Голос моря: инфразвук, который приходит раньше шторма

Человек на палубе подносит к уху шар-зонд — обычный резиновый шар с водородом, какие метеорологи выпускают в небо, — и отдёргивает голову: в ухе резкая боль. Погода при этом сносная, шторма нет и близко. Так в начале тридцатых годов, во время морской экспедиции, было замечено явление, которое позже назовут «голосом моря». Оказалось, далёкий шторм звучит. Звучит на частоте примерно 5–13 герц, ниже порога человеческого слуха, и этот звук уходит от шторма на сотни километров вперёд — к берегу он приходит заранее, как гонец.

Физику явления разобрал академик Василий Шулейкин, и главная часть этой работы сделана на Чёрном море. По-моему, это одна из самых красивых страниц отечественной морской науки — и удивительно малоизвестная.

Шар, от которого заболело ухо

Странность с шаром первым заметил метеоролог Всеволод Берёзкин: поднесёшь к уху оболочку наполненного водородом зонда — ухо болит. Отведёшь — проходит. Он показал этот эффект Шулейкину прямо в экспедиции, и дальше началась уже физика.

Шар оказался резонатором. Инфразвуковые волны, рождённые далёким штормом, раскачивали упругую оболочку, та собирала и усиливала колебания — и ухо, прижатое к шару, получало порцию звука, которого в обычном воздухе человек не замечает. В 1935 году Шулейкин опубликовал в Докладах Академии наук СССР первую работу об инфразвуковой природе «голоса моря». Старая примета «море гудит к буре» получила уравнения.

Как волны делают звук

Механизм, который описал Шулейкин, устроен так. При сильном шторме ветер движется быстрее волн. Натыкаясь на гребни, поток воздуха тормозится и сжимается, над впадинами — разрежается. Сжатие, разрежение, снова сжатие: воздух над штормовым морем пульсирует, и эти пульсации дают колебания частотой от 5 до 13 герц. С палубы прогулочного катера всё это выглядит буднично: свежий ветер, барашки, брызги через нос. А физически над каждым гребнем в этот момент происходит то самое сжатие воздуха — просто до «голоса» ему далеко: нужны штормовой ветер и разгон в десятки миль.

Человеческое ухо начинает слышать примерно с 16–20 герц. Всё, что ниже, — инфразвук: он есть, он давит, но как звук мы его не воспринимаем. Регистрируют его приборы — или, как выяснилось, резиновый шар у уха.

Теперь про скорость, ради которой всё это стоит знать. Звук в воздухе идёт со скоростью около 340 метров в секунду — больше тысячи километров в час. Шторм ползёт в лучшем случае на десятках километров в час. Разница — два порядка. Инфразвуковой сигнал добегает до берега за часы до того, как туда доберётся сам шторм, а затухает так слабо, что проходит сотни, по некоторым оценкам — и тысячи километров.

Бассейн, в котором штормит по заказу

Шулейкин пришёл на Чёрное море задолго до этой истории: в 1929 году он основал в крымском посёлке Кацивели Черноморскую гидрофизическую станцию — из неё позже вырос Морской гидрофизический институт. А в 1953-м на станции появилось сооружение, которого не было больше нигде: штормовой бассейн, спроектированный самим Шулейкиным. Огромное замкнутое кольцо, куда закачивали морскую воду; 22 мощных вентилятора разгоняли над ней ветер — и в кольце поднимались настоящие штормовые волны. Шторм по заказу, в сотне метров от спокойного моря.

В этом кольце ловили то, что в открытом море не поймать: как именно ветер передаёт волне энергию, где рождается звук, что меняется с каждым лишним метром в секунду ветра. Станция в Кацивели, к слову, работает до сих пор — штормы над Чёрным морем там наблюдают уже почти сто лет подряд.

Легенды отдельно, физика отдельно

Вокруг «голоса моря» накручено много страшного: истории про экипажи, в панике покинувшие судно, про «Летучего голландца», про инфразвук, сводящий моряков с ума. Пересказывать их интересно, но это именно легенды: научно доказанного влияния штормового инфразвука на психику человека нет. Шулейкинская физика обходится без мистики и, если честно, впечатляет сильнее.

Что из этого следует у нашего берега

Инфразвуковых станций на наших причалах нет, и капитан перед выходом слушает всё-таки морской прогноз, а не резиновый шар. Но сам принцип — море сообщает о шторме раньше, чем шторм приходит, — работает у сочинского берега каждый сезон. Длинные волны от далёкой непогоды докатываются до наших портов раньше ветра; крайний случай — тягун, из-за которого судам случается уходить из гавани при полном штиле. И когда выход отменяют при спокойной, на взгляд с пляжа, воде — это обычно та же история: о далёком шторме уже известно, просто узнают о нём теперь из сводок, без всяких шаров с водородом.

Чего мы не знаем до сих пор: пользуется ли «голосом моря» кто-то, кроме приборов. Есть давняя гипотеза, что медузы и морские птицы улавливают штормовой инфразвук и потому уходят от берега загодя, — красивая, часто пересказываемая и до конца не доказанная. Честного ответа у науки пока нет, и мы честно отвечаем так же.

Кстати, звуки умеет издавать и здешняя рыба — горбыль по прозвищу «ворчун», и это отдельная история.

Про сами волны и их группы — существует ли девятый вал — разговор отдельный.