Шторм в пробирке

Шторм в пробирке

Корабль о стену морскую,

Как в клетку загнанный зверь,

Бьется, дрожа и тоскуя,

Не в силах пробить себе дверь.

Нурдаль Григ

После отступления океана

Казалось, ничто не предвещало бедствия. Океан спал. Но вдруг на горизонте поднялась огромная волна и с бешеной скоростью устремилась к берегу. Подхватив рыбачьи лодки и большие корабли, она с ревом выбросила их на сушу, проникнув местами на десятки километров в глубь острова. Когда мутные потоки воды схлынули, они унесли с собой трупы людей и животных, крыши домов и стволы деревьев.

Примерно через полчаса показалась еще одна высокая волна. За ней шли более слабые, после ухода которых уцелевшие жители японского острова Хонсю могли наблюдать реальную иллюстрацию к библейской легенде о всемирном потопе.

Цунами, обрушившиеся на Хонсю в 1896 году, унесли 27 тысяч человеческих жизней.

Хотя волны цунами сравнительно редкое явление, в бассейне Тихого океана они повторяются каждые несколько десятилетий. Знают цунами и на побережье Атлантического океана. Жители Лиссабона как легенду вспоминают события 1775 года. На их город обрушилась волна высотой с шестиэтажный дом. Она разрушила не только набережную и стену крепости, но и размыла перешеек, соединяющий город с материком. И когда прибрежные жители видят, как океан вдруг начинает медленно отступать, готовясь с разбегу наброситься на берег, все приходит в движение. Спешно увязываются узлы, запираются дома. Скот угоняют в горы. Дороги заполняются толпами испуганных людей. Все живое спешит подальше от страшного бедствия…

Огромной силой обладают и приливные волны.

«В 10 часов утра толпа зрителей собралась на берегу Сены. Воды ее были гладки, как зеркало, и совершенно неподвижны. Взоры всех были устремлены вниз по течению, откуда ожидали маскарет (так здесь называют приливную волну). Он появился с точностью, какая сделала бы честь монарху. Стремительно налетел он из-за изгиба Сены. По середине реки приближалось нечто похожее на темную стену. Скорость, с какою неслась эта водная масса, равнялась по меньшей мере скорости скачущей галопом лошади».

Так рассказывает очевидец об очередном пришествии приливной волны на Сене.

Такие волны способны прорвать защитные дамбы, уничтожить селения и посевы. По их вине в 1570 году были залиты большие голландские города Амстердам и Роттердам.

А штормы! Об их злодеяниях можно написать тома. В 1934 году шторм уничтожил один из крепчайших волноломов «Мустафа» в Алжирском порту. Волны вырвали с корнем основание сооружения и, как щепки, разметали по морю каменные обломки весом в десятки тонн.

Один из сильнейших штормов у Генуи буквально на глазах разрушил грандиозный волнолом, который строился в течение 18 лет. 19 февраля 1953 года чудовищные волны перешагнули через волнолом длиною около 4 тысяч метров и шириной в 12 метров. Они мгновенно опрокинули вертикальную стену длиною в 150 метров и уничтожили бетонные сооружения весом в 450 тонн. Ворвавшись в порт, волны потопили почти все корабли, спрятавшиеся от шторма в этой, казалось, неприступной крепости.

А сколько трагедий разыгралось во время сильных штормов в открытом море! Случилось так, что корабль, вздыбленный на гребень высокой волны или оказавшийся на вершинах двух соседних волн, разламывался пополам как щепка. Обычно жертвой прожорливых волн бывают корабли, конструкция которых недостаточно продумана.

Человек пока не может остановить ни волны цунами, порожденные подводными землетрясениями, ни приливные волны, вызванные притяжением Луны и Солнца, ни даже обыкновенные ветровые волны. Но можно изучить море, исследовать причины возникновения, характер и поведение волн, предсказать их последствия. Можно так рассчитать корабли и береговые сооружения, что им будут не страшны капризы водной стихии.

О необходимости изучения моря, о первостепенной важности морской науки лучше всего говорит один из первых декретов молодого Советского государства — декрет об учреждении Плавучего морского научного института, подписанный Владимиром Ильичем Лениным 10 марта 1921 года.

Не страшные даже лягушкам

В Крыму близ Симеиза есть мыс, далеко выступающий в море. Еле видимой змейкой горная дорога подползает к самому берегу. Здесь в зарослях граба и дубняка сверкает ослепительной белизной двухэтажное, не совсем обычное здание. Из его круглых иллюминаторов открывается безбрежный морской простор. Над увитым кружевами глициний подъездом табличка: «Черноморское отделение морского гидрофизического института Академии наук СССР».

Здесь, как на экспедиционном корабле, всюду приборы: и на плоской крыше здания, и в лабораториях, и во дворе. Опускаешься к морю — и там на огромном камне примостились приборы. Они усердно измеряют температуру моря, его давление, щупают пульс бьющего о камни прибоя, прислушиваются к дыханию волны, подсчитывают количество ветров, волнующих водную гладь. От приборов к зданию тянутся длинные щупальца проводов. Сигналы приборов управляют стрелками самописцев, царствующих в безмолвном, безлюдном зале автоматов. Они бережно и аккуратно, не зная отдыха, ведут дневник жизни моря. Перелистав его, ученые сделают свои выводы.

На вооружении у физиков самые различные приборы — от простого термометра до гигантского кольцеобразного застекленного бассейна, издали напоминающего цирк или циклотрон.

Вой, частенько рвущийся из этого таинственного сооружения, не раз пугал случайно забредшего сюда безмятежного курортника. Заинтересованный, он подходил ближе. За толстыми многометровыми стеклами плескалась морская вода. Вокруг бассейна суетились люди. Одни устанавливали фотоаппараты и разные приборы, другие готовились к пуску системы. И наконец, рев 21 вентилятора мощностью по 13 киловатт каждый возвещал о приближении самодельного шторма. Ветер, рожденный внутри бассейна, взъерошивал поверхность искусственного моря, увлекал за собой рваные клочья пены, образуя волны, подобные тем, которые возникают в открытом море.

— Что за безумная идея строить бассейн на берегу моря? — стараясь перекричать страшный шум, спрашивал невольный свидетель этого шабаша.

— Так это же штормовой бассейн, — отвечали ему. — Мы изучаем бури и шквалы.

— Но для чего это? — не скрывал недоумения прохожий.

— Мы наблюдаем и фотографируем волны для того, чтобы зафиксировать все подробности процесса их рождения и развития, — отвечали ученые. — Увеличивая обороты вентилятора, можно изменять скорость ветра внутри бассейна от 4 до 14 метров в секунду, создавать в нем штормы до 9 баллов. Недаром бассейн назвали штормовым!

Потом фотографии измеряют, классифицируют, сравнивают за лабораторным столом. Ученым уже удалось доказать, что форма ветровых волн отличается от той, которую им приписывали до сих пор и которая вошла в учебники. Найдена и причина этого различия. Без точных количественных данных было невозможно достаточно подробно изучить сложный процесс взаимодействия двух стихий — воздуха и воды, ветра и волн. Так физики разрабатывают теорию волнообразования.

— Но ведь, глядя на волны в открытом море, опытный моряк сразу определит характер ветра без всяких расчетов, — горячо протестовал новый участник исследования.

— А ученых интересует другое, — отзывался кто-нибудь из научных работников. — Какая волна образуется при ветре определенной силы? Какую энергию получает от ветра каждый квадратный сантиметр поверхности моря? Инженерам важно знать количественные соотношения между скоростью ветра и силой волн. Ведь это необходимо учесть при сооружении кораблей, пристаней, мостов, защитных дамб и много другого.

Увлеченный прохожий, который до того никогда даже не думал об изучении моря, уже до конца дня не отходил от исследователей. Он узнал, что, кроме поведения волн, в штормовом бассейне изучается вопрос возникновения подводных течений под действием ветра. Он сам видел, как в бассейн засыпается краска и причудливые цветные узоры рассказывают о законах движения воды под ее поверхностью.

А потом его привели в небольшую комнату, где были свалены в кучу «волны». Здесь был целый набор «волн» с различным профилем. Только сделаны они были из дерева.

— Чтобы более подробно изучить, что испытывают волны под порывами ветра, — пояснил добровольный гид, — достаточно засунуть деревянную волну в эту трубу.

И, встретив удивленный взгляд, добавил:

— Это аэродинамическая труба. В точно таких же трубах, только размером побольше, испытываются самолеты — на Земле, а не в воздухе.

Взмах руки, вздох включенного мотора. В трубе слышен шелест ветра. Шелест переходит в вой. Такой ветер срывал бы уже листья с деревьев. Морская волна давно бы скрылась из глаз, но деревянная остается на месте.

Присмотревшись к ней, посетитель увидел крошечные отверстия, а в них — миниатюрные трубочки.

— Что это?

— Это манометры. Они очень хорошо чувствуют силу ветра и регистрируют распределение давления по профилю волны. Так мы изучаем распределение давления воздуха на поверхности океана в зависимости от силы ветра.

«Да-а, странная мысль — изучать море на берегу», — думал утомленный курортник.

И, как бы угадывая его мысли, ученый лукаво спросил:

— А по бликам вы не хотели бы угадать характер волн?

— Как по… бликам? — в недоумении переспросил огорошенный посетитель.

— Ну да, по световым бликам, оставляемым на воде Луной и Солнцем. Обычно благодаря тому, что поверхность моря не гладкая, по волнам бежит целая полоса бликов. Если присмотреться к этой дорожке, видно, что положение каждого блика различно в зависимости от крутизны волны. Вот мы и подумали: нельзя ли использовать световую дорожку для определения крутизны волны — ведь это необходимо для расчета поплавков гидросамолетов и для оценки их мореходных качеств. Дорожку сфотографировали и сравнили с целым набором фотографий дорожек с заранее известной крутизной. Так возник очень удобный и всем доступный метод измерения важной для техники величины…

Бури и штормы, конечно, изучаются не только на берегу. Бывает и так: ураганный ветер, нарастающий грохот волн, темно-синие тучи, спешащие в гавань корабли и… радостные лица охотников за штормами, снаряжающих исследовательское судно в опасный рейс. Наконец-то буря! В море опускаются волнографы, непрерывно записывающие высоту и периоды волн; трещат камеры, производящие стереофотосъемки различных участков бурного океана, фиксирующие волнообразование во времени и пространстве. И в результате рейса — метод расчета волн и ветра в штормовом море. Бывает, что одновременно с выходом научно-исследовательского судна в воздух поднимаются самолеты, ведущие аэрофотосъемки.

Сотрудники Государственного океанографического института СССР охотились за штормами на Каспии 10 лет, исследовали 513 бурь, прежде чем установили необходимые закономерности рождения и развития штормов, которые легли в основу прогнозов волнений в море. Расчеты ученых помогают правильно сконструировать нефтяные вышки на Каспии, где идет добыча нефти со дна моря.

И вот недавно, 27 февраля 1963 года, в «Правде» появилась заметка, озаглавленная «Стальные улицы на Каспии». Вот что в ней рассказывается:

«На Каспии свирепствуют штормы. Однако это не сдерживает наступательного порыва разведчиков нефти и газа. На северо-восточном крыле морского промысла городка Нефтяные Камни бригада, возглавляемая Героем Социалистического Труда Хакогланом Байрамовым, возвела начальный, 20-метровый пролет будущей необычной эстакады. Она впервые сооружается над глубиной воды свыше 25 метров. В грунт забиты такие опоры, которые выдержат любые нагрузки при самых сильных ветрах. Для работы по-новому потребовалось модернизировать мощный эстакадостроительный кран бакинского инженера Г. Шихметова. Скоро вступают в эксплуатацию еще два таких агрегата, и стальные „проспекты“ городка станут на высоте 35–40 метров, или десятиэтажного дома, от дна моря».

Все это грандиозное сооружение, вся потребовавшаяся для строительства аппаратура сконструированы на основе расчетов ученых.

Советские научно-исследовательские суда бороздят воды Антарктиды, Северной Атлантики, Тихого океана, Балтики, Черного и Каспийского морей. На них ведется экспериментальная и теоретическая работа, с помощью новейшей волноизмерительной аппаратуры раскрываются законы штормов и бурь.

Ученые разгадали и тайну рождения страшных волн цунами. Виновными оказались подводные землетрясения. Воображение ученых нарисовало картину величественную и страшную. Мощный вздох Земли сотрясает океанское дно. Оно лопается и коробится, как корочка печеного яблока. Заполнив трещины в своем ложе, вода не может сразу успокоиться. Как толпа людей, в которой сзади напирают любопытные, не может остановиться мгновенно, так и потоки воды продолжают со всех сторон стремиться к месту катастрофы. Они сталкиваются между собой. К небу взвивается огромный водяной холм. Ослепив все морское царство фейерверком брызг, он спадает величественной кольцевой волной. В центре вновь образуется углубление, и все начинается сначала… Бросьте камень в тихую заводь — и вы увидите цунами в миниатюре. В месте падения камня возникнет воронка, затем всплеск, и во все стороны побежит крошечное цунами, не страшное даже лягушкам.

И, несмотря на то, что издавна считалось — бороться с этим стихийным бедствием безнадежно, пытаться предсказать его — безумная затея, советские ученые научились прогнозировать цунами. Сотрудники лаборатории теории волн и морских течений Океанографического института создали систему приборов, которые чувствуют цунами заранее.

…Результаты исследований ученых накапливаются. Постепенно морские волны, нашедшие уже свое отражение в поэмах и картинах, воплощаются в формулы и цифры. Они рассказывают о нраве моря не менее красноречиво, чем стихи — о его красоте.

Теперь, заглянув в справочники, технические пособия и познакомившись с рассказом этих формул и цифр, конструкторы создают проекты кораблей, пристаней, защитных дамб, электростанций, преобразующих энергию волн в электрическую.

И уже наверно, в каком-нибудь конструкторском бюро главный инженер, взглянув на чертеж иного проектировщика, хватается за голову:

— Какое сечение шпангоутов берешь? Какую волну в расчет положил? Среднюю? А надо максимальную! Смотри, какие технические условия дают нам ученые. Ведь не зря они годами силу волн меряют. Уважай теорию — и твой корабль любую бурю выдержит.

А где-нибудь на малолюдном берегу босоногий мальчишка с изумлением наблюдает, как из камня и железа возводится непонятное ему сооружение. В который раз он пристает к десятнику:

— Дяденька, что строите? Зачем заборы каменные в море вон как далеко, зачем?

— Дамбы это, от волн.

— А почему такие огромные?

— Как положено строим. И высота, и толщина, и длина, и куда класть — все заранее рассчитано. Строим не на год — на века…

Но ученых уже не удовлетворяет разработка планов обороны от нашествия волн. Их уже не удовлетворяет даже возможность предсказать надвигающееся бедствие. Они упорно работают над методами разрушения волн, над их укрощением. Сейчас разрабатываются пневматические установки, гасящие волны на отдельных участках бушующего моря. Создается конструкция пневматического волнолома. Идея активного вмешательства в дела природы прочно овладела умами ученых.

Рассказ морских брызг

Когда весеннее солнце заглядывает в окна горожан, многие начинают мечтать о поездке к морю. Действительно, редко кому не приносит пользу морской климат: ведь соли, содержащиеся в морской воде, имеют целебные свойства. Брызги, подхватываемые ветром, выносятся в атмосферу; вода испаряется, и капельки превращаются в мельчайшие кристаллики соли, которыми богат приморский воздух.

Но в каком количестве и как эти соли переносятся в воздух и на сушу? — задают себе вопрос ученые.

Чтобы ответить на него, исследователи берут стопку стеклянных пластинок и устанавливают их навстречу ветру, дующему с моря. Пластинки терпеливо собирают брызги и мельчайшие кристаллики соли. Изучая их, удалось установить состав и пути следования целебных солей.

Оказывается, кристаллики соли и капельки морской воды, поднятые ветром, образуют устойчивую систему, близкую к дыму или туману. Ученые называют такие системы аэрозолями. Они могут уноситься далеко от моря и там с дождем и снегом опускаются на землю, попадают в почву.

Аэрозоли могут улететь и в верхнюю часть атмосферы. Это, возможно, и объясняет присутствие в верхних слоях атмосферы натрия, обнаруженного там при помощи спектрального анализа. По предварительным расчетам количество натрия, содержащегося в морской воде, как раз достаточно для того, чтобы обосновать это предположение. Окончательно этот вопрос будет решен при помощи ракет и искусственных спутников Земли.

Изучение состава аэрозолей важно и для решения чисто практических задач. Например, до сих пор не совсем ясен процесс коррозии металлических и бетонных сооружений. Какое вещество обладает наибольшим разъедающим свойством, кто так подтачивает бетон и крошит его, как хлеб? Какой способ защиты наиболее эффективен? На эти вопросы должно дать ответ изучение аэрозолей…

Работы по изучению аэрозолей помогут разобраться и в такой важной проблеме, как механизм распространения радиоактивных веществ в море. Весь мир возмущался многочисленными испытаниями атомного оружия, которые проводились США в районе Тихого океана. Теперь уже точно установлено, что глубины океанов и морей не могут использоваться для захоронения радиоактивных отходов. Конечно, в морях содержится определенное небольшое количество радиоактивных элементов. В морской воде есть кальций, лантан, олово и активные продукты распада урана-238: ионий, радий, радон.

Естественная радиация морей не таит в себе никакой опасности. Наоборот, именно ей морской воздух отчасти обязан своими целебными свойствами. Но если к ним будут добавлять еще отходы от атомных бомб, Мировой океан будет серьезно заражен.

Кроме того, существуют вертикальные течения, которые вынесут эти отходы на поверхность, и тогда радиоактивные продукты уже в виде аэрозолей будут совершать дальние путешествия, подвергая опасности здоровье человечества.

Не менее опасны ядерные взрывы в атмосфере и космосе. Они непосредственно ведут к образованию радиоактивных аэрозолей.

Даже в продуктах распада так называемой «чистой бомбы», которые, по уверениям американских и английских ядерщиков, якобы не опасны, содержится более 6 процентов радиоактивного стронция. При взрыве в атмосфере эти продукты поднимаются на высоту 30–40 километров и ветром разносятся по всему земному шару.

Контрольные станции, следящие за содержанием в воздухе и почве радиоактивных продуктов, с тревогой сообщали об увеличении процента опасных добавок.

Непрекращающиеся испытания ядерного оружия серьезно увеличивали содержание в Мировом океане вредного для живых организмов стронция-90.

Близ районов испытаний, таких, как атолл Бикини, вода в океане обладала такой радиоактивной зараженностью, что суда были вынуждены менять свой курс. Из сообщений японской печати известно, что рыбаки, проводившие лов в Тихом океане на большом расстоянии от района испытаний, были поражены лучевой болезнью. Подписание Московского договора о запрещении атомных испытаний в воде, атмосфере и космосе сыграло важную роль в предотвращении радиоактивного заражения нашей планеты.

Вечный секрет погоды

Люди научились предсказывать затмения Солнца и Луны. А вот предсказать заранее дождь — это до сих пор является задачей со многими неизвестными. И хотя этих неизвестных с каждым годом становится меньше, все еще трудно постичь переменчивый нрав буйствующих ветров и кочующих над нами воздушных масс.

Советским ученым удалось внести важный вклад в науку о погоде, они выявили огромную роль Мирового океана в формировании климата на Земле. Раньше метеорологи считали ответственной за погоду в основном лишь воздушную оболочку Земли — атмосферу. Оказалось, водная оболочка — гидросфера — принимает в этом не меньшее участие.

Летом, когда горячие солнечные лучи купаются в море, оно бережно сохраняет их тепло, готовя зимний тепловой запас. А зимой, когда Солнце уже не в состоянии греть Землю, море щедро отдает воздуху и материкам сохраненный за лето запас тепла.

Из-за того, что материки и океаны по очереди становятся то холодильниками, то нагревателями, воздушные массы над ними не остаются в покое. Они кочуют, как перелетные птицы. Летом с океана на материк, а зимой обратно.

Скорость этих огромных масс воздуха достигает порой 100 километров в час, а распространяются они на тысячи километров, двигаясь фронтом шириной в сотни километров.

Эти так называемые струйные течения движутся на высоте в 10–12 километров, как раз там, где теперь обычно летают самолеты.

Летчикам очень важно знать особенности окружающей среды, чтобы избежать воздушных ям и болтанки. Метеорологи указывают направление и высоту струйных течений, и летчики стараются вести самолеты под потоком или над ним.

Ученые провели интересный расчет. Они подсчитали, что над каждым квадратным метром земной поверхности Азии зимой лежит воздушная масса, превышающая на четверть тонны массу того же столба воздуха в июле. Над Азией и Европой зимой скапливается воздух, избыточная масса которого исчисляется миллионами миллионов тонн.

А теперь взгляните на географическую карту. Видите, как неравномерно распределена вода и суша на Земле? Материки сжались в одном месте Мирового океана. И то, что зимой над ними скапливаются колоссальные избыточные массы воздуха, перекочевавшие с океана, приводит к невероятному на первый взгляд результату — к смещению земной оси!

Астрономы давно изучали это колебание географических широт, которое они обнаружили, наблюдая за небесными светилами, но причин понять не могли. Геофизика ответила и на этот вопрос.

…Жизнь человека тесно связана с морем. Рыбы, морские животные, водоросли — это неисчерпаемые запасы ценной пищи и сырья. Волны, прибой несут в себе потенциальные сокровища электроэнергии. Чтобы полностью овладеть богатствами морей и океанов, надо изучить их.

О многих интересных работах по изучению жизни моря можно еще рассказать: об исследовании оптики моря (ведь степень мутности морской воды имеет большое значение для фотосъемок под водой), акустики моря (как распространяется звук в воде? Это важно знать для проектирования средств подводной связи), термики моря (вопросы климата), биологии моря и других областей многообразной жизни моря.

Все это нужно знать для того, чтобы еще безопаснее было плавание кораблей, чтобы служили человеку нетронутые запасы энергии морских приливов и волн, огромные залежи тепла, им хранимые, чтобы еще полнее была власть человека над природой.