Dzidki, wspominałam już w jednej z poprzednich dzidek o testach bomb atomowych i wodorowych w oceanach i ich wpływie na wodny ekosystem. Warto jednak zaznaczyć, że nie tylko one stanowią problem – zwłaszcza, że ich testowanie zostało zakazane Traktatem o o Całkowitym Zakazie Prób z Bronią Jądrową (w skrócie CTBT – od ang. Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty) podpisanym w 1996 roku (jednak tutaj warto zaznaczyć, że podpisu nie złożyły jeszcze Korea Północna, Indie i Pakistan). Jednak nadal na morzach i oceanach prowadzone są ataki przy pomocy torped czy min morskich.

Zacznijmy od tego, że są dwa rodzaje wybuchów podwodnych – pierwszy z nich to chemiczny, który opiera się na reakcji egzotermicznej charakteryzującej się dodatnim bilansem wymiany ciepła z otoczeniem (czyli opiera się na spalaniu). Opierają się one na eksplozji materiałów wybuchowych, w wyniku których powstaje duża ilość gazowych produktów reakcji pierwotnych oraz wtórnych, co powoduje z kolei wzrost objętości, temperatury i ciśnienia, gdzie z zależności od prędkości rozchodzenia fali uderzeniowej można wyróżnić eksplozję, detonację, deflagrację i implozję. Z kolei drugi opiera się na mechanizmie fizycznym, spośród których całkowicie oddzielną grupę stanowią właśnie wybuchy jądrowe - czyli atomowe i termojądrowe (z bomb wodorowych). W niniejszej dzidce postaram się nakreślić, czym różnią się podwodne wybuchy od tych na powierzchni, scharakteryzuję torpedy i miny wodne oraz ich wpływ na ekosystem oraz zagrożenia, jakie stwarzają, a także, jaką rolę w tym wszystkim odgrywa akustyka oceanu.

Podwodne eksplozje – Czym różnią się od tych na powierzchni?

Eksplozje podwodne różnią się od eksplozji w powietrzu przede wszystkim właściwościami wody, takimi jak chociażby masa i nieściśliwość, co dotyczy wszystkich rodzajów eksplozji (chemicznych i fizycznych wraz z nuklearnymi). Woda ma znacznie większą gęstość, niż powietrze, co utrudnia jej poruszanie się, a co za tym idzie – charakteryzuje się większą bezwładnością. Jest też stosunkowo trudny do skompresowania pod ciśnieniem w niskim zakresie. Biorąc pod uwagę oba czynniki jednocześnie, okazuje się, że woda jest doskonałym przewodnikiem fal uderzeniowych powstałych w wyniku eksplozji torpedy, miny podwodnej czy też bomby atomowej lub wodorowej. Kiedy dochodzi do podwodnej eksplozji, tworzy się wnęka gazu pod wysokim ciśnieniem, która wypycha wodę na zewnątrz. Powstaje pęcherzyk, w którego wnętrzu w wyniku wybuchu wytwarza się gaz. Jego rozmiar szybko się zwiększa, podczas gdy woda odparowuje w wyniku wytworzonego przez eksplozję ciepła. Energia wybuchu rozszerza bańkę poza punkt równowagi między pęcherzykiem a ciśnieniem wody, przy czym bezwładność wody powoduje, że bańka przekracza punkt, w którym jej ciśnienie wewnętrzne jest równe ciśnieniu zewnętrznemu wody. Pęcherzyk jest wtedy rozrzedzony, co oznacza, że staje się mniej gęsty, a jego ruch promieniowy zostaje zatrzymany. Jednak żadna równowaga nie zostaje osiągnięta, a bańka kurczy się bardziej, niż powstała energia. W rezultacie ponownie się rozszerza, a proces się powtarza, choć należy zauważyć, że prawie 90% energii jest rozpraszane po pierwszym rozszerzeniu i skurczu. Z tego powodu po rozszerzaniu, kurczeniu i podwodnych eksplozjach pojawiają się inne eksplozje.

Skutki podwodnej eksplozji można podzielić na dwa odrębne zjawiska: falę uderzeniową i pulsację pęcherzyków. Podczas gdy nadciśnienie gwałtownie wzrasta na froncie uderzenia w powietrzu i wodzie, szybko spada w wybuchu powietrza. W rezultacie wartości szczytowe w wodzie są znacznie wyższe, niż wartości szczytowe w tej samej odległości od równej eksplozji w powietrzu. Ponadto prędkość dźwięku w wodzie jest prawie pięć razy większa, niż w powietrzu, co w rezultacie wytwarza bardzo szybkie fale w wodzie.

Można to zaobserwować podczas testu eksplozji w zwolnionym tempie (musi być małe, bo łatwiej uchwycić to kamerą, ale spokojnie – w dalszej części dzidki będą już eksplozje prawdziwych statków, okrętów podwodnych i detonacja min podwodnych):

Istnieją dwa rodzaje ciał: ciała powierzchniowe i ciała zanurzone. Eksplozje podwodne są bardziej szkodliwe, jeśli mają miejsce pod statkiem – na przykład, jeśli wybuch ma miejsce pod głowicą łodzi. Bańka albo podnosi kil do pewnego stopnia, albo wypiera wodę z tego obszaru. Obszar ten zapewnia mniejszą wyporność z powodu braku wody, ale dziób i rufa są nadal podparte. Oprócz fali uderzeniowej naprężenia w części środkowej spowodowane są wpadnięciem statku do dziury w wodzie, podczas gdy dziób i rufa są nadal podparte wodą. Ogromne zniszczenia spowodowane są eksplozjami pod stępką na śródokręciu. Podmuchy w pobliżu dziobu lub rufy zwykle nie powodują zatonięcia statku. Warto również wziąć pod uwagę, że bańka będzie się rozszerzać i kurczyć kilka razy. W rezultacie, nawet jeśli statek przeżyje pierwsze oscylacje, to podczas kolejnych może ulec zniszczeniu. Jednak zjawisko to występuje tylko blisko powierzchni wody. Zwiększone ciśnienie i wyporność otaczającej wody ogranicza efekt zabójczej eksplozji pod spodem, dlatego też znacznie trudniej zniszczyć okręty podwodne płynące na większej głębokości, niż zwykłe statki znajdujące się na powierzchni.

Z kolei wybuch min dennych w płytkich wodach jest jednym z najniebezpieczniejszych wybuchów na krótkim dystansie (2-20 m). Fala ciśnienia emitowana przez przycisk znacznie wzmacnia zniszczenie statku. Ponadto pulsacja samej bańki generuje dodatkowe fale uderzeniowe. Podwodne głowice bojowe wykorzystują oddziaływanie pustki parowej powstałej w wyniku eksplozji z kadłubem celu, co zwiększa skuteczność eksplozji. Z kolei na większych głębokościach eksplozje stanowią również zagrożenie dla okrętów podwodnych, gdyż w pewnych warunkach migracja pęcherzyka spowodowana uderzeniem hydrodynamicznym i grawitacyjnym może skutkować wysoce skoncentrowanym przeniesieniem tego pędu na statki lub inne konstrukcje, przez co działanie pęcherzyka może przeważyć niszczący wpływ fali uderzeniowej.

Rekonstrukcja wybuchu łodzi podwodnej w zwolnionym tempie (zwróćcie uwagę na wzmianki o wielokrotnych wybuchach i pęcherzykach gazu oraz na wspominki o kawitacji, czyli gwałtownej przemiany z fazy ciekłej w gazową w wyniku zmniejszenia ciśnienia):

Kolejną różnicą pomiędzy podwodnymi a lądowymi lub powietrznymi eksplozjami jest wpływ ekspozycji neutronów na słoną wodę, co z kolei dotyczy jedynie wybuchów atomowych i termojądrowych. O ile neutrony nie mają większego wpływu na samą wodę, o tyle wpływają dosyć mocno na znajdującą się w niej na sól. Tutaj warto podkreślić, że sama woda nie staje się radioaktywna tuż po detonacji ładunków jądrowych, gdyż wodór i tlen, mogą wchłonąć dodatkowy neutron pozostając nadal stabilnymi izotopami. W takim razie jak powstają atomy radioaktywne? Ma to miejsce wtedy, gdy atom wodoru pochłonie dwa neutrony lub atom tlenu pochłonie trzy neutrony. Przy czym sól zawarta w wodzie morskiej łatwo absorbuje neutrony, które zmieniają się w izotopy radioaktywne. Zwykła destylacja lub odparowanie wody (chmury, wilgoć i opady) usuwa skażenie promieniowaniem, pozostawiając radioaktywne sole. To między innymi dlatego właśnie tak duże zagrożenie wiąże się z ryzykiem pęknięcia sarkofagu na Atolu Bikini, gdy odpady radioaktywne przedostaną się do morza – dojdzie wtedy do powstania izotopów radioaktywnych, które nie pozostaną bez wpływu na znajdujące się w wodzie zwierzęta, wodorosty czy koralowce.

Nowoczesne torpedy – Wybuchowa broń dystansowa

Jednym z najbardziej powszechnych broni dystansowych do walki na morzu są nowoczesne torpedy. Są to samobieżne i nakierowujące automatycznie pociski wyposażone w wybuchową głowicę, która w kontakcie z celem lub w jego pobliżu ulega detonacji. Wystrzeliwuje się je najczęściej znad powierzchni wody (pokładu okrętu przy pomocy specjalnej wyrzutni), nieco rzadziej pod wodą (w tym z podwodnych okrętów). Pod pojęciem torpedy nie zawsze rozumiano tą samą broń – to, co dawniej nazywano torpedą, dzisiaj określone byłoby jedynie mianem miny. Dopiero około 1900 roku torpeda była używana wyłącznie do określenia samobieżnego, podwodnego urządzenia wybuchowego. Nowoczesne torpedy są różnie klasyfikowane jako lekkie lub ciężkie (wykorzystywane aktualnie również przez polski program „Orka”), proste autonomiczne i przewodowe. Można je uruchamiać z różnych platform. We współczesnej wojnie torpeda wystrzelona z łodzi podwodnej prawie na pewno trafi w cel (najczęściej są to torpedy akustyczne reagujące na źródło dźwięku i samonaprowadzające się na nie), dlatego najlepszą obroną jest kontratak z użyciem kolejnej torpedy.

Pierwszy prototyp torpedy (dzisiaj nazwalibyśmy ją miną) wyszedł spod ręki Holendra – Corneliusa Drebbela na początku XVII wieku i miała służyć do atakowania okrętów podwodnych. Przytwierdził on materiały wybuchowe do końca belki przymocowanej do jednej ze swoich łodzi podwodnych (obecnie znanych jako torpedy drzewcowe) i użyto ich podczas angielskich wypraw do La Rochelle w 1626 roku. Dopiero 200 lat później stworzono pierwszą nowoczesną torpedę rozumianą jako samobieżną, nakierowującą się automatycznie podwodną broń dystansową  z wybuchową głowicą, która została skonstruowana przez oficera austriacko-węgierskiej marynarki wojennej oraz angielskiego inżyniera, Roberta Whiteheada. Prace nad projektem rozpoczęto w 1864 roku, ale ostateczna wersja wyszła dopiero po czterech latach zmieniania konceptu po nieudanych testach i ulepszania broni.

Po tym, jak rząd austriacki zdecydował się zainwestować w wynalazek, Whitehead uruchomił pierwszą fabrykę torped w Rijece. W 1870 roku udoskonalił urządzenia do pokonywania odległości do około 910 m z prędkością do 6 węzłów (11 km/h), a do 1881 roku fabryka eksportowała torpedy do dziesięciu innych krajów. Torpeda była napędzana sprężonym powietrzem i miała ładunek wybuchowy z bawełny strzelniczej. Whitehead opracował bardziej wydajne urządzenia, demonstrując torpedy zdolne do 18 węzłów (33 km/h) w 1876 roku, 24 węzłów (44 km/h) w 1876 roku i 30 węzłów (56 km/h) w 1890 roku. Przedstawiciele Królewskiej Marynarki Wojennej (RN) odwiedzili Rijekę na demonstrację pod koniec 1869 roku, a w  1870 roku zamówiono partię torped. W 1871 roku Admiralicja Brytyjska zapłaciła Whiteheadowi za niektóre z jego prac rozwojowych i produkcję rozpoczętą w Royal Laboratories w Woolwich w następnym roku. Warto wspomnieć, że sam Whitehead zajmował się konstruowaniem coraz to nowych torped otwierając wiele fabryk przeznaczonych do produkcji kolejnych modeli, które eksportowane były do wielu krajów świata, takich jak Niderlandy, Brazylia, Grecja czy Turcja. Whitehead nabył prawa do żyroskopu Ludwiga Obry'ego w 1888 roku, ale nie był on wystarczająco dokładny, więc w 1890 roku kupił lepszy projekt poprawiający kontrolę nad swoimi projektami, które zaczęto nazywać „diabelskim urządzeniem”. Warto podkreślić, że sam Robert Whitehead zajmował się produkowaniem torped aż po II Wojnę Światową.

Firma Eisengießerei und Maschinen-Fabrik von L. Schwartzkopff w Niemczech również produkowała torpedy i eksportowała je do Rosji, Japonii i Hiszpanii, gdyż fabryki Roberta Whiteheada przestały nadążać z realizacją zamówień. Później torpedy zaczęły produkować również inne kraje i powstawały ich nowe wersje: przeznaczone do zrzutu z samolotu, do wystrzeliwania pod powierzchnią wody, torpedy nuklearne czy samonaprowadzające się na cel. Również ich parametry znacząco się poprawiły, czyniąc je jeszcze bardziej groźnymi.

Ludzkie torpedy – Pilotowane torpedy w morskich wojnach

Wartymi wspomnienia i bardzo nietypowymi rodzajami torped są jeszcze tzw. „ludzkie torpedy”. Jak można domyślić się z nazwy, były to torpedy pilotowane przez ludzi... który mieli po wykonaniu zadania zakończyć swój żywot niczym Kamikaze. Chociaż wydawać by się mogło, że twórcami koncepcji mogą być Japończycy, nic bardziej mylnego. Sam pomysł powstał już w 1909 roku i został opatentowany przez Brytyjczyków, chociaż to właśnie Włosi jako pierwszy zrealizowali pomysł i go przetestowali. Takie torpedy były niewielkimi łodziami podwodnymi z napędem śmigłowym z miejscem na pilota, który nakierowywał ją na cel. Wymagało to od pilotów trzymania głowy nad wodą. Pierwszymi byli Włosi Raffaele Rossetti i Raffaele Paolucci, którzy w 1918 roku zostali wystrzeleni do wody w torpedzie dotarli do okrętu Jugosławii i przymocowali do niego miny morskie. Niestety zostali zauważeni, dlatego podczas ich aresztowania uruchomili miny i zginęli wraz z wrogim okrętem. Pomysł ten został uznany za kontrowersyjny, a mimo tego wykorzystała go Wielka Brytania, a następnie Japonia podczas trwania II Wojny Światowej. Jednak to właśnie Japończycy najbardziej ulepszyli koncept tworząc torpedę z zamkniętym wewnątrz człowiekiem, który dzięki możliwości oddychania mógł nakierować torpedę z głowicą wypełnioną ładunkiem wybuchowym na wrogi okręt... żeby zostać zdetonowanym. To właśnie Japonia spopularyzowała ten typ samobójczych torped nazywany Kaisen na równi z Kamikaze (dotyczącym samobójstw w atakach lotniczych).

Podwodne miny – Cierpliwi zabójcy

O ile torpedy są bronią wybuchową, która sama naprowadza się na cel, o tyle miny morskie wybuchają przy zetknięciu się kadłuba okrętu z ich powierzchnią. Najczęściej mają kulisty lub cylindryczny kształt pokryty wypustkami, aby ciężej było celowi je wyminąć przy mniejszym polu manewru. Wewnątrz znajduje się ładunek wybuchowy. Mogą być zrzucane z powietrza w celu zbombardowania celu lub kotwiczone na dnie morskim lub powierzchni oceanu, dzięki czemu po zetknięciu z okrętem lub łodzią podwodną dochodzi do wybuchu (są to najbardziej klasyczne miny, czyli kontaktowe, ale aktualnie stosuje się także niekontaktowe lub zapalane zdanie, a nawet… miny wypuszczające torpedy!). Są drugą najpopularniejszą bronią do walki na morzu. Wyróżnia się cztery typy min morskich ze względu na utrzymywanie się pod wodą: miny kotwiczne, zagrodowe, denne i pływające.

Pierwsze miny morskie zostały przez Chińczyków i zostały szczegółowo opisane przez Jiao Yu, oficera artylerii z wczesnej dynastii Ming, w jego XIV-wiecznym traktacie wojskowym znanym jako Huolongjing. Chińskie zapiski mówią o morskich materiałach wybuchowych w XVI wieku, używanych do walki z japońskimi piratami. Pierwsze miny morskie zamykano w drewnianej skrzyni i zaklejano je kitem. Generał Qi Jiguang wykonał kilka dryfujących w ładunków wybuchowych, aby nękać japońskie statki pirackie. Traktat Tiangong Kaiwu opisuje miny morskie z linką wyzwalającą ciągniętą przez ukrytych na pobliskim brzegu ludzi, którzy obracali stalowy mechanizm krzesiwa z zamkiem kołowym, aby wytworzyć iskry i zapalić lont z miny morskiej. Warto także podkreślić, że jest to pierwsze użycie obracającego się stalowego zamka kołowego w minach morskich. Z kolei pierwszy plan miny morskiej w Europie sporządził brytyjczyk Ralph Rabbards, który przedstawił swój projekt w 1574 roku królowej Elżbiecie I. Holenderski wynalazca Cornelius Drebbel został zatrudniony w Urzędzie Ordnance przez króla Anglii Karola I do produkcji broni, w tym nieudanej „pływającej petardy” (podejrzewa się, że to właśnie ten pomysł w późniejszych latach mógł być inspiracją dla torped). Miny morskie mające robić za pierwszy projekt torpedy wypróbowali Anglicy podczas oblężenia La Rochelle w 1627 roku.

Współczesne projekty min morskich po raz pierwszy zastosowano w 1853 roku w Wojnie Krymskiej. W 1907 roku podpisana została konwencja haska, która określała zasady zakładania min morskich aktywowanych poprzez dotknięcie. Na masową skalę zaczęły być stosowane podczas I i II Wojny Światowej. Dzisiaj na dnie oceanów zalega wiele nadal aktywnych i niebezpiecznych min, których neutralizacja przeprowadzana jest stopniowo (podobna sytuacja jest z niewypałami torped czy nawet zaginionych po testach jądrowych bomb atomowych, które nie wypaliły się i spadły do morza nadal zalegając na jego dnie w okolicach Atolu Bikini, Polinezji Francuskiej i na Morzu Japońskim). Dla przykładu, w okresie poprzedzającym anulowaną inwazję na macierzyste wyspy Japonii podczas II Wojny Światowej, marynarka wojenna Stanów Zjednoczonych (U.S. Navy) zrzuciła do wody aż około 25000 min morskich w ramach operacji „Głód” w 1945 roku. Setki pozostawały w wodzie jeszcze długo potem, a kilkadziesiąt lat później nadal były niebezpieczne (a nawet do dzisiaj zdarza się wyławiać jeszcze jakieś miny lub detonować je przy pomocy podwodnych torped samonaprowadzających, jak pokazana na jednym z poniższych filmików Barracuda).

Po co rogi na minach morskich?

Co sprawia, że miny morskie są tak podstępne? Otóż inżynierowie rozwiązali nadrzędny problem techniczny polegający na utrzymaniu skuteczności min po latach przebywania w oceanie. Najbardziej podstawowy rodzaj min morskich polega na samoczynnej detonacji, gdy statek ociera się burtą o minę i powoduje zamknięcie obwodu elektrycznego, który aktywuje materiał wybuchowy. Słona woda jest szorstka dla prawie wszystkiego, a korozja szybko sprawiła, że pierwsze obwody mechaniczne stały się nieskuteczne po niezbyt długim czasie. Dlatego też w latach siedemdziesiątych XIX wieku problem krótkiej sprawności styków został rozwiązany za pomocą rozwiązania technologicznego zwanego tubą Hertza (są to te wypustki na minach przypominające rogi – początkowo produkowano gładkie, przypominające bombę, ale z czasem zaczęto montować tuby na powierzchni gładkich min). Tuba zawierała fiolkę z płynem przewodzącym. Kiedy fiolka pękła, np. pod wpływem otarcia kadłuba statku o tubę, obwód się zamknął, a potem następowała eksplozja. Sprawiło to, że miny morskie zaczęły być znacznie bardziej skuteczne.

Wraz z postępem technologicznym w zakresie broni morskiej, zaczęto produkcję min z różnymi czujnikami, które mogą aktywować minę, kiedy statek przepływa nieopodal niej – nawet, jeśli jej nie dotknie. Niektóre z nich są podłączone do hydrofonów, które uruchamiają się na dźwięk określonego typu silnika, inne mogą wyczuć sejsmiczne fundamenty w wodzie i potknąć się od wibracji. Są także miny, które wypuszczają torpedy spod osłonki, które posiadają system samonaprowadzania na określony obiekt. Dzięki hydroakustyce można osiągnąć znacznie lepsze wyniki bez potrzeby kontaktowego zetknięcia łodzi podwodnej czy statku z miną morską.

Dlaczego hydroakustyka jest tak ważna dla działań militarnych?

Hydroakustyka jest głównym sposobem określenia, czy wybuch jądrowy nastąpił pod wodą czy też nie (polecam zerknąć do dzidek o systemie SONAR oraz o hydrofonach, gdzie zagadnienie zostało opisane nieco szerzej). Hydrofony służą do monitorowania zmian ciśnienia wody, gdy fale dźwiękowe rozchodzą się w oceanach. Dźwięk przemieszcza się przez wodę o temperaturze 20°C z prędkością około 1482 m/s, w porównaniu z prędkością dźwięku w powietrzu wynoszącą 332 m/s. W oceanach dźwięk rozchodzi się najskuteczniej na głębokości ok. 1000 m. Fale dźwiękowe, które przemieszczają się na tej głębokości, poruszają się z minimalną prędkością i są uwięzione w warstwie znanej jako kanał utrwalania i ustawiania dźwięku (w skrócie SOFAR od angielskiej nazwy SOund Fixing And Ranging bomb). Dźwięki mogą być dzięki temu wykrywane z dużych odległości, co pozwala na ograniczoną liczbę stacji monitorujących wymaganych do wykrywania aktywności oceanicznej. Hydroakustyka została pierwotnie opracowana na początku XX wieku jako sposób wykrywania obiektów, takich jak góry lodowe i mielizny w celu zapobiegania wypadkom na morzu.

Przed przyjęciem Traktatu o Całkowitym Zakazie Prób z Bronią Jądrową zostały zbudowane trzy stacje hydroakustyczne. Dwie stacje hydrofonowe na północnym Pacyfiku i środkowym Atlantyku, zaś stacja „fazy T” została zbudowana u zachodniego wybrzeża Kanady. Kiedy przyjęto CTBT, zbudowano osiem kolejnych stacji hydroakustycznych, aby stworzyć kompleksową sieć zdolną do identyfikacji podwodnych detonacji jądrowych w dowolnym miejscu na świecie. Te 11 stacji hydroakustycznych, oprócz 326 stacji monitorujących i laboratoriów (w większości należących do NOAA - National Oceanic and Atmospheric Administration), obejmuje Międzynarodowy System Monitorowania (IMS – ang. International Monitoring System), który jest monitorowany przez Komisję Przygotowawczą Organizacji Traktatu o Całkowitym Zakazie Prób z Bronią Jądrową (CTBTO).

Obecnie w sieci IMS stosowane są dwa różne typy stacji hydroakustycznych; 6 stacji monitoringu hydrofonów i 5 stacji „fazy T”. Te 11 stacji znajduje się głównie na półkuli południowej. Stacje monitorowania hydrofonów składają się z szeregu trzech hydrofonów zawieszonych na kablach przymocowanych do dna oceanu. Są one umieszczone na głębokości znajdującej się w SOFAR, aby skutecznie zbierać odczyty. Każdy hydrofon rejestruje 250 próbek na sekundę, podczas gdy kabel dostarcza energię i przesyła informacje na brzeg. Informacje te są konwertowane do użytecznej postaci i przesyłane bezpiecznym łączem satelitarnym do innych urządzeń w celu analizy.

Stacje monitorowania „fazy T” rejestrują sygnały sejsmiczne generowane przez fale dźwiękowe, które łączyły się z dnem oceanu lub linią brzegową. Są one zazwyczaj zlokalizowane na stromych wyspach w celu zebrania jak najczystszych odczytów sejsmicznych. Podobnie jak stacje hydrofoniczne, informacje te są wysyłane na brzeg i przesyłane łączem satelitarnym do dalszej analizy. Stacje hydrofonowe mają tę zaletę, że zbierają odczyty bezpośrednio z SOFAR, ale generalnie są droższe w realizacji, niż stacje z „fazą T”. Stacje hydroakustyczne monitorują częstotliwości od 1 do 100 Hz, aby określić, czy nastąpiła podwodna detonacja. Jeśli potencjalna detonacja została zidentyfikowana przez jedną lub więcej stacji, zebrane sygnały będą miały szerokie pasmo z widmem częstotliwości wskazującym na podwodną jamę u źródła.

Podwodne wybuchy a zagrożenia dla ekosystemu

Skutki podwodnej eksplozji zależą od kilku czynników, w tym odległości od eksplozji, energii eksplozji, głębokości eksplozji i głębokości wody. Podwodne eksplozje są podzielone na kategorie według głębokości eksplozji. Płytkie eksplozje podwodne to takie, w których krater utworzony na powierzchni wody jest duży w porównaniu z głębokością eksplozji. Głębokie eksplozje podwodne to takie, w których krater jest mały w porównaniu z głębokością eksplozji lub nie istnieje. Ogólny efekt podwodnej eksplozji zależy od głębokości, wielkości i charakteru ładunku wybuchowego oraz obecności, składu i odległości odbijających powierzchni, takich jak dno morskie, powierzchnia, termokliny i podobne.

Pomijając już fakt, że podwodna eksplozja powoduje znacznie większe zniszczenia, niż wybuchy na powierzchni o tej samej sile, warto wziąć pod uwagę jeszcze to, że żyjące w wodzie stworzenia (nawet tak duże, jak walenie) znajdujące się nieopodal miejsca eksplozji mogą nie tylko oberwać od pierwszej fali uderzeniowej, ale również następne czy impuls bąbelkowy. Warto też zwrócić uwagę, że detonacja z dala od celu (np. łodzi podwodnej czy statku) może spowodować uszkodzenia na większej powierzchni, na przykład niszcząc znajdujące się nieopodal rafy koralowe.

Z kolei podwodne testy jądrowe blisko powierzchni mogą rozproszyć radioaktywną wodę i parę na dużym obszarze, co ma poważny wpływ na życie morskie, pobliską infrastrukturę i ludzi, o czym wspominałam szerzej chociażby w dzidce o eksplozjach atomowych i termojądrowych w oceanach. Podczas testów atomowych i termojądrowych zginęła duża liczba podwodnej fauny wraz z całymi rafami koralowymi, a z niektórych pozostały tylko szczątkowe ilości. Również z zatopionych statków ulotniło się paliwo napędowe, które zanieczyściło tamtejsze wody powodując skażenie i śmierć fauny na pobliskich wyspach (zwłaszcza okolice Atolu Bikini i Polinezji Francuskiej).

Należy wspomnieć, że po nieudanych testach jądrowych na Atolu Bikini, Polinezji Francuskiej i Morzu Japońskim nadal zalegają niewypały broni jądrowej. Podobna sytuacja ma miejsce w przypadku niewypałów min morskich i torped, które w dalszym ciągu stanowią realne zagrożenie. Dlatego wyznaczone są specjalne służby, które lokalizują wspomnianą broń i ją neutralizują (najczęściej poprzez detonację, więc nie trzeba wspominać, jaki to ma wpływ na morski ekosystem, a jednocześnie nie ma lepszego rozwiązania, gdyż próby wyłowienia ich wiązałyby się z ogromnym ryzykiem i śmiercią wielu uczestników misji neutralizujących).

Dodatkowa literatura dla zainteresowanych:

Podwodne eksplozje:
1.https://man.fas.org/dod-101/navy/docs/es310/uw_wpns/uw_wpns.htm
2.https://ro.uow.edu.au/cgi/viewcontent.cgi?referer=&httpsredir=1&article=2563&context=theses
3.https://royalsocietypublishing.org/doi/pdf/10.1098/rspa.1949.0034
4.https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4275921/
5.https://www.pcb.com/contentstore/MktgContent/Linkeddocuments/technotes/TN-28_Measure_Underwater_Explosions.pdf
6.https://homepages.abdn.ac.uk/h.tan/pages/teaching/explosion-engineering/Underwater-I.pdf
7.https://www.mdpi.com/2076-3417/7/9/880
8.https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/610/1/012061/pdf

Skutki podwodnych eksplozji:
9.https://semspub.epa.gov/work/01/550560.pdf
10.https://science.howstuffworks.com/explosion-land-water1.htm
11.https://navalpost.com/underwater-explosions-damage/
12.https://thehill.com/changing-america/sustainability/environment/560021-massive-explosion-set-off-by-us-navy-may-have/
13.https://exwc.navfac.navy.mil/Portals/88/Documents/EXWC/Environmental_Security/Living%20Marine%20Resources/LMRFactSheet_Project26.pdf
14.https://www.oceancare.org/en/stories_and_news/underwater-noise-impacts/
15.https://www.ascobans.org/sites/default/files/document/AC19_4-10_UnderwaterDetonations_1.pdf
16.https://nauka.rocks/kopula-na-pacyfiku/

Niezdetonowane bomby, torpedy i miny na dnie morskim:
17.https://oceans-and-fisheries.ec.europa.eu/news/underwater-menace-eu-funding-helps-detect-unexploded-bombs-2022-09-29_en
18.https://www.bbc.com/future/article/20220804-the-lost-nuclear-bombs-that-no-one-can-find
19.https://www.gospodarkamorska.pl/w-poblizu-gruzinskiego-wybrzeza-eksplodowala-mina-morska-69344
20.https://dziennikbaltycki.pl/tykajaca-bomba-na-dnie-baltyku-morze-trzeba-ratowac-dla-przyszlych-pokolen/ar/c15-15599959
21.https://nowyswiat24.com.pl/2021/07/26/dno-baltyku-to-tykajaca-bomba-ekologiczna/
22.https://www.dw.com/pl/tykaj%C4%85ce-bomby-na-dnie-ba%C5%82tyku-i-morza-p%C3%B3%C5%82nocnego/a-40217374
23.https://www.windpowermonthly.com/article/1287281/delays-costs-munitions-seabed
24.https://gue.com/blog/searching-for-underwater-mines-in-the-adriatic/
25.https://www.euronews.com/green/2021/05/25/the-ticking-environmental-time-bombs-lying-on-europe-s-seafloor
26.https://research.tamu.edu/2015/08/05/tons-of-unexploded-and-uncharted-weapons-are-lurking-in-gulf-of-mexico/
27.https://euobserver.com/ukraine/156162

Hydroakustyka a podwodne eksplozje:
28.https://www.labmanager.com/news/hydroacoustic-signals-help-study-impacts-of-underwater-explosions-29281
29.https://dosits.org/galleries/audio-gallery/anthropogenic-sounds/explosive-sound-sources/

Torpedy:
30.https://www.magnum-x.pl/artykul/ciezka-torpeda-podstawowy-system-walki-okretu-podwodnego
31.https://www.polska-zbrojna.pl/home/articleshow/10189?t=Torpeda-w-morzu-czyli-postrach-okretow
32.https://www.thedrive.com/the-war-zone/33018/modern-submarine-torpedo-attacks-are-nothing-like-what-you-see-in-the-movies
33.https://man.fas.org/dod-101/navy/docs/es310/uw_wpns/uw_wpns.htm
34.https://zbiam.pl/artykuly/torpedy-polskich-okretow-podwodnych/
35.http://www.dynamicscience.com.au/tester/solutions1/war/torpedo.htm
36.https://www.lockheedmartin.com/en-us/products/mk-48-mod-7-common-broadband-advanced-sonar-system-cbass-heavyweight-torpedo.html
37.https://www.thedrive.com/the-war-zone/33467/the-shadowy-world-of-submarine-and-ship-launched-torpedo-countermeasures-an-explainer
38.https://www.thedrive.com/the-war-zone/27386/u-s-navy-looking-to-arm-its-subs-with-tiny-torpedoes-that-intercept-incoming-torpedoes
39.https://www.gdynia.pl/co-nowego,2774/torpeda-juz-unieszkodliwiona,565044
40.https://www.deadlinenews.co.uk/2019/12/11/dramatic-moment-torpedo-from-attack-that-sank-hms-royal-oak-is-detonated-80-years-after-tragedy-that-claimed-over-800/
41.https://www.bbc.com/news/uk-scotland-north-east-orkney-shetland-48737157
42.https://maritime-executive.com/article/tanker-spears-unexploded-test-torpedo-with-anchor
43.https://vimeo.com/227206938

Ludzkie torpedy:
44.https://thedebrief.org/the-top-secret-manned-torpedo-seemed-like-a-good-idea-at-the-time/

Podwodne miny:
45.https://apps.dtic.mil/sti/pdfs/ADA413076.pdf
46.http://wzorowimundurowi.blogspot.com/2015/03/miny-morskie.html
47.file:///C:/Users/Dom3/Downloads/Miny_morskie_prognoza_rozwoju.pdf
48.https://cimsec.org/modern-naval-mines-not-your-grandfathers-weapons-that-wait/
49.https://www.usni.org/magazines/proceedings/2021/august/sea-mines-low-end-threat-high-end-fight
50.https://interestingengineering.com/innovation/how-do-naval-mines-work
51.https://www.popsci.com/blog-network/shipshape/terrible-thing-waits-under-ocean/
52.https://www.military.com/daily-news/2020/02/04/how-navy-taking-divers-out-minesweeping.html
53.http://dunkirk1940.org/index.php?&p=1_59
54.https://www.wojsko-polskie.pl/8fow/articles/aktualnosci-w/kolejna-1000-kilogramowa-mina-morska-typu-gc-zneutralizowana/
55.https://www.wikiwand.com/pl/Mina_morska

Dzidki, wspominałam już w jednej z poprzednich dzidek o testach bomb atomowych i wodorowych w oceanach i ich wpływie na wodny ekosystem. Warto jednak zaznaczyć, że nie tylko one stanowią problem – zwłaszcza, że ich testowanie zostało zakazane Traktatem o o Całkowitym Zakazie Prób z Bronią Jądrową (w skrócie CTBT – od ang. Comprehensive Nuclear-Test-Ban Treaty) podpisanym w 1996 roku (jednak tutaj warto zaznaczyć, że podpisu nie złożyły jeszcze Korea Północna, Indie i Pakistan). Jednak nadal na morzach i oceanach prowadzone są ataki przy pomocy torped czy min morskich. Zacznijmy od tego, że są dwa rodzaje wybuchów podwodnych – pierwszy z nich to chemiczny, który opiera się na reakcji egzotermicznej charakteryzującej się dodatnim bilansem wymiany ciepła z otoczeniem (czyli opiera się na spalaniu). Opierają się one na eksplozji materiałów wybuchowych, w wyniku których powstaje duża ilość gazowych produktów reakcji pierwotnych oraz wtórnych, co powoduje z kolei wzrost objętości, temperatury i ciśnienia, gdzie z zależności od prędkości rozchodzenia fali uderzeniowej można wyróżnić eksplozję, detonację, deflagrację i implozję. Z kolei drugi opiera się na mechanizmie fizycznym, spośród których całkowicie oddzielną grupę stanowią właśnie wybuchy jądrowe - czyli atomowe i termojądrowe (z bomb wodorowych). W niniejszej dzidce postaram się nakreślić, czym różnią się podwodne wybuchy od tych na powierzchni, scharakteryzuję torpedy i miny wodne oraz ich wpływ na ekosystem oraz zagrożenia, jakie stwarzają, a także, jaką rolę w tym wszystkim odgrywa akustyka oceanu.

Podwodne eksplozje – Czym różnią się od tych na powierzchni?

Eksplozje podwodne różnią się od eksplozji w powietrzu przede wszystkim właściwościami wody, takimi jak chociażby masa i nieściśliwość, co dotyczy wszystkich rodzajów eksplozji (chemicznych i fizycznych wraz z nuklearnymi). Woda ma znacznie większą gęstość, niż powietrze, co utrudnia jej poruszanie się, a co za tym idzie – charakteryzuje się większą bezwładnością. Jest też stosunkowo trudny do skompresowania pod ciśnieniem w niskim zakresie. Biorąc pod uwagę oba czynniki jednocześnie, okazuje się, że woda jest doskonałym przewodnikiem fal uderzeniowych powstałych w wyniku eksplozji torpedy, miny podwodnej czy też bomby atomowej lub wodorowej. Kiedy dochodzi do podwodnej eksplozji, tworzy się wnęka gazu pod wysokim ciśnieniem, która wypycha wodę na zewnątrz. Powstaje pęcherzyk, w którego wnętrzu w wyniku wybuchu wytwarza się gaz. Jego rozmiar szybko się zwiększa, podczas gdy woda odparowuje w wyniku wytworzonego przez eksplozję ciepła. Energia wybuchu rozszerza bańkę poza punkt równowagi między pęcherzykiem a ciśnieniem wody, przy czym bezwładność wody powoduje, że bańka przekracza punkt, w którym jej ciśnienie wewnętrzne jest równe ciśnieniu zewnętrznemu wody. Pęcherzyk jest wtedy rozrzedzony, co oznacza, że staje się mniej gęsty, a jego ruch promieniowy zostaje zatrzymany. Jednak żadna równowaga nie zostaje osiągnięta, a bańka kurczy się bardziej, niż powstała energia. W rezultacie ponownie się rozszerza, a proces się powtarza, choć należy zauważyć, że prawie 90% energii jest rozpraszane po pierwszym rozszerzeniu i skurczu. Z tego powodu po rozszerzaniu, kurczeniu i podwodnych eksplozjach pojawiają się inne eksplozje.

Skutki podwodnej eksplozji można podzielić na dwa odrębne zjawiska: falę uderzeniową i pulsację pęcherzyków. Podczas gdy nadciśnienie gwałtownie wzrasta na froncie uderzenia w powietrzu i wodzie, szybko spada w wybuchu powietrza. W rezultacie wartości szczytowe w wodzie są znacznie wyższe, niż wartości szczytowe w tej samej odległości od równej eksplozji w powietrzu. Ponadto prędkość dźwięku w wodzie jest prawie pięć razy większa, niż w powietrzu, co w rezultacie wytwarza bardzo szybkie fale w wodzie.

Można to zaobserwować podczas testu eksplozji w zwolnionym tempie (musi być małe, bo łatwiej uchwycić to kamerą, ale spokojnie – w dalszej części dzidki będą już eksplozje prawdziwych statków, okrętów podwodnych i detonacja min podwodnych):

Istnieją dwa rodzaje ciał: ciała powierzchniowe i ciała zanurzone. Eksplozje podwodne są bardziej szkodliwe, jeśli mają miejsce pod statkiem – na przykład, jeśli wybuch ma miejsce pod głowicą łodzi. Bańka albo podnosi kil do pewnego stopnia, albo wypiera wodę z tego obszaru. Obszar ten zapewnia mniejszą wyporność z powodu braku wody, ale dziób i rufa są nadal podparte. Oprócz fali uderzeniowej naprężenia w części środkowej spowodowane są wpadnięciem statku do dziury w wodzie, podczas gdy dziób i rufa są nadal podparte wodą. Ogromne zniszczenia spowodowane są eksplozjami pod stępką na śródokręciu. Podmuchy w pobliżu dziobu lub rufy zwykle nie powodują zatonięcia statku. Warto również wziąć pod uwagę, że bańka będzie się rozszerzać i kurczyć kilka razy. W rezultacie, nawet jeśli statek przeżyje pierwsze oscylacje, to podczas kolejnych może ulec zniszczeniu. Jednak zjawisko to występuje tylko blisko powierzchni wody. Zwiększone ciśnienie i wyporność otaczającej wody ogranicza efekt zabójczej eksplozji pod spodem, dlatego też znacznie trudniej zniszczyć okręty podwodne płynące na większej głębokości, niż zwykłe statki znajdujące się na powierzchni.

Z kolei wybuch min dennych w płytkich wodach jest jednym z najniebezpieczniejszych wybuchów na krótkim dystansie (2-20 m). Fala ciśnienia emitowana przez przycisk znacznie wzmacnia zniszczenie statku. Ponadto pulsacja samej bańki generuje dodatkowe fale uderzeniowe. Podwodne głowice bojowe wykorzystują oddziaływanie pustki parowej powstałej w wyniku eksplozji z kadłubem celu, co zwiększa skuteczność eksplozji. Z kolei na większych głębokościach eksplozje stanowią również zagrożenie dla okrętów podwodnych, gdyż w pewnych warunkach migracja pęcherzyka spowodowana uderzeniem hydrodynamicznym i grawitacyjnym może skutkować wysoce skoncentrowanym przeniesieniem tego pędu na statki lub inne konstrukcje, przez co działanie pęcherzyka może przeważyć niszczący wpływ fali uderzeniowej.

Rekonstrukcja wybuchu łodzi podwodnej w zwolnionym tempie (zwróćcie uwagę na wzmianki o wielokrotnych wybuchach i pęcherzykach gazu oraz na wspominki o kawitacji, czyli gwałtownej przemiany z fazy ciekłej w gazową w wyniku zmniejszenia ciśnienia):

Kolejną różnicą pomiędzy podwodnymi a lądowymi lub powietrznymi eksplozjami jest wpływ ekspozycji neutronów na słoną wodę, co z kolei dotyczy jedynie wybuchów atomowych i termojądrowych. O ile neutrony nie mają większego wpływu na samą wodę, o tyle wpływają dosyć mocno na znajdującą się w niej na sól. Tutaj warto podkreślić, że sama woda nie staje się radioaktywna tuż po detonacji ładunków jądrowych, gdyż wodór i tlen, mogą wchłonąć dodatkowy neutron pozostając nadal stabilnymi izotopami. W takim razie jak powstają atomy radioaktywne? Ma to miejsce wtedy, gdy atom wodoru pochłonie dwa neutrony lub atom tlenu pochłonie trzy neutrony. Przy czym sól zawarta w wodzie morskiej łatwo absorbuje neutrony, które zmieniają się w izotopy radioaktywne. Zwykła destylacja lub odparowanie wody (chmury, wilgoć i opady) usuwa skażenie promieniowaniem, pozostawiając radioaktywne sole. To między innymi dlatego właśnie tak duże zagrożenie wiąże się z ryzykiem pęknięcia sarkofagu na Atolu Bikini, gdy odpady radioaktywne przedostaną się do morza – dojdzie wtedy do powstania izotopów radioaktywnych, które nie pozostaną bez wpływu na znajdujące się w wodzie zwierzęta, wodorosty czy koralowce.

Nowoczesne torpedy – Wybuchowa broń dystansowa

Jednym z najbardziej powszechnych broni dystansowych do walki na morzu są nowoczesne torpedy. Są to samobieżne i nakierowujące automatycznie pociski wyposażone w wybuchową głowicę, która w kontakcie z celem lub w jego pobliżu ulega detonacji. Wystrzeliwuje się je najczęściej znad powierzchni wody (pokładu okrętu przy pomocy specjalnej wyrzutni), nieco rzadziej pod wodą (w tym z podwodnych okrętów). Pod pojęciem torpedy nie zawsze rozumiano tą samą broń – to, co dawniej nazywano torpedą, dzisiaj określone byłoby jedynie mianem miny. Dopiero około 1900 roku torpeda była używana wyłącznie do określenia samobieżnego, podwodnego urządzenia wybuchowego. Nowoczesne torpedy są różnie klasyfikowane jako lekkie lub ciężkie (wykorzystywane aktualnie również przez polski program „Orka”), proste autonomiczne i przewodowe. Można je uruchamiać z różnych platform. We współczesnej wojnie torpeda wystrzelona z łodzi podwodnej prawie na pewno trafi w cel (najczęściej są to torpedy akustyczne reagujące na źródło dźwięku i samonaprowadzające się na nie), dlatego najlepszą obroną jest kontratak z użyciem kolejnej torpedy.

Pierwszy prototyp torpedy (dzisiaj nazwalibyśmy ją miną) wyszedł spod ręki Holendra – Corneliusa Drebbela na początku XVII wieku i miała służyć do atakowania okrętów podwodnych. Przytwierdził on materiały wybuchowe do końca belki przymocowanej do jednej ze swoich łodzi podwodnych (obecnie znanych jako torpedy drzewcowe) i użyto ich podczas angielskich wypraw do La Rochelle w 1626 roku. Dopiero 200 lat później stworzono pierwszą nowoczesną torpedę rozumianą jako samobieżną, nakierowującą się automatycznie podwodną broń dystansową  z wybuchową głowicą, która została skonstruowana przez oficera austriacko-węgierskiej marynarki wojennej oraz angielskiego inżyniera, Roberta Whiteheada. Prace nad projektem rozpoczęto w 1864 roku, ale ostateczna wersja wyszła dopiero po czterech latach zmieniania konceptu po nieudanych testach i ulepszania broni.

Po tym, jak rząd austriacki zdecydował się zainwestować w wynalazek, Whitehead uruchomił pierwszą fabrykę torped w Rijece. W 1870 roku udoskonalił urządzenia do pokonywania odległości do około 910 m z prędkością do 6 węzłów (11 km/h), a do 1881 roku fabryka eksportowała torpedy do dziesięciu innych krajów. Torpeda była napędzana sprężonym powietrzem i miała ładunek wybuchowy z bawełny strzelniczej. Whitehead opracował bardziej wydajne urządzenia, demonstrując torpedy zdolne do 18 węzłów (33 km/h) w 1876 roku, 24 węzłów (44 km/h) w 1876 roku i 30 węzłów (56 km/h) w 1890 roku. Przedstawiciele Królewskiej Marynarki Wojennej (RN) odwiedzili Rijekę na demonstrację pod koniec 1869 roku, a w  1870 roku zamówiono partię torped. W 1871 roku Admiralicja Brytyjska zapłaciła Whiteheadowi za niektóre z jego prac rozwojowych i produkcję rozpoczętą w Royal Laboratories w Woolwich w następnym roku. Warto wspomnieć, że sam Whitehead zajmował się konstruowaniem coraz to nowych torped otwierając wiele fabryk przeznaczonych do produkcji kolejnych modeli, które eksportowane były do wielu krajów świata, takich jak Niderlandy, Brazylia, Grecja czy Turcja. Whitehead nabył prawa do żyroskopu Ludwiga Obry'ego w 1888 roku, ale nie był on wystarczająco dokładny, więc w 1890 roku kupił lepszy projekt poprawiający kontrolę nad swoimi projektami, które zaczęto nazywać „diabelskim urządzeniem”. Warto podkreślić, że sam Robert Whitehead zajmował się produkowaniem torped aż po II Wojnę Światową.

Firma Eisengießerei und Maschinen-Fabrik von L. Schwartzkopff w Niemczech również produkowała torpedy i eksportowała je do Rosji, Japonii i Hiszpanii, gdyż fabryki Roberta Whiteheada przestały nadążać z realizacją zamówień. Później torpedy zaczęły produkować również inne kraje i powstawały ich nowe wersje: przeznaczone do zrzutu z samolotu, do wystrzeliwania pod powierzchnią wody, torpedy nuklearne czy samonaprowadzające się na cel. Również ich parametry znacząco się poprawiły, czyniąc je jeszcze bardziej groźnymi.

Poniżej porównanie najlepszych nowoczesnych torped:

Atak torpedy (z zatopieniem statku):

Ludzkie torpedy – Pilotowane torpedy w morskich wojnach

Wartymi wspomnienia i bardzo nietypowymi rodzajami torped są jeszcze tzw. „ludzkie torpedy”. Jak można domyślić się z nazwy, były to torpedy pilotowane przez ludzi... który mieli po wykonaniu zadania zakończyć swój żywot niczym Kamikaze. Chociaż wydawać by się mogło, że twórcami koncepcji mogą być Japończycy, nic bardziej mylnego. Sam pomysł powstał już w 1909 roku i został opatentowany przez Brytyjczyków, chociaż to właśnie Włosi jako pierwszy zrealizowali pomysł i go przetestowali. Takie torpedy były niewielkimi łodziami podwodnymi z napędem śmigłowym z miejscem na pilota, który nakierowywał ją na cel. Wymagało to od pilotów trzymania głowy nad wodą. Pierwszymi byli Włosi Raffaele Rossetti i Raffaele Paolucci, którzy w 1918 roku zostali wystrzeleni do wody w torpedzie dotarli do okrętu Jugosławii i przymocowali do niego miny morskie. Niestety zostali zauważeni, dlatego podczas ich aresztowania uruchomili miny i zginęli wraz z wrogim okrętem. Pomysł ten został uznany za kontrowersyjny, a mimo tego wykorzystała go Wielka Brytania, a następnie Japonia podczas trwania II Wojny Światowej. Jednak to właśnie Japończycy najbardziej ulepszyli koncept tworząc torpedę z zamkniętym wewnątrz człowiekiem, który dzięki możliwości oddychania mógł nakierować torpedę z głowicą wypełnioną ładunkiem wybuchowym na wrogi okręt... żeby zostać zdetonowanym. To właśnie Japonia spopularyzowała ten typ samobójczych torped nazywany Kaisen na równi z Kamikaze (dotyczącym samobójstw w atakach lotniczych).

Podwodne miny – Cierpliwi zabójcy

O ile torpedy są bronią wybuchową, która sama naprowadza się na cel, o tyle miny morskie wybuchają przy zetknięciu się kadłuba okrętu z ich powierzchnią. Najczęściej mają kulisty lub cylindryczny kształt pokryty wypustkami, aby ciężej było celowi je wyminąć przy mniejszym polu manewru. Wewnątrz znajduje się ładunek wybuchowy. Mogą być zrzucane z powietrza w celu zbombardowania celu lub kotwiczone na dnie morskim lub powierzchni oceanu, dzięki czemu po zetknięciu z okrętem lub łodzią podwodną dochodzi do wybuchu (są to najbardziej klasyczne miny, czyli kontaktowe, ale aktualnie stosuje się także niekontaktowe lub zapalane zdanie). Są drugą najpopularniejszą bronią do walki na morzu. Wyróżnia się cztery typy min morskich ze względu na utrzymywanie się pod wodą: miny kotwiczne, zagrodowe, denne i pływające. Po raz pierwszy zastosowano je w 1853 roku w Wojnie Krymskiej. W 1907 roku podpisana została konwencja haska, która określała zasady zakładania min morskich aktywowanych poprzez dotknięcie. Na masową skalę zaczęły być stosowane podczas I i II Wojny Światowej. Dzisiaj na dnie oceanów zalega wiele nadal aktywnych i niebezpiecznych min, których neutralizacja przeprowadzana jest stopniowo (podobna sytuacja jest z niewypałami torped czy nawet zaginionych po testach jądrowych bomb atomowych, które nie wypaliły się i spadły do morza nadal zalegając na jego dnie w okolicach Atolu Bikini, Polinezji Francuskiej i na Morzu Japońskim).

Detonacja miny morskiej (niewypału) z II Wojny Światowej na Zatoce Gdańskiej w 2015 roku (jednej z wielu):

Dlaczego hydroakustyka jest tak ważna dla działań militarnych?

Hydroakustyka jest głównym sposobem określenia, czy wybuch jądrowy nastąpił pod wodą czy też nie (polecam zerknąć do dzidek o systemie SONAR oraz o hydrofonach, gdzie zagadnienie zostało opisane nieco szerzej). Hydrofony służą do monitorowania zmian ciśnienia wody, gdy fale dźwiękowe rozchodzą się w oceanach. Dźwięk przemieszcza się przez wodę o temperaturze 20°C z prędkością około 1482 m/s, w porównaniu z prędkością dźwięku w powietrzu wynoszącą 332 m/s. W oceanach dźwięk rozchodzi się najskuteczniej na głębokości ok. 1000 m. Fale dźwiękowe, które przemieszczają się na tej głębokości, poruszają się z minimalną prędkością i są uwięzione w warstwie znanej jako kanał utrwalania i ustawiania dźwięku (w skrócie SOFAR od angielskiej nazwy SOund Fixing And Ranging bomb). Dźwięki mogą być dzięki temu wykrywane z dużych odległości, co pozwala na ograniczoną liczbę stacji monitorujących wymaganych do wykrywania aktywności oceanicznej. Hydroakustyka została pierwotnie opracowana na początku XX wieku jako sposób wykrywania obiektów, takich jak góry lodowe i mielizny w celu zapobiegania wypadkom na morzu.

Przed przyjęciem Traktatu o Całkowitym Zakazie Prób z Bronią Jądrową zostały zbudowane trzy stacje hydroakustyczne. Dwie stacje hydrofonowe na północnym Pacyfiku i środkowym Atlantyku, zaś stacja „fazy T” została zbudowana u zachodniego wybrzeża Kanady. Kiedy przyjęto CTBT, zbudowano osiem kolejnych stacji hydroakustycznych, aby stworzyć kompleksową sieć zdolną do identyfikacji podwodnych detonacji jądrowych w dowolnym miejscu na świecie. Te 11 stacji hydroakustycznych, oprócz 326 stacji monitorujących i laboratoriów (w większości należących do NOAA - National Oceanic and Atmospheric Administration), obejmuje Międzynarodowy System Monitorowania (IMS – ang. International Monitoring System), który jest monitorowany przez Komisję Przygotowawczą Organizacji Traktatu o Całkowitym Zakazie Prób z Bronią Jądrową (CTBTO). Obecnie w sieci IMS stosowane są dwa różne typy stacji hydroakustycznych; 6 stacji monitoringu hydrofonów i 5 stacji „fazy T”. Te 11 stacji znajduje się głównie na półkuli południowej. Stacje monitorowania hydrofonów składają się z szeregu trzech hydrofonów zawieszonych na kablach przymocowanych do dna oceanu. Są one umieszczone na głębokości znajdującej się w SOFAR, aby skutecznie zbierać odczyty. Każdy hydrofon rejestruje 250 próbek na sekundę, podczas gdy kabel dostarcza energię i przesyła informacje na brzeg. Informacje te są konwertowane do użytecznej postaci i przesyłane bezpiecznym łączem satelitarnym do innych urządzeń w celu analizy.

Stacje monitorowania „fazy T” rejestrują sygnały sejsmiczne generowane przez fale dźwiękowe, które łączyły się z dnem oceanu lub linią brzegową. Są one zazwyczaj zlokalizowane na stromych wyspach w celu zebrania jak najczystszych odczytów sejsmicznych. Podobnie jak stacje hydrofoniczne, informacje te są wysyłane na brzeg i przesyłane łączem satelitarnym do dalszej analizy. Stacje hydrofonowe mają tę zaletę, że zbierają odczyty bezpośrednio z SOFAR, ale generalnie są droższe w realizacji, niż stacje z „fazą T”. Stacje hydroakustyczne monitorują częstotliwości od 1 do 100 Hz, aby określić, czy nastąpiła podwodna detonacja. Jeśli potencjalna detonacja została zidentyfikowana przez jedną lub więcej stacji, zebrane sygnały będą miały szerokie pasmo z widmem częstotliwości wskazującym na podwodną jamę u źródła.

Podwodne wybuchy a zagrożenia dla ekosystemu

Skutki podwodnej eksplozji zależą od kilku czynników, w tym odległości od eksplozji, energii eksplozji, głębokości eksplozji i głębokości wody. Podwodne eksplozje są podzielone na kategorie według głębokości eksplozji. Płytkie eksplozje podwodne to takie, w których krater utworzony na powierzchni wody jest duży w porównaniu z głębokością eksplozji. Głębokie eksplozje podwodne to takie, w których krater jest mały w porównaniu z głębokością eksplozji lub nie istnieje. Ogólny efekt podwodnej eksplozji zależy od głębokości, wielkości i charakteru ładunku wybuchowego oraz obecności, składu i odległości odbijających powierzchni, takich jak dno morskie, powierzchnia, termokliny i podobne. Pomijając już fakt, że podwodna eksplozja powoduje znacznie większe zniszczenia, niż wybuchy na powierzchni o tej samej sile, warto wziąć pod uwagę jeszcze to, że żyjące w wodzie stworzenia (nawet tak duże, jak walenie) znajdujące się nieopodal miejsca eksplozji mogą nie tylko oberwać od pierwszej fali uderzeniowej, ale również następne czy impuls bąbelkowy. Warto też zwrócić uwagę, że detonacja z dala od celu (np. łodzi podwodnej czy statku) może spowodować uszkodzenia na większej powierzchni, na przykład niszcząc znajdujące się nieopodal rafy koralowe.

Z kolei podwodne testy jądrowe blisko powierzchni mogą rozproszyć radioaktywną wodę i parę na dużym obszarze, co ma poważny wpływ na życie morskie, pobliską infrastrukturę i ludzi, o czym wspominałam szerzej chociażby w dzidce o eksplozjach atomowych i termojądrowych w oceanach. Podczas testów atomowych i termojądrowych zginęła duża liczba podwodnej fauny wraz z całymi rafami koralowymi, a z niektórych pozostały tylko szczątkowe ilości. Również z zatopionych statków ulotniło się paliwo napędowe, które zanieczyściło tamtejsze wody powodując skażenie i śmierć fauny na pobliskich wyspach (zwłaszcza okolice Atolu Bikini i Polinezji Francuskiej). Należy wspomnieć, że po nieudanych testach jądrowych na Atolu Bikini, Polinezji Francuskiej i Morzu Japońskim nadal zalegają niewypały broni jądrowej. Podobna sytuacja ma miejsce w przypadku niewypałów min morskich i torped, które w dalszym ciągu stanowią realne zagrożenie. Dlatego wyznaczone są specjalne służby, które lokalizują wspomnianą broń i ją neutralizują (najczęściej poprzez detonację, więc nie trzeba wspominać, jaki to ma wpływ na morski ekosystem, a jednocześnie nie ma lepszego rozwiązania, gdyż próby wyłowienia ich wiązałyby się z ogromnym ryzykiem i śmiercią wielu uczestników misji neutralizujących).

Dodatkowa literatura dla zainteresowanych:

Podwodne eksplozje:
1.https://man.fas.org/dod-101/navy/docs/es310/uw_wpns/uw_wpns.htm
2.https://ro.uow.edu.au/cgi/viewcontent.cgi?referer=&httpsredir=1&article=2563&context=theses
3.https://royalsocietypublishing.org/doi/pdf/10.1098/rspa.1949.0034
4.https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4275921/
5.https://www.pcb.com/contentstore/MktgContent/Linkeddocuments/technotes/TN-28_Measure_Underwater_Explosions.pdf
6.https://homepages.abdn.ac.uk/h.tan/pages/teaching/explosion-engineering/Underwater-I.pdf
7.https://www.mdpi.com/2076-3417/7/9/880
8.https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/610/1/012061/pdf

Skutki podwodnych eksplozji:
9.https://semspub.epa.gov/work/01/550560.pdf
10.https://science.howstuffworks.com/explosion-land-water1.htm
11.https://navalpost.com/underwater-explosions-damage/
12.https://thehill.com/changing-america/sustainability/environment/560021-massive-explosion-set-off-by-us-navy-may-have/
13.https://exwc.navfac.navy.mil/Portals/88/Documents/EXWC/Environmental_Security/Living%20Marine%20Resources/LMRFactSheet_Project26.pdf
14.https://www.oceancare.org/en/stories_and_news/underwater-noise-impacts/
15.https://www.ascobans.org/sites/default/files/document/AC19_4-10_UnderwaterDetonations_1.pdf

Niezdetonowane bomby, torpedy i miny na dnie morskim:
16.https://oceans-and-fisheries.ec.europa.eu/news/underwater-menace-eu-funding-helps-detect-unexploded-bombs-2022-09-29_en
17.https://www.bbc.com/future/article/20220804-the-lost-nuclear-bombs-that-no-one-can-find
18.https://www.gospodarkamorska.pl/w-poblizu-gruzinskiego-wybrzeza-eksplodowala-mina-morska-69344
19.https://dziennikbaltycki.pl/tykajaca-bomba-na-dnie-baltyku-morze-trzeba-ratowac-dla-przyszlych-pokolen/ar/c15-15599959
20.https://nowyswiat24.com.pl/2021/07/26/dno-baltyku-to-tykajaca-bomba-ekologiczna/
21.https://www.dw.com/pl/tykaj%C4%85ce-bomby-na-dnie-ba%C5%82tyku-i-morza-p%C3%B3%C5%82nocnego/a-40217374
22.https://www.windpowermonthly.com/article/1287281/delays-costs-munitions-seabed
23.https://gue.com/blog/searching-for-underwater-mines-in-the-adriatic/
24.https://www.euronews.com/green/2021/05/25/the-ticking-environmental-time-bombs-lying-on-europe-s-seafloor
25.https://research.tamu.edu/2015/08/05/tons-of-unexploded-and-uncharted-weapons-are-lurking-in-gulf-of-mexico/
26.https://euobserver.com/ukraine/156162

Hydroakustyka a podwodne eksplozje:
27.https://www.labmanager.com/news/hydroacoustic-signals-help-study-impacts-of-underwater-explosions-29281
28.https://dosits.org/galleries/audio-gallery/anthropogenic-sounds/explosive-sound-sources/

Torpedy:
29.https://www.magnum-x.pl/artykul/ciezka-torpeda-podstawowy-system-walki-okretu-podwodnego
30.https://www.polska-zbrojna.pl/home/articleshow/10189?t=Torpeda-w-morzu-czyli-postrach-okretow
31.https://www.thedrive.com/the-war-zone/33018/modern-submarine-torpedo-attacks-are-nothing-like-what-you-see-in-the-movies
32.https://man.fas.org/dod-101/navy/docs/es310/uw_wpns/uw_wpns.htm
33.https://zbiam.pl/artykuly/torpedy-polskich-okretow-podwodnych/
34.http://www.dynamicscience.com.au/tester/solutions1/war/torpedo.htm
35.https://www.lockheedmartin.com/en-us/products/mk-48-mod-7-common-broadband-advanced-sonar-system-cbass-heavyweight-torpedo.html
36.https://www.thedrive.com/the-war-zone/33467/the-shadowy-world-of-submarine-and-ship-launched-torpedo-countermeasures-an-explainer
37.https://www.thedrive.com/the-war-zone/27386/u-s-navy-looking-to-arm-its-subs-with-tiny-torpedoes-that-intercept-incoming-torpedoes
38.https://www.gdynia.pl/co-nowego,2774/torpeda-juz-unieszkodliwiona,565044
39.https://www.deadlinenews.co.uk/2019/12/11/dramatic-moment-torpedo-from-attack-that-sank-hms-royal-oak-is-detonated-80-years-after-tragedy-that-claimed-over-800/
40.https://www.bbc.com/news/uk-scotland-north-east-orkney-shetland-48737157
41.https://maritime-executive.com/article/tanker-spears-unexploded-test-torpedo-with-anchor
42.https://vimeo.com/227206938

Ludzkie torpedy:
43.https://thedebrief.org/the-top-secret-manned-torpedo-seemed-like-a-good-idea-at-the-time/

Podwodne miny:
44.http://wzorowimundurowi.blogspot.com/2015/03/miny-morskie.html
45.file:///C:/Users/Dom3/Downloads/Miny_morskie_prognoza_rozwoju.pdf
46.https://www.wojsko-polskie.pl/8fow/articles/aktualnosci-w/kolejna-1000-kilogramowa-mina-morska-typu-gc-zneutralizowana/
47.https://zbiam.pl/artykuly/jak-nie-dac-wsadzic-sie-na-mine/
48.https://www.wikiwand.com/pl/Mina_morska