Добавь сайт в закладки нажми CTRL+D
Август 1893 года, берега неподалеку от Сибири. Норвежский исследователь Фритьоф Нансен ведёт свой корабль «Фрам» через Арктику. Двигатель ревёт на полных оборотах, манометры показывают норму, море — идеально спокойное, как зеркало. Но корабль ползёт со скоростью пешехода.
Вместо положенных семи узлов — полтора. Механик лезет проверять винт — всё исправно. Штурман в панике смотрит на приборы. Что, чёрт возьми, держит судно?
Экипаж «Фрама» столкнулся с тем, что норвежцы столетиями называли dødvann — мёртвая вода. Явление казалось мистикой: море как бы спокойно, но живой корабль в нём «умирает». Двигатель пыхтит, топливо горит, а вы практически стоите на месте. Будто кто-то невидимый схватил судно за корму и не пускает вперёд.
Невидимые волны-вампиры
Что такое мёртвая вода с точки зрения физики? Представьте коктейль: сверху лёгкий ром, снизу тяжёлый сироп. Теперь вставьте туда ложку и попробуйте размешать. Чувствуете сопротивление на границе слоёв? То же самое происходит с кораблём в море.
Эффект мёртвой воды возникает там, где пресная вода лежит тонким слоем поверх солёной. В Арктике это обычное дело: тают ледники, реки Лена, Обь и Енисей сбрасывают миллионы тонн пресной воды в океан. Получается слоёный пирог. Пресная вода плотностью около 1000 кг/м³ плавает над солёной — 1025 кг/м³. Разница смешная — каких-то 25 килограммов на кубометр. Но именно эта граница превращается в ловушку.
Мёртвая вода — это физический эффект, который происходит, когда корабль движется сквозь два слоя воды с разной плотностью: лёгкую пресную воду на поверхности (из тающего льда и снега) и тяжёлую солёную воду внизу.
Когда корабль пересекает границу между этими слоями, его движение создаёт невидимые волны не на поверхности, а внутри воды — прямо на границе раздела между слоями. Эти внутренние волны растут всё выше, вызывая мощное сопротивление, как если бы корабль двигался по волнистой подводной «беговой дорожке», которая работает против него. Энергия двигателя корабля уходит на создание и поддержание этих внутренних волн вместо того, чтобы двигать судно вперёд
Волна не убегает вперёд и не отстаёт — она прилипает к килю.
Физический эффект мёртвой воды убийственно прост: вся мощность двигателя уходит не на движение, а на «раскачку» этой невидимой волны под днищем. До 80 процентов энергии просто исчезает в толще воды.
Почему корабль теряет скорость в море: уравнение кошмара
Нансен записал в дневнике:
«Фрам будто держат за корму невидимые цепи».
Корабль потерял ход не из-за поломки. Просто гидродинамическое сопротивление воды выросло в разы. Обычно судно толкает воду в стороны и идёт вперёд. В мёртвой воде оно создаёт под собой яму на границе слоёв. Чтобы расширить эту яму, нужно поднять тяжёлую солёную воду снизу. На это уходит вся энергия винта.
Французские физики из CNRS в 2020 году окончательно разгадали механизм. Существует два режима: режим Нансена — когда судно залипает на постоянной низкой скорости, и режим Экмана — когда корабль прыгает на волнах, как на ухабистой дороге. То два узла, то пять, то снова два. Экипаж в ужасе смотрит на приборы: мотор ревёт ровно, а скорость скачет, будто кто-то играет педалью газа.
Рыба-прилипала и Клеопатра
Римляне тоже были с этим знакомы. правда объясняли иначе — мифической рыбой remora — прилипалой.
Якобы эта тварь цепляется к корпусу и тормозит корабль. Плиний Старший писал об этом всерьёз. В 31 году до нашей эры флот Клеопатры и Марка Антония попытался прорваться из Амбракского залива. Суда внезапно встали на три часа прямо на выходе. Корабли не двигались, гребцы выбились из сил. Антоний проиграл битву при Актиуме — и проиграл мир Октавиану.
В 2019 году физик Жермен Русо проанализировал батиметрию залива и показал: не рыба виновата, а физика. Амбракский залив — идеальное место для мёртвой воды: узкий, мелкий, с речным стоком. Египетские галеры застряли в резонансе на границе слоёв.
Где возникает эффект мёртвой воды: карта опасности
Явление встречается везде, где пресная вода лежит поверх солёной. Норвежские фьорды весной и летом — классика. Ледники тают, речки несут пресную воду, суда вязнут. Арктика — чемпион по мёртвой воде. Сибирские реки сбрасывают столько пресной воды, что опреснённый слой тянется на сотни километров от берега.
Балтика тоже не подарок. Устья рек весной превращаются в ловушки. Даже Гибралтарский пролив знает это явление — там слои воды разной солёности встречаются из-за течений. Судоходство в Арктике с каждым годом растёт, но климат Арктики и море подкидывают сюрпризы: чем больше тают льды, тем больше пресной воды, тем чаще мёртвая вода Арктики будет останавливать корабли.
Можно ли выбраться из мёртвой воды: руководство для отчаявшихся
Хорошая новость: да. Плохая: не всегда легко.
Способ первый — дать полный газ. Если судно разгонится быстрее, чем движется внутренняя волна, резонанс пропадёт. Волна не сможет догнать корабль. Нужно превысить критическую скорость на несколько узлов — и вы свободны. Проблема в том, что мощный двигатель не гарантия. Чем сильнее вы давите, тем больше волна под килем — и тем больше сопротивление. Парадокс: иногда снижение оборотов помогает лучше, чем их увеличение.
Способ второй — сменить курс. Мёртвая вода не везде. Выйдите из зоны стратификации — на более глубокую воду, в открытое море, подальше от устьев рек. Проблема: в узком фьорде деваться некуда.
Способ третий — ждать. Днём солнце прогревает верхний слой, граница размывается, эффект слабеет. Ночью всё возвращается. Приливы тоже помогают — перемешивают воду. Но ждать в коммерческом рейсе — это деньги на ветер.
Капитаны в норвежских фьордах знают опасные места и месяцы. Весной, когда тают ледники — максимальный риск. Осенью слои перемешиваются — можно дышать спокойно. Опытные моряки планируют маршруты с запасом времени и консультируются с лоцманами. Современные исследования океана помогают прогнозировать зоны риска, но точной карты не существует. Слишком много переменных: речной сток, температура, приливы.
Есть ещё один жуткий аспект: мёртвая вода опасна не только для кораблей, но и для пловцов. Голландский физик Лео Маас исследовал необъяснимые случаи утопления в озёрах. Хорошая погода, опытный пловец — и внезапная смерть от истощения.
Маас провёл эксперимент в озере. Когда руки пловца взаимодействуют с границей слоёв (примерно на глубине 70 см), сопротивление резко возрастает. Пловец теряет 15% скорости. Это критично: человек быстрее устаёт, паникует и нередко тонет.
Поделись видео: