Внутренние волны
Внутренние инерционно-гравитационные волны или вну́тренние во́лны — вид волновых движений в стратифицированной жидкости (газе), плотность которой растет с глубиной. Под стратификацией понимается разделение водной толщи водоёма на слои различной плотности.

Наличие неравномерного распределения плотности в среде (жидкости или газе) является необходимым условием для возникновения внутренних волн. Стратификация водоема может возникнуть из-за множества разнообразных явлений, таких как подводные землетрясения, морские течения, таяния льдов, шторма́. С точки зрения физики, изменяется значение двух основных термодинамических параметров — температуры и давления. Не менее важно изменение солености океана, которое напрямую влияет на плотность жидкости.

Также важно отметить, что на больши́х глубинах в океане физическая модель «несжимаемой жидкости» не является верной. По причине значительного давления толщи воды, нижние слои океана являются более плотными, нежели верхние. Такой разницы в плотности достаточно для образования внутренних волн без наличия внешних воздействий (сил).

Физика внутренних волн 
Рассмотрим схематический вариант возникновения внутренней волны. Предположим для начала, что водный слой находится в положении равновесия и равнодействующая всех внешних сил равняется нулю. По некоторым причинам, определенный объем воды изменил своё положение по вертикали на . Воду мы принимаем за несжимаемую среду (плотность постоянна), однако плотность окружающей среды изменилась на

, где  — градиент плотности в данной точке.

Уравнение движения сместившегося объема представляет собой уравнение гармонических колебаний с частотой

.

В большинстве случаев вертикальный градиент плотности невелик, по этой причине внутренние волны имеют бо́льшую амплитуду в сравнении с поверхностными, а также у них большой период — порядка 4 часов. Скорость внутренних волн меньше скорости поверхностных.

Приняв во внимание малость градиента плотности, необходимо учесть изменение объема сместившейся жидкости за счет изменения давления, которое выражается поправкой в формуле для частоты :

Эта формула носит название частоты Вяйсяля — Брента.

Высота внутренних волн 

Высота внутренней волны тем больше, чем меньше разница плотностей соседних слоев разной плотности. Покажем это.

Пусть, для простоты, толща воды состоит из двух слоев с разными плотностями. Обозначим плотность верхнего слоя как  и его глубину как , а плотность и глубину нижнего слоя как  и  соответственно. Высота поверхностных волн — . Высота внутренних волн — .

Разницу плотностей слоев считаем малой (). Будем также считать, что высота поверхностных волн пренебрежимо мала по сравнению с общей глубиной (). В таком случае, можно приближенно считать давление на поверхность дна постоянной.

Из условия постоянства давления на дно, можно записать равенство:

Слагаемые в этом равенстве — вклады в суммарное давление двух слоев взятых в разных участках волн (см. рисунок).

Тогда отношение высоты поверхностной волны к высоте внутренней волны:

Таким образом , при . Иными словами, высота внутренних волн многократно превышает высоту поверхностных волн в достаточно глубоких областях водоемов.

Связь с поверхностными волнами 
Внутренние волны создают временные течения, в том числе на поверхности воды. Поэтому если поверхностные волны идут против этого течения, то они укорачиваются и поверхность воды в этом месте выглядит тёмной и шероховатой. Если же поверхностные волны идут вдоль течения, то они удлиняются и поверхность воды в этом месте выглядит гладкой. При этом уменьшения амплитуды поверхностных волн не происходит.

При смене направления ветра изменяется направление поверхностных волн, а на внутренние волны слабый ветер не оказывает влияния. Поэтому картина светлых и тёмных участков может быстро изменяться при изменении направления ветра.

Внутренние волны, подходя к поверхности, вызывают перераспределение поверхностно-активных веществ, которые в свою очередь влияют на коэффициент отражения электромагнитных, в том числе световых, волн, что и позволяет обнаруживать внутренние волны дистанционными способами, например, они видны из космоса.

Внутренние волны по сравнению с обычными поверхностными волнами обладают рядом удивительных свойств. Например, групповая скорость внутренних волн перпендикулярна фазовой, угол отражения внутренних волн от откоса не равен углу падения.

Литература 
  (обл.)
 
 

Волны