Парусная шхуна в полярных водах.

О “мёртвой воде”. Об удивительных свойствах открытой воды

 

«Мёртвая вода» – не сказочное явление, а природный феномен, впервые получивший своё название с лёгкой руки норвежского путешественника, исследователя, учёного, полярника и общественного деятеля Фритьофа Нансена.

Мёртвая вода. Лодка в норвежских фьордах.
Лодка в норвежских фьордах. Фото: © Nordtravel.art

Во время своего легендарного полярного дрейфа на «Фраме», Нансен обозначил и попытался объяснить эффект, который не понаслышке был известен всем, кто отправлялся бороздить на своих судах морские просторы.  Об этом явлении, словно внезапно тормозившем корабль, движущийся с постоянной скоростью и не испытывающий на себе какого-либо стороннего воздействия ветра или течения на открытой воде, ходили легенды.

Однако Нансену, настоящему естествоиспытателю и материалисту, далёкому от мифологии и религии, суждено было одному из первых попробовать объяснить этот необычный природный феномен. Спустя более чем сто лет после предположений знаменитого норвежца, учёными были дополнены и обоснованы причины возникновения этого явления. А также и подтверждены  правильные догадки Нансена.

Мёртвая вода. Суть явления

Эффект «мёртвой воды» был долгое время необъясним и мифологизирован мореходами.

Внезапное падение скорости судна, незнакомые с физикой стратификации волн (стратификация воды, волн – разность температуры и плотности воды на разных глубинах), древние мореплаватели приписывали потусторонним силам. Морякам казалось, что чья-то невидимая рука удерживает корабль на месте, замедляя его, порой до полного падения хода. При этом, ни скорость ветра, ни появление какого-либо течения, а также никакой манёвр кораблём не совершался.  Для древних мореплавателей подобные метаморфозы с  их судном были необъяснимы. А точное объяснение эффекта «мёртвой воды» наукой было дано уже в наше время. Как было объяснено учёными, данное физическое явление может произойти с любым судном при совпадении ряда факторов.

Фритьоф Нансен одним из первых назвал данное явление «мёртвой водой» и попытался его охарактеризовать. Норвежский исследователь описывал это явление, наблюдаемое им во время своей экспедиции на «Фраме»:

Когда «Фрам» оказывалась в мëртвой воде, еë словно удерживала какая-то таинственная сила… В спокойную погоду “Фрам” мог развивать скорость от 6 до 7 узлов, а находясь в мёртвой воде, скорость падала до 1,5 узлов.  Мы делали петли на нашем курсе, иногда поворачивали, пробовали всевозможные выходки, чтобы избавиться от него, но от этого было очень мало пользы…

…Своеобразное явление — эта мёртвая вода… Встречается оно, по-видимому, лишь там, где слой пресной или сильно распреснëнной воды лежит поверх солёной морской воды. Пресная вода увлекается судном, и оно скользит по тяжелой солёной воде, как по твёрдой подстилке. Разница в солёности этих слоёв очень велика; так, например, вода, взятая с поверхности, вполне годна для питья, а вода, поступавшая через кингстон, настолько солона, что не годилась даже для котла. Мёртвая вода образует более или менее крупные волны, идущие непрерывно поперёк кильватера, одна позади другой; иногда длина их такова, что они доходят до середины корпуса судна».

По окончании экспедиции к Северному полюсу на «Фраме» Фритьоф Нансен обратился к метеорологу и физику Вильгельму Бьеркнесу с просьбой исследовать эффект мёртвой воды с научной точки зрения. Бьеркнес, в свою очередь, поручил заняться изучением загадочного природного явления своему ученику Вагну Вальфриду Экману. Экман исследовал и описал данный эффект («спираль Экмана»), и доказал, что причиной мёртвой воды является действие внутренних волн.

 

 

Мёртвая вода. Парусная шхуна в полярных водах.
Парусная шхуна в полярных водах. Фото: © Bilderschorsch | Dreamstime.com

Кинематика и динамика “мёртвой воды”

Движущееся судно генерирует волны на границе стратификации разной по плотности воды, и они замедляют его движение. Подобное явление может возникнуть при условии, что осадка судна должна быть равной толщине верхнего, менее солёного и плотного слоя. Неудивительно, что Нансен столкнулся с подобным явлением в заливах у Новосибирских островов. Таяние ледников способствует опреснению верхних слоёв воды в солёных прибрежных водах арктических архипелагов и побережий.

Однако, как доказали современные учёные, это лишь частичное объяснение данного явления.

Для возникновения эффекта мёртвой воды необходимо возникновения ещё одной причины.

И если первый фактор, который наблюдал Нансен – возникающий из-за смешения вод с различной плотностью – кинематический волнообразный эффект торможения. То второй – динамический. И он воздействует на судно нелинейными внутренними волнами: препятствуя скорости хода корабля из-за волн, действующих на погружённую в воду обшивку корпуса, как конвейерная лента.

При этом динамический эффект почти всегда возникает в стратифицированных волнах. Этот эффект, известный как эффект «волны Экмана», более заметен в ограниченных по площади участках водной поверхности (фьорды, гавани, заливы). Так как, чем уже акватория открытой воды, тем сильнее протяженность отраженной волны.

«При ускорении корабля образуется волнообразный фронт – впадины и гребни волны напоминают ухабистую дорожку, по которой корабль будет двигаться вперед и назад. Такая волна под кораблем приводит к колебаниям скорости, как на конвейере, прерывисто движущемся»,

– дают объяснение данному явлению французские учёные.

Однако, лабораторные исследования показали, эффект «волны Экмана» может быть практически незаметен, если скорость судна значительно выше подводных колебаний.

Норвегия. Фьорд.
Норвегия. Фьорд. Фото: © Nordtravel.art

Эффект мёртвой воды – существующее явление, которое ныне объяснено учёными, а красивые легенды о воздействие на суда мореплавателей мифических сил водных стихий остались в далёком прошлом.

Подписаться на сайт:

 

от Nordic

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *