Я расскажу о явлении, которое долго ускользало от обычного наблюдения. Речь о внутренних волнах — колебаниях не на границе воды и воздуха, а внутри самой толщи океана. Их высота достигает десятков и даже сотен метров, длина растягивается на километры, при этом поверхность моря порой выглядит почти спокойной. Отсюда и образ невидимок: волна огромна, но скрыта под верхним слоем.
Где рождаются
Главная причина связана со слоистым строением океана. Морская вода неоднородна: сверху она теплее и нередко менее солёная, ниже — холоднее и плотнее. Между слоями формируется граница резкого изменения плотности. Её называют пикноклином (слой быстрого изменения плотности). Если придонный поток, приливное течение или струя воды проходят над подводным хребтом, уступом шельфа либо через узкий пролив, эта граница начинает колебаться. Так возникает внутренняя волна.
Механизм похож на обычную волну, но среда иная. На поверхности контраст плотности между водой и воздухом огромен, поэтому волны заметны глазом и двигаются быстрее. Внутри океана соседние слои отличаются по плотности слабее. Из-за этого внутренняя волна распространяется медленнее, зато несёт колоссальные смещения воды по вертикали. Верхний слой приподнимается, нижний опускается, потом движение меняет знак. С поверхности эти перестройки почти не видны, пока они не меняют рябь, цвет воды или распределение взвеси.
Почему волны вырастают
Крупные внутренние волны появляются там, где совпадают несколько условий. Нужна выраженная стратификация, то есть устойчивое расслоение воды по плотности. Нужен источник энергии — приливы, течение, ветер после долгого разгона, взаимодействие потока с неровным дном. Нужна подходящая форма рельефа, которая переводит движение горизонтального потока в вертикальное смещение слоёв. Когда приливная вода проходит над подводным порогом, она толкает плотные слои вниз или вверх. После прохождения препятствия нарушенное равновесие восстанавливается, и по внутренней границе уходит волновой пакет.
Иногда колебание собирается в солитон — одиночную устойчивую волну. У внутреннего солитона крутой передний склон и длинный хвост. Серия таких волн способна пройти большое расстояние без быстрого распада. На спутниковых снимках они выдают себя полосами изменённой шероховатости моря. Волна в глубине перестраивает течения у поверхности, а те меняют отражение света и рисунок мелкой ряби.
Как их замечают
Я бы не называл внутренние волны полностью невидимыми. Без приборов они скрыты, но у океанологов есть надёжные способы их увидеть. Работают спутники, профилографы температуры и солёности, донные станции, буйковые измерители течений, акустические комплексы. Когда прибор проходит через волну, он фиксирует резкий подъём или провал границы между слоями. Иногда смещение составляет десятки метров за короткое время.
Для судоходства внутренняя волна важна не из-за красивой формы, а из-за перемешивания и течений. Подводные аппараты ощущают неожиданные вертикальные скорости. В районах сложного рельефа меняются условия распространения звука, а для связи и гидроакустики это чувствительный фактор. Внутренние волны переносят энергию от приливов в глубину океана, участвуют в обмене теплом, солями и питательнымительными веществами. Они влияют на жизнь планктона и рыб, потому что поднимают из глубины холодную воду с растворёнными веществами.
С поверхности океан порой выглядит ровным и тихим, но под ним движутся огромные скрытые структуры. Их источник не в загадке, а в физике плотности, течений и рельефа дна. Чем лучше мы измеряем толщу воды, тем яснее видно: внутри океана есть собственная волновая жизнь, не менее мощная, чем на поверхности.