Сейши и тягун

Уже почти три столетия было известно, что вода в Женевском озере может подниматься и падать на несколько дюймов, иногда неправильно, а иногда с большей или меньшей закономерностью: тот же самый род колебаний воды наблюдается и в других швейцарских озерах. При этом бывают ложные приливы, названные «сейшами»; еще недавно думали, что они наступают только в бурную погоду, теперь же известно, что небольшие сейши происходят почти каждый день.

Д. Г. Дарвин. Приливы и родственные им явления в солнечной системе

Во многих портах и бухтах иногда наблюдается удивительное природное явление. В спокойную погоду при отсутствии видимых внешних причин в закрытой акватории порта начинаются резкие подвижки судов, ошвартованных у причалов или стоящих на якоре. Горизонтальные перемещения судов, достигающие 5 – 7 метров, и вертикальная качка бывают настолько резкими и сильными, что нередко суда срываются с якорей, рвутся швартовные канаты, вырываются причальные тумбы, перегрузочные работы при этом прекращаются, возникает опасность аварий. Даже при очень малых ускорениях в движении судов возникают ударные силы, способные повредить их обшивку.

Например, осенью 1965 года в порту Неаполь (Италия) наблюдалось интенсивное «таскание» судов, при этом одно судно получило пробоину и затонуло у причала. Такой же случай произошел в порту Кейптаун (ЮАР), где судно водоизмещением 14,2 тысячи тонн получило серьезные повреждения правого борта и было поставлено на ремонт в док.

Еще в 1895 году известный швейцарский физик Ф. Форель опубликовал результаты исследования колебаний Женевского озера. Ему удалось с помощью специально сконструированного мареографа записать колебания уровня с широким диапазоном периодов. Проанализировав эти записи, исследователь смог выявить самостоятельно существующие затухающие колебания уровня воды, причем в этих колебаниях нет поступательного движения формы волны, а только перемещения поверхности уровня: поднятия и опускания. Форель сохранил за этими явлениями известный с XVII века в Швейцарии термин «сейши».

Наглядное представление о природе сейш может дать обыкновенная тарелка с водой. Если тарелку слегка наклонить и резко вернуть в первоначальное горизонтальное положение, то вода в ней будет совершать колебательные движения.

Рис. 9. Одноузловая (а) и двухузловая (б) сейши

Сейши могут быть различными. Самый простой вид их характеризуется тем, что уровень воды поднимается у одного края бассейна и опускается у другого. В середине бассейна образуется узловая линия, в которой все частицы воды движутся горизонтально (рис. 9,а). Сейши этого вида называются одноузловыми. При двухузловых сейшах колебательное движение воды характеризуется тем, что в то время, как в середине водоема ее уровень повышается, у краев он опускается, и наоборот (рис. 9,6). Сейши бывают также трех-, четырехузловые и т. д. Известно о существовании шестнадцатиузловой сейши.

Основными элементами сейши, как и любой стоячей волны, являются период, амплитуда, высота и длина. Период – время, в течение которого масса воды совершает полное колебание. Амплитуда – наибольшее отклонение уровня воды от положения в состоянии покоя. Высота – разность между высшей и низшей отметками. Длина волны – расстояние между двумя соседними пучностями. В реальных морских водоемах сейши имеют самые различные значения периода и амплитуды.

Так, амплитуда морских сейш в порту Нагасаки (Япония) достигает 60 сантиметров, период составляет от нескольких минут до нескольких часов. Известны стоячие волны в проливе Эврика (Греция). Здесь течение меняет направление до 20 раз в сутки. В Алжирской бухте сейши достигают амплитуды 1 метр при периоде 1 – 3 минуты.

Стоячие волны наблюдаются и в более обширных частях морей. Так, колебания уровня у острова Мальта обусловлены, по-видимому, многоузловыми сейшами между островом Сицилия и Африкой. На южном берегу Сицилии в районе Сиракуз часто наблюдаются колебания уровня, амплитуда которых достигает 1 метра, при этом со дна поднимаются частицы ила, придающие воде красноватый оттенок.

И на морях России из-за сложности очертаний берегов и рельефа дна сейши отличаются большой изменчивостью. На Каспийском море в районах Баку и Махачкалы отмечены сейши высотой примерно 70 сантиметров с периодом 3 – 4 часа. В открытой части Балтики наблюдаются сейши высотой 7 – 8 сантиметров с периодом приблизительно 20 минут. На Азовском море отмечены сейши с периодами 6 – 7 и 23 часа. Наибольшая высота сейши зарегистрирована в порту Ейск – примерно 80 сантиметров. На Черном море в зависимости от местных условий отмечены сейши с периодами от 10 минут до 2 часов.

Интересной особенностью сейш является их возникновение и существование даже под сплошным ледовым покровом.

Таким образом, можно сказать, что свободные колебания водной массы – сейши – являются обычным состоянием любого водоема, и если они не всегда заметны, то лишь вследствие преобладания малой амплитуды колебаний.

Для образования сейш необходимы какие-либо внешние воздействия. В большинстве случаев вначале они создают беспорядочные возмущения, которые впоследствии трансформируются в правильные стоячие волны. Так, если по какой-либо причине происходит накопление воды в одной части водоема, то после исчезновения этой причины возникает колебательный процесс.

Основной причиной, порождающей сейши, является ветер. Действуя над водоемом в течение длительного времени, он нагоняет массы воды у одного берега. После прекращения ветра вода под действием разности уровней стремится к положению равновесия, вызывая колебательные движения в водоеме. Например, ветровой эффект является главной причиной сейш в Азовском море.

Известен случай, когда при резком изменении давления на 8 миллиметров уровень воды в Севастопольской бухте стал колебаться с начальной амплитудой 58 сантиметров и периодом 50 – 60 минут.

В качестве вероятных причин возникновения сейш можно назвать шквалы, резкие порывы ветра, атмосферные фронты, то есть воздушные волны. Наконец, причиной образования сейш могут быть землетрясения, а также вызываемые ими цунами. Так, Лиссабонское землетрясение 1775 года сопровождалось сейшами в ряде швейцарских озер. В бухте Паго-Паго (острова Самоа) после прохождения там 22 мая 1960 года цунами образовались сейши высотой 180 сантиметров с периодом 20 минут.

Низкочастотные колебания воды в гаванях вызывают внезапные подвижки судов, стоящих у причала или на якорях. Явление, с которым связаны такие внезапные перемещения судов в защищенных бухтах, получило название тягуна.

Это природное явление наблюдается почти на всем Тихоокеанском побережье Северной и Южной Америки: в чилийских портах, портах полуострова Калифорния. Особенно большой силы оно достигает около атолла Ми-дуэй, Японских островов и у восточных берегов Новой Зеландии.

Интенсивный тягун существует и на побережье Атлантического океана, а также окружающих его морей: в портах Касабланка, Дакар, Кейптаун, Гавр, Алжир, Тулон, Неаполь и др. На Черноморском побережье Кавказа тягун наблюдается в портах Батуми, Туапсе, Поти, Сочи и др.

В бассейне Индийского океана явление тягуна наблюдается в портах Мадрас, Бомбей, Таматаве (остров Ма-дагаскар), а также у западных берегов Австралии.

Таким образом, действию тягуна подвержены берега всех материков, кроме Антарктиды, и бухты внутренних и окраинных морей. Характерно, что большинство районов, подверженных воздействию тягуна максимальной интенсивности, расположены на западных берегах материков и морей. У южных и восточных берегов это явление возникает редко и его действие обычно оказывается слабым. Это обстоятельство, по-видимому, объясняется тем, что в направлении движения циклонов обычно превалирует восточная составляющая, обусловленная направлением вращения Земли.

Тягуны неблагоприятно влияют на условия стоянки судов не только у стенки, но и на внешнем рейде. Так, 4 декабря 1967 года французский танкер «Руссильон», стоявший на якоре на внешнем рейде порта Туапсе, в ре-зультате воздействия умеренного тягуна был сорван с якоря и выброшен на берег.

Тягуны отрицательно воздействуют на устойчивость портовых сооружений и ритмичность работы портов. Перегрузочные операции во время тягуна прекращаются. Простой судов приносит ощутимые убытки морскому флоту.

Например, в Батумском порту в отдельные годы из-за тягуна суда простаивают до 28 суток.

Бывают случаи, когда тягун уничтожает портовые сооружения. Так, в январе 1968 года в результате сильного тягуна в порту Туапсе были завалены два огромных бетонных массива мола, образовался пролом в парапете волнолома, одновременно были разрушены три причала.

Проведенные океанологами исследования показали, что причиной тягуна является совпадение (резонанс) периода собственных колебаний воды в акватории порта с периодами вынуждающей силы, как правило, сейши на входе в порт. Поскольку для образования тягуна нужно, чтобы период действия силы совпадал с периодом собственных колебаний небольшой (относительно всего моря) акватории порта, сейши, сопровождаемые тягуном, имеют малые период и высоту (до 30 сантиметров).

Итак, тягун – весьма сложное явление, возникающее при совместном резонансе двух взаимосвязанных систем: колебаний сейши в море и собственных колебаний воды в бухте, собственных колебаний воды в акватории и собственных колебаний судна.

Дата добавления: 2014-10-22