с:
DdCKOM
ВОЛНЫ
и пляжи
Динамика
морской поверхности
ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
Ленинград · 1966

УДК 551.468.1(023)
WILLARD BASCOM
WAVES AND BEACHES
The Dynamics
of the Ocean Surface
NEW YORK, 1964
Перевод с английского
И. Б. КОМАРОВОЙ и А. А. СТАВИСКОЙ
Ответственный редактор и автор примечаний
кандидат технических наук
Г. А. ОРЛОВА
Фотографии автора
В книге в живой увлекательной форме излагаются
сведения о волновых движениях на поверхности моря.
Особое внимание уделено ветровым волнам, их
развитию и роли в формировании подводных склонов и форм
берега, образующихся в результате переноса продуктов
размыва.
Много интересного сообщает автор относительно
методов изучения волн прибоя и бурунов. Описывается
богатое техническое оснащение, используемое при
изучении волн, в частности автомашины-амфибии,
работающие в самом прибое, где высота волн достигает
10 метров. В заключение автор рассказывает о способах
защиты берегов от разрушения волнами, о борьбе с
заносимостью проливов, морских каналов и портовых
акваторий.

ПРЕДИСЛОВИЕ
Виллард Баском начинает свою книгу лирическим
прологом, в котором набрасывает яркую картину
извечной борьбы между сушей и морем. И действительно,
что может быть разнообразнее живой поверхности океа
на и что может больше в'печатлять воображение
наблюдателя, как не те непонятные изменения, которые
совершаются из года в год на многих морских
берегах?
Но дальше, с первой же главы, поэзия уступает
место чисто американской деловитости в описаниях как
самих явлений, так и их причин и взаимосвязей.
Советские ученые — геологи и океанографы — узнают здесь
знакомый почерк В. Баскома, чьи статьи и
исследования стали появляться в специальной литературе с
начала 50-х годов и вызвали большой интерес. Автор
книги начал свою карьеру инженера-океанографа в 1945
году, сразу после второй мировой войны. Сейчас он
является президентом Компании науки о море и ее
технических применений (Ocean Science and Engineering
Inc.).
Этим, по-видимому, в большой мере и объясняется
тот не частый для научно-популярной литературы
акцент книги, когда почти к каждому вопросу даются
пояснения: для чего это нужно, как это делается и даже
сколько это стоит. Мне кажется, что такой подход
следует отнести к положительным чертам книги. В наши
дни развитие науки стало в ряд важнейншх
государственных задач, но не всегда это находит отражение
в популярной литературе, рассчитанной на широкие
читательские массы.
9

Манера изложения В. Баскома проста, но далека от
вульгаризации. Автор оживляет текст массой
интереснейших конкретных впечатлений и фактов; он не лишен
юмора и щедро делится своИхМ опытом 'исследователя.
Композиция книги в целом стройна »и логически
обоснованна, если не считать глав V и VI, которые
несколько выходят за пределы поставленной задачи, хотя и
содержат интересный материал.
От элементарных представлений о строении земной
поверхности и океанов в их природных границах автор
ведет нас к пониманию всего разнообразия типов
морских волн сначала в открытом море, а затем и к тем
изменениям, которые они претерпевают на прибрежном
мелководье.
Упомянутые главы V и VI посвящены приливам,
сейшам, катастрофическим «цунами» и, наконец, взрывным
и судовым волнам. Как инженер В. Баском не мог
обойти эти интересные и важные сведения, но
некоторые вопросы изложены им «скороговоркой». В
частности, читая раздел о приливах, читатель не получает
целостного представления обо всем многообразии этого
сложнейшего явления. Здесь можно рекомендовать
отечественную литературу и в первую очередь книгу
А. И. Дуванина «Уровень моря», 1956.
Глава VII «Измерение и моделирование волн» снова
вводит читателя в основное русло повествования о
борьбе между сушей и морем, так как активное
вмешательство человека в эту борьбу требует точных знаний.
Интересный и новый материал дан в главе о полосе
прибоя, а затем следуют завершающие части книги,
посвященные собственно берегам и пляжам и технике
их защиты.
В некоторых отношениях популярная книга Баскома
дает больше, чем целая серия научных трудов. Так,
большое впечатление производит размах исследований
(а вернее — изысканий) режима Тихоокеанского
побережья США в пределах штатов Орегон, Вашингтон и
Калифорния. В течение пяти лет круглогодично группы
смельчаков при участии В. Баскома на автомашинах-
амфибиях вели измерения в бурунах до 10 метров
высоты. Результаты работ полностью нам не известны, ибо
соответствующие атласы и описания не получили
широкого распространения.
4

Задачи исследований могут быть разнообразными.
Наряду с требованиями военного времени (автор имеет
в виду вторую мировую войну), когда приходится
выяснять волновые условия у занятых противником берегов
и разрабатывать прогнозы волнения для проведения
десантных операций, исследовательская работа имеет
постоянной целью анализ инженерных условий для
гидротехнического строительства и прибрежной навигации.
Большое значение придается в США защите берегов
от размыва. Так, например, общая стоимость
проводимых в настоящее время мероприятий составляет около
100 миллионов долларов. Большую часть этих расходов
несут органы местного самоуправления, и расходы
окупаются очень быстро.
Тут есть о чем задуматься, если вспомнить
историю борьбы с разрушением наших черноморских
берегов. Основные факты этой истории были
опубликованы как в специальной, так и в общей печати.
Главной причиной черноморского бедствия является
нерегулируемое использование пляжевых наносов для
строительства в послевоенные годы. Берега, лишенные
пляжей, стали быстро разрушаться, а их курортные
свойства и емкость резко ухудшились.
В капиталистических странах вопрос решает доллар.
Если пляж у какого-то курорта станет хуже или
меньше, чем у соседнего, то приток туристов устремится
к последнему, с соответствующими убытками для
местных предпринимателей и муниципалитетов.
Элементарные расчеты показывают, что миллионные затраты
на восстановление берегов и пляжей оправдываются
с лихвой.
При плановой социалистической экономике нелепо
было бы представить, что Сочи будет конкурировать,
например, с Гаграми или Сухуми. Но в конечном счете
от разрушения берегов по всему побережью страдают-то
наши люди.
Предложены и испытаны технические средства для
защиты берегов и создания больших пляжей, но работы
ведутся недопустимо медленно, из-за чего сумма
необходимых затрат все возрастает.
При многих достоинствах книги В. Баскома в ней
есть и недостатки, которые невозможно обойти молча-
5

нием. При ее чтении может сложиться впечатление, что
по крайней мере за последние десятилетия В'се
существенное в этой области науки имеет марку «Сделано
в США». Автор только в истории разработки тех или
иных проблем ссылается на предшественников из
других стран. О русских и советских работах вообще нет
никаких упоминаний, хотя коллеги В. Баскома
пользуются нашей литературой и довольно много из нее
заимствуют.
Нельзя умалять заслуги американских ученых. Ими
созданы уникальные экспериментальные установки (см.
главу VII), проведены обширные натурные
исследования, накоплены ценные материалы. Однако что
касается теоретических обобщений, то дальше частных работ
по отдельным проблемам дело пока не идет. В этом
отношении значительно более ценной представляется
сводная литература ученых Англии, Франции, ФРГ, хотя они
и не располагали такими широкими техническими
возможностями для проведения своих работ. Наиболее же
глубокая теоретическая разработка многих вопросов
динамики береговой зоны моря произведена в СССР,
о чем говорят в своих обзорах и рецензиях западные
ученые, в том числе и американские.
Так, еще в конце 30-х годов академиком В. В. Шу-
лейкиным и его сотрудниками были разработаны многие
вопросы трансформации волн на мелководье, в том
числе даны первые формулы для расчета рефракции
волн. Ими же был создан ряд приборов для .измерения
волн, часть которых находится на вооружении
советских ученых и до сих пор (например, перспектомер
Иванова).
Нельзя согласиться с утверждением В. Баскома
относительно господства волн типа одиночных непосред*
ственно в прибрежной полосе (глава VIII). Точные
наблюдения советских ученых сначала на Черном, а затем
на Балтийском море этого не подтвердили (В. В. Лон-
гинов, 1963).
Эти же работы показали, что вопреки мнению
Баскома (глава VIII) донное противотечение реально
существует в природе, накладываясь на волновые
колебания. Оно уменьшает скорость движения воды в сторону
берега и увеличивает в обратном направлении.
б

Книга В. Баскома издана в 1964 году. Излагая
сложнейший вопрос о перемещении песчаных наносов,
он ссылается на опыты с радиоизотопами. Но еще
в 1961 году Международный навигационный конгресс,
происходивший в Балтиморе (США), признал для этой
цели наилучшим советский метод применения люмино-
форных красителей. Кстати говоря, он успешно
используется на западных и восточных берегах Соединенных
Штатов.
В результате применения метода окрашенных
индикаторов на Черном море получены кол'ичественные
данные как о скорости поперечного и продольного
перемещения наносов, так и о массах переносимого материала.
Интересно привести максимальные замеренные
скорости продольного перемещения наносов различной
крупности (Черное море). Они составляют для гальки на
пляже до 180 метров в час и для песка на мелководье
до 2800 метров в час.
Для работ на песчаном дне была построена
специальная тросовая подвесная дорога над морем, что
позволило вести наблюдения при шторме любой силы
(Н. А. Айбулатов, Ί966). Выполненные с тросовой
дороги промеры, конечно, несравненно точнее, чем
промеры с амфибии. Советские ученые применяли амфибии
на Балтике лишь как вспомогательное средство для
установки приборов и сбора колонок грунта.
С помощью специальной электронной аппаратуры
в течение ряда лет велись (и ведутся) замеры придонных
волновых скоростей, что позволило в первом
приближении и пока на самых малых глубинах рассчитывать
направления и интенсивность перемещения наносов.
Сводка основных данных выполнена В. В. Лонгиновым, но
в последние годы появились новые интересные работы
(Г. А. Орлова, 1965; Л. Г. Галанов, 1966 и др.).
Представление о «вдольбереговом конвейере песка»
сложилось еще в 20-е годы у одного из
родоначальников советской береговой науки П. К. Божича. За
последующее время в нашей стране была создана стройная
теория вдольбереговых потоков наносов и как одно из ее
следствий был дан анализ развития разнообразных
аккумулятивных форм, которые в США до сих пор валят
в одну кучу, называя их просто «пляжами».
Основные положения указанной теории были представлены
7

в 1965 году на Международном гидравлическом
конгрессе в Ленинграде (доклад В. Зенковича и В.
Болдырева) и получили одобрение многих западных ученых,
в том числе и коллег В. Баскома из США.
Разбирая общие положения теории и техники,
нельзя ограничиваться опытом одной страны. Примером
этому может служить трактовка Баскомом способов бе-
регоукрепления. Он критикует практику применения для
этой цели бун и находит более выгодным создание
искусственных пляжей путем периодического рефулирова-
ния на берег песка с морского дна. Это, может быть, и
верно для условий США, где во многих местах донные
накопления (неисчерпаемы.
А как быть, к примеру, у нас, на востоке Черного
моря 'или в Калининградской области, где таких запасов
нет и песок пришлось бы возить за десятки и сотни
километров? Сама природа заставляет здесь использовать
испытанную столетиями технику сооружения бун плюс
разработанные советскими учеными подводные
волноломы (А. М. Жданов, 1960). Искусственная
засыпка в данном случае сохраняется десятилетиями и
позволяет рассчитывать каждый кубометр ценного
материала.
К сожалению, очень кратко говорит В. Баском
в своей книге о несомненно прогрессивном американском
способе борьбы с заносимостью морских портов и
каналов, стоящих на пути «потока наносов». Я имею в виду
так называемый «бай-пассинг», когда стационарный
рефулер небольшой мощности эпизодически перекачивает
песчаную пульпу с наветренной стороны сооружения на
подветренную. Соответствующие установки существуют
в США и Мексике уже более 10 лет и полностью себя
оправдали. Для ряда портов Советского Союза
(Балтика) это единственно возможный способ сократить
расходы на поддержание каналов.
Автора предисловия можно упрекнуть в том, что
больше внимания он уделил вопросам, которые в книге
Баскома не затронуты, чем тем, в описании которых
допущены неточности и искажения. Согласен. В какой-то
мере предисловие пристрастно, но не в большей степени,
чем пристрастна и книга Баскома. Необходимые
уточнения и дополнения по ходу изложения сделаны
редактором в примечаниях. Я же просто стремился добавить
8

несколько штрихов, чтобы общая картина развития
данной отрасли науки о море была более объективной.
Нет сомнения, что книга В. Баскома будет встречена
с большим интересом широким кругом советских
читателей, не только моряками и учеными, но и всеми,
кто любит море и пытливо стремится проникнуть в его
тайны. А таких людей у нас становится все больше
с каждым годом.
Лауреат Ленинской и Государственной премий
доктор географических наук В. П. ЗЕНКОВИЧ

ПРОЛОГ
Найдется ли на свете человек, который смог бы
равнодушно наблюдать борьбу между морем и сушей?
Море ожесточенно бросается в атаку и обрушивает
мощные удары своих волн на укрепленные пункты суши.
Оно вбирает в себя энергию далеких ветров и через
тысячи миль океанских просторов перекатывает
безобидные на вид волны — зыбь. Но вблизи берегов море
сбрасывает маску спокойствия, и разъяренные буруны идут
в последнее отчаянное наступление на сушу. Вода
вскипает белой пеной у подножия крутых скал и, проникая
в расселины между ними, стремится разобщить и
подорвать силы противника. Когда скала разрушается,
прибой подхватывает каменные обломки и перетирает
их в песок, одновременно смывая и унося в море тог
песок, который уже успел скопиться на пляже.
Однако суша защищается — так незаметно и
искусно, что часто даже оказывается в выигрыше. Иногда ей
удается отвоевать небольшую полоску скалистого
берега под ровный, широкий пляж. Порой она использует
свои песчаные резервы для удара с фланга, и тогда
успевает отрезать ,и изолировать песчаной косой часть
моря, проникшую в пылу сражения слишком далеко за
мыс. Суша неизменно стремится выпрямить фронт и по
возможности уменьшить протяженность береговой
линии, которая подвергается атакам со стороны моря.*
Когда штормовые волны идут на приступ, пляж
использует хитроумный тактический прием: временно
отступив,-он выдвигает скрытые резервы — подводную
песчаную отмель — и тем самым заставляет волны
разбиваться вдали от берега и расходовать свою энергию
10

вхолостую. Когда шторм стихает, неболытгие волны, как
бы в виде возмещения за причиненный ущерб, снова
приносят к берегу песок и восстанавливают пляж в его
прежнем виде. Ни одной из сражающихся сторон не
удается остаться в победителях надолго.
Поле брани, которое то и дело переходит из рук
в руки, — это зона прибоя. Вечные противники — волны
и пляжи — будут героями этой книги.

Глава I
ВВЕДЕНИЕ
Волны возникают ή перемещаются на поверхности
моря. Волны могут возникать также и на поверхности
раздела между двумя -слоям'и жидкостей разной
плотности, но в этой книге мы будем рассматривать только те
виды волн, которые можно наблюдать на границе океана
и атмосферы. Причины возникновения волн очень
многочисленны, но главными из них можно считать
три: ветер, землетрясения и силу притяжения Луны
и Солнца.
Наиболее знакомые нам волны — ветровые; при этом
они самые многообразные, а в некоторых отношениях
и самые загадочные. Размеры и характер ветровых волн
определяются тремя факторами: скоростью ветра,
протяженностью открытой водной поверхности, над
которой он дует, и продолжительностью его действ'ия. Кроме
того, характер волн значительно меняется по мере их
отхода от места зарождения.
То, что происходит в океане при землетрясении,
объясняется проще. Внезапный сдвиг горных пород дна
выводит водные массы из равновесия. Стремясь
вернуться β исходное состояние, верхний слой воды
поднимается и опускается; возникает серия сейсмических волн,
известных под общим названием «цунами».
Приливы — особая форма очень длинных волн; для
того чтобы понять, как они возникают, представим себе
земной шар в виде твердого тела, покрытого водной
оболочкой. Вращение Земли происходит внутри этой
оболочки, на которой под объединенным воздействием
солнечного и лунного притяжения образуются
периодически сменяющиеся выпуклости и впадины.
12

При в'сей разнородности породивших их причин
характер и скорость распространения волн зависят от
глубины, над которой они перемещаются. Поэтому для того
чтобы разобраться в поведении волн, нужно иметь
некоторое понятие о конфигурации бассейна океана и о
рельефе его дна. Обратимся к происхождению моря и
суши — двух первичных элементов земной поверхности.
ЗЕМЛЯ И ОКЕАНЫ
Земля образовалась из «отходов» строительных
материалов, которые пошли на Солнце, — из частиц
металла и камня, сгруппировавшихся вокруг твердого ядра
и силой притяжения соединенных в одно целое.*
Первоначальные материалы были холодные, как
межпланетное пространство, и безнадежно сухие; вода и газы,
входившие в небольшом количестве в их состав,
присутствовали только как химические соединения внутри
отдельных тел и частиц. Однако при столкновении
обломков строительного материала под воздействием
огромного давления, вызванного гравитационными силами,
новорожденная Земля стала нагреваться. Может быть,
на тогдашней Земле было не жарче, чем на нынешней,
но температура внутри нее оказалась достаточной для
того, чтобы исходные материалы начали распадаться на
составные элементы: газы и вода перешли в свободное
состояние. Жидкие тела пришли в движение; стало воз-
можным перераспределение материалов по плотности.
Земля постепенно приобретала свою теперешнюю
слоистую структуру. Самые тяжелые металлы
группировались в центре; самые легкие материалы перемещались
ближе к поверхности.
Со временем наиболее легкие из первичных горных
пород — граниты — вышли на поверхность и образовали
основу будущих материков. Между гранитными
глыбами расположились обширные впадины — будущие
океанические бассейны. Непрекращающаяся вулканическая
Деятельность в недрах Земли выталкивала на
поверхность воду и газы. Мало-помалу Земля окутывалась
атмосферой, а бассейны океанов заполнялись водой.
Через пару — другую миллиардов лет бассейны уже были
13

полны до краев, и атмосфера стала достаточно плотной
для того, чтобы в ней могли возникнуть ветры,
переносившие водяные пары.
Как только вступил в действие цикл «испарение —
конденсация», пошли дожди, образовались реки и
началась их разрушительная работа. Потоки воды понесли
Рис. 1. Истинные границы бассейна
Атлантического океана не совпадают с береговой
линией.
к океану, вниз по течению, обломки твердых пород.
Более крупные откладывались у самого берега; те, что
помельче, уносились в глубину — там они оседали,
выравнивая каменистое морское дно ή повышая уровень
моря.
Воздушные потоки в атмосфере вызвали к жизни
первые волны, которые тотчас же устремились в атаку
на первобытные берега. И тогда, как теперь, волны
разрушали прибрежные утесы, вода подхватывала обломки
и трудолюбиво перемалывала их в песок. Песок,
получившийся 'из скальных обломков, и песок, доставленный
с материка через устья рек, перемешивался и равно-
14

мерно распределялся вдоль берега. Так возникли
первые пляжи.
Все эти процессы продолжаются и 'сейчас — в недрах
Земли по-прежнему происходит перегруппировка
материалов, новые массы воды по-прежнему поступают на
поверхность. В результате уровень моря значительно
Истинная граница \ Береговая
Рис. 2. Пограничная зона между материком
и океаном)
поднялся над краем первоначальной каменной чаши —
впадины океана. В настоящее время края материков
затоплены морем в среднем до 600 футов 1 глубины *;
песчаные берега сегодня преобладают над скалистыми.
Необходимо помнить, что береговая линия, хотя она
и очень важна как область непосредственного контакта
моря и суши, не является в геологическом смысле
границей океанического бассейна. Собственно океанический
бассейн начинается довольно далеко от берега — там,
где материковая отмель (шельф) резко
обрывается. Средняя глубина океанического бассейна — около
15 000 футов; крупные вол-ны передвигаются там с
большой 'скоростью — на мелководье их скорость падает
вследств'ие тормозящего действия дна. Именно на
мелководье, на материковых отмелях происходят многие
ι 1 фут = 30,48 сантиметра.
15

из явлений, описанных в этой книге. Именно здесь
волны, идущие к берегу из далеких океанских просторов,
претерпевают изменения, как только «почувствуют» дно;
именно здесь создаются и непрерывно меняют свой
облик пляжи; именно 'сюда направляет свои усилия
человек, возводя берегозащитные сооружения, способные
выдержать и отразить натиск волн.
Характер и размеры волн многообразны. Лучше
всего представить их себе в виде непрерывного спектра —
от мельчайших, почти неразличимых глазом, до волн
такой длины, что глаз не в состоянии их охватить.
Где-то посередине этого спектра и находятся те волны,
с которыми все мы отлично знакомы.
ВОЛНОВОЙ СПЕКТР
Итак, волны могут быть любых размеров — начиная
от мелкой ряби на поверхности пруда и кончая ГИГаНТ-
Своя
Рис. 3. Параметры волн. Стрелкой показано
направление движения волны, пунктиром — уровень
спокойной воды.
скими штормовыми и приливными волнами, длина
которых (теоретически) составляет половину окружности
земного шара. Для того чтобы мы могли вести речь о
таких различных по виду и величине волнах, необходимо
16

принять единую систему обозначений основных
элементов волн.
Главные Ή3 них следующие:
Гребень — самая высокая точка волны.
Ложбина — самая низкая точка волны.
Высота волны — расстояние по вертикали от
ложбины до гребня.
Длина волны — расстояние по горизонтали от
гребня одной волны до гребня следующей.
Период волны — промежуток времени в секундах
между моментами прохождения через одну и ту же
точку двух последовательных гребней волн. (Существует
непосредственная связь между периодом и длиной
волны, тогда как высота волны не зависит ни от ее длины,
ни от периода.)
Волны МОЖ1Н0 классифицировать по их периодам,
которые могут колебаться в пределах от долей секунды
до десятков тысяч секунд и более. Диаграмма спектра
энергии волн (рис. 4), составленная профессором
Уолтером Мунком (Океанографический институт
Скрип-пса), показывает, что вол-новая энергия в океане
распределяется по нескольким основным группам волн,
различающимся диапазоном пери-ода.
Если начать рассматривать спектр от волн с самым
коротким периодом, мы последовательно обнаружим:
рябь (волны с периодом в десятые доли секунды);
мелкие ветровые волны (период от 1 до 4 секунд);
полностью развитое волнение (от 5 до 12 секунд); волны зыби
(от 6 до 16 секунд); биения прибоя в береговой зоне
(с периодом от 1 до 3 минут); цунами (от 10 до 12
минут) и, наконец, приливы с периодами от 12 до 24 часов.
Таким образом, есть много разновидностей волн, и все
они зарождаются ή развиваются по-своему.
Задачу изучения волн всегда необычайно осложнял
тот факт, что на поверхности океана сосуществуют столь
многочисленные типы разных по величине волн,
вызванных к жизни разнородными причинами, двигающихся
одновременно в нескольких направлен-иях и то и дело
сменяющих друг друга.
Бросьте камешек в лужу. Этот импульс порождает
целую серию одинаковых волн, которые
распространяются во все стороны от центра. Вначале они имеют
четкую форму окружности. Но вот первые из них дости-
17

гают берега — и происходит отражение волн. Теперь их
рисунок уже не так прост: отраженные, идущие в
обратном направлении волны интерферируют* —
накладываются на те, которые продолжают двигаться от центра
к берегу. Сочетание этих двух волновых систем создает
волны новой, своеобразной формы, с заостренными
гребнями— в тех местах, где совпадают две вершины.
Когда к ним присоединяются волны, отраженные от
других краев лужи, схема интерференции еще более
* 10000 1000 100 10 I
(Зчосо) (17 минут)
Период волны.сен
Рис. 4. Спектр океанских волн (по Уолтеру Мунку).
/ — приливы; 2 — цунами; 3 — биения прибоя в береговой зоне.
4 — зыбь; 5 — крупные волны; 6 — мелкие волны; 7 — рябь.
усложняется. В течение нескольких минут мы
наблюдаем невообразимую мешанину гребней,
передвигающихся без всякой видимой системы; потом поверхность
внезапно успокаивается и становится снова гладкой, как
зеркало. Этот простой, на первый взгляд, опыт можно
проделать сотню раз — и все-таки не понять до конца,
что про'изошло в нашей луже.
В океане картина много сложнее. Во-первых,, там
причиной возникновения волн редко бывает импульс
в какой-то одной точке — обычно это порывистый ветер,
который дует над обширным пространством и порождает
самые разнообразные волны. Во-вторых, волны
изменяют свой в'ид по мере того, как они удаляются от
места зарождения и проходят большой путь в океане.
18

В-третьих, чаще всего мы наблюдаем сразу несколько
движущихся в разных направлениях волновых систем
с волнами различных периодов. В-четвертых, на волны
большое влияние оказывает рельеф морского дна. Когда
волны приближаются к берегу и вступают в зону
мелководья, передний склон волны становится более крутым
и происходит разрушение волны — при этом образуется
беспорядочная толчея и пена, на что полностью
расходуется энергия волны. Иными словами, случайному
наблюдателю не под силу решить вопросы о том, каким
образом волны зарождаются, развиваются,
распространяются и затухают.
Волны океана — явление настолько подавляющее,
своей сложностью, что за много тысяч лет наблюдений
люди смогли прийти только к одному бесспорному
выводу: волны возникают от ветра. При этом, естественно,
чем сильнее ветер, тем больше волны.
Описание морской поверхности долгое время
оставалось уделом поэтов. Один из них писал, что море
«вечно взволнованное, тревожное, мятущееся. То оно в
улыбке морщится рябью под ласковым прикосновением
ветра; то взлетает к небу валами, которые бросаются
врассыпную в роковом предчувствии шторма и яростным
прибоем обрушиваются на берег; то оно тихо
вздымается приливом, когда сокрытый в морских глубинах
великан вздохнет во сне». Оригинальное, но чисто
любительское описание волнового спектра!
Сегодня, после более чем столетних научных
исследований (в области океанографии особенно много было
сделано за последние двадцать лет), почти все главные
особенности волн и порождающие их причины могут
быть удовлетворительно объяснены математически и
воспроизведены экспериментальным путем. Более того,
ученые-теоретики, которым удалось вывести ряд
выдержавших проверку сложных уравнений, настолько
осмелели, что возникла новая опасность: как бы изучение
волн не перешло окончательно в руки людей, ни разу
в жизни не видевших моря!
В этой книге исследователи, которые ставят во главу
угла непосредственные наблюдения, предпринимают
последнюю отчаянную попытку удержать свои .позиции;
поэтому математическая сторона в дальнейшем
изложении будет представлена минимально.
19

БЕРЕГОВАЯ ЧЕРТА
Земная кора не застыла навеки: в ней происходят
медленные, но непрерывные движения. Материки можно
представить себе в виде огромных каменных глыб,
похожих на плоты, плавающие в Мировом океане, который
сплошной оболочкой окутывает земной шар. Поэтому,
если нагрузка на такой плот внезапно увеличится
(например, когда при извержении вулкана на материк
выльется огромная масса лавы или когда образуется
большое скопление льдов), плот под этой
дополнительной тяжестью осядет, а уровень моря заметно
поднимется. Сравнение можно продолжить: если в результате
эрозии разрушатся горные массивы или если растают
обширные ледяные поля, нагрузка на плот
уменьшится— в этом случае поднимется суша. Вот пример:
многие заливы на побережье Аляски, которые сто лет
назад использовались как порты, сейчас настолько
обмелели, что туда не могут заходить корабли: произошло
поднятие суши. Вертикальные перемещения суши на
огромных пространствах могут быть вызваны и другими
силами, скрытыми в недрах Земли; и всякий раз это
будет влиять па уровень моря. Такие движения земной
коры происходят крайне медленно, но их результаты
сказываются на очертаниях материков: чувствительная
к таким переменам береговая линия то выдвигается, то
отступает.
Многие геологи классифицируют берега в
зависимости от погружения или поднятия суши относительно
уровня моря и в зависимости от того, что играет
главную роль при формировании берега — разрушение
слагающих его горных пород или отложение морских
наносов. Например, преобладающая часть центрального
побережья Калифорнии (от Монтерея до Мендосино)
постепенно поднимается: об этом свидетельствуют
надводные террасы, составлявшие когда-то часть морского
дна. Вдоль северо-западного побережья США (у
пролива Пьюджет-Саунд), а также на северо-востоке (от
устья реки Гудзон до Мейна) есть обширные области
так называемого «затопленного рельефа» — это значит,
что суша успела там погрузиться в море. Поскольку
первоначально рельеф был холмистый, в обоих
названных районах береговая линия оказалась крайне неров-
20

ной. Пляжи там по преимуществу узкие, короткие и
каменистые*, в динамике берега они особой роли не
играют.
Большая часть остального восточного побережья
США, от Нью-Джерси до Флориды, представляет собой
почти прямую линию, так как погружающаяся суша
в виде обширного пологого склона простирается с
одной стороны на много миль в глубь материка, а с
другой доходит до края материковой отмели (шельфа),
удаленного на сотни миль от берега. Этот берег
устойчив; его положение относительно уровня моря
неизменно в течение долгого времени. Его характерный
признак—сопровождающая берег почти непрерывная
линия длинных песчаных, так называемых барьерных
островов * с большими, широкими пляжами. Между этими
островами и сушей находится множество мелководных
заливов и лагун. Таким образом, основные
геологические черты строения берега связаны с изменениями его
положения относительно уровня моря. Если море
приносит к берегу большое количество песка и если в
течение длительного времени не происходит
существенного поднятия или погружения суши, пляж в динамике
берега начинает играть весьма заметную роль.
Геологическая история большинства берегов очень
сложна. В разные периоды они то поднимались, то
снова опускались, и каждая последовательная стадия
накладывала на берег свой отпечаток. Кроме того,
поскольку процессы, управляющие развитием берега,'
сплошь и рядом прерываются, у нас довольно мало
примеров работы моря, которая была бы завершена (на
данный геологический период). Геолог, таким образом,
вынужден вести наблюдения над постоянно
'изменяющимся объектом —ему приходится учитывать, как
начался процесс и к каким результатам он может
привести. Его основная задача состоит в том, чтобы
определить механизм изменений и скорость, с которой они
происходят. Зная это, он может делать прогнозы на
будущее.
Уточним заблаговременно три термина, которые
часто употребляются без достаточного разграничения.
Ьереговая линия*— это линия непосредственного
соприкосновения между морем и сушей. Берег* — это
обширная физико-географическая зона,'часто простираю-
21

щаяся на несколько миль в глубь материка и имеющая
протяженность в сотни миль. Пляж*, по сравнению
с берегом, — относительно узкая зона, размеры и
развитие которой определяются работой волн.
Пляж представляет собой скопление обломков
твердых пород, подверженных воздействию волн. Пляж
может состоять из самого разнообразного по крупности и
цвету материала, начиная от валунов * и кончая
мельчайшими песчинками. Поскольку пляжевый материал на
Океан
Рис. 5. Побережье, береговая линия и пляж.
1 — береговая линия; 2 — фронтальная зона пляжа.
самых густонаселенных частях побережья США—это
почти всегда светлоокрашенный песок, продукт
разрушения гранитных пород, состоящих главным образом
из кварца и полевого шпата, то большинству
американцев пляж рисуется в виде ослепительно белой песчаной
полосы. Но, скажем, пляжи многих островов Тихого
океана состоят из черного песка — там разрушаются
темные горные породы вулканического происхождения.
В Англии пляж'И часто бывают сложены из гальки —
мелких плоских камешков, которые образовались в
результате разрушения прибрежных утесов (клифов),
состоящих из осадочных пород. Многие пляжи Аляски
построены из валунов. А на побережье Нижней
Калифорнии, в Мексике, пляж— длиной до ста миль — со-
22

стоит из материала двоякого рода: сначала идет плоская
песчаная полоса, которая обнажается только во время
полного отлива, а непосредственно за ней
располагается высокая, до тридцати футов и более, валунная гряда.
Короче говоря, наше представление о пляже зависит от
того, какие пляжи нам пришлось повидать на своем
веку.
В этой книге для удобства словом «песок» *
обозначается всякий пляжевый материал, хотя мы все время
имеем в виду, что описываемые части пляжа могут
состоять также из мелкой или крупной гальки, гравия или
валунов.
Пляжи можно рассматривать в двух планах: 1) как
небольшие замкнутые системы, в пределах которых
происходит перемещение песка: либо по нормали к берегу
(в сторону материка или в сторону моря) — по прихоти
волн, либо параллельно берегу, вдольбереговыми
течениями*; 2) как крупные геологические образования.
ПЛЯЖ КАК ГЛАВНАЯ ФОРМА БЕРЕГА
Первый из названных процессов будет в дальнейшем
рассмотрен более подробно. Вообще же при изучении
механизма изменений пляжа под действием волн мы
склонны сужать масштабы, хотя пляж заслуживает
пристального исследования и как основная форма берега.
Хотя исчерпывающая характеристика пляжа в таком
именно, физико-географическом плане выходит за
рамки нашей книги, скажем несколько слов о трех формах,
которые может принимать пляж. Эти три формы
обычно выделяют, если пляжи рассматриваются как
самостоятельные геологические элементы. Пляж может
представлять собой узкую песчаную полосу, отделяющую
коренную сушу от моря; пляж может принимать форму
песчаной косы или параллельной берегу отмели (бара)
перед входом в залив (пересыпь); пляж может иметь
вид барьерного острова *.
Первый тип пляжа — короткая и узкая полоска
песка, лишь тонким слоем прикрывающего коренные
породы,^—говорит о том, что перед нами сравнительно
молодой берег *. Иными словами, с момента последнего
23

изменения уровня моря прошло (в геологическом
смысле) не так уж много времени. То небольшое количество
песка, которое имеется на пляже, появ'илось в
результате размыва и перемалывания волнами коренных
пород. К этому типу относится целый ряд пляжей на по-
Рис. 6. Волны выравнивают скалистый берег.
Наверху: равномерно распределяющаяся на
глубокой воде энергия волн концентрируется
благодаря рефракции и направляется на мыс. Внизу:
постепенно мыс отступает, на месте бывшего
мыса остается значительное количество песка,
достаточное для того, чтобы со временем здесь
образовался сплошной ровный пляж.
бережье штатов Калифорния и Орегон. Эти так
называемые «карманные пляжи» располагаются между
обрывистыми мысами. Сразу же за .ними возвышаются
крутые клифы. В зимние месяцы штормы уносят с таких
пляжей почти весь песок, обнажая слой гальки и
гравия.
24

Второй тип — косы и бары — образуется в течение
более длительного времени. Под действием волн
расчлененные берега обнаруживают тенденцию к
выравниванию, а изрезанная береговая линия сглаживается.
Предположим, что перед нами мыс, далеко выдающийся
в море. Волны будут обрушиваться на этот мыс с
особенной силой — именно у мысов, под влиянием рельефа
дна, концентрируется энергия волн. При подходе волн
к берегу под острым углом образуются вдольбереговые
течения — основной фактор в перемещении песка; у
входов в относительно спокойные заливы, где происходит
рассеивание волновой энергии, песок откладывается.
На рис. 6 показан ход процесса в одном из случаев
спрямления береговой линии. На первой стадии (7) мы
видим два резко выступающих в море мыса. Они
подвергаются беспрерывным волновым атакам — энергия
концентрируется здесь вследствие рефракции волн.
Постепенно мыс отступает, образующие его коренные
породы разрушаются, и течения, возникающие при
косом подходе волн, переносят обломочный материал в
зону относительно спокойной воды—к вершине залива.
Там частицы оседают и начинают формировать пляж;
наступает вторая стадия (II). Со временем мыс теряет
еще часть своей территории, и залив мелеет — это
третья стадия (III). Прибрежные вдольбереговые
течения, которые на более ранних стадиях развития были
затеряны в беспорядочном волнении вокруг мыса,
теперь становятся преобладающими и переносят песок —
так возникают параллельные берегу песчаные отмели
(бары) у входа в залив. При прямой береговой линии
течение может переносить песок на большие расстояния.
На некоторых участках, где море вдается в сушу,
образуя небольшие заливы, глубина увеличивается; тогда
энергия и скорость вдольберегового течения падают,
и переносимый им песок быстро оседает на дно.
Возникшее в ходе этого процесса аккумулятивное
образование, напоминающее мол,дальний конец которого
омывается водой, и есть коса*. Такая коса возникает при
наличии трех условий: переносящего песок течения,
достаточного количества песка и мест сброса на его пути.
У входа в нью-йоркскую гавань расположены две
знаменитые косы. Более южная, Сэнди-Хук, сложена из
материалов,которые образовались в результате абразии
25

и отступания от берега возвышенности Навесинк. Эта
коса постепенно нарастала и наконец
стабилизировалась: теперь количество песка, аккумулирующегося на ее
оконечности, равно количеству песка, смываемого
приливными течениями.
Рис. 7. Коса Сэнди-Хук и коса Рокэвэй у входа
в нью-йоркскую гавань.
Коса Рокэвэй, расположенная с северо-восточной
стороны, сложена из песка с берега Лонг-Айленда; эта
коса удлинялась в среднем «а 200 футов в год (иными
словами, за 23 года она могла бы вырасти на целую
милю1)—до тех пор, пока не была сооружена
нынешняя система молов и бун. Нередко переносимые вдоль бе-
1 1 миля = 1,85 километра.
26

рега потоки наносов пополняются за счет разрушения
хозяйственно важных объектов: вот одна из проблем,
связанных с пляжем. Впоследствии песок отлагается
там, где он вовсе не нужен, — вот и другая проблема.
см
Рис. 8. Пересыпь на побережье штата
Вашингтон близ устья реки Колумбии.
Пляжи северной части Тихоокеанского побережья
состоят из огромного количества мелкого темного песка,
который образовался при разрушении базальтового плато
внутри материка и был вынесен к океану рекой
Колумбией. Этот песок, подхваченный волнами и течениями,
27

перемещался ими таким ооразом, что к северу и к югу
от устья реки сформировались длинные косы. После их
причленения к мысам они образовали пересыпь, отгоро-
Рис. 9. Барьерные острова тянутся вдоль
значительной части восточного побережья
США. Мыс Гаттерас расположен на узком и
длинном береговом баре, на довольно
большом расстоянии от побережья штата
Каролина.
дившую часть акватории заливов; таким образом
произошло спрямление береговой линии. Ширина кос все
время увеличивается, это видно тю песчаным валам на
28

их поверхности (так называемым «линиям роста»), а
также по тому, что подводные песчаные валы напротив
входа в залив то и дело передвигаются с места на
место. Если вы окажетесь там зимой, услышите рев
бурунов и почувствуете, как содрогается под их ударами
пляж, вы удивитесь, отчего эти изменения не
происходят еще быстрее.
Третий важный тип — барьерные острова —
преобладает на восточном побережье США, в районе
Мексиканского залива, а также на побережье Голландии ή
Польши *. На таких песчаных островах построено несколько
больших городов, в том числе Атлантик-сити/ Майами
и Галвестон. Иногда эти образования называют
барьерными пляжами или даже береговыми барами
(неудачный термин, который только вносит путаницу). Ширина
их изменяется от нескольких ярдов1 до целой мили, а
в длину они достигают десятков миль. В некоторых
местах от материка их отделяет мелководная лагуна
в несколько миль шириной.
Когда ветер, перемещая песок, образует дюны (как,
например, в Китти-Хоук в штате Северная Каролина,
откуда совершили свой первый полет братья Райт),
рельеф этих островов становится холмистым — высота
дюн доходит до 100 футов*. Между барьерными
островами и побережьем располагается целая система мелких
заливов, приливных лагун и болотистых участков —
маршей. Иногда все это вместе превращается в некий
добавочный водный путь, по которому вдоль берега могут
свободно следовать небольшие суда. В таких случаях
обширные прибрежные образования, возникшие в
результате аккумуляции наносов, оказываются очень
стабильными и приобретают такую структурную
самостоятельность, что их уже трудно подвести под наше
первоначальное определение пляжа как зоны, где песок
перемещается под обычным воздействием волн.
Поскольку пляжи обязаны своим существованием
именно действию волн, они очень динамичны. Иначе
говоря, пока есть волны, пляжевый материал находится
в постоянном движении, хотя эта подвижность и не
бросается в глаза поверхностному наблюдателю.
Перемещение пляжевого материала, как уже гово-
1 1 ярд=91,44 сантиметра.
29

рилось, может происходить в двух направлениях: либо
параллельно берегу — в таком случае песок переносят
вдольбереговые течения; либо по нормали к берегу вверх
и вниз по склону с помощью волн *. Волны создают две
главные формы рельефа пляжа: надводные береговые
террасы* и подводные валы. Первые — плоские формы,
расположенные всегда выше уровня воды, — и есть то,
что мы обычно представляем себе при слове «пляж»,
вторые — это подводные песчаные гряды, идущие
параллельно берегу и обнажающиеся крайне редко,
только при очень сильном понижении уровня воды. Как
правило, между первыми и вторыми постоянно происходит
обмен запасами песка — в направлении, зависящем от
характера волн. Если идут крупные короткопериодные
волны, как бывает в условиях шторма, надводная
береговая терраса размывается, а подводный вал нарастает.
Когда наступает штиль, мелкие волны спешат
восстановить террасу за счет подводного вала. Поэтому
надводная часть пляжа в штормовые месяцы обычно гораздо
уже, чем летом. Это как нельзя более на руку легионам
купальщиков, приезжающих позагорать на широкой
летней террасе и поплавать в мелководной зоне прибоя.
Обращенный к морю крутой склон надводной
береговой террасы, которому приходится выдерживать
беспрестанный натиск волн, называется фронтальной зоной
пляжа*. Эту зону можно определить также как зону
периодических смещений береговой линии от границы
наката волн, взбегающих на берег, до линии их
отката.
Необходимо определить границу той области,
которую мы называем пляжем, чтобы как-то сузить рамки
исследования. Морской границей* пляжа считается
черта, до которой обычные волны переносят частицы
песка. Многократными опытами и измерениями
установлено, что эта черта находится примерно на тридцать
футов ниже уровня отлива. Граница эта несколько
произвольна, но практически удобна и теперь принята
повсеместно*. В сторону материка пляж простирается до
края так называемого «постоянного» берега. Этот
последний может представлять собой клифы, песчаные
дюны или искусственные береговые сооружения. В
геологическом смысле эти берега, конечно, нельзя назвать
постоянными, но они гораздо более долговечны, чем инте-
30

ресующие нас пляжи — образования более мелкого
масштаба.
Это довольно общее описание основных свойств волн
и пляжей должно в первом приближении
охарактеризовать предмет нашего исследования, с тем чтобы
изложенные в последующих главах соображения послужили
развитием основных вопросов, с которыми читатель уже
ознакомился.

Глава II
ИДЕАЛЬНЫЕ ВОЛНЫ
Форма и движение поверхности океана при волнении
представляют весьма сложную картину. Неудивительно,
что даже имея за плечами тысячелетний опыт
наблюдений мореплаватели не смогли прийти к сколько-нибудь
удовлетворительному объяснению механизма движения
волн. Старые моряки ограничивались самыми общими
представлениями: они знали, что волны возникают от
ветра, что они распространяются далеко за пределы
того места, где дует ветер, и что, попадая на мелководье,
они становятся более крутыми и разбиваются у пляжа
или у скалистого мыса, расходуя при этом свою
энергию. Эти явления легко можно наблюдать.
Главная трудность при объяснении происхождения
и характера движения волн состояла в том, что волны
как будто не подчиняются никаким закономерностям.
Морякам не раз приходилось видеть, как море, до
того совершенно спокойное, вдруг при первом порыве
ветра покрывалось рябью и как эта рябь, по мере того
как ветер усиливался, превращалась в крупные волны.
Вскоре вокруг корабля уже бушевал настоящий шторм:
со всех сторон неслись огромные волны неправильной
формы, которые то и дело обрушивались на палубу.
Для наблюдений возможности не оставалось — надо
было думать о том, чтобы спасать свою Ж'изнь. По мере
удаления от области шторма волны, как было замечено,
приобретали более правильную форму и двигались
с большей равномерностью. Но даже и в этом
отдалении наблюдателей сбивало с толку одновременное
существование нескольких систем штормовых волн, возник-
32

ших в разных местах; добавьте сюда непонятное
воздействие, которое оказывал на волны рельеф морского
дна.
Наблюдатели на берегу видели высокие волны,
идущие вперемежку с низкими; несколько волн могли
следовать друг за другом почти без перерыва, потом
промежутки между ними вдруг увеличивались; одни волны
разбивались, другие нет. В тихую погоду, при
безоблачном небе к берегу ни с того ни с сего подкатывались
огромные волны. Нельзя было выработать общий свод
правил, иод который подошли бы все наблюдаемые
случаи. Люди могли только говорить: «Такая уж у волн
природа».
Очевидно, самый рациональный подход к решению
такой запутанной проблемы заключается в том, чтобы
рассмотреть все ее компоненты по очереди в
простейшем виде. Прежде всего нужно определить
характеристики, или параметры волн и установить их
взаимозависимость. Затем предстоит выяснить связь между
видом и величиной волн, с одной стороны, и характером и
продолжительностью шторма, а также скоростью
ветра— с другой. Наконец, следует установить, какая
зависимость существует между движением волн и
глубиной воды.
Теперь нам нетрудно задним числом составить
программу исследования волн, которая могла бы быть
осуществлена уже много лет назад; но, конечно, то, что
происходило в Действительности, осуществлялось вне
всякой программы. Случайные, разрозненные наблюдения
постепенно, шаг за шагом, создали достаточный запас
знаний для того, чтобы можно было говорить о теории
волн.
А ведь, должно быть, существовал какой-то самый
первый человек — инициатор сознательных наблюдений
над некоторыми важными свойствами волн. Жил он
много тысяч лет тому назад, скорее всего, где-нибудь
на берегах Средиземного моря. Попробуем представить
себе этого первого ученого — в округе он, наверно,
считался бродягой и бездельником. Часами он сидел на
берегу, у мелкой бухточки с песчаным дном, глядя на
водоросли, колыхавшиеся в прозрачной воде. Он следил
за тем, как в бухту входят морские волны.
33

В один прекрасный, солнечный день, когда ни
малейшее дуновение ветерка не возмущало водную
поверхность, в бухту одна за другой, через равные промежутки
времени, вошли несколько волн правильной формы,
которые достигли вершины залива и разбились на пляже.
Наш волею судеб ученый машинально бросил в воду
Рис. 10. Колыхание водорослей показывает
движение частиц воды по мере прохождения волны.
щепочку и стал за ней наблюдать: об изменении
положения плавающей щепки он мог судить хотя бы по
такому ориентиру, как скала на берегу. Щепка то
поднималась, то опускалась, подавалась то вперед, то
назад— всякий раз, когда под ней проходила волна, — но
к берегу не приближалась.
В самом этом факте не было ничего нового шш
странного: и нашему герою, и многим другим «приходилось
несчетное количество раз наблюдать подобное явление.
Но тут он с неожиданной четкостью осознал: ведь это
значит, что волна — всего-навсего перемещающаяся
форма, а вода при движении волны остается на своем
месте. Щепочка и вода вокруг нее совершали по мере
прохождения каждой волны медленное колебательное
движение.
Тогда он обратил более пристальное внимание на
стебли водорослей, поднимавшиеся со дна, и заметил,
что с приближением гребня волны верхушка
водоросли наклонялась ему навстречу. Положение водоросли
еще некоторое время оставалось прежним, даже когда
гребень уже успевал миновать ее, и менялось только
с подходом следующего гребня. Обрывки водорослей,
которые находились в воде во взвешенном состоянии
34

(т. е. не всплывали и не тонули), при прохождении
каждой волны медленно описывали круги в вертикальной
плоскости. Тут действовал один из основных принципов
гидродинамики: погруженные в воду тела стремятся
совершать такое же движение, которое совершала бы
вытесненная ими вода. Значит, частицы воды тоже должны
описывать круги.
Так — путем простых наблюдений — были открыты
колебательные волны. Сделанный вывод можно было
бы сопоставить с выводом Ньютона о том, что яблоко
падает под действием силы тяжести. Видели это все,
но никто не задумывался над тем, что это означает.
Правда, в отличие от Ньютона первый исследователь
волн не сумел выразить результаты своих наблюдений
математически.
ПЕРВАЯ ТЕОРИЯ ВОЛН
Много веков спустя, в 1802 году, чехословацкий
ученый Франц Герстнер выдвинул первую, элементарную
теорию волн. Он установил, что частицы воды в волне
совершают круговое движение, причем частицы,
которые находятся в гребне, двигаются в направлении
перемещения волны, а те, которые находятся в ложбине,—
в противоположном направлении. Герстнер показал, что,
перед тем как вернуться в исходную позицию, каждая
частица воды на поверхности описывает замкнутую
круговую орбиту, диаметр которой равен высоте
проходящей волны. Он заметил, что профиль поверхности
волны ближе всего к трохоиде — кривой, которую
описывает точка внутри круга, когда круг катится по прямой.
Очевидно, он знал, что если высота волны по сравнению
с ее длиной незначительна, трохоида приближается по
форме к синусоиде.
Таково было начало теории. Позднее в работах Гер-
стнера был обнаружен ряд неясных мест, которые
привлекли внимание двух немецких ученых — братьев Ве-
бер, Эрнста и Вильгельма; Веберы стали первыми
экспериментаторами. В 1825 году они опубликовали книгу
о результатах своих опытов в волновом лотке. Лоток
представлял собой стеклянный резервуар длиной в пять
35

футов, глубиной в один фут и шириной в один дюйм1.
Наполнялся он, в зависимости от условий опыта, не
только водой, но и спиртом и даже ртутью. Чтобы
создать в лотке волны, часть жидкости отсасывалась с
помощью трубки, а затем выплескивалась обратно в
лоток.
Так началось изучение волн в лабораторных
условиях. Лоток с прозрачными стенками дал возможность
Рис. 11. Геометрические профили волн с одинаковой
длиной и высотой. Наверху: трохоидальная волна —
след движения точки А внутри круга, который катится
под прямой Б. Внизу: синусоидальная волна
образуется проекцией (через равномерно возрастающие
промежутки времени) положения точки А внутри круга,
вращающегося вокруг неподвижного центра Б.
наблюдать одну волну на близком расстоянии и
главное — возможность повторять опыт бесконечное число
раз, чтобы добраться до сути дела, — все это создавало
огромные преимущества по сравнению с изучением волн
в природных условиях.
Братья Вебер открыли, что от вертикальной стенки
волны отражаются без потери энергии; они наблюдали
взвешенные в воде частицы и подтвердили
теоретические выводы об уменьшении радиусов круговых орбит
с глубиной; они обнаружили, что ближе к дну орбиты
сильно сплющиваются. Для того чтобы определить про-
1 1 дюйм = 2,54 сантиметра.
36

филь водной поверхности, в воду быстро погружалась и
вынималась покрытая мелом пластинка*.
Первые теоретики вывели уравнения применительно
к идеальным условиям: непрерывная вереница
совершенно одинаковых волн правильной формы двигалась
у них по океану бесконечной ширины и глубины. Такие
условия были абстракцией, далекой от реальности, но
для начала, чтобы установить зависимость между
периодом, длиной и скоростью синусоидальных волн, вебе-
ровский метод подходил как нельзя лучше. Выведенные
уравнения оказывались во всех случаях
действительными для волн, полученных искусственным путем в
волновом лотке.
В середине 80-х годов прошлого века
экспериментальные исследования начали интенсивно развиваться.
Англичанин Скотт Рассел построил лоток шириной
в один фут и длиной в двадцать футов. У одного конца
он укрепил подвижные шлюзовые ворота в миниатюре
и таким образом создал небольшой закрытый
резервуар. Чтобы получить волны, Рассел рывком поднимал
ворота, и поток воды (в виде одиночной волны или
волны перемещения) устремлялся вдоль лотка. Этот
импульс порождал обычные волны, которые затем
начинали последовательно отражаться от противоположных
стенок лотка; 60 отражений давали в сумме 1200 футов
эффективной длины лотка. * Именно Рассел впервые
произвел точные измерения скорости волн. Французский
ученый Анри Базен ставил подобные опыты в лотке
больших размеров и получил аналогичные результаты.
Введение математических обоснований и серьезная
попытка теоретически осмыслить, что именно
происходит с волнами в искусственном бассейне и в океане, —
важнейший этап в истории исследования волн. Нужно
помнить, что для экспериментатора, вооруженного
математическими знаниями, явления в волновом лотке —
живая иллюстрация к его уравнениям; для
наблюдателя, математически беспомощного, лоток просто
игрушка.
Таблица I
Главнейшие этапы изучения волн
1802 Франц В. Герстнер, Теория волн. Чехословакия.
1825 Эрнст Вебер и Вильгельм Вебер, Экспериментальное
изучение волн. Австрия.
37

1837 Дж. Скотт Рассел, Доклад о волнах. Британская ассоциация
содействия естественным наукам.
1845 Джордж Эри, Приливы и волны. Энциклопедия Метропо-
литэн, Англия.
1863 У. Дж. М. Рэнкин, Истинная форма волн на поверхности
глубокой воды. Лондонское Королевское общество.
1864 Томас Стивенсон, Строительство гаваней. Англия.
1867 Лорд Рейли, Прогрессивные волны. Лондонское
математическое общество.
1880 Джордж Г. Стоке, Теория колебательных волн. Англия.
1904 Д. Д. Гайяр, Работа воли и инженерные сооружения. Военно-
инженерный институт, США.
1911 Воэн Корниш, Волны моря и другие волны. Англия.
1925 Гарольд Джефриз, О формировании морских ветровых волн.
Англия.
1931 Г. Тораде, Проблемы волны. Германия.
1932 Хорэс Лэм, Гидродинамика. Англия.
1942 Морроу О'Брайен, Краткая теория колебательных волн.
Комитет по изучению размыва берегов*, США.
1947 Г. Свердруп и У. Мунк, Ветер, волнение и зыбь. Отдел
гидрографии морского флота США.
1955 В. Дж. Пирсон, Г. Нейман, Р. У. Джеймс, Практические
методы наблюдения и прогнозов волн океана с помощью
волновых спектров и статистики. США.
1963 Волновые спектры. Издание Отдела океанографии морского
флота США и симпозиума Национального
научно-исследовательского совета США*.
В наши дни характер теоретической и практической
работы усложнился — теперь стало ясно, что волны
океана не являются строго синусоидальными и вообще
не могут быть представлены какой-либо одной
математической кривой. Теперь реальные волны открытого
моря рассматриваются статистически — как
комбинация большого количества мелких волн. Однако работа
в лабораторных условиях сегодня ведется с той же
целью, что и много лет назад, — для того чтобы
приступить к решению различных проблем в максимально
упрощенном виде. Бухта на Средиземноморье уступила
место волновому лотку, а взамен своенравного ветра
появились регулируемые волнопродукторы.
Гидромеханики имеют в своем распоряжении
десятки современных лабораторий, многочисленные средства
для моделирования волн и проверки их воздействия на
пляжи и суда. Они располагают всевозможными
приборами — от переносной установки для создания самых
мелких волн, ряби, до гигантских бассейнов, в которых
можно получать волны в шесть футов высотой и испы-
38

тывать их действие на моделях дамб в натуральную
величину. Начнем наше знакомство с природой волн
опытами в простейшем волновом лотке, который пока-
зан на рис. 12.
ВОЛНОВОЙ ЛОТОК
Первая задача экспериментатора — получить
бесконечную последовательность идеальных волн для
изучения их свойств. Самая простая форма волны, которую
легко получить и легче всего осмыслить
математически,— это синусоидальная волна.
На рисунке показано, что представляет собой
волновой лоток. Это обыкновенный, похожий на длинный ак-
Рис. 12. Стеклянный волновой лоток. Мотор,
работающий с переменной скоростью, при помощи
регулируемого штока приводит в движение щит, закрепленный
на дне лотка; в лотке образуются волны с периодами
от 0,7 до 1,4 секунды и высотой до 1 фута. Позади
волнопродуктора установлены специальные
устройства — волногасители.
вариум резервуар, который позволяет исследователю
буквально видеть волну насквозь. В одном конце лотка
имеется подвижная лопасть (щит), которая
пришлифована к стенкам лотка, но может свободно скользить
вдоль них. Нижняя часть щита закреплена на дне лот·
ка, а к верхней части подведен шток; другим своим
концом он подходит к электромотору, скорость которого
регулируется. Высоту волн в лотке можно менять, изме-
3$

няя соотношение плеч рычага, связывающего щит с
мотором (чем дальше вперед выступает шток, тем больше
высота воспроизводимых волн).
Период искусственно получаемых волн регулируется
путем изменения скорости мотора. В противоположном
конце лотка сооружена модель пляжа — там волны
разбиваются. Такой пляж либо может предназначаться
только для гашения волн, которое позволяет избежать
отражения, либо может быть использован в самом
опыте. От движения щита волны образуются не только
впереди, но и позади него. Для уменьшения искажающего
влияния этих волн за щитом устанавливается
волногаситель— оставшееся пространство заполняется особым
материалом типа синтетической губки, который
рассеивает ненужные волны и позволяет избежать влияния
возмущений в этой части лотка. Наконец, на
стеклянные стенки лотка наносится сетка с делениями, чтобы
можно было сразу регистрировать длину и высоту
волны.
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВОЛН
Итак, теперь мы во всеоружии можем приступить
к определению основных характеристик волн. Как
принято у экспериментаторов, в каждом опыте мы будем
изменять какой-либо один показатель, сохраняя прочие
постоянными и регистрируя результаты изменений. Для
начала мотор будет работать со скоростью одного
оборота в секунду, на следующем этапе его скорость
увеличится. Но, равномерно увеличивая скорость мотора,
мы не меняем глубину воды и амплитуду смещения
(качания) щита, присоединенного к мотору. Изменяя
только скорость мотора, мы изменяем период волны, т. е.
время, за которое щит совершает один полный цикл.
Изменение периода, как и можно было
предположить, влияет на длину волны. При этом, однако, высота
волны не изменяется — ведь щит, хотя и с разной
скоростью, совершает все время одно и то же движение:
его амплитуда остается постоянной. Длина волны
зависит от периода; высота волны от периода не
зависит.
40

Первые же экспериментальные данные убеждают нас,
что в идеальных условиях волнового лотка образуются
чистые синусоидальные волны. Мы обнаруживаем, что
длина волны L * равняется 5,12 квадрата периода:
L^-^-T2, или 5,12 Г2,
где g — ускорение силы тяжести (32 фут/сек. в секунду) г
а Т — период в секундах. Так, длина волны с периодом,
равным 1 секунде, будет составлять 5,12 фута. Скорость
волны обычно обозначается С, а С = у -^- .
Та же волна с периодом в 1 секунду подтверждает
нашу формулу — она двигается со скоростью 5,1 фута
в секунду.
Но если мы будем увеличивать период волны, мы
обнаружим, что выведенная зависимость между длиной и
скоростью волны не сохраняется в нашем волновом
лотке для волн с периодом более одной секунды. В чем
дело? Дело в том, что в условиях нашего опыта волны
с коротким периодом представляли собой «волны на
глубокой воде». В отличие от ήηχ «волны
мелководья» — это волны, перемещающиеся в воде, глубина
которой меньше половины длины волны. Иными
словами, если глубина воды по сравнению с длиной волны
мала, воздействие дна оказывается существенным, и
характер волны меняется. В нашем лотке при глубине
спокойной воды 2,5 фута увеличение периода ведет к
образованию волн, которые «чувствуют дно» и
соответственно этому преобразуются. Поэтому в развернутой
формуле скорости волны принимается во внимание и
глубина воды:
Последний член содержит отношение d/L, или
глубина воды/длина волны.
Многие исследователи для удобства при описании
волн называют прежде всего именно это отношение —
d/L — и пользуются первым, упрощенным вариантом
уравнения. Если d/L более 0,5 (для волны на глубокой
41

воде), гипероолическии тангенс -γ— близок к единице,
и потому им можно пренебречь, как мы и делали выше.
Напротив, если глубина воды по сравнению с длиной
волны мала (d/L = 0,05), th —'j- можно заменить на
—J-. После упрощения формула скорости волны
приобретает следующий вид:
C=Vgd.
Это опять-таки очень удобно, особенно если
приходится работать с сейсмическими волнами, длина
которых настолько велика, что для них самый глубокий
Рис. 13. Максимальная крутизна волны
составляет 1 : 7.
океан становится мелководьем. Но если величина d/L
колеблется между 0,05 и 0,5, приходится пользоваться
развернутым вариантом формулы. Если вы запутаетесь
в подсчете соотношений длины и скорости, всегда можно
заглянуть в книгу «Функции d/L», написанную Робертом
Вигелем, сотрудником Гидравлической лаборатории
Калифорнийского университета. Там вы найдете нужный
ответ.
Выше говорилось, что высота волны, по-видимому,
не зависит ни от длины, ни от периода, но последующие
эксперименты показывают, что это не совсем так. Если
сохранять постоянный период в 1 секунду (и
соответственно постоянную длину волны в 5,12 фута), но
постепенно увеличивать высоту волны, мы обнаружим,
что гребни волн выше 8 дюймов (0,75 фута)
неустойчивы. Иными словами, передвигаясь вдоль лотка, волны
начинают разрушаться. Повторяя этот опыт с волнами
другой длины и высоты, мы устанавливаем, что угол
пр'И вершине волны не может быть меньше 120° — в
противном случае волна разрушается. То же самое можно
42

выразить по-другому: высота волны не должна
превышать 77 длины волны.
Это отношение высоты к длине (H/L) называется
крутизной волны.
Подводя итоги и просматривая показатели этих
последних опытов, мы убеждаемся, что при увеличении
крутизны волн увеличивалась — в небольшой степени —
и их скорость; при максимальной крутизне 1 : 7
фактическая скорость превышала теоретическую примерно на
10%: Однако, поскольку волны в океане редко
достигают такой крутизны — разве только при сильных
штормах, — это увеличение скорости обычно не принимается
в расчет.
Когда волны в конце лотка подходят к крутому
пляжу, их характер претерпевает еще одно изменение.
С уменьшением глубины гребни волн заостряются,
иначе говоря, их высота быстро увеличивается.
Одновременно влияние дна проявляется в уменьшении длины
волны, и в результате резко возрастает крутизна. Еще
немного — и угол при вершине переходит критический
предел, 120°, волна становится неустойчивой. Гребень,
в котором частицы воды двигаются с большей скоростью,
чем в нижних слоях формы волны, наклоняется и падает
в ложбину; при этом волна теряет свою
форму—большая часть ее энергии расходуется в возникающем
турбулентном движении.
ОРБИТАЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ
До сих пор мы рассматривали только перемещение
формы волны вдоль водной поверхности. Теперь
заглянем внутрь волны и попробуем определить, как
двигаются отдельные частицы воды. Что происходит с этими
частицами во время движения волны?
Поскольку сами частицы воды наблюдать нельзя,
приходится добавить к воде какой-то индикатор. Это
должна быть жидкость примерно такой же плотности,
как вода, и притом хорошо различимая. Чаще всего
исследователи волн используют в качестве такого
индикатора легкое масло (смесь ксилола и бутилфталата)
43

с добавкой окиси цинка, делающей его непрозрачным и
более тяжелым. Испробовав одну за другой несколько
пропорций, можно получить смесь с плотностью, почти
равной плотности воды. Когда весь остальной опыт уже
подготовлен, капли индикатора вводятся в лоток с
помощью длинной стеклянной трубки с расширяющимся
концом.
Белые шаровидные капли всплывают или тонут так
медленно, что ведут себя практически так же, как
Рис. 14. Часть боковой стенки волнового лотка.
На стекле прочерчены орбитальные траектории
частиц воды. С увеличением глубины размер и
форма орбиты меняются.
/ — уровень спокойной воды; 2 — поверхность волны.
остальная масса воды, и их присутствие в воде никак
не влияет на результаты опыта.
Когда в лотке образуются волны, мы можем простым
глазом различить, что эти шаровидные частицы
совершают орбитальное движение, и даже можем
специальным карандашом прочертить их траекторию на
стеклянной стенке лотка. Примерно таким методом
пользовались 150 лет назад братья Вебер. Сплошные линии на
рис. 14 воспроизводят орбиты четырех частиц
индикатора на разной глубине в таком виде, как они были
прочерчены на стенке лотка во время опыта. Траектории
всех частиц расположены в вертикальной плоскости и
близки к круговым; частицы движутся по кругу одно-
44

временно и в одинаковом направлении: их фазы
совпадают.
Частица у самой поверхности совершила полный
оборот по орбите, диаметр которой равен высоте волны.
Частица, расположенная под нею, описала несколько
меньший круг. Третья орбита не только меньше по
величине— она слегка сплющена, а частица, близкая
ко дну лотка, двигается взад и вперед по прямой. Целая
серия таких измерений, подкрепленных теоретическими
расчетами, позволила установить, что на глубине,
равной 7э длины волны, диаметр орбиты уменьшается почти
вдвое. Так, волна с периодом в 1 секунду и высотой
0,75 фута, как показывает опыт, имеет орбиты частиц
диаметром 0,37 фута на глубине 0,57 фута от уровня
спокойной воды (—'-д—J, а на глубине 1,14 фута
диаметр орбиты составляет 0,18 фута.
После того как в лотке пройдет около десятка волн,
мы замечаем, что у поверхности частицы индикаторной
смеси движутся по орбитам, не полностью
совпадающим с нашей первой карандашной отметкой. Прочертив
пунктиром новую траекторию, мы обнаружим, что
новая орбита сместилась в направлении распространения
волн — расстояние между нею и волнопродуктором
увеличилось.
ПЕРЕНОС МАСС
Эта разница — результат явления, которое
называется «перенос масс» *. До сих пор мы основывались
на предпосылке, что вода после прохода каждой волны
возвращается в первоначальное положение. Теперь же
мы убеждаемся, что при значительной крутизне волны
круговые траектории частиц воды оказываются
незамкнутыми *. Вода с каждой проходящей формой волны
совершает поступательное движение, правда, очень
слабое по сравнению со скоростью волны. Объем
переносимой таким образом воды для волн незначительной
крутизны (т. е. при наиболее обычных обстоятельствах)
ничтожно мал, и в практике им можно пренебречь.
Однако для теоретиков наличие переноса масс
представляет серьезную проблему. Первые исследователи,
45

в том числе Герстнер и Рэнкин, исходили из гипотезы
вихревого движения, т. е. считали, что каждая частица
воды совершает в форме волны полный оборот по кругу.
Впоследствии Эри и Стоке разработали «теорию
безвихревого движения», согласно которой вода с каждой
формой волны перемещается в направлении
распространения волн. Фактическое движение воды
пропорционально квадрату высоты волны и гораздо ярче
выражено у поверхности, чем в нижележащих слоях.
В волновом лотке имеется очень незначительный
обратный донный отток воды, который в какой-то мере
компенсирует перенос масс, происходящий под
действием волн у поверхности.
Напоследок остается произвести еще один опыт.
Нужно выяснить, что происходит с частицами воды в та
время, как волна разбивается на крутом откосе пляжа
в дальнем конце лотка.
Скорость волны в момент разбивания слишком
велика, чтобы мы могли, как прежде, прочертить
карандашом на стенке лотка траекторию частицы индикатора.
Кроме того, каждая разбивающаяся волна стремится
разъединить капли индикатора и выбросить их на
берег. Значит, на этом этапе для регистрации движения
нам потребуется большее техническое оснащение. Она
состоит в применении ускоренной (рапидной)
киносъемки при соответствующем освещении и требует от
экспериментаторов повышенного чувства ритма — нужно
точнейшим образом синхронизировать добавление
индикатора и начало съемки.
После того как вся аппаратура приведена в действие
и серия волн с периодом в 1 секунду пошла по лотку,
один из участников опыта должен уловить момент, когда
волна только что разбилась, и, погрузив в воду трубку
с индикатором, выпустить несколько четко видимы^
капель. Другой участник опыта в это же время включает
кинокамеру.
При этих условиях капли индикатора должны
показать движение частиц воды в следующей
разбивающейся волне. После десятикратного повторения опыта при
разной скорости киносъемки (от 64 до 500 кадров в
секунду) можно рассчитывать, что интересующее нас
движение хотя бы однажды удачно запечатлелось на
пленке. Проявленные кадры затем по одному проектируют
46

на лист бумаги так, чтобы можно было отметить
последовательные положения капель индикатора. Когда все
последовательные положения определенных капель
нанесены на сетку, где обозначена также линия поверхности
воды, мы получаем картину движения воды в
разбивающейся волне (траектории частиц). Если мы сохраняем
Рис. 15. Движение частиц воды в момент разбивания
волны в волновом лотке (по результатам анализа
кадров кинопленки).
/ — уровень спокойной воды; 2 — дно.
при опыте постоянное число кинокадров, то в этих
пределах длина каждой линии прямо пропорциональна
скорости частицы воды.
В волновом лотке можно поставить много других
опытов; на некоторых мы остановимся в одной из
следующих глав. Теперь же^ упоенные успехом, в полной
уверенности, что мы постигли наконец сущность волн —
и теоретически, и опытным путем, — распахнем дверь
лаборатории, пройдем по берегу и устремим свой взор
в море.
О ужас! Оказывается, на деле волны нимало не
похожи на те аккуратные синусоиды, которые
нескончаемой вереницей катятся перед нами за прозрачными стен-
кам'и волнового лотка или выстраиваются на доске в ряд
четких уравнений. Гребни волн идут беспорядочной
толпой; некоторые гребни у нас на глазах проваливаются
и превращаются в ложбины.
Может быть, вернемся к нашим надежным
уравнениям и погрустим о несообразностях природы? Ни
в коем случае! Присоединимся лучше к отряду
исследователей, изучающих волны в естественных условиях. Это
значит, что нам грозит опасность промокнуть,
продрогнуть, просолиться насквозь—и окончательно
запутаться.
47

Глава III
ВЕТРОВЫЕ ВОЛНЫ
Волны океана многообразны. Они резко различаются
и по форме, и по скорости, и по происхождению.
Некоторые волны увидеть нельзя — например, необычно
длинные и низкие волны или волны, образующиеся не на
поверхности моря, а на поверхности раздела между
слоями жидкости разной плотности. Причиной волн
могут быть и суда, и оползни, и фазы Луны, и
землетрясения, и колебания атмосферного давления. Может
быть, существуют еще не открытые виды волн. Но самая
большая и одновременно самая существенная для
жизни людей группа волн — это ветровые волны.
Попробуем воссоздать историю жизни одной волны
с самого начала, когда водная поверхность — скажем,
поверхность пруда — еще гладкая, как зеркало.
Внезапно начинает дуть ветер. Давление воздуха в пределах
какого-то участка водной поверхности меняется, под
воздействием потока движущегося воздуха на воде
образуется мелкая рябь. Появившаяся волна обращает
к ветру крутой склон, на который он может
воздействовать непосредственно. Передача энергии от воздуха к
воде теперь идет гораздо эффективнее, и мелкие волны
быстро растут. В океане происходит нечто похожее; но
так как там, в отличие от пруда, нет близлежащего
берега, который ограничивал бы развитие волн, мелкие
волны вскоре вырастают до огромных размеров.
Разумеется, странно было бы ожидать, что ветер
будет дуть с некоторой постоянной скоростью над
идеально спокойной океанской поверхностью. Обычно в
районе действия ветра уже существуют «старые волны» —
48

I. Морская поверхность
различных параметров,
делить
представляет собой
поэтому не всегда
их высоту, длину и
сложное сочетание волн
удается визуально опре-
период.

II. Так выглядела поверхность моря во время урагана «Кэрол»
в 1954 году. Снимок сделан с разведывательного самолета военно-
морских сил США. Полосы пены и туман вызваны ветром, скорость
которого доходила до ста миль в час.

III. Эскадренный миноносец во время шторма в открытом море, в
районе побережья штата Виргиния. Цифры на носу корабля расположены
на высоте 8 футов. Попробуйте определить высоту волны.

LV. Представьте себе, что вы находитесь на борту этого корабля.
Могли бы вы назвать волны вокруг вас «гигантскими валами»?

волны, возникшие от ветра раньше, в каких-то других
местах. Если новый ветер дует примерно в направлении*
движения этих волн, старые волны быстро
увеличиваются. Если эти два направления окажутся
противоположными, ветер разгладит морскую поверхность — новые и
старые волны, накладываясь друг на друга, взаимно
уничтожатся. Но временно не будем учитывать это
осложняющее обстоятельство.
Принимая во внимание турбулентную природу
порывистого ветра, мы убедимся, что в районе его действия
могут быть местные колебания скорости ветра и
неравномерное распределение давления воздуха на
поверхность воды. В результате этого с самого начала
возникают волны разной величины.
По мере роста волны ее наветренный склон
становится выше и круче, и процесс образования волн
начинает идти усиленным темпом — правда, до
определенного момента: ведь крутизна волны имеет предел.
Крутизна есть отношение высоты волны к длине, и предел
крутизны — 1:7. Волна длиной в 7 футов может быть
не более 1 фута в высоту. Как только мелкие крутые
волны переходят эту грань, их гребни
опрокидываются — волны разбиваются, и на их вершинах образуется
белая пена — «барашки». О море, покрытом барашками,
говорят, что оно «неспокойно». Когда ветер срывает
гребень волны и заставляет волну разбиваться в открытом
море, часть энергии волны расходуется вследствие
турбулентности, но львиная доля энергии переходит к более
длинным и более устойчивым волнам. Следовательно,
длинная волна может получить больше энергии и
достигнуть большей высоты, чем короткая волна,
возникшая при том же ветре. Поэтому, поскольку морская
поверхность получает энергию от ветра, мелкие волны
уступают место крупным, которые лучше сохраняют
энергию. Но на склонах крупных волн образуется новая
рябь и новые мелкие волны. Таким образом, в области,
где скорость ветра превышает скорость волн, мы имеем
целый ассортимент волн, различающихся по длине.
Одновременно более длинные волны продолжают
аккумулировать энергию мелких волн. И хотя ветер по-
прежнему возбуждает волны разной длины, самые
короткие быстро достигают предельной крутизны и
разрушаются, между тем как длинные продолжают расти.
53

На параметры волн влияют три фактора, а именно:
1) скорость ветра, 2) продолжительность его действия,
3) протяженность открытой водной поверхности, над
которой он дует (разгон). Упрощенное представление о
зарождении волн в районе действия ветра дается на
рис. 16. В области их зарождения (часто при шторме)
ветровые волны обозначаются общим словом
«волнение». В наветренной части акватории по направлению
Рис. 16. Схематическая картина образования волн.
Разгон— область, ограниченная пунктирной линией, — это
участок водной поверхности, над которой дует ветер,
возбуждающий волны.
1 — рябь и мелкие ветровые волны; 2 — полностью развитое
волнение; 3 — переход к волнам зыби.
разгона мы видим мелкие волны, которые, пройдя
некоторое расстояние, начинают расти — их период и
высота увеличиваются и через какое-то время достигают
предельных для данного ветра величин. TorAaN говорят
о полностью развитом волнении: это значит, что волны
получили максимальное (опять-таки для данной
скорости ветра) количество энергии. Увеличение длины
разгона или более продолжительное действие ветра не
внесло бы никаких изменений: стать больше волны уже
не могли бы.
Описание процесса передачи энергии от ветра к
волнам в современном аспекте содержится в работах
Г. Свердрупа и У. Мунка (Океанографический институт
Скриппса). Во время второй мировой войны в их зада-
54

чу входило разрабатывать прогнозы ветрового волнения
для прибрежных участков занятой врагом территории,
где планировалось провести десантные операции. В
своей книге «Ветер, волнение и зыбь» эти исследователи
впервые дали
действительно количественное
описание процесса
зарождения волн, их
превращения в зыбь и показали
путь, который волны
проходят по океану,
направляясь к отдаленным
берегам.
ВОЛНЫ ОТКРЫТОГО МОРЯ
Морские волны не
обладают правильными и
четко выраженными
свойствами волн,
воспроизводимых в волновом лотке.
Высота гребней и
глубина ложбин не
подчиняются строгим
закономерностям. Длинные гребни
встречаются редко. В
открытом море волны —
это разрозненные
водяные холмы, которые
передвигаются независимо
друг от друга и беспре-
Рис. 17, Сумма множества
«слоев» простых
синусоидальных волн создает картину
морского волнения (по Вил-
ларду Пирсону).
рывно меняют форму. Трудно вместить их в какие-либо
определенные рамки. Каждая волна, которую мы
наблюдаем, отличается от соседних очертаниями,
скоростью, отчасти даже направлением движения. Здесь
слова «период», «скорость», «длина .волиы» теряют тот
строгий смысл, который они имели в упорядоченных
условиях опыта. Попробуйте определить длину волн на
фотографии I. Расстояние между следующими друг за
другом волнами крайне неравномерное, так что
становится ясно, почему при описании характеристик
морских волн необходимо применять статистические мето-
55

ды. Так же неодинакова высота волн, но при намерении
высоты имеется то преимущество, что ее можно
отсчитывать от некоего общего уровня (среднего уровня
моря), и здесь дело идет легче. В описательных целях
принято оперировать средними данными: средней высотой
7з наиболее высоких волн (ее называют «значительной»
,30
60
70
20 30 40 50
Спорость ветра.узлы
Рис. 18. Высота волн в Северной Атлантике, по
данным десяти немецких метеорологических
судов. Приводятся результаты 70 000 наблюдений
(по Роллу).
1 — теоретическая средняя высота 1/з наиболее высоких
волн; 2 — средняя высота наблюденных волн.
высотой) или Vio наиболее высоких волн. Иногда они
обозначаются Н3 и Hw.
Таким образом, волнение в открытом море есть
результат совмещения нескольких систем синусоидальных
волн, последовательно накладывающихся одна на
другую, как это схематически изображено на рис. 17 *.
Каждый «слой» представляет серию правильных
синусоидальных волн, совершенно одинаковых — как лист риф-
56

леного железа. В каждом слое волна характеризуется
определенной высотой, длиной и направлением. Если
брать поочередно каждый слой, то в его пределах
волны точно так же будут соответствовать классическим
формулам, как волны, полученные в лотке.
В естественных условиях поверхность моря
представляет собой сумму всех этих слоев. В местах, где
совпадают несколько гребней, может возникнуть особенно
высокая волна, правда, долго она не продержится,
потому что составляющие ее волны пойдут дальше,
каждая своим путем. Аналогичным образом совпадение
нескольких ложбин даст особенно глубокую впадину,
также недолговечную.
Поскольку в больших ложбинах образуются
дополнительные мелкие гребни, а на вершинах больших
волн — мелкие углубления, в целом ложбины и гребни
многочисленных слоев волн проявляют тенденцию
взаимно уничтожаться. Чем больше этих слоев, тем
беспорядочнее вид морской поверхности, тем меньше средняя
высота волны.
Возникла необходимость свести все эти отступления
от нормы к чему-то единому, представить их в таком
виде, чтобы морская метеорологическая служба могла
разрабатывать прогнозы волнения. Поэтому Виллард
Пирсон и Г. Нейман (Нью-Йоркский университет)
предложили метод описания волн при помощи спектров
энергии *. При этом авторы принимают волновую
энергию спектра пропорциональной квадрату высоты волн
различной частоты и направления. Когда определена
область спектра, где концентрируется энергия вол.н,
можно вычислить среднюю величину периода и
длины волны и на этом основании строить :прогноз
волнения.
Некоторые характеристики ветровых волн
иллюстрируются рис. 19. Здесь ло оси абсцисс отложены
величины периода, а по оси ординат — величины энергии при
трех значениях скорости ветра. Каждая кривая (спектр)
представляет картину распределения энергии между
волнами разных периодов при полностью развитом
волнении; пространство под каждой кривой представляет
общее количество энергии.
Рассмотрим сначала случай, когда скорость ветра
20 узлов (узел равняется морской миле в час). Этот
57

Таблица II
Шкалы ветра и волнения моря
та
эфорт
ΙΏ
Шкала ]
(баллы)
0
1
2
3
4
5
6
«|
55 α
s о о
^° S
α с к
Ην СЬ
« ω S
X а «
Штиль
Тихий
ветер
Легкий
ветер
Слабый
ветер

Умеренный ветер
Свежий
ветер
Сильный
ветер
а.
н
а
CQ
J
Η
а
о ч
До 1
1—3
4-6
7—10
11—16
17—21
22—27
Скорость ветра и его
влияние на состояние
поверхности моря
Штиль; зеркально-
гладкая
поверхность.
Тихий ветер, мелкая
рябь — гребни с
пеной отсутствуют
Легкий ветер;
небольшие волны
со стекловидными
гребнями; гребни
не опрокидываются.
Слабый ветер;
хорошо заметные
небольшие волны;
гребни начинают
опрокидываться.
Местами
образуется белая пена —
„барашки".
Умеренный ветер;
небольшие волны
становятся длиннее.
Число „барашков"
увеличивается.
Свежий ветер; волны
принимают хорошо
выраженную
удлиненную форму;
много барашков,
появляются брызги
(водяная пыль).
Сильный ветер;
повсюду высокие
гребни; их пенящиеся
вершины занимают
большие площади;
ветер срывает
пену с гребней волн.
« °^
2 5 ззГ
«Вин
5 ft *
5 υ s к
5 5 <υ о
Χ α = со
° * О 3
•^ 3 CQ H
Волнение
отсутствует
0
Рябь
0-1
Легкое
волнение
1—2
Слабое
2—4
Умеренное
4—8
Свежая
вол ни
8—13
OUR
^ <υ к 3
Я s <υ ς
Ξ α ч та
>^ Ονο
^> та со ν—'
ч а:
£ η s 5
α ο κ α.
<ocS
0
1
2
3
4
5
58

Продолжение
as
Скорость ветра и его
влияние на состояние
поверхности моря
« о~
о а >
2 f- t
is го >
* EC 0\0
>>го Ю—'
*« Я «
r-ο α о
< о с S
Крепкий
ветер

(умеренный шторм)
Очень
крепкий
ветер
28-33
34-40
Шторм
41—47
10
Сильный
шторм
48-55
Умеренный шторм;
море вздымается;
белая пена,
срываемая с гребней,
начинает
вытягиваться полосами
по направлению
ветра.
Очень крепкий
ветер; очень
длинные волны средней
высоты; края
гребней разбиваются,
превращаясь в
водяную пыль.
Срываемая с гребней
пена вытягивается
отчетливыми
полосами по
направлению ветра.
Шторм; высокие
волны, плотные
полосы пены на склонах
волн по
направлению ветра.
Водяные брызги в
воздухе уменьшают
видимость.
Волнение все время
увеличивается.
Сильный шторм;
очень высокие
волны. Поверхность
моря становится
белой от пены.
Волнение усиливается
и приобретает
толчкообразный
характер. Видимость
значительно
уменьшена.
Сильная
волна
13—20
Очень
сильная
волна
20—30
59

Продолжение
Шкала Бофорта
(баллы)
11
12
Характеристика
ветра (по
описаниям моряков)
Жестокий
шторм
Ураган
Скорость ветра
(узлы)
56—63
64 и
выше
Скорость ветра и его
влияние на состояние
поверхности моря
Жестокий шторм;
исключительно
высокие волны. Суда
небольших и
средних размеров
надолго исчезают из
виду.
Ураган; воздух
наполнен водяной
пылью и брызгами,
поверхность моря
покрыта плотным
слоем пены;
видимость уменьшена
в очень большой
степени.
Международная
шкала степени
волнения и высо- !
ты волн (футы)
Жестокое
волнение
30—45
Волнение

исключительной
силы
45 и выше
Международное
обозначение
степени волнения
моря (баллы) |
8
9
ветер, который нельзя назвать особенно сильным,
поднимает волны высотой в 5 футов; их энергия
распределяется в диапазоне от 7 до 10 секунд.
Если скорость ветра возрастает до 30 узлов, волны
становятся значительно выше, а их периоды
увеличиваются. При большем количестве энергии длинные
волны лучше сохраняют ее. Теперь средняя высота волны —
13,6 фута, а максимум энергии сосредоточен вокруг
периода, равного 12 секундам.
На самой верхней кривой (спектр энергии при
скорости ветра 40 узлов) виден резкий подъем — ее вершина
приходится на период, равный 16,2 секунды. ■ Средняя
высота волны увеличилась до 28 футов.
Из этого следуют два очевидных вывода. С ростом
скорости ветра: 1) значительно увеличивается
сохраняемый волнами запас энергии (поскольку волны
становятся выше, а энергия волн пропорциональна квадрату их
высоты); 2) периоды возрастают. (Кстати, во многих
работах, посвященных исследованию волн, период вол-
60

ны Т заменяется обратной ему величиной — частотой /.
Таким образом, / = -=-, и если период волны равен
10 секундам, то ее частота — 0,1.)
Таблица III дает главнейшие характеристики волн
при полностью развитом волнении и различных
скоростях ветра. Например, ветер, имеющий скорость 20
узлов, должен дуть по крайней мере 10 часов при
минимальной длине разгона 75 миль, чтобы волны, которые
Период волн,сен.
10 7
0.05 0.1
Частота волн.
0.15
I / период
0,2 Цинлы/сен
Рис. 19. Спектры волн для полностью
развитого волнения при скоростях ветра 20, 30 и
40 узлов (по Пирсону, Нейману и Джеймсу).
он способен возбудить, достигли предельных размеров.
Когда мы наблюдаем при этом ветре полностью
развитое волнение, средняя высота 10% наиболее высоких
волн составит 10 футов. Если бы ветер дул со
скоростью 50 узлов в течение трех суток при разгоне
1500 миль, средняя высота наиболее высоких волн была
бы около 100 футов. К счастью для кораблей, штормы
таких масштабов и такой продолжительности — редкое
явление.
Однако даже при шторме с меньшей скоростью
ветра всегда есть возможность появления очень высоких
61

волн. Трудно предсказать, когда и где они возникнут и
какова будет их высота, но «сверхволны», безусловно,
имеют шанс на существование, если учесть своенравную
природу волн.
Таблица Ш
Полностью развитое волнение
Ветер
скорость
(узлы)
10
15
20
25
30
40
50
Расстояние
длина
разгона
(морские
мили)
10
34
75
160
280
710
1420
Время

продолжительность
действия
ветра
(часы)
2,4
6
10
16
23
42
69
Волны
средняя
высота
(футы)
0,9
2,5
5
9
14
28
48
высота Vs
наиболее
высоких
волн
я,
(футы)
1,4
3,5
8
14
22
44
78
средняя
высота 7ю
наиболее
высоких
волн
я10
(футы)
1,8
5
10
18
28
57
99
период

наибольшей
концентрации
энергии
(секунды)
4
6
8
10
12
16
20
Например, если наблюдать тысячу волн в двадцати
различных случаях, в одном случае самая высокая
волна из тысячи будет в 2,22 раза больше по
сравнению с высотой 7з наиболее высоких волн. Таким образом,
если эта последняя (Я3) составляет, скажем, 48 футов
(.как будет при полностью развитом волнении и
скорости ветра 40 узлов), самая высокая волна может
достигнуть 97 футов.
Подобная волна возникнет лишь на какие-то
считанные мгновения — она будет очень неустойчивой. Она
подымется в воздух, т. е. попадет в воздушный поток,
двигающийся со скоростью 40 узлов, и окажется почти
вдвое выше всех своих соседок. Ветер не замедлит
сорвать ее гребень, и волна разобьется на глубокой
воде. Именно такого рода разбивающиеся штормовые
волны — не обязательно «сверхволны» — причиняют
наибольший ущерб судам, которым выпадает незавидная
участь столкнуться с ними. Тысячи тонн разъяренной
воды — рухнувший гребень океанской волны даже
средних размеров — моментально сносят с палубы все
надстройки.
62

Огромная разница в разрушительной силе
разбивающихся и неразбивающихся волн на глубокой воде
заслуживает рассмотрения, поскольку она проливает свет на
одно из главных свойств волн. Находящиеся в воде
предметы, в том числе и суда, стремятся совершать то
же движение, что и вытесненная ими вода. Корабль
Рис. 20. Положение корабля на разбивающихся и
неразбивающихся волнах. Наверху: корабль и частицы
воды в крупной волне движутся по орбитам примерно
равной величины; смещения относительно друг друга
почти не происходит. Внизу: вода в гребне большой
волны потеряла устойчивость, и теперь судну не
избежать столкновения.
в океане при сильном волнении будет описывать круги
в вертикальной плоскости, приближающиеся по
диаметру к орбитам частиц воды в волне. Корпус корабля
будет лишь немного смещаться относительно
окружающей воды. Находиться на борту при таких
обстоятельствах не очень весело, но по крайней мере корабль
в безопасности.
Если же с волны сорвется гребень,, он будет
двигаться с большей скоростью, обгоняя форму волны, и
притом независимо от двигающихся по орбитам частиц
(а также и от нашего корабля). И если их пути
пересекутся, столкновение может иметь катастрофические
последствия.
63

КРУПНЫЕ ШТОРМОВЫЕ ВОЛНЫ
Когда у моряков заходит разговор о море, они с
удовольствием вспоминают о штормах, гигантских волнах
и кораблекрушениях. Они говорят о валах, «встающих
до небес», и о ложбинах «глубиной с Большой Каньон».
Однако если вы попросите их указать конкретные
размеры, которые могли бы пригодиться при проверке
теории волн, они назовут цифры, взятые наугад, — и при
этом наверняка их завысят, чтобы рассказ звучал
правдоподобнее. А поскольку названные ими размеры часто
вступают в противоречие с теорией, встает вопрос, в чем
же причина: в обмане зрения или в несостоятельности
теории. Кроме того, при статистическом подходе к
разнообразию волн трудно опровергнуть какое бы то ни было
конкретное наблюдение.
Газетные сообщения о встречах кораблей с особенно
крупными волнами во время шторма чаще всего имеют
в виду ту картину потопа, которая возникает, если судно
с ходу зарывается носом в волну. Например, если вода
перекатывается через штурманский мостик,
расположенный на 100 футов выше ватерлинии, то в официальном
рапорте фигурирует стофутовая волна. Разумеется,
внезапно обрушившиеся на такую высокую точку корабля
тонны пенящейся, «белой» воды производят
устрашающее впечатление, и забыть об этом нелегко, но само по
себе это стечение обстоятельств никак не
свидетельствует о высоте волны. Даже если бы на корабль
обрушился не гребень, а сама волна («зеленая» вода),
нужно иметь в виду, что штурманский мостик
расположен в носовой части корабля и удален от центра; если
в какой-то момент корабль зароется носом в воду,
мостик окажется намного ниже положенного уровня.
Истинная высота волны будет поэтому гораздо меньше ста
футов.
Когда видимость удовлетворительная и большой
корабль занимает устойчивое положение (на ровном киле),
даже в условиях сильного шторма возможно точное
определение высоты волн. Наблюдатель просто все время
следит за горизонтом. Если гребень крупной волны
заслоняет горизонт, высота этой волны должна быть больше,
чём расстояние по вертикали между осью зрения
наблюдателя и ватерлинией корабля.
64

От некоторых сообщений очевидцев действительно
дух захватывает. Воэн Корниш, английский ученый,
который почти полвека провел в кругосветных плаваниях»
собирая данные об океанских волнах, пришел к выводу,
что в Северной Атлантике штормовые волны высотой
более 45 футов — довольно обычное явление; он сообщил
о нескольких встречах с еще гораздо большими
волнами, и его свидетельству можно доверять.
Подытоживая результаты своих исследований в области длины
волн, он привел примеры волн, у которых расстояние от
гребня до гребня составляло 600—800 футов, и описал
волны зыби, которые были еще вдвое или втрое
длиннее.
В октябре 1921 года капитан парохода «Асканий»
водоизмещением в 12 тысяч тонн, державшего курс из
Иокогамы в Сиэтл, сообщил о шторме огромных
масштабов, достигшем ураганной силы, когда стрелка
барометра доходила до края шкалы. Он застопорил
машину, чтобы лечь в дрейф и переждать шторм, и
записал в вахтенном журнале, что при положении корабля
на ровном киле в ложбине волны ось зрения
наблюдателя была на 60 футов выше уровня воды у борта
корабля. При этом он с уверенностью утверждал, что
некоторые заслонявшие от него горизонт волны были
выше 70 футов.
29 декабря следующего года большой пассажирский
пароход «Маджестик» попал в Северной Атлантике
в продолжительный шторм: дул ураганной силы ветер,
то и дело налетали жестокие дождевые шквалы.
Корабль с трудом сохранял наименьшую скорость, при
которой возможно управление рулем, но был в
сравнительной безопасности «посреди волн феноменальных
размеров, двигавшихся с удивительной регулярностью».
В этих благоприятных для наблюдения условиях
судовые офицеры пришли к выводу, что средняя высота
значительного большинства волн достигала 75 футов и что
отдельные волны доходили до 90 футов.
Среди многочисленных сообщений о крупных волнах
в открытом море первое место, безусловно, занимает
рапорт капитана третьего ранга Р. П. Уайтмарша
(в «Сообщениях Института морского флота США»).
Судовым офицерам танкера ВМС «Рамапо» довелось быть
свидетелями необычайного зрелища. «Рамапо», танкер
65

длиной 478 футов, шел из Манилы в Сан-Диего (штат
Калифорния) и попал в семидневную полосу бурь,
которая «не имела четкой локализации, как при тайфуне, но
Рис. 21. Волны высотой более 60 футов по наблюдениям
с борта парохода «Асканий». Гребень волны, заслоняющий
горизонт, должен быть выше 60 футов.
простиралась от Камчатки на Азиатском материке до
самого Нью-Йорка*. Создались идеальные условия для
разгона протяженностью в тысячи миль при постоянном
направлении ветра, в результате чего возникло
необычайно сильное волнение.
К 22 часам 6 февраля 1933 года начался сильный
шторм с волнами большой высоты при скорости ветра
58 узлов. Мы продолжали держать курс на восток;
ветер дул почти прямо в корму. Малейшая перемёта
курса грозила гибельными последствиями.
Шторм достиг высшей точки в начале следующих
суток, когда анемометр зарегистрировал скорость ветра
до 68 узлов. Хотя судно по сравнению с гигантскими
волнами казалось жалкой скорлупкой, условия для
наблюдения были идеальными. Бортовая качка почти
отсутствовала; килевая качка переносилась легко;
луна стояла за кормой. Период самой большой волны,
согласно показаниям секундомера, составил 14,8
секунды».
Из многочисленных сообщений отделБ-йых очевидцев
шторма самым точным было признано свидетельство
младшего лейтенанта Ф. Марграфа, вахтенного
офицера, который стоял на мостике. Он заявил, что «во
время несения вахты на мостике видел за кормой волны
66

на уровне, превышающем уровень «вороньего гнезда»1
на грот-мачте, и что в момент наблюдения горизонт был
закрыт волнами, шедшими из-за кормы. Рост младшего
лейтенанта Марграфа — 5 футов 11 с половиной
дюймов. Корма танкера находилась в ложбине волны, крен
отсутствовал».
На основании размеров корабля можно изобразить
описанное 'положение геометрически, как показано на
рис. 22. И тогда получается, что эта волна была
высотой по крайней мере в 112 футов!
Рис. 22. Положение танкера «Рамапо», позволившее измерить
волну высотой 112 футов (по Уайтмаршу).
/ — линия гребня и горизонта; 2 — «воронье гнездо»; 3 —
наблюдатель на мостике; 4 — ложбина волны.
МАСЛО НА ВОЛНАХ
Успокаивающее действие масла на
разбушевавшуюся морскую стихию известно уже много веков и
даже вошло в пословицу, хотя физика этого явления
была объяснена гораздо позже. Прежде всего, не
всякое масло эффективно: практика показала, что лучше
всего действует рыбий жир и другие вязкие животные
жиры; применение нефтепродуктов почти не имеет
успеха. Но так как на борту современного судна можно
скорее всего обнаружить именно нефтепродукты, за
последние годы предпринимались многочисленные и
безрезультатные попытки пустить в ход машинное масло. Неу-
1 Воронье гнездо—бочка на мачте для наблюдателя. (Прим.
перев.)
67

дача таких попыток привела к дискредитации самой идеи
«умасливания» волн, на нее стали смотреть как на
обычную морскую байку, физически не обоснованную. Но
в умелых руках этот дедовский метод может очень
облегчить положение попавшего в бурю небольшого судна.
Правда, капитан корабля не будет «лить» масло на волны,
как рекомендует пословица, — скорее он будет его
«цедить».
Освященный временем способ состоит в том, что
в парусиновый мешок, наполненный ветошью,
наливается, к примеру, тресковый жир; мешок вывешивается за
борт и погружается в воду. Жир капля за каплей
просачивается сквозь парусину и растекается по водной
поверхности. Даже небольшое количество жира — скажем,
полгаллона1 в час — способно успокоить волны вокруг
корабля в радиусе до ста футов.
Нет никакого сомнения в действенности этого
метода, но особенно на него полагаться нельзя. Вряд ли
стоит ожидать, что тонкая жировая пленка как-нибудь
повлияет на гигантские штормовые волны или волны
зыби, хотя мелкие волны она успокаивает быстро.
Вдобавок жир делает морскую поверхность гладкой и
скользкой, и воздействие ветра на волны ослабевает —
исчезают водяные брызги, гребни приобретают округлую
форму. Видимость становится лучше, а заодно
уменьшается опасность того, что на корабль обрушится
сорванный ветром гребень волны.
Этот успокаивающий эффект объясняется
увеличением поверхностного натяжения в непосредственной
близости от корабля. Поверхностное натяжение —
особое свойство жидкости, благодаря которому жидкость
в резервуаре ведет себя так, словно резервуар затянут
тонкой эластичной пленкой, — представьте себе детский
воздушный шарик, наполненный водой. Чем выше
поверхностное натяжение жидкости, тем сильнее действие этой
невидимой оболочки. Но, по данным технических
справочников, у воды поверхностное натяжение вдвое больше,
чем у жира, и неясно, как, собственно, нам может
помочь жир.
Оказывается, дело в следующем. У жира
поверхностное натяжение увеличивается с уменьшением слоя.
1 1 галлон = 3,78 литра.
68

Чем тоньше жировая пленка, тем лучше — жир может
выполнять свою роль упругой оболочки даже при слое
в миллионную долю миллиметра. Растекаясь в стороны
от корабля, жир становится все более эффективным —
жировая пленка сопротивляется силам, стремящимся
увеличить площадь водной поверхности. На каком-та
расстоянии от судна — оно определяется скоростью
ветра— тонкая пленка достигает предела растяжения,
разрывается и уносится водой. Поэтому необходимо все
время добавлять жир в середину пятна.
Успокаивающее воздействие на волны оказывают и
другие материалы, смешанные с водой или плавающие
на ее поверхности. Например, значительная примесь
грязи или ила вызывает быстрое затухание волн;
аналогичная картина наблюдается при обилии плавающих
на воде обломков. Образующиеся в воде при
замерзании кристаллы льда,; так же как плавающие льдины,
уменьшают высоту волн. Параллельно берегу Южной
Калифорнии на 100 миль тянется почти сплошная гряда
бурых водорослей, отстоящая от пляжа на несколько сот
ярдов. Крупные волны, идущие издалека, минуют эти
заросли без изменений, но мелкие волны, вызванные
местными ветрами, благодаря этой преграде быстро
рассеиваются, и в пространстве между водорослями и
берегом вода почти всегда зеркально-гладкая. Один
предприимчивый промышленник даже начал выпускать
искусственные каучуковые водоросли, чтобы с их помощью
устранять волнение в гаванях для небольших судов.
ЗЫБЬ
Когда ветровые волны выходят из области
зарождения, их характер меняется. Первоначальные волны, как
принято говорить, затухают. Острые гребни становятся
более низкими, округлыми и более симметричными.
Волны распространяются группами, которые
характеризуются одинаковым периодом и одинаковой высотой.
Профиль волны приближается к синусоиде. Такие волны
называются волнами зыби. Благодаря очень небольшой
потере энергии, на глубокой воде зыбь может
распространяться на тысячи миль.
69

Согласно более официальному определению, зыбь —
это «периодические возмущения морской поверхности,
управляемые силой тяжести и инерции и имеющие
высоту и период такой величины, которая вызывает их
разбивание при подходе к береговому склону».
Обычный для зыби диапазон периодов — от 6 до 16
секунд, но иногда наблюдаются и большие периоды.
Средний период волн зыби у Тихоокеанского побережья
США немного больше, чем у Атлантического побережья.
Эта разница возникает отчасти из-за превосходящих
размеров Тихого океана, где области шторма бывают
более обширными и где могут зарождаться более длинные
волны, отчасти же из-за того, что в Атлантическом океане
Таблица IV
Приблизительная длина и скорость синусоидальных волн
зыби на глубокой воде
Период Τ
(секунды)
6
8
10
12
14
16
Длина волны
L = 5,12Га
(футы)
184
326
512
738
1000
1310
Скорость
С 2π
(футы в
секунду)
30,5
40,6
51,0
61,0
71,5
82,0

Приблизительная скорость
С (мили в час)
21
28
35
42
49
56
Глубина воды
-f = °"5
(футы)
92
163
256
369
500
655
Примечание. В последней графе для каждой волны показана
глубина, на которой она превращается в волну мелководья.
волны, прежде чем достигнуть берега, должны пройти
значительно большее расстояние над материковой,
отмелью, которая оказывает ослабляющее влияние на
волны с длинными периодами.
Волны зыби обладают характеристиками, которые
укладываются в простые уравнения, действительные для
моделей в волновом лотке, а именно — их длина рав-
70

няется примерно 5,12Р, и перемещаются они со
скоростью ]/4>^-.
В табл. IV приводятся диапазоны длины и скорости
волн зыби — величин, которые были бы
действительными, если бы волны зыби представляли собой
совершенно правильные синусоидальные волны. На деле это
не совсем так, но пока что такие приблизительные
данные— все, на что мы можем опереться.
Самые длинные волны зыби, по полученным данным,
имели период 22,5 секунды и шли из южной части Ат-
Рис. 23. Распространение группы волн. По мере того
как центр группы передвигается от А к £, волна /
затухает, а позади образуется волна IV. Так как
волны // и /// двигаются с нормальной скоростью,
скорость группы волн равняется лишь половине скорости
отдельной волны.
/ — распространение группы волн; 2 — распространение
отдельной волны.
лантического океана. Их наблюдал в Англии, на
дуврском побережье, уже упоминавшийся исследователь
Воэн Кюрниш. Длина таких волн должна была
составлять 2600 футов, а скорость — 78 миль в час.
Для приблизительного вычисления длины волн на
глубокой воде достаточно квадрат периода в секундах
помножить на 5; чтобы вычислить скорость (в милях
в час), то же число нужно помножить на 3,5.
71

Волны зыби распространяются в открытом море,
двигаясь от области зарождения к берегу, не поодиночке,
а «сериями», состоящими из групп волн. Эти серии
несут основной запас энергии. Хотя каждая волна в
составе группы распространяется со скоростью, зависящей
от ее длины (см. выше), скорость группы в целом
составляет лишь половину скорости отдельной волны. Дело
тут в следующем: когда группа волн входит в область
спокойной воды, часть поступательной энергии волн
расходуется на то, чтобы привести в орбитальное движение
новые частицы воды. Эту энергию поставляют впереди
идущие волны, которые поэтому постоянно исчезают
с фронта распространяющейся группы. Поскольку как бы
взамен исчезнувших волн в тылу группы всякий раз
образуются новые, количество волн и общий запас
энергии остаются примерно в тех же пределах, но скорость
группы в целом уменьшается.
Легко понять, почему при прогнозе волнения так
важно учитывать именно групповую скорость.
Например, если получены данные о зарождении волн в
области шторма на расстоянии тысячи миль, можно с
уверенностью сказать, что группа волн со средним
периодом 12 секунд пройдет это расстояние за двое суток,
в то время как отдельной волне с таким периодом
понадобились бы для этого всего одни сутки.
Это явление впервые заметил Дж. Скотт Рассел в
1844 году. Его можно наблюдать и в длинном волновом
лотке — для этого мотор волнопродуктора нужно
выключить после трех-четырех оборотов. Наблюдатель идет
вдоль лотка, сосредоточив внимание на первой из
возникших волн; вскоре он увидит, что высота волны
уменьшается и волна в конце концов исчезает в спокойной
воде впереди группы. Последняя волна в группе обычно
не так четко выражена, как первая, но иногда удается
заметить, как за этой последней волной образуемся
новая.
Итак, состав группы волн непрерывно обновляется,
и отдельные волны, которые мы наблюдаем у берегов,—
это лишь весьма отдаленные потомки волн,
зародившихся под действием шторма в океанских
просторах.
Волна обладает энергией двоякого рода. Частично
это кинетическая энергия, связанная с орбитальным дви-
72

жением частиц воды; остальная часть — потенциальная
энергия, возникающая из-за подъема центра тяжести
массы воды в гребне волны над уровнем моря. Для волн
зыби эти два вида энергии равны *.
Приближаясь к концу своего пути, глубоководные
волны зыби вступают в зону мелководья над
материковой отмелью, и когда глубина воды становится меньше
половины длины волны, то благодаря трению о дно
волны претерпевают коренные изменения — меняется их
длина, скорость и направление распространения.

Глава IV
ВОЛНЫ МЕЛКОВОДЬЯ
Мы определили волны мелководья как волны,
которые перемещаются на глубине, составляющей менее
половины длины волны. Из этого следует, что момент
превращения волны в волну мелководья в равной мере
зависит и от самой волны, и от водоема. В волновом лотке
при глубине воды 2,5 фута волны -с периодами более
одной секунды будут представлять собой волны мелководья.
В открытом море на глубине 600 футов, у края
материковой отмели,волной мелководья будет считаться волна
с периодом 16 секунд, а в глубоководной части
океанического бассейна (при средней глубине 1500 футов)
в этот разряд попадут все волны с периодами,
превышающими 80 секунд.
В этой главе будет рассматриваться весь диапазон
волновых периодов, показанный на рис. 24. В зоне
материковой отмели длинные волны зыби
распространяются по преимуществу как волны мелководья, а
далеко в океане цунами и приливные волны, как это ни
парадоксально, представляют собой крайний случай
волн мелководья.
Когда эти различные волны, приближаясь к берегу,
выходят на мелководье, они испытывают особые
изменения. Одновременно происходят три процесса:
отражение, дифракция и рефракция волн. При отражении волны
идут в обратном направлении под воздействием
вертикальных преград*; при дифракции их анергии
перераспределяется и концентрируется у выдающихся в море
коренных мысов; наконец, испытывая рефракцию, гребни
волн изгибаются, приноравливаясь к рельефу
постепенно мелеющего дна. Очень пологие волны глубокой
74

воды при входе в устье могут резко увеличить свою
высоту или разбиться на десяток более мелких волн. При
входе волн в залив или бухту может иметь место
значительная толчея*.
Короче говоря, волны мелководья обладают таким
же сложным характером, как и волны на глубокой воде,
10
100
1000
10000
15000
~,f
&-
ж
7
/
I2±
10000 1000 100
Период волны.сен.
,ίί/
*/ /А
У <*V
/
-г—
7"
10
Рис. 24. Волны мелководья.
/ — приливы; 2 — цунами; 3 — биения прибоя в береговой зоне;
4 — зыбь; 5 — крупные волны; 6 — мелкие волны; 7 — рябь;
/ — средняя глубина океанического бассейна; // — край
материковой отмели.
и при этом представляют особенный интерес — ведь
именно на мелководье происходит работа волн, имеющая
существенное значение для жизни человека.
ОТРАЖЕНИЕ
Встречая на своем пути вертикальную преграду,
например поднимающуюся со дна скалу или стенку
волнового лотка, волна отражается от этой преграды с
незначительной потерей энергии. Если мы имеем группу
волн с одинаковым периодом, при отражении возникают
так называемые стоячие волны: орбиты частиц воды
в подходящих к преграде прямых и отраженных волнах
75

взаимодействуют таким образом, что у самой стенки
наблюдается движение только по вертикали, а на
расстоянии в четверть длины волны и дальше, через каждую
четверть (в так называемых узлах) —только по
горизонтали, примерно так, как изображено на рис. 25. Такие
условия редко наблюдаются в природе, и явление,
которое возникает в этих необычных обстоятельствах, обо-
Рис. 25. Отражение волн от вертикальной стены. При
этом образуются стоячие волны, в которых частицы
воды двигаются в указанных стрелками направлениях.
значается французским словом «clapotis» (стоячая
волна *).
Здесь важно то, что волна, приближающаяся к
синусоидальной, оказывает на отражающее препятствие
сравнительно небольшое давление. Поэтому везде, где
это возможно, волноломы сооружаются на большой
глубине, так, чтобы отражение волн происходило без
разбивания. При наличии разбивающихся у вертикальной
преграды волн возникает, как мы вскоре увидим,
несравненно большее ударное давление.
В сущности, всякое препятствие способствует хотя
бы частичному отражению волн. Волны отражаются от
подводных барьеров, например затопленных
коралловых рифов. На первый взгляд может показаться, что
волны проходят над рифом без особых изменений, но
при наблюдении с воздуха в солнечный день мы увидим
под водой, вокруг рифа, целый веер мелких
отраженных волн, идущих в сторону, противоположную
направлению основной волны. Волны могут отражаться и от
крутого подводного склона, причем в довольно
значительной степени.
76

Когда отраженные волны идут назад и лоб в лоб
сталкиваются с прямыми волнами, гребни их становятся
уже и острее, и мы наблюдаем мгновенные мощные
взметы тонких слоев воды — до 20 футов и более в
высоту. Если гребни прямой и отраженной волн
пересекаются под небольшим углом, наблюдается
любопытный эффект —скорость в точке столкновения
увеличивается до 100 футов в секунду*. Автору этих строк
приходилось наблюдать, как волны перемещения (линии
пены*), образующиеся от огромных разбивающихся
волн прибоя, ударялись о крутой валунный берег и шли
обратно, в сторону моря, в виде отраженных волн
высотой в 6 футов. При столкновении таких волн слышится
оглушительный рев и водяные брызги в огромном
количестве разлетаются во все стороны.
ДИФРАКЦИЯ
Представьте себе, что по океану идет группа воли
зыби, и на ее пути вдруг встает из глубин крутой
скалистый остров. Естественно было бы ожидать, что с
подветренной стороны острова волны будут ниже, и
корабль, стремящийся уйти от качки, стал бы искать
укрытия за островом. Но в какой именно точке более спо:
койной воды прекратилась бы бортовая качка? Можно
ли рассчитывать на то, что позади нашего острова
возникнет полностью закрытая для волн зона волновой
тени?*
На такой вопрос приходится ответить отрицательно:
дело в том, что существует дифракция* волн. Это
значит, что по мере того как волны проходят мимо острова,
часть волновой энергии рассеивается, и гребни
проникают на территорию, казалось бы, надежно
защищенную островом.
На рис. 26 показано, что происходит в подобной
ситуации. Когда группа правильных волн минует остров
(пунктирной линией Б обозначена граница зоны
волновой тени, т. е. пространства, теоретически защищенного
от волнения), часть энергии волн из сектора между Б и
В перемещается вдоль гребней в сектор между Б я А.
Стоящие рядом с А, Б и В цифры — это приблизитель-
77

ные коэффициенты дифракции для данного
гипотетического случая. Иначе говоря, в пункте В волны полностью
сохраняют свою высоту, в пункте Б их высота вдвое
меньше исходной, а в пункте А волны достигают лишь одной
десятой высоты волн В. Инженеры, проектирующие
волноломы, должны непременно принимать в расчет явле-
Рис. 26. Дифракция волн. Когда группа волн минует
остров с приглубым берегом, энергия волн,
первоначально сконцентрированная между А и Б,
распространяется от А до В. Стрелкой показано направление
распространения волн.
ние дифракции: в противном случае корабли, стоящие на
якоре в, казалось бы, спокойной бухте, с подветренной
стороны, могут неожиданно пострадать от волн.
Дифракция происходит только на глубокой воде. Для
нашего примера мы специально выбрали скалистый
остров, круто поднимающийся из морских глубин. Если бы
путь тех же самых волн к острову лежал над пологим
дном, мы имели бы совершенно другую картину — в
действие вступила бы рефракция волн.
РЕФРАКЦИЯ
Само слово «рефракция» означает «изгиб»*. Когда
волна входит на мелководье, трение о дно оказывает на
нее замедляющее действие, причем медленнее всего дви-
78

жется часть фронта волны на малых глубинах ближе
к берегу. Поскольку отдельные участки фронта вол.ны
попадают на разные глубины в связи с неровным
рельефом дна, гребни изгибаются, и направление движения
волны непрерывно меняется. В целом гребни волн стре-
Рис. 27. Рефракция волн ведет к тому, что прямой фронт
глубоководной волны изгибается, стремясь по
возможности занять положение, параллельное береговой линии.
Количество волновой энергии Л, которое концентрируется
у мыса, равно количеству Б, которое рассеивается вдоль
берега залива. (Волны двигаются по направлению к
берегу.) Пунктиром показаны изобаты.
мятся занять положение, параллельное изобатам* и,
в частности, береговой линии.
На рис. 69 (глава X) приведен простой пример,
взят случай, когда группа правильных волн подходит
к прямолинейной береговой линии под острым углом.
Фронтальная часть каждой волны передвигается в воде,
более мелкой по сравнению с «тылом». В результате
гребни волн стремятся занять положение, параллельное
береговой линии. Этим объясняется тот факт, что
наблюдатель на берегу всегда видит волны, идущие прямо
на него, хотя на некотором расстоянии от берега еще
79

заметно, что волны идут под углом. Эффект рефракции
состоит в концентрации энергии волн у мысов, как
показано на рис. 27; следовательно, этот процесс имеет
важное геологическое значение. Сказав это, мы только
перефразировали старую моряцкую поговорку—«мы-
Рис. 28. Рефракция волн у острова округлой
формы. (Направление движения волн на
схеме— сверху вниз.)
сы притягивают волны». На рис. 6 в главе I мы видели
результат продолжительной рефракции волн.
Даже вблизи острова округлой формы, с отмелыми
берегами, группа волн, идущих в одном направлении,
настолько преобразуется, что волны словно окутывают
остров: почти везде гребни выстраиваются параллельно
берегу, хотя, разумеется, на той стороне острова,,
которая непосредственно обращена к фронту идущих
издалека волн зыби, высота волн будет значительно больше.
Процесс рефракции начинается в тот момент, когда
серия волн зыби, достигнув критической глубины —
меньше половины длины волны, — превращается в груп-
80

пуволн мелководья. Подсчитав скорость волны на
мелководье, можно построить схему продвижения различных
частей волны за равные отрезки времени. Схемы
рефракции очень помогают при определении влияния волн
разных направлений и периодов на берега и в
особенности при проектировании сооружений в береговой
зоне.
Существует несколько методов построения схем
рефракции. При любом методе начинать нужно с точной
батиметрической карты (карты рельефа дна) —от
береговой линии до глубин, равных половине длины
наиболее длинных из рассматриваемых волн. Затем следует
определить период и направление волн. Инженеру
береговой службы в его повседневной работе приходится
составлять сводки волн самых разных периодов и
направлений, и при этом он обычно на основании
накопившихся у него статистических данных может указать,
какие именно волны наиболее характерны для данного
участка побережья. Пользуясь синоптическими картами
за прошлые годы, изучая статистику высоты и периодов
волн и учитывая, какие волны появлялись в этом районе
чаще всего, он может сделать конкретные
предположения о том, какие волны появятся здесь в будущем.
Очевидно, какой-то один тип волн окажется для данного
района преобладающим — с него и придется начать.
(На значительной части западного побережья США
придется начинать с волны, идущей с северо-востока и
имеющей период 12 секунд.) Прежде всего нужно
провести прямую линию, .обозначающую фронт волны на
глубокой воде.
Другим методом рекомендуется обозначать
направление движения волны стрелкой, перпендикулярной
фронту волны (такая стрелка называется «лучом
волны»). Если составитель схемы пользуется первым
методом, он проводит каждый последующий гребень
параллельно предыдущему на расстоянии, пропорциональном
вычисленной им длине волны, которая уменьшается
с каждой последующей изобатой. В результате
получается картина ступенчатого продвижения фронта
волны.
Построенная таким методом схема показывает
последовательные положения фронта (или гребней) волны
через отрезки времени, равные периоду волны. По мере
81

того как скорость волны замедляется, гребни
следующих друг за другом волн сближаются все теснее.
Схема рефракции дает ответ на самый главный
вопрос: как распределяется энергия, когда волна
достигает берега? Если линию фронта глубоководной волны
разделить на равные части и провести через середину
каждого отрезка перпендикуляр («луч волны»), мы по-
Рис. 29. Пути подхода волн к Лонг-Бичу (штат
Калифорния).
/ — возможный путь подхода волн с запада; 2 — путь волн
из южного полушария; 3 — сектор, наличие островов в
котором препятствует распространению волн в гавань.
лучим картину распределения энергии вдоль берега.
Количества энергии, заключенные между этими
перпендикулярами, будут одинаковы. Проведенные нами линии
называются ортогоналями. Отношение длины
ограниченного двумя соседними ортогоналями отрезка гребня
волны на глубокой воде к длине аналогичного отрезка
у пляжа называется коэффициентом рефракции. Зная
этот коэффициент, можно сравнивать количества
энергии волн в разных точках побережья и определять
эффективность проектируемых волноломов.
Практика свидетельствует, что упомянутый выше
метод «ретроспективного» расчета элементов волнения,
подкрепленный схемами рефракции, действительно
помогает выяснить — хотя бы задним числом — причины
82

загадочного разрушения береговых сооружений.
Приведем в качестве иллюстрации исследование, проделанное
в 1947 году американским ученым М. П. ОЪрайеном.
В 1930 году, между 20 и 24 апреля, сильный прибой
повредил переднюю часть волнолома в Лонг-Биче (штат
Калифорния). Это происшествие всех удивило:
волнолом долгие годы успешно противился натиску волн; во
время катастрофы дули только легкие местные ветры,
море — даже за три мили от берега, где стояли на якоре
какие-то смелые суда, — было спокойное. У волнолома
в Сан-Педро, всего на несколько миль к северу, буруны
не отмечались; к югу береговая охрана не
зарегистрировала никаких признаков волнения. И все-таки факт
остается фактом: волны, разбиваясь у волнолома,
вырвали из него каменные глыбы весом от четырех до
двадцати тонн. Наблюдатели определили период волн —
примерно 20—30 секунд: таким образом, причиной
разрушений были волны зыби, обладающие длинным
периодом.
Семнадцать лет спустя ОЪрайен приступил к
выяснению причин катастрофы. Были изучены синоптические
карты за истекшие годы. При этом обнаружилось, что
в интересующий нас отрезок времени в северном
полушарии имелось два штормовых центра, способных
возбудить волны с таким длинным периодом: один к западу,
другой к северо-западу. Относительно южного
полушария синоптических данных не было. При последующем
анализе северо-восточный шторм как возможный
источник волн отпал: против него говорила конфигурация
берега и наличие защищающих гавань островов. Когда
составили схему рефракции для волн с периодом 22
секунды, идущих от центра второго шторма — с запада,—
оказалось, что и эти волны не могли явиться
виновниками бедствия. Таким образом, обе известные причины
исключались, и было решено, что источник губительных
волн находился где-то в южном полушарии — за
пределами района, охваченного сводками синоптиков.
С юго-востока порт не защищен островами, и когда
приступили к составлению схем рефракции для волн
с периодом 22 секунды, идущих с юга в разных
направлениях, внезапно обнаружилось, что на дне, за десять
миль от берега, на глубине между 180 и 600 футами,
имеется обширное возвышение. Оно-то, оказывается, и
83

было всему причиной. Эта выпуклость действовала как
линза, собирая в один пучок волны, шедшие от юго-юго-
востока, и направляя их на волнолом. Иначе говоря,
особые условия рефракции для волн с таким именно
Рис. 30. Схема рефракции разрушительных волн у
Лонг-Бича (штат Калифорния). На рисунке показано,
как особенность подводного рельефа — резкое поднятие
дна на глубине в несколько сот футов, за добрый
десяток миль от берега — послужила причиной
концентрации энергии волн на волноломе.
периодом привели к конвергенции (схождению в одной
точке) всей энергии, накопленной волнами с
протяженностью гребней в несколько миль. Волны, -высота
которых на глубокой воде была не более двух футов, в
узком пространстве благодаря концентрации энергии
превратились в валы высотой в добрых двенадцать футов,
обладавшие огромной разрушительной силой.
84

ШТОРМОВЫЕ НАГОНЫ
Сильный шторм может сопровождаться значительным
поднятием уровня моря вблизи побережья. Это явление
известно под названием «штормового нагона». При
такой ситуации высота штормовых волн увел'ичивается
из-за нагона, и в результате море затопляет сушу —
нередко с катастрофическими последствиями. Причиной
такого подъема воды обычно является наличие над
поверхностью океана смежных областей высокого и
низкого атмосферного давления. Разница в давлении
приводит к тому» что на участке низкого давления море как
бы вспучивается, и это гигантское водяное «вздутие»
при подходе к берегу затопляет прилегающую
местность.
Положение осложняется тем, что под воздействием
сильного ветра образуются большие волны, которые
ветер перегоняет через полосу мелководья и обрушивает
на берег. Эти крутые, разбивающиеся волны следуют
друг за другом с такой быстротой, что создается как бы
общий стремящийся к берегу поток — поверхностное
течение (перенос масс плюс перемещение*). Скорость
этого течения намного превышает скорость обратного
оттока воды. Эти факторы в совокупности ведут к
затоплению берега. Сила ударов волн, добавляющаяся
к нагону, ведет к серьезным разрушениям —ведь
берегозащитные 'сооружения теперь попадают в зону прибоя.
Огромные разрушения, причиненные штормовыми
нагонами, лишний раз напоминают нам о том, как
спокойно и кротко ведет себя обычно морская стихия и
какими опасными последствиями чревато даже
незначительное изменение уровня моря.
Пожалуй, из всех нагонов наиболее знаменито
«галвестонское наводнение» в Техасе в 1900 году. Тогда
ураганный ветер, скорость которого доходила до
120 миль в час, вызвал повышение уровня воды у
берегов Мексиканского залива на 15 футов по сравнению
с обычным уровнем прилива (2 фута от уровня
спокойной воды). На город двинулись штормовые волны до
25 футов высотой. Город был стерт с лица земли;
погибло около пяти тысяч человек.
Сходная картина наблюдалась в 1961 году, когда на
побережье того же Мексиканского залива обрушился
85

ураган «Карла». Но за минувшие между первым и
вторым нагоном полвека синоптики и океанографы
добились больших успехов — они научились предсказывать
волнение. Население было заблаговременно
эвакуировано, и на этот раз обошлось без человеческих жертв.
Объем разрушений был минимальным.
1 февраля 1953 года сильный шторм вызвал нагон
воды в Северном море, у берегов Голландии. «Пик» на-
1 30.1
/V"\
/ ч / ч
J \y \|/ w "+• \^у ■ |
31.1
/.//
2.11 '
Рис. 31. Запись уровня штормового нагона
(сплошная линия) по данным мареографа в
Роттердаме (Голландия) в сопоставлении с предвы-
численным уровнем (пунктир). 1 февраля 1953
года уровень воды поднялся на 2,75 метра над
уровнем прилива, что явилось основной
причиной прорыва дамб.
О — средний уровень моря.
гона поднялся на 10 футов выше самого высокого
уровня прилива; волны перекатывались через
оградительные дамбы. На внутренней, неукрепленной стороне дамб
образовались глубокие продольные промоины; в 67
местах дамбы прорвались. Вскоре промоины превратились
в настоящие каналы — до 100 футов глубиной и до 150
шириной. Берегозащитные сооружения рухнули. Море
хлынуло на сушу, и по низкому берегу прокатилась
огромная крутая волна. В результате было затоплено
800000 акров земли, утонуло 1783 человека, а общие
размеры убытков исчислялись в 250 миллионов
долларов. Но прошло несколько лет — и голландцы починили
плотины, отвоевали захваченную морем землю и стали
расширять систему дамб, увеличивая полезную площадь
суши. Наводнение 1953 года позднее получило в
Голландии название «шторма четырех столетий». Это
значит, что возможность фатального совпадения всех
неблагоприятных обстоятельств (сильные ветры, дующие
86

очень долгое время в определенном направлении) так
мала, что теоретически она может реализоваться лишь
один раз за четыреста лет. Поэтому бедствие и было для
всех такой неожиданностью.
Низменное пологое побережье Бенгальского залива
в Индии принадлежит к самым густонаселенным
районам страны. В разное время там возникали сильные
штормовые нагоны, уносившие массу человеческих
жизней. В 1876 году шторм, сопровождавшийся большим
подъемом воды, явился причиной гибели свыше двух
тысяч человек.
Совсем недавно, 31 октября 1960 года, в Пакистане,
близ Читтагонга (устье реки Ганг), наблюдался
штормовой нагон циклонического происхождения, который
причинил много бед, но одновременно явился ареной
нескольких забавных происшествий. Максимальная
скорость ветра достигла 120 миль в час, а уровень моря
поднялся на 22 фута. Мы располагаем такими точными
данными благодаря тому, что вода затопила башню
маяка и на стене внутри помещения осталась отметка,
соответствующая уровню полной воды. Три небольших
острова целиком оказались под водой, тысячи людей
погибли, тысячи лишились крова. С наступлением
сумерек в районе волнового нагой а встало на якорь
грузовое судно типа «Либерти». Оно удерживалось в
положении против ветра при непрерывно работающем
винте, чтобы ослабить натяжение якорной цепи. В момент
самого высокого нагона капитан решил, что от судна до
берега добрых четыре мил'и. Каково же было его
удивление, когда через несколько часов из воды рядом с
кораблем показались верхушки пальм, а на рассвете
обнаружилось, что корабль бросил якорь на твердой
земле— примерно в миле от моря. Сдвинуть судно было
невозможно, и его пришлось отдать на слом.
Капитан другого судна подробно запечатлел этот
день в вахтенном журнале. Он писал, в частности:
«В 14.07 приливная волна высотой приблизительно в
40 футов обрушилась на судно и прокатилась вдоль
палубы, от носа до кормы. Она сорвала и унесла
сигнальные огни с фок-мачты и обшивку рубки с крыла
ходового мостика. На фоне штормовых волн эта приливная
волна четко выделялась и действовала как самостоя-
87

тельная единица». В заключение он восклицает: «Черт
меня дернул продать ферму и связаться с морем!»
Пакистанский метеоролог Халилур Рахман,
находившийся в тот день в аэропорту, тоже записал в журнале
свои наблюдения: «В 13.14 приливная волна распахнула
дверь обсерватории, проникла внутрь и затопила
помещение. Мысленно простившись с жизнью, я добрался до
двери и закрыл ее, чтобы спасти от >воды важные
государственные документы. Всю ночь мне пришлось
простоять на стуле, который я поставил на стол, чтобы
следить за показаниями барометра. Правда, после 14
часов я не мог снимать показания, так как подобраться
к барометру было невозможно — слой воды в
помещении достигал четырех — шести футов. Здесь я должен
упомянуть, что нижняя половина барометра некоторое
время находилась под водой».
На восточном побережье США, в Новой Англии, со
времен высадки первых колонистов неоднократно
наблюдались сильные штормовые нагоны. Двенадцать из их
числа (в среднем по одному на каждую четверть века)
вызвали большие наводнения и причинили серьезный
ущерб населению и хозяйству. Самый яркий за
последнее время случай (август 1954 года) связан с ураганом
«Кэрол».
Согласно собранным данным, уровень моря у города
Провиденс (Род-Айленд) превысил норму на 16 футов.
Море затопило промышленную часть города, причинив
убытки в размере 41 миллиона долларов. Местные
власти после этого случая решили принять меры
предосторожности— возвести поперек залива Наррагансетт
защитный барьер высотой 22,5 фута над средним уровнем
моря. Специалисты подсчитали, что,, хотя строительство
обойдется примерно в 17 миллионов долларов, все
расходы окупятся в течение трех лет: так велик
ежегодный ущерб, причиняемый штормовыми нагонами.

Глава V
ПРИЛИВЫ И СЕЙШИ
Приливы — это предмет обширного и сложного
исследования, которое далеко выходит за рамки нашей книги.
Однако приливы представляют собой важную
разновидность волн с особо длинным периодом, и было бы
нелогично обойти их молчанием. Кроме того, они играют не
последнюю роль в береговых процессах, в частности при
формировании профиля пляжа, поскольку благодаря
приливам и отливам глубина воды в прибрежной зоне
все время изменяется, а следовательно, меняется и
уровень, на котором волны воздействуют на берег. Поэтому
мы вкратце остановимся на главных особенностях
приливов и порекомендуем читателю, интересующемуся
этой областью, обратиться за более обстоятельной
информацией к специальной литературе.
ПРИЛИВЫ
На всех океанских побережьях наблюдаются
регулярно следующие друг за другом подъемы и спады
воды — приливы и отливы; вертикальное движение масс
воды сопровождается горизонтальным перемещением —
так называемыми приливными течениями. Приливы
в широком смысле слова представляют собой
совокупность этих двух явлений.
Приливы — это самые длинные волны, с которыми
приходится иметь дело океанографам: их период —
4300 секунд (12 часов 25 минут), а длина волны
теоретически равняется половине окружности земного шара.
89

Гребень такой волны — это и есть собственно прилив, а
ложбина — это отлив. Высоту волны называют
амплитудой прилива. Трудно указать какую-либо определенную
величину амплитуды,, поскольку она измеряется только
в тех местах, где на нее оказывает влияние форма
берега, и данные варьируют в широких пределах.
Приливы возникают в результате взаимного
гравитационного притяжения Луны, Солнца и Земли. Еще
задолго до того как прозвучало слово «притяжение», в
глубокой древности, люди смутно сознавали, что между
Луной и движением воды существует какая-то связь,
сознавали, несмотря на то, что первые очаги
цивилизации возникли у берегов Средиземного моря, практически
не знающего приливов. Только после того как отважные
мореплаватели проникли за Геркулесовы столбы в
Атлантический океан и увидели приливы у берегов Англии
(где амплитуда приливов достаточно велика), люди
окончательно убедились в том, что приливы зависят от
фаз Луны. Но еще полторы тысячи лет должно было
пройти до того момента, когда Иоганнес Кеплер
провозгласил существование «некоего магнетического
притяжения между Луной и земными водами», — за что его,
кстати говоря, высмеял Галилей.
Закон тяготения был открыт Исааком Ньютоном. Как
известно, по этому закону сила гравитационного
притяжения между двумя телами прямо пропорциональна их
массе и обратно пропорциональна квадрату расстояния
между ними. Исходя из закона Ньютона, можно
подсчитать, что сила гравитационного притяжения между
Землей и Солнцем превышает силу притяжения между
Землей и Луной приблизительно в 150 раз. Огромная масса
Солнца в избытке компенсирует значительно большую
его удаленность от Земли. И все-таки главная причина
приливов — не Солнце, а Луна. В чем же тут дело?
Дело в том, что главное — не общее количество
притяжения, а разница в его распределении между
областями земной поверхности. Именно благодаря близкому
расстоянию от Земли до Луны (примерно 239 000 миль)
частицы воды на противоположных сторонах земного
шара подвергаются воздействию силы притяжения в
неравной степени.
Вода на ближайшей к Луне стороне Земли отдалена
от нее на расстояние, которое примерно на 4 тысячи
90

миль меньше расстояния от центра Земли до Луны,
Между тем Солнце отстоит от нас на 93 миллиона миль,
и тут уже разница IB каких-нибудь несколько тысяч миль
роли не играет. Поэтому сила солнечного притяжения,
хотя сама по себе она гораздо больше, практически
одинакова для противоположных сторон Земли. Таким
образом, при образовании приливов на первый план
выступает Луна. Для простоты изложения мы в дальнейшем
будем говорить только о влиянии Луны, имея в виду,
что влияние Солнца аналогично лунному.
Итак, в результате неравномерного распределения
силы притяжения на поверхности Земли образуются две
области подъема воды, две водяные выпуклости: одна
направлена навстречу Луне, другая, как мы увидим
ниже, в противоположную сторону. Земля совершает
полный оборот вокруг своей оси за одни сутки, и это
вращение легко представить как вращение земного шара
внутри окутывающей его водной оболочки, внутри
Мирового океана, на поверхности которого под влиянием
Луны возникают выпуклости — приливные волны.
Согласно такому представлению, приливная волна стоит на
месте, а океан, вращаясь вместе с земным шаром,
передвигается под приливной волной. Поэтому на
подавляющей части океанского побережья два р#за в сутки
бывает прилив и два раза в сутки — отлив.
Легко понять, почему под влиянием гравитационного
притяжения Луны водяная выпуклость образуется на
той стороне Земли, которая обращена к Луне. Труднее
объяснить, почему такая же выпуклость образуется на
противоположной, удаленной от Луны стороне Земли.
Попытаемся разобраться в этом вопросе.
Если бы Земля вдруг исчезла, а вместо нее в
пространстве остались бы три частицы, расположенные
относительно друг друга так же, как центр Земли и две
противоположные точки земной поверхности, то эти частицы
тоже испытывали бы силу гравитационного притяжения
Луны — притом все три в разной степени. Если из этих
трех точек по направлению к Луне провести стрелки
пропорционально величине силы притяжения, то из
точки, наиболее близкой к Луне, придется провести самую
длинную стрелку,, а из точки наиболее удаленной —
самую короткую.
91

Но ведь на самом деле наши три точки нельзя
отделить от Земли, а расстояние между Землей и Луной не
меняется благодаря центробежной силе вращающейся
системы «Земля — Луна». Если мы, исходя из этого,
представим центробежную силу в наших трех точках
в виде стрелок, равных по длине стрелке, проведенной
перед этим из центра Земли, но направленных в обрат-
Притяшение
>.
Луны
Рис. 32. Приливообразующие силы.
ную сторону, мы получим в двух точках на поверхности
некую разницу сил, за счет которой и возникают
приливы. Равнодействующая 'каждой пары сил,
изображенных в виде стрелок на рис. 32, по величине и
направлению соответствует силам, ведущим к образованию
выпуклостей — приливных волн — на противоположных
сторонах Земли.
Луна вращается вокруг Земли в том же
направлении, что и сама Земля, и совершает полный оборот по
своей орбите за один месяц. Такое перемещение Луны
ведет к тому, что любая точка земного шара, для того
чтобы оказаться снова прямо под Луной, должна
пройти путь несколько больший, чем один оборот Земли
вокруг оси. Поэтому приливные сутки больше двадцати
четырех часов на пятьдесят минут.
Другое осложняющее обстоятельство заключается
в том, что приливная волна не располагается прямо под
Луной — она всегда сдвинута немного вперед по
направлению вращения Земли, как показано на рис. 33. Такое
положение — результат действия силы трения при
вращении Земли под слоем Мирового океана. Неровный
рельеф морского дна способствует тому, что дно как бы
тащит за собой приливную волну. Одновременно сила
92

гравитационного притяжения Луны удерживает
приливную волну на минимальном расстоянии, т. е. в
положении прямо под Луной. В итоге получается некий
компромисс, когда обе силы уравновешиваются. Благодаря
этому любая точка земной поверхности проходит прямо
под Луной до прилива.
Солнечные приливы, хотя они гораздо меньше
лунных, заслуживают внимания — благодаря им лунные при-
Притяжение
».
Луны
Рис. 33. Положение равновесия для приливной волны.
/ — приливная волна стремится двигаться по направлению
вращения Земли; 2 — действительное положение приливной волны
при совокупном воздействии силы трения и силы притяжения;
3 — положение приливной волны при наличии силы притяжения
и отсутствии силы трения.
ливы увеличиваются или уменьшаются. Рассмотрим два
самых важных положения: 1) когда Солнце, Луна и
Земля находятся на одной линии (в одной фазе
—сизигийный прилив); 2) когда они образуют прямой угол
(в разных фазах — квадратурный прилив).
В первом случае солнечная приливная волна
накладывается на лунную, и в сумме они обе дают так
называемый сизигийный прилив. При сизигийных приливах
и отливах, которые происходят в среднем раз в две
недели, отмечается наибольший подъем и спад воды.
Такая амплитуда прилива сохраняется на двое-трое суток;
затем обе приливные волны мало-помалу выходят из
фазы совмещения, и неделю спустя уровень прилива и
отлива становится даже меньше среднего примерно на
20%. Это так называемый квадратурный прилив: при
93

квадратурном приливе сила притяжения Солнца
уменьшает высоту лунной приливной волны.
Вне этих крайних положений солнечная приливная
волна может воздействовать на форму основной
приливной волны в ту или в другую сторону, в результате чего
прилив или отлив наступает немного раньше или
немного позже — с отклонениями от приливного периода.
о)
о
Новолуние
2
3
о-
О
Луна в нвадратуре
Рис. 34. Сизигийный (вверху) и квадратурный
(внизу) приливы.
/ — притяжение Солнца; 2 — солнечная приливная волна;
3 — лунная приливная волна.
Вооруженные этими знаниями, мы не в пример лучше
древних можем, глядя на Луну, предсказывать высоту
прилива. Сизигийные приливы совпадают с новолунием
и полнолунием; квадратурные — с первой и третьей
четвертями Луны.
Земля
94

Еще одна причина неравномерной высоты приливов
заключается в том, что Луна вращается вокруг Земли по
эллиптической орбите. Когда Луна находится в пери-
гее — точке, самой близкой к Земле, — расстояние между
Землей и Луной уменьшается на 15 тысяч миль; когда
Луна находится в апогее, она на такое же расстояние
удаляется от Земли. Эта разница в расстоянии — а
следовательно, и в силе притяжения — ведет к тому, что
Рис. 35. Неравенство приливов.
а — приливы неравной высоты; б — приливы
равной высоты.
высота приливов и отливов уменьшается по сравнению
со средней высотой примерно на 20%. Луна проходит
через перигей один раз в месяц, и редко случается так,
чтобы как раз в это время Солнце, Луна и Земля
оказались на одной линии. Но по крайней мере дважды
в год оба момента совпадают, и мы наблюдаем
полнолуние или новолуние в перигее. Тогда сизигийный
прилив и перигейный прилив, объединяясь, дают самые
высокие приливы года.
95

После того как мы рассмотрели главные приливооб-
разующие силы, можно сосредоточить внимание на
поведении этих необычных волн. На многих побережьях,
в том числе на Атлантическом побережье США,
приливы, примерно равные по высоте, наблюдаются два раза
в сутки. Это полусуточные приливы. На земном шаре
есть места, где наблюдается только один прилив и
один отлив в сутки, а на побережьях Тихого и
Индийского океанов преобладают смешанные приливы — это
значит, что высоты последующих полной и малой воды
неодинаковы *, как бывает, например, в Сиэтле или
в Кетчикане.
Причина этого неравенства ясна из рис. 35. Когда
Луна находится над экватором, приливы и отливы
примерно равны. Когда же Луна находится «в тропиках» —
т. е. стоит над тропиком Рака или над тропиком
Козерога,— то через удаленные от экватора пункты
проходят части приливной волны разной толщины.
На высоту и характер приливов очень важное
влияние оказывает форма океанического бассейна, где
наблюдается этот прилив. Надежных данных о высоте
приливов в открытом океане пока нет. Считается, что там
амплитуда невелика — всего около фута, т. е. такая же,
какую можно наблюдать у мелких океанских островов.
Иное положение у берегов. Когда Земля поворачивается
под приливной 'волной, роль материковой отмели можно
сравнить с острым клином, который загоняют прямо
под основание волны. В результате амплитуда прилива,
слабо выраженная на глубокой воде, у берегов
необычайно возрастает. Дальнейшему увеличению амплитуды
прилива способствуют воронкообразные устья рек,
впадающих в океан. Ширина приливной волны при входе
в устье сокращается по мере сужения русла реки; такое
сжатие ведет к концентрации энергии приливной волны
и к подъему высоты. Конечно, если устье очень длинное,
то благодаря трению о дно и боковые стенки русла
высота приливной волны постепенно уменьшается, пока она
окончательно не сходит на нет.
Важную роль конфигурации берега можно
проиллюстрировать хотя бы на примере разницы в высоте
прилива у острова Нантакет (около 1 фута) и в заливе
Фанди (более 40 футов), между тем как эти два пункта
отстоят друг от друга всего на несколько сот миль. Про-
96

тяженность Панамского канала — какие-нибудь
пятьдесят миль, но разница в высоте прилива на двух его
противоположных концах очень значительна. В Колоне, со
стороны Карибского моря, прилив обычно суточный,
10 II 12 13
Дата
14 15
16 17 18 19 20
Футы
\\/М ν [уМ^к/у^Ф^7!
1\Щ\ЖЧ\|
φ
ШШШ
Сан-Францисно
Сиэтл
Иетчинан
Луна Луна
в нвсдратуре на энеаторе
Луна
в сизигии
Рис. 36. Кривые приливов (изменение уровня воды
в зависимости от времени). Нулевой линией
обозначен средний уровень малой квадратурной воды
(средняя высота более низкого из двух
полусуточных приливов). Обратите внимание на неравенство
высоты приливов в пределах суток, за исключением
периода, когда Луна находится над экватором.
Приливы с наибольшей амплитудой — сизигийные,
с наименьшей — квадратурные.
с амплитудой около 1 фута; в Бальбоа, со стороны
Тихого океана, приливы полусуточные, со средней высотой
14 футов, а для защиты от сизигийных приливов,
достигающих высоты в 21 фут, даже пришлось соорудить
специальные шлюзы. Эта разница амплитуд прилива
может создать сложную проблему при строительстве
морского канала, соединяющего эти пункты.
97

Разумеется, прилив распространяется по океану как
синусоидальная волна, хотя на земле не много мест, где
это можно было бы наблюдать непосредственно. Одно
из таких мест— Чесапикский залив.
Гребень и ложбина приливной волны (прилив и
отлив) входят в залив в виде серии «поступательных»
волн, перемещающихся с небольшой скоростью
(которую можно определить по формуле С=]/gd). При
общей длине 150 миль имеются одновременно две
области высокого подъема воды, а между ними — область
отлива протяженностью в 50 миль *.
Интересную проблему представляют приливы,
постоянно циркулирующие вокруг Антарктики. Из этой
проблемы возникла целая теория — «теория
южноокеанских приливов». Суть ее состоит в том, что
Антарктический океан опоясывает Землю сплошной водной
полосой, минимальная ширина которой 600 миль. В его
пределах запас энергии приливной волны все время
пополняется за счет приливообразующих сил. При каждом
приливе на границе с южной частью Индийского,
Атлантического и Тихого океанов возникают волны, которые
свободно распространяются к северу и оказывают
влияние на местные приливы.
Изменение уровня воды при приливах
сопровождается движением воды по горизонтали — приливными
течениями. Как и вертикальные изменения, в открытом
океане они мало заметны, но в бухтах и узких устьях
рек с ними приходится считаться. Во время прилива
поток направлен в сторону берега, а во время отлива —
в противоположную сторону. Направление потока и есть
направление приливного течения.
Если поток отсутствует, то приливное течение имеет
минимальную скорость. Обычно период слабых
движений воды длится около часа в начале прилива и отлива.
Максимальная скорость течения совпадает с периодом
наибольшей скорости изменения уровня воды.
Поскольку в каждом конкретном случае это определяется
местными условиями, никаких общих правил здесь
применить нельзя.
Приливные течения со скоростью 10 узлов считаются
нормальным явлением в проливе Сеймура (Аляска), а
скорость 4 узла обычна для пролива Золотые Ворота
98

f
V. Крупные волны обрушиваются на носовую часть дозорного корабля
Береговой охраны США.

VI. Нарастание и разрушение волны зыби.

VII. 1 апреля 1946 года фотографу на борту корабля «Бригем
Виктори» удалось заснять момент, когда сейсмическая волна
обрушилась на складские помещения на пирсе в Хило (остров
Гавайи). Портовый рабочий, которого вы видите на переднем
плане, погиб несколько мгновений спустя.

о л
н α*
ей S
■51
К О
S.5
л
vqVQ
о
^х
о
CD
О)
*—*
«
S
со
CN
Л
Εί
К
ч
>^
X
К
«
о
Оч

в Сан-Франциско. У открытых берегов влияние таких
течений невелико, но вблизи устьев рек они могут
переносить значительные количества песка. Так, например,
объединенное воздействие этих течений и волн океана
часто ведет к тому, что у входа в порт возникает
песчаный бар. У такого барьера разбиваются большие волны,
и тем самым входящие в гавань и покидающие ее суда
подвергаются постоянной опасности. Все это породила
у моряков хорошо знакомый нам по литературе страх
перед «бушующими» или «ревущими» отмелями на
подступах к берегу.
Течения — и приливные, и все остальные — как
правило, заставляют волны разбиваться или сокращают их
длину. Именно такого рода изменения структуры
морской поверхности позволяют с воздуха распознавать
Гольфстрим и другие крупные течения.
За уровень моря принимается высота, которой
достигала бы морская поверхность, если бы она не
испытывала влияния волн, приливов и ветров. Но поскольку
она испытывает все эти влияния, ученые пошли по пути
вычисления среднего уровня с учетом этих изменений.
Полученный результат так и называется — средний
уровень моря; он удобен в качестве исходной величины, от
которой при составлении схем отсчитывается высота
прилива или глубина воды. Составители схем и таблиц
приливов для Тихоокеанского побережья США опери:
руют другой исходной величиной — средним уровнем
малой квадратурной воды, т. е. средней высотой более
низкого из двух полусуточных приливов.
ПРИЛИВНЫЕ ВАЛЫ (БОРЫ, МАСКАРЭ)
Во многих местах земного шара при впадении рек
в океан образуются длинные воронкообразные заливы.
Входящая в такие устья приливная волна — особенно
это заметно во время высоких сизигийных приливов —
суживается руслом реки, глубина которой к тому же
быстро уменьшается; в результате волна резко
увеличивает свою высоту и возникает видимый крутой фронт —
приливный вал, или маскарэ. Обычно приливные валы
особенного интереса не представляют (разве только для
103

энтузиаста-океанографа), но в некоторых местностях
они внушают уважение и даже страх.
Джордж Эри, один из основоположников теории
волн, наблюдал приливный вал в устье реки Северн,
в Англии, и писал о том, какое незабываемое
впечатление произвел на него «грозно надвигающийся крутой
фронт огромной волны» — прилива.
Правда, эта огромная одиночная волна при входе на
мелководье чаще всего разбивается на целый ряд
мелких волн. На фотографиях, сделанных в устье того же
Северна, можно увидеть, как вверх по узкому руслу
реки, по зеркально-гладкой поверхности, поднимаются
одна за другой шесть — восемь коротких крутых волн
высотой около 1 фута « длиной около 10 футов. В
других местах заход приливной волны в устье выражается
только в общем поднятии уровня воды — фронт волны
почти незаметен, но уровень воды за две минуты может
подняться на 3 фута и выше.
Для некоторых знаменитых маскарэ характерен
крутой «кипящий» фронт, который служит переходом от
первоначального к новому, значительно более высокому
уровню воды. Капитан третьего ранга У. Мур так
описывает маскарэ на реке Чин-Тан * в Северном Китае:
«Возле Хайниня *, при внезапном сужении русла,
приливный вал достигает 8—11 футов в высоту, почти
прямой стеной перегораживает реку, имеющую в этом
месте ширину более одной сухопутной мили, и
передвигается со скоростью 12—13 узлов. Вал с круто
наклоненным краем представляет собой каскад клубящейся
пены, которая по мере продвижения вала обруши(вается
у его подножия. Угол наклона в каждый данный момент
одинаков для всего фронта волны, но меняется на
протяжении пути вала в пределах от 40 до 70°. Самый
высокий и крутой фронт наблюдается там, где река имеет
наибольшую глубину».
На набережной города Ханькоу приезжих не раз
удивляло, что местные лодочники вдруг, как по команде,
начинают отчаянно грести к берегу и неизвестно почему
торопятся вытащить свои лодки из совершенно
спокойной реки. Через несколько минут проходит
разбивающийся приливный вал, лодки вновь спускаются на воду,
уровень которой успел заметно повыситься, и все идет
своим чередом.
104

Приливный вал на Амазонке — еще более эффектное
зрелище: он достигает высоты 25 футов. Если смотреть
на него с высоких дамб близ устья реки, то кажется, что
вверх по течению со скоростью 12 узлов двигается
гигантский водопад длиной в несколько миль. Он
проходит по реке до трехсот миль, а его рев разносится на
пятнадцать миль вокруг.
СЕЙШИ
Если потревожить поверхность замкнутого водоема,
например озера или залива, в нем возникают длинные
волны, которые, отражаясь от противоположных сторон
водоема, создают в нем ритмические колебания. Эти
волны йазывают сейшами; их период зависит от
размеров и глубины бассейна. Сейши — довольно обычное
явление, но так как длина их очень вел'ика, а высота
незначительна, практически их трудно заметить и
неспециалисты чаще всего не подозревают об их
существовании.
Сейши могут рассматриваться как стоячие колебания
или как результат отражения волн, ограниченных
стенками водоема. Схема стоячих волн, в отличие от
поступательных волн открытого моря, представляет собой
чередование узлов — точек, в которых уровень водной
поверхности остается постоянным, — и так называемых
пучностей, т. е. участков, где поверхность воды
поднимается и опускается. Взаимное расположение узлов и
пучностей не меняется, так же как не меняется
расположение частиц воды в поверхностном слое; но под верхним
слоем воды возникают быстрые течения — они-то и
поддерживают изменяющуюся форму волны.
Глубина природных водоемов неравномерна, их
очертания далеки от идеальных, поэтому для начала
возьмем самый удобный и приятный водоем — ванну. Форма
ванны приближается к прямоугольной, стенки почти
вертикальные и совершенно гладкие — ванна, таким
образом, удовлетворяет требованиям простейшей теории.
Наполнив ванну водой примерно на 6 дюймов, можно
получить в ней модель стоячих волн — сейш.
105

Первый этап опыта — наблюдение над основной вол-
ной> которую можно получить, создав импульс на
поверхности воды у любого конца ванны. Волна начнет
попеременно отражаться от противоположных концов,
как бы раскачивая поверхность. Середина ванны будет
узловой точкой, и глубина воды там будет постоянной
(6 дюймов), в то время как у концов глубина будет
колебаться, скажем, от 4 до 8 дюймов. Если добавить
Рис. 37. Сейши в ванне.
а—основная волна; б—
первая гармоника.
/ — узлы; 2 — доска для
воспроизведения волн.
в воду какой-нибудь плавучий индикатор — например,
несколько бумажных шариков, — то по их движению
в среднем по глубине слое можно наглядно проследить
движение воды при стоячих волнах. Непосредственно
под узлом действуют значительные горизонтальные
скорости; у концов ванны наблюдается в основном
движение по вертикали. Период такой волны будет около двух
секунд. За основной период* принимается пер'иод
волны, длина которой вдвое больше расстояния между
отражающими стенками ванны *.
Для второго этапа опыта возьмите небольшую доску
и начните попеременно погружать и вынимать ее в центре
ванны с 'промежутками примерно в одну секунду. Вода
в ванне снова придет в состояние резонанса, но картина
его будет другая. Теперь возникнут два узла и три
пучности— так называемая первая гармоника*.
106

Измерение периодов наблюдавшихся колебаний
подтверждает простую формулу для естественного
основного периода колебаний в замкнутом водоеме:
Т — 2/
где / — длина ванны (около 4 футов), ]/gd—скорость
длинной волны (1/32 X 0,5 = 4 ; η обозначает
порядковый номер движения
(основная волна — 0,
первая гармоника— 1ит. д.)
Так, основной период
ванны равен двум
секундам, а период первой
гармоники — одной
секунде. Для закрытой
гавани, имеющей
поперечник в одну милю и
среднюю глубину 50 футов,
основной период — 264
секунды, а первая
гармоника— 132 секунды. При
этом одновременно
могут наблюдаться
гармоники более высокого
порядка.
Поскольку мало
найдется гаваней, которые
обладали бы
идеальными очертаниями
ванны, отражение волн
в естественных условиях
происходит
неравномерно, и можно было бы
ожидать, что рисунок
стоячих волн будет
нечетким. Между тем это
не так. Даже в гаванях
с весьма прихотливой
формой бассейна
измерительные приборы (уровнемеры, или мареографы)
регистрируют на редкость правильное «раскачивание»
морской поверхности. Кроме того, многие заливы и гавани
Рис. 38. Сейши в заливе с
широким выходом в
океан. Основной период Тп =
-=.. (Обратите вни-
(n + l)Vgd
мание па то, что независимая
серия сейш может после
отражения пройти через залив в
противоположном
направлении.)
а — основная волна; б — первая
гармоника.
107

имеют широкий выход в океан, из чего проистекают два
существенных следствия: 1) законы, управляющие
'сейшами, видоизменяются; 2) океанское волнение,
-проникая β гавань, способствует образованию сейш.
Если одна сторона залива широко открыта в океан,
то недостающая отражающая поверхность заменяется
узловой линией, как показано на рис. 38. Тогда за
основной тип колебаний принимается тот, при котором у
входа в залив образуется первый узел. Первая
гармоника имеет на этой линии второй узел.
1 I I I I 1 1 I I I I I
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Время.часы
Рис. 39. Сейши в Паго-Паго (острова Самоа), вызванные
цунами 22 мая 1960 года.
/ — нормальная кривая прилива; 2 — средний уровень моря; 3 —
появление цунами; 4 — сейши.
Регистрация приливов у открытых берегов
показывает, что там возникают похожие на сейши
'вертикальные перемещения водной поверхности, которые могут
быть истолкованы только как колебания водных масс
над материковой отмелью. Считается, что они возможны
потому, что влияние шельфа сходно с влиянием
открытого залива. Таким образом обнаруживается, что для
волн этого рода наличие ванны или залива
необязательно.
Возникает вопрос: отчего образуются сейши? В озере
или другом замкнутом водоеме наиболее вероятная
причина — изменение атмосферного давления на одном конце
водоема. Изменение давления может быть вызвано,
к примеру, внезапно налетевшим шквалом. Но в
заливах с широким выходом в океан сейши возникают чаще
всего под воздействием серии волн с особо длинным
периодом. Так, тихоокеанское цунами способно вывести из
108

равновесия воду во всех заливах и бухтах, граничащих
с зоной его действия. Часто это явление продолжается
несколько дней, и кривые приливов показывают
изменения такого типа, как на рис. 39.
После того как первая добравшаяся до гавани волна
привела воду в движение, момент появления следующих
волн почти неуловим — его скрывают сейши, имеющие
период, равный периоду собственных колебаний
акватории порта. Поэтому период самого цунами уровнемером
(мареографом) определить трудно. Например, в Паго-
Паго период собственных колебаний гавани — 22 минуты,
и четкие ритмичные движения воды не имеют ничего
общего с картиной сейш в других портах, которые подверглись
действию того же цунами. Если в результате резонанса
период,цунами будет выражаться числом, кратным
периоду собственных колебаний порта, то колебания воды
будут возрастать с каждой вновь прибывшей волной,
и сейши внутри порта могут превзойти по интенсивности
волнение за его пределами. Правда, цунами — ;не такое
уж частое явление, и это дает нам основание
предполагать, что в большинстве случаев сейши образуются
под влиянием волн с длинным периодом, имеющих
какое-либо другое происхождение.
Сами по себе сейши редко угрожают человеку — за
исключением тех случаев, когда в порту возникает так
называемый тягун *, т. е. когда длинные и пологие волны
начинают сдвигать с места стоящие на якоре суда. В
случае действия длинных волн одинаковой высоты (обычно
около 1 фута) количество движения, передающегося
в горизонтальном направлении, прямо пропорционально
их периоду. Так, сейши с периодом в .несколько минут
до предела натягивают швартовы у больших судов на
приколе и заставляют малые суда, стоящие на якоре,
совершать странные вращательные движения.
Наблюдателю нелегко определить, какое воздействие
эти волны оказывают на суда и другие плавучие
объекты— движение происходит очень медленно. В 1946 году
автор этих строк, занимаясь изучением явления тягуна
в порту Монтерей, производил специальную покадровую
киносъемку рыбачьих лодок, стоявших в заливе. Лодки
были привязаны к плавучим буйкам одним булинем
(носовым швартовом) и сохраняли известную свободу
движений. На береговом обрыве над гаванью была уста-
109

новлена неподвижно закрепленная кинокамера. Съемка
производилась со скоростью одного кадра в секунду.
Когда проявленную пленку прокрутили со скоростью 16
кадров в секунду, перед нами возникла ускоренная в 16
раз картина тягуна. После того как практически
неразличимая трехминутная стоячая волна прошла перед
нами всего за одиннадцать секунд, стал хорошо
заметен ритм движения воды. Позднее аналогичным
способом производилась киносъемка лодок на сравнительно
спокойной реке Нойо и в гавани Санта-Барбара.
Киносъемка велась в дни, когда тягун вообще не наблюдался.
К нашему изумлению,, при ускоренной проекции
кинопленки обнаружилось вполне отчетливое, размеренное
движение лодок. Они одновременно натягивали
швартовы — сначала в одну сторону, потом в другую.
В большинстве портов тягун представляет скорее
научный, чем практический интерес, но в порту
Лос-Анжелеса он создает серьезную проблему. В этой гавани,
даже при, казалось бы, спокойной воде, тягун может
сдвигать стоящие на приколе большие суда на целых
10 футов. При этом рвутся мощные якорные цепи,
ломаются сваи причалов и повреждаются сами суда.
Такие невидимые волны имеют периоды в 3, 4 и 12
минут,* в соответствии с периодами собственных
колебаний бассейна.
Когда в гавань Лос-А'нжелеса 1 апреля 1946 года
вошли волны цунами, их период, равный 15 минутам,
почти совпал с периодом собственных колебаний
гавани, и поэтому каждая новая волна увеличивала
высоту уже имевшихся в гавани волн. К счастью, число
волн цунами было не очень велико, и, против ожидании,
это стечение обстоятельств не причинило большим судам
серьезных повреждений.

Глава VI
ИМПУЛЬСИВНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ ВОЛН
Когда к поверхности воды внезапно прилагается
какая-то сила, возникают волны. Так, импульс, возникший
от камешка, брошенного в пруд, порождает серию волн,
имеющих вид концентрических кругов. В океане такая
же картина — только в несравненно больших
масштабах— наблюдается при землетрясениях, извержениях
вулканов, оползнях дна или ядерных взрывах. Серия
волн, вызванная таким толчком, зачастую несет
гигантское количество энергии и распространяется с огромной
скоростью. Такие волны, обрушиваясь на населенные
районы побережья, могут вызывать катастрофические
разрушения.
В обиходе с давних пор принято было называть
такие волны приливными —к немалому раздражению
американских океанографов, знающих, что приливы тут
совершенно ни при чем. Чтобы покончить с путаницей,
для этих волн предложили использовать японский
термин «цунами», который довольно быстро привился.
Правда, впоследствии было обнаружено, что слово
«цунами» по-японски значит ,не что иное как «прилив», но
теперь, по крайней мере, ответственность за
неразбериху можно было переложить на японцев.
СЕЙСМИЧЕСКИЕ ВОЛНЫ
Сейсмические волны — более узкий, описательный
термин, которым обозначают волны, вызванные
землетрясениями.
111

Существует несколько причин возникновения
сейсмических волн, две из них показаны на рис. 40 и 41.
Первая— это обычный сброс, при котором напряжение
земной коры под водой приводит к образованию
вертикальной трещины и часть дна опускается. При сбросе дно
внезапно перестает поддерживать столб воды, лежащий
Рис. 40. Возникновение цунами. Сброс в
коренных породах ведет к внезапному погружению
части ложа океана. Водная поверхность над
этой зоной также опускается, и возникает серия
сейсмических волн.
над ним. Поверхность воды приходит в колебательное
движение по вертикали, стремясь вернуться к исходному
уровню — среднему уровню моря, — и порождает серию
волн. Если коренные породы дна при сбросе не
уплотняются, то один блок выдвигается вверх по отношению
к другому, и в таком случае столб воды поднимается;
но результат при этом получится тот же самый —
цунами.
Другой причиной возникновения сейсмических волн
может быть оползень, вызванный близким
землетрясением. Если оползень начинается на берегу и в море
обрушиваются твердые береговые породы, волны
образуются по тому же принципу, что в волновом лотке,
оборудованном специальным волчнопродуктором типа «ны-
112

ряло»*. Пример такой ситуации приводится ниже. Если
же оползень происходит под водой, волны образуются
так, как показано на рис. 41. Разумеется, масштабы на
обоих рисунках сильно искажены — фактически водная
поверхность может опуститься всего на .несколько футов
Рис. 41. Возникновение цунами. Близкое
землетрясение приводит в движение массу рыхлых
донных отложений, скопившихся на выступе
крутого подводного откоса; возникает подводный
оползень.
при глубине океана во много тысяч футов, но если бы
мы стали выдерживать масштабы, то на рисунке
никакие изменения вообще бы не отразились.
Возникающие таким путем волны обладают очень
большой длиной и очень малой высотой. Период у них
бывает порядка 1000 секунд; длина волны достигает
150 миль; а высота на глубокой воде 1—2 фута.
Разумеется, передний склон гребня такой волны увидеть
нельзя, и в открытом море корабли не замечают ее
подхода.
Благодаря громадной длине, волны цунами даже на
самых больших глубинах перемещаются как волны
мелководья. Поэтому их скорость зависит от глубины:
C=Vgd.
113

Так, если £ = 32*ий=15 000 футов (средняя
глубина тихоокеанского бассейна), скорость волны в самых
глубоководных районах Тихого океана составит 692 фута
в секунду, или 472 мили в час. К счастью, Тихий океан
достаточно велик, и для того чтобы пересечь его, даже
волнам, идущим с такой скоростью, потребуется много
времени. За это время сейсмическая служба
предупреждения успеет оповестить население о надвигающемся
цунами.
Все, о чем говорилось до сих пор, происходит в
океане, вдали от населенных мест — там цунами не может
принести большого вреда. Гораздо страшнее эти волны
становятся при подходе к берегу. Под влиянием рельефа
морского дна и конфигурации берега длинная
глубоководная волна превращается в разъяренное
чудовище.
Первое цунами, о котором мы знаем из истории,
уничтожило город Амнисос на Крите около 1400 года до
нашей эры. Тысячелетие спустя, по свидетельству
древнегреческого летописца Паузаниаса, «под водами
Коринфского залива погиб город Элис, и жители его
утонули все до одного». До нас дошли записи примерно
о десяти цунами, наблюдавшихся на протяжении
первого тысячелетия до нашей эры. Теперь о
катастрофических последствиях цунами приходится слышать два-три
раза в год. Конечно, дело тут не в том, что возросло
количество подводных землетрясений, а в том, что
население земного шара резко увеличилось — в наши дни
населенные пункты и хозяйственные объекты
распространились на когда-то пустынные берега. Поскольку эта
тенденция явно будет развиваться, угроза человечеству
со стороны моря увеличивается с каждым днем.
Н. Г. Хек, сотрудник Береговой геодезической
службы США *, составил перечень самых разрушительных
сейсмических волн от древнейших времен до 1940 года.
Читая этот перечень, ясно видишь перед собой картины
бедствия — гигантские стены воды над обезумевшей
толпой, гавани, в которых погибают корабли,
промокших, охваченных паникой людей, которые чудом выжили
после удара первой волны и теперь спасаются бегством
от следующей. В табл. V приведены некоторые примеры
из'этого списка. *
114

Таблица V
Наиболее значительные сейсмические волны
14 сентября 1509 года.
16 декабря 1575 года.
25 марта 1751 года.
1 ноября 1755 года.
29 декабря 1820 года
13 августа 1868 года.
15 июня 1896 года.
16 марта 1926 года.
21 ноября 1927 года.
Турция. Море обрушилось на стены
Константинополя и Галаты в результате
землетрясения.
Чили. Огромная волна во внутреннем порту
Вальдивии. Два испанских галеона
потерпели крушение.
В четвертый раз за столетие значительная
часть города Консепсьон пострадала от
землетрясения. Море несколько раз
отступало от берега и, возвращаясь, с силой
обрушивалось на город.
Катастрофические разрушения на острове
Хуан-Фернандес.
Португалия. Знаменитое землетрясение в
Лиссабоне. У испанских и португальских
берегов — волны высотой от 15 до 40
футов. На Кадис обрушилось 18 гигантских
волн.
Город Макасар на острове Целебес.
Водяная стена высотой в 60—80 футов стерла
с лица земли форт Билекомба. Огромные
разрушения в пунктах Нипа-Нипа и
Серанг-Серанг. Такая же волна в Биме
(остров Сумбава) пронесла над
городскими зданиями корабли.
Южное Перу (ныне Северное Чили).
Корабль военно-морских сил США „Уотери"
заброшен на милю в глубь материка
волной, максимальная высота которой —
70 футов. Отступая, волна обнажила дно
залива Икике до глубины 24 фута и
затем, вернувшись — теперь уже в виде
волны высотой в 40 футов,— затопила
город Икике.
Северо-восточная Япония. В вершинах
заливов волны высотой до 100 футов; на
других участках побережья, общей
протяженностью 320 километров,— от 10 до
80 футов. 27 000 человеческих жертв;
унесено водой 10 000 домов.
Остров Палмерстон (острова Кука). Остров
полностью затоплен водой; жители
остались без средств к существованию.
Чили, район устья реки Айсен. Море
затопило берег на протяжении 25 миль.
Корабль „Маннесикс" вместе с экипажем
застрял в вершинах деревьев.
115

18 ноября 1929 года. Полуостров Бьюрин, Ньюфаундленд. Волна,
вызванная землетрясением в районе
Большой Ньюфаундлендской банки, проникла
в узкие заливы, достигнув высоты в 50
футов; разрушены поселки, хозяйству
нанесен большой ущерб.
При первом чтении записей Хека я решил, что в их
сжатости заключена их главная впечатляющая сила:
тут-то и должно разыграться воображение читателя. Но,
обратившись к подробным отчетам, которыми Хек
пользовался при составлении своего перечня, я убедился, что
никакое, даже самое буйное воображение не в силах
воссоздать действительный ход событий. Возьмем такой
пример.
Канонерское судно военно-морского флота США
«Уотери», принимавшее участие в военных действиях во
время войны Севера и Юга, стояло на якоре в бухте
Арика (Перу) в августе 1868 года, когда на бухту
обрушилась волна, о которой пишет Хек. По словам
очевидца, «волна необычайной высоты перенесла корабль через
весь город, выше крыш самых высоких домов, и
опустила его на какой-то песчаный пустырь за милю от берега.
Благодаря плоскому днищу корабль остановился на
ровном киле, и хотя он не имел возможности вернуться
в привычную стихию, он находился вне всякой
опасности. Ввиду этого корабль был передан на комиссию и
простоял на суше несколько месяцев, пока не был продан.
Все это время продолжалась повседневная служба,
претерпевшая, однако, некоторые изменения. На суше были
сооружены санитарные удобства; был разбит огород.
Самым важным нововведением была замена лодок
ослами. Если капитан хотел сойти «на берег», младший
боцман свистел в дудку и подавал команду: «Покинуть
корабль!» После этого старшина шлюпки бежал к
подъемной, стреле, спускал топенант к ослу и подтягивал осла
вдоль борта к трапу, который был специально удлинен,
чтобы доставать до земли. Капитан садился на осла и
отправлялся в дюны».
Автор этих строк хорошо помнит, как возник у него
самого интерес к цунами. 1 апреля 1946 года наша
полевая партия после пяти месяцев ежедневных наблюдений
над волнами и пляжами на северном побережье Тихого
океана вернулась в лагерь Беркли — на базу Калифор-
116

нийского университета. Первое, что мы услышали, был
вопрос: «А цунами видели?» Мы подумали, что нас
разыгрывают по случаю первого апреля, но, увы, вопрос
был задан всерьез. Оказалось, что накануне в районе
Алеутского желоба * произошел подводный оползень, и
вызванные им волны принялись опустошать
Тихоокеанское побережье. Проворонив цунами самым обидным
образом, мы кинулись собирать о нем все данные, какие
только могли найти.
Несколько ближайших дней мы провели в розысках:
опрашивали очевидцев, выясняли, до какого уровня
доходила вода, фотографировали разрушенные дома и
выброшенные на берег суда. Нам довелось услышать
любопытные истории, и почти в каждой был какой-
нибудь факт, проливавший свет на природу
сейсмических волн. Например, мы выяснили, что первый гребень
часто очень мал и может подойти незаметно, но сразу
вслед за ним наступает значительный спад воды.
В городке Хаф-Мун-Бей в это время партия
геодезистов составляла карту береговой линии для
предполагаемой постройки волнолома. Одному из участников
группы были даны указания держать футшток у самого
края воды. Когда вода внезапно отступила — это была
первая ложбина цунами, — он продолжал действовать
сообразно инструкциям и двинулся за ней. Как раз в тот
момент, когда инженер на створе начал недоумевать,
зачем понадобилось тащить футшток на пять футов ниже
уровня моря, — направление движения воды вдруг
изменилось, и наш усердный сотрудник со своим
футштоком неожиданно для себя прокатился на первом
большом гребне цунами.
Во время цунами могут обнажаться участки
твердого дна, которые нельзя увидеть ни при 'каких других
обстоятельствах. В том же Хаф-Мун-Бее во время
прохождения первой ложбины вся стоявшая на якоре
рыбачья флотилия благополучно села на мель, хотя обычно
в этом месте, где дно было песчаное, лодки оставались
в воде даже в самый сильный отлив. Но на мели им
пришлось пробыть недолго. Не прошло и десяти минут,
как лодки всплыли, протащили якоря на несколько сот
ярдов и снова оказались на суше — на этот раз посреди
булыжной мостовой, на 13 футов выше первоначального
уровня воды.
117

Внезапный спад воды — первая большая ложбина —
должен был бы служить сигналом опасности, но вместо
этого он привлекает любопытных, которые часто идут
догонять отступившую воду, подбирают по дороге
трепещущую рыбу и разглядывают обнажившиеся участки
дна, в то время как следовало бы бежать наверх,
подальше от моря. Часто им приходится расплачиваться
за свое любопытство. Этот длящийся несколько минут
спад воды, который не сопровождается видимыми
изменениями волн, напоминает иногда ускоренный отлив.
Точно так же идущие к берегу гребни в ряде случаев
могут маскироваться под общий подъем уровня воды —
фронт волны наблюдается не всегда. Такое
«подражание» приливу — с той разницей, что подъем и спад
успевают сменить друг друга за 12 минут вместо 12 часов,—
и дало скорее всего оонования неправильно именовать
цунами «приливной волной».
В этот же день в Калифорнии, в бухточке вблизи
Пасифик-Гроув, сидел на скамейке человек. Скамейка
стояла на 15 футов выше нормального уровня воды.
Задремав, он свесил руку со скамейки—и проснулся,
когда почувствовал, что рука в воде. Сама скамейка
была еще сухая, и, сидя на ней, он в оцепенении следил
за тем, как вода, медленно поднявшись, так же
медленно стала опускаться. В тот же самый момент по
соседству, в бухте Монтерей, гидробиолог Рольф Болин
заметил вокруг своего скифа не совсем обычные течения, но
никакого значительного подъема или спада воды не
наблюдал.
При срав:нении этих двух сообщений возникает
интересный вопрос: почему в двух пунктах, отстоящих друг
от друга всего на милю, наблюдается такая огромная
разница в высоте волны? Отчасти, по-видимому, это
объясняется тем, что бухта Монтерей открыта к волне,
а Пасифик-Гроув — в противоположную сторону*.
Несколько лет спустя, путешествуя по
Тихоокеанскому побережью, я не забывал цунами 1946 года и
продолжал собирать о нем сведения. В подавляющем
большинстве случаев сильнее всего тогда пострадали пункты,
экспонированные навстречу волне, и заливы с выходом
в противоположную сторону. Например, деревня Тайо-
хаи (на Маркизских островах), стоящая при вершине
узкого залива с выходом на юг и удаленная от эпи-
118

центра землетрясения на четыре тысячи миль, была
полностью уничтожена. Не больше повезло городу Хило
(остров Гавайи), который был вдвое ближе к эпицентру
и к тому же обладает изрезанной узкими проливами
береговой линией, как будто созданной для того, чтобы
притягивать цунами. Капитан корабля, стоявшего вдали
от порта в открытом море, с 'изумлением видел, как
город гибнет под ударами тех самых волн, которые
проходили под его кораблем, не причиняя ему вреда.
Другой корабль, «Бригэм Виктори», в это время разгружал
в порту лес. В столкновении с цунами он был сильно
поврежден, но не затонул, между тем как причал и все
портовые сооружения были разрушены. В то утро
в Хило погибло 173 человека, а убытки исчислялись
в 25 миллионов долларов.
Но самые большие волны первоапрельского цунами
обрушились на мыс Скоч на Аляске, отстоявший от
эпицентра всего на несколько сот миль. Пять человек несли
тогда вахту на маяке у входа в Унимакский пролив.
Двухэтажное здание маяка стояло на фундаменте,
поднимавшемся на 32 фута над средним уровнем моря, и
представляло собой надежно укрепленное,
бетонированное сооружение. Из пяти человек ни один не остался
в живых; как предполагают, маяк был уничтожен
разбивающейся волной, до ста футов в высоту, около 2 часов
40 минут утра. На следующий день самолет береговой
охраны, вылетевший к маяку для того, чтобы
установить причину прекращения радиосвязи, обнаружил
только остатки фундамента. Невдалеке от маяка волна
сорвала с бетонированного основания, возвышавшегося
над водой на 103 фута, укрепленную на.нем радиомачту.
СЛУЖБА ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ ЦУНАМИ
Под значительным влиянием событий в Хило, по
инициативе Береговой геодезической службы США была
создана сейсмическая служба предупреждения. Суть ее
деятельности состоит в следующем. На Тихоокеанском
побережье от Филиппин до Аляски и от Перу до Японии
имеется десять сейсмографических станций,
оборудованных автоматическими сигнальными системами и записы-
119

вающими устройствами. Как только на станции
регистрируются подземные колебания, раздается сигнал
тревоги, и полученные данные передаются в
сейсмографический центр, в Гонолулу. Если произведенный там анализ
сроков регистрации первого подземного толчка (по
данным ряда станций) покажет, что эпицентр
землетрясения находится в океане, устанавливается радиосвязь
с ближайшими к эпицентру контрольными постами по
измерению приливов. Им сообщается предвычисленный
срок возможного появления цунами, и каждый пост
в свою очередь обязан доложить, появились ли в
контролируемой им 30iHe сейсмические волны. Если поступают
сведения о необычайной активности волн, станция
ставит об этом в известность местные власти (организацию
противовоздушной обороны и полицию) в районах
побережья, которые могут оказаться в опасности. В
настоящее время станции не составляют прогнозов высоты
волн, но это, вероятно, тоже станет возможным в
недалеком будущем.
За первым'и шагами службы предупреждения цунами
внимательно следил Уолтер Мунк — один из
инициаторов ее организации. Проезжая в 1950 году через Хило»
он поинтересовался, как работает там сигнальное
устройство. Оказалось, что принцип его действия таков: на
дальнем конце мола был установлен измерительный
прибор, улавливающий волны с периодом в диапазоне
тысячи секунд, т. е. занимающие какое-то среднее
положение между приливами и зыбью. Когда этот
высокочувствительный прибор засекал приближение цунами,
в полицейском участке на берегу раздавался звонок, и
оставалось только предупредить население, которое
вполне могло успеть перебраться в более высокую часть
города.
Тем не менее начальник полиции, который
недолюбливал всякие новомодные штучки, издал приказ о том,
что сигнал тревоги в городе может быть подан только
после того, как он лично свяжется по телефону с
наблюдателем на молу и после того, как этот последний
подтвердит наличие непосредственной опасности,
основываясь на показаниях мареографа. Не говоря уже о том,
что при самых благоприятных обстоятельствах такой
способ влечет за собой промедление, начальник полиции,
очевидно, исходил из того, что цунами может подойти
120

к берегу только в рабочее время. Но даже если так, что
подумал бы начальник полиции, если бы его телефонный
звонок вдруг остался без ответа? Что дежурный
наблюдатель просто пошел прогуляться или что его вместе
с молом и мареографом уже смыла волна? Правда,
при таком способе действий исключались ложные
тревоги.
Пару лет спустя, когда на Хило успело обрушиться
несколько солидных цунами, профессор Мунк отметил,
что отношения между океаном и начальником полиции
эволюционировали в сторону взаимного уважения.
Ясно было одно: города Тихоокеанского побережья
нуждаются в надежной службе предупреждения.
Первые годы работы, когда успешные меры по
предупреждению небольших цунами чередовались с ложными
тревогами, позволили выявить и устранить недостатки
системы, и в 1960 году служба предупреждения во
всеоружии встретила одно из самых крупных цунами нашего
столетия.
22 мая 1960 года сильное землетрясение (8,5 балла)
потрясло побережье Чили. Подземные толчки
сопровождались извержением вулкана, многочисленными
сбросами, оседаниями и оползнями. В радиусе 250 миль
от эпицентра погибло 4000 человек, был разрушен один
миллион жилых домов, а хозяйственные убытки
исчислялись в 400 миллионов долларов. Одновременно
параллельно берегу произошел значительный сдвиг твердых
пород на подводном склоне. Возникло цунами, грозную
силу которого почувствовало все Тихоокеанское
побережье.
На побережье Чили были опустошены десятки
городов. Города на берегах Новой Зеландии, Австралии,
Филиппинских островов и острова Окинава были
затоплены на несколько футов. В США, в гаванях
Лос-Анжелеса и Сан-Диего были разрушены .причалы и разбиты
десятки судов; ущерб исчислялся в миллион долларов.
В Японии, за девять тысяч миль от места зарождения,
волны цунами достигали пятнадцатифутовой высоты.
Там погибло 180 человек, и убытки достигли 50
миллионов долларов.
Самый сильный удар обрушился снова на город Хило
(остров Гавайи). И хотя экономический ущерб на этот
раз оказался серьезнее, чем в 1946 году, население было
121

вовремя предупреждено и обошлось почти без
человеческих жертв. Выписки 'из вахтенного журнала
находящейся в Гонолулу обсерватории Берегового и
геодезического контроля воссоздают картину продвижения
цунами.
09 38. Сигнал тревоги — далекое землетрясение.
09 59. Запрошены данные других станций.
10 14, 11 20. Поступили сообщения с сейсмографических станций
в Беркли, Таксоне, Фэрбенксе, Суве.
10 59. Запрошены данные о высоте прилива в Бальбоа
(зона Панамского канала).
11 59. Полиции и военным властям в Гонолулу направлен
бюллетень:
«Передаем предварительный сейсмический
бюллетень. В Чили сильное землетрясение. Возможно
возникновение опасной сейсмической морской волны. При
наличии волны она будет у гавайских берегов около-
полуночи».
12 04. Из Вальпараисо получено сообщение о цунами у
берегов Чили.
13 40. Выпущен бюллетень, подтверждающий возможность
появления волны.
18 47. Выпущено официальное предупреждение:
«Передаем предупреждение о сейсмической
морской волне. Π ре д вычисленное время появления первой
волны у гавайского побережья — полночь.
Угрожаемое положение может продлиться несколько часов.
Интенсивность волны заранее определена быть
не может».
(Следуют сроки появления волны для острова
Гаити, острова Рождества, островов Самоа и Фиджи,
острова Кантон, острова Джонсона, острова Мидуэй.)
19 24. Сообщение из Бальбоа — волны нет. Такое же
сообщение с острова Рождества.
22 23. Сообщение с Таити о необычайной активности волн
(первое сообщение о цунами после сигнала из Чили).
22 55, 00 11. Самоа и Ла-Холья сообщают о подъеме уровня
воды.
00 35. Радио сообщает, что в Хило отмечена необычайная
активность волн.
Об 11. Местные органы власти дают сигнал отбоя.
«Необычайная активность волн», которая началась
в Хило почти точно в полночь, заключалась в подходе
серии волн, гребни которых поднимались на 15 футов
выше уровня полной воды. Эти водяные стены, которые
следовали одна за другой, прокатились по городу и
буквально стерли с лица земли семь жилых кварталов. На
графике (рис. 42) воспроизведены показания местного
199

уровнемера (мареографа), вышедшего из строя после
второй волны. Хорошо заметна внезапность атаки
цунами.
Для защиты хозяйственных объектов от цунами
практически ничего нельзя сделать. Работы по изменению
12 14 16
Время,часы
Рис. 42. Запись цунами по данным мареографа в Хило
(Гавайские острова). В полночь 23 мая 1960 года на
город внезапно обрушились огромные сейсмические
волны, в результате чего он сильно пострадал. На
шкале прибора, который в обычных условиях
регистрирует приливы с амплитудой 4 фута, с обеих сторон
были отмечены предельные величины, после чего
мареограф был разбит третьей по счету волной.
/ — верхний предел шкалы; 2 — средний уровень моря; 3 —
момент аварии.
рельефа дна или постройка достаточно большого
волнолома потребовали бы фантастических затрат; правда,
возможность таких мероприятий сейчас проверяется на
моделях вблизи Хило. Может быть, лучший выход для
жителей Хило— переселиться выше, в глубь материка,
а на месте приморских улиц разбить парк в честь
цунами. Если Хило будет держаться за свою территорию,
то в будущем он еще не раз подвергнется нашествию
сейсмических волн.
Удивляться нужно не волнам, а тому, как в общем
спокойна и устойчива поверхность океана. На фоне
гигантских масштабов его площади и глубины
поверхностные изменения — волны ή приливы — представляются
123

ничтожными. Важны они только для людей, живущих
на берегу.
Интересный случай сейсмической волны, возникшей
после оползня На суше, был зарегистрирован в заливе
Литуя (Аляска). Залив и его окрестности являются
областью высокой сейсмической активности. Берега
залива крутые; в вершину залива сползают два ледника;
в центре его находится остров Сенотаф; поперек входа
в залив тянется песчаная коса, не пропускающая
большие волны; поэтому Якорная бухта, расположенная
неподалеку от мода в залив, считается у местных
рыбаков вполне надежной.
9 июля 1958 года, когда два рыболовных судна,
«Бэджер» и «Санмор», стояли на якоре в заливе, как
раз за косой, началось сильное землетрясение. От
толчка ,на берегу произошло несколько оползней — в
результате чего со склонов окружающих гор, с высоты 1800
футов над уровнем моря, в вершину залива обрушился лес
и грунт; одновременно в воду рухнули огр'омные глыбы
льда, оторвавшиеся от ледников.
Шкипер «Бэджера», очевидец событий, дал весьма
впечатляющее описание их результата. Он почувствовал
подземный толчок, бросил взгляд на берег и увидел, как
в вершине залива возникла первая сейсмическая волна.
Когда она проходила мимо острова Сенотаф, высота ее,
по мнению шкипера, была порядка 50 футов
(позднейшие подсчеты показали, что, скорее всего, она была
много выше). Волна обрушилась на Якорную бухту,
перенесла «Бэджер» через косу, подняв его в воздух
футов на сто, и швырнула в открытое море. Там судно
пошло ко дну, но, к счастью, шкипер успел спустить
шлюпку, и вскоре его с женой подобрало другое рыболовное
судно. Второму из двух судов — «Санмору» — не
повезло: волна ударила его о клиф, и ни от корабля, ни от
команды не осталось никаких следов.
Область действия этой высокой волны оказалась
ограниченной. Несколько необычные обстоятельства,
способствовавшие ее возникновению, заставляют
задуматься о том, какие волны могли рождаться в
отдаленные геологические периоды — миллиарды лет назад.
Попробуйте представить себе водяные стены, которые
вздымались к небу, когда в воду вдруг обрушивались
124

целые горы, или когда происходило резкое изменение
периметра материка, или когда в океан падал огромный
метеорит — камешек, брошенный в земную лужу.
ВОЛНЫ, ВЫЗВАННЫЕ ВЗРЫВАМИ
Источником цунами может быть также взрыв
большой силы. К счастью, взрывы случаются гораздо реже,
чем подводные землетрясения. Классический образец
такого цунами связан с извержением вулкана Кракатау
в Зондском проливе (Малайский архипелаг). Лучше
всего об этом расскажут выдержки из доклада очевидцев:
«Извержение Кракатау сопровождалось взрывами,
превосходящими по силе все наблюдавшиеся до сих пор.
Была снесена вся северная часть острова,
расположенная на высоте около 700 футов над уровнем моря; на
площади в десять квадратных миль возникла глубокая
впадина, дно которой оказалось на 900 футов ниже
уровня моря. Очевидно, накопившиеся в недрах вулкана
горячие испарения прорвали горловину кратера, и
благодаря охлаждающему действию вод океана
расплавленная магма застыла в виде корки, образовав своего рода
предохранительный клапан. В таких условиях давление
в недрах вулкана продолжало расти; наконец утром
27 августа 1883 года корка не выдержала. Взрывом
были сброшены каменные массивы объемом до четырех
кубических миль; море на несколько миль вокруг
покрылось слоем пемзы, достигавшим в иных местах такой
толщины, что суда не могли пробить себе дорогу. В
проливе образовалось два новых острова; маяки были
уничтожены. В воздух поднялся столб пыли высотой
в 17 миль; пыль разнеслась так далеко, что в Батавии,
за 100 миль от Кракатау, небо в полдень казалось
черным, и жители в домах жгли огонь. Постепенно эта
пыль под влиянием ветров рассеялась в стратосфере
вокруг Земли. Главный взрыв был слышен на расстоянии
трех тысяч миль, а возникшая в атмосфере ударная
волна отражалась в противоположных полушариях.
Однако наиболее разрушительное действие произвели
волны; они полностью затопили берега Явы и Суматры,
граничащие с проливом. Вода смыла многие
населенные пункты, включая Тирингин и Телукбетунг, где море
125

поднялось до 60 и 72 футов. На город Мераук, стоящий
при вершине воронкообразного залива, обрушилась
волна, высота которой, по мнению одних, составляла 100,
по мнению других — 135 футов. Утонуло более 36 тысяч
человек; на берег было выброшено множество кораблей,
среди них военное судно «Бероу», занесенное волной на
1,8 мили в глубь материка и осевшее на высоте 30 футов
над уровнем моря.
Каким образом возникла эта волна — в результате
ли того, что обломки островов низверглись в море, или
как следствие внезапного подводного взрыва,
сопровождающегося резким сдвигом земной коры на дне океана,
или оттого, что во время извержения вулкана в
разрушенный взрывом кратер хлынул поток воды, —
установить не удалось и, по всей видимости, не удастся».
Волны распространились к западу от Зондского
пролива в Индийский океан, обогнули мыс Доброй
Надежды и двинулись на север, в Атлантику. Уровнемеры
в гаванях Южной Африки (за 4690 миль от источника),
на мысе Горн (за 7820 миль) отметили серию волн,
числом более десяти, которые шли со скоростью до 400 миль
в час. Период волн вблизи источника взрыва, по данным
измерительных приборов, составляет около двух часов,
на больших расстояниях он сокращается примерно
наполовину. Этому факту пока трудно дать
удовлетворительное объяснение, но такая же зависимость периода ог
расстояния отмечалась во время цунами в мае 1960 года.
В начале 1952 года автору этих строк поручили
произвести измерения волн от первого крупного
термоядерного взрыва (известного под названием «Майк»). Взрыв
должен был быть произведен на подводном рифе в
северной части атолла Эниветок на Маршалловых
островах. Было ясно, что при взрыве возникнут волны, но
каков будет их механизм и размеры, никто не знал. На
мой взгляд, самым лучшим руководством мог послужить
доклад Британского королевского общества о Кракатау;
я составил обширный конспект этого доклада — из него
и приводились предыдущие выдержки. Предполагалось,
что количество энергии, освободившейся в результате
взрыва, будет примерно такое же, как при главном
взрыве Кракатау.
За шесть лет до этого, при подготовке первого
ядерного испытания под водой (в лагуне Бикини), проводи-
126

лись многочисленные эксперименты по моделированию
волн, имевшие целью предвычислить размеры и период
взрывных волн и способ их образования. В пруды
закладывалась взрывчатка; в водоемы, где была установлена
модель атолла, сбрасывались стальные диски. Шум и
плеск стоял страшный, составлялись бесконечные списки
данных, возникало множество разных теорий. Но даже
после того как были сфотографированы и изучены
волны, в действительности возникшие от взрыва в лагуне
Бикини, механизм образования этих волн во многом еще
оставался неясным.
Взрыв 1952 года готовился в других условиях. Он
должен был быть произведен на уровне моря, на
плоском рифе шириной в одну милю. С одной стороны
атолла находилась мелководная лагуна, глубина которой
нигде не превышала 200 футов. С другой стороны атолл
круто обрывался в океан глубиной более 12 000 футов.
Все это неприятно 'напоминало Кракатау, а между тем
необходимо было избежать возникновения сильного
цунами. Если бы взрывная волна образовалась на большой
глубине, она могла бы причинить разрушения на всем
побережье Тихого океана.
Предполагалось, что взрыв оставит в рифе огромную
воронку, но пострадает ли от взрыва кромка рифа? Если
это случится, то сразу же вслед за взрывом может
возникнуть волна — либо в результате того, что
отколовшийся каменный массив обрушится в воду, либо от того,
что океан хлынет в образовавшуюся трещину. Но
эксперты утверждали, что до края рифа воронка не
дойдет. Тогда, может быть, взрывной толчок вызовет
оползень на внешней стороне атолла? Другие эксперты
отвергали такое предположение, ссылаясь на
недостаточную крутизну склона. Может быть, волну вызовет
внезапное повышение атмосферного давления после
воздушного толчка? Это могло произойти, и хотя трудно было
с точностью вычислить размеры волны, мы были
уверены, что она не представит опасности для населения
Тихоокеанского побережья.
Действительная картина волн, возникших в
результате взрыва, совпала с предвычисленной: хотя взрывная
воронка достигла мили в поперечнике и 600 футов в
глубину, она не повредила внешний край атолла.
Масштабы цунами были невелики.
127

В период подготовки взрыва я предложил одному
способному молодому ученому из Океанографического
института Скриппса, Биллу Ван-Дорну, заняться
установкой аппаратуры для измерения характеристик
предполагаемого цунами на удаленных от атолла Эниветок
островах Уэйк, Гуам и Мидуэй. После долгах уговоров
он взялся за это дело и очень им увлекся, так что теперь
доктор Ваи-Дорн — один из лучших мировых
специалистов в области цунами. Во время Международного
геофизического года, когда ему поручили организовать
измерение волн длинных периодов, он попросил меня
поехать вместе с ним на острова южной части Тихого
океана и помочь привести в действие систему волномеров.
Будучи многим ему обязан, я не смог отказаться и
провел этот год на Таити и близлежащих островах, где
добывается жемчуг.
ВОЛНЫ, ВЫЗЫВАЕМЫЕ ДВИЖЕНИЕМ КОРАБЛЯ
(СУДОВЫЕ ВОЛНЫ)
Любое нарушение равновесия водной поверхности,
в том числе движение корабля, влечет за собой
образование волн. Но судовые волны имеют свои особенности,
и их изучение преследует иные задачи, чем изучение
волн, которые рассматривались до сих пор. Дело в том,
что значительная часть энергии, которая должна
приводить корабль в движение, расходуется на образование
волн, и потому любые меры, направленные на
уменьшение такого расхода, ведут к более эффективному
использованию энергии двигателя, а следовательно, имеют
прямое экономическое значение. Вот почему многие
виднейшие имена в области гидродинамики — это имена
ученых, занимавшихся как раз проблемой таких волн:
я имею в виду Бернулли, Келвина, Рэнкина и Фрудов.
Движение корабля в воде создает давление по
крайней мере в трех направлениях, и возникает не одна, а
несколько серий волн. Кроме того, движение корабля
сопровождается волнообразными колебаниями, которые
нельзя назвать волнами в строгом смысле слова — они
не обладают повторяющимся рисунком и располагаются
только в непосредственной близости от корабля. Эти ко-
128

лебания опытный наблюдатель может увидеть и
простым глазом, если корабль движется в спокойной
прозрачной воде с малой скоростью. Они образуют так
называемую волновую систему Бернулли; в общем виде их
схема такова: две низкие выпуклости — одна впереди
судна, другая за кормой — и обширная впадина в
средней части судна. Согласно теореме Бернулли, такая раз-
2-,
Рис. 43. Схема волн, образующихся при
перемещении точки, в которой сосредоточено давление,
или при движении небольшого судна (по
Келвину).
/ — поперечные гребни; 2 — линия пересечения гребней;
3 — точка, к которой приложено давление; 4 —
расходящиеся гребни.
новидность стоячей волны — непременное следствие
движения корабля.
Келвин проанализировал вид волн, возникающих при
перемещении по прямой давления, приложенного в
точке. Такие волны можно получить, если мы опустим в
спокойную воду палочку и будем передвигать ее, сохраняя
ее вертикальное положение. Такая же картина
получится при движении лодки в просторном водоеме по
гладкой воде. Для системы Келвина характерны следующие
особенности: 1) расходящиеся волны — ступенчатый ряд
вогнутых гребней; 2) поперечные волны, гребни которых
обращены выпуклостью по ходу судна и
перпендикулярны направлению движения; 3) линия пересечения
гребней, где расходящиеся и поперечные волны
перекрещиваются под постоянным углом к направлению движения.
Все это показано на рис. 43; жирные линии обозначают
видимые при обычных условиях отрезки гребней.
129

Для больших кораблей, корпус которых занял бы
значительную часть приведенной выше схемы,
математически идеальную систему Келвина пришлось заменить
более реальной системой волн Велокс. Поскольку вдоль
судна расположено несколько волнообразующих точек —
обычно это места перегиба по ватерлинии, — то при
движении судна мы имеем самое меньшее четыре системы
Рис. 44. Системы волн Бернулли и Велокс,
возникающие при движении корабля. В зависимости от
скорости корабля эти системы сложным образом
интерферируют.
/ — ватерлиния в состоянии покоя; 2 — нос; 3 — носовые
и кормовые плечи; 4 — корма.
Велокс по каждому борту. Кроме того, ведущая к
образованию волн концентрация давления в одной точке
может быть вызвана внезапной переменой курса. На рис. 44
показаны четыре основные волнообразующие точки: нос
корабля, носовое плечо, кормовое плечо и корма.
Заметьте, что нос и корма создают положительное
давление, и волны начинаются с гребня; отрицательное
давление у плеч образуют ложбину. Если найти алгеб;раиче-
скую сумму вертикальных перемещений водной
поверхности, мы получим в результате приблизительный вид
волны, образующейся вдоль борта корабля.
К счастью, характер таких волн можно выявить
заблаговременно: волны, возникающие при испытании
модели в искусственных условиях, 'воспроизводят в миниа-
130

тюре будущие волны и позволяют выверить все
теоретические расчеты, так что автор проекта, еще задолго до
его реализации, знает, как будет вести себя корабль.
Все эти системы волн в зависимости от скорости
судна меняют свои размеры и весьма сложным образом
накладываются одна на другую. С увеличением скорости
судна волны удлиняются. Конечно, длина самого судна
остается постоянной, и каждая новая волна возникает
все в той же точке изгиба. Но теперь второй и третий
гребни внутри каждой системы продвигаются дальше за
корму; при определенной скорости эти волны могут
усилить волны следующей системы — или,, наоборот,
нейтрализовать их. Таким образом, система волн вокруг
движущегося корабля видоизменяется с изменением
скорости.
Незначительно погруженное в воду тело обтекаемой
формы — например подводная лодка на перископной
глубине — также может вызвать волны на поверхности.
При движении лодки над ее носом, кормой и средней
частью образуется система Бернулли и поперечные
волны по системе Велокс. Таким образом, даже подводная
лодка, если она идет на небольшой глубине, расходует
часть своей энергии на образование волн.
Движущееся судно может быть причиной
возникновения волн на поверхности раздела между двумя
слоями воды разной плотности. В районах быстрого таяния
льдов или вблизи устьев больших рек поверх соленой
морской воды обычно располагается слой пресной
воды— если они и смешиваются, то очень незначительно.
Наличие такого слоя замедляет продвижение судов,
идущих с небольшой скоростью: львиная доля их
двигательной энергии идет на образование волн между
слоями соленой и пресной воды. «Подводные» волны обычно
обладают гораздо большей высотой и меньшей
скоростью, чем видимые волны, одновременно с ними
возникающие на поверхности.
Это явление известно под названием «эффект
Холлов» — по имени двух братьев, изучавших его
экспериментальным путем в Эдинбурге в 1830 году. Много лет
спустя В. Экман, заинтересовавшись странными
рассказами норвежских рыбаков о лодках, «застревающих»
в «мертвой воде» фьордов, предложил следующее
объяснение.
131

Глубокая и неподвижная морская вода фьорда
«затопляется» слоем пресной воды. Нос лодки, двигаясь
в менее плотном верхнем слое, создает локальное
повышенное давление, « поверхность раздела слоев
прогибается, как если бы между слоями была натянута
тонкая перепонка. В результате этого на поверхности соле-
Рис. 45. Эффект Холлов. При медленном движении
небольшого судна возникают волны на границе слоев пресной и
соленой воды.
/ —· слой воды малой плотности; 2 — плотный слой воды; 3 — впадина,
в которой образуются волны.
ной воды возникает серия волн, двигающихся со
скоростью примерно в 8 раз меньшей, чем волны на границе
между водой и атмосферой. Эти волны плотно
охватывают лодку и образуют с ней как бы единое движущееся
целое. При таких обстоятельствах сопротивление ходу
лодки увеличивается за счет сопротивления идущих
с большими интервалами волн. Этим и объясняется тот
факт, что если лодка замедлит ход и попадет в
положение, показанное 'на рис. 45, то вырваться из плена
бывает нелегко. Чтобы избежать этого, Экман
порекомендовал рыбачьим лодкам все время сохранять скорость
свыше 5 узлов.
КАТАНЬЕ НА БУРУНАХ
Небольшие суда и живые существа (включая
дельфинов и спортсменов) могут «занимать» энергию у волн
и развивать значительную скорость, соскальзывая по
переднему склону двигающейся волны.
Передвигающийся таким способом объект испытывает воздействие так
называемой скатывающей силы, изображенной на рис. 46
в виде равнодействующей двух сил — силы тяжести и
выталкивающей силы (которая всегда направлена по
перпендикуляру к поверхности воды). Когда скатываю-
132

щая сила превышает гидродинамическую (силу
лобового сопротивления воды), объект перемещается со
скоростью гребня волны. Секрет этого спорта состоит в том,
чтобы привести в дижение доску, на которой вы стоите,
и распределить свой вес таким обраом, чтобы
скатывающая сила начала действовать в тот момент, когда под
Рис. 46. Скатывающая сила несет вперед
спортсмена и дельфина (по Гарольду Сондерсу).
/ — выталкивающая сила; 2 — сила тяжести; 3 —
скатывающая сила; 4 — поверхности постоянного давления.
вас подкатывается волна. Бели доска к тому же
повернута под определенным углом к волне, вы будете
двигаться со скоростью, превышающей скорость волны.
Машины-амфибии, работающие в зоне прибоя, не
только могут принять нужное для такого «катанья»
положение, но при наличии больших разбивающихся волн
используют и еще один дополнительный эффект. Их
передние оси свисают вниз, образуя вертикальную
поверхность, па которую могут давить частицы воды,
совершающие орбитальное движение. Спортсмены, опустив
кисти рук ниже туловища, могут таким же способом
увеличить свою скорость.
133

Граница между водой и атмосферой представляет
собой поверхность постоянного давления. Под нею
расположены другие, параллельные ей поверхности
постоянного давления, на которых образуются волны,
повторяющие рисунок видимых волн наверху. Этим пользуются
дельфины. Они обладают хорошей плавучестью и умеют
придать своему телу положение, совпадающее с углом
наклона волны на одной из подводных поверхностей
постоянного давления. Скользя вперед на волнах,
возникающих в носовой части движущегося судна, дельфины
могут сопровождать корабль на какие угодно
расстояния, совершенно не тратя на это сил. Очевидно,
дельфину помогает и то, что его гладкая кожа почти не
оказывает встречного сопротивления скатывающей силе под
водой.
Таким образом можно кататься и на волнах,
возникающих по ходу корабля. Помню, мальчишками на
Гудзоне мы забирались в лодку, потом, отчаянно гребя,
устанавливали ее в нужное положение позади
отваливающего от берега парома — и до другого берега могли
сидеть сложа руки. Иногда только приходилось слегка
подруливать, чтобы удержать лодку в постоянном
положении на крутом склоне первой поперечной волны
в кильватере парома.
Мало этого —суда могут скользить и.на собственных
волнах. В те дни, когда для перевозки грузов по каналу
использовался гужевой транспорт, лошади «открыли»,
что если при подходе к узкой части канала приналечь,
то потом тащить становится гораздо легче — баржа
скользит на собственных волнах. Об этом написал
в 1768 году Вениамин Франклин, путешествовавший по
каналам Франции. Много лет спустя такие же
«летающие лодки» наблюдал на каналах Шотландии Скогт
Рассел. Там применялся тот же «весьма выгодный
метод, позволяющий увеличить скорость перевозки грузов
и пассажиров».
Каналы были мелководные (вероятно, их глубина не
достигала и четырех футов), так что волны двигались
со скоростью, отвечающей C=]/g"d, около 10 футов
в секунду (7 миль в час). Когда канал внезапно сужался
и высота носовой волны увеличивалась, умная лошадь —
или умный водитель — только посмеивались себе под
134

нос, зная, что сейчас переложат свой груз на плечи волн
и смогут передохнуть.
В 1946 году о важности этих волн напомнил
интересный и поучительный случай, происшедший с флотилией
барж на реке Миссисипи. Флотилия состояла из
одиннадцати звеньев общей дл'иной 1200 футов, и ее тянуло
буксирное судно «Гарри Трумэн». Однажды, после
многих благополучных рейсов, носовое звено — баржа
длиной в 100 футов и шириной в 54— вдруг, как мячик,
выскочила из воды и взлетела вверх на 12 футов,
разорвав всю флотилию. Было ясно, что наскочить на дно
она не могла; расследование показало, что нос баржи
прошел над мелью, и высота (носовой волны внезапно
увеличилась. Выходит, что корабль (или, по крайней
мере, караван барж) может погибнуть в собственных
волнах!

Глава VII
ИЗМЕРЕНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ВОЛН
Прогресс науки в большой степени зависит от
возможности проведения более точных измерений. Именно
поэтому значительная часть волновых исследований
в последние годы была направлена на создание новых
приборов и совершенствование методов измерения волн.
Понимание того, как именно и для чего производятся
измерения, позволяет нам глубже уяснить себе механизм
развития волн.
До начала сороковых годов непосредственное
наблюдение, съемки и измерения мареографом были
основными из доступных ученым средств изучения волн.
Исследователь вел наблюдения над морем и делал записи: он
отмечал число секунд между прохождением
последовательных гребней через створ (или нос корабля), и
высоту каждой волны. Способ этот не очень удобен для
работы ночью или во время движения судна. Помимо
всего прочего, он требует непрерывного 'наблюдения над
поверхностью моря, так как иначе можно пропустить
какие-нибудь малозаметные явления. При составлении
многочисленных и не слишком надежных сводок и
таблиц теряется динамика волн. В действительности гребни
перекрещиваются, вторичные волны движутся на
склонах крупных волн, а на некотором расстоянии от
наблюдательного пункта гребни сливаются с ложбинами волн.
И повсюду в море, разве что за исключением
прибрежной полосы, где влияние дна стремится «упорядочить»
волны, возникают сложные явления, настолько
запутанные, что их не может охватить глаз и удержать память.
Наблюдения дают нам только самое общее
представление о море. Поэтому вполне понятно, что понадобились
измерительные и регистрирующие приборы.
136

ВОЛНОВЫЕ НАБЛЮДЕНИЯ
Первое, что требовалось для более точного
наблюдения,— это как бы остановить движение и с помощью
фотографии «заморозить» рельеф морской поверхности.
После этого можно было не спеша и тщательно изучить
снимки, фиксировавшие состоящие морской поверхности
в какой-то определенный момент. По мере развития
техники фотографирования на смену отдельным кадрам
пришли стереопары — снимки, сделанные
фотоаппаратами, установленными на корабельных мачтах. Это дало
возможность определять высоты волн и контуры их
гребней на поверхности моря. Затем для съемки стали
использовать кинокамеру. Это позволило зафиксировать
волны в самых разнообразных условиях — при сильных
штормах на море и в момент их разбивания у берега.
Замедленной съемкой стали пользоваться для изучения
волн в волновых лотках, а ускоренной (покадровой) —
при наблюдениях в портах. Иногда, для того чтобы
получить на снимке масштаб, применялись индикаторы,
такие, как плавающие диски, а также вехи с делениями
на футы. Волновая веха — это тонкая вертикально
плавающая трубка. Часто к ней с помощью резинового
троса прикрепляется горизонтальный демпфер, *
расположенный на небольшой глубине, который сводит до
минимума вертикальные колебания вехи при прохождении
волн.
Аэрофотосъемка открыла новые возможности для
исследования волн. Анализ точно зафиксированных во
времени фотографий позволил разработать методы промера
глубины на подходе к берегу, занятому противником.
Полевой отряд Отдела прогнозов волнения получил
серию снимков, на которых прибойная зона была
сфотографирована синхронно с самолета, летящего на высоте
12 000 футов, с вершины клифа и с пляжа.
Синхронизация съемки осуществлялась с помощью радиоимпульса.
Анализ кадров помог определить тип двигающихся к
берегу волн и характер влияния на них подводного
рельефа. Уолтер Мунк использовал «кокс-линзу» * (линзу,
помещенную на расстоянии от камеры) для фиксации
солнечных бликов на поверхности моря, по которым он
определял средний уклон волн и элементы волнового
спектра при различных ветровых условиях.
137

Дополнительно к фотографическим методам
измерения и регистрации морских волн были испробованы
также звуковые и радиоволны. С самолета, летящего на
небольшой высоте бреющим полетом, с помощью
радиоальтиметра можно определять высоты волн. Для того
чтобы зафиксировать колебания взволнованной
поверхности моря, на подводных лодках используют эхолот,
направленный вверх с подводной лодки. На мелководье
эхолот иногда устанавливают на небольшой шлюпке, и
таким образом удается получить приблизительную
картину волн, поднимающих и опускающих шлюпку
относительно дна. Но большую часть этой измерительной
техники можно назвать скорее инструментами, чем
приборами. Она облегчала наблюдение за волнами,
сокращала объем данных, которые должен был держать в
памяти и сопоставлять исследователь. Между тем от
настоящего прибора требуется нечто большее. Он
расширяет границы действия наших органов чувств и дает
возможность изучить то, что не поддается простому
чувственному восприятию. Большая часть современных
приборов появилась в конце второй мировой войны,
когда исследовательская работа диктовалась
необходимостью предсказать или как-то определить волновые
условия у берега, занятого противником, чтобы провести
десантную операцию.
История всякого прибора начинается с анализа
свойств исследуемого предмета. Какие характеристики
волн можно определить и измерить?
В табл. VI мы приводим свойства волн, подлежащие
измерению, и список наиболее употребительных
приборов. Несмотря на то что этот список довольно велик, он
далеко не полон. Может быть, читателю придут в голову
■еще какие-нибудь способы измерения волн. Вполне
вероятно, что он еще раз, заново, изобретет уже ранее
придуманные приборы, так как на сегодняшний день
кажется, что все возможности уже использованы.
Как ни странно, большое разнообразие имеющихся
приборов не только не удовлетворяет спрос, но
побуждает исследователей изобретать все новые и новые
приборы, основанные непременно на каком-нибудь
другом принципе.
138

Таблица VI
Способы и приборы для измерения волн
Регистрируемое
свойство
Отражение света
Уровень
взволнованной
поверхности моря
Давление у дна
Средства
измерения
Визуальное
наблюдение
Фотокамера
Поплавок в трубке
Веха
Анероидный
барометр
Радиоволны
Эхолот
Мареограф
ступенчатого
сопротивления
Электропара
Гибкие сильфоны*
плюс:
трубка Бурдона
потенциометр
различные
катушки
индуктивности

термоэлектрический элемент
биметаллический
датчик
Пневматический
датчик
Способ применения
Слишком много способов,
которые невозможно
здесь перечислить*
Стандартный мареограф
На больших глубинах с
помощью демпфера
Регистрирует колебания
судна
Радиоальтиметр на
низколетящих самолетах
Направленный вниз с буя
на мелководье или вверх
с датчика,
установленного на подводной лодке
на глубине
Вода замыкает контакты
электрической цепи
Для экспериментов с
мелкими волнами в лотке
Трубка, изгибаясь,
передвигает перо
Мост сопротивления и
гальванометр
Измеряет изменения в
магнитном поле
Для измерения
адиабатического нагрева воздуха
Измеряет изменения
длины металла
Передает на поверхность
измеренную величину
через воздушный шланг
139

Продолжение
Регистрируемое
свойство
Движение воды
(скорость и
ускорение)
Лобовое
сопротивление
Направление
Сила удара
Средства
измерения
Вибратор
Акселерометр
Акселерометр,

скомбинированный с датчиком
давления
Вертушка*
Биметаллический
датчик
Диск-гаситель с
реле
Динамометр
Диафрагма

Пьезоэлектрические датчики
Способ применения
Изменяет частоту при
изменении давления
Устанавливается на буе
для измерения ускорения
волн
Корабельный волновой
регистратор,
подсчитывающий высоту волн для
нескольких датчиков
Измеряет течения,
порожденные волнами
Регистрирует силу
давления волн на
экспериментальную сваю
Ориентируется сам
параллельно фронту волны
Скользящая площадка для
определения
максимальной силы
То же, с учетом
гидростатического давления
Требуют применения
электронного усилителя
Самой смелой в этом отношении оказалась миссис
Кей Стил: она изобрела способ измерения высоты волн
с помощью попугаев. Попугаи в клетках используются
в роли датчиков и размещаются на расстоянии одного
фута по вертикали друг от друга. По мере прохождения
волны попугая обдает водой, и энергия волны
превращается в звуковую энергию — попугай издает
оглушительный крик. Количество орущих попугаев находится
в строгой зависимости от высоты волны, и, для того
чтобы вычислить эту последнюю, исследователь на берегу
должен только подсчитать, сколько птиц орет, а сколько
молчит. Этот весьма хитроумный способ послужил
принципиальной основой для мареографа ступенчатого со-
140

противления Американского инженерного корпуса,
который появился значительно позже.
В задачу этой книги не входит подробное описание
всех способов измерения волн, но тем не менее имеет
смысл все же объяснить принцип устройства нескольких
основных измерительных приборов, которые немало
способствовали разработке современной теории волн.
МАРЕОГРАФЫ
Мареограф, самый старый измерительный прибор,
был изобретен Келвином в 1882 году. Исследователи из
Береговой геодезической службы США
усовершенствовали мареограф, сделав его высоконадежным средством
для измерения волн. Мареограф обычно устанавливается
на пирсе в порту или в защищенном заливе, но не в
открытом море. Трубка, имеющая около фута в диаметре,
располагается таким образом, что один из ее открытых
концов находится чуть выше дна бухты, а второй
поднимается над самым высоким уровнем прилива. Внутри
трубки помещен поплавок, к которому сверху
прикреплен тросик, соединяющий поплавок с барабаном и далее
с противовесом. Часовой механизм медленно
передвигает ленту на барабане, к которому на ходовом винте
прикреплен карандаш. Когда вода, а вместе с ней и
поплавок, поднимается и опускается во время прилива,
карандаш движется взад и вперед по бумаге, прочерчивая
высоту волн.
Когда Келвин, уже прославившийся формулировкой
второго закона термодинамики, представил свое научное
открытие на суд Института гражданских инженеров, он
подвергся критике за то, что использовал... карандаш,
а не вечное перо (которое было только что изобретено).
Отвечая на придирчивые вопросы, он, между прочим,
сказал, что «попытка использовать перо для
мареографа была признана неудачной из-за того, что перо
слишком медленно движется, между тем как энергии,
имеющейся в приборе, вполне достаточно для движения
карандаша». Далее он заметил, что «... часто требуется
очень высокая техника исполнения, чтобы преодолеть
пороки проекта».
141

Профессор Карл Эккарт из Океанографического
института Скриппса считает, что этим мудрым словам
Келвина следует присвоить название первого и второго
закона океанографического приборостроения: 1) в море
имеется достаточно движущей энергии; 2) работа при-
Рис. 47. Регистрация прилива и зыби производится с помощью
мареографа (трубки с открытым концом у дна) или датчика
давления, измеряющего давление в камере А относительно Б.
1 — шкив; 2 — записывающий карандаш; 3 — противовес; 4 — поплавок:
5 — трос, идущий к берегу.
бора не должна зависеть от точности действия его
отдельных частей.
Мареографы обычно устанавливают в спокойных
местах бухты, где они защищены от зыби. Кроме того,
трубки их расположены на достаточной глубине, так что
мелкие волны, зарождающиеся внутри бухты, не влияют
на поплавок. Если бы прибор был установлен на
лицевой грани пирса, то любое волнение заставляло бы
поплавок подниматься и опускаться. Это происходило бы
потому, что нижний, открытый конец трубки дает воде
142

возможность быстро проникать внутрь и так же
быстро вытекать обратно. Поверхность воды внутри трубки
при этом остается на том же уровне, что и снаружи.
Небольшая реконструкция может превратить этот
прибор в регистратор волн длинных периодов. Если за-
Отнрыто
Рис. 48. Трубка мареографа с закрытым нижним
концом, в котором оставлено небольшое отверстие
для прохода воды. Прибор предназначен для
непрерывной записи приливных волн. Дифференциальный
датчик измеряет перепад давления между
точками А и Б. Небольшие размеры трубки дают воде
возможность медленно втекать и вытекать из
камеры Б\ таким образом регистрируются только
волны зыби.
/ — только приливы и отливы; 2 — только зыбь; 3 — зыбь;
4 — отверстие в дне.
крыть наглухо нижний конец трубки, уровень воды
внутри не изменится. Но если оставить в дне небольшое
отверстие, то благодаря давлению, которое создается
проходящими гребнями волн, вода проникнет сквозь это
отверстие, <и уровень воды в трубке слегка поднимется.
Волны коротких периодов, и даже океаническая зыбь.
143

проходят слишком быстро, и поэтому вода, успевающая
проникнуть через отверстие, не может сколько-нибудь
значительно изменить уровень воды в трубке. Но
длинные волны, с периодом в несколько минут, оказывают
давление, достаточно длительное для того, чтобы
изменить уровень воды внутри трубки. Таким образом,
несмотря на то, что эти волны имеют высоту, измеряемую
всего несколькими дюймами даже в самом центре зоны,
где обычно волны достигают ляти и более футов в
высоту, этот прибор регистрирует только волны длинных
периодов и никак не реагирует на более высокопериод-
ные волны зыби.
Отверстие, оставляемое в нижней части трубки,
сильно сокращает скорость циркуляции воды. Для того
чтобы «настроить» прибор на регистрацию нужного
периода, заранее определяют размер отверстия. По такому
принципу, по проекту Уолтера Мунка, на пирсе
Океанографического института Скриппса построен регистратор
волн длинных периодов (цунами), который впервые
произвел запись биений прибоя.
ВОЛНОГРАФЫ
В конце сороковых годов автор этих строк
возглавлял полевой отряд Отдела прогнозов волнения
Калифорнийского университета, который должен был установить
двадцать или тридцать волнографов на побережье
штатов Калифорния, Орегон и Вашингтон, в основном у
внешней границы зоны 'прибоя. Пытаясь найти
наилучший способ регистрации глубоководной зыби, мы
испробовали самые разные схемы. Некоторые из
установленных нами приборов действовали в течение нескольких
лет, а многие выходили из строя через несколько
часов — Тихий океан в этом отношении серьезная
проверка. Но наши усилия были не напрасны: мы получили
многомильные ленты 'с волнограммами. Их оказалось
вполне достаточно, чтобы составить первую
статистическую сводку тихоокеанской зыби.
Все измерительно-регистрирующие системы в
основном действуют по схожему принципу. Обычно на
морском дне на глубине от 30 до 60 футов устанавливается
144

на стальной треноге датчик давления. Защищенный
подводный трех- или четырехжильный кабель связывает
датчик с регистратором, установленным в будке на
берегу. При прохождении волн датчик определяет
изменение в давлении на дно, вызываемое разницей в уровнях
воды над прибором. Электрические сигналы передаются
Рис. 49. Береговые волнографы. Вверху: донный
волнограф, укрепленный на треноге на дне моря. Внизу:
электроволнограф сопротивления, установленный на пирсе.
/ — маркирующий буй; 2 — регистратор; 3 — армированный
подводный кабель.
на берег, и на ленту красным карандашом наносятся
кривые, изображающие гребни и ложбины волн.
В большинстве случаев датчик — прибор,
преобразующий давление в электрические сигналы, —
приводится в действие сильфоном. (Сильфон — небольшой
цилиндр с рифлеными гибкими стенками, которые
расширяются ή сокращаются при изменении давления.),
Создателей регистратора цунами, описанного выше
(стр. 143), больше всего волновала проблема того, как
избавиться от влияния зыби и получать запись волн
только длинных периодов. Напротив, в только что
рассмотренном случае от прибора требовалась как раз вол-
нограмма зыби, для получения которой было
необходимо исключить действие волн длинного периода и при*,
ливов.
145

Абсолютный или универсальный регистратор
давления мог бы измерять давление любых волн (включая
волны зыби и приливы), накладывающихся друг на
друга, и к тому же учитывать вес воды над прибором плюс
атмосферное давление. Совершенно очевидно, что для
записи волн высотой до 8 футов, накладывающихся на
восьмифутовые волны прилива, требуется лента в два
1>СГ__7^
Рис. 50. Методы измерения волн на глубокой воде.
/ — телеметрический акселерометр; 2 — самолетный
радиоальтиметр; 3 — веха с демпфером и грузом на глубине;
4 — регистратор в шлюпке; 5 — датчик давления на
подводном буе; 6 — подводная лодка с направленным к
поверхности моря эхолотом.
раза шире, чем для регистрации только одного вида
волн. Кроме того, гораздо удобнее анализировать волно-
граммы, записанные относительно среднего уровня моря
в момент регистрации, чем относительно постоянно
меняющейся кривой прилива. Для того чтобы исключить
влияние прилива, был сконструирован специальный
дифференциальный датчик давления.
146

IX. На этой фотографии хорошо видна сложная система
волн, вызванная движением корабля.

Χ. Β районе устья реки Кармел волны высотой до 10 футов
разбиваются непосредственно на фронтальной зоне пляжа; сила ударов
такова, что в воздух взлетают пятидесятифутовые фонтаны воды.

XI. Район мыса Мирса (штат Орегон). Во время максимального
спада воды при отливе обнажается классически правильный
образец подводного песчаного вала с прорезающим его каналом
разрывного течения. Широкая надводная береговая терраса,
сложенная светлым песком, круто спускается вниз, к затопляемой
ложбине между валом и берегом.

ς
л
CQ
α>
Κ
ο
»svo
2
ас
ti
о
cq
fci
о
с
»s
3
ас
«=ί
s
CQ
О
О
Л


ΡΟ)
Η
Μ
<υ

Ρα»
аг
S
проход
»χ
S
κ
α>
ar
Ь
Χ
ас
Й
3
>»
ς
C-.
03
Λ
ο
χ:
д
>>
ο
Η
ar
ο
Η
л
ас
α>
s
ас
W
ο
Η
2
σ3
CQ
S
2 νο
S3
ас
CQ
α>
s
Η

όνο
ο
κ
S
Su
ο
•θ*
S
ς
л
Ы
Η
Λ
Р. н
00
a
Ρ-^-"
3
ς
л
κ
Λ
*
__·
Χ
о.
О
ctf
, Η
Ο
e
>^
Λ
Ο*
Ο)
ас
3
ас
О
η
3
ч
03
к
ев
*

Этот прибор для измерения дифференциального
давления регистрирует быстро меняющееся давление
проходящей волны относительно медленно изменяющегося
давления у спокойного уровня моря. В данном
волнографе для волн длинного периода уровень воды в
трубке оставался на среднем уровие моря, незначительно
опускаясь и поднимаясь под воздействием волн с
трехминутным периодом. Эта относительная устойчивость
уровня достигается благодаря тому, что вода проникает
в трубку и выходит наружу очень медленно, через
небольшое отверстие в дне прибора. В регистраторе зыби
та же техника используется для получения начального
отсчета давления. Мгновенно меняющееся давление
в точке А (см. рис. 47), вызываемое волной с периодом
до 20 секунд, расширяет и сжимает сильфоны. В наглухо
запаянной камере Б оставляется небольшое отверстие,
с тем чтобы поддерживать там давление,
соответствующее давлению, которое имеется в данный момент на
спокойном уровне моря*. Затем датчик измеряет
мгновенное давление волн в сильфоне А относительно
давления на спокойном уровне моря.
Большинство донных волнографов действуют по
этому принципу. Различны лишь типы датчиков
давления.
Донный регистратор давления волн имеет свои
преимущества и свои недостатки. Благодаря тому, что он
обычно устанавливается на глубине свыше 30 футов,
волны, частота которых превышает частоту
регистрируемых волн, отфильтровываются на глубокой воде и не
путают записи. Например, начальные и мелкие
ветровые волны не оказывают никакого воздействия на
датчик давления, установленный на дне (из-за того, что
прибор находится на глубине,, превышающей половину
длины этих волн). Это создает неудобство только для
тех, кто исследует кебольшие волны.
Донный регистратор можно установить на любом
участке дна, и это не требует больших усилий. С другой
стороны, он не очень надежен: его легко заносит песком,
и на какую-то часть года он может выйти из строя.
Регистрация давления не есть точное
воспроизведение картины морской поверхности. В записи никак не
отражаются мелкие волны, а зарегистрированную на
волнограмме высоту крупных волн приходится умножать
151

на некоторый коэффициент в соответствии с тарировоч-
ной кривой прибора.
Для того чтобы избавиться от всех этих недостатков,
Комитет по изучению размыва берегов РТнженерного
корпуса США разработал проект мареографа
ступенчатого сопротивления. Этот прибор состоит из трубки
высотой в 25 футов, которая устанавливается в
вертикальном положении на одной из свай пирса таким образом,
чтобы середина ее совпадала со спокойным уровнем
моря. На расстоянии 0,2 фута друг от друга по
вертикали в трубке укреплены контакты (видоизмененные
электроды). Как только приближается гребень волны,
морская вода замыкает цепь, заполняя промежутки
между контактами. После прохождения волны цепь
размыкается. Сопротивление в цепи контактов подобрано
с таким расчетом, что при замыкании контактов водой
на определенных уровнях сила тока изменяется
пропорционально длине погруженной части трубки.
Регистрация электрического тока, таким образом,
превращается в непосредственную запись изменений
профиля взволнованной поверхности моря у пирса.
Начальные волны, ветровые волны, зыбь и приливные вол-
ньц накладывающиеся друг на друга, регистрируются
одновременно во ©сем своем сложном многообразии.
Интересно также измерить океанские волны вдали
от берега, в местах, где глубина настолько велика, что
донный волнограф может измерять лишь очень длинные
волны. Это фильтрующее (по частоте) действие
глубокой воды можно избирательно использовать для
регистрации приливов и цунами. Другой способ применения
волнографов на глубине (его в свое время использовал
автор этой книги) заключается в том, чтобы поместить
датчик, давления, используемый обычно на мелководье,
на верхнем конце погруженной в воду вехи, которая
удерживается примерно в 100 футах от поверхности
с помощью туго натянутого троса, укрепленного на дне.
Более распространенный способ волновых измерений
на глубокой воде состоит в том, чтобы установить
акселерометр на плавающем буе и вести непосредственную
регистрацию ускорения буя под воздействием
проходящих волн. Вариантом такого прибора,
сконструированного и усовершенствованного военно-морскими
специалистами, является «сплэшник»*; по идее он должен ра-
152

ботать безотказно, но на деле часто нуждается в
ремонте, на который уходит масса времени. Еще один
акселерометр, несколько иной системы, был сконструирован
М. Дж. Такером (Британский национальный
океанографический институт) и превращен им в один из самых
замысловатых приборов — в корабельный регистратор
волн.
Роль буйка в этом случае исполняет корабль, но
из-за того, что судно имеет, по сравнению с волнами,
К 60 сен. a*J
Рис. 51. Волнограмма, показывающая изменение
высоты волн во времени. Обратите внимание на то, что
запись изменений придонного давления волн зыби
имеет вид почти правильной синусоидальной кривой,
в то время как для записи ветрового волнения
характерны более пологие ложбины и заостренные гребни.
а — запись, полученная от датчика придонного давления (на
глубине 40 футов); б — запись давления, полученного
электроволнографом сопротивления (высота взволнованной
поверхности моря у пирса).
очень большой размер, на носу и на корме
устанавливают целую систему акселерометров и датчиков
давления. Прибор укрепляется в корпусе судна примерно на
10 футов ниже нормального уровня воды. Датчик
давления измеряет высоту проходящих над ним волн, в то
время как акселерометр отмечает уровень давления
относительно спокойного уровня моря. Сигналы
передаются на центральный счетчик, который сортирует
поступающие данные и регистрирует крупные волны.
Нельзя сказать, чтобы какой-нибудь из приборов,
регистрирующих направление волн, работал безупречно.
Причина этого, по всей вероятности, кроется в том, что
153

волны движутся в разных направлениях, и поэтому
прибор находится в том же положении, что и
наблюдатель— он растерян не меньше человека, который
очутился бы на его месте. Изобретатель хорошего
регистратора направления волн заслуживает самой высокой
награды. Наиболее приемлемый из приборов такого рода
был сконструирован в 1949 году Джоном Айзексом и
установлен автором этих строк в полумиле от мыса Ар-
гуэльо, в открытой точке южнокалифорнийского
побережья. Регистратор направления Айзекса представляет
собой диск Рейлея диаметром около фута, основное
свойство которого — устанавливаться перпендикулярно
движению воды (в противоположность ветровому
флюгеру, который всегда устанавливается параллельно
движению ветра). Джон Айзеке использовал этот принцип
в связи с тем, что при прохождении волны орбитальное
движение частиц меняет направление на 180°, но диск
при этом не должен поворачиваться, как флюгер, из
стороны в сторону. Прибор устанавливался на треноге на
дне моря на глубине примерно 40 футов, неподалеку от
датчика волнового давления. С помощью подводного
кабеля электрические сигналы, поступающие от обоих
приборов, передавались на берег, где они записывались на
одну ленту. Цель состояла в том, чтобы выявить
направление движения крупных волн и серий волн одного
направления, хотя бы до одного румба. Мы надеялись,
что нам удастся проследить перемещающиеся центры
штормов или, по крайней мере, хотя бы выяснить, идет
ли зыбь из южного полушария или откуда-нибудь еще.
Иногда нам казалось, что старания наши не пропали
даром. Но по временам уверенность пропадала. Дело
в том, что зависимость регистратора давления от
придонных течений оказалась гораздо более сложной, чем
мы предполагали.
ИЗМЕРЕНИЕ СИЛЫ УДАРА ВОЛН
Существует целый класс приборов, дающих
возможность измерять силу, с которой волны ударяются о сваи,
молы и берегоукрепительные сооружения. Некоторые из
этих приборов служат для регистрации силы удара
154

штормовых волн и получения данных, которые потом
используются при проектировании морских сооружений
типа техасских вышек (для морской добычи нефти).
Часть приборов предназначена для определения силы
удара разбивающихся волн о волноломы или подобные
им сооружения на мелководье.
Таблица VI
Сила удара волн о сваи
Тип волн
Зыбь
Зыбь с
заостренными гребнями
Волна перед
разбиванием . . .
Бурун
Прибой (волна
перемещения)
Период
волны
(секунды)
9,3
10,0
10,8
10,3
10,3
Высота
волны
(футы)
3,4
3,1
3,3
3,3
3,5

Измеренная сила
удара
(фунты)
9
10
19
23
33

Изгибающий
момент
(фунто-
футы)
85
93
186
226
320

Коэффициент
лобового

сопротивления
0,32
0,49
0,86
1,28
1,46
Примечание. Эти данные для волн, почти не
различающихся по высоте и периоду, были получены у опытных свай
длиной в 10 футов и диаметром 3,5 дюйма в Монтерее (штат
Калифорния) в 1953 году. Обратите внимание на то, как возрастает
сила удара волн о сваи, по мере того как волны превращаются
из зыби в буруны, а затем в прибой.
Измерение силы удара волн о сваи осложняется
непрерывной сменой направления движения 'воды: гребень
волны движется в одном направлении, а ложбина —
в противоположном. Скорости движения воды в разных
частях волны изменяются в зависимости от времени и
глубины. К тому же, поскольку сила удара вызывается
обрушиванием воды на сваи, результат зависит от
квадрата скорости, а также от размера и профиля свай.
Огромное количество еще не изученных факторов
привело Джека Моррисона, сотрудника Отдела прогнозов
волнения, к выводу о том, что самый простой путь для
их определения — это путь эксперимента и что опыты
целесообразно проводить сперва в волновом лотке,
а потом в полевых условиях. В этих опытах части свай,
155

на которых были установлены приборы, подвергались
воздействию океанских волн при разных сочетаниях
условий.
Как явствует из табл. VII, сила удара зыби о сваю
относительно невелика, но в момент разбивания волн
скорость частиц воды возрастает, ударная сила волн
(с почти теми же периодом и высотой) значительно
увеличивается. Вывод отсюда такой: старайтесь
возводить всякого рода сооружения на глубине,
превышающей критическое ее значение для разбивания волны *.
Большинство техасских вышек построено на такой
глубине, где нет прибойных волн. Но все же во время
ураганов над Мексиканским заливом вышки должны
выдерживать удары волн, разбивающихся в открытом
море. Во время таких штормов инженеры нефтяной
компании неоднократно проводили на вышках измерения,
в результате которых были получены данные,
аналогичные приведенным в нашей таблице.
Инженерный корпус *, который должен следить за
состоянием портов и берегоукрепительных сооружений,
более других заинтересован в исследовании пиков
мгновенных давлений *, вызываемых силой удара
движущихся на больших скоростях волн. В течение нескольких
лет сотрудники корпуса проводили экспериментальные
исследования с целью определить величину ударного
давления и разработать эффективные методы защиты
сооружений в береговой зоне от воздействия волн.
Каждый, кому приходилось стоять на скалистом берегу во
время шторма, слышать, как содрогается земля под
ударами волн, и видеть, как в воздух взмывают целые
водяные столбы, оценит всю сложность проблемы. Для
того чтобы вверх взметнулся фонтан воды высотой
в 1 фут, давление должно составлять около 0,5 фунта на
квадратный дюйм. Следовательно, сорокафутовый
фонтан воды потребует 20 пси *, т. е. на каждый
квадратный фут породы будет приходиться нагрузка почти
в полторы тонны.
Прибор для измерения ударного давления состоит из
набора тонких кристаллических пластин турмалина,
заключенных в твердый металлический футляр. При
изменении давления в приборе возникает слабый
электрический ток, который может быть усилен, измерен
электронно-лучевым осциллографом и сфотографирован с его
156

экрана. Полученные в волновом лотке волны, имеющие
всего 6 дюймов в высоту, производили давление до
18 пси; но его действие продолжалось только тысячную
долю секунды.
МОДЕЛИРОВАНИЕ ВОЛН
В одной из предыдущих глав мы описали наиболее
простой и широко распространенный волновой лоток.
Волнопродуктор щитового типа возбуждает чистые
синусоидальные волны, на которых базируется теория
волн. Однако имеется еще много других типов волно-
продукторов для получения волн в лабораторных
условиях с самыми разными целями. Размеры
экспериментальных установок варьируются весьма широко — от
небольших настольных установок для получения ряби до
огромных опытных бассейнов, превышающих площадь
футбольного поля.
Каковы же причины, заставляющие создавать
экспериментальные волны? Во-первых, научная
любознательность, которая стремится разгадать самую природу
волн, а также необходимость ответить на вопросы о том,
как зарождаются волны, как изменяется форма
волновых орбит в различных условиях, как распространяются
волны и каковы условия рефракции, отражения и
дифракции волн разных размеров.
Инженер-гидротехник заранее должен знать силу
воздействия различных по типу и величине волн ,на
берега, волноломы, буны, дамбы, пристани и другие
подобного рода сооружения. Он должен уметь оценить
эффективность того или иного сооружения и сказать, можно
ли его использовать для защиты порта от воздействия
волн или для приостановки вдольберегового
перемещения песчаных наносов. Он должен заранее определить,
какой высоты должна быть дамба, чтобы ее не
захлестнули штормовые волны, и сказать, какой крупности
камни или массивы нужны для строительства волнолома.
Кораблестроителю захочется испробовать модели
судов в волновых условиях, имитирующих условия
открытого моря, и определить давление воды на корпус
каждой модели. Это даст ему возможность понять, насколько
157

пригоден его проект для судоходства, и поможет на
десяток лет вперед вычислить скорость, с которой судно
будет двигаться во время сильных штормов.
Каждая из этих важных для специалиста областей
требует постройки особого опытного бассейна, где мож-
Рис. 52. Четыре типа волнопродукторов, применяемые
в бассейнах и лотках.
а — щитовой; б — типа «ныряло»; в — поршневой; г —
пневматический; / — волногаситель; 2 — вентилятор; 3 — клапан; 4 —
воздух.
но было бы точно воспроизвести форму и движение
морской поверхности. Для начала возьмем мелководный
бассейн со стеклянным дном для получения ряби,
который используют в учебных целях для знакомства со
всеми типами волн (включая звуковые и световые), а
также для испытания простых моделей портов. Такого
рода установки имеют площадь около 4 квадратных фу-
158

тов и глубину в несколько дюймов. С помощью яркого
освещения снизу волны проецируются на специальный
экран. Гребни волн дают яркое изображение благодаря
тому, что они, концентрируя свет, действуют как
собирательные линзы; ложбины волн, наоборот, ведут себя как
рассеивающие линзы и предстают на экране в виде
темных участков. Световые пятна скачут по экрану,
реагируя через одну-две секунды на изменения,
происходящие в бассейне. Это очень удобная установка, и при
глубине воды меньше дюйма для получения волн требуются
минимальные усилия — достаточно окунуть в воду
палец. При более систематических опытах можно
использовать простейший щитовой волнопродуктор, дающий
синусоидальные волны. В таком бассейне можно
наблюдать характеристики волн и ставить несложные
эксперименты. Даже столь нехитрое устройство наверняка
сослужит службу проектировщику, который может
соорудить из костяшек домино модели береговых сооружений
и наблюдать, как влияют на них изменения,
происходящие в бассейне.
Волнопродукторы четырех широко распространенных
типов представлены схематично на рис. 52. Для того
чтобы получить волны в лотке, особого искусства не
требуется. Наоборот, было бы удивительно, если бы можно
было что-нибудь делать в воде, не вызывая при этом
волн. Каждый тип волнопродуктора предназначается
для определенного вида исследований и поэтому при
использовании в конкретных условиях имеет преимущество
перед остальными. Щит, ныряло и поршень с помощью
системы рычагов соединены каждый с вращающимся
эксцентриком и производят математически чистые
синусоидальные волны. На рисунке видно, как действуют эти
волнопродукторы. Совершенно очевидно, что, уменьшая
скорость вращения колеса, мы удлиняем период волны,
а увеличивая радиус эксцентрика, увеличиваем высоту
волны. Такие волнопродукторы используются обычно
в длинных узких волновых лотках для получения самых
различных по размеру волн.
Пневматические волнопродукторы появились совсем
недавно. Как правило, несколько таких волнопродукто-
ров устанавливают в ряд вдоль двух стенок большого
квадратного бассейна. Принцип их работы заключается
в изменении давления воздуха под колпаком, благодаря
159

чему уровень водной поверхности поднимается и
опускается. При увеличении давления на водную поверхность
под колпаком это давление, по закону Паскаля,
передается воде по другую сторону перегородки, где уровень
поднимается. Образовавшаяся волна проходит вдоль
всего бассейна. Скоростью мотора вентилятора
регулируется величина давления и, следовательно, амплитуда
волн; скоростью мотора, работающего с клапаном,
контролируется продолжительность давления и,
следовательно, длина волны.
Один из самых остроумных способов моделирования
волн был придуман В. Г. Ван-Дорном, который хотел
получить очень длинные и пологие волны, типа цунами,
в маленьком лотке. Установка Ван-Дорна — это узкий
лоток, имеющий 5 футов в ширину, несколько дюймов в
высоту и 100 футов в длину. Он устроен таким образом,
что дно его может прогибаться с помощью особой
системы двигателей, которые поднимают и опускают весь
лоток на несколько десятых долей дюйма, возбуждая
таким образом микроцунами. Джон Айзеке решил
проблему моделирования цунами несколько иначе. Он
помещал слой более легкой жидкости поверх жидкости
большей плотности, возбуждая волны на поверхности
раздела. Волны эти из-за незначительной разницы
в плотности между двумя слоями жидкости
распространяются очень медленно. Все эти эксперименты
остроумны, но чересчур эксцентричны. Большинство
современных исследователей заинтересовано в том, чтобы
непосредственно воспроизвести рельеф морской
поверхности во время шторма — картину «смешанного», как
принято говорить, волнения. Пожалуй, «смешанное» —
это слишком мягко сказано.
Прежде всего, необходимо определить, какова
взволнованная поверхность моря — путем прямой
регистрации волн с помощью судового или какого-нибудь
другого волномера или волнографа. Если истинный профиль
волны (который можно также охарактеризовать как
«изменение во времени уровня в данной точке
поверхности») записать на магнитной ленте, то ее можно
потом «проигрывать» сколько душе угодно. Далее, нужно
изобрести машину, на которой эту ленту можно было
бы проигрывать так же, как проигрываются
музыкальные записи. Но в данном случае в<ся разница в том, что
160

роль проигрывателя исполняет волнопродуктор. Если
высоту волны с интервалом в 0,1 секунды снять с ленты
и передать на волнопродуктор, установленный в начале
лотка, то возбуждаются волны, почти такие же, как и
волны, наблюдаемые и регистрируемые с судна. В
таком лотке, имитирующем условия открытого моря,
можно с успехом испытывать модели кораблей. Узкий
волновой лоток, допускающий только двухмерное
моделирование, не смог удовлетворить многих исследователей
именно потому, что не воспроизводил волнение во всей
его природной видимой беспорядочности. Поэтому
в Голландии, Франции и США были построены
экспериментальные бассейны, в которых вдоль двух стенок
установлены вол-нопродукторы, возбуждающие разные
волны. В таких бассейнах можно испытывать
воздействие сложных волн на берега и буксировать модели
кораблей под разным углом к волнам.
Существует еще один, в некотором отношении более
близкий к природе тип волнопродуктора. Если опытный
бассейн или лоток для получения ряби покрыть низким
колпаком, так чтобы струи воздуха шли над уровнем
воды, в лотке возбуждаются ветровые волны. Это
устройство очень удобно для изучения механизма ветрового
волнообразования, но его можно использовать только
для решения частных проблем.
Почти во всех волновых лотках нужно устраивать
«пляжи» или волногасители, чтобы избежать ненужного
отражения волн в противоположном волнопродуктору
конце лотка. В некоторых случаях пляжи отсыпают из
песка, но для бассейнов, в которых испытываются
модели кораблей, нашли более удобное решение. В
поисках самого пригодного варианта было испробовано много
разнообразных материалов и видов поверхности,
включая металлические соты, решетки из металлической
проволоки * и разного рода сетки. Самым удобным оказался
деревянный откос с поперечными щелями. Вода,
поднимаясь по пляжу, попадает в эти щели, и, таким
образом, отражения волн не происходит.
Имея в своем распоряжении разные типы волнопро-
дукторов, воспроизводящих настоящие океанские волны
в миниатюре, экспериментатор может выбрать форму
установки (бассейна или лотка), наиболее подходящую
для решения поставленной задачи, и оборудовать его для
161

создания волн нужной сложности. Волновые установки
по форме делятся на несколько основных типов, каждый
из которых применяется для определенной
экспериментальной работы. Узкий длинный лоток обычно служит
для исследования самих волн, для буксировки моделей
кораблей вдоль лотка, для экспериментального
изучения переноса пляжевого материала по нормали к
берегу и для исследования участков пляжа,
предназначенных для постройки волноломов. Большие почти
квадратной формы бассейны глубиной в 1—2 фута чаще
всего применяются для изучения вдольберегового
переноса песка и моделей портов. Большие глубоководные
лотки используются для испытания «свободных»
(управляемых по радио) моделей, а также лля буксировки
крупных моделей судов под углом к сложной
взволнованной поверхности моря. Приводимое ниже описание
самых крупных и наиболее сложных по устройству
волновых установок показывает, какое огромное значение
имеют эти средства исследований для инженеров и
ученых, работающих над решением океанографических
проблем.
Э. В. Льюис,, сотрудник экспериментального бассейна
для испытания моделей кораблей при Технологическом
институте Стивенса, очевидно, первым среди
кораблестроителей внес в дело испытания судов элемент
реалистического планирования. Поскольку рельеф морской
поверхности никогда не повторяется, то для того чтобы
воспроизвести любое состояние моря, нужно исходить
из статистических данных. А ввиду того, что поверхность
моря создается из бесконечного количества случайных
сочетаний синусоидальных волн, ее можно имитировать,
выборочно программируя частоту и амплитуду колебаний
волнопродуктора. При испытании моделей на действие
таких волн обнаружилось, что продольный изгибающий
момент корпуса судна гораздо больше, чем при
предшествующих экспериментах с волнами регулярной формы.
Примерно год спустя в Калифорнийском
университете в Беркли в волновом лотке для испытаний моделей
кораблей (200 X 8 X 6 футов) был установлен еще более
замысловатый генератор для нерегулярного волнения,
сконструированный Робертом Вигелем и его
сотрудниками. Разработанный ими счетчик собирает данные
с волнопрамм и сообщает их механическому устройству,
162

которое приводит в движение волнопродуктор
поршневого, или «клиновидного» типа, воспроизводящий
зафиксированную ранее поверхность моря.
Лабораторией Нейрлик в Гренобле (Франция)
разработан «змеевидный» волнопродуктор для получения
сложной взволнованной поверхности. Он состоит из
большого числа расположенных в ряд маленьких волнопро-
дукторов щитового типа, каждый из которых можно
направлять и приводить в действие независимо от всех
остальных. Ряд волнопродукторов напоминает частокол,
и этот ряд можно расположить не только по прямой, но
и по кривой любой формы (отсюда название
«змеевидный»), для возбуждения волн какой угодно степени
сложности.
Комитет по изучению размыва берегов в городе
Вашингтоне имеет два экспериментальных бассейна под
открытым небом. Один из них — широкий и
мелководный (300X150X3 фута)—снабжен десятью
переносными волнопродукторами, которые можно установить
в любом положении. Эти волнопродукторы возбуждают
волны, которым дано весьма удачное название
«смешанное короткогребневое волнение». В этих бассейнах
точному воспроизведению волн не придается большого
значения; вместо этого экспериментаторы измеряют
непосредственно те волны, которые подходят к пляжу или
пирсу, и определяют их высоту. Другой лоток имеет 630
футов в длину и 20 в ширину и снабжен волнопродук-
тором мощностью в 500 лошадиных сил. В этом бассейне
можно испытывать воздействие шестифутовых волн
прибоя на модели океанских волноломов в одну четверть
натуральной величины.
Самые лучшие, наиболее современные условия
созданы на военно-морской экспериментальной базе
Дэвида Тейлора в Вашингтоне, где в лотках и бассейнах
можно производить самые разнообразные
гидродинамические измерения. Особо следует отметить две
установки. «Глубоководный бассейн» имеет 2775 футов в длину,
51 фут в ширину и 22 фута в глубину. Установленный
в нем пневматический волнопродуктор возбуждает волны
любой нужной длины; их высота достигает двух футов.
Модели кораблей длиной до 32 футов и весом до 5 тонн
могут буксироваться на скоростях, достигающих 60
узлов, с по,мощью тягача, двигающегося по стальным
163

рельсам. Эти рельсы вымерены точнейшим образом, так
что разница в высоте между различными участками не
превышает 0,002 дюйма, и фактически учитывают
кривизну земной поверхности.
Новый маневренный бассейн, носящий имя капитана
Гарольда Сондерса — инициатора его создания, имеет
длину 360 футов, ширину 240 футов и глубину от 20 до
35 футов. Через него переброшен мост весом в 230 тонн,
по которому курсирует тягач. Мост подвижен и может
быть повернут так, чтобы модели буксировались под
любым нужным углом к направлению движения волн.
Целые батареи пневматических волнопродукторов,
установленные вдоль двух стенок бассейна^ могут возбуждать
волны высотой до двух футов и длиной от 5 до 40
футов, в соответствии с программой. Когда в условиях
спокойной водной поверхности начинает работать один ряд
волнопродукторов, то можно наблюдать явление
исчезновения первой волны (см. главу III). При некотором
определенном периоде первые семь волн исчезают до
того, как возмущение достигнет противоположного конца
бассейна.
Для того чтобы удостовериться в надежности
картины волнения, которую предполагалось получить в
таком огромном опытном бассейне, сначала была
построена его уменьшенная в десять раз модель (даже и
так она оказалась больше многих опытных бассейнов!);
Вильбур Маркс больше года занимался
экспериментальным получением волн, и только после этого большой
бассейн был сооружен в его окончательном виде.
При наличии таких превосходных
экспериментальных баз мы, пожалуй, имеем право сказать, что теперь
океанские волны пришли к нам на дом.

Глава VIII
ПРИБОИ
За свою короткую жизнь волны проходят несколько
стадий. Они зарождаются как рябь, потом на них
появляются шапки белой пены — «барашки», возникают
сначала мелкие, затем крупные ветровые волны, и наконец
наступает этап полностью развитого волнения. Выйдя из
зоны породивших их ветров, волны теряют высоту и
крутизну и превращаются в пологие синусоидальные волны
зыби. В виде зыби волны могут пересекать огромные
открытые пространства океана без большой потери
энергии. В конце концов они достигают материковой отмели.
Здесь, на мелководье, фронт волны начинает изгибаться,
стремясь принять параллельное берегу положение.
Но все это лишь подготовка к волнующему финалу:
под влиянием дна беспорядочные волны* глубоководной
зоны выстраиваются в длинные ровные ряды гребней,
которые движутся в одном направлении с одинаковой
скоростью. Романтически настроенный человек
непременно сравнил бы их с морской ратью, ведомой на
смертный бой с заклятым врагом. Глубина воды все время
уменьшается, и когда волны выходят на мелководье,
орбиты колеблющихся частиц воды остаются
незамкнутыми. При нарушении орбит разрушается и сама волна.
Гребень падает в ложбину в виде белой пенистой массы.
Сила инерции продолжает нести воду вперед до тех пор,
пока остатки волновой энергии не растрачиваются
окончательно в легком заплеске, который, достигнув
песчаного пляжа, исчезает. Волна перестала существовать.
Зона, где волны отдают энергию в виде бурунов* или
прибоя и где упорядоченное движение воды уступает
место хаотическому, и есть зона прибоя — самая
любопытная часть океана.
165

БУРУНЫ
Когда зыбь с глубины попадает в район отмелого *
берега, она обычно движется со скоростью от
пятнадцати до двадцати миль в чаю, и на конечном участке ее
пути, на пространстве в несколько десятков ярдов,
характер зыби претерпевает резкие изменения.
При подходе к берегу трение о дно уменьшает
скорость волн и тем самым вызывает уже описанное выше
явление рефракции. Одно из следствий рефракции —
сокращение длины волны, что .влечет за собой увеличение
крутизны, а значит, уменьшение устойчивости волн. Кроме
того, когда волны попадают на глубину примерно в два
раза большую, чем их высота, наблюдается явление,
также способствующее увеличению крутизны: гребень
волны «заостряется». Иными словами, округлые гребни,
характерные для зыби, уступают место высоким,
заостряющимся волнам с крутыми склонами. По мере
дальнейшего убывания глубины круговые орбиты
сплющиваются, превращаясь в разомкнутые эллипсоидальные
орбиты; при этом с возрастанием высоты в'олиы
увеличивается орбитальная скорость частиц воды в гребне.
Такое последовательное изменение длины и высоты
волн — прелюдия к их разбиванию. На глубине, равной
примерно 1,3 высоты волны, устойчивость гребней в
конце концов нарушается. Это происходит оттого, что на
мелководье, по мере приближения к берегу, воды
становится недостаточно для выполнения гребня и
поддержания симметричной формы волны. Вершина
движущегося к берегу гребня лишается поддержки и
обрушивается, незамкнутые орбиты частиц воды окончательно
разрываются. Волна разбилась — в результате возник
бурун.
Превратившись в бурлящую массу пены, которую
сила инерции несет к берегу, бывшая волна в случае
увеличения глубины (что может произойти по другую
сторону подводного вала) восстанавливает свою форму
и превращается в новую волну, с упорядоченным орби-
тальньгм движением. По всей вероятности, такая
трансформация становится возможной благодаря тому, что
массы воды с гребня обрушиваются в относительно
спокойную воду между валом и берегом. Этот импульс и
порождает новую волну. Новая волна меньше первона-
166

чальной; потеря энергии при разбивании находит
выражение в разнице между высотой первоначальной и вновь
образовавшейся волны. Новая волна, меньшей высоты,
продвигается вперед, пока в свою очередь не достигнет
глубины, равной 1,3 ее высоты; тогда она тоже
разбивается.
Снова образуется пенистая масса, белая от
пузырьков воздуха, но на этот раз вода слишком мелка —ее
явно не хватает для формирования новой
колебательной волны. Фронтальная часть водной массы превра-
Рис. 53. Разбивание волны. Гребни волны зыби заостряются
при выходе на мелководье (/); на глубине, в 1,3 раза
превышающей высоту волны, волна разбивается (2); волна
восстанавливается и разбивается вторично (3); вода движется
к берегу в виде волн перемещения (4); наконец волна
выкатывается на берег (прибойный поток) (5).
щается в «ступенеобразную»* волну перемещения —
новый вариант волиы, в котором частицы воды не только
совершают колебательное движение по мере
прохождения формы волны, но вместе с формой волны
перемещаются вперед. Благодаря сохранившейся в ней
кинетической энергии волна выкатывается на пляж тонким
слоем заплеска.
Достигнув верхней границы заплеска, волна исчезает.
Вся энергия, с такой тщательностью собранная у
далеких штормовых ветров и так бережно хранимая
волнами на /протяжении тысячи миль пути через океан,
растрачивается буквально за несколько бурных
мгновений. Благодаря такой быстрой отдаче энергии
концентрация энергии в прибое гораздо выше, чем в области
шторма, где волны зарождаются.
Прибой изменчив — на него влияет и время суток, и
время года, и характер пляжа. Волны испытывают
воздействие дна, а рельеф дна, в свою очередь, подвержен
влиянию волн. Поскольку волны, достигающие пляжа,
сильно различаются по высоте, 'периоду и направлению,
каждая отдельная волна создает свой особый рельеф
167

дна, подготавливая путь для волн, идущих вслед за ней.
Приливы и отливы изменяют уровень воды, а сами волны
меняются в зависимости от того, в какой стадии
(зарождения, стабилизации или затухания) находится шторм.
В результате таких изменений все время происходит
перестройка песчаного дна. Даже в стеклянном
волновом лотке, где можно получить любое количество
совершенно одинаковых волн, не удается достигнуть
устойчивого положения: пока работает волнопродуктор,
песчаное дно продолжает меняться.
Итак, под влиянием волн происходят изменения дна,
которые, в свою очередь, изменяют характер волн.
Прежде всего рассмотрим, какое действие оказывает
дно на волны при разбивании. Дно может заставить
разбивающиеся волны нырять или скользить.
Ныряющие буруны* — весьма внушительное зрелище.
Для них характерна очень быстрая отдача энергии при
большой скорости движения. Когда перед наступающей
волной вдруг становится недостаточно воды, в ложбине
возникают быстрые течения — вода устремляется
навстречу волне, чтобы заполнить провал перед гребнем.
Если при этом воды все же оказывается слишком мало
для наполнения формы волны, частицы воды в гребне,
продолжая свое движение по орбите, обрушиваются с
переднего крутого склона волны вниз, в ложбину. Вся эта
бурлящая масса падающей воды часто захватывает
воздух, который при обрушении верхней части гребня
сжимается. Когда сжатый воздух в конце концов
вырывается наружу через шапку волны, вверх взмывает
фонтан воды — иногда более пятидесяти футов в высоту. На
фото X показаны ныряющие буруны и возникающие при
этом фонтаны воды, которые трудно описать словами, —
их нужно видеть. Весь процесс длится считанные
секунды.
Если дует сильный ветер в сторону моря, он сдувает
тонкий гребень волны в момент ее разрушения, и в
воздухе позади волны встает легкая завеса водяных брызг,
как след, оставленный движущейся волной. Эту легкую
дымку поэты не раз сравнивали с «белоснежными
гривами ныряющих коней». Всякий, кто наблюдал буруны
на фоне заходящего солнца* оценит сравнение и
согласится с тем, что это зрелище достойно поэтического
описания. Для того чтобы понять причины, вызывающие об-
168

разование ныряющих бурунов, требуется несколько
более научный подход. Волна должна сохранить большую
часть своей энергии вплоть до момента разбивания. Иначе
говоря, !не должно существовать никаких причин,
вызывающих преждевременное нарушение устойчивости
волны— ни неровного рельефа дна, ни сильного ветра, ни
значительных течений. Любое из этих обстоятельств
способно ослабить энергию волны, замедляя ее движение и
разрывая орбиты частиц воды, в результате чего волна
разрушается не внезапно, а постепенно. Поэтому
классический ныряющий бурун можно наблюдать в штиль,
когда хорошо выраженные крупные волны зыби
пересекают крутой и ровный подводный склон *. Если же дно
пологое и изобилует скоплениями камней или если к
берегу подходит беспорядочное волнение, то обычно
образуются скользящие буруны.
Скользящий бурун разбивается медленно, и при этом
не происходит резкой отдачи энергии, которая должна
затрачиваться на то, чтобы сбросить гребень вперед, в
ложбину. Вершина скользящего буруна просто сползает
вдоль довольно пологого фронта волны иногда на
значительном протяжении. «Кипение» скользящего буруна
может длиться несколько минут. Именно поэтому
скользящие буруны так привлекают любителей катанья на
волнах: на своих досках они проделывают почти такой
же путь, что и стремящаяся вперед пенистая масса воды.
Превосходное место для наблюдения идеальных
скользящих бурунов — Вайкики, курорт, необычайно
популярный среди любителей катанья на волнах, которых
там частенько фотографируют — на досках и в парусных
лодках — на фоне мыса Дайамонд-Хед. В этом месте от
пляжа в сторону моря на целую милю тянется пологий
коралловый риф. Амплитуда прилива здесь очень
незначительна, и поэтому все волны зыби, приходящие с
Тихого океана, превращаются в низкие скользящие буруны.
Спортсмен может удалиться от берега на какое угодно
расстояние, будучи уверенным, что в любой момент волны
доставят его обратно.*
В большинстве случаев дно прибойной зоны состоит
из подвижного слоя песка, а амплитуда прилива
гораздо больше, чем в Вайкики. Кроме того, в отличие от
идеальных условий Вайкики, рельеф дна прибойной
зоны, как правило, все время меняется. Поэтому в при-
169

бойной зоне чаще всего можно наблюдать сочетание
ныряющих и скользящих бурунов, а также формы,
промежуточные между этими двумя типами волн. Бурун
может нырять, но при этом у него не хватает кинетической
энергии для того, чтобы сбросить воду с крутого
переднего склона в ложбину. Падающая завеса воды
опускается у самого фронта волны, и у буруна образуется
как бы «промежуточная секция».
Подводный береговой склон у некоторых пляжей
настолько приглубый, что зыбь идет к берегу, не изменяясь
и не замедляя скорости, и все изменения происходят в
самый последний момент. Волна резко поднимается и
разбивается с огромной силой прямо на фронтальной
части пляжа. В таких случаях образуются ныряющие
буруны.
С другой стороны, есть пляжи с таким отмелым
береговым склоном, что прибойная полоса там уходит в море
на целую милю. На пляжах Орегона и Вашингтона, где
уклоны подводного берегового склона характеризуются
отношением 1 : 100 (1 фут по вертикали на 100 футов по
горизонтали), обычная картина во время зимних
штормов — три полосы бурунов. Передняя линия состоит из
ныряющих бурунов в 30 футов высотой; сила их
разбивания такова, что ее отмечают приборы для регистрации
землетрясений, установленные на материке в нескольких
милях от берега. После разбивания волны
восстанавливают свою форму и, проходя полмили по мелководью
с неровным дном, разбиваются еще дважды с
убывающей силой.
Движение уже разбившихся волн на мелководье
рождает новый тип волн — волны перемещения. Впервые
эти волны были обнаружены и изучены Дж. Скоттом
Расселом в сороковых годах прошлого столетия — тогда
волны эти представляли гораздо больший интерес для
ученых, чем сейчас. Математики, описывая это явление,
в наши дни обычно пользуются термином «одиночная
волна».*
Две характерные особенности отличают волны
перемещения от обычных колебательных волн, которые
рассматривались выше. Во-первых, форма такой волны
целиком расположена выше уровня спокойной воды. Это
значит, что волна имеет только гребень и не имеет
ложбины. Во-вторых, при прохождении формы волны проис-
170

ходит действительное перемещение частиц воды.
Предмет, плавающий на поверхности, будет отнесен волной
перемещения на большое расстояние вперед и затем
остановится на месте, не совершая при этом никакого
движения в обратном направлении, что имело бы место в
случае колебательной волны.
Рассел обнаружил, что волна перемещения возникает
в результате внезапного резкого падения массы воды на
спокойную поверхность. Когда разбивается
колебательная волна, вода из разрушившегося гребня падает на
поверхность воды перед идущей к берегу волной,
образуя волну перемещения, или ступенеобразную линию за-
бурунивания, которая распространяется в сторону
берега. Следовательно, хотя волны такого типа нельзя
встретить в открытом море, они приобретают большое
значение на мелководье*, в зоне между первой линией
разбивания* и берегом, где большая часть
колебательных волн в конце концов превращается в волны
перемещения.
Эти волны движутся со скоростью, равной Vgd,
с одной только разницей: поскольку высота волны по
сравнению с глубиной воды значительна, то d складывается
из суммы этих двух величин. Поэтому скорость зависит
от глубины, а в том случае, когда к берегу
одновременно движется несколько волн перемещения, волны,
возникающие позже, двигаются с большей скоростью, как бы
стремясь обогнать впереди идущие — ведь каждая
последующая волна передвигается на большей глубине.
БИЕНИЯ ПРИБОЙНОГО ПОТОКА
Для наблюдателя, стоящего на берегу, совершенно
очевидно, что высота бурунов все время меняется.
Сначала разбивается группа, состоящая примерно из
десятка низких волн, а затем ее сменяет серия из трех-че-
тырех высоких волн, после чего наступает относительно
спокойный период.
Иногда такая изменчивость вызывается тем, что к
берегу одновременно подходят две группы волн зыби,
порожденные двумя разными штормами, но имеющие
приблизительно одинаковый период. Когда гребни этих двух
171

серий почти совпадают, волны усиливают друг друга и
образуют новые волны, высота которых превышает
высоту исходных волн обеих групп зыби. Если волны
подходят к берегу таким образом, что гребни одной группы
совмещаются с ложбинами другой, высота вновь
образующихся волн невелика. С изменением
взаиморасположения волн мы наблюдаем картину, представленную на
н* 2 мин ^i
'2 сек
Рис. 54. Огибающая биения прибоя. Две группы
волн с периодом около 12 секунд, складываясь,
усиливают и гасят друг друга, вызывая биения прибоя
с двухминутным периодом.
рис. 54. Огибающая (пунктирная линия) имеет форму
волны и период, или «частоту биений прибоя», равный
2—3 минутам, но все же это не настоящая волна
длинного периода.
Группы бурунов переменной высоты поднимают и
понижают средний уровень воды в зоне прибоя. Подъем
несколько превышает спад, так как объем воды,
прибывающей в зону прибоя, пропорционален квадрату
высоты буруна.
Всякий, кому приходилось бродить босиком по воде
у берега, очевидно, замечал, что группа быстро
следующих друг за другом высоких бурунов временно повышает
уровень воды. Джон Айзеке утверждает, что, по его
наблюдениям, в Твин-Роксе (штат Орегон) во время
сильного прибоя колебания уровня моря, вызываемые
биениями прибойного потока, доходят до 16 футов.
Благодаря образующимся при этом волнам перемещения,
перенос значительных масс воды вдоль поверхности
осуществляется со скоростью, намного превышающей
скорость обратного оттока воды.
172

По мнению Уолтера Мунка, имя которого тесно
связано с изучением прибоя, береговая линия вследствие
этого процесса становится как бы источником новых
волн, которые возвращают обратно в море — в виде
настоящих волн длинного периода — примерно 1% энергии,
полученной от набегающих волн. Эти вновь
образовавшиеся из-за биений прибоя волны, двигаясь в сторону
моря и вдоль берега, могут стать источником тягуна.
ДОННОЕ ПРОТИВОТЕЧЕНИЕ (ОТКАТ)
И РАЗРЫВНОЕ ТЕЧЕНИЕ
Среди многочисленных мифов о морских берегах едва
ли не самый распространенный — миф о донном
противотечении. Уже само слово «откат» способно отпугнуть
любителей плавания. На многих пляжах висят
предупреждающие надписи: «Осторожно, откат! За несчастные
случаи ответственности не несем». А на пляжах, где
таких табличек нет, слухи о донном противотечении
передаются из поколения в поколение, хотя никто ни разу не
дал себе труда установить истинное положение вещей.
Автор не берется точно определить это явление;
разные робкие души, а также работники спасательной
службы, которые не очень в курсе дела, утверждают,
что откат — это таинственное течение, идущее по дну
в сторону моря, и что оно «засасывает» или «затягивает»
пловцов.
Нам известно, что в зоне прибоя существуют
различные течения и другие движения воды, представляющие
опасность для пловцов, но они вряд ли подходят под
приведенное 'выше описание. Рассмотрим поочередно
эти явления. Орбитальные течения представляют собой
движение частиц воды в волне по круговым орбитам,
высота и период которых совпадают с высотой и
периодом волны. Такие же круги описывает в волнах пловец,
причем течение все время то относит его ,в море, то
возвращает к берегу. В результате после прохождения
каждой волны он оказывается примерно на том же
месте, откуда начал. Если он попадет в ложбину, вода
действительно «засосет» его, а при разбивании волна
подбросит вверх, понесет в сторону суши и даже,
возможно, выбросит на песок·
173

Пенистые гряды разбившихся волн (волны
перемещения) несут к берегу воду, которая возвращается
обратно в виде течений. Если уклон дна между береговым
валом и пляжем относительно ровный, то на дне может
возникнуть обратное течение. Но для того чтобы
сохранилась волна перемещения, глубина воды должна быть
минимальной—не более двух-трех футов. В
большинстве случаев пловец может достать ногами дно, и даже
если его сшибет волной, движущейся к берегу,
относительно слабое обратное течение будет не в состоянии
протащить его по дну и вынести в открытое море.
На очень крутых берегах, где крупные волны
разбиваются прямо на пляже, слой обрушивающейся воды
может достигать двух футов в толщину. Разбивающаяся
волна и обратное течение вполне могут сбить человека
с ног и сбросить его в море, прямо в объятия
следующего буруна. Тут он может стать добычей нескольких
волн подряд, которые изрядно его потреплют, прежде
чем он снова встанет на ноги. В таких случаях самое
разумное — это отплыть от берега к спокойной зоне,
которая обычно находится в нескольких футах за линией
бурунов. Здесь пловец может выбрать подходящую волну
и на ней добраться до берега, где прибойный поток
вынесет его на пляж. Закрепившись в песке где-нибудь
на высоком месте, нужно продержаться там, пока не
уйдет вода, и затем успеть быстро перебраться еще выше
по склону до нового притока воды. Вся эта немного
опасная операция требует настоящей ловкости и дерзости.
Правда, крутые пляжи с сильным прибоем — явление
довольно редкое; в обычных курортных районах они не
встречаются. Но так или иначе приведенное описание не
соответствует распространенному представлению об
откате.
Однажды на пляже в Кармеле (штат Калифорния),
популярном морском курорте, я заговорил об откате с
группой купальщиков, которые уверяли меня, что в
каком-то указанном ими месте «очень сильное» обратное
течение. Песок в Кармеле совершенно белый, а вода
очень прозрачная. В тот день буруны достигали около
семи футов в высоту и разбивались в ста футах от
берега. Мы решили проделать небольшой эксперимент:
пакет индикаторной краски, который выдается обычно
вместе со спасательным поясом, привязали к булыжнику
174

и забросили в воду, футов за пятьдесят от берега, в
предполагаемую зону отката. После того как камень достиг
дна, мы дернули за веревку, и пакет с краской раскрылся.
Всем стоящим на берегу было ясно видно, как на
поверхности воды появилось ярко-зеленое пятно. Оно колеба-
/
*
4
■*-
X
\
N
у
/
/
1 *
— -/
я
—
-
^
_^\
Разбивающаяся
волна
■.·'·;*·.'*/;."·'.·'·.'·)·;·'.·:·';.'·/··*·':··' А \ ''".Подводный вал'· ■';/''/':У:::·''.'·.'·";
■::у.:::»р:^
-— Приурезовая
. ложбина
.. -*" +- . . *
··.' ·'.·*.".· .'."· Береговая
···..··.·.·.·'ΛΧ;.;.·.*;: ".*:·.'-;.' линия ".·,'·'
■·:*··■·."·'·.■··""."·'.·."·'·!·.' ··'·' Фронтальная зона пляша.,·.'·.·;'.·;;'.'.*.·.*. \;:; .·.·.·;."■
' '· '. Береговая терраса
Рис. 55. Разрывные течения образуются при разбивании
волн на подводных валах. При этом создаются волны
перемещения, поднимающие уровень воды между валом и
берегом. Избыточные водные массы, прорыв канал,
движутся обратно в море в виде разрывного течения,
имеющего большую скорость и малое сечение, за зоной прибоя
оно расходится в стороны и иногда дает циркуляции.
лось, когда приходила волна, но не растекалось и явно
не подвергалось воздействию какого бы то ни было
течения. Этот наглядный урок тогда решил наш спор, но тем
не менее я думаю, что в Кармеле, да и на других
пляжах по сей день можно увидеть все те же
предостерегающие надписи, которые не имеют ровно никакого
смысла.* Такого рода предупреждения делаются с са-
175

мыми лучшими намерениями, но, предостерегая пловцов
от опасности, они не дают им никаких практических
советов. К этому вопросу я еще вернусь в конце
главы.
В зоне прибоя встречается еще одно течение, которое
может быть опасным для неопытного пловца. Это —
разрывное течение, впервые описанное Ф. П. Шепардом
(Океанографический институт Скриппса). Разрывное
течение играет немаловажную роль и в пляжеобразова-
тельных процессах: с ним связывают причудливость
рельефа подводной части пляжа.
Разрывные течения возникают тогда, когда на
небольшой глубине быстро следующие друг за другом
волны разбиваются на подводном валу. Вода, которая
устремляется к берегу от линии бурунов, не успевает по
дну возвратиться в море и скапливается между валом
и берегом. Благодаря непрерывному притоку воды из
разбивающихся волн, избыток воды в этой зоне
сохраняется на уровне, слегка превышающем уровень моря.
При достаточной высоте воды образуется течение,
которое направлено в сторону моря и проходит через самую
низкую часть вала. По пути вода прорывает канал; по
нему отныне и следует непрерывный поток воды,
именуемый разрывным течением. Если канал узкий,
скорость воды может достигать 4 футов в секунду.
Разрывные течения получают воду от питающих течений между
валом и берегом — эти последние собирают воду от
линии бурунов и проходят параллельно берегу, как
показано на рис. 55. За зоной прибоя канал может резко
расшириться; при этом сила течения уменьшается, и
нередко в этом месте возникает большой, но медленный
водоворот.
Благодаря тому, что глубина воды в канале
разрывного течения выше, чем по обе стороны вала, волны
в нем редко разбиваются. Более того, течение,
направленное навстречу волнам, увеличивает их скорость *.
Гребни теряют устойчивость раньше времени, и
вследствие этого возникает небольшой скользящий бурун,
или, что более вероятно, большое количество крутых
коротких волн, немного напоминающих мелкие ветровые
волны. Все это делает разрывное течение хорошо
заметным с берега, особенно если есть удобная позиция для
наблюдений.
176

Тот факт, что крупные волны обычно не разбиваются
в области разрыва, может заставить пловцов
предпочесть зону быстрых течений. В этом случае, если вас
относит от берега, никогда не старайтесь плыть против
сильного течения. Нужно проплыть небольшое
расстояние в ту или другую сторону, чтобы уйти от течения и
добраться до места, откуда буруны в кооде концов
вынесут вас на берег.
Я хочу поделиться с читателями соображениями,
которые могут оказаться полезными для будущих пловцов,
Линии видимости горизонта _
":>г*-.*^
Рис. 56. Когда глаз наблюдателя находится на одной линии
с вершиной буруна и горизонтом, расстояние по вертикали
между глазом и оттоком воды равно высоте буруна.
особенно для тех, кто не очень уверен в своих силах.
Зона прибоя может таить в себе большую опасность, так
как разбивающиеся волны порождают неожиданные
сокрушительные силы и быстрые течения. Поэтому, прежде
чем броситься в воду и лихорадочно пытаться
переплыть через линию бурунов, не худо минутку
поразмыслить и оценить ситуацию. Буруны сильно различаются
по размерам, но высокие волны часто следуют группами,
с интервалом примерно в три минуты. Итак, выберите
удобный для наблюдения пункт и посмотрите, что будет
происходить в течение, скажем, ближайших пяти минут.
Проследите за тем, как разбиваются волны в том
месте, где (Находятся подводные валы. Помните, что
валы — это отмель. Там вода будет вам по пояс, хотя
гораздо ближе к берегу есть места, где вода покроет вас
с головой. Обычно более светлая пенящаяся вода мельче,
чем более темные участки: это значит, что вы заранее
можете наметить себе место для отдыха.
Если вы с берега ведете наблюдения над волнами или
же намерены выйти в зону прибоя на лодке, нелишне
определить заранее точную высоту бурунов. Сделать это
177

просто, даже если линия прибрежных бурунов находится
довольно далеко от берега. Встаньте на поверхности
пляжа на такой высоте, чтобы вершина буруна
оказалась на одной линии между вашими глазами и
горизонтом. Тогда, как показано на рис. 56, расстояние по
вертикали между линией вашего зрения и уровнем оттока
(который примерно соответствует среднему уровню
моря) и даст высоту буруна. Вас может удивить высота
крупных бурунов, но лучше удивляться, стоя на берегу,
чем дать бурунам застать вас врасплох в открытом море
Итак, подсчитайте высоту бурунов, остерегайтесь
разрывных течений и забудьте об откате.
НАБЛЮДЕНИЯ В ЗОНЕ ПРИБОЯ
В 1945 году, будучи совершенно незнаком с океаном,
я поступил на работу в организованный во время второй
мировой войны Отдел прогнозов волнения
Калифорнийского университета в Беркли. В задачи отдела входила
разработка научных методов определения характеристик
берегов и волн прежде всего с точки зрения возможных
трудностей, с которыми могли бы столкнуться десантные
войска при подходе к вражескому берегу. Нам было
поручено заняться зоной прибоя. Позже, после окончания
войны, Отдел прогнозов продолжал свою работу, но цели
у него стали более научными.
Во главе этой организации в то время стоял М. П.
О'Брайен, доктор технических наук и член Комитета по
изучению размыва берегов. Почти в тот же день, когда
я был принят на работу, он дал нашей полевой партии
задание приступить к наблюдению над волнами и
пляжами Северной Калифорнии, Орегона и Вашингтона.
Он любил повторять: «Тот, кто сможет работать на этих
пляжах, сможет работать где угодно». Последующий
опыт подтвердил правильность его слов.
Итак, мы отправились к северным берегам,
приурочив свое прибытие ко времени зимних штормов,
вызывающих сильное волнение. Нашу партию возглавлял
опытный исследователь берегов Джон Айзеке. Я был его
помощником по технической части. Оборудование отряда
состояло из двух шестиколесных грузовых автомашин-
амфибий («даков»), аэрофотосъемочной аппаратуры,
178

портативных раций и летающей лодки типа Каталина-
Консолидейтед.
«Дак» — удивительная машина. Длина ее — 32 фута,
ширина — 8 футов, высота (до верха кабины) — 10
футов. На обычном шоссе «дак» выглядит великаном, и
даже лесовозы, встречаясь с ним, бывают вынуждены
потесниться; но в прибое он кажется легкой щепкой.
Вводе эти машины передвигаются с помощью
винта-пропеллера. К счастью, они выдержали испытание и
оказались наилучшим видом транспорта для зоны прибоя —
будь это не так, меня давно уже не было бы в живых и
я просто не смог бы о них написать!
Мы с Джоном сами доставили машины до места
назначения, так как экспедиционные шоферы должны были
присоединиться к отряду позже. Как сейчас помню, в
пасмурный день, неподалеку от Юреки, Джон остановил
свою машину и подождал, пока я подъеду к нему. Он
указал на полосу пены на горизонте, туда, где кончался
залив Гумбольдта, отделенный от океана песчаной
косой. Полоса отстояла от нас мили на две, но было хорошо
видно, что там то и дело взмывают вверх фонтаны
воды. «Ныряющие буруны — футов тридцать в высоту, не
меньше. Смотрите, как взрываются!» — сказал он и
деловым тоном добавил: «Вот там и придется работать».
Поскольку до этого я никогда не видел волн, а тем
боле тихоокеанских, я не сбежал, а принял это
сообщение как должное: я считал, что такая работа
предусмотрена нашим1 общим планом исследований. Буруны
в 30 футов высотой на первый взгляд не казались чем-
то необыкновенным для такого огромного океана, как
Тихий. Теперь я понимаю, что одно только упоминание
о них должно было бы родить в моем мозгу картину
водяной стены, с грохотом обрушивающейся с высоты
двухэтажного дома, — картину, которая могла бы
успешно соперничать с водосливом у плотины Гранд-Кули.
Но тем не менее такая картина передо мной не
возникла. Вся моя предыдущая трудовая жизнь прошла
в шахтах и тоннелях; я даже не вполне отчетливо
представлял себе, что такое буруны.
Мы организовали наблюдательную станцию у маяка
на мысе Тейбл-Блаф, на высоте 100 футов от
поверхности пляжа, и принялись по два раза в день
фотографировать волны, отмечая их характеристики. На пляже.
179

выше границы прилива, на расстоянии 1000 футов одна
от другой были укреплены квадратные рамы, обтянутые
брезентом. Они должны были служить ориентирами и
давать масштаб фотографиям, полученным при
аэросъемке. В дни сильного прибоя фотосъемка
производилась одновременно с летающей лодки (по радио) и с
вершины клифа.
Когда высота бурунов на внешнем подводном валу
была невелика (невелика относительно, т. е. не
превышала 15 футов), мы вели наблюдения над дном
постворам, проведенным от береговых ориентиров. Все это
делалось для того, чтобы установить зависимость между
волнами и подводным рельефом и получить данные для
будущего определения с помощью одной только
аэросъемки возможностей подхода к оккупированному
врагом берегу.
Для наблюдений над подводной частью пляжа мы
пользовались следующим методом: перпендикулярно
линии берега на расстоянии 100 футов устанавливали по
две рейки, так, чтобы шофер «дака» мог определяться,
оставаясь в их створе, пока он медленно двигался к
берегу. На берегу, в 1000 футах от точки, составляющей
прямой угол с линией створа, устанавливался теодолит
(угломерный инструмент для определения положения
«дака»). С небольшими интервалами лотовый, стоящий
в шкафуте судна, по радио давал сигнал к измерению
и бросал в воду лот. Когда «дак» проходил над лотом
и лот-линь принимал вертикальное положение, лотовый
производил отсчет глубины под подошвами волн. Затем
он прибавлял к этой величине треть измеренной высоты
волны, которая должна была разбиться над ним, и
сообщал полученную величину в микрофон.
Наблюдатель на берегу, который в подзорную трубу
следил за движением «дака», услыхав по радио сигнал
к измерению в момент сбрасывания лота, замерял угол.
Стоящий рядом помощник записывал величину угла
и глубину воды и таким способом устанавливал глубину
в ряде пунктов вдоль створа. Это давало нам
возможность графически изобразить профиль поверхности дна
под волнами. На рис. 62 (глава IX) показан один из
сотен профилей, определенных подобным способом. Если
учесть, что пляж все время перестраивается, становится
180

понятно, что такого рода работу можно делать до
бесконечности.
Мы распределили обязанности так, что во время
наших вылазок в прибой Айзеке всегда вел прием, а
Баском было лотовым. В те дни, очевидно, по неопытности
и невежеству, я считал, что не стоит волноваться, когда
Рис. 57. Проведение промеров в прибойной зоне. «Дак»,
движущийся к берегу вдоль линии створа, отмеченного рейками,
настигнут буруном. Лотовый в «даке» сбрасывает лот и по
радио дает сигнал к измерению, затем сообщает замеренную
глубину. Наблюдатель на берегу определяет угол; его
помощник, сидящий у радиоприемника, записывает глубину и
расстояние.
буруны в 15 футов высотой обрушиваются на машину
длиной не более 32 футов. Мы очень часто
недооценивали высоту бурунов и нередко нарывались на волны,
имеющие более 20 футов в высоту. В таких случаях
наши товарищи на берегу давали нам много полезных
указаний по радио.*
Пожалуй, после того как сотрудники Береговой
службы по спасению на водах в заливе Гумбольдта
предупредили нас, что они снимают с себя всякую
ответственность и что впредь мы не должны рассчитывать на их
181

помощь в случае беды, я должен был бы проникнуться
сознанием опасности, с которой сопряжена наша работа.
Береговая охрана не могла взять в толк, как люди
отваживаются выходить в море во время жесточайшего
прибоя, если это не диктуется необходимостью спасти чью-
либо жизнь. Они имели перед нами преимущество
опыта; до меня же рискованность нашей тогдашней
работы начала доходить лишь много лет спустя. Мы были
первыми и, пожалуй, и по сей день единственными
исследователями, у которых хватило дерзости и научной
любознательности заняться изучением пляжевого
материала в зоне зимнего прибоя на северном побережье
Тихого океана.
Мы не раз бывали буквально на волосок от гибели,
когда один из «даков» вдруг поворачивался бортом
к буруну или когда с машины вдруг срывался
брезентовый верх и прогибались ребра, на которых он был
укреплен. «Дак» не имеет воздушного ящика для сохранения
плавучести. Поэтому, если он начнет тонуть, не
приходится рассчитывать на то, что шофер или лотовый
доберутся до берега живыми, особенно если учесть, что
внешняя линия бурунов удалена от берега более чем на
полмили, а температура воды что-то около 40° по
Фаренгейту ( + 4°С). Несмотря на то, что на нас всегда
были спасательные жилеты, мы быстро выбились бы из
сил — здесь сыграла бы роль и сильная турбулентность,
и наша тяжелая одежда. Один раз бурун выбросил
«дак» на берег, и он перевернулся на борт, колесами
к морю. Я при этом, конечно, вылетел из машины. К
счастью, следующая волна вернула машину в нормальное
положение. Удивительное дело — за все это время никто
из нас не пострадал. Мы были молоды и удачливы,
и радость, которую мы испытывали от борьбы с
бурунами, с лихвой окупала риск.
Для того чтобы провести «створ промера глубины»,
нам обычно приходилось пересечь две основные линии
бурунов. При этом нередко на нас обрушивались один
за другим пять-шесть крупных бурунов, и «дак»
относило к берегу; тогда приходилось ждать серии более
мелких волн, которые позволили бы нам выбраться за
пределы подводного вала. С каждым буруном на «дак»
низвергалась стена зеленой воды, движущейся
(относительно) со скоростью 20 миль в час. В момент такого
182

столкновения малейшая течь в кабине водителя
превращалась в пожарный шланг, направленный внутрь
машины. Часто при этом лопалось ветровое стекло, рвался
брезент, исчезали «дворники». Насосы бесперебойно
откачивали мощную €трую воды. Каждая волна
накрывала машину, но всякий раз наш «дак», дрогнув, снова
поднимался над поверхностью, и мы продолжали
двигаться вперед. В такой ситуации сильное разрывное
течение было нам как нельзя более на руку. Уже
говоритесь, что разрывные течения всегда прокладывают себе
каналы через подводные валы и увеличивают »в этих
местах глубину воды, так что разбиваться над ними могут
только самые крупные волны зыби. Если «дак» попадал
в разрыв, шансы пересечь вал без особых повреждений
увеличивались. К тому же скорость его возрастала за
счет скорости течения. Правда, заметить каналы в
мешанине разбивающихся волн было трудно. Поэтому мы
ставили на береговом обрыве специального
наблюдателя, который сверху видел всю зону прибоя и по радио
направлял «дак» туда,( где обнаруживались разрывные
течения — примерно так же, как с аэродрома при низкой
облачности пилоту передают по радио указания для
посадки. Бывало и так, что, подойдя к внешней линии
бурунов, мы останавливались между валами и, вдоволь
налюбовавшись эффектным зрелищем разбивающихся
волн, решали отложить наши промерные работы до
более благоприятного дня. Водители знали, что в таких
условиях любой промах может оказаться в их жизни
последним, и некоторые, благополучно добравшись до
берега, заявляли, что увольняются. Тогда мы
устраивали срочную конференцию и решали, что при таких
больших бурунах выходить в море не будем. На другое
утро водители уже на рассвете были на своих местах,
и все начиналось сначала.
«Дак» — великолепное приспособление для катанья
на волнах. Я хорошо помню, как мы пробирались через
прибой южнее устья реки Колумбии. Выйдя за внешнюю
линию бурунов, мы почти час не двигались с места и
собирались с духом, готовясь оседлать волну. Когда
проходила ложбина волны, перед нами открывалась темная
водяная пропасть, окутанная туманом; потом мы
взмывали на гребне следующей волны. С этого временного
наблюдательного пункта мы ясно видели еще десяток
183

надвигающихся высоких гребней, а ближе к берегу —
тыловой склон линии бурунов весьма устрашающего
вида. Почти все были одного размера — примерно в
двадцать футов высотой. Наконец, дождавшись серии волн
поменьше (как нам казалось), мы направляли на них
машину. Как правило, при определении высоты волны
желаемое принималось за действительное. Однако
нужно сказать, что от такого путешествия дух захватывает
посильнее, чем от американских горок: вы несетесь
вперед со скоростью шести узлов, пока вас не настигнет
и не подхватит стена воды высотой с дом, которая
мчится со скоростью в три раза большей, чем ваша. Весь
фокус в том, чтобы рассчитать время: самые крупные
волны должны разбиваться как раз перед носом
машины. Тогда можно въехать на разбивающийся гребень
и проскользнуть на нем через подводный вал до прихода
новой волны. (К сожалению, все эти великолепные идеи
очень трудно осуществимы на практике.)
Неприятный момент наступает тогда, когда волна
настигает машину-амфибию, и ее «кормовая» часть
начинает быстро подниматься, а водитель всеми силами
старается удержать «дак» перпендикулярно фронту
волны: положение под углом к волне чревато
катастрофическими последствиями. Затем, когда скорость
увеличивается, машина дает крен вперед— примерно на 30° —
и зарывается носом в зеленую воду, целиком
закрывающую ветровое стекло. Все время кажется, что
машина вот-вот перевернется, и тогда невольно говоришь
себе: «Какого дьявола я сюда забрался? Только
безнадежный идиот может пуститься в море на грузовике!»
Но вот волна начинает проходить под вами, и под
воздействием выталкивающей силы нос машины
поднимается вверх, пока не окажется футов на десять —
пятнадцать выше зеленой глади ложбины. Поток воды из
разбивающихся бурунов ударяет сзади о передние
колеса и свисающие вниз оси «дака», и это неуклюжее на
вид судно-грузовик мчится к берегу, как легкая доска
спортсмена — любителя кататься на волнах. Дух
захватывает, когда несешься на волне со скоростью
пятнадцати узлов, в окружении бурлящей воды. Промеры
глубины делаются уже почти механически: сбрасываешь
груз, определяешь уровень спокойной воды и сообщаешь
глубину *.
184

Вскоре волна выносит машину в зону спокойной
воды, а сама продолжает нестись дальше, предоставив
нам возможность следовать на своей обычной скорости
и продолжать наблюдения. Впереди еще одна линия
бурунов, но высота их не больше 10 футов — теперь они
кажутся нам детской игрушкой. Миновав наконец
ближайший к берегу подводный вал, «дак» продолжает
спокойно скользить вперед на пенящейся гряде высотой
иногда до пяти-шести футов. Эта гряда представляет
собой массу бурлящей, «белой» воды, насыщенной
пузырьками воздуха. По мере того как происходит выделение
воздуха, вся эта пенящаяся водная масса начинает
терять высоту, и на берег выплескивается лишь слой
зеленой воды глубиной от одного до двух футов. В зоне
между внутренней полосой бурунов и берегом «дак»
пускает в ход колеса. Шины мягко касаются дна, потому
что вес машины, на которую продолжает действовать
выталкивающая сила воды, передается на рессоры
постепенно. Наконец с грохотом и шумом «дак»
выкарабкивается из воды и тормозит у самой границы заплеска,
как бы знаменуя этим окончание рейса. Здесь, на
пляже, он снова превращается из судна в грузовик.
Благодаря тому, что контроль за давлением в шинах
осуществляется из кабины водителя, «дак» может дв'игаться
по самому мягкому песку. Экипаж счастлив, что
машина наконец на берегу. Теперь первым делом нужно
открыть водоотливные кра'ны и выпустить воду, а затем по
радиотелефону выяснить у приемной группы,
правильно ли были переданы и записаны замеры. Все в
порядке? Теперь можно снова сбрасывать линь, на этот раз
в тысяче футов от берега.
Такой метод наблюдений над прибоем, очевидно,
может показаться грубым. Но мы, проверяя показания,
по нескольку раз сбрасывали линь на одной и той же
глубине, и нужно сказать, что даже во время сильного
прибоя расхождения редко бывали больше чем на фут.
Так как пузырьки воздуха и большая турбулентность
полосы бурунов делают невозможным применение эхолота,
метод лот-линя, вероятно, остается пока единственным
для получения такого рода данных.
После нескольких лет почти ежедневных операций
в прибойной зоне, мы с Айзексом написали довольно
большую брошюру, которая впоследствии приобрела из-
185

вестность, — «Опыт работы на «даке». В ней мы
подробно рассказали о работе с этими удивительными
машинами и даже не утаили своих потерь — два «дака» у нас
были разбиты в зоне прибоя, а один сорвался со
скалистого утеса в штате Орегон и полетел в море, на
участке глубиной 200 футов. После опубликования нашего
отчета работники Береговой службы США *, которые
прежде с недоверием относились к этим грузовикам,
стали пользоваться ими на спасательных станциях
в зоне прибоя.
Большие буруны находятся так далеко от берега, что
нам почти не удавалось получить хороших снимков
«дака» в по-настоящему сильном прибое.
Фотография XIII была сделана в зоне пр'ибоя в районе мыса
Тейбл-Блаф с применением аэрофотокамеры с
длиннофокусным объективом. На этой фотографии «дак»
кажется маленьким пятнышком, затерянным в бурунах
в полумиле от берега. В летнее время мы работали
южнее, обычно в районе залива Монтерей, где новые
шоферы тренировались для будущей работы в более
тяжелых северных условиях. Там мы сфотографировали
«дак» на весьма скромном, двенадцатифутовом буруне
(фото XIV).
После окончания пятилетнего цикла работ,
заключавшихся главным образом в наблюдениях и
регистрации волн, изучении и промерах берегового склона, а
также фотографировании всего Тихоокеанского побережья
Соединенных Штатов, я выпустил трехтомный
справочник состояния берега на 1950 год — «Атлас береговой
линии Тихоокеанского побережья США». Через много
лет, когда абразия, продолжая свою разрушительную
работу, успеет значительно изменить облик берегов,
книга эта сможет дать ценный материал для сравнения.

Глава IX
пляжи
Пограничная между морем и сушей полоса коренных
пород покрыта слоем обломочного материала. Этот
материал сильно различается по крупности — от
мелкозернистого песка до огромных валунов; мощность этих
отложений изменяется от нескольких дюймов до
нескольких сотен футов; по цвету они варьируют от ярко-белого
до агатово-черного. Любой житель прибрежной зоны
убежден, что он хорошо знает, как выглядит пляж. Но
попробуйте задать такой вопрос раз-ным людям — вы
получите множество непохожих определений, в
зависимости от того, к чему привык местный житель.
ПЛЯЖЕВЫЙ МАТЕРИАЛ
Открытые пляжи, окаймляющие почти все побережье
Соединенных Штатов к югу от мыса Код вдоль штатов
Нью-Джерси, Северная и Южная Каролина до
Флориды, а также берега Калифорнии южнее мыса Консеп-
шен, сложены в основном крупным светлоокрашенным
песком — продуктом выветривания скал ή распада их
на основные компоненты: кварц и полевой шпат. Эти
пляжи, как правило, крутые и покрыты
крупнозернистыми наносами. Так как на них расположены наши самые
популярные курорты, многие американцы склонны
думать, что именно такой тип пляжа характерен для всего
земного шара. Однако пляжи, которые тянутся на сотни
миль вдоль побережья штатов Орегон и Вашингтон,
имеют совершенно иной вид. Песок на них мелкозерни-
187

стый, темного серовато-зеленого цвета; это — продукт
выветривания базальта, который формирует пляжи
широкие, плоские и нередко твердые, как спортивный трек.
Мелкозернистый пляжевый материал на большей части
побережья Флориды тоже образует твердые пляжи, но
происхождение его иное: это — продукт разрушения
коралловых рифов.
С другой стороны, к примеру, пляж в Каннах (юг
Франции) сложен главным образом острым (неокатан-
ным) гравием, а большая часть английского побережья
покрыта мелкими плоскими камешками — галькой. Да
и само английское слово «пляж» (beach), по всей
вероятности, когда-то обозначало «галечный берег».
На берегах Лабрадора и Аргентины много валунных
пляжей, а берега Нижней Калифорнии состоят из пля-
жевого материала двух видов: сразу же за плоской
песчаной полосой, которая обнажается только во время
отлива, на высоту более чем 30 футов поднимаются
огромные каменистые уступы. На Таити, если вы живете на
наветренной стороне острова, вы будете думать, что
нормальный пляж состоит из черного вулканического
песка. Но если вы живете на противоположной стороне,
где поставщиком пляжевого материала является
широкий коралловый риф, вы привыкнете считать, что всякий
пляж должен быть ослепительно белого цвета. Короче
говоря, пляжи могут быть сложены любым материалом,
если он имеется в достаточном количестве, при этом не
обязательно должны присутствовать обломки скал.
Например, маленький «карманный» пляж у Форта Брэг
(Калифорния) целиком сложен... старыми консервными
банками, которые вымываются из находящейся
неподалеку в море городской свалки мусора и идут на
формирование пляжа. Даже такой уникальный пляж
подчиняется тем же самым физическим законам, что и все
другие: он как будто нарочно устроен для того, чтобы
продемонстрировать универсальность этих законов.
Итак, хотя пляжи сильно различаются по внешнему
виду и составу, в основе того, что с ними происходит,
лежат одни и те же принципы, и поэтому для
удобства в дальнейшем всякий пляжевый материал мы
будем называть песком *. В приведенной ниже таблице
указаны фактические размеры частиц самых обычных
пляжевых материалов. Это поможет читателю яснее
188

XIII. Зимний прибой у мыса Тейбл-Блаф (штат
Калифорния). Высота буруна на внешнем
подводном валу (в полумиле от фотокамеры)
достигает 25 футов. После забурунивания волны
восстанавливают свою форму и вторично
разбиваются ближе к берегу
XIV. «Дак» на переднем склоне ныряющего
буруна высотой в 12 футов во время промерных
работ.

XV. Пляж Лонг-Бич (штат Нью-Джерси) после сильного шторма
7—8 марта 1962 года.

XVI. Крутая пляжевая ступень (район устья реки Кармел)
переходит в относительно плоскую фронтальную зону, над
которой вы видите автора. Высота пляжевой ступени —
показатель высоты волн, благодаря которым она возникла.

XVII. Валуыно-галечный береговой вал на пляже у мыса
Тилламук (штат Орегон) ближе к морю сменяется плоской
полосой крупнозернистого песка.

представить себе пляжи, о которых здесь пойдет речь,
сопоставив их с теми, которые известны ему по
собственному опыту. Ряд других факторов, в частности,
форма и плотность частиц, тоже представляет интерес, хотя
они и не имеют первостепенного значения.
Таблица VIII
Механический состав пляжевого материала* (стандарт
Инженерного корпуса США)
Название фракции
Диаметр частиц (крупность),
миллиметры
Валуны . .
Камни . . .
Гравий
крупный
мелкий .
Песок
крупный
средний
мелкий .
Пылеватые частицы
или ил
Более 200 (свыше 8 дюймов)
От 76 до 200 (от 3 до 8 дюймов)
От 79 до 76 (включает гальку)
От 5 до 19
От 2 до 5
От 0,4 до 2
От 0,07 до 0,4
Менее 0,074 (почти невидим
невооруженным глазом)
Пляж очень чутко реагирует на действие различных
сил — волн, течений, ветров. Пляж — это отложение
материала, движущегося либо вдоль берега,, либо по
нормали к нему — ότ берега к морю и обратно*. Элемент
движения играет самую главную роль в определении
характера пляжа: ведь пляж — это непрерывно
меняющаяся, не знающая отдыха армия песчинок, в любой
момент готовая сняться с места. Большая часть песка
перемещается под водой — именно там волны и
порожденные ими течения организуют песок в знакомые нам
формы. Но движение пляжа под воздействием волн для
случайного наблюдателя может пройти незамеченным,
даже если за день перемещаются значительные массы
песка. Как правило, уловить какой-либо
кратковременный этап изменений невозможно.
Последите за тем, как разбиваются волны на
песчаном пляже: вода пробегает небольшое расстояние по
поверхности пляжа, затем часть ее впитывается в песок,
а остальная, в виде оттока, возвращается обратно
193

в море. В ту и другую сторону вода переносит тонкий
слой песка, и возникает 'вопрос: каков же чистый
результат этого процесса? Прибавляется песок к пляжу или,
наоборот, отнимается?
Для небольшого числа волн определенного ответа на
этот вопрос дать -нельзя. Все они слегка различаются
по 'высоте и скорости распространения, и каждая может
принести на берег или унести обратно в море несколько
песчинок. Но по прошествии суток или недели итог
работы воли становится зримой реальностью. В один
прекрасный день вы заметите, что знакомая вам скала
покрылась песком (или, наоборот, обнажилась), или
увидите, что надводная береговая терраса обрезана
невысоким вертикальным уступом, а вдоль пляжа успела
отложиться невысокая песчаная гряда. Дальше в море
волны уже разбиваются в каком-то новом месте — значит,
передвинулся подводный вал. Песок у вас под ногами
тоже стал другой — новый слой, еще не утрамбованный
воланами, гораздо мягче прежнего. Все это —
доказательство того, что пляж находится в движении. Там,
где есть волны, происходят постоянные изменения,
постоянная перестройка.
В этой главе рассматривается перенос песка по
нормали к берегу*. Продольный транспорт наносов, т. е.
перемещение частиц песка вдоль берега под влиянием
порожденных волнами течений, описывается в главе X.
ПЕРЕМЕЩЕНИЕ ПЕСКА
Основные формы пляжей показаны на рис. 58
который дает обобщенный профиль пляжей для условий,
преобладающих в зимнее и летнее 'время на многих
открытых побережьях. Не забывайте, что наше
определение пляжа включает весь участвующий в движении
песок надводной и подводной зон до 30 футов глубиной *.
Над водой обычно выступает почти горизонтальная
песчаная терраса, образованная волнами. Это — надводная
береговая терраса. Параллельно берегу под водой идут
длинные песчаные холмы, называемые валами или
подводными валами.
194

Летом береговая терраса — низкая и широкая. Для
наблюдателя это и есть пляж — обозримая полоса песка,
на которой загорают и дурачатся купальщики. В это
время года профиль подводной части пляжа вероятнее
всего будет гладким, без подводных валов.
Зимой береговая терраса выше и уже, так как
большая часть песка уходит под воду на формирование
валов. Эти изменения в профиле пляжа вызываются
сезонными изменениями в действии волн. Крупные волны.
Рис. 58. Обобщенный профиль умеренно наклонного пляжа,
показывающий сезонные изменения в распределении песка.
/-—вершина пляжевой ступени; 2 — фронтальная зона; 3 — пляжевая
ступень; 4 ■— подводный вал; 5 — ложбина; 6 — летний профиль; 7 —
зимний профиль.
которые приходят во время зимних штормов, размывают
надводную береговую террасу, а мелкие волны в летнее
время снова восстанавливают ее. Бели количество песка,
участвующего в этой работе, постоянно, как бывает на
пляже между двумя скалистыми мысами, то общее
движение пляжевого материала просто сведется к обмену
песка между береговой террасой и подводными валами.
Следовательно, изучение таких пляжей, которые
представляют собой замкнутые системы, сводится
в основном к вопросам о том, почему песок
перемещается с берега в море и обратно, какие волны участвуют
в этом процессе и какой рельеф приобретают
образующиеся песчаные отложения. Существует некое весьма
чуткое равновесие между силами, которые приносят
песок на берег, и силами, уносящими его в море. По
положению основной массы песка можно судить о
преобладающей роли тех или иных сил.
195

Основной механизм перемещения состоит в том, что
отдельные песчинки просто поднимаются со дна при
турбулентном движении, которым всегда
сопровождается прохождение волн *. Песчинка весит очень мало,
поскольку под водой она легче, чем в воздухе, ровно
настолько, сколько весит вытесненная ею вода и для
того чтобы поднять ее, не требуется много энергии.
Кроме того, благодаря турбулентности и вязкости воды
песчинки оседают медленно. И пока песчинки находятся во
взвешенном состоянии или в состоянии свободного
падения, течения с очень малой скоростью могут отнести их
немного в сторону. Поднявшаяся со дна песчинка
опустится уже на каком-то новом месте. Каждая
проходящая волна поднимает и перекладывает мириады
песчинок, и, таким образом, пляж находится в постоянном
движении. Перемещение отдельных песчинок может
быть очень незначительным^ и все же этого достаточно:
ведь за сутки через пляж проходит около восьми тысяч
волн. Песчинка, которую каждая волна передвигает
на какую-то десятую долю дюйма, за сутки может
переместиться на 70 футов. Разумеется, не все волны
производят одинаковое действие, и, кроме того, течения могут
менять направление. Поэтому трудно сказать в каждый
данный момент, движется ли песок с берега или на
берег.
Для того чтобы в полной мере понять связь между
волнами и перемещением песка, необходимо учитывать
значительные сезонные изменения пляжа — разницу
между зимним и летним периодами. Совершенно
очевидно, что имеется сезонная разница между типами волн,
но в чем 'именно она состоит? Зимой волны крупнее,
и прибой очень силен. Можно ясно видеть, как в момент
разбивания волны со дна поднимаются вз'мученные
массы песка. Интенсивность расходования волновой энергии
на пляже зимой выше, чем летом. Эту интенсивность
удобнее всего выразить, используя данные крутизны
волны — отношение высоты волны к длине, которое
обычно обозначается -γ.
Например, волна высотой в 6 футов и длиной в 600
футов имеет крутизну 6/600 или 0*01. Если длина волны
200 футов, то при высоте в 6 футов крутизна волны
будет 0,03. Таким образом, крутизна возрастает либо при
196

увеличении высоты, либо при уменьшении длины.
Опыты, проводившиеся в волновом лотке Дж. В. Джонсоном
(Калифорнийский университет, Беркли), показали, что
при крутизне волн более 0,03 всегда образуются
подводные валы (в начале опыта брался пляж без подводных
валов). Напротив, при крутизне волн менее 0,025 опыты
в лотке не приводили к образованию валов. Возможно,,
что в условиях природного пляжа цифры будут
несколько иные, но качественный результат тот же. На настоя-
щих пляжах волны очень разнообразны по высоте и
периоду, в отличие от волн, возбуждаемых в волновом
лотке, которые всегда одинаковы. Кроме того, трудна
точно определить влияние крупности 1песка: если
подогнать размеры песчинок к масштабам модели, песок
окажется слишком мелким для того, чтобы действовать
аналогично естественным наносам в натуре *.
Крутизна волн, по всей видимости, оказывает
следующего рода действие: когда к пляжу приближаются
волны небольшой высоты (или большой длины), то
орбитальные течения увлекают в сторону берега песок со
дна. Эти волны, обладающие незначительной крутизной,
подхватывают песок, проносят его вперед и снова
опускают на дно. И хотя движущиеся по орбитам частицы
воды возвращаются обратно на то же расстояние, песок,
который они несут, успевает переместиться ближе к
берегу. Сцепление песчинок друг с другом, а также
наличие области ламинарных (нетурбулентных) течений на
дне не дает песку возможности двигаться с той же
скоростью, что и вода, и орбиты частиц песка остаются
незамкнутыми. Вследствие этого, когда крутизна волн
незначительна, общий перенос песка совершается в
сторону берега.
Когда относительно крутые волны следуют
непосредственно одна за другой, то возникает ряд новых
обстоятельств. В этом случае в зоне прибоя имеется общая
турбулентность, удерживающая песок во взвешенном
состоянии, особенно на мелководье. Массовый перенос
воды высокими волнами здесь интенсивней, и при
разбивании образуются довольно крупные волны,
перемещения. В результате всех этих влияний возникает общий
поток воды по профилю, направленный в сторону берега.
Поскольку волны находятся на относительно близком
расстоянии друг от друга, надводная береговая терраса
197

все время остается насыщенной водой, и лишь
сравнительно небольшое количество воды, набегающей на
поверхность пляжа, уходит в песок. Двигающаяся к берегу
вода несет с собой взвешенные частицы песка. Когда
волны набегают на фронтальную зону пляжа, их
передний край, проходя через вершину .надводной береговой
террасы, откладывает на ней песок, таким образом
наращивая ее в высоту. Остатки воды, возвращаясь
обратно по фронтальной зоне пляжа, по дороге захватывают
Рис. 59. Циркуляция воды в прибойной зоне. Профиль,
показанный пунктиром, переходит в профиль, показанный
сплошной линией, по мере того как волны большой
крутизны переносят песок с пляжа (/) на подводный вал (2).
#„ — высота волны.
с собой тонкий слой песка. Песчаная взвесь ближе ко
дну попадает в сферу действия течений, направленных
в сторону берега, — эти течения должны
уравновешивать поверхностный поток воды в сторону моря.
Последний переносит песок до самой полосы разбивания волн,
где зарождаются обратные течения в сторону берега.
Откладывающийся здесь песок формирует 'подводный
береговой вал. (Интересно, что это течение, достаточно
сильное, чтобы оказывать влияние на взвешенный песок,
в то же время остается для пловца незамеченным.)
Итак, теперь нам ясно, как крутые зимние волны
могут при наступлении на береговую террасу увеличить
ее высоту и как в результате размыва надводного пляжа
формируются подводные валы.
Из-за различия в высоте и длине следующих друг за
другом волн бывает трудно определить, надвигается или
отступает в данный момент надводный пляж. Допустим,
что волны, набегающие на берег, имеют приблизительно
один и тот же период и одинаковую длину, но при этом
различаются по высоте, как волны на рис. 51
(глава VII). Мелкие волны будут приносить песок на берег,
198

а крупные — уносить его обратно в море. Примерно это
и происходит на пляже. Песок постоянно перемещается
в соответствии со сложным и изменчивым движением
воды. Профиль самого пляжа дает грубо приближенно
ответ на вопрос: меньше или больше 0,03 средняя
крутизна волны? *.
СОБСТВЕННО ПЛЯЖ И ПОДВОДНЫЕ ВАЛЫ
Теперь, вооруженные общим пониманием механизма
перемещения песка в зоне прибоя, мы можем уже более
детально исследовать формы пляжа, появившиеся в
результате этого процесса. Для этой цели берется серия
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000
Рис. 60. Профили пологих пляжей. Обратите внимание на
наличие трех подводных валов у пляжа в районе Лидбет-
тер-Спит. Искажение масштаба 1 : 5.
профилей пляжа за какой-то период и отмечаются
происшедшие' на нем изменения. В этот же отрезок
времени ведутся наблюдения и производится регистрация
волн, приходящих на пляж. Идея заключается в том,,
чтобы связать изменения профиля пляжа с
характеристиками трансформации волн. Одинаково нелегко
получить информацию и разобраться в ней. Но в конце
199

концов настойчивый исследователь накапливает данные
и приобретает «чутье», помогающее ему понять, как
взаимодействуют волны и пляжи.
Полевая партия, организованная для изучения воли,
производила наблюдения примерно в сорока пунктах
-500 0 500 1000 1500 2000 2500
Рис. 61. Пляжи с уклоном средней крутизны.
Сравните профиль пляжа в Лонг-Бранч, не
имеющего подводных валов, с двумя
большими валами у Тейбл-Блаф. Искажение
масштаба 1:5. О — средний уровень малых
квадратурных вод.
Тихоокеанского побережья, повторяя десятки раз в
каждом пункте регистрацию профилей в разных
метеорологических условиях во все времена года. Каждый раз
наблюдение велось на трех створах, разбитых от линии
дюн до отметок минус 30 футов. Расстояние между
соседними створами составляло 1000 футов. Это давало
возможность получить достаточно полную картину.
Всего за 5 лет было определено около 500 профилей и
взято 600 проб песка. На рис. 60, 61 и 62 приводится не-
200

сколько профилей крутых, промежуточных и плоских
пляжей в сопоставлении с профилями пляжей в других
местах земного шара. Поскольку уклон пляжа чаще
неравномерный, имеет перегибы, то названия «крутой»
О 250 500 750 1000 1250 1500
Рис. 62. Профили крутых пляжей. В Вайани из
песка состоит только фронтальная зона пляжа.
Морская зона представляет собой плоский
коралловый риф, над которым образуются крупные
буруны; на них можно великолепно кататься
(если вы специалист в этом деле). Искажение
вертикального масштаба 1 : 2,5.
и «плоский» относительны. В этой книге плоским
пляжем * называется пляж, в пределах которого на
расстоянии 1000 футов в сторону моря от нулевого уровня
прилива (среднего уровня малых квадратурных вод)
глубина воды менее 10 футов. На крутом пляже в
аналогичных пределах глубина воды может превышать
201

30 футов. Обратите внимание на различное искажение
вертикального масштаба на этих рисунках.
Каждый из приведенных здесь профилей был выбран
потому, что он представляет особый интерес. Пляж Юта
в Нормандии был основным местом высадки союзных
вооруженных сил при вторжении в Европу. Он
относится к 'пологим пляжам; амплитуда прилива около 15
футов. Во время отлива немцы, защищающие пляж, могли
копать противотанковые рвы и строить
противодесантные укрепления, которые были таким серьезным
препятствием для наших решающих операций. Если бы
понадобилось провести операцию «Олимпик» (прямое
вторжение в Японию), то местом высадки войск был бы
пляж в Катакаи. Поэтому объектом тщательного
изучения стал пляж в районе Лидбеттер-Спит, типичный для
побережья в пределах 100 миль к югу и северу от устья
реки Колумбии и одновременно имеющий большое
сходство с японскими пляжами. После того как мы
досконально изучили зону прибоя в Лидбеттере, мы пришли
к заключению, что всякая попытка высадиться в
Японии— за 'исключением моментов очень слабого
прибоя — была бы равносильна катастрофе.
Пляж Лонг-Бранч (штат Нью-Джерси) относится
к числу промежуточных пляжей и ничем не отличается
от многих других открытых пляжей Атлантического
побережья. Летний профиль этого пляжа, не имеющего
подводных валов, изображен на рис. 61.
Кус-Бей (штат Орегон) имеет развитый подводный
вал, ярко выраженную зимнюю пляжевую ступень и
линию дюн с 'крутым передним склоном, созданную в
результате действия сильных штормов, которые
отодвинули назад и уплотнили береговые дюны. В огромных
отмелях у пляжа Тейбл-Блаф (Калифорния) чувствуется
что-то агрессивное — по крайней мере, на мой взгляд.
Крутые пляжи, особенно пляж в районе Форта Орд
(Калифорния), соответствуют наибольшей активности
действующих сил. Волны здесь обычно разбиваются
с огромной силой прямо на фронтальной зоне пляжа,
выбрасывая на берег мощный поток воды («накат»),
который может быть опасен как для пловцов, так и для
судов. С такой же ситуацией мы сталкиваемся на пляже
в Вайани (Гаваи), если не считать того, что волны
прибоя, которые движутся в сторону берега, прежде чем
202

достигнуть поверхности пляжа, минуют длинную
плоскую отмель. Когда к берегу подходят крупные волны
тихоокеанской зыби, в Вайани устраиваются
соревнования лучших пловцов.
Но большая часть наших данных получена в Кар-
меле, где мы обычно отдыхали весной, приходя в себя
после зимних встреч с северным прибоем. Пляж там
Рис. 63. Пляжевая ступень в Кармеле (Калифорния) за
лето, если волнение невелико, выдвигается на 200 футов
в сторону моря. Затем она отступает и почти исчезает под
натиском штормовых волн в зимний период.
0 — средний уровень малой квадратурной воды.
представляет собой замкнутую систему, поскольку с
обоих концов он защищен мысами, а от моря отделен
глубоким валом. Но даже в Кармеле десятифутовые
буруны— нередкое явление. Большую часть 1946 года мы
вели тщательные наблюдения за этим пляжем, пытаясь
подсчитать баланс песка, т. е. определить, где
находится весь запас песка в каждый данный момент.
На рис. 63 показан рост пляжевой ступени. За пять
месяцев, с апреля по сентябрь, пляж расширился более
чем на 200 футов. К началу декабря первый же крупный
шторм заставил пляж отступить на значительное
расстояние, но уже к февралю он вернулся почти на
прежнее место *. Нам также удавалось проследить рост
пляжевой ступени с помощью ежечасно производившихся
измерений, причем наблюдался рост до 6 футов в сутки.
Когда шторм начинает разрушать пляжевую ступень,
особенно во время квадратурных приливов, то нередко
на ее обращенном к морю склоне может образоваться
203

крутой песчаный откос, или береговой обрыв *.
Вертикальный обрыв в 5 футов высотой был обнаружен на
побережье штата Орегон — он был образован за одну
ночь коротким, но сильным штормом. Вторичный осмотр,
две недели спустя, показал, что мелкие волны вернули
на берег весь разрушенный материал; от обрыва
сохранилась только самая верхняя часть. Поверхность пляжа
Футы
I I 1 1 1 1 1 1 1 1
О 20 40 60 80 100 120 140 160 180
Рис. 64. Типичный размыв пляжей в штате Делавэр во
время сильного шторма 6—8 марта 1962 года. На
протяжении многих миль пляж сократился от 60 до 75 футов.
(Профиль пляжа снят сотрудниками Инженерного
корпуса.)
0 — средний уровень малых квадратурных вод.
начинается непосредственно от этого обрыва, и под
ударами волн ее склон становится пологим.
Поскольку пляжевая ступень формируется под
действием волн, неудивительно, что ее высшая точка —
функция высоты волн. Эксперименты, проделанные
английским исследователем Р. А. Багнольдом в волновом
лотке, показали, что высота береговой террасы над
уровнем моря в 1,3 раза больше высоты волн (на глубокой
воде), которые ее формируют. То же соотношение
существует и в природных условиях, хотя его трудно
подтвердить: во-первых, приливы и отливы постоянно меняют
уровень морской поверхности; во-вторых, количество
энергии волн глубокой воды, которое достигает берега,
находится в зависимости от рефракции; в-третьих, не
существует одинаковых волн. Однако, вероятнее всего,
на океанских пляжах высота надводной террасы
равняется средней высоте глубоководных волн,
помноженной на коэффициент рефракции.* Так, например, высота
204

надводной террасы на пляже, который окаймляет
непрерывной полосой плавно изгибающееся побережье
залива Монтерей, на открытом участке вблизи Форта Орд
достигает 16 футов над уровнем малой воды и
постепенно уменьшается по направлению к защищенной Мон-
терейской гавани: там терраюа уже на 6 футов ниже.
Даже случайному наблюдателю на пляже вскоре
станет ясно, что существует какая-то связь между укло-
1/5 6 7 8 91/1012 /5 1/20 30 40 1/50 60 70 80 ///00
Уклон фронтальной зоны пляша
Рис. 65. Зависимость крупности песка от уклона
фронтальной зоны открытых пляжей, при среднем уровне. Верхняя
кривая обозначает минимальный вероятный уклон, нижняя —
максимальный уклон.
ном пляжа и крупностью песка: крутой пляж —
крупный песок; пологий пляж —мелкий песок. Однако
попытка выяснить сущность этих отношений оказалась
долгим делом. На пляже сколько угодно мест, где
можно брать пробы песка или измерять уклон, и результаты
для каждого из этих мест в пределах одного пляжа
будут различаться между собой. Поэтому выбору
основного, «исходного пункта» предшествовало немалое
количество проб ,и (измерений. Если проба песка берется в
момент среднего уровня прилива с зоны пляжа,
подверженной действию волн, и там же измеряется уклон, мы
получаем достаточно четкую картину. На рис. 65
показано это соотношение для открытых пляжей. Здесь
также имеются отклонения из-за различного распределения
волновой энергии. При дополнительном поступлении
205

песка уклон пляжа бывает более крутым, чем в том
случае, когда береговая терраса отступает перед ударами
волн.
Более существенное влияние на крупность песка и
уклон пляжа оказывает его экспозиция по отношению
к господствующему волнению. Это показано на рис. 66.
О 200 400 600
Расстояние.футы
Рис. 66. Влияние мыса, защищающего пляж, на уклон
последнего и крупность песка.
О _ средний уровень малых квадратурных вод. 1, 2, 3, 4 —
створы промеров профиля. Крупность частиц на створах зависит
от уклона: (/) 17 мм —1:41; (2) 20 мм —1:30; (3) 39 мм
— 1 : 14; (4) 65 мм —1 : 8.
Здесь представлены профили четырех участков пляжа,
который тянется сплошной полосой вдоль залива Хаф-
Мун-Бей (Калифор:ния). Пляж на участке № 1 полностью
защищен от волн зыби, идущих главным образом с се-
206

веро-запада. На участке № 4 пляж полностью открыт.
Между двумя этими крайними точками расположены два
пляжа промежуточного уклона. В защищенной зоне за
мысом пляж пологий и песок мелкий, но дальше к югу
пляж становится более крутым, а песок — более
крупным. Это пример того, как пляжи реагируют на волны,
с которыми они находятся в постоянном контакте.
Береговые подводные валы, или «пляжевые валы»* —
это подводные гряды, сложенные пляжевым материалом,
которые идут параллельно береговой линии. Часто
образуется несколько подводных валов; количество их
зависит от размера волн, уклона дна и амплитуды прилива.
Мы уже обсуждали вопрос о том, как подводные валы
формируются течениями, которые возникают с
приходом крутых штормовых волн. Подводные валы,
сформировавшись, начинают в свою очередь оказывать весьма
сильное воздействие на волны. Благодаря тому, что валы
представляют собой отмели с довольно крутыми
склонами, они действуют по принципу фильтров, заставляя
все волны, превышающие какой-то определенный размер,
разбиваться в одном месте (тогда как на ровном
подводном склоне волны разбиваются в пределах довольно
широкой зоны). Кроме того, так как подводные валы
обычно имеют крутой уклон в сторону моря, то именно
над ними происходит образование ныряющих бурунов и
мгновенное гашение энергии волн.
Значительная амплитуда прилива (5 и более футов)
ведет к формированию двух групп подводных валов.
Ввиду того что кривая прилива имеет синусоидальную
форму, уровень моря проявляет тенденцию удерживаться
попеременно в области уровня полной воды и уровня
малой воды на довольно продолжительное время; при этом
переход от прилива к отливу происходит сравнительно
резко. Подводные валы могут развиваться на двух
уровнях, соответствующих приливу и отливу, но в
промежуточный период перераспределения песка между ними не
происходит.
Наши наблюдения помогли определить глубину над
подводными валами в разных штормовых и штилевых
условиях. Составляя сводки результатов двадцати
девяти промеров открытых пляжей, мы обнаружили, что
все они имеют по крайней мере один вал, а пляжи со
средним уклоном менее 1 :75 имели по три вала. Вер-
207

шина внутреннего * вала была, как правило, примерно
на 1 фут нижесреднего уровня малой квадратурной воды.
Средняя глубина над вершиной второго вала составляла
7,5 фута, а над вершиной третьего, наиболее удаленного
от берега,—13 футов. Следовательно, разница между
глубиной над валами была приблизительно 6 футов, что
составляет обычную для этого берега амплитуду
прилива.
При небольшой амплитуде прилива крупные волны
сначала разбиваются на внешнем подводном валу;
затем они снова восстанавливают свою форму и еще раз
разбиваются на втором валу. При высокой амплитуде
прилива глубина над внешним валом настолько велика,
что волны не могут ,на нем разбиваться. Они проходят
над ним и разбиваются на двух следующих валах.
Самые глубоководные (мористые) валы,
сформированные огромными штормовыми волнами, в спокойную
погоду могут не меняться в течение целых месяцев, так
как мелкие волны, охватывая только поверхностный
слой воды, не влияют на перераспределение песка. Даже
после самых сильных штормов не встречаются валы,
гребни которых уходили бы глубже чем .-на 20 футов,
считая от среднего уровня малой квадратурной воды; можно
сделать вывод, что это, очевидно, и есть максимальная
глубина над гребнями подводных валов.
Подобно другим характерным элементам пляжа*,
подводные валы отличаются более резко выраженным
рельефом, когда они сложены более крупным песком.
В этом случае межваловые ложбины глубже, а склоны
валов круче. Самые разнообразные попытки найти связь
между рельефом вала и длиной волны или установить
простую зависимость между глубинами над гребнем вала
и подошвой ложбины не увенчались успехом.* Так как
по ложбинам часто пролагают себе путь вдольбереговые
течения, межваловые ложбины могут размешаться или,
наоборот, заполняться песком независимо от действия
волн.
Подводные валы наблюдались на пляжах, самых
разнообразных по размеру — от пляжей в волновом
лотке до берегов озер и океанов, подверженных
соответствующему воздействию волн. Случалось так, что у
одного пляжа находили целых пять валов, а у пляжа
близ мыса Лидбеттер-Спит (штат Вашингтон) был об-
208

наружен почти непрерывный подводный вал
протяженностью в 20 миль. Выше подводные валы
рассматривались в основном как непрерывные, строго параллельные
берегу образования; в действительности они далеко не
всегда имеют правильную форму. Когда меняется
направление волн, подводные валы изменяют
местоположение. Если волны улеглись еще до того, как это
перемещение успело завершиться, на дне остается
невероятно хаотическое нагромождение песка — остается до
тех пор, пока следующий шторм не наведет порядок.
Вопрос о максимальной глубине, при которой под
действием волн может происходить перемещение
материала на дне*, пока не решен, несмотря на то что
условно принято ориентироваться на глубину 30 футов
ниже уровня отлива (так поступает и автор этих строк).
Например, сильный шторм у побережья штата Мадрас
в Индии вынес на берег большое количество свинцовых
болванок с корабля, потерпевшего крушение в миле от
берега. В Сандерленде (Англия) волны выносили на
берег галечный и меловой балласт, сброшенный с
парусных судов на глубине более 60 футов, на расстоянии
свыше 7 миль от берега. Капитаны кораблей,
проходящих через Нантакетские банки, где глубина воды около
75 футов ,и более, сообщают, что после того как на
палубе разбиваются штормовые волны, там остается
песок*. Каков же механизм этого переноса? До сих пор
никто еще точно не знает.
МИКРОФОРМЫ КАК ВТОРОСТЕПЕННЫЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЛЯЖА
Есть несколько характеристик, которые не имеют
большого значения для геологии или гидротехники, но
тем не менее интересны как дополнительный материал
для изучения пляжей. К ним относятся: знаки заплеска,
знаки ряби, каналы стока, уступы, пляжевые фестоны,
воронки, сводики и рифели.
Лучшее время для наблюдений над всеми этими
характеристиками—раннее утро, особенно после
прилива. Воздух в это время обычно неподвижен, а небо
мягко освещено. Пляж еще чист и нетронут, ибо за ночь
волны смыли все следы, оставленные накануне челове-
209

ком, и теперь, когда поверхность песка совершенно
спокойна, наблюдение приносит наилучшие плоды.
Тонкий, как папиросная бумага, слой воды,
взбегающий по фронтальной зоне пляжа после окончательного
разбивания на берегу каждой волны, называется запле-
ском. У своей верхней границы, перед тем как энергия
Рис. 67. Микроформы на поверхности пляжа.
а — сечение песчаного свода; б — знаки ряби обратного
потока; в — знаки заплеска; г — рябь от однонаправленного
течения (русловые рифели); д — рябь от колебательного
движения воды (волновые рифели).
растрачивается при подъеме, заплеск имеет вид тонкой
пленки воды глубиной менее четверти дюйма.
Движущийся поток воды несет перед собой полосу песчинок,
которые обычно крупнее большинства частиц
фронтальной зоны.
, После того как кинетическая энергия движущейся
воды истрачена на подъем по склону, поток
останавливается. Какая-то часть воды уходит в песок, а другая
210

в виде обратного потока возвращается в море. При этом
каждый раз вода оставляет тонкую линию песчинок,
которая указывает максимальный уровень подъема потока.
Это и есть знаки заплеска.
Такие следы — своеобразная запись, регистрирующая
высоту наката последовательно наступающих на берег
волн. Когда общий уровень прибоя повышается или
опускается (это зависит от размеров волн), можно ясно
видеть, как знаки меняют свое местоположение. Когда
уровень падает и на пляж поступает вода от разбивания
более мелких волн, заплеск оставляет узор, подобный
тому, который изображен на рис. 67. Но с увеличением
амплитуды волн одна крупная волна может неожиданно
стереть все знаки, чтобы использовать песчинки для
собственной записи. После окончания отлива самые
высокие знаки сохраняются до следующего прилива, когда
новая серия волн взбегает по поверхности пляжа,
уничтожая старые следы и прочерчивая новые.
Та часть воды заплеска, которая не уходит в песок,
а сбегает вниз по поверхности пляжа (отток), часто
оставляет на песке ромбовидные следы. Иногда вода при
движении прорывает в песке крошечные
перекрещивающиеся продольные углубления, примерно в четверть
дюйма; как правило, эти ромбовидные следы оттока
имеют длину около 6 дюймов; длинная ось такого ромба
всегда направлена перпендикулярно линии берега. Чаще
всего эти следы можно видеть на пляжах
промежуточной крутизны, сложенных песком средней крупности.
Почему тонкий слой движущейся воды оставляет в песке
маленькие лощины именно в форме ромба, до сих пор
остается тайной.
После прилива вода, которая задерживается на
высоком откосе пляжа, просачивается сквозь песок и течет
по поверхности пляжа. Общая картина стока этих
крошечных речных систем известна под названием «каналы
стока». Эти следы чем-то похожи на стебли растений,
которые тянутся к морю; когда эти знаки находят на
скалах, их часто принимают за остатки ископаемой
флоры. Обратите внимание на то, что рисунок, который
остается от движения воды, когда она спускается по пляжу,
скорее напоминает систему дельты, чем речную систему,
211

в которой притоки при впадении расширяют основное
русло реки.
Знаки заплеска и каналы стока, которые находят
в песчаниках ранних геологических эпох, не только
свидетельствуют о том, что некогда из этого песка
слагался пляж доисторического моря, но также указывают
направление волн этого моря и амплитуду прилива.
Когда стекающая вода скользит по поверхности
пляжа, скорость ее возрастает, и частицы песка переходят
во взвешенное состояние. Кинетическая энергия этого
потока воды с песком увлекает его ниже среднего уровня
моря, и над ним образуются мелкие волны, обычно менее
фута высотой, которые называются «бурунами оттока»*.
В результате возникают взмученные вихри песка,
которые в конечном счете поднимают песчинки и держат их
во взвешенном состоянии, пока следующий прибойный
поток не вынесет их на поверхность пляжа. Более
крупные песчинки оседают на дно, где их может двигать взад
и вперед каждая новая волна. Оттуда они могут быть
унесены только более мощным потоком воды. В итоге
этого постоянного перемещения происходит сортировка
материала по крупности, при которой более крупные
частицы постепенно перемещаются в сторону моря*.
Несколько ниже уровня самого низкого «буруна оттока»
эти крупные песчинки достигают глубины, где их больше
не могут поднять почти никакие волны. Возникающее
в результате отложение наносов имеет вид отсыпи,
верхняя часть которой является подводным продолжением
поверхности пляжа, а внешняя грань образует свал
отсыпи. Эта отливная отсыпь обычно имеет около фута
в высоту, и ее иногда трудно разглядеть из-за большой
турбулентности воды. Те, кто бродит босиком у берега,
часто пугаются, когда нога вдруг проваливается в
мягкий крупный песок или соскальзывает с обрывистого
края отсыпи.
Пляжевые фестоны — углубления в форме
полумесяца, обращенные вогнутой стороной к морю, которые
вымываются волнами на самом краю пляжа. Из всех
диковинок морских берегов это, пожалуй, самая загадоч-
212

ная, и ни одна из десятков гипотез, объясняющих
формирование фестонов, не может быть признана вполне
удовлетворительной. Фестоны, очень разнообразные по
форме, наблюдаются на пляжах, сложенных как мелким
песком, так и крупными камнями. Они встречаются
также и в защищенных бухтах, и на открытых пляжах.
Пляжевые фестоны длиной от 6 до 9 дюймов были
получены в лабораторных условиях. Автор этих строк
измерял фестоны в Сан-Симеоне, в Калифорнии (14 фу-
тов), в Форте Орд (90 футов) и с помощью «даков» на
пляже в Тейбл-Блаф (средний результат девяти
промеров— 1180 футов).
Равно как и другие элементы пляжа, фестоны имеют
более резко выраженный рельеф и менее правильную
форму на открытых пляжах, сложенных крупным песком,
чем в защищенных бухтах. В последних поражает
совершенство исполнения — на плоском пляже фестоны
вылеплены из мелкого песка с необыкновенным изяществом.
По нашему миению, эти образования возникают под
действием волн, крутизна которых слишком велика для
аккумулятивной роли и слишком мала для размывающей *.
В форме фестонов даже чувствуется какая-то
нерешительность— как будто силы противоположного действия
урав'новешены не до конца.
Не существует единого мнения по вопросу о том, как
образуются пляжевые фестоны и почему они принимают
именно такую форму и достигают именно такого размера.
Если постоять полчаса на пляже, наблюдая за работой
волн, то неискушенному человеку может показаться, что
он понял, как формируются пляжевые фестоны. Для
этого полезно рассмотреть действие двух
последовательных волн — четной и нечетной (см. рис. 68).
Направленный по прямой к берегу заплеск после разбивания
четной волны, несущий с собой взвешенный песок (У),
набегает на поверхность пляжа. Он разбивается на рукава
у выступов и течет вдоль боковых стенок бухточки, пока
не истратит весь запас энергии или не столкнется со
встречным потоком (2). Как только движение этого
потока остановится, он попадает под воздействие одной
силы тяжести и возвращается в сторону моря по самому
крутому пути, который (3) приводит его в канавку,
находящуюся в центре бухточки. Довольно большая
скорость воды в канавке увлекает за собой песок со дна,
213

в результате чего {4) образуется маленькая подводная
дельта. Эта сильная струя должна резко остановить
движение воды перед следующей волной, отчего новая волна
(5) теряет часть своей эффективности в отношении
переноса песка. Но несмотря на это, часть волны, которая
-Длина-
/
у § <■■·■'■ •■••'•.-■.•У 4,·ν:;:
..." '' Бухта \ ·.' · ;
ν Вершина,'/
Bvxma \ .· · . · /
Уровень спокойной^
воды <гГ ■ -. ^
^'"ΜΙΤΤι^1^!! Подводные '^ЩШ^
уступы
■Л
па- '^ТГиТП"^ Береговая
ПРибои '" линия
,+ t t t t \JL
Фронт волны , Четные волны
(по порядку их действия)
4 :■··.·;·:"
ςι£&* -^4^ ^-*~-^
Следующая волна Нечетные волны
Рис. 68. Пляжевые фестоны остаются загадкой.
движется навстречу выступу фестона, не тормозится; как
и прежде, она взбегает вверх по пляжу и оставляет
принесенный песок.
Следует отметить, что высокая скорость обратного
потока и малый уклон, связанные с удалением песка
с пляжа, существуют только в канавке, в то время как
у крутого постоянно намываемого выступа мы находим
самую высокую скорость заллеска и самую низкую
насыщаемость. Затем рассмотренный цикл двух
последовательных волн повторяется. По всей вероятности,
выступы намываются каждой приходящей волной, а
бухточки углубляются под воздействием каждой второй
волны. Эти «двухволновые» циклы не могут повторяться
214

каждый раз, так как вследствие изменения высоты и
периода волны переходят в другую фазу, что ведет к
образованию новых фестонов. Между тем замечено, что
фестоны самой правильной фор/мы образуются под
воздействием самых правильных волн.
Исследователи обычно сходятся на том, что: 1)
наилучшие условия для образования пляжевых фестонов
создаются при параллельном подходе волн к берегу,
когда их движение не нарушается местными течениями
и ветрами; 2) для развития фестонов нужна какая-то
исходная неровность в рельефе пляжа; 3) размеры
фестонов зависят от высоты волн. Однако мы и сейчас еще
далеки от решения вопроса о том, почему образуются
фестоны и каково соотношение между высотой волны и
длиной фестона*. Это хорошая тема для исследователя,
изучающего пляжи.
Поры между отдельными песчинками на поверхности
пляжа выше обычного уровня заплеска заполнены
воздухом. На этих участках пляжа вода длиннопериодного
потока заплеска, просачиваясь в песок, образует воронки
и сводики. Это происходит, когда тонкий слой воды
стекает вертикально вниз и вытесняет воздух. Воздух
поднимается вверх и выходит из тонких отверстий на
поверхность в виде цепочки пузырьков. Вода, набегающая,
на пляж при следующих заплесках, проходя через зону
с такими отверстиями, просачивается вниз, размывая их
стенки с поверхности и превращая их в маленькие
временно действующие воронки диаметром в V8 дюйма.
Однако воды первого высокого заплеска может
хватить только на то, чтобы смочить песок на глубине
примерно в полдюйма. Таким образом создается
относительно непроницаемый слой, под которым заключен
воздух. Когда подходит вода следующего заплеска и затем
снова просачивается вниз, воздух под зоной насыщения
опять сжимается. Но теперь поверхность песка как бы
уже запечатана, и воздух, который прежде выходил
наружу в виде серии пузырьков, превращается в один
большой пузырь. При возрастающем давлении пузырь
воздуха, который не может вырваться из-под слоя песка,
поднимает этот песок вверх, выгибая его в виде низкого
свода, имеющего около 1 дюйма в высоту и от 3 до 6
215

дюймов в поперечнике. Если постучать по этому своду
пальцем, вы почувствуете, как он обваливается. Этот
сводик можно аккуратно срезать перочинным ножом к
рассмотреть его структуру.
Под воздействием движущейся воды песок часто
образует параллельно расположенные гребни и ложбины,,
известные под названием рифелей, или знаков ряби.
Это как бы маленькие песча'ные волны, которые можно
обнаружить на песчаном дне рек, а также на
поверхности отлогого пляжа во время отлива или ниже зоны
прибоя. Знаки ряби часто находят в древних
геологических пластах (иногда вместе со следами динозавров).
Они были сфотографированы даже на дне океана, на
глубине 18 000 футов. Слово,м, повсюду, где под водой
есть песок, движение воды может вызвать образование
рифелей. Рифели очень разнообразны по фор/ме и
размеру.
«Длина волны»* у рифелей может быть не более двух
дюймов, а высота может составлять незначительную
часть дюйма. Иногда рифели имеют вид песчаных волн,
доходящих до нескольких футов в высоту и до 50
футов и более в длину*. Обычно расстояние между
«гребнями» рифелей не превышает нескольких дюймов, и
размер их, очевидно, зависит от крупности слагающего их
песка, скорости течения и количества материала,
находящегося во взвеси.
Наблюдения и тщательно проверенные эксперименты
показали, что имеется два четко определяемых типа
рифелей: 1) русловые рифели, образующиеся под
воздействием однонаправленного движения воды; эти рифели
асимметричны по форме, имеют пологий склон со
стороны потока и короткий крутой склон с противоположной
стороны; 2) волновые рифели, создающиеся в
результате колебательного движения частиц воды по
сплющенным орбитам на дне, в то время как над ними
проходят колебательные волны; такие рифели имеют
симметричную форму. Рифели, которые мы встречаем на
пляжах, почти всегда возникают в результате сочетания
обоих типов ряби, так как размеры орбит меняются от
волны к волне, а донные течения, в свою очередь,
отличаются изменчивостью.
Поскольку фронт волны обычно параллелен берегу,
можно было бы ожидать, что рифели также будут па-
216

раллельны берегу; однако такая картина наблюдается
далеко не всегда. Асимметричиые рифели
поступательного потока преобладают, по-видимому, даже в зоне
прибоя *.
Если наблюдать рифели относительно колышка,
вбитого в дно, то видно, что знаки ряби непрерывно и
абсолютно бессистемно перемещаются по всем
направлениям — причину этого, впрочем, легко понять. Очевидно,
рябь является основным механизмом в процессе
перемещения песка водой*; к сожалению, преобладающее
направление перемещения определить невозможно.
Несмотря на то, что песок движется по направлению
течения, рифели не перемещаются вместе с ним. Если
скорость движения воды выше 2,2 фута в секунду,
завихрение с подветренной стороны гребня заставляет
рифели перемещаться против течения. Когда скорость
превышает 2,5 фута в секунду, подводный песчаный «шторм»
как бы сметает все рифели на дне.

Глава X
ВДОЛЬБЕРЕГОВОЙ ПЕСЧАНЫЙ КОНВЕЙЕР
Перемещение песка вдоль берега под влиянием
волновых течений, называемое также вдольбереговым
переносом песка, играет определяющую роль в динамике
берегов. Песок либо уносится оттуда, где он нужен, либо,
наоборот, откладывается там, где он вовсе нежелателен.
Иногда оба эти явления происходят одновременно.
Процессы эти такие же древние, как сам океан, и, если
мерить обычным человеческим стандартом, протекают очень
медленно: нужны годы для того, чтобы изменения стали
заметными. До тех пор пока примыкающая к морю
территория занята пастбищами или общественными
угодьями, никого особенно не волнует, если за 50 лет
береговая зона сдвинулась на 50 футов. Как правило, точное
положение береговой линии никому не известно, и землю
в этих местах не особенно ценят. Однако если у самой
воды понадобится воздвигнуть маяк или проложить
дорогу, т. е. если появится объект, в связи с постройкой
которого приходится взять под строгий контроль
изменения береговой линии, жители прибрежной зоны,
убедившись, что море отнимает у них землю, сначала
просто горюют, а затем впадают в панику.
В случае когда пастбища на краю клифа делятся на
мелкие участки, которые распродаются по высокой цене,
как это произошло во многих местах на
Калифорнийском берегу, новые землевладельцы вскоре поднимают
шум, обнаружив, что их собственность исчезает со
скоростью фута в год. Процесс абразии остался прежним —
просто изменилось отношение к нему. Теперь требуется
безотлагательно принять какие-то меры!
218

В начале девятисотых годов в Англии
землевладельцы, которые терпели убытки по вине моря,
обратились к правительству с требованием срочно принять меры
для защиты от абразии. Британские острова могут
исчезнуть под водой! Под давлением этих требований для
изучения вопроса была назначена специальная
королевская комиссия. После тщательного обследования
прибрежной территории комиссия доложила, что за
последние 35 лет в Англии и Уэльсе море уничтожило
4692 акра земли, а намыло 35 444 акра, т. е. каждый
год прирост земли составлял примерно 900 акров. Эти
цифры показали, что владельцы исчезающей земли
жаловались гораздо громче тех, чьи владения благодаря
деятельности моря увеличивались. Правда,
извиняющим обстоятельством может послужить то, что в числе
исчезнувших земель было много хороших участков
клифа на открытом берегу, и потеря их была весьма
ощутимой, в то время как наращивались по
преимуществу низкие песчаные участки суши, не
представляющие большой ценности. Само по себе наличие клифа
для специалистов геологов служит предупреждением
о том, что силы абразии не дремлют, хотя внешне
изменения как будто происходят очень медленно.
Говорят, что Джордж Вашингтон серьезно занимался
проблемой разрушения берегов Лонг-Айленда, и по его
распоряжению маяк на восточной оконечности острова,
на мысе Монтаук-Пойнт, был построен на расстоянии
200 футов от края клифа — с тем, чтобы он мог простоять
200 лет. Если нынешняя скорость абразии не изменится,
расчеты Вашингтона полностью подтвердятся.
Проведенные недавно измерения показали, что сейчас между
маяком и краем клифа осталось примерно 40 футов земли.
К сожалению, любая местная попытка ускорить
процесс абразии берега или затормозить естественное
перемещение песка вдоль берега тут же отражается на
смежных участках данного побережья. Каждая «спасательная»
мера, не учитывающая возможных последующих
изменений на «подветренных» пляжах, чревата новыми
опасностями. Поэтому береговой инженер должен не только
оперативно решать, что нужно сделать в каждом
конкретном месте, чтобы владельцы прибрежных участков
могли спать спокойно, но также все время думать о том,
чтобы принятые им меры не породили новых осложне-
219

ний где-то в другом месте. Единственное, что
остается,— это подыскивать наилучшее решение вопроса,
рассчитывая на сравнительно короткий срок жизни
нескольких поколений. В конечном счете медленно, но
безостановочно идущие геологические процессы сведут на
нет любую проделанную им работу.
РАЗМЫВ БЕРЕГА
Процессы абразии клифа и переработки его
обломков в пляжевый материал могут происходить под
влиянием следующих факторов: 1) гидродинамическое и
пневматическое давление движущейся с большой
скоростью воды, которое расширяет трещины в скале и
сжимает заключенный там воздух (этот сжатый воздух
может отколоть от клифа большие глыбы и столкнуть
их в море); 2) удары воды, несущей с собой обломки
скал, которые действуют на клиф как дробящий
инструмент; 3) истирание обломков, находящихся в движении;
4) истирание кусков скал, которые сталкиваются друг
с другом по мере того, как подтачивается клиф, и,
наконец, 5) коррозия, или химическое выветривание,
в зоне попеременного смачивания *.
Как же все-таки скала превращается в песок?
Яркое описание работы «морской мельницы»,
перемалывающей огромные камни в мелкий песок, было
сделано Дж. В. Хенвудом в его отчете о посещении шахты
в юго-западной Англии. Часть этой шахты расположена
под водой. Хенвуд пишет: «Когда я стоял под
основанием клифа в том месте шахты, которое отделено от
океана одной только девятифутовой скалой, тяжелый
грохот перекатывающихся огромных валунов,
беспрерывное перемалывание гальки и свирепый рев
бурлящих волн, сотрясающих скалы, рождали передо мной
ужасающую картину бури, настолько реальную, что я
запомнил ее на всю жизнь. Опасаясь, что отделявшая
нас от океана скалистая преграда в любой момент
рухнет, мы поспешили в обратный путь, и лишь после
многих повторных попыток решились наконец продолжить
паши исследования».
220

Немногим доводится услышать прибой снизу, но очень
похожие звуки производят крупные волны при
разбивании на «карманных» пляжах у приглубых скалистых
берегов. В местах, где клифы отвесно поднимаются из моря,
часто встречаются выработанные волнами волноприбой-
ные ниши, дно которых выложено валунами. С клифа
хорошо видно, как волны с ревом и шипеньем разбиваются
в этих нишах. Бурлящие массы воды поднимают валуны,
словно песчинки, и подбрасывают их вверх в фонтане
зелено-белой пены. Когда обломки ударяются друг о
друга, слышится характерный приглушенный стук.
Затем, уже на самой вершине заплеска, вода и валуны
ударяются об основание клифа, и происходит отражение
волны. Вода снова уходит вниз, таща за собой груз
валунов, которые с грохотом трутся друг о друга. Всякого,
кому приходилось наблюдать эту картину, поражает сила,
заключенная в столь ограниченном пространстве, и
впоследствии, вспоминая ожесточенные удары волн и
безжалостное перемалывание обломков, мы без труда можем
понять, как .из клифов образуются пляжи.
По мере того как перемалываются скалы и
подтачиваются клифы, по мере того как истирается и затем снова
продолжает свой путь движущийся песок, берег
отступает. На протяжении больших геологических периодов
он может отойти на много миль. С примерами
значительных изменений мы сталкиваемся и в пределах
сравнительно коротких в геологическом аспекте промежутков
времени.
На старых картах йоркширского побережья Англии
указано местоположение многих населенных пунктов,
которые давно уже сметены волнами с лица земли. Сейчас
на-их месте находятся песчаные отмели, расположенные
далеко в море. В 1829 году знаменитый геолог Чарльз
Лайел сообщил о том, что глубина бухты в Шерингеме
составляет 20 футов — на том самом месте, где лишь
48 лет назад был клиф высотой в 55 футов, застроенный
жилыми домами. Сейчас не существует и бухты. В той
же Англии, неподалеку от Кромера, морской клиф уже
давно отступает со скоростью 16 футов год, а в Кове-
хайте in Саутволде абразия берегов идет со скоростью
от 10 до 15 футов в год. Во время большого штормового
нагона в 1953 году (мы уже упоминали о нем в связи
с прорывом дамб на берегах Голландии) клиф в Суф-
221

фолке, высота которого была 40 футов, за одну ночь
отступил на 40 футов, а другой, менее высокий клиф за
эту же ночь сузился на целых 90 футов. Такой
чрезвычайно интенсивный процесс абразии — результат
работы необыкновенно мощных воли, которые
взаимодействуют с рыхлыми породами, причем уровень воды
настолько высок, что пляж уже не может служить
обычной преградой. Напротив, детальное обследование
коренных пород Корнуольского побережья показало, что
за последние десять тысяч лет с ними не произошло
почти никаких изменений.
ВДОЛЬБЕРЕГОВОЙ ПЕРЕНОС ПЕСКА
В большинстве случаев вдольбереговые течения
возникают благодаря тому, что волны подходят к берегу
под углом. Несмотря на то, что при прохождении по
мелководью фронт волны изгибается и стремится занять
положение, параллельное берегу, процесс рефракции тем
не менее часто остается незавершенным. Когда волны
наконец разбиваются под. небольшим углом на подвод-
ном валу или на пляже, вода получает импульс, часть
которого направлена вдоль берега. Именно поэтому
совокупное воздействие многих разбивающихся волн
выражается в равномерном перемещении песка вдоль
берега.
Профессор Дж. Мунх-Петерсен, в течение почти
сорока лет изучавший берега Дании, приводит следующую
аналогию: «Картину переноса песка можно ясно себе
представить, если рассматривать волны как экскаватор,
а волновые течения — как конвейер, перемещающий
разрыхленный экскаватором материал. Каждая волна —
ковш поднимает песок и направляет его под некоторым
углом на ленту конвейера»*
Многолетние исследования позволили ему
видоизменить основную формулу волновой энергии*; он стремился
дать такой ее вариант, который бы наилучшим образом
выражал способность волн перемещать пляжевый
материал вдоль прямолинейного песчаного берега:
КИП. cos а
Количество перемещаемого материала = g ,
где а — угол подхода волны, а К — коэффициент, вели-
222

чина которого определяется крупностью материала и
крутизной пляжа.
Позднее Джозеф Колдуэлл из Комитета по изучению
размыва берегов установил зависимость между
количеством вдольбереговой энергии и объемом перемещаю-
Надводная береговая терраса \ . . . .
Рис. 69. Волны, приближающиеся к прямой
береговой линии под углом, испытывают частичную
рефракцию. Составляющая, направленная вдоль
берега (обозначенная Л), дает начало вдольбере-
говому течению. Путь движения песчинок,
перемещаемых каждой новой волной вправо,
обозначен пунктиром.
щегося песка, которая дает аналогичные результаты.
Судя по этому отношению, энергия, которая в
умеренных метеорологических условиях затрачивается на
движение ленты конвейера, протянувшейся от мыса Консеп-
шен до Лос-Анжелеса, составляет в сутки
приблизительно 5 миллионов футо-фунтов на фут пляжа (или
около 50 тысяч лошадиных сил на 100 миль).
Инженеру-гидротехнику эта часть Калифорнийского
побережья может предоставить великолепный набор
головоломок, которые возникают в связи с
существованием практически постоянного вдольберегавого течения
223

с северо-запада. Это течение представляет собой
результат воздействия волн господствующего направления на
берег определенной конфигурации. К северу от мыса
Консепшен берег экспонирован прямо на запад и открыт
всем ветрам и волнам. Но южнее мыса он резко
поворачивает к востоку, так что те же ветры и волны теперь
?1
*
^
о
<t>
§■
«о
*
п-
*
υ
5
ιΟ
«О
О
3000
2000
1000
800
600
400
300
200
100
80
60
40
0.1 0.20.3 1.0 2 3 45 10 203040 100
Вдольбереговая энергия.фунто- футы
(в миллионах в сутни на фут пляша)
Рис. 70. Зависимость между энергией и вдольбе-
реговым перемещением песка (по Колдуэллу —
Британский Комитет по изучению размыва
берегов).
подходят к нему под углом. Течение несет песок вдоль
берега, и поэтому любое сооружение, задерживающее
поток песка, действует как плотина, тормозя движение
и увеличивая отложение песка на пляжах к западу от
преграды. Пляжи, расположенные к востоку,
по-прежнему подвергаются неумолимому воздействию волн и
течений, и если запасы песка не пополняются, то пляжи
быстро отступают.
Первая крупная преграда, которую встречает
движущийся песок, — это мол в Санта-Барбаре. Когда песок,
перемещающийся вдоль берега с запада, проходит
оконечность мола, он внезапно попадает в зону более
глубокой и спокойной воды (для создания такой зоны и был
сооружен мол). Порожденная волнами турбулентность,
до сих пор державшая песок во взвешенном состоянии,
исчезает, и песчинки начинают осаждаться сразу же за
м
224

оконечностью мола. Но заносимость порта — это лишь
часть проблемы. Пляж к востоку от мола, лишенный
питания, быстро размывается, и волны начинают
разрушать клифы. В период между 1938 и 1940 годами обрыв
Сандс-Пойнт отступил на протяжении участка, длина
которого равна примерно одной миле, на расстояние от
Рис. 71. Рост песчаной косы за оконечностью
мола в заливе Санта-Барбара. Волны, подходящие
к берегу под острым углом, создают вдольбере-
говое течение.
100 до 200 футов. Поэтому в течение многих
последующих лет песок вычерпывался с внутренней стороны
мола и выгружался на первый (по ходу потока) пляж,
подверженный активному действию волн. Оттуда он
снова поступал на конвейер песка и затем двигался
дальше вдоль берега.
В 1948—1950 годах по заданию Калифор'нийского
университета (в соответствии с контрактом,
заключенным с Инженерным корпусом) автор этих строк
занимался изучением переноса песка в районе Санта-Бар-
бары. Задача состояла в том, чтобы попытаться
установить связь между интенсивностью перемещения песка-,
с одной -стораны, и скоростью ветра и воздействием
волн —-с другой. Мы начали с того, что установили
225

на пляже в Санта-Барбаре волнографы и приборы для
регистрации ветров, а затем приступили к составлению
подробных профилей пляжей на участках
протяженностью б несколько миль в обе стороны от порта. В центре
нашего внимания были сама бухта и ближайшая к ней
«подветренная» пляжевая ступень. Вскоре мы
обнаружили, что песок, поступающий в акваторию порта,
способствует росту косы у оконечности мола, что можно
было легко измерить. Отложения песка занимали объем
от уровня малой воды до ровного дна бухты под углом
естественного откоса. Еженедельные наблюдения,
которые велись в течение года и сопровождались
составлением схем такого типа, как схема на рис.71, позволили
нам установить зависимость между параметрами волн
и ростом косы. Поскольку весь песок, приносимый в Сан-
та-Барбару, шел на формирование косы, по ее росту
можно было непосредственно судить о количестве песка,
переносимого вдоль берега.
В те дни, когда высота прибоя на пляже с внешней
стороны волнолома была менее 2 футов, ежесуточный
прирост косы составлял около 250 кубических ярдов.
Если высота волн была более 4 футов, добавочное
количество песка доходило до 1000 кубических ярдов в сутки,
а во время шторма прирост песка за одни сутки мог
превысить 2500 кубических ярдов. Среднее поступление
песка за полтора года нашей работы составило около
600 кубических ярдов в сутки, но данные, собранные
Инженерным корпусом США за несколько лет,,
свидетельствуют о существовании цикличных изменений этой
величины в многолетнем разрезе. Среднесуточное
количество перемещавшегося песка, полученное от деления
количества песка, вычерпываемого каждые два года, на
число дней, колебалось от 400 до 900 кубических ярдов
в год. Между наивысшим подъемом и спадом этой
величины, по приблизительным подсчетам, проходило около
одиннадцати лет, и автор этих строк пытался—лравда,
без особого успеха — установить связь этой
периодичности 'с другими природными явлениями. Несомненно,
отчасти она связана с общими метеорологическими
условиями в Тихом океане, управляющими ветрами и
волнами. Очевидно, эта система, в свою очередь, зависит от
солнечной активности на протяжении одиннадцатилет-
226

него периода; однако механизм, который связывает эти
два фактора, до сих пор остается невыясненным.
За Са,нта-Барбарой перемещающийся песок
встречает другие препятствия, включая комплекс Вентура —
порт Хьюнеми, описание которого будет дано ниже.
Результатом вычерпывания песка (с промежутком в два
года), отложившегося в теле косы у оконечности мола,
явилось перемещение крупных «волн песка» * вдоль
берега. Здесь то возникали, то исчезали пляжи,
просуществовавшие не больше года. В 1940 году М. П. ОЪрайен
предложил проект стационарного мощного устройства
для черпания песка, и недавно этот проект был включен
в общую программу строительства гидротехнических
сооружений в этом районе.
В конце концов поток песка доходит до залива
Санта-Моника, отстоящего довольно далеко от Санта-
Барбары. Жители этого города, особенно яхтсмены,
также заинтересованы в спокойной бухте, но, не желая
связываться с бесконечными поисками лучших методов
вычерпывания песка, они пошли по другому пути.
Параллельно берегу, в нескольких сотнях ярдов от суши,
был сооружен волнолом; при этом расчет делался на то,
что песок будет проходить через широкое пространство
между волноломом и берегом. Однако этого не
произошло. Песок стал откладываться в защищенной зоие, где
отсутствовало волнение. В результате пляж за
волноломом начал расти и постепенно превращаться в преграду
для перемещающегося песка; напротив, «подветренный»
пляж стал отступать. Пришлось и в Санта-Монике
прибегнуть к вычерпыванию песка.
Если общий механизм переноса песка очевиден,,
некоторые детали все еще остаются неясными. Поэтому
ученые продолжают искать новые способы для
непосредственных измерений количества взвешенного в воде
песка и глубины, на которой он перемещается под
действием течений и волн в различных сочетаниях. В
Швеции, Франции, Англии и США ученые, исследовавшие
передвижение пляжевого материала, довольно успешно
использовали радиоактивный песок*. Основная идея
состоит в том, чтобы естественный песок (обладающий
такой же крупностью и теми же физическими
свойствами, что и песок на обследуемом пляже) поместить в
реактор и сделать его временно радиоактивным. Затем песок
227

выгружается на пляж, и его путь -прослеживается с
помощью счетчиков Гейгера. Английские
экспериментаторы использовали песок диаметром 0,18 мм,
активированный скандием-46 (период полувыведения — 85 дней).
Наблюдения велись в течение 4 месяцев; при этом
удалось показать, что на глубине 19 футов песок могут
перемещать только крупные штормовые волны.
Такие же опыты были проделаны с галькой на
восточном побережье Англии. Гальку с берега доставили
в ядерную лабораторию в Наруэлле, где она была
обработана радиоактивным веществом. В качестве изотопа
применялся барий-140 — лантан-140, имеющий период
полувыведения 12 дней, что позволило проследить путь
гальки 'в течение примерно шести недель.
Шестьсот радиоактивных индикаторов (меченой
гальки) сбросили в воду в 700 ярдах от берега, где глубина
при отливе составляла 19 футов; другие 2000
индикаторов рассыпали по дну на мелководье, в 12 ярдах от
уровня отлива. Местоположение тех и других
определялось в дни, когда это было -возможно по
метеорологическим условиям. В море измерения производились с
помощью счетчиков Гейгера, передвигавшихся по дну на
специальных полозьях, а на поверхности пляжа сцин-
цилляторным счетчиком. Все эти приборы давали
возможность «засечь» радиоактивные индикаторы и
выделить их среди миллионов других галек на берегу, даже
если они были погружены на 9 дюймов.
За период наблюдений галька на глубокой воде не
сдвинулась с места, в то время как на мелководье она
иногда уходила от своего первоначального положения на
целую милю в море.
Первые четыре недели погода была тихая, и высота
волн не превышала 2 футов. Но даже в этих условиях
93 индикатора переместились в среднем на 60 ярдов. На
следующей неделе подул сильный ветер в
противоположном направлении, и галька стала быстро перемещаться
в направлении ветра. При этом некоторая ее часть
пересекла устье реки, не испытав, по-видимому, никакого
воздействия со стороны быстрых приливных течений
в районе устья. Исследователи пришли к выводу, что
перемещение гальки непосредственно связано с
направлением и силой ветров, дующих от Северного
моря.
228

Дуглас Инман (Океанографический институт Скрипп-
са) на протяжении нескольких лет изучал перенос песка
в прибойной зоне -ниже уровня малой воды. Инман
работал на самом крайнем участке Южнокалифорнийского
побережья и постоянно спускался на дно в водолазном
костюме, наблюдая за тем, как проходящие волны
взвешивают песок и как затем его увлекают течения. С
помощью многочисленных специальных приспособлений
он брал пробы взвешенного песка и по ним пытался
установить законы перемещения песчинок различной
крупности под воздействием волн.
На восточном берегу Торндайк Сэвил младший,
используя один из волновых бассейнов Комитета по
изучению размыва берегов, решил подсчитать, какое
количество песка переносится вдоль берега в различных
волновых условиях. В бассейне воспроизводились волны,
которые подходили к берегу под углом 10° на глубокой
воде и разбивались на поверхности пляжа с исходным
уклоном 1 : 10. Было обнаружено, что скорость вдольбе-
регового течения, определяемая с помощью
индикаторной краски, возрастала с увеличением крутизны волн.
Перемещающийся песок попадал в наносоуловитель на
подветренном склоне модели пляжа и взвешивался;
одновременно такое же количество песка добавлялось
к наветренной части модели. Таким образом, оказалось
возможным измерять объем движущегося песка в
условиях практически бесконечного пляжа.
Анализ проб, собранных в четырех наносоуловителях
для определения переноса песка в разных зонах,
позволил Сэвилу установить связь между крутизной волн
и зоной переноса песка. Когда крутизна волн не
превышала 0,03, большая часть песка перемещалась в
пределах поверхности пляжа—до верхней границы заплеска.
Более крутые волны быстро намывали подводный вал,
на котором начинали разбиваться последующие группы
волн, взмучивающие песок. С этого момента основной
перенос песка осуществлялся в зоне разбивания воли
вдоль подводного вала. Другие ученые, продолжая эти
эксперименты, включили в сферу своего исследования
волны, подходящие к берегу под самыми различными
углами. Им удалось установить, что в случае, когда
фронт волны составляет с берегом угол в 30°,
перемещение песка достигает максимума *.
229

Для опытов подобного рода Британский научно-
исследовательский совет по гидравлике сконструировал
в Даниче модель пляжевой полосы с целью выявить
пункты, наиболее подходящие для сооружения бун (этот
вид защитного сооружения будет подробно рассмотрен
ниже). На основании измерений, произведенных в
опытных условиях, было подсчитано, что на открытом пляже
перенос песка составлял 455 000 кубических ярдов в год.
Если на таком пляже через каждые 350 футов
установить буны длиной в 180 футов, количество
перемещающегося песка можно сократить до 180 000 кубических
ярдов в год. Несмотря на то, что эксперимент этот не
совсем точно воспроизводит реальные условия, полученные
результаты дают береговому инженеру возможность
составить примерное представление о степени
эффективности подобного рода защитных сооружений.
КАК БОРОТЬСЯ С ВДОЛЬБЕРЕГОВЫМ
ПЕРЕМЕЩЕНИЕМ ПЕСКА
Инженер, строящий береговые сооружения,
постоянно сталкивается с разными вариантами одной и той же
проблемы: как поддержать перемещение песка вдоль
берега и в то же время уберечь берег от абразии. Если он
построит какое-либо новое сооружение для того, чтобы
остановить поток песка, это вызовет дополнительные
осложнения на обоих участках: и там, где движение
песка искусственно затормозилось, и там, куда он
должен был бы поступать в обычных условиях. Как при
решении любой задачи, предложенной нам природой,
прежде всего следует попытаться понять механизм
происходящего. Если бухта заполняется песком, нужно
выяснить, откуда этот песок поступает, и определить
скорость, с которой он движется. Если пляж отступает,
гидротехник обязан сперва разобраться в причинах
этого, а потом уже предлагать планы восстановления
пляжа. Таким образом, он должен первым делом
провести ряд исследований и постараться найти ответы на
все кардинальные вопросы. После этого можно
приступить к разработке плана действий и провести его через
все препоны и рогатки — юридические, финансовые и по-
230

литические, а также преодолеть трудности, с которыми
сопряжено проведение практических строительных работ.
Проекты, предусматривающие решение проблем,
связанных с размывом и аккумуляцией берегов, неизменно
требуют от составителя твердого усвоения двух
положений: 1) песок, приведенный в движение порожденной
волнами турбулентностью, будет отлагаться повсюду,
где защитное сооружение ослабляет действие волн;
2) если не принимается никаких мер по борьбе с
абразией, берег на всем протяжении абрадирует более или
менее равномерно; если же на какой-то части берега
возводится защитное сооружение, остальная его часть
должна взять на себя роль поставщика песка.
Инженер .первым делом спросит: каков чистый объем
переноса песка вдоль берега? С каким количеством
песка придется иметь дело при создании защитных
сооружений?
Термин «чистый объем переноса песка»
употребляется для обозначения разности между объемом песка,
перемещающегося вдоль берега в одном направлении,
и песка, движущегося в противоположном направлении
(благодаря изменчивости направления движения волн) .*
Когда береговая линия длинная и достаточно прямая,
чистый перенос песка имеет первостепенное значение;
например, в районе бухты Санта-Барбара он достигает
300 000 кубических ярдов в год. Однако, как указывает
генерал-майор В. Ф. Кассиди (Инженерный корпус
США), в местах, где перемещающийся песок должен
пересечь узкий пролив или канал, необходимо знать
сумму объемов переноса песка в обоих направлениях.
Кассиди приводит цифры для пролива Корсон через
береговой бар у берегов Нью-Джерси (никакие работы по
мелиорации в нем не производились):
Перенос песка в южном
направлении 600 000 куб. ярдов в год
Перенос песка в северном па-
правлении 450 000 куб. ярдов в год
Общий объем перемещающегося
песка 1 050 000 куб. ярдов в год
Чистый объем песка,
перемещающегося только в южном
направлении 150 000 куб. ярдов в год
Общий объем песка, проходящего через пролив,
составляет 1 050 000 кубических ярдов в год. Эта цифра
231

показывает количество песка, которое в этом районе
могло бы быть унесено с пляжа. Однако в
действительности в многолетнем разрезе пролив уносил 300 000
кубических ярдов песка в год, а чистый объем переноса
песка был вдвое меньше· Что же происходит? Песок,
мигрируя через пролив, поперечными приливными
течениями относится в сторону от вдольберегового
конвейера и либо уносится к морю и откладывается в
проливе в виде отмелей, либо перемещается к заливу.
В любом случае происходит размыв пляжей, который
должен восполнить количество песка, недостающее в
общей системе. Кроме того, перенос песка влияет на
положение самого пролива. Если бы мы захотели построить
специальные молы для того, чтобы ограничить приток
приливных вод, в конце года к северу от самого
северного мола скопилось бы 150 000 кубических ярдов песка.
При таком положении вещей приходится думать о
создании специальной рефулерной станции для перекачивания
песка. Сооружение такой станции преследует две цели:
1) предотвратить обмеление входа в порт и, таким
образом, способствовать навигации и 2) сохранить 300 000
кубических ярдов песка в год.
В ряде мест такие станции уже имеются. Самая
известная из них находится в лагуне Уорт (Флорида) при
входе в порт Палм-Бич. Небольшая рефулерная станция,
установленная на молу с «наветренной» стороны,
перекачивает песок через трубопровод и выбрасывает его
у второго мола с «подветренной» стороны. Несмотря на
то, что эта станция не может перекачать весь
перемещающийся песок, она все же укрепила береговую линию
и с помощью двух молов спасает вход в порт от
обмеления. В Палм-Биче, таким образом, эта идея успешно
выдержала проверку. В качестве добавочной меры
предосторожности через каждые несколько лет избыток
песка у входа в порт вычерпывается, и равновесие
восстанавливается.
На побережье Южной Калифорнии есть места, где
давно назрела необходимость проводить регулярную
работу по вычерпыванию песка. Фактически любой новый
порт или сооружение, тормозящее вдольбереговой поток
песка, нуждаются либо в постоянной насосной станции,
либо в специально разработанном плане «бай-пассин-
га» *, устраняющем возможные последствия нарушения
232

XVIII. Песчаные своды и узкие отверстия.

XIX. Знаки, оставляемые обратным током воды с пляжа.

XX. Знаки заплеска.

XXI. Валы и рифели, полученные в экспериментальном
волновом лотке лаборатории Комитета по изучению размыва
берегов США.

вдольберегового переноса песка. В порту Хьюнеми
(Калифорния), расположенном в нескольких милях к
востоку от Санта-Барбары и испытывающем воздействие
того же вдольберегового переноса, на отмелом берегу
была сооружена искусственная гавань; вход в нее
защищался двумя параллельными молами, один из
которых— западный — служил своего рода наносоуловите-
лем для перемещавшегося песка. Время от времени, как
и следовало ожидать, приходилось вычерпывать песок
из этого наносоуловителя и сбрасывать его на пляжи
с «подветренной» стороны. Вся трудность заключается
в том, что плавучая землечерпалка должна работать
в очень опасных условиях: она в любой момент рискует
оказаться во власти волн, перемещающих песок.
Необходимость расширить площадь порта побудила Ричарда
Итона, главного технического консультанта Комитета
по изучению размыва берегов, выступить с проектом,
который, по всей вероятности, сразу решает целую
серию проблем.
С «наветренной» стороны от порта Хьюнеми, в
непосредственной близости к нему, на месте покрытого
дюнами берега был сооружен новый порт— Вентура, с
примерно такими же, как в основном порту, параллельными
молами. Но здесь создались совершенно иные условия
для вычерпывания песка, так как к западу от мола,
параллельно берегу, был построен волнолом. Этот барьер,
как и в заливе Санта-Моника, стимулирует отложение
песка, но, кроме того, он создает зону спокойной воды,
где легко может работать землечерпалка. Теперь песок
можно одновременно выкачивать в районе входов в обе
гавани и переправлять на пляж. Такого рода мероприятия,
объединяющие улавливание и перенос песка, в будущем,
несомненно, получат более широкое распространение.
Схожая с этойу но, пожалуй, еще более трудная
проблема возникла в 60 милях к югу от порта Хьюнеми, за
Лос-Анжелесом. Дело в том, что на пляжи этого района
перестал поступать песок. К югу и западу от равнины,
на которой расположен Лос-Анжелес, пляжи питались
выносами ручьев и рек, текущих с близлежащих гор и
периодически прекращающих свое существование. Но за
последние десятилетия из-за перебоев с
водоснабжением, а также для защиты от наводнений на этих
речках построили плотины и одели их русла в бетон. Те-
237

перь песок улавливается, не доходя до океана, и
«голодающие» пляжи непрерывно отступают — процесс
абразии уже захватил Ньюпорт-Бич. Вдольбереговые
течения каждый год забирают с пляжей и уносят к югу
200 000 кубических ярдов песка, который в конце концов
откладывается в подводном каньоне в Ньюпорте, где он
и остается.
Когда в 1947 году размыв берега впервые стал
грозить серьезными последствиями, миллион кубических
ярдов песка был вычерпан со дна залива Анахайм и
перевезен на пляжи с целью их наращивания. К 1963 году
благодаря 'продолжающемуся процессу истирания
материала на части пляжей снова создалось критическое
положение; во время одного сильного шторма волны
разрушили 75 жилых домов. Поэтому недавно было решено
вычерпать со дна залива Анахайм еще три миллиона
кубических ярдов песка и распределить их вдоль
«наветренных» пляжей. Под воздействием вдольберегового
течения песок будет двигаться вдоль берега до Ньюпорта,
и поток даносов по ходу своего перемещения сможет
наращивать пляж. Однако количество песка в ближайших
бухтах и заливах ограничено, поэтому возник
дополнительный план, предусматривающий задержку песка на
подступах к каньону. Для этого параллельно берегу
предполагается соорудить волнолом длиной в 2600
футов, такой же, как в Вентуре и заливе Санта-Моника.
Затем, примерно через каждые пять лет, отложившийся
песок будет вычерпываться и перекачиваться на старое
место. Таким образо,м, будет надолго обеспечена
сохранность всех важных объектов в зоне пляжа.
ДЕЙСТВИЕ БУН
Самый обычный способ, применяемый в последние
годы для борьбы с размывом берегов, — это
строительство бун *. Буна представляет собой сооружение типа
дамбы, обычно имеющее несколько футов в высоту и
около 100 футов в длину, которое устанавливается
перпендикулярно береговой линии. Она предназначена для
того, чтобы препятствовать уходу материала с пляжей
и способствовать их расширению, улавливая проходя-
238

щий вдоль берега песок. Для строительства бун
используют дерево, металлический шпунт, камень или бетон.
В некоторых случаях буны имеют сплошную
конструкцию, непроницаемую для наносов; иногда, наоборот,
в них предусматриваются отверстия, через которые
может проходить песок: это буны сквозной конструкции.
Рис. 72. Буны — невысокие преграды, назначение которых —
задержать перемещающийся вдоль берега песок с целью
стабилизировать или нарастить берег (первоначальная линия
берега обозначена пунктиром). Стрелками указано
направление вдольберегового переноса.
Как правило, для защиты протяженных участков
береговой линии ставится целая система бун. В некоторых
местах побережья штатов Нью-Йорк и Нью-Джерси
«поля бун» тянутся на много миль. По мере того как
наносы аккумулируются на «наветренной» стороне и
расширяют пляж, песчаные наносы на «подветренной»
стороне соответственно убывают и происходит сокращение
пляжа. Выход один—строить все 'новые и новые буны.
Уклон пляжа на «наветренной» стороне становится все
круче, в то время как на «подветренной» он постепенно
уполаживается. Нередко межбунные промежутки с
«наветренной» стороны пляжа заполняются и даже
переполняются наносами: заплеск приливных волн
перебрасывает песок через вершину пляжевой ступени, за которой
он и откладывается. Постепенно система бун порождает
серию коротких пляжей с причудливо изогнутой
береговой линией, и тогда берег приобретает фестончатую
форму (рис. 72). После заполнения межбунных
промежутков песок начинает беспрепятственно перемещаться
дальше вдоль берега.
Несмотря на то, что правильно сконструированные
буны могут эффективно улавливать и удерживать песок,
действие их носит временный и чисто местный харак-
239

тер. Понятно, что владельцам тех земельных участков,
которые расположены на пляже и находятся под
угрозой размыва, не терпится принять срочные меры, и они,
часто без предварительных расчетов, строят буну в
надежде восстановить пляж. Но на этом участке может
вообще не происходить (перемещения наносов; кроме
того, если место для постройки бумы было выбрано
неправильно, это ведет только к ускорению размыва.
Вообще вдольбереговое перемещение песчаных
наносов— процесс более сложный, чем это кажется на
первый взгляд.
Иногда буны приносят большую пользу. Известен
случай, когда корабль спас маяк (а не наоборот, как
бывает обычно). В 1883 году маяку на мысе Хенлопен,
на побережье штата Делавэр, грозила опасность быть
разрушенным волнами. Верхняя граница прилива
поднялась выше фундамента маяка, и в связи с этим
обсуждались срочные меры защиты. Затем во время шторма
на берег, в 500 футах к северу от маяка, был выброшен
корабль «Минни Хантер». Потерпевшее крушение судно
стало действовать как буна — оно задержало вдольбере-
говой поток песка и восстановило пляж перед маяком,
который после этого простоял еще много лет.
Поскольку буны не гарантируют полного разрешения
проблемы сохранения пляжей на какой-либо длительный
срок, в настоящее время они не пользуются особой
популярностью *. В конечном счете они представляют
наименее экономичный и наименее эффективный из всех
способов, предусмотренных программой «питания
пляжей». Сейчас предпочитают доставлять на участки
дефицита питания добавочный песок, как это делается
в районе Ньюпортского пляжа. Даже знаменитый пляж
Вайкики в Гонолулу время от времени пополняется
песком, который добывают в дюнах и доставляют за
40 миль. Согласно другим проектам, запасы песка
с окрестных дюн или со дна ближайших лагун
добавляются к «истокам» вдольберегового течения.
Для иллюстрации того, как изменилось ,мнение о
рациональном способе сохранения пляжей, можно
привести пример побережья штата Нью-Джерси.
Конфигурация берега там такова, что даже отраженные волны
зыби, идущие из Атлантики, с большой силой
разбиваются у самой выдающейся точки побережья Ныо-
240

Джерси, около бухты Барнегат. Вдольбереговые течения
размывают мыс в обоих направлениях, и он разрушается
не по дням, а по часам. За последние 50 лет около
50 миллионов долларов было затрачено на работы,
имевшие целью укрепление береговой полосы. В
настоящее время на это ежегодно уходит более двух
миллионов долларов, однако удовлетворительных результатов
до сих пор достигнуть не удалось. Многие участки
побережья уже давно потеряли пляжи. На других участках
уход песка все еще продолжается. Системы бун во
многих местах не оправдали надежд.
Комитет по изучению размыва берегов рассмотрел
положение в Нью-Джерси и предложил проект,
предусматривающий организацию благоустроенных летних
пляжей и меры по предотвращению дальнейшего
размыва. Этот проект обеспечит равномерное распределение
песка вдоль всех пляжей побережья Нью-Джерси путем
подвоза новых запасов песка в район бухты Барнегат.
Частично песок будет доставляться с материка на
грузовиках, частично будет рефулироваться со дна бухты. Все
остальное доделают волны и вдольбереговые течения.
Для начала в это предприятие, по предварительным
подсчетам, придется вложить 28 миллионов долларов, но
в дальнейшем на содержание пляжей будет уходить не
более миллиона в год.
Для побережий США было предложено в целом
66 проектов реконструкции береговой линии. На их
осуществление должно пойти свыше 100 миллионов
долларов. Примерно половина этих проектов начала
осуществляться или даже завершена. Абразия берегов
представляет собой проблему все возрастающей важности
в связи с интенсивным заселением и развитием
океанского побережья.

Глава XI
ЧЕЛОВЕК ПРОТИВ МОРЯ
Море может быть настроено к человеку дружески или
враждебно. Безмятежное и спокойное в один день, на
другой оно становится пугающим и злобным. В
штилевую погоду, когда возможно вести наблюдения и
производить строительные работы, не следует забывать о том,
что в любую минуту море может сорваться с цепи
и яростно обрушиться на человека. Мы уже говорили
о том, какой опасности подвергаются корабли и пляжи
из-за разрушительных сил моря. Посмотрим, что
происходит, когда волны обрушиваются на портовые
оградительные и берегоукрепительные сооружения, и что
можно сделать для того, чтобы противостоять их
натиску.
Решение любой проблемы начинается с попытки
понять сущность происходящих явлений. Какова природа
действующих сил? Как проявляются эти силы? Какие
уровни энергии вовлечены в процесс?
В предыдущих главах были даны самые общие
сведения о разных типах волн, о том, как происходит
рефракция волн на мелководье, и о том, как они
превращаются в прибой. Всеми этими сведениями и придется
оперировать, рассматривая систему берегозащитных
сооружений. Опыт — прекрасный, хотя иногда и
жестокий учитель. Поэтому для начала полезно вспомнить
случаи, когда яростные атаки волн сносили все
сооружения вдоль береговой линии. Это послужит нам
предупреждением, еще раз напомнив о том, что волны — пусть
один раз в десять или даже в сто лет — способны
порождать гигантские сокрушительные силы. Далее мы
рассмотрим средства, 'используемые для защиты наших
берегов и портов от разъяренной морской стихии·
242

ВОЛНЫ НАСТУПАЮТ
Описания отдельных случаев наступления моря на
возведенные человеком береговые сооружения
представляют собой увлекательнейшее чтение: именно эта
область морского «фольклора» наиболее ярко
демонстрирует размеры таящихся в волнах сил. Многие из
примеров, которые следуют ниже, были собраны
Д. Д. Гайяром и включены в его книгу «Работа волн и
инженерные сооружения», вышедшую почти шестьдесят
лет назад. Поскольку маяки часто строятся на
скалистых утесах и подводных рифах, для того чтобы корабли
обходили эти места стороной, они в первую очередь
принимают на себя яростные удары волн. Маяки даже
принято называть «боевыми укреплениями в открытом
море», и неудивительно, что смотрители маяков хранят
в памяти неиссякаемые запасы историй о волнах
фантастических размеров и о трагедиях в океане.
Например, во время строительства маяка в Ду-Хар-
тахе в 1872 году волны разрушили часть башни,
сложенной десятитонными каменными массивами на шипах
и портланд-цементе. С высоты 37 футов над уровнем
полной воды было унесено 14 массивов.
Ударами струй воды на маяке в Унсте была
выломана дверь, находившаяся на высоте 195 футов над
уровнем моря, а на мысе Даннет-Хед (Северная
Шотландия), где маяк возвышается над морем на 300 футов,
волны подбрасывают обломки скал с такой силой, что
на маяке разбиваются стекла иллюминаторов.
В 1923 году сильный шторм обрушился на маяк на
рифе Сент-Джордж неподалеку от Кресент-сити
(Калифорния); разбивающиеся волны захлестнули основание
башни, возвышающейся на 70 футов над уровнем моря,
и сорвали с места вспомогательный двигатель.
Несколькими милями южнее, на мысе Тринидад-Хед
(Калифорния), маяк стоит на скалистом выступе,
который поднимается на 195 футов над уровнем моря. Такая
высота, по всей вероятности, казалась строителям маяка
вполне надежной. Но эта иллюзия полностью развеялась
в 1913 году, после того как от смотрителя маяка было
получено следующее сообщение: «В 4 часа 40 минут
пополудни я увидел волну необыкновенной высоты. Когда
она ударилась о край мыса, маяк дрогнул: линзы сразу
243

перестали вращаться. Волны достигли края мыса и
захлестнули его; вода поднялась очень высоко: мне
показалось, что волны сплошной стеной стояли вровень с
фонарем маяка, откуда я вел наблюдение».
Некоторые маяки знамениты тем, что много раз
бывали начисто снесены во время сильных штормов и
многократно восстанавливались. Эта участь постигла маяк
Эддистоун, маяк Бишопс-Рок и маяк, стоявший прежде
на рифе Минот у побережья штата Массачусетс. Этот
маяк еще в процессе его сооружения неоднократно
разбивался волнами, а в 1851 году обрушился в море, и оба
его смотрителя погибли. Бушевал сильный шторм, и
люди на берегу слышали, как исступленно звонивший до
этого колокол маяка внезапно умолк. Никаких следов
от маяка не осталось. На его месте была позднее
поставлена каменная вышка, поднимающаяся на 97 футов над
уровнем моря; она стоит уже почти сто лету и
сотрудники Береговой службы США с гордостью говорят о том,
что волны, которые нередко захлестывают ее целиком,
могут только сотрясать вышку, в остальном не причиняя
ей вреда.
Из всех историй о маяках, пожалуй, чаще всего
повторяют рассказ о маяке па Тилламук-Рок, находящемся
в нескольких милях южнее устья реки Колумбии.
Скалистый остров, на котором стоит маяк, удален от берега
на несколько миль и имеет почти отвесные берега. На
невыровненной верхней площадке, которая поднимается
на 19 футов над средним уровнем малых квадратурных
вод, был построен маяк. При каждом сильном шторме
островок сотрясается от ударов волн, и обломки,
оторвавшиеся от подножия клифа, забрасываются на
верхнюю площадку. Во время одного из декабрьских
штормов обломок весом в 135 фунтов взлетел вверх над
самым маяком, который поднимается на 139 футов выше
уровня моря; при падении он пробил крышу маяка и
фактически уничтожил всю внутреннюю часть здания.
В другой раз глыба весом примерно в полтонны,
прокатившись по площадке у основания маяка, т. е. на
высоте 91 фута над уровнем малой воды, разбила ограду
сварной конструкции. В 1902 году смотритель маяка
сообщил, что вода поднялась на высоту не менее 200
футов над уровнем моря; «на крышу маяка обрушились
сплошные массы воды». Десятилетие спустя другой
244

смотритель, который решил проверить, почему не
работает сирена *, обнаружил, что рупор весь забит
камнями. После того как обломки скал несколько раз
подряд разбили стекло фонаря, его пришлось защитить
массивной стальной решеткой, которая была
установлена немного ниже линзы маяка, на высоте 135 футов
над уровнем моря.
В результате более чем двух тысячелетий поисков
и ошибок люди пришли к выводу, что целесообразнее
использовать при строительстве маяков утяжеленные
конструкции. Сейчас проблема сохранения маяков на
скалах, подверженных яростным атакам волн, как
будто решена более или менее удовлетворительно.
Исключение составляет такой особый случай маяка на
мысе Скоч, описание которого было дано в главе VI.
С историями, которые рассказывают о маяках, могут
соперничать только сообщения об атаках против
оградительных сооружений.
Мол в Шербуре (Франция) представлял собой
наброску несортированного рваного камня, защищенную
с морской стороны бетонными массивами объемом по
700 кубических футов каждый. Надводная часть
волнолома была выполнена в виде вертикальной стенки
высотой 12 футов. Много лет назад во время сильного
шторма, который разразился зимой, через эту стенку
перелетали кам«ни весом до 7000 фунтов, а некоторые
бетонные массивы сдвинулись на целых 60 футов.
На Шетландских островах каменный массив весом
в пять с половиной тонн был вырван из своего гнезда,
находящегося на высоте 72 футов над уровнем прилива,
и отброшен на расстояние более 20 футов. Другой
массив, весом в восемь тонн, был сдвинут с места и
перенесен волнами через несколько рифов высотой от 2 до 7
футов; общий проделанный им путь составил 70 футов
при средней высоте 20 футов над уровнем прилива.
Во время очень сильного шторма в Буффало (штат
Нью-Йорк) в сентябре 1899 года мол ряжевой
конструкции *, строительство которого было закончено за
несколько недель до шторма, подвергся яростной атаке
волн. Шторм достиг необычайной силы: по временам
скорость ветра, дующего с запада, доходила до 80 миль
•в час. С 4 часов дня до полуночи уровень воды в лагуне
успел подняться с 3 футов ниже среднего уровня воды
245

до 6,4 фута выше того же уровня. Мощные водяные
валы ринулись на мол. Ударяясь о его вертикальную
грань, волны взлетали высоко над молом — по одним
данным на 75, по другим на 125 футов; со всех сторон
он был окружен стеной воды. Падающая вода
обрушивалась на надводную часть мола с такой силой, что
ряжи не выдержали. Так как мол был расположен по
нормали к направлению действия шторма,
разрушительное действие разбушевавшихся волн было
особенно сильным. Семьдесят бревен (сечением 12 X
X 12 дюймов), укрепленных на опорах через каждые
10 футов и отстоящих друг от друга на 5 футов
(расстояние между центрами), сломалось пополам под
ударами низвергающейся воды. Почти вся надводная
часть мола, длиной около 900 футов, была снесена.
Мол в заливе Уик в Шотландии часто подвергается
ожесточенному натиску воли. История разрушения этого
мола в 1872 году приводится Томасом Стивенсом в его
книге «Строительство портов» (стр. 255): «Головная
часть мола состояла из трех рядов каменной кладки
на цементном растворе, основание которой было
выполнено из массивов весом от 80 до 100 тонн,
уложенных в траншею и защищенных бутом. Надводная часть
мола представляла собой .монолит из бутовой кладки
на растворе размером (в сечении) 26 на 45 футов и
шириной 11 футов, весом свыше 800 тонн. Для
большей прочности вся эта конструкция была прошита
металлическими стержнями диаметром 3,5 дюйма,
начиная с верхнего ряда основания и кончая монолитом
надстройки.
Трудно было себе представить, чтобы все это
массивное сооружение не выдержало натиска волн, но
местный береговой инженер Макдональд своими глазами
наблюдал эту страшную картину с ближайшего клифа.
Под непрерывными ударами волн головная часть мола
начала постепенно поворачиваться, затем откололась от
основной части мола и сдвинулась вдоль него в сторону
берега. Возможность исследовать это необычное
явление появилась только через несколько дней, и
результаты его лишний раз заставили удивиться той ловкости,
с которой действовали волны. Водолазы установили, чго
800-тонный монолит, который смыло с верхней части
мола на глазах у инженера Макдональда, увлек за со-
246

бой всю нижнюю каменную кладку, прикрепленную к
монолиту железными стержнями, и что вся эта громада
весом не менее 1350 тонн была сдвинута с места
целиком, как бы одним махом, и прибита волнами к
внутренней стороне мола; при этом у нее только слегка
оббились края. Второй ряд массивной кладки, на котором
покоилась эта 1350-тонная конструкция, был снесен,
когда он освободился от нагрузки, и часть массивов
была обнаружена в неповрежденном виде у головной
части мола. Лишенный этой укрепленной головной части,
мол оказался беззащитным перед штормом, который
бушевал еще несколько дней после разрушения
укрепленной части мола и успел снести еще 150 футов
каменной кладки (одну седьмую часть всего сооружения)».
Мол был отстроен заново, и на этот раз была
сооружена еще более тяжелая монолитная конструкция
весом в 2600 тонн. Однако пять лет спустя, во время
очередного шторма, новой конструкции также пришел
конец. У нас нет сведений относительно того, остался ли
Макдональд на своей прежней службе и предпринял ли
он третью попытку строительства мола. Капитан
Д. Д. Гайяр (США) впоследствии подсчитал, что
сдвинуть вторую монолитную надстройку мола могли только
волны, оказывавшие давление 6340 фунтов на
квадратный фут.
В ноябре 1950 года необычно мощные волны шторма,
разразившегося над озером Мичиган, сдвинули
бетонную надстройку волнолома «Стил Компани» в Гэри
(штат Индиана). Эта стенка, испытывая удары волн
с периодом 7,2 секунды и высотой около 14 футов,
сдвинулась вбок па расстояние от 3 до 4 футов. Поскольку
была известна масса бетона и величина сдвига,
инженеры высчитали, что для того, чтобы сдвинуть такую
стенку, давление волн должно было составлять от 1440
до 2500 фунтов на квадратный фут, иначе говоря,
мгновенное волновое давление было не меньше 1680 тонн.
ЧЕЛОВЕК ЗАЩИЩАЕТСЯ
До сих пор не потеряло своей ценности
высказывание капитана Гайяра, сделанное более шестидесяти лет
назад в связи с описанием воздействия волн на различ-
247

ные береговые сооружения: «Если на своем пути волны
встречают преграду, часть волновой энергии обращается
против этой преграды, и если последняя окажется
недостаточно сильной, чтобы противостоять натиску волн,
она будет разрушена. Не существует другой силы,
которая так непрерывно и беспощадно испытывала бы
жизнеспособность защитного сооружения и так
безошибочно обнаруживала бы все слабые места и пороки
конструкции. Причина этого кроется в разнообразии
способов проявления и передачи волновой энергии. К
примеру, она может: 1) принимать вид статического
давления, зависящего от высоты водяного столба;
2) быть результатом кинетического действия частиц
жидкости, движущихся с большой скоростью; 3)
проявляться в виде удара тела, плавающего на
поверхности воды, которое волна может внезапно швырнуть
прямо на защитное сооружение; наконец, 4) быстрое
падение масс воды, ударяющихся о сооружение, может
создать частичный вакуум; устойчивость сооружения
теряется, так как силы давления со стороны берега не
будут уравновешены. Все эти виды энергии могут
передаваться через соединительные узлы или трещины в
самой конструкции: а) гидростатическим давлением;
б) 'пневматическим давлением или с помощью
комбинации этих двух видов давления; либо в) удары,
наносимые волнами, могут передаваться в виде вибраций через
материалы тела сооружения».
Для того чтобы составить проект любого
сооружения, которое должно противостоять воздействию
волн, необходимо иметь данные о количестве
участвующей в процессе энергии и величине
приложенных сил.
Волновая энергия состоит из потенциальной и
кинетической. Потенциальная энергия, возникающая в
результате подъема и понижения поверхности воды,
возрастает пропорционально форме волны; кинетическая
энергия — это сумма количества движения частицы в
группе волн; она возрастает с увеличением скорости
движения группы (на мелководье она равна скорости
движения отдельной волны).
248

Энергия волны равна произведению длины волны на
квадрат ее высоты по формуле
,-, wLH2
ь = -т—>
где w — вес 1 кубического фута воды (64 фунта).
Так, мы можем сравнить энергию трех волн с
периодом в 10 секунд, одна из которых имеет высоту
4 фута, вторая — 8 футов, а третья—12 футов. Волна
высотой в 4 фута содержит 65 600 футо-фуитов энергии
(на каждый фут гребня волны), или 33 футо-тонны.
Восьмифутовая волна несет в себе 131 футо-тонну, а
двенадцатифутовая — 295 футо-тонн. Это очень
существенная разница. Для решения практических задач
формула энергии волн глубокой воды может
применяться и по отношению к волнам мелководья.
Вопрос о величине силы воздействия крупных волн
на различные сооружения подробно изучался Томасом
Стивенсоном начиная с 1842 года. Он сконструировал
простой и прочный динамометр и произвел первые
измерения силы волнового воздействия. Воспринимающей
частью прибора была пластинка диаметром в 6 дюймов,
на которую воздействовали волны. Эта пластинка
укреплена на жесткой горизонтальной пружине. За
пружиной находится стержень, который с помощью
фрикционного зажима установлен таким образом, что может
передвигаться по мере движения толкающей его
пластинки, в то же время удерживаясь на максимальном
от нее расстоянии. При действии на пластинку волн
возрастающей ударной силы стержень всякий раз
передвигался на новое место. По пройденному им расстоянию,
отсчитанному от постоянного положения пружины,
можно было судить о максимальной силе волны,
действовавшей на пластинку во время шторма.
Стивенсон сообщил, что в Скерривор-Роксе (на
побережье Атлантического океана) максимальная сила удара
штормовых волн составляла 3041 фунт на квадратный
фут, двадцатифутовых волн зыби — 4502 фунто-фута, а
при ураганах, когда высота волны превышала 20
футов, — 6083 фунто-фута.
Недостаток этого прибора состоит в том, что он
регистрирует только динамическое давление движущейся
249

воды и не учитывает гидростатического давления. Кроме
того, во время каждого шторма максимальные
показания снимаются только один раз. На много лет позже
Стивенсона капитан Гайяр решил создать динамометр
с диафрагмой (мембраной), которым можно измерить
общую силу волнового воздействия, и сделал попытку
использовать его для более детального изучения
ударного давления волн. Проработав некоторое время с этим
прибором, он вывел формулу максимального давления
волны при ее разбивании непосредственно о
сооружение:
Давление^иЗЦС+У)2^- ,
где С — скорость перемещения волн, V — максимальная
орбитальная скорость движения частиц в гребне волны
и ρ — (плотность ,маюсы воды. Для волн высотой в 10
футов с периодом в 5 секунд, т. е. для типичных
штормовых волн Великих Озер, давление, вычисленное по
формуле Гайяра, составляет 1240 фунтов на квадратный
фут, что вполне соответствует цифре 1210 фунто-футов,
зарегистрированной с помощью его прибора.*
Установив серию динамометров на лицевой грани сооружения
на равной глубине выше и ниже среднего уровня воды,
он выяснил, что давление волн при разбивании о стенку
увеличивается от нуля на уровне ложбины волны до
максимального значения на уровне половины высоты
разбивающейся волны (т. е- примерно на уровне
спокойной воды — среднем уровне).
Сравнительно недавно английский инженер Р. Р. Ми-
никин установил иную серию зависимостей между
давлением, которое волны оказывают на различные
сооружения, и опрокидывающим моментом*, но при этом
получил примерно такие же величины.
В настоящее время, когда у нас имеются
совершенные пьезокристаллические датчики, электронные
усилители и регистрирующая аппаратура, обеспечивающая
непрерывные записи, идет быстрое накопление данных,
которые можно подвергнуть статистической обработке.
Самая высокая величина мгновенного давления—12 700
фунто-футов — зарегистрирована А. де Рувелем в
Дьеппе (Франция) в 1938 году (давление свыше 6000 фунто-
футов действовало в течение всего одной сотой
секунды).
250

ПРОЕКТИРОВАНИЕ БЕРЕГОЗАЩИТНЫХ СООРУЖЕНИЙ
Существует четыре основных типа морских
гидротехнических сооружений — молы, волноломы, волноотбой-
ные стены и дамбы. Для строительства этих сооружений
обычно используют камень и бетон. Молы чаще всего
сооружаются попарно, они простираются в море от
устьев рек и входов в заливы для ограничения потока
воды в более узкой зоне. Зажатая между двумя молами
вода во время приливов и отливов активно перемещает
песок и предохраняет устье от обмеления. Волнолом —
сооружение, предназначенное для защиты берегов,
портов или мест стоянки кораблей от воздействия волн.
Волноломы часто строят довольно далеко от берега для
создания обширных портовых акваторий (зон спокойной
воды). Волноотбойные стены возводятся на урезе
воды— линии, отделяющей море от суши. Это
искусственный аналог кл.ифа, назначение которого — защищать
рыхлые породы от абразии. Дамба — особый вид
водонепроницаемого волнолома, который действует как
плотина. Если из зоны, которую должна защищать дамба,
выкачивается вся вода, то дамба начинает играть роль
волноотбойной стены.
Что может сделать инженер для того, чтобы
обеспечить долговечность возведенных им сооружений,
гарантировать, что они выдержат натиск волн? Анализируя
несколько решений, он пытается наиболее эффективно
их скомбинировать. Он может умело выбрать место для
будущего сооружения, наилучшим образом определить
его форму и ориентировать его по отношению к
действующим силам так, чтобы создать условия,
благоприятствующие его долговечности. В зависимости от
проекта сооружение может либо отражать, либо гасить
волны, либо просто выдерживать их натиск благодаря
своей массивности, если при строительстве будут
использованы материалы значительного веса и плотности.
Инженер всегда учитывает все факторы, которые
проявляются в различных сочетаниях, и пытается найти
оптимальное решение. Тот проект сооружения, на котором
он в конце концов остановится, не обязательно будет
лучшим из всех возможных, но он будет наиболее
приемлемым — с точки зрения стоимости, отпущенного на
строительство времени, наличия местных ресурсов; при-
251

ходится учитывать также возможность увеличения срока
эксплуатации по сравнению с запланированным и
разного рода привходящие факторы, например,
политические. Инженер должен всеми силами отстаивать
оптимальное решение, но сплошь и рядом ему приходится
идти на уступки и соглашаться на проект, к которому
у него не лежит душа.
Ниже мы рассмотрим область технических средств,
в пределах которой может маневрировать
проектировщик, если он стремится найти наилучшее инженерное
решение. Различные факторы в ходе дальнейших
событий могут изменить начальный замысел инженера, но
прежде всего он должен составить проект.
llepiBbiM делом нужно найти для сооружения удачное
место. При проектировании волноломов и молов очень
важно знать подводный рельеф и условия отражения
волн. В главе IV мы описывали процесс статистического
исследования волн и составления схем рефракции.
Основное, что должен сделать инженер, — это собрать как
можно больше информации о волнах в районе
строительства порта. Для этого нужно рассчитать элементы
волнения для прошедших периодов времени по данным
синоптических карт. По этим картам можно определить
преобладающее направление движения волн, период и
возможную высоту самых крупных волн или волн
наибольшего разрушительного действия. После этого
составляются схемы рефракции, имеющие для строителя
первостепенное значение. Теперь, учитывая особенности
подводного рельефа, общую конфигурацию берега и
место возведения будущих пирсов и дамб, он может
поочередно рассмотреть все варианты расположения
волнолома. Вряд ли он захочет расположить волнолом
строго параллельно фронту волн преобладающего
направления. Если бы он так поступил, волны стали бы
оказывать одновременное ударное действие на
волнолом на всем его протяжении. Для того чтобы
рассредоточить давление, волнолом обычно располагают под
углом к фронту самых опасных волн. Предварительно
строитель может провести ряд испытаний на модели —
сначала в небольшом лотке, затем в опытном бассейне.
При строительстве парных молов — параллельных
друг другу сооружений (выполняемых часто из
каменной наброски или кладки), выдвинутых в океан,—
252

XXIΪ. Фестоны на плоском пляже из мелкозернистого песка в Сан-
Симеоне (штат Калифорния).

XXIII. Фестоны на крутом пляже из крупнозернистого песка вблизи
бухты Монтерей (штат Калифорния).

главная проблема состоит в определении оптимального
расстояния между ними: скорость течения прибывающей
зо время прилива воды должна быть достаточно
высокой для того, чтобы размывать донные отложения у
входа в порт и поддерживать нужную для навигации
глубину. Если расстояние между молами будет слишком
:Г-\*<Ш%
Вертинальное сечение приливной призмы'
Рис. 73. Порт в закрытой бухте. Указана призма прилива.
/ — средний уровень полной воды; 2 — средний уровень малых вод.
АА' — сечение входного канала; ББ' — вертикальное сечение приливной
призмы.
велико, скорость течения воды уменьшится, а
рассеивание энергии приведет к обмелению входа в порт;
поперек него незамедлительно возникнут песчаные косы.
С другой стороны, если поставить молы слишком близко
друг к другу, течения будут вымывать из-под них песок,
и в конце концов фундаменты расшатаются.
Правильный путь проектировщику может подсказать изучение
естественных входов в бухты.
В конце тридцатых годов М. П. О'Брайен,
исследовав ряд заливов вдоль Тихоокеанского побережья США,
установил, что существует постоянное соотношение
между площадью канала при входе в гавань и объемом
призмы прилива. Призма прилива — объем воды в
заливе или бухте, ограниченный двумя уровнями морской
поверхности: с одной стороны средним уровнем полной
255

воды, с другой стороны средним уровнем малых
квадратурных вод. Другими словами, это средний объем
воды, проходящей через залив или бухту за 12,4 часа
приливного цикла.
Этот основной расчет и должен быть принят за
основу проектирования. Если проектировщик пренебрег
1000
800
600
500
400
έ 500
S 200
I 100
| 80
I 60
ξ 50
^ 40
30
20с
15
Ю000 20000 40000 Ю0000 300000
Площадь сечения нише ср уровня моря не футы
Рис. 74. Соотношение между призмой прилива и
площадью сечения входа в порт (по О'Брайену).
им и расположил парные молы на произвольном
расстоянии друг от друга, превышающем расстояния,
указанные на рис. 74, то он должен предусмотреть
значительные расходы на дноуглубительные работы, которые
потребуются в будущем для поддержания судоходных
глубин у входа в порт, тогда как при правильно
выбранном расстоянии между молами эту работу могли бы
выполнить силы природы.
Следующая задача, которая стоит перед инженером-
проектировщиком, — определить форму сооружения,
наиболее подходящую для того, чтобы отражать,
поглощать либо нейтрализовать действие волн каким-либо
256
залив Тилламун
узрена /
Уреьа Hoh
реиа Сьюс
залив Ян
-1е χ α ίθ м
лоу
/
/
/ ρ Сан-Диего
νреьа Учпьв
вина
а
7
/

иным способом. Часть волновой энергии можно погасить
с помощью отражения волн. Приемлемость такого
решения зависит от ряда обстоятельств. Если сооружение,
о котором идет речь, приближается к типу вертикальной
стенки и установлено на глубокой воде, где волны
не могут разбиваться, то они отражаются без
значительной потери энергии. Однако волноломы, как правило,
бывают рассчитаны на отражение лишь небольшой части
энергии. Чаще всего передняя стенка волнолома,
сооруженная из рваного, несортированного камня,
поглощает и гасит волны. Наоборот, волноотбойные стены
обычно отражают значительную часть энергии
разбивающихся волн. Часто они имеют ступенчатую лицевую
грань с высотой ступени примерно в 2 фута каждая;
волны отражаются от этих ступеней, не создавая
одновременной нагрузки на всю стену в момент
разбивания волн. Некоторые волноотбойные стены имеют
вогнутое сечение с нависающей над водой верхней частью, с
помощью которой несущийся к берегу поток воды
направляется обратно в море. Однако если кривая поверхности
стены рассчитана неправильно, как бывало в старых
проектах, и струи отражающейся воды подбрасываются
вверх, то при падении эта вода с силой обрушится на
стену и может не только повредить само 'сооружение, но
и размыть берег, для защиты которого оно было
предназначено. Правильно спроектированный отражатель
волн порождает ,новые волны, движущиеся теперь в
сторону моря, которые гасят или по крайней мере
ослабляют силу встречных волн.
Большой интерес, разумеется, представляет для
проектировщиков (инженеров-гидротехников)
сопротивление отдельных камней и массивов, а также волноломов
и молов в целом опрокидыванию и скольжению.
Материал с большим удельным весом во всех случаях
предпочтителен— это очевидно хотя бы из следующего
примера. Сравните гранитный массив правильной формы
объемом в 125 кубических футов с таким же массивом
из песчаника. Каждый кубический фут гранита весит
170 фунтов (под водой—106 фунтов), а песчаника —
140 фунтов (под водой — 76 фунтов). Для того чтобы
перевернуть глыбу гранита, нужна сила давления волн,
равная 540 фунтам на квадратный фут, в то время как
для песчаника достаточно силы в 390 фунтов на квад-
257

ратный фут. Следовательно, чем крупнее блоки и чем
больше их вес, тем надежнее строительный материал.
Кроме того, правильно уложенные в ряд или
скрепленные между собой каменные глыбы поддерживают
друг друга и могут выдержать большее давление, чех
каждый из массивов в отдельности.
По непонятной причине в одних и тех же условиях
искусственно изготовленные блоки правильной
геометрической формы почти всегда оказываются менее
устойчивыми, чем равные им по весу природные каменные
глыбы произвольных очертаний. Этот любопытный факт,
давно замеченный и подтвержденный многочисленными
экспериментами, не раз ставил в тупик гидротехников.
Требовалось решить вопрос о том, какая форма может
считаться наилучшей для искусственных массивов,
идущих на строительство берегозащитных сооружений. Пьер
Даниэль и другие сотрудники Гидравлической
лаборатории Нейрпик в Гренобле (Франция) прежде всего
решили определить свойства, которыми должны обладать
искусственные массивы независимо от их формы. Онк
пришли к выводу, что массивы следует делать
водопроницаемыми— так, чтобы они не препятствовали свободному
прохождению воды. В этом случае не будет возникать
никакого дополнительного внутреннего или
взвешивающего * давления (.на морской базе Мер-эль-Кебир,
.например, такое давление приподняло каменную отмостку.
состоящую из 400-тонных массивов). Кроме
того,уменьшится отражение волн, и они будут реже захлестывать
верхнюю часть сооружения. Массив должен иметь
минимальное количество гладких поверхностей; наоборот,
он должен целиком состоять из неровностей, чтобы
волновая энергия как можно больше рассеивалась за счет
турбулентного движения воды внутри наброски из этих
массивов. При этом он должен обладать максимальным
сопротивлением опрокидыванию и скольжению.
Наконец, форма массивов должна обеспечить
возможность их удобного сочетания в наброске, чтобы
впоследствии они могли служить опорой друг для друга,
надежно сочленяясь между собой.
В результате многочисленных предварительных
испытаний появилось на свет некое морское чудовище
с четырьмя щупальцами, зарегистрированное в патенте
258

O-
СЗ
Εί
О
и
СО
О ι
С !
О
<υ
я
о
со
£Ю
2
2
CO
«
я
a:
CO
О '
CQ
к
я
о
ϋ
О)
с
"со4
СЗ
Я
СЗ
со
я
Он О
о
я
Кал
[тат
3
сз
О,
сз
VO
О)
Ь
СЗ
я
О)
о
f-,
я
о
о
я
о- я
сз
LQ
оз
Η
Я
СО
и
шв
а в за/
η
вхо,
>
70
о
о
«
σ;
5
CO
о
<υ
а
>
><
X
н
Сг
К
ь
О)
сз
3
СЗ
О.
<u
а,
(V
я
о
α.«
я
СЗ
О
си
я
О)
я
53
*
Ξ
Τ
s
о
s
о
e;
О
Я
ο-ς
с
я
я
Η
О
CQ
О
<L>
P.
U3
' О
pa
я
ς
о
CQ
О
CQ
s
»я
О)
"=ί
со
о
ее
О
CQ
о
я
я
ω
я
Ε?
СЗ
СО
ь
о
сз
>
СЗ
1—1
I
1
2
о
я
гЯ
С
: я
с
х
о
ь
о
с
я
i*
X
сз
*
к
я
сз
Я
О
X
>>
VO
»Я
о
сЗ
О
Я
я
>>
О)
vo
с
о.
с
2
>>
я
• с
г;
CJ
н
α>
сз
го
с
о

под назван-нем «тетрапод». Только после того, как было
найдено нужное соотношение между «ногами» и
«туловищем» с учетом всей сложности промышленного
производства, тетраподы стали применять в береговых
сооружениях. Наилучший эффект тетраподы дают в том случае,
Рис. 75. Тетраподы — четвероногие
«морские чудовища» из бетона —
устанавливаются на лицевой грани
волнолома. Высота от 3,7 до 13,8
фута, вес от 1 до 50 тонн.
если их укладывают в два ряда (поверх слоя
естественных камней и бута) на лицевой грани волнолома,
принимающей на себя грозный натиск волн.
Учитывая все факторы, о которых мы говорили, можно
успешно проектировать береговые сооружения.
Несведущему наблюдателю волноотбойная стена
может показаться обыкновенным бетонным возвышением,
к которому спереди, ради удобства купальщиков,
приделаны ступени. Не вызовет у него восторга и волнолом,
имеющий вид беспорядочного нагромождения
каменных глыб: скорее он оценил бы аккуратное, стройное со-
2G0

оружение. На рис. 76 и 77, где представлены профили
и внутреннее строение береговых сооружений, никак не
может быть показана их истинная основа — годы опыта,
накопленного трудом и кропотливыми расчетами,
благодаря которым только и становится возможным создание
проекта. Проектирование морских гидротехнических
сооружений сопряжено с большими трудностями; к тому
μ* /55 футов на отметке -30 футов ►,'
Рис. 76. Профили волноломов. Наверху: волнолом с тетрапо-
дами в Кресент-сити (Калифорния). Внизу: волнолом из
каменной наброски в заливе Морроу (Калифорния).
АБ — уровень малых квадратурных вод.
же οίΗο часто осложняется различными местными
условиями и требованиями, поэтому прочитанную вами
главу можно рассматривать как самый беглый обзор·
Если читатель заинтересуется этой проблематикой и
захочет вникнуть в нее глубже, рекомендуем обратиться
к «Трудам конференций по береговой гидротехнике»*,
издаваемым Советом США по исследованию волн под
редакцией Дж. У. Джонсона и Роберта Вигеля.
Океан — это великая, могучая и вечная стихия.
Смешно рассчитывать, что человек, такой ничтожный
по сравнению с океаном, победит его с помощью
приемов, основанных на грубой силе; всякий, кто захочет ис-
261

пробовать такие приемы, неминуемо столкнется с
разочарованием, к тому же дорогостоящим. Инженеру лучше
всего попытаться понять, как будет проявляться
действие моря, и извлечь максимум пользы из знания
географа бер'Як на я |.!v/
•ШМ
Срезиа
Рис. 77. Два типа волноотбойных стен. Наверху:
ступенчатая волноотбойная стена с верхней частью обратной
кривизны на металлическом шпунте, забитом на
достаточную глубину. Внизу: клиф, сложенный легкоразмывае-
мыми породами, снивелированный под новый уклон и
защищенный каменной наброской.
О — средний уровень малых квадратурных вод.
фических и океанологических условий. Только в
избранной им узкой области он может добиться какого-то
успеха. Имея дело с морем, нужно всегда помнить о том,
что оно требует уважения к себе.
:Ш$у

эпилог
Лучшие часы своей жизни автор этих строк провел
у моря, наблюдая за волнами, изучая пляжи и пытаясь
понять их природу. Прогулки и размышления,
фотографирование, шурфовки и измерения, весь комплекс этих
любопытнейших исследований на многие годы стал для
автора источником радости, хотя ему не раз пришлось
наглотаться соленой воды и пережить немало горьких
научных разочарований. Автор отшагал тысячи миль
вдоль побереж'ий доброго десятка стран; и при этом
исследование не утратило своего обаяния, в то же время
не прибавив автору надежды на то, что ему когда-либо
удастся до конца понять море. Предмет этот слишком
сложен. Но, тем не менее, испытываешь радость от того,
что тебе знакомы повадки волн и пляжей, когда по
особой мягкости песка под ногами можно судить о том, что
процесс роста пляжа идет полным ходом, а по
небольшому изменению во внешнем виде прибоя можно
догадаться о зарождении шторма в заливе у берегов
Аляски.
Ощущение внутреннего умиротворения^ которое
приносит спокойное созерцание пляжа тихим ранним
утром, или бурное веселье, охватывающее вас, когда вашу
хрупкую лодку несет огромная волна, — это счастье,
выпадающее на долю немногих. Разве не удивительное
зрелище — пляжи? Каждую ночь их очищает прилив, и
перед взором исследователя они всякий раз предстают
свежими и нетронутыми. А волны? Любая волна —
в своем роде неповторимый шедевр.
И так будет всегда. Ступайте к морю — вы сами
убедитесь в этом.
263

ПРИМЕЧАНИЯ
Стр. 10. Здесь проявляется активная роль не суши, а моря.
Стр. 13. В нашей стране разрабатывается теория
происхождения планет, созданная советским ученым О. Ю. Шмидтом. Согласно
этой теории, облака холодной рассеянной материи, захваченные
Солнцем в раннюю стадию его развития, образовали планеты и их
спутники. В процессе аккумуляции Земли из твердых тел и частиц на
нее падали с огромными скоростями крупные тела, обладавшие
различным содержанием радиоактивных элементов. Это
сопровождалось нагреванием обширных областей в зоне удара. Создавалась
значительная термическая неоднородность мантии Земли. В
последнем видят основную причину расслоения Земли на различные по
плотности оболочки (материковая — океаническая).
Стр. 15. Речь идет о глубине на нижней границе шельфа, или
материковой платформы. Шельф — это прибрежная равнина океана,
которая является прямым продолжением равнин соседних
материков. Максимальная глубина внешнего края шельфа достигает 350—
550 метров.
Стр. 18. Интерференция — сложение различных систем волн, в
частности — прямых с отраженными от вертикальной (или откосной)
стенки или достаточно крутого берегового склона. В результате
образуется новая система волн. Частным случаем интерференции также
являются так называемые стоячие волны, когда отражение
происходит без гашения энергии.
Стр. 21. В американской литературе под термином «beach»
понимают не только «пляж», но и вообще подножие клифа — то, что
в действительности представляет собой «бенч» — пологонаклонен-
ную поверхность коренного дна, иногда прикрытую слоем наносов
незначительной мощности. Кроме того, термин «beach» применяется
ими также для обозначения любых аккумулятивных форм,
надводных и подводных. В нашей литературе под термином «пляж»
понимается накопление наносов, созданное прибойным потоком; он
занимает часть берега и подводного склона (более подробно см. ниже).
Стр. 21. Барьерные острова — термин, применяемый в
зарубежной литературе для определения разомкнутых цепочек береговых
песчаных или галечных баров. При редактировании книги К. Кинг
«Пляжи и берега» О. К. Леонтьевым этот термин переведен как
264

островной бар, что больше соответствует действительной природе
этих образований.
Стр. 21. Береговая линия — верхняя граница подводного
берегового склона, совпадающая с урезом воды при полной воде (в
прилив) и при малой воде (в отлив). Подводный береговой склон —
мелководная часть морского дна, рельеф которой создан волнами
при данном уровне моря.
Стр. 21. Берег — полоса суши, на которой имеются формы
рельефа, созданные морем при данном среднем уровне.
Стр. 22. Пляж — скопление обломочного материала в зоне
действия прибойного потока. Рельеф пляжа является результатом
деятельности прибойного потока. Стадию пляжа проходит в своем
развитии каждая полоса аккумулятивного берега.
Стр. 22. Валуны — обломочный материал со средним
диаметром более 100 мм.
Стр. 23. В соответствии с принятой у нас классификацией
(распределения наносов по механическому составу), «песком»
называется материал крупностью (средним диаметром) от 0,1 до
1,0 миллиметров; гравий — от 1,0 до 10,0 миллиметров; галька — от
10 до 100 миллиметров.
Стр. 23. Вдольбереговые волновые течения возникают при
подходе волн под острым углом к берегу. Этому течению принадлежит
важная роль в перемещении наносов.
Стр. 23. Аккумулятивные формы — береговые и донные
накопления — образуются при замедлении перемещения наносов. По
морфологическим признакам они разделяются на примкнувшие
(прилегающие на всем протяжении к коренному берегу — аккумулятивный
выступ или наволок), замыкающие (соединенные с берегом
корневой и растущей частями — пересыпь, перейма), свободные
(сочлененные с берегом только корневой частью — косы) и отчлененные
(не соединяющиеся с коренным берегом — береговой бар или, по
терминологии Шепарда, барьерный остров).
Стр. 23. Утверждение о молодости берега в данном случае
может быть и ошибочно, так как такие же узкие небольшие пляжи
наблюдаются при дефиците питания наносов. Следовательно, они
могут явиться результатом размыва ранее существовавшего
широкого пляжа.
Стр. 25. Теория образования элементарных аккумулятивных
форм разработана впервые В. П. Зенковичем в 1946 году. В
зависимости от характерных особенностей контура берега, он выделяет
четыре типа формирования накоплений наносов: при заполнении
входящего угла берега, при огибании выступа берега, при внешней
блокировке и общем падении энергии волнового поля в бухтах. Во
всех этих случаях происходит падение скорости вдольберегового
перемещения наносов. Наиболее распространенной формой в
первом случае будет аккумулятивная терраса, во втором — коса,
в третьем — аккумулятивный выступ, или наволок, а также
перейма, и в четвертом — пересыпь, отгораживающая от моря лагуну.
Стр. 29. По данным ученых, изучавших берега Польши в
течение ряда лет, барьерных островов там не существует.
Стр. 29. На берегах Калининградской области (Куршская коса)
дюны достигают высоты 60 метров. А вообще известны дюны с
максимальной высотой 80 метров (Вьетнам).
265

Стр. 30. Механизм перемещения наносов по нормали к берегу
освещен в американской литературе совершенно недостаточно.
Советские ученые (В. В. Лонгинов, 1963) на основе анализа
обширного материала натурных наблюдений показали, что основная роль
в этом перемещении принадлежит асимметрии волн на мелководье.
Непрерывная перестройка волны, распространяющейся над
наклонным дном, проявляется внешне в асимметрии ее профиля (крутые
заостренные гребни по сравнению с пологими ложбинами).
Асимметрии формы поверхностной волны соответствует асимметрия
скоростей и длительностей волновых движений воды у дна. Только
обладая внутренней асимметрией волна может перемещать наносы
вверх по подводному склону. Если бы этого не было, то, находясь
под непрерывным действием колебательных волновых движений и
силы тяжести, наносы вообще не могли бы удерживаться на
наклонном дне и постепенно смещались бы на глубину, обнажая
коренные породы.
Стр. 30. Надводная береговая терраса — плоская поверхность
(в данном случае пляжа), заливаемая водой только при нагонах.
Термин «терраса» в нашей литературе по отношению к пляжам
обычно не применяется. Это и есть собственно надводный пляж
Профиль пляжа может быть пологим и относительно ровным или
на нем образуется один или несколько уступов. В зарубежной
литературе такие уступы надводной части пляжа обычно называют
«пляжевой ступенью».
Стр. 30. Термин «фронтальная зона пляжа» распространен е-
американской литературе, у нас он не применяется. По определению
К. Кинг (1963), фронтальная зона соответствует той части пляжа,
которая регулярно затапливается в прилив и обнажается в отлив
На бесприливных морях эта зона очень узка и занимает
пространство между верхней границей прибоя и той частью дна, которая
обнажается при откате крупных волн.
Стр. 30. «Морской зоной» пляжа по той же терминологии
(К. Кинг, 1963) считается пространство от самой верхней точки дна,
всегда покрытой водой, до глубины, на которой в обычных
условиях практически прекращается или становится очень малым
движение пляжевого материала.
Стр. 30. Установить единую величину для критерия глубина
морской границы пляжа, без привязки к конкретным условиям, не
представляется возможным. Ведь глубина воздействия волн на дно
зависит от их параметров и крупности частиц наносов, слагающих
дно.
Стр. 37. На покрытой сухим мелом пластинке волна оставляет
мокрый след, «отпечаток» ее профиля.
Стр. 37. Эффективной у нас принято называть такую длину
лотка, в пределах которой возбуждаемые в лотке волны не имеют
признаков искажения в результате интерференции, отражения к
других явлений. В последнее время такой длиной стали считать
величину, равную восьми — десяти длинам волн.
Стр. 38. Так обычно в наших переводах называется
учреждение в США Beach Erosion Board, занимающееся изучением
процессов разрушения берегов и разработкой методов их защиты.
266

Стр. 38. Английское название: USNavy Oceanographic Office
ma U. S. National Research Council Symposium.
Стр. 41. В нашей литературе в соответствии с нормами на
волновые воздействия (СН 92—60) считаются узаконенными другие
буквенные обозначения параметров волн и глубины воды: h, λ и
t — соответственно высота, длина и период волны, Я — глубина
зоды.
Стр. 45. Речь идет о переносе воды волновым потоком,
имеющем существенное значение в придонном слое, т. е. там, где
происходит перемещение основной массы наносов. Особый интерес в этой'
эбласти представляют работы В. В. Шулейкина (1956), в которых
не только дается физическое обоснование причины переноса воды
золнением, но и приводится экспериментальное подтверждение
высказанных гипотез. Наибольший интерес в этих работах
представляет вывод о пульсационном характере переносной скорости, т. е.
ее изменении в течение каждого периода.
Стр. 45. В зарубежной литературе влияние крутизны волн
совершенно неоправданно преувеличивается. Широко распространен
з американской литературе тезис о разрушительной роли крутых
золн и о созидательной — пологих. В наших работах этот фактор
учитывается, но не считается определяющим, тем более что
физический смысл такого влияния крутизны остается неясным. В
частности, разомкнутость траекторий частиц зависит в гораздо
большей степени от глубины, на которой волны распространяются.
Стр. 56. Условно это показано наложением «слоев»
синусоидальных волн с одинаковыми параметрами в пределах каждого
:лоя.
Стр. 57. Развитием спектральной теории волн применительно
к зоне мелководья в нашей стране занимается институт Союзмор-
^иипроект (Крылов, 1964).
Стр. 66. Приведенная автором цитата из журнала судового
офицера поражает своей небрежностью. Совершенно непонятно, как
может буря «простираться от Камчатки до Нью-Йорка», если
первая находится в Тихом океане, а второй — на берегу
Атлантического.
Стр. 73. Интересная работа по уточнению энергетических
характеристик волн при перемещении их с глубины на мелководье
ароведена Η. Ε. Кондратьевым (1950). В частности, в работе
указывается, что глубоководная волна переносит только потенциальную
энергию; постепенно, по мере перехода на меньшие глубины,
наблюдается повышение переносимой кинетической энергии от 0 до 50%
з месте разрушения волны. При этом энергия концентрируется на
коротких участках гребней.
Стр. 74. Отражение происходит не только от вертикальных сте-
чок, но и от наклонных. Частичное отражение волн наблюдалось
различными авторами даже при откосе с уклоном 1 :20. Например,
Яарра (1959) нашел коэффициенты отражения от стенок с
уклонами от 1 : 5 до 1 : 30 при различной крутизне волн.
Стр. 75. При косом отражении волн от препятствий
(сооружений, крутых берегов), находящихся на пути распространения волн,
возникают беспорядочные волны, называемые толчеей.
267

Стр. 76. Стоячие волны — частный случай интерференции при
совпадении фаз волн. Форма стоячей волны не перемещается: узлы ее
неподвижны, а амплитуда колебания пучностей равна двойной
высоте исходной волны.
Стр. 77. В природе это явление выглядит так, как будто вдоль
гребня волны очень быстро бежит точка столкновения прямой и
отраженной волн.
Стр. 77. «Линией пены», очевидно, названа автором линия за-
бурунивания (она хорошо видна на мелководных участках моря), по
которой идет разбивание волн.
Стр. 77. Это зона, защищенная сооружением или берегом от
волнения определенного направления.
Стр. 77. Сущность явления дифракции волн состоит в
отклонении луча волны от прямолинейного направления при встрече на
большой глубине препятствия в виде островов или стенок.
Стр. 78. В переводе «рефракция» означает «преломление». К
этому явлению, видимым результатом которого является изгиб
фронта волны при приближении ее к берегу с постепенно
повышающимся дном, вполне применимы законы преломления световых и
других волн. В. В. Шулейкиным (1935) разработан метод
вычисления угла подхода волны к берегу, исходя из ее параметров,
направления распространения в открытом море и глубины данного места,
с использованием показателя преломления. Последний определяется
как соотношение скоростей распространения волн на бесконечной и
конечной глубине.
Стр. 79. Изобаты — линии равных глубин.
Стр. 85. Автор здесь смешивает два понятия. В дополнение
к примечанию на стр. 45 следует отметить, что перенос воды
волновым потоком является результатом действия нескольких волн,
скорость его значительно меньше скорости отдельных частиц воды
в волне, в особенности при ее разрушении. Частицы воды после
разрушения волны вместо движения по круговым орбитам
перемещаются поступательно во всей толще, хотя масса воды еще
сохраняет некоторое подобие волнового движения. Образуется волна
перемещения.
Стр. 96. К смешанным приливам относят неправильные суточные
и неправильные полусуточные приливы. У первых преобладают
особенности суточного типа и только с увеличением склонения Луны
появляются более или менее значительные полусуточные приливы.
У вторых преобладают особенности полусуточного типа, но в
период больших склонений Луны вторая полная вода становится едва
заметной.
Стр. 98. У нас подобное явление наблюдается в Обской губе
Карского моря.
Стр. 104. Указанные географические пункты, по-видимому,
иначе обозначаются на советских географических картах (различная
транскрипция). Описываемые явления наилучшим образом
выражены в вершине залива Ханчжоувань.
Стр. 106. Основным периодом какого-либо водоема называют
в данном случае период собственных колебаний этого водоема.
268

Стр. 106. Здесь приводится описание образования основной
одноузловой сейши.
Стр. 106. Так называются гармонические колебания более
высокого порядка, чем основные колебания.
Стр. 109. Так же, как и при сейше, в случае тягуна
наблюдаются низкочастотные колебания уровня, в диапазоне частот 40—
600-секундного периода. Более низкочастотные колебания принято
считать сейшами.
Стр. ПО. По наблюдениям в Туапсинском порту, период
тягуна достигает 500 секунд. С явлением тягуна приходится бороться
во многих портах Советского Союза.
Стр. 113. Волнопродуктор типа «ныряло» представляет собой
тело клиновидного профиля, которое при периодическом подъеме
и опускании в воду вытесняет призму воды, в результате чего
в опытном бассейне возникают волны.
Стр. 114. Ускорение силы тяжести g=9,81 м/сек2. при
переводе в футы будет равно 32 фут/сек2.
Стр. 114. U. S. Coast and Geodetic Survey.
Стр. 114. В пределах СССР цунамиопасными районами
являются восточная часть Камчатки и Курильские острова. С 1953 года
там налажена служба предупреждения цунами.
Стр. 117. Желоба — длинные глубоководные впадины океана,
вытянутые вдоль островных дуг и молодых горных образований.
Стр. 118. Объяснение, данное автором этому случаю,
непонятно. Представляется очевидным, что больший эффект цунами
должен быть в бухте Монтерей, экспонированной навстречу волне, а не
наоборот.
Стр. 137. Демпфером в данном случае называют
горизонтальную стабилизирующую плоскость, прикрепленную к волномерной
вехе с помощью троса, на такой глубине, чтобы он оставался всегда
в области спокойной воды. Он удерживает веху в вертикальном
положении.
Стр. 137. По-видимому, это просто телеобъектив.
Стр. 139. Для наблюдения за параметрами волн в открытом
море с судна и с берега в СССР успешно применяется синхронная
съемка двумя щелевыми фотоволнографами, расположенными на
одной вертикали, по методу, предложенному А. А. Ивановым.
Фотоволнограф представляет собой фотокамеру со щелевым щитом перед
объективом. Если взволнованную поверхность моря осветить лучом
прожектора, то, регистрируя положение этой полосы щелевыми
фотоволнографами, можно получить развернутую во времени
траекторию движения поверхностных частиц воды по замкнутой
круговой орбите.
На гидрометстанциях, а также в береговых экспедициях очень
часто применяется волномер-перспектометр А. А. Иванова,
представляющий собой оптический прибор со специальной визирной сеткой.
Он служит для отдельных, систематических или спорадических
наблюдений в условиях обеспеченной видимости волны. Основой
подобных оптических методов является заякоренный буек, т. е.
поплавок любой конструкции, установленный на якоре так, чтобы при
269

всех положениях уровня воды и волновых колебаний поплавок не
затапливался.
Стр. 139. Что такое сильфон — объясняется дальше автором
(стр. 145).
Стр. 140. Вертушка — прибор для измерения скоростей течения
Основной воспринимающей частью его является крыльчатка
(пропеллер), лопасти которой выгнуты и расположены особым образом»
в результате чего при набегании на них струй воды создается
асимметрия давления воды, приводящая пропеллер во вращательное
движение, независимо от направления потока.
Стр. 151. Т. е. нулевое исходное значение давления.
Стр. 152. Название прибора происходит от английского
«splash» — всплеск, к которому, как это теперь модно за рубежом,
по аналогии с нашим «спутником» приставлен суффикс «-ник».
Эти приборы, смонтированные внутри буев, в большом количестве
забрасывают в море с самолета. Ими измеряется ускорение
колебания буя при волнении.
Стр. 156. По данным ряда исследователей, критическая
глубина разбивания волн изменяется (в зависимости от крутизны волн
открытого моря) от 1 до 2,5 высот волн (открытого моря), причем
минимальная глубина отвечает крутизне волны 0,03—0,04.
Стр. 156. Corps of Engineers.
Стр. 156. «Мгновенный пик давления» значительно превышает
среднюю силу давления волны. Эта мгновенная компрессия
(В. П. Зенкович, 1962) имеет большое значение, так как расслаб
ляет связи между отдельностями породы или в сооружении —
между камнями или массивами в теле молов и волноломов.
Стр. 156. Пси — международная единица измерения давления,
названная так по начальным буквам: pound square inch (англ.) —
фут на квадратный дюйм.
Стр. 161. По-видимому, здесь имеется в виду создание волнога
сителя из габионов — специальных ящиков из проволоки, заполняв
мых камнем или щебнем.
Стр. 165. Очевидно, имеется в виду трехмерное волнение.
Стр. 165. Буруном называют форму волны, испытывающей
резкое изменение высоты при разбивании.
Стр. 166. Отмелыми считаются берега с уклоном подводного
берегового склона в зоне глубин до 3 метров, изменяющимся от
0,005 до 0,01 (В. В. Лонгинов, 1957).
Стр. 167. Так условно можно назвать волну перемещения,
теряющую высоту по мере продвижения ее к берегу.
Стр. 168. Разрушение волн по типу «ныряющего буруна» на
блюдается при достаточно крутых (но меньших 45°) уклонах дна.
При этом волна в нарастающем темпе увеличивает крутизну
переднего склона и, опрокидываясь, полностью разрушается.
Стр. 169. Этот случай соответствует разрушению волн у при
глубого берега, уклоны дна которого (при прямолинейном
профиле) должны быть больше 0,03. Волна здесь деформируется
быстро и бурно, вблизи от берега.
270

В случае же отмелого берега деформация волн идет медленно,
разрушение начинается вдали от берега и идет долго с образованием
волны перемещения, достигающей берега и опрокидывающейся
вблизи уреза. Такой тип разрушения иногда называют «скользящим
буруном».
Помимо этих двух типов разрушения волн в зависимости от
характера берега в природе наблюдается и третий, когда волна
достигает критической крутизны в значительном удалении от берега,
разрушается путем опрокидывания и индуцирует вторичную волну,
или разрушение идет не полностью и к берегу продвигается волна
уменьшенной высоты, снова разрушаясь опрокидыванием
(вторичное разрушение). Это происходит на подводном береговом склоне
с уклонами дна между 0,01 и 0,03.
Стр. 169. Яркое описание катания на бурунах можно найти
в повести Джека Лондона «Путешествие на Снарке».
Стр. 170. Американские авторы придают большое значение
теории одиночных волн, дающей удовлетворительные результаты при
описании волн на мелководье. Однако работы наших ученых
(В. В. Лонгинов, 1963) не подтверждают это мнение.
Стр. 171. Во время наблюдений за деформацией воли на отме-
лых берегах Черного моря удалось зафиксировать волны, близкие
по типу к одиночным, только в узкой приурезовой полосе береговой
зоны.
Стр. 171. Имеется в виду ближайшая к берегу линия
разбивания волн.
Стр. 175. Приведенные автором примеры не дают четкого
представления о возникновении донного противотечения. Это
свидетельствует о том, что проходившая в 30-х годах в американской
литературе дискуссия о существовании донного противотечения не
внесла ясности в эту проблему. Вопрос о том, каким образом
удаляется из приурезовой зоны вода, нагоняемая туда ветром и
волнами, направленными по нормали к берегу, является до сих пор
одним из самых сложных и запутанных. Результаты исследований
советских ученых показывают, что донное противотечение при
волнении обычно заметно на относительно приглубых берегах. В
зависимости от конфигурации берега скорости оттока могут достигать
такой величины, что в коренных породах дна ими вырабатываются
желоба, идущие по нормали от берега. На отмелых берегах отток
воды из береговой зоны происходит в виде вдольберегового
течения, поэтому донное противотечение здесь обнаружить трудно.
Стр. 176. Это, по-видимому, описка: течение, направленное
навстречу волнам, даже под некоторым углом к ним, не может
увеличить скорость их распространения, а как раз наоборот.
Стр. 181. В нашей стране для изучения изменений рельефа
подводного берегового склона и пляжа под влиянием волн производят
промерные работы в штилевые периоды со шлюпки. Такие
измерения, проведенные в спокойных условиях, во-первых, дают большую
точность, а во-вторых, позволяют оценить изменения профиля в
результате прошедшего волнения.
Стр. 184. Совершенно непонятно, как можно делать промеры, и
можно ли верить полученным данным, если судно развивает такую
бешеную скорость, да к тому же еще в окружении пенящихся
бурунов?
271

Стр. 186. U. S. Coast Guard.
Стр. 188. С таким выводом автора вряд ли можно согласиться.
Динамика и характер пляжа в значительной степени зависят от
крупности слагающего его материала. Песчаные пляжи образуют
более отмелые берега, чем галечные. В случае песчаных пляжей
до уреза доходят только уже значительно ослабленные волны.
Соответственно и энергия прибойного потока на песчаном пляже
слабее, а поэтому и песчаные береговые валы более низкие, чем
галечные. Уклоны поверхности песчаных пляжей меньше, а сам пляж
гораздо шире.
Стр. 193. В СССР принята несколько иная классификация
фракций механического состава наносов, частично приведенная
в примечании редактора к стр. 23.
Стр. 193. См. примечание редактора к стр. 21 и 22.
Стр. 194. О механизме перемещения наносов по нормали к
берегу, которое часто называется в нашей литературе поперечным
перемещением, см. примечание редактора к стр. 30.
Стр. 194. В нашем понимании, глубина 30 футов (около 10
метров) — это верхняя часть подводного берегового склона. В
американской литературе считают, что эта область входит в понятие
«пляж».
Стр. 196. Приводимая здесь и дальше гипотеза о механизме
перемещения наносов разделяется большинством авторов. Здесь
следует только уточнить понятие взвеси (для береговой зоны), т. е.
материала, который может длительное время (более одного периода
волны) находиться во взвешенном состоянии в толще воды или
хотя бы в ее придонном слое. Поведение взвесей определяется не
столько крупностью частиц, сколько соотношением ее с параметрами
волнового потока. Собственно, взвешивание частиц в волновом
потоке до некоторого момента может происходить по аналогии с
русловым потоком. Однако в связи с тем, что турбулентность в волне
над песчаным дном распространяется лишь на небольшую высоту
от дна, предполагают существенное взвешивание и подъем взвесей
в толщу воды лишь в зоне высокой турбулентности, т. е. при
разрушении волн. В остальной же части береговой зоны наблюдается
лишь постепенное выпадение взвесей, переносимых теми или иными
течениями из зон разрушения. Основную роль в перемещении
поднятого во взвесь песка, по данным натурных исследований па
берегах Черного моря (Айбулатов, 1966), играют вдольбереговые
течения.
Стр. 197. Существуют методы моделирования наносов в
волновом потоке с учетом как гравитационных, так и вязкостных сил.
При этом крупность частиц (аналогов природных наносов) на
модели не только не уменьшается в соответствии с выбранным
масштабом моделирования, а наоборот — увеличивается. Но тогда, по
условиям подобия, частицы на модели должны быть более легкими,
чем естественные наносы. Поэтому, когда требуется воспроизвести
на модели песок, часто применяют зерна пемзы, бакелит, акрилат,
гранулированный полистирол и прочие материалы.
Стр. 199. В данном случае объективности автора опять в
значительной степени мешает пресловутая «концепция крутизны» (см.
272

примечание редактора к стр. 45). В дополнение следует заметить.
что в советских работах преобладает представление о том, что
размыв или намыв зависит от крутизны подводного берегового склона,
так как ею определяется ширина мелководья, а следовательно, и
степень расходования и распределения энергии волн. Если путь
волны над мелководьем невелик, то волна в момент разбивания
обладает большим количеством энергии и основная ее роль в данном
случае будет разрушительная. В действии же крутых волн на
берега сказывается скорее всего не «крутизна», а высота волны, так
как энергия волны пропорциональна квадрату ее высоты.
Стр. 201. В данном случае это не пляж, а подводный береговой
склон. Понятия «плоский пляж» и «крутой пляж» соответствуют
нашим представлениям об отмелом и приглубом береге.
Стр. 203. Необходимо отметить, что описание роста пляжевой
ступени, данное в тексте на основании рис. 63, не соответствует
последнему. Судя по рисунку, пляжевая ступень к февралю
отступила еще дальше по сравнению с декабрем, а не вернулась на место
после ее расширения в течение летних месяцев. Скорее всего, это
опечатка в тексте: очевидно, зимой отступание пляжевой ступени
продолжалось и рис. 63 верен.
Стр. 204. Понятие «обрыв» у нас относится только к коренным
породам.
Стр. 204. То есть высота надводной береговой террасы
примерно равна высоте заплеска. По наблюдениям советских ученых
на берегах Черного моря, эта величина"соответствует высоте
гребня берегового вала. Современные надводные береговые террасы
могут иметь вдвое меньшую высоту.
Стр. 207. «Береговые подводные валы» и «пляжевые валы» в
нашем представлении — понятия несовместимые. Ε. Η. Егоровым
(1959), изучающим формирование и развитие подводных валов на
Черном море, данное образование названо «предпляжевым
подводным валом».
Стр. 208. То есть ближайшего к берегу.
Стр. 208. Здесь также это не пляж, а верхняя часть подводного
склона.
Стр. 208. Это утверждение автора не соответствует
действительности. Как в нашей, так и в зарубежной литературе, имеется много
данных о соотношении между глубинами над ложбиной и
находящимся с морской стороны от нее валом. Для приливных морей это
отношение составляет 1,3 относительно среднего уровня моря.
Более удобные и физически обоснованные признаки для сравнения
систем валов между собой предложены Р. Я. Кнапсом (1959). Это
общая мощность системы валов (т. е. площадь их сечения выше
линии, соединяющей подошвы ложбин), ширина и глубина
подошвы внешнего вала и общее число валов.
Стр. 209. Глубина воздействия волн на дно зависит от
крупности наносов. Многие авторы на основании своих исследований
в лаборатории приводят данные о скоростях начала движения
частиц наносов различного диаметра на горизонтальном дне и в
приближающихся к природе условиях. Эти скорости иногда называются
«неразмывающими».
273

Стр. 209. Μ. В. Кленова (1948) была свидетелем того, как
с 50-метровой глубины (около 150 футов) на палубу выбрасывался
песок.
Стр. 212. Принятое автором название вряд ли можно
признать удачным. В месте встречи стекающего с откоса потока и
следующей набегающей волны образуется всплеск, сопровождающийся
обычно значительной турбулентностью и взмучиванием частиц
песка. Возникающие при этом области повышенной турбулентности
и мутности принято называть у нас, а также в ГДР, «облаками
взмучивания».
Стр. 212. О сортировке материала сказано слишком мало,
несмотря на то что ей принадлежит большая роль в накоплении
полезных ископаемых в береговой зоне. Необходимо, кроме того, знать,
что крупные частицы концентрируются на участках профиля с
крутым уклоном, а мелкие — на пологих участках. На гребне и
непосредственно под ним, в верхней части берегового склона вала,
обычно также происходит обогащение крупным материалом. Здесь
накапливается обломочный материал, заброшенный сюда крупными
волнами и недосягаемый для мелких волн. В ходе этой сортировки
идет также разделение наносов по удельному весу. В результате
на пляже образуются зоны концентрации тяжелых минералов.
Стр. 213. С мнением автора трудно согласиться. В этом опять
проявляется преувеличение роли крутизны волн. Следует отметить,
что фестоны образуются (по данным наблюдений различных авторов)
при вполне определенных сочетаниях уклона дна, характера
материала и элементов волнения. Так, по данным В. П. Зенковича
(1962), на валунных пляжах возникают очень крупные фестоны при
волнах высотой до 2 метров (в зоне опрокидывания). На галечных
пляжах волны высотой 1 метр уже разрушают фестоны,
образованные ранее. На песчаных пляжах диапазон высот волн, при которых
возникают фестоны, обычно очень большой (но не более 1 метра).
Стр. 215. Выше автором дана несколько искусственная попытка
объяснить образование этих ритмичных форм — пляжевых
фестонов. Более правильным путем для изучения механизма этого
процесса является анализ распределения энергии волнового поля.
Предполагают, что рельеф фестонов представляет собой
поверхность, обеспечивающую наименьшую концентрацию энергии при
столкновении прибойного потока и противотечения с пляжа.
В. В. Лонгинов (1963) предполагает, что ритмичность свойственна
самому полю энергии, в котором образуются донные формы. Тогда
процесс их образования и широкое распространение становятся
легко объяснимыми.
Стр. 216. В нашей литературе это «шаг рифелей».
Стр. 216. Это уже не рифели, а песчаные волны, которые
образуются только на очень отмелом дне (уклон 0,005 и менее). Они
всегда отстоят друг от друга на равном расстоянии, встречаются
сериями по 10 и более рядов, очень пологи: высота их не превышает
0,5 метра, расстояния 10—15 метров. Возникают они при
ритмических, симметричных колебаниях воды, в широкой зоне мелководья,
по-видимому, при интерференции волнового нагона с
противотечением примерно равной силы. Эти противоположные движения
должны быть близки по величинам скоростей и длительности, но
значительно более интенсивны, чем те, при которых происходит
образование рифелей.
274

Стр. 217. В СССР изучением образования и развития рифелей
занимался в течение ряда лет Б. А. Шуляк (1961). Разработанная
им математическая теория формирования этих микроформ дает
возможность предсказания параметров рифелей при данной глубине
и материале по параметрам волны. Шуляк рассматривает
особенности кинематики придонного слоя волнового потока и вычисляет
скорости в придонном возмущенном слое, что является особенно
важным для понимания процессов перемещения наносов. Им также
изучалась зависимость потока частиц и скорости перемещения
периодических структур волнового и поступательного потоков от
характеристики частиц и жидкости.
Стр. 217. Эту точку зрения разделяют лишь очень немногие
авторы. Большинство считает, что образование и развитие рифелей
относится к стадии дотурбулентного движения, а с турбулизацией
потока рифели стираются. Основное же перемещение наносов
происходит как раз в гладкую фазу, т. е. после исчезновения рифелей.
Рифельная фаза соответствует лишь очень небольшим скоростям
потока, при которых почти никогда не наблюдается значительной
мутности над дном. Более интересной представляется возможность
восстановления обстановки и условий образования рифелей по
сохранившимся (захороненным или в ископаемом виде) знакам ряби.
Такая возможность представляется геологам при использовании ими
выводов теории, разработанной Б. А. Шуляком, для
палеогеографических построений.
Стр. 220. В процессе физико-химического выветривания (в зоне
частого смачивания) морская вода растворяет карбонаты, а также
некоторые составные части силикатов. Последние медленно гидра-
тируются, т. е. соединяются с водой. Отдельные минералы
подвергаются окислению. В результате разложения силикатных зерен их
прочность резко понижается, и породы легче поддаются
механическому воздействию.
Стр. 222. Дж. Мунх-Петерсен предложил формулу для
условной величины, характеризующей интенсивность воздействия волн
данного направления на наносы, это так называемая наносодвижу-
щая сила. Однако эта формула обладает рядом недостатков. В ней,
в частности, не учитывается часто встречающееся в природе
несовпадение направления ветра и волнения, не отражено влияние
рефракции. Р. Я. Кнапсом (1960) предложено некоторое уточнение
этой формулы, исправляющее указанные недостатки.
Стр. 227. Название «волны песка» дано автором количеству
песка, увеличивающемуся и убывающему в соответствии с ритмом
производившегося здесь черпания, или рефулирования.
Стр. 227. В Советском Союзе и в некоторых других странах
для изучения перемещения наносов успешно применяются
люминофоры — люминесцирующие органические красители (Медведев, Ай-
булатов, 1956). Окрашенные люминофорами опытные порции
естественного песка забрасывались в море со специально построенной
подвесной дороги (например, в Черное море). Затем на смежных
створах, разбиваемых параллельно этой дороге, отбирались пробы
песка. При этом фиксировалось время заброса индикатора и время
отбора проб. Проба просматривалась под люминоскопом — специальным
устройством с увиолевым стеклом, дающим возможность обнаружить
275

одну люмнлесцирующую частичку среди миллионов неокрашенных
зерен. По расстоянию от мест выброса и по разнице времени
забрасывания и отбора пробы определялась скорость перемещения
меченого песка.
Стр. 229. Угол подхода волн к берегу (между лучом волны и
генеральным направлением береговой линии), соответствующий
максимальной интенсивности перемещения наносов вдоль берега,
принято называть углом φ. Проведенные исследования по уточнению
величины угла φ (Орлова, 1956) показали, что его значение
близко к 37°.
Стр. 231. Здесь автор говорит о миграциях наносов, которые
определяются как местные кратковременные подвижки материала
вдоль берега в том или ином направлении. Это явление следует
отличать от условного понятия «потока» наносов, введенного в нашу
литературу П. К. Божичем еще в 1930 году. Под потоком наносов
понимается итоговое перемещение материала в течение длительного
времени в одном направлении, например в течение одного года.
Стр. 232. Бай-пассинг (by-passing) — очень эффективный метод
борьбы с заносимостыо и берегозащиты, применяемый за рубежом.
При этом материал, вычерпанный из мест отложения и накопления
наносов, подается на наветренную сторону участка, испытывающего
дефицит питания в результате нарушения баланса наносов. Далее
этот материал поступает в зону действия вдольбереговых течений,
которые транспортируют его к истощившимся пляжам. Однако
следует учесть, что этот метод эффективен только тогда, когда имеется
строгая научная основа для выбора мест сбора наносов,
определения рефракции и дифракции волн на пути перемещения наносов,
а главное, для прогноза отложения материала в нужных местах.
Стр. 238. Обширные исследования по эффективности
берегозащиты с помощью бун проведены А. М. Ждановым (1960) и Р. Я.
Кнапсом (1960). Ими дана теоретическая основа рационального
проектирования бун как для песчаных, так и для галечных пляжей.
Стр. 240. С этим высказыванием автора нельзя согласиться.
Однако такое мнение распространено среди некоторых инженеров.
Виной тому произвольное применение бун без достаточного
изучения конкретной обстановки и характера перемещения наносов
в районе их сооружения. Многочисленные неудачи с применением
таких бун и привели некоторых исследователей к мнению о
нецелесообразности их создания на размываемых берегах. Правильно
спроектированные буны являются рациональным способом защиты
берегов. Наиболее надежным решением является комбинированный
метод постройки бун с последующим рефулерным заполнением
межбунных промежутков. Такие буны построены на некоторых
участках Черноморского побережья и оказались эффективными.
Стр. 245. Сирена включается на маяках во время тумана.
Стр. 245. Ряж — деревянный сруб, заполняемый камнем.
Стр. 250. Формулу Гайяра для вычисления давления разбитой
волны на сооружение нельзя считать достаточно обоснованной, так
как принятое им предположение о том, что скорость струи при
ударе волны о стенку равна сумме поступательной скорости переме-
276

щения волны и орбитальной скорости движения частиц для
неразбитых (колебательных) волн, является произвольным и
противоречит физической сущности явления.
Стр. 250. Опрокидывающий момент — основной критерий
устойчивости сооружения — представляет собой суммарный момент всех
сил, действующих на сооружение.
Стр. 258. Имеется в виду взвешивающее волновое давление
в основании и швах массивовой кладки.
Стр. 261. Proceedings of the Conferences on Coastal Engineering.

ЛИТЕРАТУРА,
на которую имеются ссылки
в предисловии и примечаниях
1. АйбулатовН. А. Вдольбереговое перемещение наносоь
у отмелых берегов. Изд. «Наука», М., 1966.
2. Д у в а н и н А. И. Уровень моря. Гидрометеоиздат, Л., 1956
3. Егоров Ε. Η. Некоторые результаты десятилетних
исследований динамики подводных песчаных валов. Тр. совещ. по
динамике берегов. Одесса, 1959.
4. Жданов А. М. Искусственное восстановление защитной
полосы пляжа при укреплении морских берегов. Тр. Вс. НИИ
Транспортного стр-ва, вып. 40, М., 1960.
5. Зенкович В. П. Основы учения о развитии морских
берегов. Изд. АН СССР, М., 1962.
6. Кленова М. В. Геология моря, Учпедгиз, М., 1948.
7. К и н г К. А. М. Пляжи и берега, ИЛ, М., 1963.
8. К н а п с Р. Я. О некоторых закономерностях развития
подводных песчаных валов. Тр. Океаногр. Комиссии АН СССР, т. %
М., 1959.
9. Кн а пс Р. Я. О способах укрепления песчаных берегов. Тр.
Вс. НИИ. Транспортн. стр-ва, вып. 40, М., 1960.
10. Ко н д ρ а т ь е в Η. Ε. О трансформации волн на мелководье
при постепенно уменьшающихся глубинах. Тр. ГГИ, вып. 22 (76).
Гидрометеоиздат, Л., 1950.
П.Крылов Ю. М. Получение спектральных характеристик
морского волнения по волнограммам и стереофотоснимкам. Тр. Союз-
морниипроекта 4 (10), Инженерные изыскания и исследования, М.
1964.
12. Л о н г и н о в В. В. Динамика береговой зоны бесприливных
морей, Изд. АН СССР, М., 1963.
13. Медведев В. С, А й булатов Н. А. Применение
«меченого» песка для изучения перемещения морских наносов. Изд. АН
СССР, сер. геогр., № 4, М., 1956.
14. О ρ л о в а Г. А. Лабораторные исследования перемещения
наносов волнением. Тр. Ин-та океанологии АН СССР, т. 76, М., 1965.
15. Орлова Г. А. Изучение динамики береговых наносов с
помощью люминофоров. Сб. «Экспериментальные и теоретические
исследования процессов береговой зоны». Изд. «Наука», М., 1965.
16. Шулейкин В. В. Рефракция волн на материковой отмели.
Изв. АН СССР, сер. физ.-мат. № 10, М., 1935.
17. Шулейкин В. В. Теория морских волн, Тр. Морск.
Гидрофиз. ин-та АН СССР, вып. 9, М., 1956.
18. Шуляк Б. А. Кинематика волнового потока,
распространяющегося над рифельной поверхностью дна. «Океанология», т. I,
М., 1961.
278

ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие . . . 3
Пролог 10
Глава I. Введение 12
Земля и океаны. Волновой спектр. Береговая
черта. Пляж как главная форма берега.
"лава II. Идеальные волны 32
Первая теория волн. Волновой лоток. Основные
характеристики волн. Орбитальное движение.
Перенос масс.
Глава III. Ветровые волны 48
Волны открытого моря. Крупные штормовые
волны. Масло на волнах. Зыбь.
"лава IV. Волны мелководья 74
Отражение. Дифракция. Рефракция.
Штормовые нагоны.
Глава V. Приливы и сейши 89
Приливы. Приливные валы (боры, маскарэ).
Сейши.
"лава VI. Импульсивное образование волн 111
Сейсмические волны. Служба предупреждения
цунами. Волны, вызванные взрывами. Волны,
вызываемые движением корабля (судовые
волны). Катанье на бурунах.
Глава VII. Измерение и моделирование волн 136
Волновые наблюдения. Мареографы.
Волнографы. Измерение силы удара волн.
Моделирование волн.
Глава VIII. Прибой 165
Буруны. Биения прибойного потока. Донное
противотечение (откат) и разрывное течение.
Наблюдения в зоне прибоя.
Глава IX. Пляжи 187
Пляжевый материал. Перемещение песка.
Собственно пляж и подводные валы. Микрофор-

мы как второстепенные характеристики
пляжа.
Глава X. Вдольбереговой песчаный конвейер . . . . .218
Размыв берега. Вдольбереговой перенос песка.
Как бороться с вдольбереговым
перемещением песка. Действие буи.
Глава XI. Человек против моря 242
Волны наступают. Человек защищается.
Проектирование берегозащитных сооружений.
ъ 964
Эпилог -
Виллард Баском
волны и пляжи
Редактор И. И. ТАТУЙКО Художник Ю. П. МОСОЛОВ
Худож. редактор В. А. ЕВТИХИЕВ Техн. редактор И. К. ГРЕЙВЕР
Корректор В. С. ИГНАТОВА
Сдано в набор 1/VII 1966 г. Подп. к печати 20/Х 1966 г. Бумага 84x108732·
Бум. л. 4,375. Печ. л. 14,7 Уч.-изд. л. 14,07 Тираж 8300 экз. Индекс ПЛ-9
Гидрометеорологическое издательство. Ленинград. В-53, 2-линия, д. № 23.
Заказ № 1428 Цена 80 коп.
Ленинградская типография № 12 им. М. И. Лоханкова
Главполиграфпрома Комитета по печати при Совете Министров СССР.
Ленинград, ул. Правды, 15.

I
ι