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.