Ωκεανοί Θύελλες και ακραίοι κυματισμοί

Γράφει ο Ιωσήφ Μακρής Βιολόγος – Ωκεανογράφος (Πτυχιούχος (M.Sc.) Θαλάσσιας Οικολογίας) University of Southern Denmark iosifmakris416@hotmail.com Facebook Joseph Makris Ένας από τους μεγαλύτερους φόβους των ναυτικών, είναι οι ακραίες καιρικές συνθήκες, οι θύελλες οι οποίες μπορούν να προκαλέσουν με την σειρά τους ακραίους κυματισμούς θέτοντας σε κίνδυνο την ασφάλεια του πλοίου. Οι ναυτικοί που διασχίζουν τους ωκεανούς με πετρελαιοφόρα και φορτηγά πλοία μας εξιστορούν συμβάντα και περιστατικά με τεράστιους κυματισμούς… Τα κύματα αυτά μπορούν να φτάσουν το ύψος των 30 μέτρων, και ήταν για πολλούς αιώνες ένα από τα καλύτερα φυλαγμένα μυστικά της θάλασσας, επίσης πολλοί αμφισβητούσαν την ύπαρξη τους και με μεγάλη δυσπιστία ακούγαμε τα λόγια των ναυτικών. Σύμφωνα με τις επιστημονικές γνώσεις, οι ακραίοι κυματισμοί ήταν / είναι πρακτικά αδύνατο να υπάρχουν! Για να προβλέψουν το μεγαλύτερο κύμα όπου ένα πλοίο μπορεί να συναντήσει, οι επιστήμονες χρησιμοποιούν μια σειρά από μαθηματικές εξισώσεις που συναποτελούν την ονομαζόμενη γραμμική θεωρία των κυματισμών. Mε απλά λόγια, μας λέει ότι σε οποιαδήποτε κατάσταση της θάλασσας, υπάρχει ένα όριο για το πόσο μεγάλο είναι το μεγαλύτερο κύμα, ή αλλιώς η πιθανότητα εμφάνισης ενός κύματος ύψους, π.χ. 30 μέτρων σε μία θάλασσα όπου ο μέσος όρος ύψος των κυμάτων είναι π.χ. τα 12 μέτρα είναι 10 – 5 (δέκα εις την μείον πέμπτη, δλδ 0,00001) δλδ πρακτικά απίθανο! ʼρα οι μαρτυρίες των ναυτικών, όπως π.χ. ”είδαμε τεράστια υδάτινα τείχη ύψους 25-30 μέτρων”, εμφάνιση χωρίς προειδοποίηση για “βαθιές τρύπες στην επιφάνεια της θάλασσας”, πρέπει να είναι λάθος. Ωστόσο, παρά την αρχική δυσπιστία του κοινού, η εξαφάνιση μεγάλων πλοίων (τα οποία πληρούσαν όλες τις συνθήκες ασφαλούς πλεύσης) χωρίς προειδοποίηση/SOS, (και δεν μιλάω για το τρίγωνο των Βερμούδων, όπου η εξαφάνιση πλοίων και αεροπλάνων οφείλεται σε φυσικούς παράγοντες και όχι σε ΑΤΙΑ/UFO όπως μερικοί πιστεύουν..) και οι ζημιές που προκαλούσαν αυτά τα κύματα στα μεγάλα πλοία αποτελούσαν σημαντικές ενδείξεις / στοιχεία για την ύπαρξη τους! Οι επιστημονικές μετρήσεις επιβεβαίωσαν την ύπαρξη τους την 1 η Ιανουαρίου 1995. Περαιτέρω, η επεξεργασία δεδομένων και δορυφορικών εικόνων πιστοποίησε όχι μόνο την ύπαρξη τους, αλλά και την συχνότητα εμφάνισης ακραίων κυμάτων! Τι εννοούμε με την έννοια κύμα; Πριν εξηγήσω τι είναι τα ακραία κύματα, θα πρέπει να σας δώσω με απλά λόγια κάποιες βασικές πληροφορίες για το τι ακριβώς είναι το κύμα, (έτσι ώστε να καταλάβετε αυτό το φυσικό / ακραίο φαινόμενο). Στην γλώσσα των μαθηματικών και της φυσικής, κύμα ορίζεται ως μια διαταραχή που διαδίδεται μέσα στο χώρο και το χρόνο, συνήθως συνοδευμένη από μεταφορά ενέργειας και όχι μάζας! Τα κύματα μπορούν να διαδίδονται και στο κενό, όπως π.χ. τα ηλεκτρομαγνητικά π.χ. διαταραχή που αφορά την ένταση του ηλεκτρικού και του μαγνητικού πεδίου - ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, όπως π.χ. ακτίνες Χ, ακτίνες γ. Πως δημιουργούνται τα κύματα στην θάλασσα; Κυματισμός χαρακτηρίζεται το σύνολο των φυσικών φαινομένων που παρουσιάζει η επιφάνεια της θάλασσας, που οφείλονται κυρίως στην απορρόφηση της κινητικής ενέργειας του ανέμου. Θα πρέπει να τονίσω ότι κατά τον κυματισμό δεν μετατοπίζεται η μάζα (το νερό αν μιλάμε για υδάτινα κύματα / θάλασσας ή λίμνης κτλ), όπως πολλοί πιστεύουν, αλλά μόνο το σχήμα της κατανομής της επιφάνειας του ύδατος (όπως δηλαδή συμβαίνει στις κορυφές των στάχεων σ΄ ένα χωράφι όταν πνέει άνεμος). Το μέγεθος των ωκεάνιων κυμάτων που δημιουργούνται από τον άνεμο εξαρτώνται από πολλούς παράγοντες. Π.χ. είναι απλό και λογικό να καταλάβουμε ότι όσο πιο έντονος είναι ο άνεμος, όσο μεγαλύτερη είναι η διάρκεια που φυσάει, και όσο μεγαλύτερη είναι η ελεύθερη διαδρομή (fetch) επί της οποίας ο άνεμος φυσάει χωρίς εμπόδιο στην πνοή του, τόσο μεγαλύτερα είναι και τα κύματα. Θαλάσσια κύματα – εκτός ανέμου Βεβαίως, στην θάλασσα υπάρχουν και κύματα τα οποία δεν συνδέονται με την ένταση του ανέμου αλλά με την μετατόπιση του θαλάσσιου πυθμένα, υποβρύχιες κατολισθήσεις / σεισμοί κτλ, όπως π.χ. το τσουνάμι, ένα συγκεκριμένο είδος κύματος που δεν προκαλείται από τον αέρα αλλά από γεωλογικές επιπτώσεις. Σε βαθιά νερά, τα τσουνάμι δεν είναι ορατά επειδή είναι μικρά σε ύψος και μεγάλα σε μήκος. Ωστόσο, τα κύματα αποκτούν μεγάλο ύψος κοντά στις ακτές (γενικά όταν μειώνεται το βάθους του νερού μεγαλώνει το ύψος του κύματος) με καταστροφικές διαστάσεις. Επίσης, τα παλιρροιακά κύματα δημιουργούνται κυρίως σε μεγάλες θάλασσες επιφάνειες (π.χ. ωκεανούς) από τις έλξεις Σελήνης και Ηλίου στην υδρόσφαιρα μας. Τι είναι τα τερατώδη κύματα; Στην ωκεανογραφία, είναι πιο επακριβώς καθορισμένα, ως οι κυματισμοί με ύψος μεγαλύτερο από δύο φορές το σημαντικό ύψος κύματος της κατάστασης της θάλασσας, που με την σειρά του ορίζεται ως ο μέσος όρος του 1/3 των μεγαλύτερων κυματισμών μίας κατάστασης θάλασσας. Με άλλα λόγια είναι ανεμογενείς κυματισμοί με ασυνήθιστα μεγάλο ύψος! Τα ακραία κύματα εμφανίζονται ξαφνικά (αναπάντεχα) στην επιφάνεια του ωκεανού, όπου και το βάθος της θάλασσας είναι μεγάλο, δημιουργούνται μακριά στην ανοικτή θάλασσα, και αποτελούν απειλή ακόμη και για τα μεγαλύτερα πλοία και τις πλωτές κατασκευές (π.χ. πλατφόρμες εξόρυξης). Η βιαιότητα αυτών των κυμάτων δεν οφείλεται μόνο στο ότι έχουν μεγάλο ύψος, αλλά και λόγω του σχήματος τους, είναι δηλαδή πολύ πιο απότομα (έχουν μεγάλη κλίση όπως λέμε) με αποτέλεσμα να σπάνε και να χτυπάνε ένα πλοίο με καταστροφικές για αυτό συνέπειες… Μία από τις περιπτώσεις στις οποίες έδωσαν και τις πρώτες αποδείξεις για την ύπαρξη τους ήταν η απώλεια του φορτηγού πλοίου MS München (Βόρειος Ατλαντικός – περιοχή βόρεια απ’ τις Αζόρες, 13 Δεκέμβριου 1978). Το συγκεκριμένο πλοίο δεν βρέθηκε ποτέ παρά τις τεράστιες προσπάθειες διάσωσης. Το μόνο που βρέθηκε ήταν εκβράσματα και μία σωσίβια λέμβος η οποία ήταν προσαρτημένη στο πλοίο σε ύψος 20 μέτρα απ την επιφάνεια της θάλασσας. Μετά από λεπτομερή εξέταση, οι νηογνώμονες, κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι μια πολύ ισχυρή δύναμη οφειλόταν στον παραμορφωμένο σύνδεσμο που κρατούσε την βάρκα στην θέση της. Το μεγαλύτερο ανεμογενές κύμα που έχει παρατηρηθεί, και έχει καταγραφεί ως τώρα έχει ύψος 34 μέτρα. Ποιο συγκεκριμένα, το ατμόπλοιο του ναυτικού των Η.Π.Α. Ramapo πλέοντας από το Σαν Ντιέγκο προς τις Φιλιππίνες έπεσε σε καταιγίδα - άνεμοι 60 κόμβων για 7 ημέρες και αποθάλασσες 15 μέτρων. Το πλοίο χτυπήθηκε το πρωινό της 7 ης Φεβρουαρίου 1933. Περαιτέρω, την 1 Ιανουαρίου του 1995 ένα ακραίο κύμα μετρήθηκε στο πλαίσιο της πλατφόρμας εξόρυξης της Statoil - Draupner (16/11-E) 100 μίλια ανοικτά στην Βόρεια Θάλασσα. Πιο συγκεκριμένα, κατά την διάρκεια της καταιγίδας, οι αισθητήρες έκαναν καταγραφή σημαντικού ύψους κύματος 12 μέτρων, ωστόσο μετρήθηκε κύμα (από κορυφή σε κοιλάδα) ύψους 25,6 μέτρων. Η πιθανότητα εμφάνισης αυτού του ακραίου κύματος είναι μία κάθε 10.000 χρόνια… Το γεγονός αυτό ήταν μία αδιαμφισβήτητη απόδειξη ότι τέτοια κύματα πράγματι υπάρχουν! Αυτό το κύμα συγκλόνισε την επιστημονική κοινότητα, και έχει γίνει γνωστό στη διεθνή επιστημονική κοινότητα ως το "το κύμα της πρωτοχρονιάς"΄("new year wave"). Οι επιστήμονες δεν είναι ακόμα απολύτως βέβαιοι για τους ακριβείς φυσικούς μηχανισμούς που κρύβονται για την δημιουργία τους. Μέχρι προσφάτως πιστεύανε ότι είναι ένα γραμμικό φαινόμενο, δλδ τα ακραία κύματα δημιουργούνται ως το αποτέλεσμα μίας δημιουργικής συμβολής απλούστερων, απλών και αρμονικών κυμάτων. Ωστόσο η φύση είναι αρκετά πολύπλοκη και τα φαινόμενα παρεκκλίνουν ή και δεν «υπακούν» πάντα στα μαθηματικά μοντέλα. Γίνανε κάποιες φιλόδοξες προσπάθειες για την επικρατέστερη εξήγηση, βέβαια οι αμφισβητήσεις υπάρχουν. Απ’ τις πρώτες εξηγήσεις που δόθηκαν ήταν ότι δημιουργούνται λόγω της συνύπαρξης διάφορων φυσικών παραγόντων, όπως π.χ. οι ισχυροί άνεμοι και τα δυνατά συγκλίνοντα θαλάσσια ρεύματα σε συνδυασμό με μεγάλα κύματα αντίθετης κατεύθυνσης διάδοσης σε μια περιοχή. Αυτό μπορεί να έχει ένα ποιο συγκεντρωτικό αποτέλεσμα, να προκαλέσει δηλαδή μια σειρά από κύματα να ενωθούν και να δημιουργήσουν ένα τεράστιο ακραίο κύμα. H εξήγηση ότι εμφανίζονται δηλαδή συχνά στις περιοχές όπου τα κύματα διαδίδονται σε μια ισχυρή αντίσταση θαλάσσιου ρεύματος, δόθηκε ύστερα από την καταγραφή των περιοχών / μαρτυριών και ζημιών σε μεγάλα πλοία που αντιμετώπισαν δυσχέρειες. Μία απ’ αυτές τις περιοχές είναι μακριά και στα ανοιχτά της θαλάσσιας περιοχής της Νοτίου Αφρικής (Ακρωτήρι Agulhas) όπου υπάρχει το θερμό και δυνατό ρεύμα Agulhas, εκεί όπου τα νερά του Ινδικού ωκεανού συναντάνε τα νερά του Ατλαντικού. Το ρεύμα αυτό, έχοντας μία νότια πορεία συναντά αντίθετες και ισχυρές αποθάλασσες (“φουσκώματα”- swells) από τις θύελλες στον Ανταρκτικό Ωκεανό, και προκαλεί συγκέντρωση κυματικής ενέργειας. ʼλλες περιοχές όπου συναντάται αυτό το φαινόμενο είναι στο ρεύμα του κόλπου του Μεξικού, νότια της Ιαπωνίας – ρεύμα Kuroshio, και στο ακρωτήριο Horn (Νοτιότερο άκρο της Νότιας Αμερικής). Ωστόσο, γιγαντιαία κύματα καταγράφηκαν και σε περιοχές όπου δεν υπάρχει κάποιο αντίθετο θαλάσσιο ρεύμα. Μαθηματικοί υπολογισμοί / μοντέλα – εξισώσεις, όπως η μη γραμμική εξίσωση του Schrodinger τα οποία απέχουν από το γραμμικό μοντέλο δείχνουν ότι ένα κύμα απορροφά ενέργεια από τα γειτονικά του κύματα, μεγαλώνει έντονα το πλάτος του με αποτέλεσμα την δημιουργία γιγαντιαίου κύματος. Τέλος, οι επιστήμονες προτείνουν ότι η μη γραμμικότητα, καθώς επίσης το γεγονός ότι η συχνότητα εμφάνισης γιγαντιαίων κυμάτων είναι μεγαλύτερη με αυτήν που δείχνουν οι στατιστικές προβλέψεις - οφείλεται στην ύπαρξη διάφορων φυσικών παραγόντων. Ακραίοι κυματισμοί σε ελληνικές θάλασσες Βασικές ερωτήσεις που μπορούν να προκύψουν διαβάζοντας αυτό το άρθρο είναι εάν έχουν καταγραφεί ακραίοι κυματισμοί στις ελληνικές θάλασσες. Σύμφωνα με τον ειδικό ερευνητή του Ελληνικού Κέντρου Θαλασσίων Ερευνών (ΕΛ.ΚΕ.Θ.Ε.) Δρ Τακβόρ Σουκισιάν, δεν έχουν καταγραφεί ακόμα ακραίοι κυματισμοί στις ελληνικές θάλασσες και αυτό αποτελεί τρέχουσα ερευνητική δραστηριότητα. Το μέγιστο ύψος κύματος που έχει καταγραφεί στις ελληνικές θάλασσες είναι περίπου 10 μέτρα, κοντά στον Αθο. Ωστόσο, όπως τονίζει ο Δρ Σουκισιάν, το θέμα παραμένει ανοιχτό, εάν δηλαδή όντως υπάρχουν ακραίοι κυματισμοί σε ελληνικές θάλασσες και απλά δεν έχουν ακόμα καταγραφεί. Ελπίζω το άρθρο να ήταν κατανοητό, ήταν ένα απλό παράδειγμα για να τονίσω το γεγονός ότι, μετά από αιώνες μελέτης των ωκεανών, μόνο την προηγούμενη δεκαετία έγιναν οι πρώτες επιστημονικές μετρήσεις / μελέτες για την επιβεβαίωση ύπαρξης ακραίων κυμάτων. Ο ωκεανός και οι θάλασσες μας κρύβουν πολλά μυστικά … Ευχαριστίες Κλείνοντας, θα ήθελα να ευχαριστήσω θερμά τον ερευνητή ναυπηγό - μηχανολόγο μηχανικό Δρ Τακβόρ Σουκισιάν (tsouki@ath.hcmr.gr) του Ελληνικού Κέντρου Θαλασσίων Ερευνών για τα πολύτιμα σχόλια και παρατηρήσεις του. ΠΗΓΕΣ: Για τα ακραία κύματα μπορείτε να παρακολουθήσετε στο youtube ένα αρκετά ενδιαφέρον ντοκιμαντέρ του ΒΒC, παραγωγής 2002, πληκτρολογήστε Freak Waves - BBC-Learning http://www.youtube.com/watch?v=Htq57DK1YrE&feature=related Dysthe, K.B., Trulsen, K. (1999), “Note on breather type solutions of the nonlinear Schrodinger equation as models for freak waves”. Physica Scripta, Vol. T82, pp. 48-52. Dysthe, K.B. (2000), “Modelling a Rogue Wave- Speculations or a Realistic Possibility?”. Proceedings in Rogue Waves 2000, Brest, France. Freak waves in finite water depth - Thomas Adcock Haver, S. (2004), “A possible freak wave event measured at the Draupner Jacket”. In Rogue Waves 2004, Brest, France, pp. 1–8. http://dspace.lib.ntua.gr/handle/123456789/803 http://www.automatesintelligents.com/labo/2005/jan/freakwave.html