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Ola gigante

Un barco mercante trabajando en mares agitados mientras una gran ola se avecina, Golfo de Vizcaya , c.  1940

Las ondas rebeldes (también conocidas como ondas anormales , ondas monstruosas , ondas episódicas , ondas asesinas , ondas extremas y ondas anormales ) son ondas superficiales inusualmente grandes, impredecibles y de aparición repentina que pueden ser extremadamente peligrosas para los barcos y estructuras aisladas como los faros . [1] Son distintos de los tsunamis , que a menudo son casi imperceptibles en aguas profundas y son causados ​​por el desplazamiento del agua debido a otros fenómenos (como los terremotos ). Una ola rebelde en la orilla a veces se llama ola de zapatillas . [2]

En oceanografía , las olas rebeldes se definen con mayor precisión como olas cuya altura es más del doble de la altura de ola significativa ( H s o SWH), definida a su vez como la media del tercio más grande de olas en un registro de olas. Las olas rebeldes parecen no tener una única causa distinta, sino que ocurren cuando factores físicos como vientos fuertes y corrientes fuertes hacen que las olas se fusionen para crear una única ola excepcionalmente grande. [1] Un estudio basado en métodos de predicción de IA sugirió una posible causa diferente, y los autores identificaron la “ superposición lineal ” como el principal factor contribuyente. [3]

Entre otras causas, los estudios de ondas no lineales como el solitón peregrino y ondas modeladas mediante la ecuación de Schrödinger no lineal (NLS), sugieren que la inestabilidad modulacional puede crear un estado del mar inusual en el que una ola "normal" comienza a extraer energía de otras olas cercanas. , y brevemente se vuelve muy grande. Estos fenómenos no se limitan al agua y también se estudian en helio líquido, óptica no lineal y cavidades de microondas. Un estudio de 2012 informó que, además de que el solitón peregrino alcanza hasta aproximadamente tres veces la altura del mar circundante, también podría existir una jerarquía de soluciones de olas de orden superior con tamaños progresivamente mayores y demostró la creación de una "ola súper rebelde" ( un respiradero aproximadamente cinco veces más alto que las olas circundantes) en un tanque de olas de agua. [4]

Un estudio de 2012 apoyó la existencia de agujeros oceánicos rebeldes , lo contrario de las olas rebeldes, donde la profundidad del agujero puede alcanzar más del doble de la altura de la ola significativa. Los agujeros rebeldes se han replicado en experimentos utilizando tanques de olas de agua, pero no se han confirmado en el mundo real. [5]

Fondo

Aunque comúnmente se describe como un tsunami , la ola titular en La gran ola frente a Kanagawa de Hokusai es más probablemente un ejemplo de una gran ola rebelde.

Las olas rebeldes son fenómenos en aguas abiertas, en los que los vientos , las corrientes , los fenómenos no lineales como los solitones y otras circunstancias provocan la formación breve de una ola que es mucho más grande que la ola grande "promedio" (la altura de ola significativa o "SWH") de ese tiempo y lugar. La física básica subyacente que hace posibles fenómenos como las ondas rebeldes es que diferentes ondas pueden viajar a diferentes velocidades, por lo que pueden "acumularse" en determinadas circunstancias, lo que se conoce como " interferencia constructiva ". (En las profundidades del océano, la velocidad de una onda de gravedad es proporcional a la raíz cuadrada de su longitud de onda, la distancia de pico a pico entre ondas adyacentes). Sin embargo, otras situaciones también pueden dar lugar a ondas rebeldes, en particular situaciones en las que los efectos no lineales o los efectos de inestabilidad pueden hacer que la energía se mueva entre ondas y se concentre en una o muy pocas ondas extremadamente grandes antes de regresar a condiciones "normales".

Una vez consideradas míticas y carentes de pruebas contundentes, ahora se ha demostrado que las olas rebeldes existen y se sabe que son fenómenos oceánicos naturales. Los relatos de testigos presenciales de marineros y los daños infligidos a los barcos han sugerido durante mucho tiempo que ocurren. Aún así, la primera evidencia científica de su existencia llegó con el registro de una ola rebelde en la plataforma Gorm en el centro del Mar del Norte en 1984. Se detectó una ola destacada con una altura de ola de 11 m (36 pies) en un tiempo relativamente estado de mar bajo. [6] Sin embargo, lo que llamó la atención de la comunidad científica fue la medición digital de una ola rebelde en la plataforma Draupner en el Mar del Norte el 1 de enero de 1995; Llamada "ola Draupner", tenía una altura de ola máxima registrada de 25,6 m (84 pies) y una elevación máxima de 18,5 m (61 pies). Durante ese evento, se infligieron daños menores a la plataforma muy por encima del nivel del mar, lo que confirmó la validez de la lectura realizada por un sensor láser apuntando hacia abajo. [7]

Desde entonces, su existencia también ha sido confirmada por vídeos y fotografías, imágenes de satélite , radares de la superficie del océano, [8] sistemas de imágenes de ondas estéreo, [9] transductores de presión en el fondo marino y buques de investigación oceanográfica. [10] En febrero de 2000, un buque de investigación oceanográfica británico, el RRS Discovery , navegando en Rockall Trough al oeste de Escocia, encontró las olas más grandes jamás registradas por cualquier instrumento científico en mar abierto, con un SWH de 18,5 metros (61 pies). ) y olas individuales de hasta 29,1 metros (95 pies). [11] "En 2004, los científicos que utilizaron tres semanas de imágenes de radar de los satélites de la Agencia Espacial Europea encontraron diez ondas rebeldes, cada una de 25 metros (82 pies) o más". [12]

Una ola rebelde es un fenómeno oceánico natural que no es causado por el movimiento de la tierra, solo dura brevemente, ocurre en un lugar limitado y, con mayor frecuencia, ocurre en alta mar. [1] Las olas rebeldes se consideran raras, pero potencialmente muy peligrosas, ya que pueden implicar la formación espontánea de olas masivas mucho más allá de las expectativas habituales de los diseñadores de barcos , y pueden abrumar las capacidades habituales de los buques oceánicos que no están diseñados para tales encuentros. Por lo tanto, las olas rebeldes son distintas de los tsunamis . [1] Los tsunamis son causados ​​por un desplazamiento masivo de agua, a menudo resultante de movimientos repentinos del fondo del océano , tras los cuales se propagan a gran velocidad sobre un área amplia. Son casi imperceptibles en aguas profundas y sólo se vuelven peligrosos a medida que se acercan a la costa y el fondo del océano se vuelve menos profundo; [13] por lo tanto, los tsunamis no representan una amenaza para el transporte marítimo (por ejemplo, los únicos barcos perdidos en el tsunami asiático de 2004 estaban en puerto). También se diferencian de los megatsunamis , que son ondas masivas únicas causadas por un impacto repentino, como el impacto de un meteorito o deslizamientos de tierra dentro de cuerpos de agua cerrados o limitados. También se diferencian de las olas denominadas " ondas de cien años ", que son una predicción puramente estadística de la ola más alta que probablemente se producirá en 100 años en una determinada masa de agua.

Ahora se ha demostrado que las olas rebeldes causan la pérdida repentina de algunos buques oceánicos. Ejemplos bien documentados incluyen el carguero MS München , perdido en 1978. [14] Las olas rebeldes han estado implicadas en la pérdida de otros buques, incluido el Ocean Ranger , una unidad de perforación marina móvil semisumergible que se hundió en aguas canadienses el 15 de febrero de 1982. [15] En 2007, la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica de los Estados Unidos compiló un catálogo de más de 50 incidentes históricos probablemente asociados con olas rebeldes. [dieciséis]

Historia del conocimiento de las olas rebeldes

Primeros informes

En 1826, el científico y oficial naval francés Capitán Jules Dumont d'Urville informó sobre olas de hasta 33 m (108 pies) en el Océano Índico con tres colegas como testigos, pero su colega científico François Arago lo ridiculizó públicamente . En esa época, se creía ampliamente que ninguna ola podía exceder los 9 m (30 pies). [17] [18] La autora Susan Casey escribió que gran parte de esa incredulidad se debía a que había muy pocas personas que habían visto una ola rebelde y sobrevivieron ; Hasta la llegada de los barcos de acero de doble casco del siglo XX, "las personas que se topaban con olas rebeldes de 30 metros [100 pies] generalmente no regresaban para contárselo a la gente". [19]

Investigación anterior a 1995

Las ondas inusuales se han estudiado científicamente durante muchos años (por ejemplo, la onda de traducción de John Scott Russell , un estudio de 1834 de una onda de solitón ). Aún así, estos no estaban vinculados conceptualmente con las historias de los marineros sobre encuentros con olas gigantescas del océano, ya que se creía que estas últimas eran científicamente inverosímiles.

Desde el siglo XIX, oceanógrafos, meteorólogos, ingenieros y diseñadores de barcos han utilizado un modelo estadístico conocido como función gaussiana (o mar gaussiano o modelo lineal estándar) para predecir la altura de las olas, partiendo del supuesto de que las alturas de las olas en un mar determinado están estrechamente relacionadas. agrupadas en torno a un valor central igual al promedio del tercio más grande, conocido como altura significativa de ola (SWH). [20] En un mar tormentoso con un SWH de 12 m (39 pies), el modelo sugiere que casi nunca se produciría una ola superior a 15 m (49 pies). Sugiere que uno de 30 m (98 pies) podría ocurrir, pero sólo una vez cada 10.000 años. Esta suposición básica fue bien aceptada, aunque se reconoció que era una aproximación. El uso de una forma gaussiana para modelar ondas ha sido la única base de prácticamente todos los textos sobre ese tema durante los últimos 100 años. [20] [21] [ ¿ cuándo? ]

El primer artículo científico conocido sobre "olas anormales" fue escrito por el profesor Laurence Draper en 1964. En ese artículo, documentó los esfuerzos del Instituto Nacional de Oceanografía a principios de la década de 1960 para registrar la altura de las olas y la ola más alta registrada en ese momento. , que era de unos 20 metros (67 pies). Draper también describió los extraños agujeros de las olas . [22] [23] [24]

Sin embargo, incluso a mediados de la década de 1990, los textos más populares sobre oceanografía, como el de Pirie, no contenían ninguna mención de olas rebeldes o anormales. [25] Incluso después de la ola Draupner de 1995, el popular texto sobre Oceanografía de Gross (1996) sólo mencionaba las olas rebeldes y simplemente decía: "En circunstancias extraordinarias, se pueden formar olas inusualmente grandes llamadas ondas rebeldes" sin proporcionar más detalles. [26]

La ola Draupner de 1995

Gráfico de amplitud medida que muestra la onda de Draupner (pico en el medio)

La ola Draupner (u ola de Año Nuevo) fue la primera ola rebelde detectada por un instrumento de medición . La ola se registró en 1995 en la Unidad E de la plataforma Draupner , un complejo de soporte de gasoductos ubicado en el Mar del Norte a unos 160 km (100 millas) al suroeste del extremo sur de Noruega. [27] [un]

La plataforma fue construida para soportar una ola calculada de 1 en 10.000 años con una altura prevista de 20 m (64 pies) y estaba equipada con sensores de última generación, incluido un registrador de ondas con telémetro láser en la parte inferior de la plataforma. . A las 3 de la tarde del 1 de enero de 1995, el dispositivo registró una ola rebelde con una altura máxima de ola de 25,6 m (84 pies). La elevación máxima sobre el nivel del agua tranquila fue de 18,5 m (61 pies). [28] La lectura fue confirmada por los otros sensores. [29] La plataforma sufrió daños menores en el evento.

En el área, el SWH medía aproximadamente 12 m (39 pies), por lo que la ola Draupner era más del doble de alta y empinada que sus vecinas, con características que quedaban fuera de cualquier modelo de ola conocido. La ola causó un enorme interés en la comunidad científica. [27] [29]

Investigaciones posteriores

Tras los indicios de la ola Draupner, la investigación en la zona se generalizó.

El primer estudio científico que demostró exhaustivamente la existencia de ondas anormales, que están claramente fuera del rango de las ondas gaussianas, se publicó en 1997. [30] Algunas investigaciones confirman que la distribución de la altura de las olas observada, en general, sigue bien la distribución de Rayleigh . Aún así, en aguas poco profundas durante eventos de alta energía, las olas extremadamente altas son más raras de lo que predice este modelo en particular. [12] Aproximadamente desde 1997, la mayoría de los autores destacados reconocieron la existencia de ondas rebeldes con la salvedad de que los modelos de ondas no podían replicar ondas rebeldes. [17]

Los investigadores de Statoil presentaron un artículo en 2000, recopilando evidencia de que las olas anormales no eran las raras realizaciones de una población de superficie marina típica o ligeramente no gaussiana ( ondas extremas clásicas ). Aún así, eran las realizaciones típicas de una población de olas de la superficie del mar rara y fuertemente no gaussiana ( ondas extremas anormales ). [31] Un taller de investigadores destacados del mundo asistió al primer taller de Rogue Waves 2000 celebrado en Brest en noviembre de 2000. [32]

En 2000, el buque oceanográfico británico RRS Discovery registró una ola de 29 m (95 pies) frente a la costa de Escocia, cerca de Rockall . Se trataba de un buque de investigación científica equipado con instrumentos de alta calidad. Un análisis posterior determinó que, en condiciones severas de fuerza de vendaval con velocidades del viento promedio de 21 metros por segundo (41 nudos), un registrador de olas a bordo de un barco midió olas individuales de hasta 29,1 m (95,5 pies) desde la cresta hasta el valle, y un SWH máximo de 18,5 m (60,7 pies). Estas fueron algunas de las olas más grandes registradas por instrumentos científicos hasta ese momento. Los autores señalaron que se sabe que los modelos modernos de predicción de olas subestiman significativamente los estados extremos del mar para olas con una altura significativa (H s ) superior a 12 m (39,4 pies). El análisis de este evento tomó varios años y señaló que "ninguno de los pronósticos meteorológicos y modelos de olas más modernos ( la información en la que se basan todos los barcos, plataformas petrolíferas, pesquerías y barcos de pasajeros ) había predijeron estos gigantes." En pocas palabras, no existía un modelo científico (y tampoco un método de diseño de barcos) para describir las olas encontradas. Este hallazgo fue ampliamente difundido en la prensa, que informó que "según todos los modelos teóricos de la época, bajo este conjunto particular de condiciones climáticas, olas de este tamaño no deberían haber existido". [1] [11] [27] [33] [34]

En 2004, el proyecto MaxWave de la ESA identificó más de 10 olas gigantes individuales de más de 25 m (82 pies) de altura durante un breve período de estudio de tres semanas en un área limitada del Atlántico Sur. Los satélites ERS de la ESA han ayudado a establecer la existencia generalizada de estas ondas "rebeldes". [35] [36] En 2007, se demostró además mediante estudios de radar satelital que las ondas con alturas de cresta a valle de 20 a 30 m (66 a 98 pies) ocurren con mucha más frecuencia de lo que se pensaba anteriormente. [37] Ahora se sabe que olas rebeldes ocurren en todos los océanos del mundo muchas veces al día.

Las olas rebeldes ahora se aceptan como un fenómeno común. El profesor Akhmediev de la Universidad Nacional de Australia ha afirmado que en cualquier momento existen 10 olas rebeldes en los océanos del mundo. [38] Algunos investigadores han especulado que aproximadamente tres de cada 10.000 olas en los océanos alcanzan un estado rebelde, sin embargo, en ciertos lugares , como ensenadas costeras y desembocaduras de ríos , estas olas extremas pueden representar tres de cada 1.000 olas, porque las olas la energía se puede concentrar. [39]

También pueden aparecer olas rebeldes en los lagos . Se dice que un fenómeno conocido como las "Tres Hermanas" ocurre en el Lago Superior cuando se forma una serie de tres grandes olas. La segunda ola golpea la cubierta del barco antes de que la primera se despeje. La tercera ola entrante se suma a las dos contracorrientes acumuladas y repentinamente sobrecarga la cubierta del barco con toneladas de agua. El fenómeno es una de las diversas causas teorizadas del hundimiento del SS  Edmund Fitzgerald en el lago Superior en noviembre de 1975. [40]

Un estudio de 2012 informó que además de que el solitón peregrino alcanza hasta aproximadamente 3 veces la altura del mar circundante, también podría existir una jerarquía de soluciones de olas de orden superior con tamaños progresivamente mayores, y demostró la creación de una " ola súper rebelde". —  un respiro aproximadamente 5 veces más alto que las olas circundantes ‍ — en un tanque de agua . [4] También en 2012, investigadores de la Universidad Nacional de Australia demostraron la existencia de "agujeros de olas rebeldes", un perfil invertido de una onda rebelde. Su investigación creó agujeros de olas rebeldes en la superficie del agua en un tanque de olas de agua. [5] En el folclore marítimo , las historias de agujeros rebeldes son tan comunes como las historias de olas rebeldes. Se derivaban de análisis teóricos, pero nunca se habían probado experimentalmente.

"Onda rebelde" se ha convertido en un término casi universal utilizado por los científicos para describir ondas aisladas de gran amplitud que ocurren con más frecuencia de lo esperado para eventos estadísticos normales con distribución gaussiana. Las olas rebeldes parecen omnipresentes y no se limitan a los océanos. Aparecen en otros contextos y recientemente se han descrito en helio líquido, óptica no lineal y cavidades de microondas. Los investigadores marinos aceptan ahora universalmente que estas olas pertenecen a un tipo específico de ola marina, no considerada por los modelos convencionales de olas de viento marino. [41] [42] [43] [44] Un artículo de 2015 estudió el comportamiento de las ondas alrededor de una onda rebelde, incluidas las ondas ópticas y Draupner, y concluyó que "los eventos rebeldes no necesariamente aparecen sin previo aviso, pero a menudo están precedidos por una breve fase de orden relativo". [45]

En 2019, los investigadores lograron producir una ola con características similares a la ola de Draupner (inclinación y rompimiento) y una altura proporcionalmente mayor, utilizando múltiples trenes de ondas que se encuentran en un ángulo de 120°. Investigaciones anteriores habían sugerido fuertemente que la ola fue el resultado de una interacción entre olas de diferentes direcciones ("cruzando mares"). Su investigación también destacó que el comportamiento al romper las olas no fue necesariamente el esperado. Si las olas se encontraban en un ángulo inferior a aproximadamente 60°, entonces la parte superior de la ola se "rompía" hacia los lados y hacia abajo (una "rompiente que se hunde"). Aún así, desde aproximadamente 60° y más, la ola comenzó a romper verticalmente hacia arriba , creando un pico que no redujo la altura de la ola como de costumbre, sino que la aumentó (un "chorro vertical"). También demostraron que de esta manera se podía reproducir la pendiente de las olas rebeldes. Finalmente, observaron que los instrumentos ópticos como el láser utilizado para la onda Draupner podrían confundirse un poco con el rocío en la parte superior de la ola si se rompía, y esto podría generar incertidumbres de alrededor de 1,0 a 1,5 m (3 a 5 pies). ) en la altura de la ola. Concluyeron: "... el inicio y el tipo de rompimiento de las olas juegan un papel importante y difieren significativamente para las olas que se cruzan y las que no se cruzan. Fundamentalmente, el rompimiento se vuelve menos limitante en la amplitud de la cresta para ángulos de cruce suficientemente grandes e implica la formación de chorros casi verticales. ". [46] [47]

Las imágenes de la simulación de 2019 de la ola Draupner muestran cómo se forma la pendiente de la ola y cómo la cresta de una ola rebelde se rompe cuando las olas se cruzan en diferentes ángulos. (Haga clic en la imagen para ver la resolución completa)
  • En la primera fila (0°), la cresta rompe horizontalmente y se hunde, limitando el tamaño de la ola.
  • En la fila central (60°) se produce un comportamiento de frenado algo elevado hacia arriba.
  • En la tercera fila (120°), descrita como la simulación más precisa lograda de la ola de Draupner, la ola rompe hacia arriba , como un chorro vertical, y la altura de la cresta de la ola no está limitada por la rotura.

Los eventos de olas rebeldes más extremos

El 17 de noviembre de 2020, una boya amarró a 45 metros (148 pies) de agua en el banco Amphitrite en el Océano Pacífico, a 7 kilómetros (4,3 millas; 3,8 millas náuticas) frente a Ucluelet , isla de Vancouver , Columbia Británica , Canadá , a 48°54′N. 125°36'W / 48,9°N 125,6°W / 48,9; -125,6 registró una ola solitaria de 17,6 metros (58 pies) de altura entre las olas circundantes de unos 6 metros (20 pies) de altura. [48] ​​La ola superó las alturas de ola significativas circundantes por un factor de 2,93. Cuando la detección de la ola se reveló al público en febrero de 2022, un artículo científico [48] y muchos medios de comunicación bautizaron el evento como "la ola rebelde más extrema jamás registrada" y un evento "que ocurre una vez en un milenio". afirmando que con aproximadamente tres veces la altura de las olas a su alrededor, la ola de Ucluelet estableció un récord como la ola rebelde más extrema jamás registrada en ese momento en términos de su altura en proporción a las olas circundantes, y que una ola tres veces la altura de los que lo rodean se estima que ocurre en promedio solo una vez cada 1.300 años en todo el mundo. [49] [50] [51]

El suceso de Ucluelet generó polémica. El análisis de artículos científicos que tratan sobre eventos de olas rebeldes desde 2005 reveló que las afirmaciones sobre la naturaleza récord y la rareza de la ola son incorrectas. El artículo Oceanic Rogue Waves [52] de Dysthe, Krogstad y Muller informa sobre un evento en el Mar Negro en 2004 que fue mucho más extremo que la ola de Ucluelet, donde la boya Datawell Waverider informó de una ola que era 3,91 veces la altura de ola significativa. , como se detalla en el artículo. Una inspección minuciosa de la boya después de la grabación no reveló ningún mal funcionamiento. Los autores del artículo que informó sobre el evento del Mar Negro [53] evaluaron la ola como "anómala" y sugirieron varias teorías sobre cómo pudo haber surgido una ola tan extrema. Lo que distingue al evento del Mar Negro es que, al igual que la ola de Ucluelet, se registró con un instrumento de alta precisión. El artículo sobre olas rebeldes de Oceanic también informa sobre olas aún más extremas de una fuente diferente, pero posiblemente fueron sobreestimadas, según lo evaluaron los propios autores de los datos. Además, un artículo [54] de I. Nikolkina e I. Didenkulova también revela ondas más extremas que la onda de Ucluelet. Del artículo deducen que en 2006 apareció una ola de 21 metros (69 pies) en un mar con una altura de ola significativa de 3,9 metros (13 pies). La diferencia de factor es de 5,38, casi el doble que la de la onda de Ucluelet. El artículo también revela que el incidente del MV Pont-Aven fue ligeramente más extremo que el de Ucluelet. El documento también evalúa un informe de una ola de 11 metros (36 pies) en una altura de ola significativa de 1,9 metros (6 pies 3 pulgadas), pero arroja dudas sobre esa afirmación. Finalmente, el artículo de Craig B. Smith revela quizás el evento de onda rebelde más extremo jamás registrado (pero no por un instrumento de alta precisión). [55] En el incidente se levantó una pared de agua de 30 metros (98 pies) en "mares en calma". Estas olas "extremas" son raras, pero podrían representar un peligro para cualquier barco en los océanos.

Esfuerzos de investigación

Actualmente se están llevando a cabo varios programas de investigación centrados en las olas rebeldes, entre ellos:

Causas

Demostración experimental de generación de olas rebeldes mediante procesos no lineales (a pequeña escala) en un tanque de olas
La solución de la parte lineal de la ecuación de Schrödinger no lineal que describe la evolución de una envolvente de onda compleja en aguas profundas.

Dado que el fenómeno de las ondas rebeldes sigue siendo objeto de investigación activa, es prematuro establecer claramente cuáles son las causas más comunes o si varían de un lugar a otro. Las zonas de mayor riesgo predecible parecen ser aquellas donde una fuerte corriente va en contra de la dirección principal de viaje de las olas; el área cerca del cabo Agulhas frente al extremo sur de África es una de esas áreas. La cálida corriente de Agulhas corre hacia el suroeste, mientras que los vientos dominantes son los del oeste , pero como esta tesis no explica la existencia de todas las ondas detectadas, son probables varios mecanismos diferentes, con variación localizada. Los mecanismos sugeridos para las olas anormales incluyen:

Enfoque difractivo
Según esta hipótesis, la forma de la costa o del fondo marino hace que varias olas pequeñas se encuentren en fase. La altura de sus crestas se combina para crear una ola anormal. [78]
Centrándose por corrientes
Las ondas de una corriente son impulsadas hacia una corriente opuesta. Esto da como resultado un acortamiento de la longitud de onda, lo que provoca un bajío (es decir, un aumento en la altura de las olas) y los trenes de olas que se aproximan se comprimen juntos formando una ola rebelde. [78] Esto sucede frente a la costa sudafricana, donde la corriente de Agulhas es contrarrestada por vientos del oeste. [68]
Efectos no lineales ( inestabilidad modulacional )
Posiblemente, una onda rebelde puede ocurrir mediante procesos naturales no lineales a partir de un fondo aleatorio de ondas más pequeñas. [14] En tal caso, se plantea la hipótesis, se puede formar un tipo de onda inusual e inestable, que "chupa" energía de otras ondas, creciendo hasta convertirse en un monstruo casi vertical, antes de volverse demasiado inestable y colapsar poco después. Un modelo simple para esto es una ecuación de onda conocida como ecuación de Schrödinger no lineal (NLS), en la que una onda normal y perfectamente responsable (según el modelo lineal estándar) comienza a "absorber" energía de las olas inmediatamente hacia adelante y hacia atrás, reduciéndolas. a ondulaciones menores en comparación con otras olas. El NLS se puede utilizar en condiciones de aguas profundas. En aguas poco profundas, las olas se describen mediante la ecuación de Korteweg-de Vries o la ecuación de Boussinesq . Estas ecuaciones también tienen contribuciones no lineales y muestran soluciones de onda solitaria. Los términos solitón (un tipo de onda que se refuerza a sí misma) y respirador (una onda donde la energía se concentra de forma localizada y oscilatoria) se utilizan para algunas de estas ondas, incluido el bien estudiado solitón peregrino . Los estudios muestran que podrían surgir efectos no lineales en las masas de agua. [68] [79] [80] [81] En 2011 se produjo una ola rebelde a pequeña escala compatible con el NLS (el solitón peregrino) en un tanque de ondas de agua de laboratorio. [82]
Parte normal del espectro de ondas.
Algunos estudios sostienen que muchas olas clasificadas como olas rebeldes (con la única condición de que superen el doble del SWH) no son fenómenos, sino simplemente muestras raras y aleatorias de la distribución de la altura de las olas y, como tales, se espera estadísticamente que ocurran a un ritmo de aproximadamente una ola rebelde cada 28 horas. [83] Esto se discute comúnmente como la pregunta "Ondas anormales: ¿realizaciones raras de una población típica o realizaciones típicas de una población rara?" [84] Según esta hipótesis, la mayoría de los encuentros en el mundo real con ondas enormes pueden explicarse mediante la teoría de ondas lineales (o modificaciones débilmente no lineales de la misma), sin la necesidad de mecanismos especiales como la inestabilidad modulacional . [85] [86] Estudios recientes que analizan miles de millones de mediciones de olas realizadas por boyas de olas demuestran que las tasas de aparición de olas rebeldes en el océano se pueden explicar con la teoría lineal cuando se tiene en cuenta el ancho de banda espectral finito del espectro de olas. [87] [88] Sin embargo, aún no se sabe si la dinámica débilmente no lineal puede explicar incluso las olas rebeldes más grandes (como las que exceden tres veces la altura de ola significativa, lo que sería extremadamente raro en la teoría lineal). Esto también ha llevado a críticas que cuestionan si definir olas rebeldes utilizando sólo su altura relativa tiene sentido en la práctica. [87]
Interferencia constructiva de ondas elementales.
Las ondas rebeldes pueden resultar de la interferencia constructiva (enfoque dispersivo y direccional) de ondas tridimensionales elementales potenciadas por efectos no lineales. [9] [89]
Interacciones con ondas de viento
Si bien es poco probable que el viento por sí solo genere una ola rebelde, su efecto combinado con otros mecanismos puede proporcionar una explicación más completa del fenómeno de las olas anormales. Cuando el viento sopla sobre el océano, la energía se transfiere a la superficie del mar. Cuando los fuertes vientos de una tormenta soplan en la dirección opuesta a la corriente oceánica, las fuerzas pueden ser lo suficientemente fuertes como para generar olas rebeldes al azar. Phillips [90] y Miles aportan teorías sobre los mecanismos de inestabilidad para la generación y el crecimiento de las olas del viento, aunque no sobre las causas de las olas rebeldes. [68] [91]

El enfoque espaciotemporal que se ve en la ecuación NLS también puede ocurrir cuando se elimina la no linealidad. En este caso, el enfoque se debe principalmente a que diferentes ondas entran en fase más que a cualquier proceso de transferencia de energía. Un análisis más detallado de las olas rebeldes utilizando un modelo totalmente no lineal realizado por RH Gibbs (2005) pone en duda este modo, ya que se muestra que un grupo de olas típico se concentra de tal manera que produce una importante pared de agua a costa de una reducción altura.

Una ola rebelde, y la profunda depresión que comúnmente se ve antes y después de ella, pueden durar sólo unos minutos antes de romperse o reducirse de tamaño nuevamente. Aparte de una sola, la onda rebelde puede ser parte de un paquete de ondas que consta de unas pocas ondas rebeldes. Estos grupos de ondas rebeldes se han observado en la naturaleza. [92]

Otros medios

Investigadores de la UCLA observaron fenómenos de ondas rebeldes en fibras ópticas microestructuradas cerca del umbral de generación de supercontinuo de solitones y caracterizaron las condiciones iniciales para generar ondas rebeldes en cualquier medio. [93] La investigación en óptica ha señalado el papel que juega una estructura no lineal llamada solitón peregrino que puede explicar esas ondas que aparecen y desaparecen sin dejar rastro. [94] [95]

Encuentros reportados

Muchos de estos encuentros sólo se informan en los medios de comunicación y no son ejemplos de olas rebeldes en mar abierto. A menudo, en la cultura popular, una ola enorme y peligrosa se denomina vagamente "ola rebelde", mientras que no se ha establecido (y en la mayoría de las veces no se puede) que el evento reportado sea una ola rebelde en el sentido científico, es decir , de una naturaleza muy diferente en características a las olas circundantes en ese estado del mar] y con una probabilidad de ocurrencia muy baja (según una descripción del proceso gaussiano válida para la teoría de ondas lineales).

Esta sección enumera una selección limitada de incidentes notables.

Siglo 19

siglo 20

Siglo 21

Cuantificando el impacto de las olas rebeldes en los barcos

La pérdida del MS  München en 1978 proporcionó algunas de las primeras pruebas físicas de la existencia de olas rebeldes. El München era un buque de carga de última generación con múltiples compartimentos estancos y una tripulación experta. Se perdió con toda la tripulación y nunca se encontraron los restos del naufragio. La única evidencia encontrada fue el bote salvavidas de estribor recuperado de los restos flotantes algún tiempo después. Los botes salvavidas colgaban de bloques de proa y popa a 20 m (66 pies) por encima de la línea de flotación. Los pasadores se habían doblado hacia atrás de adelante hacia atrás, lo que indicaba que el bote salvavidas que colgaba debajo había sido golpeado por una ola que había corrido de proa a popa del barco y había arrancado el bote salvavidas del barco. Para ejercer tal fuerza, la ola debe haber tenido una altura considerablemente superior a los 20 m (66 pies). En el momento de la investigación, la existencia de ondas rebeldes se consideraba estadísticamente tan improbable que era casi imposible. En consecuencia, la investigación del Tribunal Marítimo concluyó que el mal tiempo había creado de alguna manera un "evento inusual" que había provocado el hundimiento del München . [14] [120]

En 1980, el MV Derbyshire se perdió durante el tifón Orchid al sur de Japón, junto con toda su tripulación. El Derbyshire era un buque combinado de mineral y petróleo a granel construido en 1976. Con 91.655 toneladas de registro bruto, era ( y sigue siendo ) el barco británico más grande jamás perdido en el mar. Los restos del naufragio se encontraron en junio de 1994. El equipo de investigación desplegó un vehículo operado por control remoto para fotografiar los restos del naufragio. Un informe privado publicado en 1998 impulsó al gobierno británico a reabrir una investigación formal sobre el hundimiento. La investigación incluyó un estudio exhaustivo realizado por la Institución Oceanográfica Woods Hole , que tomó 135.774 fotografías de los restos del naufragio durante dos estudios. La investigación forense formal concluyó que el barco se hundió por falla estructural y eximió a la tripulación de cualquier responsabilidad. En particular, el informe determinó la secuencia detallada de los acontecimientos que condujeron a la falla estructural del buque. Posteriormente, Douglas Faulkner, profesor de arquitectura marina e ingeniería oceánica de la Universidad de Glasgow , realizó un tercer análisis exhaustivo. Su informe de 2001 vinculó la pérdida de Derbyshire con la ciencia emergente sobre olas anormales, y concluyó que es casi seguro que Derbyshire fue destruido por una ola rebelde. [121] [122] [123] [124] [125]

El trabajo del marinero y autor Craig B. Smith en 2007 confirmó el trabajo forense previo de Faulkner en 1998 y determinó que Derbyshire estuvo expuesto a una presión hidrostática de una "altura estática" de agua de aproximadamente 20 m (66 pies) con una estática resultante. presión de 201 kilopascales (2,01 bar; 29,2 psi). [b] Esto es, en efecto, 20 m (66 pies) de agua de mar (posiblemente una ola súper rebelde) [c] que fluye sobre el barco. Se determinó que las escotillas de carga de la cubierta del Derbyshire eran el punto clave de falla cuando la ola rebelde arrasó el barco. El diseño de las escotillas solo permitía una presión estática inferior a 2 m (6,6 pies) de agua o 17,1 kPa (0,171 bar; 2,48 psi), [d] lo que significa que la carga de tifón en las escotillas era más de 10 veces mayor que la del diseño. carga. El análisis estructural forense de los restos del Derbyshire se considera ahora irrefutable. [37]

Además, ahora se sabe que las olas que se mueven rápidamente también ejercen una presión dinámica extremadamente alta. Se sabe que las olas que se hunden o rompen provocan picos de presión de impulso de corta duración llamados picos de Gifle. Estos pueden alcanzar presiones de 200 kPa (2,0 bar; 29 psi) (o más) durante milisegundos, que es una presión suficiente para provocar una fractura frágil del acero dulce. También se encontraron pruebas de fallo de este mecanismo en Derbyshire . [121] Smith ha documentado escenarios en los que podría producirse una presión hidrodinámica de hasta 5.650 kPa (56,5 bar; 819 psi) o más de 500 toneladas métricas/m 2 . [mi] [37]

En 2004, se registró una ola extrema que impactó el rompeolas del Almirantazgo, Alderney , en las Islas del Canal. Este rompeolas está expuesto al Océano Atlántico. La presión máxima registrada por un transductor montado en tierra fue de 745 kPa (7,45 bar; 108,1 psi). Esta presión supera con creces casi cualquier criterio de diseño para los barcos modernos, y esta ola habría destruido casi cualquier buque mercante. [6]

Estándares de diseño

En noviembre de 1997, la Organización Marítima Internacional adoptó nuevas reglas que cubren los requisitos estructurales y de supervivencia para graneleros de 150 m (490 pies) y más. El mamparo y el doble fondo deben ser lo suficientemente fuertes como para permitir que el barco sobreviva una inundación en la bodega uno, a menos que la carga esté restringida. [126]

Las olas rebeldes presentan un peligro considerable por varias razones: son raras, impredecibles, pueden aparecer repentinamente o sin previo aviso y pueden impactar con una fuerza tremenda. Una ola de 12 m (39 pies) en el modelo "lineal" habitual tendría una fuerza de ruptura de 6 toneladas métricas por metro cuadrado [t/m 2 ] (8,5 psi). Aunque los barcos modernos están diseñados para (normalmente) tolerar una ola rompiente de 15 t/m 2 , una ola rebelde puede eclipsar ambas cifras con una fuerza de ruptura muy superior a 100 t/m 2 . [109] Smith ha presentado cálculos utilizando las Reglas Estructurales Comunes de la Asociación Internacional de Sociedades de Clasificación (IACS) para un granelero típico, que son consistentes. [f] [37]

Peter Challenor, un destacado científico en este campo del Centro Nacional de Oceanografía del Reino Unido, fue citado en el libro de Casey en 2010 diciendo: "No tenemos esa teoría aleatoria y desordenada para las ondas no lineales. En absoluto". Y añadió: "La gente ha estado trabajando activamente en esto durante al menos los últimos 50 años. Ni siquiera tenemos el comienzo de una teoría". [27] [33]

En 2006, Smith propuso que se modificara la recomendación 34 de la IACS relativa a los datos de olas estándar para que la altura mínima de diseño de las olas se aumentara a 19,8 m (65 pies). Presentó un análisis de que existe evidencia suficiente para concluir que se pueden experimentar olas de 20,1 m (66 pies) de altura durante los 25 años de vida útil de los buques oceánicos, y que olas de 29,9 m (98 pies) de altura son menos probables, pero no fuera del alcance. pregunta. Por lo tanto, un criterio de diseño basado en olas de 11,0 m (36 pies) de altura parece inadecuado cuando se considera el riesgo de perder tripulación y carga. Smith también ha propuesto que la fuerza dinámica de los impactos de las olas debería incluirse en el análisis estructural. [127] Las normas marítimas noruegas ahora consideran condiciones de olas extremadamente severas y exigen que una ola de 10.000 años no ponga en peligro la integridad de los barcos. [128] Rosenthal señala que a partir de 2005, las olas rebeldes no se tenían en cuenta explícitamente en las reglas de la Sociedad de Clasificación para el diseño de barcos. [128] A modo de ejemplo, DNV GL , uno de los organismos de certificación y sociedad de clasificación internacionales más grandes del mundo con especial experiencia en evaluación técnica, asesoramiento y gestión de riesgos publica sus Principios de carga de diseño de estructuras, que siguen basándose en gran medida en la altura significativa de las olas, y A enero de 2016, todavía no se ha incluido ninguna provisión para olas rebeldes. [129]

Históricamente, la Marina de los EE. UU. adoptó la posición de diseño de que la ola más grande que probablemente se encontraría era de 21,4 m (70 pies). Smith observó en 2007 que la marina ahora cree que pueden ocurrir olas más grandes y ahora se reconoce la posibilidad de olas extremas que sean más pronunciadas (es decir, que no tengan longitudes de onda más largas). La Armada no ha tenido que realizar ningún cambio fundamental en el diseño de los barcos debido a los nuevos conocimientos sobre olas superiores a 21,4 m porque se construyen con estándares más altos. [37]

Las más de 50 sociedades de clasificación en todo el mundo tienen reglas diferentes. Sin embargo, la mayoría de los barcos nuevos se construyen según los estándares de los 12 miembros de la Asociación Internacional de Sociedades de Clasificación , que implementaron dos conjuntos de reglas estructurales comunes, uno para petroleros y otro para graneleros, en 2006. Posteriormente se armonizaron en un conjunto único de reglas. [130]

Otros usos del término "ola rebelde"

Las ondas rebeldes pueden ocurrir en medios distintos al agua. [131] Parecen ser ubicuos y también se han informado en helio líquido , en mecánica cuántica, [132] en óptica no lineal , en cavidades de microondas, [133] en condensado de Bose-Einstein , [134] en calor y difusión, [ 135] y en finanzas. [136]

Ver también

Notas

  1. ^ La ubicación de la grabación fue 58°11′19.30″N 2°28′0.00″E / 58.1886944°N 2.4666667°E / 58.1886944; 2.4666667
  2. ^ Equivalente a 20.500 kgf/m 2 o 20,5 t/m 2 .
  3. ^ Los investigadores de la ANU aún no habían acuñado el término "ola súper rebelde" en ese momento.
  4. ^ Equivalente a 1.744 kgf/m 2 o 1,7 t/m 2 .
  5. ^ Equivalente a 576.100 kgf/m 2 o 576,1 t/m 2 .
  6. ^ Smith ha presentado cálculos para un granelero hipotético con una longitud de 275 m y un desplazamiento de 161.000 toneladas métricas donde la presión hidrostática de diseño a 8,75 m por debajo de la línea de flotación sería de 88 kN/m 2 ( 8,9 t/m 2 ). Para el mismo transportador, la presión hidrodinámica de diseño sería de 122 kN/m 2 ( 12,44 t/m 2 ).

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Otras lecturas

enlaces externos

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Informe MaxWave y WaveAtlas

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