsunami). Spesso un terremoto provoca una frana e genera anche un'onda. Il 9 luglio 1958, a seguito di un terremoto in Alaska, si verificò una frana nella baia di Lituya. Una massa di ghiaccio e rocce terrestri è crollata da un'altezza di 1100 m, sulla sponda opposta della baia si è formata un'onda che ha raggiunto un'altezza di oltre 524 m, casi piuttosto rari e non considerati standard. Ma molto più spesso si verificano frane sottomarine nei delta dei fiumi, che non sono meno pericolosi. Un terremoto può provocare una frana e, ad esempio, in Indonesia, dove la sedimentazione della piattaforma è molto estesa, gli tsunami da frana sono particolarmente pericolosi, poiché si verificano regolarmente, provocando onde locali con un'altezza superiore a 20 metri.

Eruzioni vulcaniche rappresentano circa il 5% di tutti gli eventi di tsunami. Le grandi eruzioni sottomarine hanno lo stesso effetto dei terremoti. Nelle forti esplosioni vulcaniche, non solo le onde dell'esplosione, ma l'acqua riempie anche le cavità del materiale eruttato o addirittura la caldera, dando origine a un'onda lunga. Un classico esempio è lo tsunami che si formò dopo l’eruzione del Krakatoa nel 1883. Enormi tsunami provenienti dal vulcano Krakatau furono osservati nei porti di tutto il mondo e distrussero un totale di oltre 5.000 navi, uccidendo circa 36.000 persone.

Segni di uno tsunami.

• veloce improvviso ritiro dell'acqua dalla riva per una notevole distanza e asciugatura del fondale. Quanto più il mare si ritira, tanto più alte possono essere le onde dello tsunami. Persone che sono sulla riva e non sanno nulla Pericolo, possono fermarsi per curiosità o per raccogliere pesci e conchiglie. In questo caso, è necessario lasciare la costa il prima possibile e allontanarsi da essa alla massima distanza: questa regola dovrebbe essere seguita, ad esempio, in Giappone, sulla costa indonesiana dell'Oceano Indiano, in Kamchatka. Nel caso di un teletsunami, l'onda solitamente si avvicina senza che l'acqua si ritiri.
• Terremoto. L'epicentro di un terremoto è solitamente nell'oceano. Sulla costa il terremoto è solitamente molto più debole e spesso non ce n'è affatto. Nelle regioni a rischio di tsunami, esiste una regola secondo cui se si avverte un terremoto, è meglio allontanarsi dalla costa e allo stesso tempo scalare una collina, preparandosi così in anticipo all'arrivo di un'onda.
• deriva insolita ghiaccio e altri oggetti galleggianti, la formazione di crepe nel ghiaccio veloce.
• Enormi rovesci ai bordi dei ghiacci immobili e degli scogli, la formazione di folle, di correnti.

onde assassine

onde assassine(Onde erranti, onde mostruose, onde anomale - un'onda anomala) - le onde giganti che si verificano nell'oceano, alte più di 30 metri, hanno un comportamento insolito per le onde del mare.

Anche circa 10-15 anni fa, gli scienziati consideravano le storie dei marinai sulle gigantesche onde assassine che appaiono dal nulla e affondano le navi, solo folklore marittimo. Per molto tempo onde vaganti erano considerati finzione, poiché non rientravano in nessuno dei modelli matematici allora esistenti per calcolare l'evento e il loro comportamento, perché non possono esistere onde alte più di 21 metri negli oceani del pianeta Terra.

Una delle prime descrizioni di un'onda mostruosa risale al 1826. La sua altezza superava i 25 metri ed è stato notato nell'Oceano Atlantico vicino al Golfo di Biscaglia. Nessuno ha creduto a questo messaggio. E nel 1840, il navigatore Dumont d'Urville si azzardò a presentarsi a una riunione della Società geografica francese e dichiarò di aver visto con i propri occhi un'onda di 35 metri. I presenti lo derisero. Ma storie di enormi onde fantasma che apparvero all'improvviso in mezzo all'oceano, anche con una piccola tempesta, e la loro ripidezza somigliava a pareti d'acqua a strapiombo, diventava sempre più grande.

Prove storiche di "onde assassine"

Così, nel 1933, la USS Ramapo fu colta da una tempesta nell'Oceano Pacifico. Per sette giorni la nave fu gettata sulle onde. E la mattina del 7 febbraio, un pozzo di incredibile altezza si insinuò improvvisamente da dietro. Dapprima la nave fu gettata in un profondo abisso, quindi sollevata quasi verticalmente su una montagna di acqua schiumosa. L'equipaggio, che ha avuto la fortuna di sopravvivere, ha registrato un'altezza delle onde di 34 metri. Si muoveva a una velocità di 23 m / se 85 km / h. Finora, questa è considerata l’onda anomala più alta mai misurata.

Durante la seconda guerra mondiale, nel 1942, la nave Queen Mary trasportava 16.000 soldati americani da New York alla Gran Bretagna (a proposito, un record per il numero di persone trasportate su una nave). All'improvviso ci fu un'onda di 28 metri. "Il ponte superiore era alla sua solita altezza e all'improvviso - una volta! - scese bruscamente", ha ricordato il dottor Norval Carter, che era a bordo della nave sfortunata. La nave virò con un angolo di 53 gradi: se l'angolo fosse stato di almeno tre gradi in più, la morte sarebbe stata inevitabile. La storia della "Regina Mary" ha costituito la base del film hollywoodiano "Poseidone".

Tuttavia, il 1° gennaio 1995, un'onda alta 25,6 metri, chiamata onda Dropner, fu registrata per la prima volta sulla piattaforma petrolifera Dropner nel Mare del Nord al largo delle coste norvegesi. Il progetto "Maximum Wave" ha permesso di dare uno sguardo nuovo alle cause della morte delle navi da carico secco che trasportavano container e altri carichi importanti. Ulteriori ricerche hanno registrato più di 10 singole onde giganti in tutto il mondo per tre settimane, la cui altezza ha superato i 20 metri. Il nuovo progetto si chiama Wave Atlas (Atlante delle onde), che prevede la compilazione di una mappa mondiale delle onde mostruose osservate e la sua successiva elaborazione e integrazione.

Cause

Esistono diverse ipotesi sulle cause delle onde estreme. Molti di loro mancano di buon senso. Le spiegazioni più semplici si basano sull'analisi di una semplice sovrapposizione di onde di diversa lunghezza. Le stime, tuttavia, mostrano che la probabilità di onde estreme in un simile schema risulta essere troppo piccola. Un'altra ipotesi degna di nota suggerisce la possibilità che l'energia delle onde si concentri in alcune strutture delle correnti superficiali. Queste strutture, tuttavia, sono troppo specifiche perché il meccanismo di focalizzazione dell’energia possa spiegare il verificarsi sistematico di onde estreme. La spiegazione più affidabile per il verificarsi di onde estreme dovrebbe basarsi sui meccanismi interni delle onde superficiali non lineari senza coinvolgere fattori esterni.

È interessante notare che tali onde possono essere sia creste che avvallamenti, il che è confermato da testimoni oculari. Ulteriori ricerche riguardano gli effetti della non linearità nelle onde del vento, che possono portare alla formazione di piccoli gruppi di onde (pacchetti) o singole onde (solitoni) che possono percorrere lunghe distanze senza cambiamenti significativi nella loro struttura. Pacchetti simili sono stati osservati più volte anche nella pratica. La caratteristica di tali gruppi di onde, che conferma questa teoria, è che si muovono indipendentemente dalle altre onde e hanno una larghezza ridotta (meno di 1 km), con altezze che diminuiscono bruscamente ai bordi.

Tuttavia, non è stato ancora possibile chiarire completamente la natura delle onde anomale.

Le onde che siamo abituati a vedere sulla superficie del mare sono formate principalmente dall'azione del vento. Tuttavia le onde possono verificarsi anche per altri motivi, quindi vengono chiamate;

Marea, formata sotto l'azione delle forze che formano le maree della Luna e del Sole;

Barico, derivante da improvvisi sbalzi di pressione atmosferica;

Sismico (tsunami), derivante da un terremoto o da eruzioni vulcaniche;

Shipborne, derivante dal movimento della nave.

Le onde del vento sono predominanti sulla superficie dei mari e degli oceani. Le onde di marea, sismiche, di pressione e delle navi non hanno un effetto significativo sulla navigazione delle navi in ​​mare aperto, quindi non ci soffermeremo sulla loro descrizione. Le onde del vento sono uno dei principali fattori idrometeorologici che determinano la sicurezza e l'efficienza economica della navigazione, poiché un'onda, investendo una nave, cade su di essa, oscilla, colpisce la fiancata, allaga i ponti e le sovrastrutture e riduce la velocità. Il beccheggio crea rollio pericolosi, rende difficile determinare la posizione della nave ed esaurisce notevolmente l'equipaggio. Oltre alla perdita di velocità, l'onda fa imbardare la nave e deviare da una determinata rotta, e per mantenerla è necessario un costante spostamento del timone.

Le onde del vento sono il processo di formazione, sviluppo e propagazione delle onde indotte dal vento sulla superficie del mare. Le onde del vento hanno due caratteristiche principali. La prima caratteristica è l'irregolarità: il disordine delle dimensioni e delle forme delle onde. Un'onda non ne ripete un'altra, a un'onda grande può seguirne una piccola, e forse anche una più grande; ogni singola onda cambia continuamente forma. Le creste delle onde si muovono non solo nella direzione del vento, ma anche in altre direzioni. Una struttura così complessa della superficie del mare disturbata è spiegata dalla natura vorticosa e turbolenta del vento che forma le onde. La seconda caratteristica dell'onda è la rapida variabilità dei suoi elementi nel tempo e nello spazio ed è associata anche al vento. Tuttavia, la dimensione delle onde non dipende solo dalla velocità del vento, sono essenziali la durata della sua azione, l'area e la configurazione della superficie dell'acqua. Dal punto di vista pratico, non è necessario conoscere gli elementi di ogni singola onda o di ogni oscillazione d'onda. Pertanto, lo studio delle onde si riduce in definitiva all'individuazione di modelli statistici, che sono espressi numericamente dalle dipendenze tra gli elementi delle onde e i fattori che le determinano.

3.1.1. Elementi d'onda

Ogni onda è caratterizzata da alcuni elementi,

Gli elementi comuni per le onde sono (Fig. 25):

In alto: il punto più alto della cresta dell'onda;

Suola: il punto più basso della cavità dell'onda;

Altezza (h) - eccesso della parte superiore dell'onda;

La lunghezza (L) è la distanza orizzontale tra le sommità di due creste adiacenti su un profilo d'onda tracciato nella direzione generale di propagazione dell'onda;

Periodo (t) - l'intervallo di tempo tra il passaggio di due cime d'onda adiacenti attraverso una verticale fissa; in altre parole è l'intervallo di tempo durante il quale l'onda percorre una distanza pari alla sua lunghezza;

Ripidità (e) - il rapporto tra l'altezza di una determinata onda e la sua lunghezza. La pendenza dell'onda in diversi punti del profilo d'onda è diversa. La pendenza media dell'onda è determinata dal rapporto:

Riso. 25. Elementi fondamentali delle onde.

Per la pratica è importante la pendenza massima, che è approssimativamente uguale al rapporto tra l'altezza dell'onda h e la sua semilunghezza λ/2

- velocità dell'onda c - la velocità della cresta dell'onda nella direzione della sua propagazione, determinata per un breve intervallo di tempo dell'ordine del periodo dell'onda;

Fronte d'onda - una linea sul piano di una superficie ruvida, che passa lungo le sommità della cresta di una determinata onda, determinata da un insieme di profili d'onda tracciati parallelamente alla direzione generale di propagazione dell'onda.

Per la navigazione, gli elementi delle onde come altezza, periodo, lunghezza, pendenza e direzione generale del movimento delle onde sono della massima importanza. Tutti dipendono dai parametri del flusso del vento (velocità e direzione del vento), dalla sua lunghezza (accelerazione) sul mare e dalla durata della sua azione.

A seconda delle condizioni di formazione e propagazione, le onde del vento possono essere suddivise in quattro tipologie.

Vento - un sistema di onde che al momento dell'osservazione è sotto l'influenza del vento con cui è causato. Le direzioni di propagazione delle onde del vento e del vento in acque profonde solitamente coincidono o differiscono di non più di quattro punti (45°).

Le onde del vento sono caratterizzate dal fatto che la loro pendenza sottovento è più ripida di quella sopravvento, quindi le cime delle creste solitamente collassano, formando schiuma, o addirittura si rompono a causa di un forte vento. Quando le onde entrano in acque poco profonde e si avvicinano alla riva, le direzioni di propagazione delle onde e del vento possono differire di oltre 45°.

Swell - onde indotte dal vento che si propagano in un'area di formazione delle onde dopo che il vento si indebolisce e/o cambia direzione, o onde indotte dal vento che provengono da una regione di formazione delle onde verso un'altra area dove il vento soffia con una velocità e/o direzione diversa . Un caso speciale di moto ondoso che si propaga in assenza di vento è chiamato mareggiata morta.

Misto: eccitazione derivante dall'interazione delle onde del vento e del moto ondoso.

Trasformazione delle onde del vento: un cambiamento nella struttura delle onde del vento con un cambiamento nella profondità. In questo caso, la forma delle onde è distorta, diventano più ripide e corte, e ad una profondità ridotta, non superiore all'altezza dell'onda, le creste di quest'ultima si ribaltano e le onde vengono distrutte.

Nel loro aspetto, le onde del vento sono caratterizzate da forme diverse.

Increspature: la forma iniziale di sviluppo delle onde del vento, che si presenta sotto l'influenza di un vento debole; le creste delle onde con increspature assomigliano a scaglie.

Eccitazione tridimensionale: un insieme di onde, la cui lunghezza media della cresta è molte volte maggiore della lunghezza d'onda media.

Onda regolare - onda in cui la forma e gli elementi di tutte le onde sono gli stessi.

Folla: eccitazione caotica derivante dall'interazione delle onde che corrono in direzioni diverse.

Le onde che si infrangono su sponde, scogliere o rocce sono chiamate frangenti. Le onde che si infrangono nella zona costiera sono chiamate surf. Sulle coste ripide e negli impianti portuali il surf assume la forma di una faglia inversa.

Le onde sulla superficie del mare si dividono in libere, quando la forza che le ha provocate cessa di agire e le onde si muovono liberamente, e forzate, quando l'azione della forza che ha causato la formazione delle onde non si ferma.

In base alla variabilità degli elementi delle onde nel tempo, si dividono in onde costanti, cioè onde del vento, in cui le caratteristiche statistiche delle onde non cambiano nel tempo, e in sviluppo o smorzamento, cambiando i loro elementi nel tempo.

Secondo la forma delle onde, sono divise in bidimensionale - un insieme di onde, la cui lunghezza media della cresta è molte volte maggiore della lunghezza d'onda media, tridimensionale - un insieme di onde, la lunghezza media la cui cresta è parecchie volte maggiore della lunghezza d'onda, e solitaria, avendo solo una cresta a forma di cupola senza suola.

A seconda del rapporto tra la lunghezza d'onda e la profondità del mare, le onde si dividono in onde corte, la cui lunghezza è molto inferiore alla profondità del mare, e onde lunghe, la cui lunghezza è maggiore della profondità del mare. mare.

Per la natura del movimento della forma d'onda, sono traslazionali, in cui c'è un movimento visibile della forma d'onda, e stazionari - senza movimento. A seconda di come si trovano le onde, si dividono in superficiali e interne. Le onde interne si formano all'una o all'altra profondità sull'interfaccia tra strati d'acqua di diversa densità.

3.1.2. Metodi per il calcolo degli elementi d'onda

Quando si studiano le onde del mare, vengono utilizzate alcune disposizioni teoriche per spiegare alcuni aspetti di questo fenomeno. Le leggi generali della struttura delle onde e la natura del movimento delle loro singole particelle sono considerate dalla teoria delle onde trocoidali. Secondo questa teoria, le singole particelle d'acqua nelle onde superficiali si muovono lungo orbite ellissoidali chiuse, compiendo una rivoluzione completa in un tempo pari al periodo dell'onda t.

Il movimento rotatorio delle successive particelle d'acqua spostate di un angolo di fase nel momento iniziale del movimento crea l'apparenza di movimento traslazionale: le singole particelle si muovono in orbite chiuse, mentre il profilo dell'onda si muove traslatoria nella direzione del vento. La teoria trocoidale delle onde ha permesso di dimostrare matematicamente la struttura delle singole onde e di collegare tra loro i loro elementi. Sono state ottenute formule che consentono di calcolare i singoli elementi delle onde

dove g è l'accelerazione di caduta libera, la lunghezza d'onda K, la sua velocità di propagazione C e il periodo t sono interconnessi dalla dipendenza K=Cx.

Va notato che la teoria delle onde trocoidali è valida solo per le onde bidimensionali regolari, che si osservano nel caso delle onde del vento libero - rigonfiamenti. Nelle onde del vento tridimensionali i percorsi orbitali delle particelle non sono orbite circolari chiuse, poiché sotto l'influenza del vento avviene un trasferimento orizzontale dell'acqua sulla superficie del mare nella direzione di propagazione delle onde.

La teoria trocoidale delle onde del mare non rivela il processo del loro sviluppo e attenuazione, così come il meccanismo di trasferimento dell'energia dal vento all'onda. Nel frattempo, la soluzione proprio di questi problemi è necessaria per ottenere dipendenze affidabili per il calcolo degli elementi delle onde del vento.

Pertanto, lo sviluppo della teoria delle onde del mare ha seguito il percorso dello sviluppo delle relazioni teoriche ed empiriche tra vento e onde, tenendo conto della diversità delle onde del vento marino reale e della non stazionarietà del fenomeno, cioè tenendo conto del loro sviluppo e attenuazione.

In generale, le formule per il calcolo degli elementi delle onde del vento possono essere espresse in funzione di più variabili

H, t, L, C \u003d f (L, D t, H),

Dove W - velocità del vento; D - accelerazione, t - durata dell'azione del vento; H è la profondità del mare.

Per le zone di acque poco profonde dei mari, per calcolare l'altezza e la lunghezza d'onda, è possibile utilizzare le dipendenze

I coefficienti aez sono variabili e dipendono dalla profondità del mare

A \u003d 0,0151H 0,342; z = 0,104 H 0,573 .

Per le aree aperte del mare, gli elementi delle onde, la cui altezza di copertura è del 5%, e i valori medi delle lunghezze d'onda sono calcolati in base alle dipendenze:

H = 0,45 L 0,56 P 0,54 A,

L \u003d 0,3 lW 0,66 P 0,64 A.

Il coefficiente A è calcolato dalla formula

Per le aree aperte dell'oceano, gli elementi d'onda vengono calcolati utilizzando le seguenti formule:

dove e è la pendenza dell'onda a piccole accelerazioni, D PR è l'accelerazione massima, km. L'altezza massima delle onde di tempesta può essere calcolata utilizzando la formula

dove hmax - altezza massima dell'onda, m, D - lunghezza dell'accelerazione, miglia.

Presso l'Istituto Oceanografico Statale, sulla base della teoria statistica spettrale delle onde, sono state ottenute le relazioni grafiche tra gli elementi dell'onda e la velocità del vento, la durata della sua azione e la lunghezza dell'accelerazione. Queste dipendenze dovrebbero essere considerate le più affidabili, fornendo risultati accettabili, sulla base dei quali sono stati costruiti i nomogrammi presso il Centro Idrometeorologico dell'URSS (V.S. Krasyuk) per calcolare l'altezza delle onde. Il nomogramma (Fig. 26) è diviso in quattro quadranti (I-IV) ed è costituito da una serie di grafici disposti in una certa sequenza.

Nel quadrante I (contato dall'angolo inferiore destro) del nomogramma è riportata una griglia dei gradi, ciascuna divisione della quale (orizzontalmente) corrisponde al 1° meridiano ad una data latitudine (da 70 a 20° N) per mappe di scala di proiezioni stereografiche polari 1:15 000000. La griglia dei gradi è necessaria per convertire la distanza tra le isobare n e il raggio di curvatura delle isobare R, misurato su mappe di scala diversa, in una scala 1:15 000000. In questo caso determiniamo la distanza tra le isobare n e il raggio di curvatura delle isobare R in gradi meridiani ad una data latitudine. Il raggio di curvatura delle isobare R è il raggio del Cerchio con cui ha maggior contatto la sezione dell'isobare passante per il punto per il quale si sta effettuando il calcolo o in prossimità di esso. Si determina con l'aiuto di un metro mediante selezione in modo tale che l'arco tracciato dal centro trovato coincida con la sezione data dell'isobare. Successivamente, sulla griglia dei gradi, tracciamo i valori misurati ad una data latitudine, espressi in gradi del meridiano, e con una soluzione compassata determiniamo il raggio di curvatura delle isobare e la distanza tra le isobare, corrispondente ad una scala 1:15.000.000.

Nel quadrante II del nomogramma sono mostrate delle curve che esprimono la dipendenza della velocità del vento dal gradiente barico e dalla latitudine geografica del luogo (ogni curva corrisponde ad una certa latitudine - da 70 a 20° N). Per il passaggio dal vento di gradiente calcolato al vento che soffia vicino alla superficie del mare (ad un'altezza di 10 m), è stata derivata una correzione che tiene conto della stratificazione dello strato superficiale atmosferico. Nel calcolo per la parte fredda dell'anno (stratificazione stabile t w 2 ° C), il coefficiente è 0,6.

Riso. Fig. 26. Nomogramma per il calcolo degli elementi delle onde e della velocità del vento dalle mappe del campo di pressione superficiale, dove le isobare sono disegnate ad intervalli di 5 mbar (a) e 8 mbar (b). 1 - inverno, 2 - estate.

Il quadrante III tiene conto dell'effetto della curvatura isobara sulla velocità del vento geostrofico. Le curve corrispondenti a diversi valori del raggio di curvatura (1, 2, 5, ecc.) sono date da linee continue (invernali) e tratteggiate (estive). Il segno oo significa che le isobare sono rettilinee. Solitamente, quando il raggio di curvatura supera i 15°, nei calcoli non è richiesta alcuna considerazione della curvatura. L'asse delle ascisse che separa gli yadranti III e IV determina la velocità del vento W per un dato punto.

Nel quadrante IV sono presenti delle curve che permettono di determinare l'altezza delle cosiddette onde significative (h 3H) con una probabilità del 12,5% attraverso la velocità del vento, l'accelerazione o la durata del vento.

Se è possibile utilizzare non solo i dati sulla velocità del vento, ma anche sull'accelerazione e sulla durata del vento per determinare l'altezza delle onde, il calcolo viene eseguito sulla base dell'accelerazione e della durata del vento (in ore) . Per fare ciò, dal quadrante III del nomogramma, abbassiamo la perpendicolare non alla curva dell'accelerazione, ma alla curva della durata dell'azione del vento (6 o 12 ore). Dai risultati ottenuti (accelerazione e durata), viene preso il valore più piccolo dell'altezza dell'onda.

Il calcolo utilizzando il nomogramma proposto può essere effettuato solo per le aree del "mare profondo", cioè per le aree in cui la profondità del mare non è inferiore alla metà della lunghezza d'onda. Per accelerazioni superiori a 500 km o durata del vento superiore a 12 ore, viene utilizzata la dipendenza dell'altezza delle onde dal vento corrispondente alle condizioni oceaniche (curva ispessita nel quadrante IV).

Pertanto, per determinare l'altezza delle onde in un dato punto, è necessario eseguire le seguenti operazioni:

A) trovare il raggio di curvatura dell'isobara R passante per un punto dato o in prossimità di esso (usando un compasso per selezione). Il raggio di curvatura delle isobare è determinato solo nel caso di curvatura ciclonica (nei cicloni e negli avvallamenti) ed è espresso in gradi meridiani;

B) determinare la differenza di pressione n misurando la distanza tra isobare adiacenti nell'area del punto selezionato;

C) in base ai valori trovati di R en, a seconda della stagione, troviamo la velocità del vento W;

D) conoscendo la velocità del vento W e l'accelerazione D oppure la durata del vento (6 o 12 ore), troviamo l'altezza delle onde significative (h 3H).

L'accelerazione è la seguente. Da ciascun punto per il quale si calcola l'altezza dell'onda si traccia una linea di corrente in direzione contraria al vento finché la sua direzione non cambia rispetto a quella iniziale di un angolo di 45° o raggiunge la costa o il bordo dei ghiacci. Approssimativamente, questa sarà l'accelerazione o il percorso del vento, durante il quale dovrebbero formarsi (onde che arrivano in un dato punto.

La durata del vento è definita come il tempo durante il quale la direzione del vento rimane invariata o si discosta dall'originale di non più di ± 22,5 °.

Secondo il nomogramma di Fig. 26a è possibile determinare l'altezza delle onde dalla mappa del campo di pressione superficiale, sulla quale sono disegnate le isobare di 5 mbar. Se le isobare vengono disegnate per 8 mbar, il nomogramma mostrato in fig. 26 b.

Il periodo e la lunghezza d'onda possono essere calcolati dai dati sulla velocità del vento e sull'altezza delle onde. Un calcolo approssimativo del periodo dell'onda può essere effettuato secondo il grafico (Fig. 27), che mostra la relazione tra i periodi e l'altezza delle onde del vento a diverse velocità del vento (W). La lunghezza d'onda è determinata dal suo periodo e dalla profondità del mare in un dato punto secondo il grafico (Fig. 28).

Il vento stesso può essere visto sulle mappe delle previsioni del tempo: queste sono zone di bassa pressione. Maggiore è la loro concentrazione, più forte sarà il vento. Le piccole onde (capillari) inizialmente si muovono nella direzione in cui soffia il vento.

Più forte e lungo soffia il vento, maggiore è il suo effetto sulla superficie dell'acqua. Nel tempo, le onde iniziano ad aumentare di dimensioni.

Il vento ha un effetto maggiore sulle piccole onde che su una superficie dell'acqua calma.

La dimensione di un'onda dipende dalla velocità del vento che la forma. Il vento che soffia a velocità costante sarà in grado di generare un'onda di dimensioni comparabili. E una volta che un'onda raggiunge la dimensione che il vento può imprimervi, diventa "completamente formata".

Le onde generate hanno velocità e periodi d'onda diversi. (Maggiori dettagli nell'articolo) Le onde con un lungo periodo si muovono più velocemente e coprono distanze maggiori rispetto alle loro controparti più lente. Allontanandosi dalla fonte del vento (propagazione), le onde formano linee di onde che inevitabilmente si infrangono sulla riva. Molto probabilmente hai familiarità con il concetto di insieme di onde!

Le onde che non sono più influenzate dal vento si chiamano onde terrestri (ground swell)? Questo è esattamente ciò che i surfisti stanno cercando!

Cosa influenza la dimensione di un moto ondoso?

Ci sono tre fattori principali che influenzano la dimensione delle onde in alto mare.
Velocità del vento Più è grande, più grande sarà l'onda.
durata del vento- simile al precedente.
Andare a prendere(area di copertura del vento) - ancora una volta, maggiore è l'area di copertura, maggiore è l'onda che si forma.

Non appena l'influenza del vento su di loro cessa, le onde iniziano a perdere energia. Si sposteranno fino al momento in cui le sporgenze del fondale marino o altri ostacoli sul loro cammino (ad esempio una grande isola) assorbiranno tutta l'energia.

Esistono diversi fattori che influenzano la dimensione di un'onda in una particolare posizione. Tra loro:

Direzione del moto ondoso- permetterà alle onde di arrivare nel punto di cui abbiamo bisogno?
fondale marino- Il moto ondoso, spostandosi dalle profondità dell'oceano alla cresta sottomarina delle rocce, forma grandi onde con dei barili all'interno. Una sporgenza poco profonda di fronte rallenterà le onde e farà perdere loro energia.
Ciclo delle maree- alcuni sport ne dipendono completamente.

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