Кандалакша. История с ниппелями.

12.8.86. Последний день похода. Времени от отпуска осталось лишь на дорогу домой. Иду вдоль гористого берега, шквалит, все время лупит по парусам. Особенно досталось, когда шел мимо устья реки Колвицы, пробившейся к морю между сопками. Перед Кандалакшей фарватер закручен так, что непонятно, как здесь проходят большие суда.

Впереди буй, как на гонке обхожу его впритирку левым бортом. Увидал за мысом портальные краны, решил навести порядок на судне, подошел к подвернувшемуся под руку островку, в последний раз побаловался черникой.

Порт в Кандалакше небольшой; на погрузке стоят “Волгодон” и судно покрупнее “Кузьма Минин”. За портом город, но попасть туда не могу - тримаран не идет; сильнейшее, совершенно непроходимое течение, какой-то заколдованный угол. Два часа бился над ним, надоело, подошел к островку, залез на скалу, стал разбираться в местной географии. Оказывается, я пытался под парусами войти против ветра в деривационный канал ГЭС, а оттуда бьет струя как из пожарного шланга. Уже в темноте после долгих мытарств добрался до нужного берега, густо заставленного черт знает чем; приткнуться негде, влез в щель между лодочными гаражами.

Все, дальше ехать некуда. Приехали. Утро началось с прогулки по Кандалакше. Город небольшой, вполне современный, уютный. Вайда представительно топает на поводке. Разыскали вокзал, почту, отправил телеграмму домой. Купил, наконец, свежий хлеб, он мне очень понравился, курицу и банку мандаринового джема. Вернулись на берег, сообразили праздничный завтрак. Каждому по премии за хорошую работу; собаке полкурицы, мне весь джем с хлебом. На радостях опрокинул колбу кипятильника, ошпарил руку, но обошлось, руки так загрубели за поход, что их и кипяток не берет.

Началась тяжелая работа: разборка тримарана. Место для разборки неудачное, проходное, туда-сюда шастали пацаны, а за этой публикой нужен глаз да глаз. Запомнились двое лет по тринадцати, прошмыгнувшие мимо: курточки с иголочки, джинсы, кроссовки, взгляд жуликоватый. Вайда, пока тримаран был в сборе, никого к нему не подпускала, одного пацана даже тяпнула за нос; нос, к счастью, уцелел. Но когда тримаран рассыпался на детали, а за углом забора выросла куча из труб, парусов, швертов, веревок, документов, денег, оптики и прочего хлама, собака сочла свою миссию исчерпанной, подобрела. И зря.

Весь день трудился, разбирал тримаран, сушил имущество, упаковывал. Стал грузить тримаран на тележку, а у нее из колес исчезли ниппеля!

Я так и сел. Надо же! Мой груз без тележки с места не сдвинешь, а она выведена из строя. Эх, Вайдушка, недосмотрела!

Времени девять часов вечера. Деваться некуда. После разборки судна парусный турист – как бездомная собака. Надо искать помощь. Ниппеля на дутиках обычные велосипедные, а велосипеды и старые камеры у многих имеются.

Мимо гуляет публика. Прокатил на коляске ребенка мужчина интеллигентного вида; я объяснил ему ситуацию. Говорит:

-Ничем не могу помочь. Отправляясь в такой поход, Вам следовало это предусмотреть заранее.

И пошел дальше.

Все на свете не предусмотришь, особенно шкодников. Желаю Вам, сэр, чтобы, когда Вы пойдете в баню, Вам не срезали пуговицы на брюках, вряд ли найдутся запасные.

Но ниппеля-то нужны. Решил идти к людям. Заглянул в соседний дом; там ребятишки с собакой и бабкой; бабка живая, всем интересующаяся, видела, как я ходил под парусами по бухте. И помогли: нашли ниппеля. А ребятишки оравой лихо докатили мой тримаран на тележке до вокзала.

Минус сменился плюсом.

 

Человек – хозяин на своей земле, и не надо бояться звука своих шагов. Иногда встречаешься с молодыми энтузиастами, начитавшимися дурной литературы; они приходят в отчаяние от того, что, как ни старайся, а “в океан все равно не выпустят”. Обидно!

Милые вы мои! Со временем будет и океан. Но давайте без демагогии. Все паруса, что я видел на Белом море, можно пересчитать по пальцам. Великолепные острова, прекрасная и совершенно необжитая акватория, хорошие люди. Плавайте на здоровье, почему же вас там не видно?!

Шкоты в руки и полный ход в Онежский залив! И, уверяю, что удовольствия будет не меньше, чем в Тихом океане. Ведь в любом океане интерес представляют именно берега, а здесь берега что надо. Оно, конечно, пять баллов не ураган и Кондостров не Таити, но на Таити морошка-то не растет!

Природа не терпит суеты. Человеку, страдающему тщеславием, ни в море, ни в океане делать нечего.

Волны Белого моря.

 

Бросая в воду камешки, смотри на круги ими

Образуемые, иначе такое бросание будет

Пустою забавою.

Козьма Прутков

Морское волнение

Будучи физиком по профессии и всю жизнь имея дело с разными волнами, я, попав на Белое море, несколько лет смотрел на него как баран на новые ворота и не мог понять, что же здесь происходит. Белое море – аномальный район мирового океана с сильными реверсивными приливными течениями, вызывающими множество непривычных явлений. С волнами на течении происходят странные вещи, но прежде чем обсуждать их, следует вкратце изложить то, что известно о морском волнении.

Свободная поверхность воды, будь то в Сорокской губе или в тазу – плоская. Если под влиянием какого-либо воздействия она выведена из равновесия, то в воде возникает движение, которое распространяется в виде волн, называемых гравитационными, поскольку их существование обусловлено наличием силы тяжести. Ветровые гравитационные волны на поверхности воды – поверхностные, глубоко в воду они не проникают.

Существуют еще и капиллярные поверхностные волны, но они мелкие, рябь и на навигацию не влияют. Известны также и так называемые внутренние волны, возникающие в толще неоднородной воды; они очень медленные и крупномасштабные, иногда выходят на поверхность воды, вызывая на ней необычные эффекты. Кроме того имеются приливные волны и сейши.

Характер распространения волн по поверхности воды зависит от ее глубины. Например, для приливных волн с их длинами в сотни километров любое море мелкое. Но для ветрового волнения в море, как правило, выполняется условие глубокой воды. Выход таких волн на мелководье порождает прибой.

Если волна не цепляется за дно, т.е. вода для нее достаточно глубока, то скорость волны с связана с длиной волны l соотношением

 

,

где g – ускорение свободного падения. Заметим, что с - фазовая скорость волны, т.е. скорость перемещения ее гребней. Если измерять скорость волн как обычно в метрах в секунду, а их период Т в секундах, получается простое соотношение с = 1,56 Т.

Скорость поверхностных волн на воде зависит от их длины; такие волны называют диспергирующими. Особенность диспергирующих волн на воде в том, что перенос энергии в них происходит со скоростью вдвое меньшей фазовой; эту скорость, одновременно определяющую скорость перемещения волновых пакетов или цугов волн, называют групповой.

Еще одной важной характеристикой поверхностных волн является их высота h, которую определяют как разность высот от гребня волны до ее подошвы. Отношение высоты волны к ее длине называют крутизной волны. Волны на воде не могут быть бесконечно крутыми, существует предел крутизны, по достижении которого волны опрокидываются. Теоретически предельная крутизна волн на воде , в действительности обрушение волн может происходить и при меньшей крутизне, а у пологих морских волн крутизна составляет примерно 1/20.

Причины возникновения волн на поверхности воды могут быть разными. Например, цунами вызывается землетрясением, существуют так называемые запрепятственные волны, возникающие, когда сильное течение обтекает подводные преграды. Но основной источник волнения ветер. Чем сильнее ветер, тем сильнее волнение.

Пусть поле ветра над морем однородно, т.е. от берега до берега дует ветер постоянной силы и одного направления, причем дует долго. Рассмотрим поле волнения, порождаемого таким ветром.

Вблизи наветренного берега волны нет, только рябь, но чем дальше в море, тем волна больше и круче. Начиная от берега, ветер раскачивает волны всех длин, но темп роста волн зависит от относительной скорости ветра; быстрее всех растут самые тихоходные мелкие волны. Но недолго. При свежем ветре уже в какой-нибудь сотне метров от берега появляются барашки, мелкие волны опрокидываются. Их рост прекращается.

То, что происходит с мелкими волнами, на рост более крупных влияет слабо, но те растут медленнее и достигают своей предельной крутизны дальше от берега. Чем дальше в море, тем крупнее волны и тем они положе. Рост крутизны крупных волн ограничивается возникновением в них сильных турбулентных течений воды, преобразующих энергию, полученную волнами от ветра, в тепло. Рост длины крупных волн ограничен необходимостью поддержания определенного соответствия скоростей ветра и волн. Дело тут в том, что чем длиннее волны, тем быстрее они бегут, и тем меньше для них относительная скорость ветра и, соответственно, передача энергии от ветра к волне. Волны, скорость которых равна скорости ветра, вообще не возникают, поскольку не получают от него энергии. Установлено, что в конечном счете на большом удалении от берега устанавливаются волны, движущиеся со скоростью, составляющей примерно 80% от скорости ветра и с крутизной примерно 1/20. Такое волнение, состоящее из крупных пологих волн называют развитым, оно и достигает подветренного берега.

Практически важно, что характеристики развитых волн, т.е. их длина, высота, период, скорость, а также время действия ветра и длина разгона, необходимые, чтобы они успели сформироваться, известны. На глаз трудно бывает определить высоту волны, поэтому есть смысл измерять не высоту, а период волны, а дальше находить ее высоту по соответствующему графику; такой график приведен на рис.27. Он дает связь периода и высоты волны для предельного развитого волнения, под которым подразумевается установившееся волнение на неограниченной акватории при неограниченной длительности ветра. Это, разумеется, приближенный подход к делу, но он дает неплохие результаты. И именно характеристики таких волн приведены в шкале Бофорта.

Ветровое волнение имеет нерегулярный хаотический характер, в нем присутствуют волны разных периодов и размеров. Такую картину обычно описывают статистическими методами, но вдаваться в детали нам нет необходимости. Заметим только, что статистическое описание имеет формальный характер, не учитывающий физику происходящих в волнах нелинейных процессов, и не способно указать наибольшую высоту волны в нужный момент на данной акватории. По статистике в море всегда найдется, хотя и редко, волна сколь угодно больших размеров, чего, как можно видеть, на деле не происходит.

Конечность размеров моря и поля ветра ограничивают длину разгона волн, так что реальное морское волнение вовсе не обязано быть всегда развитым. Типичный пример – озерное волнение. С другой стороны, волнение может наблюдаться и при отсутствии ветра, когда волны переходят из одного района моря в другой; это зыбь. Волны зыби в отличие от ветрового волнения пологи и имеют правильный регулярный характер.

Приливная волна Кельвина

 

Беломорские приливы, регулярно повторяющиеся два раза в сутки и имеющие период чуть меньше двенадцати часов, - это длинные гравитационные волны. Они не самостоятельного происхождения, а зарождаются под действием приливных волн мирового океана, заходящих в Белое море. Длины приливных волн составляют сотни километров, для них любое море мелкое, и они захватывают всю толщу воды, перемещая ее огромные массы, миллиарды тонн на большие расстояния туда и обратно. Явление мощное, крупномасштабное с которым волей – неволей приходится считаться.

У меня нет точных данных о приливах в Онежском заливе, но сложилось впечатление, что приливная волна в нем идет вдоль берега. На островах посреди залива приливы небольшие, приливные течения не очень сильны, но вблизи материкового берега в районе Кузовов, Выгнаволока и далее по берегу течения сильные, осушки большие, высота приливов, как я обнаружил на Сосновом наволоке, достигает четырех метров.

Известно, что в вытянутых с севера на юг морях и больших заливах могут возбуждаться различные типы – моды приливных волн, самая замечательная из которых – волна Кельвина; ее наблюдали в Северном море и в Адриатическом заливе Средиземного моря. По-видимому, именно с ней и приходится иметь дело в Онежском заливе.

Всевозможных волн много; волна Кельвина замечательна тем, что это уникальная контурная волна с односторонним распространением. Волны, независимо от их природы, бывают объемные, существующие в свободном трехмерном пространстве, например, обычные электромагнитные волны, поверхностные – те же самые ветровые волны, а также одномерные, например, волна сжатия – растяжения в какой-нибудь нити. Волна Кельвина – контурная, она существует только у берега и бежит по его контуру, амплитуда волны быстро убывает при удалении от берега. Быстро – по ее масштабам; для нас это километры если не десятки километров. При этом волна Кельвина бежит по контуру Онежского залива против часовой стрелки; связано это с вращением Земли. Когда большие массы воды колеблются в меридиональном направлении, на них действует порождаемая вращением Земли сила Кориолиса; ее влияние и проявляется в существовании односторонне распространяющейся контурной приливной волны. Такой же волны, бегущей в обратном направлении, существовать не может, но в Южном полушарии картина обратная.

Масштабы волны Кельвина огромны, и с одной лодкой отследить ее невозможно; было бы интересно одновременно зарегистрировать ее группой лодок сразу по всему Онежскому заливу. Дело в том, что само существование односторонне распространяющейся волны (ОР-волны) противоречит сложившемуся у человечества представлению об изотропности пространства.

Мы привыкли к тому, что живем в трехмерном мире, где по каждой координате можно двигаться туда и обратно; для нас односторонне только время, назад по которому двигаться мы не можем. Но для волны Кельвина времяподобно, односторонне и пространство, понятия “назад” для нее не существует.

Земля – вращающаяся система, и никакого изотропного пространства на ее поверхности быть не может, сила Кориолиса действует на все движущиеся на ней объекты. И идти вперед или направо не то же самое что назад или налево; не замечаем этого мы только по причине своей мелкости, эффект срабатывает в полную силу на крупномасштабных объектах.

Единственным известным аналогом волны Кельвина как ОР-волны является некая поверхностная магнитоплазменная волна в полупроводнике, антимониде индия, с которой я в свое время провозился лет пятнадцать. Там одностороннее распространение поверхностной электромагнитной волны обусловлено действием магнитного поля на электроны проводимости в полупроводнике; аналогом силы Кориолиса выступает сила Лоренца. И не зная тогда о существовании волны Кельвина, я и представить себе не мог, что в природе возможны ОР-волны, из-за чего возникало множество затруднений. Так парусный туризм сомкнулся с современной физикой.