Как рождаются волны-убийцы: российские ученые вплотную приблизились к разгадке этого опасного морского феномена

Океан хранит в себе множество секретов. Но самый опасный из них скрывается вовсе не на глубине. Напротив, он рождается на поверхности на глазах у всех и живет всего лишь несколько секунд. Это волна-убийца. Голубой водяной вал высотой с десятиэтажный дом, который может разорвать стальной корпус корабля пополам.


Антон Гармашов и Александр Запевалов, ведущие научные сотрудники Морского гидрофизического института РАН в Севастополе, знают об этой угрозе не понаслышке. Их рабочее место — уникальная стационарная платформа в Черном море у побережья Крыма. Здесь, в 600 метрах от берега, они ведут непрерывную охоту, но не за самими волнами, а за их невидимыми предвестниками.

И в 2025 году работа этих российских ученых привела к открытию, которое показало шокирующий факт. Оказывается, авторитетные международные модели прогноза, которыми пользовались десятилетиями, систематически делали и делают ошибки.

Что такое эксцесс?

Пытаться предсказать каждую отдельную волну в бушующем океане — это все равно что пробовать угадать движение каждой песчинки в урагане. Это просто бессмысленно.

Поэтому океанологи всего мира ходят другим путем, а именно: через статистику. Они ищут так называемый индекс угрозы, т. е. параметр, который резко меняется перед самым появлением аномалии.



Таким является эксцесс — детектор, который показывает, насколько чаще встречаются экстремальные волны (очень высокие или очень низкие) по сравнению с «обычным» распределением. Высокий эксцесс поверхности океана однозначно сигнализирует, что среди обычных волн зреет нечто чудовищное. Многочисленные работы по всему миру это неоднократно подтверждали.

Оставался вопрос: как его рассчитать на практике? Ответ казался очевидным: через проверенные спектральные модели, математические формулы, описывающие развитие волнения. Золотым стандартом последние 50 лет считается модель JONSWAP, созданная по данным проекта, действующего в Северном море. На этой основе были выведены изящные уравнения, которые связывали эксцесс с физически понятными вещами: крутизной волны и ее «возрастом».

С одной стороны, эта была рабочая формула спасения. С другой — группе Гармашова и Запевалова что-то не нравилось в JONSWAP. Поэтому российские ученые решили проверить все эти красивые теории в суровых реалиях Черного моря.

Черноморский эксперимент

Российская стационарная океанографическая станция находится в 600 метрах от суши, где глубина составляет 30 метров. Комплекс оснащен датчиками, которые 24/7 считывают каждый вздох моря. На протяжении лет они собирали бесценные данные: как море ведет себя под шквальным ветром, в штиль и при коварной зыби.



Метод Гармашова-Запевалова был до гениальности прост. Взять данные, вычислить по ним реальный, «живой» эксцесс, а затем сравнить с тем, что предсказывают авторитетные модели JONSWAP.

Оказалось, что связь между реальным эксцессом и параметрами, которые должны были его определять (крутизной и «возрастом» волны), практически нулевая. Коэффициент корреляции составил жалкие 0.06 и 0.05. Это как пытаться предсказать исход футбольного матча по скорости ветра на стадионе.

Впрочем, это были еще цветочки. Выяснилось, модели вообще не видели порога угрозы. Натурные измерения показали: волны-убийцы начинают рождаться, когда эксцесс переваливает за отметку 0.6–0.7. Но модели JONSWAP, даже в самых экстремальных условиях, которые только можно в них заложить, никогда не показывали значение выше 0.3.

Получался абсурд: согласно теориям, океан физически не может породить такую аномалию. Но он ее порождает, причем снова и снова.
Дело дошло до смешного. Согласно теории, эксцесс может быть только положительным. Однако датчики с платформы регулярно фиксировали и отрицательные значения, которые формулы просто не могли осмыслить.


— таков был суровый вердикт российских ученых.

Что не учли формулы?

Почему же модели, созданные на основе лучших данных XX века, не смогли разгадать тайну волн XXI века?

Ответ кроется в самой природе морской стихии. Модели JONSWAP — это гениальные, но усредненные портреты океана. Они описывают море в целом, его общее состояние. Волна-убийца — это воплощение локального хаоса, взрыв, вспышка. Она рождается не из-за общего состояния моря, а из-за стечения конкретных, сиюминутных обстоятельств.



Представьте, что вы пытаетесь предсказать, в какой именно точке многокилометровой стены из тростника вспыхнет пожар. Вы можете идеально описать влажность, направление ветра и среднюю высоту стены (это и делает JONSWAP). Но пожар вызовет одна случайная искра, одно уникальное сочетание сухого стебля и порыва ветра. Формулы не видят этих «искр».

Что же это за «искры»?

Во-первых, это невидимые течения. Подповерхностные струи, сталкиваясь с ветровым волнением, могут фокусировать его энергию в одной точке.

Во-вторых, нельзя сбрасывать со счетов рельеф дна. Даже на глубине в десятки метров, как у крымской платформы, дно может работать как линза, неожиданно «поджимая» и усиливая волну.

В-третьих, формулы не учитывают дикую нелинейность. В момент рождения волны-убийцы обычные законы сложения волн перестают работать. Включается режим резонанса и фокусировки, который до сих пор с трудом поддается расчетам.

Исследование в Черном море показало: связь между простыми, усредненными параметрами и рождением монстра случайна и непредсказуема. Океан доказал, что он сложнее любой, даже самой изощренной, созданной человеком формулы.

Новая карта для старого чудовища

Работа в Черном море не поставила крест на прогнозах. Просто российские ученые показали, что природа не работает по формулам. Но если старые теории оказались недействующими, значит, пора искать новые. Возможно, человечеству поможет искусственный интеллект, которому по силам найти невидимые глазу закономерности в миллионах записей волнографов.

Кроме того, нам нужны принципиально новые физические модели, которые видят океан не как усредненную систему, а как место, где каждую секунду рождаются и умирают волны. Надеемся, что у наших ученых все получится.