В 1893 г. знаменитый норвежский полярник Фритьоф Нансен, совершавший плавание по арктическим водам, столкнулся со странным явлением. Вот что записал он в отчете: «Мы почти не двигались с места (...) и будто тащили всю воду за собой. Что мы ни делали, — круто поворачивали, лавировали, описывали полный круг и пр., — все напрасно. Лишь только машина переставала работать, судно тотчас же останавливалось, точно схваченное чем-то за корму».

1895 г.: « Фрам » заперт в арктических льдах


Маршрут плавания команды Фритьофа Нансена на судне «Фрам». Стрелка указывает на архипелаг Норденшельда , где корабль попал в «мертвую воду»


Игрушечный кораблик в лабораторной кювете демонстрирует эффект «мертвой воды»: под его винтом образуется внутренняя волна, «высасывающая» из него скорость

Это явление исследователь назвал «мертвая вода», и он же дал ему первое объяснение. Приведем еще одну цитату из книги Нансена «“Фрам” в полярном море»: «Своеобразное явление — эта мертвая вода. (…) Встречается оно, по-видимому, лишь там, где слой пресной или сильно распресненной воды лежит поверх соленой морской воды. Пресная вода увлекается судном, и оно скользит по тяжелой соленой воде, как по твердой подстилке. Разница в солености этих слоев 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. Мертвая вода образует более или менее крупные волны, идущие непрерывно поперек кильватера, одна позади другой; иногда длина их такова, что они доходят до середины корпуса судна».

Современная наука соглашается с мнением Нансена: « мертвая вода » представляет собой слоистое образование, состоящее из воды разной степени солености – а значит, и разной плотности. К примеру, если менее плотная талая вода из ледника понемногу поступает в очень соленое северное море, появляется подобный эффект.

Впрочем, чтобы «попасться», как попался «Фрам», нужно еще одно совпадение: толщина верхнего пресного слоя должна примерно равняться толщине судна. Тогда на малом ходу его винт будет расходовать почти всю свою энергию не на движение вперед, а на создание внутренних волн на границе двух слоев воды – корабль почти замирает на месте, при этом сами волны с корабля незаметны. Вода остается спокойной, просто некая сила не дает двигаться вперед.

Подобный сценарий недавно был продемонстрирован в лаборатории, на модели. Благодаря этому французским физикам во главе с Тьерри Даксу (Thierry Dauxois) удалось открыть и новые интересные свойства феномена «мертвой воды».

Игрушечная лодочка путешествовала по 3-метровой кювете, заполненной соленой водой, со слоем окрашенной пресной воды на поверхности. Вперед ее с постоянной силой тянул за нить простой электромоторчик. Все произошло, как и с «Фрамом»: поверхность воды оставалась гладкой, но на границе двух слоев воды разной плотности образовывалась внутренняя волна, на создание которой уходила львиная доля энергии; движение заметно замедлялось.

Механизм этого явления довольно очевиден. По мере продвижения корабля вперед, он вытесняет воду впереди себя – а позади оставляет «пустоту», которую тут же снова заполняет вода. Если толщина поверхностного слоя примерно равна осадке судна, то заполнить «пустоту» стремится вода из нижнего слоя, что как раз и создает внутреннюю волну. Она набирает силу и скорость, постепенно нагоняя корму корабля и снова исчезая.

Однако французские исследователи пошли дальше и сделали эксперимент более реалистичным, использовав три слоя воды разной солености (и плотности), что и наблюдается в настоящих морях. Интересно, что при этом внутренние волны образовывались на обеих границах между слоями воды.

Это наблюдение не просто проливает новый свет на известное явление «мертвой воды», но и дает дополнительную информацию о движении воды в мировом океане и о том, как движутся растворенные в ней вещества, как перемешиваются попавшие в море загрязняющие вещества и нефть. А по мнению нидерландского океанолога Лео Масса (Leo Mass), который впервые детально исследовал «мертвую воду», этот феномен нередко ответствен и за гибель пловцов, которые, заплыв далеко в океан, выбиваются из сил, пытаясь вернуться, но тратят львиную долю энергии впустую, на создание внутренних волн между слоями воды. «Мертвая вода» оказывается действительно мертвой.

Впрочем, намного более опасными и разрушительными являются не внутренние волны, а просто очень большие волны – те, что зовутся цунами. Об исследованиях этих природных катаклизмов мы рассказывали в заметке « Игрушечная катастрофа ». Есть, кстати, и другие губительные волны-одиночки, о загадочных свойствах которых вы узнаете из статьи « Тридевятый вал ».

По публикации New Scientist Tech