Американські дослідники з Технологічного інституту Джорджії завершили масштабне 18-річне дослідження, в ході якого їм вдалося детально з’ясувати, як саме формуються гігантські руйнівні цунамі у світовому океані.
Про це розповідає ProIT
Як утворюються аномально великі хвилі
Згідно з висновками вчених, гігантські хвилі, які здатні сягати понад 20 метрів у висоту, виникають у відкритому морі та існують зазвичай менше хвилини, але становлять серйозну небезпеку для судноплавства і прибережних регіонів. Для дослідження науковці проаналізували дані високочастотних лазерних вимірювань, зібраних на нафтовій платформі «Екофіск» у центральній частині Північного моря протягом 2003–2020 років. Загалом було досліджено майже 27 500 півгодинних записів, що фіксували підняття морської поверхні під час різних штормів, зокрема під час хвилі Андреа у 2007 році.
У звичайних умовах хвилі формуються під впливом вітру, який дме над поверхнею води та створює брижі, що з часом можуть перетворюватися на великі хвилі. Проте дослідники зосередилися на розкритті механізму раптового виникнення аномально великих хвиль, які різко вирізняються серед сусідніх менших. Одне з гіпотетичних пояснень — явище модуляційної нестійкості, яке добре описує хвилі у вузьких каналах. Однак у відкритому океані, де хвилі можуть вільно поширюватися у різних напрямках, ця теорія вже не пояснює появу хвиль-вбивць.
“Дослідники можуть генерувати хвилі-вбивці в обмеженому каналі в лабораторних умовах, де вони підкоряються модуляційної нестійкості. Однак без обмеження каналу хвилі-вбивці зазвичай не підкоряються цим законам фізики і не формуються так само у відкритому морі.”
Конструктивна інтерференція та квазідетермінізм
Використовуючи статистичний аналіз, науковці визначили, що гігантські хвилі утворюються не через модуляційну нестабільність, а завдяки конструктивній інтерференції. Цей процес виникає, коли декілька хвиль об’єднуються, а їх гостріші та крутіші гребені накладаються один на одного. У результаті на короткий час утворюється одна надзвичайно висока хвиля, що дотримується квазідетермінованого шаблону — повторюваного, але з елементами випадковості.
В ідеальних умовах такі хвилі могли б досягати майже нескінченної висоти, але в реальному океані їх зростання обмежене: надто висока хвиля розпадається, вивільняючи залишки енергії у вигляді піни. Загальна теорія, розроблена океанографом Паоло Боккотті, пояснює це явище як квазідетермінізм хвиль, згідно з яким при виникненні хвилі-вбивці навколо неї формується впізнаваний шаблон із сусідніх хвиль.
Дослідники застосували цю теорію для аналізу даних з Північного моря. Вони виявили характерні сигнатури гігантських хвиль, які можуть допомогти інженерам та конструкторським компаніям краще розуміти природу цунамі та проєктувати безпечніші морські платформи і судна. Наприклад, під час потужного шторму 24 листопада 2023 року на платформі «Екофіск» було зафіксовано хвилю-вбивцю заввишки 17 метрів, що детально досліджувалась із застосуванням теорії квазідетермінізму та моделей штучного інтелекту.
Результати дослідження підтвердили: гігантська хвиля виникла внаслідок багатократного накладання менш потужних хвиль, що відповідало теорії конструктивної інтерференції. Глибше розуміння цих процесів дозволяє покращити прогнозування ризиків для морської інфраструктури та захисту людей від руйнівних наслідків цунамі.