Store bølger i havet

Fysikerne jakter på havets monsterbølger

De tårner seg opp som kjempevegger av vann og sluker skip i én jafs: havets monsterbølger. Kjempebølger får liv ved å fortære energien i andre, og meteorologene står nå klar med bølgevarsler for å lede skip utenom spesielt risikable havområder.

19. mai 2016 av Niels Hansen

Tirsdag 8. februar år 2000 like etter midnatt reiste en over 30 meter høy monsterbølge seg i den iskalde Nordatlanteren. Fra broen på det 90 meter lange forskningsskipet RRS Discovery så kaptein Keith Avery faren tårne seg opp. Avery visste at bølgen ville kantre forskningsskipet hvis den traff skjevt på skroget. Han rakk så vidt akkurat å rette opp mot veggen av vann før bølgen skylte inn over skipet. Like etter forsvant vannet, og Avery innså at han hadde reddet seg selv og de 47 andre vitenskapsfolkene om bord. Slik beskrives RRS Discoverys dramatiske møte med en monsterbølge i boken ”The Wave”. Havets monsterbølger er beryktet for å brekke enorme lasteskip tvers over og drukne hele besetninger. Nå kan forskerne endelig forutsi hvor det oppstår monsterbølger.

Teori om lys ga aha-opplevelse Inntil nylig visste ikke fysikerne hvordan så enorme bølger kunne oppstå av mye mindre bølger. Monsterbølger er minst dobbelt så høye som de andre bølgene og inneholder enorme mengder energi. De største vokser til over 40 meter og kan oversvømme en tietasjes bygning. Fysikerne hadde i årevis forgjeves forsøkt å modellere bølgenes fødsel i havet med klassisk matematikk og fysikk. Men modellene kunne ikke forklare hvordan energi kan hope seg opp i én kjempemessig bølge, for energien vil fordele seg, ifølge klassisk bølgeteori. Fysikerne fant ut at løsningen var å finne i kvantemekanikken – nærmere bestemt den såkalte ikke-lineære Schrödinger-ligningen, som blant annet beskriver utbredelsen av laserlys i optiske fibre. Laserlys kommer i små porsjoner, kvanter, og energien fra kvantene bygges opp i én enorm bølgetopp hvis bølgefrekvensen er uregelmessig. På den måten vil kvantene gå inn i hverandre – som i et trekkspill som klemmes sammen – og energien hopes opp i den forreste bølgen.

Ustabilitet gir monsterbølger En monsterbølge ble for første gang tatt på fersk gjerning i 1995, og siden har fysikerne brukt Schrödingers ikke-lineære ligning til å bygge modeller som kan gjengi monsterbølgers natur. Modellene måtte kunne håndtere den formen for ustabilitet som bølger får når vind og strøm river i dem. Energien i bølgene fokuseres i én bølge, som i løpet av få minutter forvandler seg fra en vanlig bølge til en gigant på bekostning av nabobølgene. I enorme vanntanker og bassenger simulerte forskerne utbredelsen av bølgene og la vannets oppførsel inn i datamodeller, slik at de kunne simulere et fiktivt hav. Resultatene viste at monsterbølger oppstår i verdenshavene på nytt og på nytt. De oppstår av mikroskopiske forstyrrelser fra for eksempel havstrømmer, turbulens i luften eller vindkast, som griper tak i noen bølger mer enn andre og dermed skaper ustabilitet. Monsterbølgene er kortlivet, men det er veldig mange flere av dem enn tidligere antatt.

Kannibalbølger sluker hverandre Forskerne vet nå at monsterbølger er kannibaler – de eter energi fra naboene og bruker den til å vokse seg store. En 25 meter høy bølge krever for eksempel energi fra 18 bølger på ti meter. Men selv om fysikerne forstår monsterbølgenes natur og vet hvordan de oppstår, kan den kvantemekaniske forkla- ringen ikke brukes direkte til å beregne nøyaktig hvor neste gigantbølge vil slå til. Jakten på hver enkelt monsterbølge er en nesten umulig oppgave fordi beregningene er for tunge for dagens datamaskiner. Derfor har marinmeteorologene godt løs på oppgaven på en annen måte: De bruker informasjon fra verdenshavene til å beregne og forutsi hvor stor risiko det er for monsterbølger i et bestemt havområde på et bestemt tidspunkt – samme metode som meteorologene bruker for å utarbeide skybrudd- og tornadovarsler. Modellen deler havflaten inn i celler på rundt 25 kvadratkilometer. I hver celle beregnes bølgenes høyde, lengde og retning ut fra været og parametre som temperatur i vannet og havdybde. Ut fra alle slike data om de vanlige bølgene beregner datamaskinen en såkalt Benjamin-Feir-indeks, BFI, for alle cellene. Indeksen forteller hvor det mest sannsynlig vil oppstå monsterbølger ved å se på forholdet mellom bølgenes gjennomsnittlige bratthet og variasjon i frekvensen. Indeksen forutser altså graden av ustabilitet og kaos på havflaten. Jo mer ustabilt og jo mer kaos, desto større sannsynlighet for flere monsterbølger.

Havvarsler forutser risiko Benjamin-Feir-indeksen gir en god indikasjon på hvilke områder av havet kapteinene bør styre utenom. Det felleseuropeiske meteorologiske regnesenteret i Reading, England, har bygd monsterbølgeindeksen inn i en havmodell for å kunne varsle om risiko for monsterbølger. Indeksberegningen krever imidlertid enormt stor regnekapasitet for at prognosen skal bli klar i tide til å kunne omdirigere skip. I takt med at datamaskinene blir raskere, kan meteorologene fylle modellen med stadig mer informasjon og gjøre størrelsen på havcellene mindre, slik at havvarselet kan bli mer nøyaktig. I 2016 håper det felleseuropeiske meteorologiske regnesenteret for eksempel på å kunne koble strømmodeller sammen med havmodellen for å øke presisjonen av indeksen. I dag inngår ikke havstrømmer som opplysninger i havmodellen, men strømmer har stor betydning for monsterbølgenes dannelse – spesielt i havområder der sterk strøm og store bølger møtes og nærer monsterbølgene. Fenomenet ses for eksempel utenfor den sørøstligste delen av Afrika, der en sterk, sørgående strøm møter nordgående bølger fra Antarktis. Det samme skjer utenfor østkysten av Florida, der Golfstrømmen bærer mesteparten av skylden for monsterbølger i havområdet som er mest kjent som Bermuda-triangelet.

Les også

Kanskje du er interessert i...

FÅ ILLUSTRERT VITENSKAPS NYHETSBREV

Du får ditt gratis spesialtillegg, Vår Ekstreme Hjerne, til nedlasting straks du har meldt deg på nyhetsbrevet.

Fant du ikke det du lette etter? Søk her: