География и другие науки о земле

Что такое мёртвая вода в море

Какое явление моряки называют мертвой водой?


Мертвая вода – это явление в морях, связанное с сильным опреснением тонкого поверхностного слоя воды и образованием резкого перепада плотности на границе между этим слоем и лежащими под ним более плотными (более солеными) слоями воды. При прохождении по такой воде винтовых судов с малой скоростью на границе слоев образуются значительные волны. Они ведут к возникновению резкой качки судна, изменению режима работы винта и, как следствие, к уменьшению скорости движения. Мертвая вода встречается вблизи устьев полноводных рек, а также в открытом море во время и после ливневых осадков.

«Я должен рассказать вам о проделке дьявола, чтобы вы знали, как многочисленны его козни против бедных моряков. На пути  в Неаполь галера «Сайта Лука» шла под парусами при свежем ветре. Находясь в двух милях от Порты, она почти остановилась, несмотря на поднятые паруса. Шкипер осмотрел руль, думая найти канат или сеть, запутавшиеся в   нем, но ничего не обнаружил. Он приказал рабам сесть за весла, но галера не двигалась с места» -  это отрывок из книги 1607 года издания.

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».

 

Необычное природное явление «мертвая вода» не раз останавливало мореплавателей, заставляла приносить жертвы богам или, наоборот, проклинать дьявола.

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».


Поверхность моря при следовании судна по «мертвой воде» в штиль приобретает необычный вид. За кормой сильно увеличиваются поперечные волны, впереди судна появляется огромная волна, которую судно вынуждено толкать. На «мертвой воде» возникают почти такие же волновые движения, как и при следовании судна по мелководью.

Исследования этого явления, начатые по инициативе Ф. Нансена, показали, что возникновение «мертвой воды» тесно связано с образованием слоя скачка плотности воды и внутренних волн.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.

В  чем же смысл  термина «мертвая вода»?


Даже при  «надутых» парусах  или  при работающем винте  двигателя  движения   корабля вперед  практически не наблюдается!
Вот она – цепкая хватка «мертвой воды» …

Где можно встретить «мертвую воду»?


Подобные необычные тормозящие свойства воды были выявлены, например,  весной  при ледотаянии  в  холодных водах Северного  Ледовитого  океана, как у побережья России, так и у берегов Норвегии и Канады. Проявлялось действие «мертвой воды» и в Средиземном море, и в Мексиканском заливе, и у берегов  Америки  и Африки,  в устьях крупных рек: Амазонки, Ориноко, Миссисипи, Енисея. «Мертвая вода» может возникнуть даже на небольшом участке водной  акватории.

В древних  норвежских сказаниях упоминается  о том,  как  «боги  не позволяли»    кораблям викингов   выходить в  море, засылая их в «мертвую воду». Но вожди викингов прекрасно знали, что  эти  области «мертвой воды» могут  быть временными, достаточно было смениться ветру или  течению.

Что  необходимо, чтобы появилась «мертвая вода»?


А секрет заключается в многослойности толщи морской воды. Чтобы возникла  область «мертвой воды»  надо, чтобы слои воды  сильно различались по плотности.  Допустим,  при таянии  ледника пресная вода стекает в соленые океанские воды, или огромное количество пресной воды выносится  через  устье реки в океан, или встречаются два морских течения  с водой разной степени   солености. Естественно слои  пресной воды, как более легкие,  располагаются поверх   соленых слоев.

Кстати различная плотность водяных слоев может объясняться не только их соленостью, но и разницей температур.  Так при обширных циклонах наблюдается  появление не двух, а даже большего количества слоев воды разной плотности,  что объясняется резким перемешиванием теплых поверхностных и глубинных холодных вод.

Эффект «мертвой воды» был  замечен  и описан в 1893 году полярным исследователем  Фритьофом Нансеном во время  исторического плавания в  Арктике на знаменитом судне "Фрам".


«Разница в солености  слоев  воды 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, » - так писал  в последствие  о «мертвой воде» Нансен в своей книге «Фрам» в полярном море».

Как  ведет себя судно, попавшее в «мертвую воду»?


С явлением «мертвой воды» стали сталкиваться  и крупнотоннажные суда при прохождении узких проливов с двухслойным движением вод.

Летом 1981 года  судно  «Маршал Жуков»  (осадка 15 метров),    проходя на малой скорости  пролив  Дарданеллы,  попало в «мертвую воду»  и 4 суток пыталось выбраться из нее.  Скорость судна  резко  уменьшилась, и  оно почти перестало слушаться руля.  Судно развернуло поперек пролива, и оно начало  дрейфовать к выходу из него. И только  когда было получено разрешение на   запуск  двигателя  на  максимальную  мощность, судну  удалось  прорваться  через пролив.


Оказывается, в  Дарданеллах   встречаются два   морских потока: малосоленой воды из Черного моря и тяжелой соленой воды из Эгейского моря, происходит расслоение воды по плотности, и образуется область «мертвой воды».

Парусники в «мертвой воде»  просто перестают слушаться руля, а  суда  при   работающем двигателе   на малой скорости неожиданно теряют ход.  Суда, застопорившие  машины, теряют ход не постепенно, а сразу. Зато при выходе из этой зоны наблюдается  резкий скачок скорости.

Сопротивление воды движению судна в зонах «мертвой воды» оказывается примерно  раз в 10 больше, чем в обычной воде.

Фритьоф Нансен писал:  «Мы не двигались, а  будто тащили  всю воду за собой. «Фрам»  стало удерживать, как будто какой-то неведомой силой, и она не всегда слушалась руля…  Мы петляли, следуя по курсу, иногда разворачивались, совершали любые ухищрения, чтобы избавиться от этого, но толку было мало. Лишь только машина переставала работать, судно тотчас же останавливалось, точно схваченное чем-то за корму »

Для всех ли судов хватка  «мертвой воды» одинакова?


Тормозящее действие  «мертвой воды» обычно сильно  проявляется для небольших судов на малых скоростях до 4-5 узлов.

Если  толщина верхнего пресного слоя  приблизительно совпадает с  глубиной осадки  корабля, то  именно это судно на малой скорости  может оказаться в плену у «мертвой воды».

Так в Дарданеллах   толщина  поверхностного слоя  малосоленой  воды приближается к осадке  крупных судов,  и для них создаются условия «мертвой воды». В то же время, суда с иной глубиной осадки беспрепятственно минуют эти места!

Что  держит  в «мертвой воде» корабль  «за хвост»?


В таких многослойных  водах, на границе раздела пресного и соленого слоя  при воздействии внешних сил могут возникать  внутренние волны.

Если  толщина верхнего пресного слоя совпадает с  глубиной осадки  корабля, то работающий  примерно на границе соприкасающихся водных слоев винт и есть та внешняя сила, которая   создает  глубинные внутренние волны.

При  движении   в «мертвой  воде»  «пустота», возникающая  позади корабля,  заполняется водой из нижнего более плотного слоя. Эти колебания нижнего слоя  воды  и есть внутренняя волна, возникающая  на  границе раздела слоев.


При этом над передним склоном первой волны водные массы верхнего слоя, толщина которого равна осадке судна, двигаются в противоположном относительно судна направлении и вызывают потерю им скорости.  Волновое сопротивление сильно возрастает,  и  судну приходится «тащить за собой» внезапно возникшую волну.

Чтобы  избежать  эффекта «мертвой воды»,  судну необходимо идти с большой  скоростью, превышающей скорость  распространения   внутренних  волн.  На малых  же скоростях внутренняя волна нагоняет судно и тормозит его движение.

Внутренние волны  обладают  достаточно большой амплитудой.
Так зафиксированы внутренние глубинные волны с  амплитудой в 100 метров  и периодом колебаний около 8 минут.

Исследования поведения внутренних волн проводились учеными в специальных бассейнах.
В природных условиях также проводят наблюдения за возникновением и поведением внутренних волн в предполагаемых районах их появления с помощью  буев, заглубляемых до границы разделения слоев разной плотности,  и современной гидроакустической аппаратуры.

Картина волнения воды на поверхности при попадании судна в «мертвую воду» чем-то напоминает картину воды на мелководье:  сначала в условиях штиля  поверхность воды спокойная, затем по мере попыток судна  к продвижению впереди появляется большая волна, которую вынуждено преодолевать судно, а за кормой  -  крупные поперечные волны. С остановкой двигателя эти волны пропадают, при запуске двигателя появляются вновь.

А вот слова Ф. Нансена: «Мы почти не двигались с места благодаря мертвой воде. Она образовала как бы вал или даже волны больших или меньших размеров, которые, следуя за судном, пересекали под углом след его за кормой. Иногда эти волны заходили далеко вперед.»

Не только надводные корабли могут пострадать от действия «мертвой воды».  Внутренние волны представляют серьезную угрозу  и для плавания подводных лодок. С большой долей вероятности   действию внутренних глубинных волн  приписывается   гибель  американской атомной подводной лодки «Трешер»  в Атлантическом океане в 1963 году.

А как же люди?

Итак, «мертвая вода» может быть очень цепкой и способной замедлять движение судна на 80%. Но в «мертвую воду» может попасть не только корабль, но и пловец. Так сколько  же сил  ему будет необходимо, чтобы выбраться из этой ситуации, когда «греби - не греби»  эффект один и тот же?


Пловцы, участвующие в морских заплывах,   иногда  жалуются, что «кто-то» или «что-то»  держит  их в воде.  Исследователи установили, что  скорость плавания  у спортсменов в расслоенной воде падала на 15% при 40-процентной потере двигательной энергии. Таким образом, «мертвая вода» может привести к гибели    опытного пловца   даже при нормальной погоде.

Загадка «мертвой воды» разгадана, но  от этого она не стала, к сожалению, менее опасной!

Но, предупрежден – значит вооружен!

P.S. Еще один участок "мертвой воды": Море Бофорта, принадлежащее бассейну Северного Ледовитого океана, омывает берега Аляски и Канады. В этом арктическом море существует круговое течение, которое было подробно изучено международной группой ученых. Ими было обнаружено необычное явление - в середине моря образовалась область пресной воды, находящейся над более тяжелой соленой водой, причем естественного перемешивания почти не происходит. Это фактически пресное озеро без берегов по объему содержащейся в нем воды вдвое превосходит, например, крупное африканское озеро Виктория.