Ученые раскрыли тайну гигантских волн-убийц: откуда они берутся

Долгое время гигантские, одинокие волны, внезапно появлявшиеся посреди открытого океана, были морской легендой, пугающей моряков. Эти «волны-убийцы» могли достигать высоты 20 метров — вдвое больше волн вокруг, и в считанные минуты исчезали. Сегодня учёные подтверждают их существование, но их происхождение оставалось загадкой. Недавнее 18-летнее исследование, проведенное международной командой ученых, наконец раскрыло эту тайну, доказав, что эти волны не случайны или мистические, а возникают по вполне естественным законам.

Об этом сообщает ScienceAlert.

Это не мистика, а физика

Исследователи проанализировали данные 27,5 тысячи записей о состоянии моря, собранных с 2003 по 2020 год на нефтяной платформе Ekofisk в Северном море. Вместо сложных математических моделей, объясняющих «модуляционную нестабильность», ученые пришли к выводу, что гигантские волны формируются благодаря конструктивной интерференции.

Простыми словами, это явление происходит, когда две или более волны накладываются друг на друга, создавая одну большую волну. Этот эффект усиливается естественной асимметрией морских волн — их гребни обычно гораздо круче и выше впадин. Таким образом множество меньших волн, выстраиваясь вместе, объединяют свои гребни, создавая одну массивную волну, которая на миг возвышается над всем вокруг.

Чтобы объяснить эту разницу, представьте толпу людей, выходящих со стадиона после матча. Если выход — это узкий коридор с высокими стенами, люди вынуждены двигаться только в одном направлении. Те, кто позади, толкают впереди и может возникнуть «завал». Это похоже на волну-убийцу, вызванную ограничением.

Если выход со стадиона ведет на широкое поле, люди могут свободно разойтись во всех направлениях, избегая давки. Так же и в океане — волны свободно распространяются, и поэтому они не подчиняются тем же правилам, что волны в узком лабораторном канале, где ученые могут искусственно создать «волну-убийцу» с помощью модуляционной нестабильности.

Как ученые раскрыли тайну

Команда применила статистические методы для выявления закономерностей в редких случаях появления гигантских волн. Оказалось, что эти волны подчиняются так называемому квазидетерминистическому паттерну, который в пространстве и времени узнаваем и повторяется, но с долей случайности. В этот момент многие обычные волны совпадают, чтобы создать одну гигантскую.

Эта общая теория, разработанная океанографом Паоло Боккотти, показывает, что экстремальные волны не полностью случайны. Все большие волны несут в себе «отпечаток» или «подпись» — группу движущихся вместе волн нарастают до пика и затем угасают.

Как пример, 24 ноября 2023 года мощный шторм в Северном море вызвал появление массивной волны-убийцы высотой 17 метров. Анализ, проведенный учеными с помощью искусственного интеллекта, показал, что это событие полностью соответствовало теории квазидетерминизма и конструктивной интерференции, когда множество меньших волн просто собралось вместе.

Почему это открытие важно

Хотя в идеальном мире можно было бы предсказать каждую волну, в реальном океане ее рост ограничивается естественными явлениями, такими как разрушение волн. Когда волна достигает определенной высоты и энергии, ее вершина начинает разбиваться, высвобождая избыток энергии в виде пены. Это ограничивает размер «волны-убийцы» и не дает ей расти до бесконечности.

Понимание того, как формируются волны-убийцы, имеет огромное значение для безопасности. Это может помочь инженерам и конструкторам создавать более надежные корабли, нефтяные платформы и другие морские постройки. Кроме того, эти знания позволят более точно прогнозировать риски в океане и повышать безопасность судоходства.