Американские исследователи из Технологического института Джорджии завершили масштабное 18-летнее исследование, в ходе которого им удалось детально выяснить, как именно формируются гигантские разрушительные цунами в мировом океане.
Об этом сообщает ProIT
Как образуются аномально большие волны
Согласно выводам ученых, гигантские волны, которые способны достигать более 20 метров в высоту, возникают в открытом море и существуют обычно менее минуты, но представляют серьезную опасность для судоходства и прибрежных регионов. Для исследования ученые проанализировали данные высокочастотных лазерных измерений, собранных на нефтяной платформе «Экофиск» в центральной части Северного моря в период с 2003 по 2020 годы. В целом было исследовано почти 27 500 полчасовых записей, фиксировавших подъем морской поверхности во время различных штормов, в частности во время волны Андреа в 2007 году.
В обычных условиях волны формируются под воздействием ветра, который дует над поверхностью воды и создает брызги, которые со временем могут превращаться в большие волны. Однако исследователи сосредоточились на раскрытии механизма внезапного возникновения аномально больших волн, которые резко выделяются среди соседних меньших. Одно из гипотетических объяснений — явление модуляционной нестабильности, которое хорошо описывает волны в узких каналах. Однако в открытом океане, где волны могут свободно распространяться в разных направлениях, эта теория уже не объясняет появление волн-убийц.
«Исследователи могут генерировать волны-убийцы в ограниченном канале в лабораторных условиях, где они подчиняются модуляционной нестабильности. Однако без ограничения канала волны-убийцы обычно не подчиняются этим законам физики и не формируются так же в открытом море.»
Конструктивная интерференция и квазидетерминизм
Используя статистический анализ, ученые определили, что гигантские волны образуются не из-за модуляционной нестабильности, а благодаря конструктивной интерференции. Этот процесс возникает, когда несколько волн объединяются, а их более острые и крутые гребни накладываются друг на друга. В результате на короткий срок образуется одна чрезвычайно высокая волна, которая следует квазидетерминированному шаблону — повторяемому, но с элементами случайности.
В идеальных условиях такие волны могли бы достигать почти бесконечной высоты, но в реальном океане их рост ограничен: слишком высокая волна распадается, высвобождая остатки энергии в виде пены. Общая теория, разработанная океанографом Паоло Боккотти, объясняет это явление как квазидетерминизм волн, согласно которому при возникновении волны-убийцы вокруг нее формируется узнаваемый шаблон из соседних волн.
Исследователи применили эту теорию для анализа данных с Северного моря. Они обнаружили характерные сигнатуры гигантских волн, которые могут помочь инженерам и проектным компаниям лучше понимать природу цунами и проектировать более безопасные морские платформы и суда. Например, во время мощного шторма 24 ноября 2023 года на платформе «Экофиск» была зафиксирована волна-убийца высотой 17 метров, которая детально исследовалась с применением теории квазидетерминизма и моделей искусственного интеллекта.
Результаты исследования подтвердили: гигантская волна возникла в результате многократного наложения менее мощных волн, что соответствовало теории конструктивной интерференции. Глубокое понимание этих процессов позволяет улучшить прогнозирование рисков для морской инфраструктуры и защиту людей от разрушительных последствий цунами.