«Мёртвая вода»: учёные объяснили физику феномена

Мёртвая вода существует и за пределами мифов и преданий: этим словосочетанием описывают феномен, сила которого способна обездвижить как лёгкие моторные лодки с небольшой осадкой, так и гигантские боевые суда. Французские учёные наконец нашли ему научное объяснение. Результаты своего исследования они опубликовали в научном журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Shutterstock

Команда физиков, математиков и экспертов по механике жидкости из Национального центра научных исследований и Университета Пуатье впервые объяснила природу явления «мёртвой воды», засвидетельствованного 127 лет назад. В 1893 году норвежский полярный исследователь Фритьоф Нансен путешествовал в водах Северного Ледовитого океана к северу от Сибири. Там его корабль столкнулся с неизвестной силой, которая замедляла его ход и не давала маневрировать, не говоря уже о наборе привычной скорости. В 1906 году шведский физик и океанограф Вагн Вальфрид Экман попытался воспроизвести феномен в лабораторных условиях. Он пришёл к выводу, что «мёртвая вода» каким-то образом связана с наличием в водоёме слоёв воды с разной степенью солёности. Верхний тонкий слой Северного Ледовитого океана постоянно «разбавляется» за счёт мощного речного стока и талых вод при слабом испарении.

Фритьоф Нансен / Henry Van der Weyde
Вагн Вальфрид Экман / Wikimedia Commons

Исследователи тех времён могли лишь наблюдать, как «мёртвая вода» влияет на суда, однако объяснить принцип действия феномена им не удавалось. Лишь спустя десятки лет учёные вновь взялись да разгадку тайны этого явления. Они определили, что, поскольку разница в содержании соли также сопровождается разной плотностью воды, проходящее судно генерирует на грани слоёв кластеры внутренних волн. Кроме того, специалисты обнаружили, что феномен встречается не только в Северном Ледовитом океане. Он может появляться в любой точке океана или моря с сильной стратификацией воды, обусловленной наличием слоёв или течений с разной солёностью, температурой и т. п. Более того, спровоцировать феномен могут и подводные землетрясения или сильный шторм. Образующиеся между слоями внутренние волны взаимодействуют с кораблём, препятствуя его нормальному движению.

«Мёртвая вода»: учёные объяснили физику феномена
Morgane Parisi

С целью разгадки природы феномена исследователи разрабатывали теоретические модели феномена при помощи математических формул для описания разного рода внутренних волн, а также воспроизводили их в лабораторных условиях. В итоге они пришли к выводу, что «мёртвая вода» образуется при совпадении двух факторов. Первый называется эффектом Нансена: он проявляется появлением внутренних волн из-за смешения слоёв воды с разной плотностью. Если эти «волны-тормоза» двигаются примерно с одной скоростью с судном, то «жертва» феномена теряет инерцию и с большим трудом трогается с места, однако всё же продолжает движение.

«Мёртвая вода»: учёные объяснили физику феномена
Pprime (CNRS) & LMA (CNRS/Université de Poitiers)
«Мёртвая вода»: учёные объяснили физику феномена
Pprime (CNRS) & LMA (CNRS/Université de Poitiers)

Второй фактор – эффект Экмана вытекает из первого: угодивший в ловушку корабль изменяет линейность внутренних волн, превращая их в своего рода конвейерную ленту с ухабистым покрытием. Как следствие, эта «лента» прерывисто дёргает судно в разные стороны. При этом, корабль может проскочить эти ухабы, если его скорость изначально была выше скорости подводных колебаний. К счастью, эффект Экмана – довольно непродолжительное явление, постепенно он ослабевает, позволяя судну вырваться из западни и продолжить движение на постоянной медленной скорости, удерживаемой эффектом Нансена. Протяжённость волны Экмана зависит от площади поверхности воды: сильнее всего она проявляется в ограниченном пространстве (во фьордах, гаванях и т. п.).

«Мёртвая вода»: учёные объяснили физику феномена
Экспериментальная конструкция для имитации феномена мёртвой воды / Pprime (CNRS) & LMA (CNRS/Université de Poitiers)
Nonlinear Processes in Geophysics

Открытие физиков и математиков привлекло и внимание историков. Они задались вопросом, могла ли «мёртвая вода» стать причиной поражения флота Клеопатры в сражении при мысе Акциум 2 сентября 31 года до н. э. В тот день мощные боевые корабли последней царицы эллинистического Египта неожиданно уступили значительно более слабому флоту Октавиана. Особенности расположения мыса Акциум позволяют предположить возможность образования феномена мёртвой воды, который обездвижил суда Клеопатры, а расположенные в более открытой части Ионического моря корабли Октавиана оказались вне зоны его действия. По крайней мере, эта гипотеза гораздо более правдоподобна, нежели античная легенда о гибели всего флота из-за массовой атаки рыб-прилипал.

«Сражение при Акциуме» / Lorenzo A. Castro
Поделиться в соцсетях

Добавить комментарий