Falowanie i chlupotanie

Fale morskie cechuje ogromna rozpiętość rozmiarów: mogą być to praktycznie niewidoczne zmarszczki albo też twory, którym przepłynięcie przez dany punkt zajmuje 12 godz., a odległość między kolejnymi ich grzbietami wynosi 19 tys. km. Łączy je tylko jedno: przenoszą energię z jednego miejsca w inne. To właśnie ta energia trwale przesuwa się w jednym kierunku. Woda nie przemieszcza się wraz z falami, chociaż tak nam się wydaje, gdy na nie patrzymy. Wystarczy zatrzymać wzrok na jakimś unoszącym się nieco dalej od brzegu obiekcie, np. na wodorostach, by się przekonać, że pozostaje on właściwie w tym samym miejscu, poruszany energią fali w górę i w dół, ale nie wraz z nią. Jeśli przyjrzeć mu się uważniej, dostrzeżemy, że choć przedmiot wraca niemal dokładnie w to samo miejsce, to jednak krąży wokół tego punktu po orbicie.

Źródłem energii fal są przede wszystkim wiatr, siła przyciągania Księżyca i trzęsienia ziemi. Skupmy się na wietrze. Im silniej wieje, tym fale stają się większe. Po odpowiednio długim czasie fale na otwartym morzu osiągają prędkość bliską trzem czwartym prędkości stałego wiatru. Dużo miesza tu słońce. Powstało nawet powiedzenie: „Gdy słońce zachodzi, ocean się kładzie”. Energia słoneczna sprawia bowiem, że powietrze nagrzewa się mocniej w niektórych miejscach, zwłaszcza nad lądem, co prowadzi do różnic ciśnienia i temperatury – głównych czynników odpowiadających za powstawanie wiatrów. Słońce może zatem ogrzać atmosferę w jakimś odległym o tysiące kilometrów miejscu, powodując wiatr, który rozpędzi fale, a one przeniosą energię na wielką odległość.

Martwe fale

Jeśli bardzo długo mocno wieje na dostatecznie rozległych obszarach wodnych, powstają tzw. martwe fale, mogące przebyć cały ocean. Bliżej źródła są one bardziej strome, ale dalej stopniowo się spłaszczają. Odstęp między przejściami kolejnych grzbietów jest tu rzędu 10 s. W przypadku zwykłych fal jest on o wiele krótszy. Na dodatek nie są one w stanie wpływać na siebie dłuższy czas, ponieważ interferują ze sobą, a wzbudzający je wiatr dość szybko eliminuje fale powstałe wcześniej. Martwa fala zachowuje się inaczej: przechodzi przez wszystko i pod wszystkim, w tym pod innymi martwymi falami, w dużej mierze w stanie nienaruszonym. Jest groźniejsza dla żeglujących niż wyższa zwykła fala, powoduje bowiem większe przechyły jednostki.

Kiedyś zachowanie morza było często najlepszym systemem ostrzegawczym przed zbliżającym się niebezpieczeństwem. Wyspiarze wiedzieli, że widok wysokich fal w pogodny dzień zazwyczaj świadczył o tym, że martwa fala wyprzedziła sztorm, który ją stworzył, a ów sztorm nie był daleko. 8 września 1900 r. mieszkańcy Galveston w Teksasie zauważyli dopływającą do brzegu wyjątkowo wysoką martwą falę. Następnego dnia nad miasto nadciągnął jeden z najstraszliwszych huraganów w historii USA, który zabił ponad 6 tys. osób. Biorąc pod uwagę szaleństwo, jakie rozgrywa się niekiedy na powierzchni morza, aż trudno uwierzyć, że pod tą mokrą kotłowaniną panuje idealny spokój. Wystarczy, że łódź podwodna zanurzy się na 150 m, a osiąga poziom spokojnej wody. Kto kocha martwe fale? Surferzy. W epoce komunikacji elektronicznej wieści o sztormach na Atlantyku rozchodzą się szybko, a surferzy udają się wtedy na Zachodnie Wybrzeże i korzystają z martwej fali na długo przed nadejściem sztormu.

Na podstawie zachowania fal można wykryć wypłycanie się dna morskiego na długo, zanim stanie się ono widoczne. Zmianę można wyczuć i usłyszeć, ponieważ na takich falach pływa się znacznie trudniej niż na otwartym morzu i uważny żeglarz może spostrzec, że woda zaczyna niejako przypominać melasę, w której łódź porusza się wolniej, albo usłyszeć zmianę rytmu towarzyszącego rozcinaniu wody przez dziób. W pobliżu lądu tego rodzaju zjawiska nie zaskakują, ale na otwartym morzu, gdzie znajdują się rafy, atole, wraki i skały, niespodziewana zmiana zachowania fal może być ważną wskazówką.

Beczki i bryzg

Przy brzegu woda robi się coraz płytsza, więc niesiona przez nią energia zostaje w dość krótkim czasie skumulowana na niewielkiej przestrzeni, co sprawia, że fala nabiera wysokości. Ponieważ najniższa jej część zwalnia bardziej niż grzbiet, grzbiet zaczyna wyprzedzać dolinę i fala się załamuje. Fale robią się niestabilne zawsze, kiedy głębokość wody staje się mniejsza niż 130% ich wysokości (mierzymy ją od grzbietu do doliny).

Ale nie wszystkie fale załamują się w ten sam sposób. W przypadku stopniowo wznoszącego się dna fala będzie się jedynie zsuwać ze szczytu rozlewającymi się spienionymi kaskadami. Jeśli brzeg wznosi się nieco szybciej, powstaną opadające fale. Odznaczają się one wyrazistymi grzbietami, a czasem powstają w nich również „okna”, przez które można zajrzeć do wnętrza wody. Jednocześnie jako jedyne tworzą charakterystyczny załamujący się kształt, którego najbardziej skrajną postacią są tak uwielbiane przez surferów „beczki”. Przy bardzo stromych brzegach zaobserwujemy fale spiętrzające się. Z powodu wznoszącego się dna grzbiet nie ma szans na wyprzedzenie spodu fali i na plażę docierają one jednocześnie. Ponieważ fala załamuje się tylko częściowo i uderza w stromy brzeg, spora część energii ulega odbiciu, a połączenie stromych dopływających fal i potężnych odbitych sprawia, że takie miejsca są niebezpieczne dla pływaków i dla łodzi.

Ostateczną postać nadaje załamującym się falom wiatr. Przy odpowiedniej jego prędkości grzbiet fali ulega zerwaniu i w powietrzu unosi się biała mgiełka – zjawisko to nosi nazwę bryzgu. Co ciekawe, występuje ona zazwyczaj przy wietrze o sile wynoszącej dokładnie osiem w skali Beauforta – ani mniej, ani więcej – służy zatem jako jej znak rozpoznawczy (na lądzie stosuje się inną metodę: wiatr o sile osiem zrywa liście z drzew, ale nie łamie gałęzi).

Morskie pułapki

Na plaży zwróćmy uwagę na miejsce, gdzie załamuje się większość dużych fal. Pod spodem znajduje się rewa – wał o różnej rozciągłości. Między nim a lądem ciągnie się rów głębszej wody. Na niektórych plażach powstaje więcej niż jedna rewa – mamy wtedy do czynienia z sekwencją równoległych do brzegu rew i rowów. Z powodu zachowania fal tworzących rewy wały te są często dość strome od strony plaży, podczas gdy od strony morza przybierają postać łagodnego zbocza. Kiedy wyjdzie się odpowiednio daleko w morze, docierając do granicy przebytego rowu, można się wręcz potknąć o strome zbocze rewy. Tam, gdzie dno przechodzi w rów, znajduje się tzw. próg. Często zbiera się tam osad o większej grubości. Można wtedy poczuć pod stopami wzrost chropowatości piasku.

Gdy przyciągana siłą grawitacji woda spływa z powrotem do morza, zostaje zatrzymana przez rewę. Tym samym woda w rowie nieustannie próbuje znaleźć drogę powrotną do morza i z tego powodu zaczyna płynąć równolegle do plaży. Z pewnością znają Państwo plaże, gdzie trzeba płynąć ukośnie, by prąd nie zniósł człowieka w bok. Woda w rowie czasami rzuca się do ucieczki i robi wyrwę w rewie. Wytwarza się wtedy tzw. prąd rozrywający (strugowy). Uwaga na coś takiego. Woda zawsze przyspiesza w zwężeniach i potrafi osiągnąć nawet 2 m/s, czyli jest szybsza niż jakikolwiek pływak. Niektóre z takich przesmyków są trwałe, np. w przerwie między rafami. W takich sytuacjach ich położenie jest dobrze znane okolicznym mieszkańcom. Inne tworzą się czasowo, kiedy powracająca ku morzu fala wpływa w nowy kanał między mieliznami. W takich przypadkach prąd rozrywający potrafi zaskoczyć większą liczbę ludzi. Jak na ironię prądy rozrywające wygładzają fale, czym przyciągają pływaków, którym się wydaje, że wypatrzyli łagodny obszar na wzburzonym morzu.

Dostrzeżenie takiego prądu jest trudne z brzegu i jeszcze trudniejsze z wody. Jedyną ogólną zasadą, jaka ma tu zastosowanie, jest obserwacja, że woda zachowująca się w inny sposób będzie również inaczej wyglądać. W przypadku prądu rozrywającego należy wypatrywać np. wąskiego pasa wody bardziej lub mniej wzburzonego od reszty powierzchni (różnice wynikają z kierunku wiatru) czy pasa z większą ilością piany przemieszczającej się w stronę otwartego morza.

***

Więcej na ten temat w książce Tristana Gooleya „Jak czytać wodę”, wyd. Otwarte.