Мик О'Хэйр - Почему у пингвинов не мерзнут лапы? И еще 114 вопросов, которые поставят в тупик любого ученого

На снимках толщина ветвей молнии часто выглядит увеличенной из-за передержки пленки. Судя по следам на объектах, поврежденных ударами молнии, диаметр ее ветви составляет 2–100 миллиметров.

Р. Саундерс

Группа физики атмосферы,

Манчестерский университет, Великобритания

«Какой механизм преобразует энергию ветра в непрекращающуюся череду океанских волн? От чего зависит их амплитуда и частота?»

Фрэнк Скахилл

Истонвилл, Новый Южный Уэльс, Австралия

Когда ветер дует над поверхностью воды в море, образуется легкая рябь. Волны, возникающие при сильных порывах ветра, беспорядочны, не имеют ни определенного направления, ни постоянной частоты.

При ветре наблюдаются два явления. Во-первых, волны взаимодействуют друг с другом, образуя более длинные волны с низкой частотой. Во-вторых, ветер подталкивает эти волны и придает им новую энергию. Пока продолжается буря, под влиянием ветра волны будут расти, а динамика волн – развиваться таким образом, что длина волн станет увеличиваться.

Некоторые слишком крутые волны разбиваются, но суммарное количество энергии продолжит расти. Волны, возникающие в определенных точках, называются ветровыми. Их энергия зависит от того, как долго дует ветер (продолжительность) и на каком расстоянии (длина нагона). Волны на поверхности моря – не просто последовательность волн, а сложная поверхностная структура.

Такой сложной системе невозможно просто придать амплитуду и частоту. Значимая высота волны – средняя высота самой высокой третьей волны – служит для описания величины волн, а пиковый период между доминирующими или наиболее интенсивными волнами является критерием оценки частоты. В среднем каждые три часа появляется волна, по высоте дважды превышающая значимую.

В конце концов энергия, приданная морю ветром, будет уравновешена потерями энергии, в основном в полосе прибоя. В этот момент волны перестанут расти – это явление называется полностью развитым волнением. При ветре силой 20 метров в секунду (8 баллов) высота значимой волны при полностью развитом волнении достигнет 9 метров, а пиковый период составит 15 секунд.

Волны могут преодолевать тысячи километров от места зарождения. В отличие от световых или звуковых волн, скорость морских волн увеличивается вместе с длиной, а частота уменьшается.

Волны, ускользнувшие из зоны шторма, называются зыбью. У них меньше диапазон периодов и почти правильные волновые серии. Поскольку им не сообщается энергия, она не рассеивается при разбиении волн, и они продолжают путь по океану, пока не достигнут суши.

Ввиду изменения частот при разных скоростях волн зыбь делится на обособленные компоненты, путешествуя по океану. Значимая высота волны и пиковый период зыби определяются скоростью ветра, продолжительностью и нагоном, характерными для шторма, создавшего эти волны.

Питер Чалленор

Саутгемптонский океанографический центр,

Гемпшир, Великобритания

Энергия ветра поначалу поднимает ветровые волны. Ветровые волны круче и беспорядочнее, чем зыбь, для них характерны барашки и пенистые гребни. Чем дольше дует ветер, тем длиннее преобладающие ветровые волны.

Когда ветер прекращается или ветровые волны покидают зону возникновения, образование барашков некоторое время продолжается, его сопровождает удлинение волн, пока они не утратят крутизну, необходимую для формирования барашков. Ветровые волны превращаются в зыбь.

Поверхностным волнам в жидкости свойственно рассеиваться – это означает, что волны разной длины перемещаются с разными скоростями. Чем длиннее волна, тем быстрее она перемещается и первой достигает наблюдателя.

Со временем длина зыби становится все короче, ее место занимают короткие волны. Зыбь от шторма, сформировавшегося за тысячи километров, может сохраняться несколько дней, но в конце концов укоротится из-за дисперсии.

Дисперсия действует как фильтр, поэтому только зыбь узкого диапазона может присутствовать в одной зоне океана в один период времени. Именно поэтому зыбь выглядит такой одинаковой, если смотреть на нее с самолета.

Обычно амплитуда зыби снижается при выходе из зоны волнообразования, поскольку энергия распространяется по значительному участку океана.

Но это еще не все. Следующий ветер поднимет ветровые волны, часть энергии которых передастся зыби и увеличит ее амплитуду, не меняя длины волны. Точно так же ветровые волны в обратном направлении могут уменьшить амплитуду зыби.