Занимательное волноведение. Волнения и колебания вокруг нас - [4]

Теплый, влажный воздух вокруг этого экваториального пояса вызывает довольно ощутимую атмосферную неустойчивость. Воздух быстро поднимается, влага конденсируется, образуя высокие грозовые тучи. Шквалы и штормы в области «унылых широт» возникают неожиданно, иногда перерастая в тропические циклоны невероятной разрушительной силы. Но нам с вами ничего столь губительного не нужно — для зарождения волн вполне сойдет рядовой шторм на море.

Капельки, которые образуются в растущих грозовых тучах, в момент конденсации вызывают нагревание воздуха — он расширяется и, становясь легче, поднимается вверх. Таким образом, атмосферное давление на уровне моря резко падает, и образовавшуюся пустоту стремительно заполняет окружающий воздух. То есть появляется тот самый ветер, благодаря которому рождаются наши океанические волны. Он знаменует первый этап их жизненного пути.

Как только скорость ветра увеличивается до пары узлов, иными словами до 0,6 м/с, потоки воздуха в результате трения оставляют на воде едва заметные следы. Крошечная, чуть выше сантиметра рябь гуляет по поверхности. Вскоре то тут, то там легкая рябь, похожая на россыпь бриллиантов — ее еще называют «кошачьи лапки» — начинает поблескивать на солнце — там, где, выражаясь словами викторианского поэта Алджернона Суинберна, «…над морем ветер пятками сверкал…»[2].^{4} Приметив эту рябь еще издали, моряк уже знает — сейчас задует.

Эта рябь и есть новорожденные волны; они находятся в самом начале своего жизненного пути. С порывами ветра крошечные гребни то появляются, то исчезают; когда ветер усиливается, подросшие гребни уже беспрестанно будоражат водную поверхность.

Как и все маленькие дети, они доставляют своим родителям немало хлопот. С ростом волн трение между водой и воздушными потоками увеличивается — ветер уже не может скользить по океанической глади беспрепятственно. Крошечные завихрения образуются прямо над капиллярными волнами[3], в результате чего ветер воздействует на воду с разной силой. Маленькие волны с готовностью идут на контакт с воздушными потоками — там вырастает гребень, здесь опускается подошва, — увеличиваясь в размерах.

Их рост — всегда результат столкновения сил. С одной стороны это сила ветра, понуждающая водную поверхность вздыматься и опадать, нарушая тем самым ее равновесие. С другой стороны — стремление воды противостоять такому воздействию: она пытается вернуться к прежнему состоянию спокойствия, в котором благостно пребывала в отсутствие ветра. Стремление это обусловлено двумя причинами: силой поверхностного натяжения воды и силой тяжести. Сила поверхностного натяжения противодействует малейшему натяжению поверхности у гребня и малейшему нагромождению у подошвы волны, в то время как сила тяжести тянет гребень волны вниз или (благодаря давлению воды) выталкивает подошву наверх. В своих стараниях вернуть воду к прежнему равновесному состоянию обе силы чересчур усердствуют: гребень продолжает погружаться и становится подошвой, а подошва продолжает подниматься, становясь гребнем. Но изначально, пока наши волны еще пребывают во младенчестве, сила поверхностного натяжения воды преобладает. Такое естественное сопротивление побуждающему воздействию ветра и заставляет маленькие волны перемещаться по поверхности.

Когда волны вырастают сантиметров до трех, они выходят из младенческого возраста — первый этап их жизненного пути завершается. Мы больше не называем их капиллярными волнами, теперь они — гравитационные, потому что вес воды — сила, с которой гравитация воздействует на воду, — оказывает на них преобладающее воздействие. Вес воды пересиливает ветер, стремясь вернуть воде спокойное состояние, но только усиливает молодые волны и приводит их в беспорядок.

* * *

Итак, наши волны, эти шумливые карапузы, прощаются с детством и вступают в следующую фазу развития — вырастают в неуправляемых подростков, по которым воспитательная колония плачет. По мере того, как усиливается ветер, стройные ряды капиллярных волн принимают совсем иной облик. Гребни и подошвы беспорядочно перемешиваются: носятся туда-сюда, сталкиваются, летят кубарем друг через друга — ни дать ни взять группа детсадовцев, неосмотрительно вверенная надзору такого же неугомонного воспитателя. Это явление называется ветровыми волнами[4]. Термин обозначает волнующуюся поверхность воды — ветер хлещет по ней, отдавая все больше своей энергии. Если говорить о зарождающемся шторме, то ветровые волны — стадия, при которой волнение быстро и неуклонно возрастает.

В действительности скорость роста волн увеличивается за счет того, что под удары ветра попадают склоны особенно крупных экземпляров. Когда внутри одной акватории наблюдается мешанина из волн разной высоты и длины, трудно дать репрезентативную оценку их совокупным размерам. Было бы заблуждением описывать волны, ориентируясь лишь на самые высокие, поскольку — среди ветровых — волны выдающейся высоты появляются не так уж часто. Океанографы составляют шкалу или диапазон размеров волн, опираясь на так называемую значимую высоту волны. Это среднее для высот волн, рассчитываемое по трети наиболее высоких из них. Согласен, трудновато для понимания — фраза «высота наиболее высоких волн» куда как проще, — однако в действительности при наличии разброса волн по высоте такой метод расчетов удобнее и показательнее.