Descoperire științifică: Matematicienii ar putea fi capabili, în curând, să prezică formarea valurilor uriașe din largul mărilor

Alexandra Curtache / 03 iun, 14:33
Descoperire științifică: Matematicienii ar putea fi în curând capabili să prezică formarea valurilor uriașe din largul mărilor / Foto: Unsplash
Descoperire științifică: Matematicienii ar putea fi în curând capabili să prezică formarea valurilor uriașe din largul mărilor / Foto: Unsplash

Considerate cândva un mit maritim, aceste valuri impunătoare pot prezenta riscuri serioase pentru navele care navighează în largul mării. În prezent, oamenii de știință dezvoltă modalități de a le prezice înainte ca acestea să lovească.

În 1826, căpitanul Jules Dumont d'Urville, om de știință și ofițer de marină francez, a fost surprins de o furtună turbulentă în timp ce traversa Oceanul Indian. El a văzut cum un zid de apă se ridica la aproximativ 30 de metri deasupra navei sale, Astrolabe.

Acesta a fost unul dintre mai multe valuri de peste 20 de metri înălțime pe care le-a înregistrat în timpul furtunii sălbatice. Unul dintre membrii echipajului său a fost pierdut în mare. Cu toate acestea, după ce Dumont d'Urville a reușit să se întoarcă pe uscat, povestea sa, susținută de trei martori, a părut atât de ciudată încât a fost respinsă ca fiind o fantezie. 

 

La început nimeni nu credea că există valuri uriașe de până la 30 de metri înalțime 

 

Oamenii de știință de la acea vreme credeau că valurile puteau atinge doar 9 metri înălțime, astfel că cele câteva rapoarte din secolul al XIX-lea despre valuri masive care se ridicau în largul oceanului au fost în mare parte eliminate ca mituri maritime. Abia mai târziu, oamenii de știință au realizat că relatările erau rare, deoarece mulți dintre marinarii care au experimentat aceste așa-numite valuri nebunești nu au supraviețuit pentru a povesti.

În prezent, un val uriaș este definit ca fiind un val care este de peste două ori mai înalt decât valurile din jurul său, conform National Geographic. Aceste valuri uriașe pot apărea brusc și aparent de nicăieri. Cu laturi abrupte și o depresiune adâncă în partea de jos, ele seamănă cu un zid de apă care se ridică din mare. Ele pot apărea în timpul furtunilor când marea este agitată, dar au fost raportate și în ape calme, acesta fiind unul dintre motivele pentru care sunt atât de greu de prevăzut.

Oamenii de știință au recunoscut valurile uriașe ca fiind fenomene reale încă de la mijlocul anilor 1990, dar protejarea călătorilor pe mare împotriva lor este încă o provocare majoră. Cu toate că sunt relativ rare, valurile de tip "rogue waves" pot provoca daune grave și pierderi de vieți omenești dacă lovesc o navă în largul mării.

În vastitatea oceanului, interacțiunea dintre numeroasele forțe care duc la apariția valurilor neașteptate poate fi dificil de descâlcit. Mai recent, matematicienii au combinat datele din lumea reală colectate de la balize de monitorizare cu modele statistice pentru a înțelege cauzele care determină formarea acestor valuri gargantuesce. Munca lor oferă speranța că am putea chiar să putem prezice valurile false înainte ca acestea să lovească.

 

Cum pot crește valurile

 

Pe măsură ce tehnologiile de construcție navală au avansat în secolul al XX-lea, numărul martorilor supraviețuitori ai unor valuri uriașe a crescut. În aprilie 1966, un vas de croazieră italian, Michelangelo, a întâlnit un val de 25 de m care s-a ridicat deasupra valurilor provocate de furtuna din jurul său. Nava a suferit avarii semnificative și trei persoane s-au înecat, dar majoritatea celor care se aflau la bord au reușit să ajungă în siguranță la țărm.

Echipajul de la bordul MS München, o navă de containere germană, nu a fost la fel de norocos. În decembrie 1978, nava a părăsit orașul portuar german Bremerhaven cu destinația Atlanta, Georgia, încărcată cu încărcătură de oțel și cu un echipaj de 28 de persoane. După ce a raportat vreme rea și a trimis semnale de ajutor în dimineața zilei de 13 decembrie, nava și toți cei de pe ea au dispărut. A fost recuperată o barcă de salvare care fusese atașată de navă la aproximativ 20 de m deasupra apei, dar părea să fi fost smulsă din suportul său.

Îndoielile științifice cu privire la aceste valuri gigantice și misterioase nu au fost complet risipite până în 1995, când un val uriaș a lovit platforma petrolieră Draupner, o platformă de gaze naturale din Marea Nordului, în largul coastelor Norvegiei. Vârful valului, măsurat de un detector laser de pe schela platformei, s-a ridicat la 26 de m deasupra suprafeței.

 

Care este diferența dintre valurile de tip „rogue waves” și tsunami

 

De atunci, oamenii de știință și-au dat seama că, spre deosebire de tsunami, care sunt valuri mari produse de o deplasare bruscă a apei în urma unui eveniment precum un cutremur sau o alunecare de teren, valurile de tip rogue waves se formează din cauza unei combinații întâmplătoare de mișcări ale valurilor prin ocean.

Au apărut două teorii matematice principale pentru a explica mișcările de valuri care generează valurile de tip rogue waves: Adăugarea liniară și concentrarea neliniară.

Adăugarea liniară presupune că valurile se deplasează prin ocean cu viteze diferite, iar atunci când se suprapun, acestea se pot consolida într-un val rebel. Focalizarea neliniară presupune că valurile se deplasează în grupuri și își pot împrumuta energie unele altora, ceea ce uneori generează un val rebel.

Unul dintre motivele incertitudinii este faptul că valurile de tip "rogue waves" sunt rare. Chiar și în prezent, există o lipsă de date de urmărire de calitate.

"În general, valurile neașteptate ale oceanului sunt măsurate de pe platforme sau de pe balize, care înregistrează măsurători de timp într-o anumită locație, fără să știe ce s-a întâmplat înainte sau ce se va întâmpla mai departe", spune Amin Chabchoub, fizician al valurilor la Universitatea din Sydney, Australia.

Un studiu din 2019 condus de Chabchoub a evaluat mai multe observații și modele de valuri uriașe, iar echipa a ajuns la concluzia că mecanismul de incitare a lor se poate schimba în funcție de factorii variabili din mare la un moment dat, cunoscuți sub numele de starea mării.

 

Cum pot fi detectate valurile uriașe 

 

Pentru a compensa observațiile limitate ale valurilor neașteptate, oamenii de știință se bazează pe rezervoarele de valuri. "Recreațiile din laborator imită aproape unu la unu ceea ce se întâmplă la suprafața oceanului", spune Chabchoub. Aceste experimente pot ține cont chiar și de curenți și vânturi, deși setările controlate au propriile limitări.

Atunci când apa este prinsă într-un canal îngust, cum ar fi un rezervor de valuri, este mult mai ușor ca valurile mari să se formeze și să fie observate. Cu toate acestea, aceste experimente reprezintă un "scenariu nerealist", deoarece valurile nu se pot răspândi în toate direcțiile așa cum ar face-o pe mare, spune Francesco Fedele, inginer oceanograf la Georgia Institute of Technology.

Administrația Națională Oceanică și Atmosferică (National Oceanic and Atmospheric Administration) dezvoltă un sistem care poate prognoza zonele potențial periculoase ale oceanului în fiecare oră, folosind un program numit WAVEWATCH III. Cea mai recentă versiune, lansată în 2019, folosește o formulă de probabilitate pe care Fedele a dezvoltat-o în 2012 pentru a prezice condițiile extreme din ocean într-un anumit loc și la o anumită oră. Este un instrument util pentru a-i ajuta pe navigatori să se ferească de mările periculoase, dar s-ar putea să nu fie suficient pentru a-i proteja de un val rebel care apare din senin.

Johannes Gemmrich, cercetător la Universitatea Victoria din Canada, care a analizat valul rebel din 2020 din apropierea insulei Vancouver, spune că valurile false sunt generate cel mai adesea atunci când valurile se deplasează cu viteze diferite și se suprapun ocazional, ceea ce susține modelul de adiție liniară. Dar el crede că asimetria valurilor - atunci când valurile au vârfuri mai mari și depresiuni mai mici - joacă, de asemenea, un rol crucial. 

"Dacă permitem o asimetrie mai puternică, probabilitatea de apariție a unor valuri extreme de tip rogue crește drastic", spune Gemmrich.

 

O formulă generală pentru mare 

 

O școală de matematicieni spune că nu contează ce cauzează un val rebel, deoarece se pot prezice valurile rebelilor cu destulă precizie folosind un cadru statistic pentru evenimente rare numit teoria marilor abateri.

Ideea din spatele acestei metode este de a modela cel mai eficient mod în care se poate forma un val rebel, apoi de a folosi acest model pentru a trasa calea de dezvoltare a unui anumit val rebel. Teoria poate lua în considerare efecte liniare și neliniare în funcție de scenariu, motiv pentru care susținătorii ei o consideră o teorie unificatoare - una care ar putea fi folosită pentru a prezice valurile de furtună în diferite condiții oceanice.

"Dacă ne uităm doar la modul absolut cel mai eficient de formare a acestor valuri, acesta se potrivește foarte bine cu cele observate efectiv", spune Tobias Grafke, matematician la Universitatea Warwick din Marea Britanie.

Grafke și o echipă de cercetători au testat această teorie în canalele de valuri, au măsurat rezultatele în raport cu observațiile în timp real ale valurilor și au descoperit că metoda poate prezice valurile de tip rogue waves în ambele contexte, surprinzător de bine.

Cu toate acestea, o problemă a acestui cadru este că este extrem de dificil să se țină cont de toți factorii unei stări a mării la un anumit moment dat. Dacă sunteți căpitanul unei nave, cele mai utile informații de prognoză ar fi cele derivate din observații în timp real, nu din probabilități statistice. Grafke spune că formula echipei sale poate ține cont de particularitățile unei anumite stări a mării, dar cu cât se adaugă mai multe variabile, cu atât devine mai greu de rezolvat rapid.

"Cu cât aceste [ecuații] sunt mai complexe, cu atât mai bună este predicția, cu atât mai mare este efortul și timpul de calcul", spune Chabchoub. "Prin urmare, este vorba de un compromis între precizie și timp pentru a obține rezultate utile".

 

Previziuni în timp real

 

Oamenii de știință s-au îndreptat către o tehnologie de predicție a valurilor în timp real, dar cele mai noi abordări trebuie să fie testate în medii reale - o provocare, având în vedere raritatea valurilor de tip rogue. În multe cazuri, procesul de calcul trebuie să fie accelerat pentru a se potrivi cu viteza valurilor.

Valurile false se pot forma în doar "10 până la 15 secunde pe o mare agitată", spune Fedele. "Este încă greu să faci predicții rapide și precise într-un interval de timp atât de scurt".

Pentru a prezice un val rebel, oamenii de știință ar avea nevoie de un sistem radar care să măsoare în mod continuu valurile în apropierea unei ambarcațiuni, astfel încât să poată trece datele printr-un model matematic care să picteze o imagine a suprafeței oceanului în acel moment. Un model care calculează o nouă suprafață la fiecare cinci minute ar oferi o predicție relativ precisă a modului în care vor evolua valurile în următoarele câteva minute.

Un astfel de sistem nu este încă o realitate. "Tehnologia există. Întrebarea este acum: cum [o] faci rapidă?". spune Fedele.

Pe măsură ce se măsoară mai multe valuri neașteptate, matematicienii ar putea găsi în cele din urmă o modalitate de a anticipa aceste valuri mortale înainte ca ele să se ridice din ocean - o tehnologie la care căpitanul Dumont d'Urville ar fi putut doar să viseze în 1826.

Google News icon  Fiți la curent cu ultimele noutăți. Urmăriți StiriDiaspora și pe Google News


Get it on App Store Get it on Google Play

  TOP STIRI CELE MAI

  Flux de stiri

Vezi cele mai noi stiri

Iti place noua modalitate de votare pe stiridiaspora.ro?
Contact | Politica de confidențialitate | Politica cookies |

Vezi versiune mobil
Vezi versiune tabletă
Vezi versiune desktop

cloudnxt1
YesMy - smt4.1.0