Ola gigante

Las olas gigantes (también conocidos como olas gigantes , olas gigantes , olas episódicas , olas asesinas , olas extremas y olas anormales ) son inusualmente grande, impredecible y de repente aparecen ondas superficiales que pueden ser extremadamente peligrosos para los barcos , incluso a las grandes. [1] Son distintos de los tsunamis , que son causados ​​por el desplazamiento del agua debido a otros fenómenos (como terremotos ) y, a menudo, son casi imperceptibles en aguas profundas. Una ola rebelde que aparece en la orilla a veces se denomina ola de zapatilla de deporte .[2]

Un barco mercante que trabaja en mares agitados mientras una gran ola se avecina, Golfo de Vizcaya , ca. 1940

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), que a su vez se define como la media del tercio más grande de olas en un registro de olas. Por lo tanto, las olas rebeldes no son necesariamente las olas más grandes que se encuentran en el agua; son, más bien, olas inusualmente grandes para un estado de mar determinado . Las olas rebeldes parecen no tener una única causa distinta, sino que ocurren donde factores físicos como los fuertes vientos y las fuertes corrientes hacen que las olas se fusionen para crear una sola ola excepcionalmente grande. [1]

Las ondas rebeldes pueden ocurrir en medios distintos al agua. Parecen ser de naturaleza ubicua y también se han reportado en helio líquido , en mecánica cuántica, [3] en óptica no lineal y en cavidades de microondas, en condensación de Bose-Einstein, [4] en calor y difusión [5] y en finanzas. . [6] Investigaciones recientes se han centrado en ondas ópticas no autorizadas que facilitan el estudio del fenómeno en el laboratorio .

Un estudio de 2012 confirmó la existencia de orificios oceánicos , lo contrario de las olas rebeldes, donde la profundidad del orificio puede alcanzar más del doble de la altura significativa de las olas. [7]

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

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

Una vez consideradas míticas y sin pruebas contundentes de su existencia, ahora se ha demostrado que las olas rebeldes existen y se sabe que son un fenómeno natural del océano. Los relatos de testigos presenciales de los marineros y los daños infligidos a los barcos han sugerido durante mucho tiempo que ocurren. 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 metros (36 pies) en un mar relativamente bajo. Expresar. [8] 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 máxima de ola registrada de 25,6 metros (84 pies) y una elevación máxima de 18,5 metros (61 pies). Durante ese evento, se infligieron daños menores a la plataforma muy por encima del nivel del mar, lo que confirma la validez de la lectura realizada por un sensor láser que apunta hacia abajo. [9]

Desde entonces, su existencia también ha sido confirmada por video y fotografías, imágenes de satélite , radares de la superficie del océano, [10] sistemas de imágenes de ondas estereoscópicas, [11] transductores de presión en el fondo marino y embarcaciones de investigación oceanográfica. [12] En febrero de 2000, un buque de investigación oceanográfica británico, el RRS Discovery , que navegaba en el Rockall Trough al oeste de Escocia, encontró las olas más grandes jamás registradas por instrumentos científicos en mar abierto, con un SWH de 18,5 metros (61 pies ) y olas individuales de hasta 29,1 metros (95 pies). [13] "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". [14]

Una ola rebelde es un fenómeno natural del océano que no es causado por el movimiento de la tierra, solo dura brevemente, ocurre en una ubicación limitada y, con mayor frecuencia, ocurre en el mar. [1] Las olas rebeldes se consideran raras pero potencialmente muy peligrosas, ya que pueden involucrar la formación espontánea de olas masivas mucho más allá de las expectativas habituales de los diseñadores de barcos y pueden sobrepasar las capacidades habituales de las embarcaciones oceánicas que no están diseñadas para tales encuentros. . Las olas rebeldes son, por lo tanto, distintas de los tsunamis . [1] Los tsunamis son causados ​​por un desplazamiento masivo de agua, a menudo como resultado de movimientos repentinos del fondo del océano , después de lo cual se propagan a gran velocidad sobre un área amplia. Son casi imperceptibles en aguas profundas y solo se vuelven peligrosos a medida que se acercan a la costa y el fondo del océano se vuelve menos profundo; [15] por lo tanto, los tsunamis no representan una amenaza para el transporte marítimo. (Los únicos barcos perdidos en el tsunami asiático de 2004 estaban en el puerto). También son distintos de los megatsunamis , que son olas masivas individuales causadas por un impacto repentino, como el impacto de un meteorito o deslizamientos de tierra dentro de cuerpos de agua cerrados o limitados. También son diferentes de las olas descritas como "olas de cien años ", que es una predicción puramente estadística de la ola más alta que probablemente ocurrirá en un período de cien años en una masa de agua en particular.

Ahora se ha demostrado que las olas rebeldes son la causa de la pérdida repentina de algunas embarcaciones oceánicas. Ejemplos bien documentados incluyen el carguero MS München , perdido en 1978. [16] Una ola rebelde ha estado implicada en la pérdida de otros buques, incluido el Ocean Ranger , que era una unidad de perforación marítima móvil semisumergible que se hundió en aguas canadienses el 15 de febrero de 1982. [17] En 2007, la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica de los Estados Unidos (NOAA) compiló un catálogo de más de 50 incidentes históricos probablemente asociados con olas rebeldes. [18]

Informes tempranos

En 1826, el científico y oficial naval francés Capitán Jules Dumont d'Urville informó olas de hasta 108 pies (33 m) en el Océano Índico con tres colegas como testigos, sin embargo, fue ridiculizado públicamente por su colega científico François Arago . En esa época se sostenía ampliamente que ninguna ola podía exceder los 30 pies (9 m). [19] [20] La autora Susan Casey escribió que gran parte de esa incredulidad se debió a que había muy pocas personas que habían visto una ola rebelde y habían sobrevivido; hasta el advenimiento de los barcos de acero de doble casco del siglo XX, "las personas que se encontraban con olas rebeldes de 30 metros por lo general no regresaban para contárselo a la gente". [21]

Investigación anterior a 1995

Olas inusuales se han estudiado de forma científica desde hace muchos años (por ejemplo, John Scott Russell 's Ola de traducción , un estudio de 1834 de un solitón de onda), pero estos no estaban vinculadas conceptualmente a los marineros historias de encuentros con olas gigantes pícaro océano, como se creía que estos últimos eran científicamente inverosímiles.

Desde el siglo XIX, los 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, asumiendo que las alturas de las olas en cualquier mar dado están estrechamente agrupadas. alrededor de un valor central igual al promedio del tercio más grande, conocido como altura de ola significativa . [22] En un mar de tormenta con una altura de ola significativa de 12 metros (39 pies), el modelo sugiere que casi nunca habrá una ola de más de 15 metros (49 pies). Sugiere que podría suceder uno de 30 metros (98 pies), pero solo una vez cada diez mil años (con una altura de ola de 12 metros (39 pies)). Esta suposición básica fue bien aceptada, aunque reconocida como 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. [22] [23] [ ¿cuándo? ]

El primer artículo científico conocido sobre "ondas anormales" fue escrito por el profesor Laurence Draper en 1964. En ese documento, que ha sido descrito como un "artículo fundamental", documentó los esfuerzos del Instituto Nacional de Oceanografía a principios de la década de 1960 para registrar altura de la ola, y la ola más alta registrada en ese momento, que fue de unos 20 m (67 pies). Draper también describió los monstruosos agujeros de ondas . [24] [25] [26]

Sin embargo, incluso a mediados de la década de 1990, la mayoría de los textos populares sobre oceanografía, como el de Pirie, no contenían ninguna mención de olas gigantes o monstruosas. [27] Incluso después de la ola Draupner de 1995, el texto popular sobre Oceanografía de Gross (1996) solo mencionó las ondas rebeldes y simplemente declaró que "En circunstancias extraordinarias se pueden formar olas inusualmente grandes llamadas ondas rebeldes" sin proporcionar más detalles. [28]

La ola Draupner de 1995

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

La ola de 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 kilómetros (100 millas) al suroeste del extremo sur de Noruega. [29] [a]

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 un conjunto de sensores de última generación, incluido un registrador de ondas con telémetro láser en el parte inferior de la plataforma. A las 3 pm del 1 de enero de 1995, el dispositivo registró una ola rebelde con una altura máxima de ola de 25,6 metros (84 pies). La elevación máxima sobre el nivel de las aguas tranquilas fue de 18,5 metros (61 pies). [30] La lectura fue confirmada por los otros sensores. [31] La plataforma sufrió daños menores en el evento.

En el área, la altura significativa de las olas fue de aproximadamente 12 metros (39 pies). Es decir, 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 provocó un enorme interés en la comunidad científica. [29] [31]

Investigación posterior

Tras la evidencia de la ola Draupner, la investigación en el área se generalizó.

El primer estudio científico que demostró de manera exhaustiva que existen ondas anormales, que están claramente fuera del rango de las ondas gaussianas, se publicó en 1997. [32] Algunas investigaciones confirman que la distribución de la altura de las olas observada en general sigue bien la distribución de Rayleigh , pero en aguas poco profundas durante eventos de alta energía, las ondas extremadamente altas son más raras de lo que predice este modelo en particular. [14] Desde aproximadamente 1997, la mayoría de los autores reconocidos reconocieron la existencia de ondas rebeldes con la salvedad de que los modelos de ondas no habían podido replicar ondas rebeldes. [19]

Los investigadores de Statoil presentaron un artículo en 2000, cotejando evidencia de que las olas anormales no eran las realizaciones raras de una población de la superficie del mar típica o ligeramente no gaussiana ( olas extremas clásicas ), sino que eran las realizaciones típicas de un fenómeno raro y fuertemente no gaussiano. población de olas de la superficie del mar ( olas extremas anormales ). [33] Un taller de destacados investigadores del mundo asistió al primer taller de Rogue Waves 2000 celebrado en Brest en noviembre de 2000. [34]

En 2000, el buque oceanográfico británico RRS Discovery registró una ola de 29 metros (95 pies) frente a la costa de Escocia, cerca de Rockall . Se trataba de un buque de investigación científica y estaba equipado con instrumentos de alta calidad. El análisis posterior determinó que en condiciones de fuerte vendaval con velocidades de viento promedio de 21 metros por segundo (41 kN), un registrador de olas a bordo de un barco midió olas individuales de hasta 29,1 metros (95,5 pies) desde la cresta hasta la depresión, y una altura de ola máxima significativa. de 18,5 metros (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 ) por encima de los 12 metros (39,4 pies). El análisis de este evento tomó varios años y señaló que "ninguno de los pronósticos meteorológicos y modelos de olas de última generación, la información de la que se basan todos los barcos, plataformas petrolíferas, pesquerías y barcos de pasajeros, había predicho estos gigantes ". En pocas palabras, no existía un modelo científico (y también un método de diseño de barcos) para describir las olas encontradas. Este hallazgo fue ampliamente informado en la prensa, que informó que "según todos los modelos teóricos en ese momento, bajo este conjunto particular de condiciones climáticas, las olas de este tamaño no deberían haber existido". [1] [13] [29] [35] [36]

En 2004, el proyecto ESA MaxWave identificó más de diez olas gigantes individuales por encima de los 25 metros (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". [37] [38] En 2007, se demostró aún más a través de estudios de radar satelital que las olas con alturas de cresta a valle de 20 metros (66 pies) a 30 metros (98 pies) ocurren con mucha más frecuencia de lo que se pensaba anteriormente. [39] Ahora se sabe que las olas rebeldes ocurren en todos los océanos del mundo muchas veces al día.

Por lo tanto, el reconocimiento de la existencia de ondas rebeldes (a pesar de que no pueden explicarse de manera plausible por referencia a modelos estadísticos simples) es un paradigma científico muy moderno. [40] Ahora está bien aceptado que las ondas rebeldes son un fenómeno común. El profesor Akhmediev de la Universidad Nacional de Australia , uno de los principales investigadores del mundo en este campo, ha declarado que hay alrededor de 10 olas rebeldes en los océanos del mundo en cualquier momento. [41] Algunos investigadores han especulado que aproximadamente tres de cada 10,000 olas en los océanos alcanzan el estatus de pícaro, sin embargo, en ciertos lugares, como las ensenadas costeras y las desembocaduras de los ríos, estas olas extremas pueden representar tres de cada 1,000 olas, porque la energía de las olas puede estar concentrado. [42]

Las olas rebeldes también pueden ocurrir 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 se despeje la primera ola. La tercera ola entrante se suma a los dos retrolavados acumulados y de repente sobrecarga la cubierta del barco con toneladas de agua. El fenómeno es una de varias teorías sobre la causa del hundimiento del SS  Edmund Fitzgerald en el lago Superior en noviembre de 1975. [43]

En referencia a eventos extremos, ondas rebeldes y teoría del solitón
Estos se consideran los descubrimientos más importantes de la física matemática y experimental de los siglos XX y XXI.

Grupo de ciencias ópticas, Universidad Nacional de Australia [44]

Los estudios serios del fenómeno de las ondas rebeldes solo comenzaron después de la ola Draupner de 1995 y se han intensificado desde aproximadamente 2005. Una de las características notables de las ondas rebeldes es que siempre aparecen de la nada y desaparecen rápidamente sin dejar rastro. Investigaciones recientes han sugerido que también podría haber "olas súper rebeldes", que son hasta cinco veces el estado promedio del mar. Ondas rebeldes se ha convertido ahora en un término casi universal dado 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 ser de naturaleza omnipresente y no se limitan a los océanos. Aparecen en otros contextos y recientemente se han descrito en helio líquido, en óptica no lineal y en cavidades de microondas. En la actualidad, los investigadores marinos aceptan universalmente que estas olas pertenecen a un tipo específico de ola marina, que no se tienen en cuenta en los modelos convencionales de olas de viento marino. [45] [46] [47] [48]

En 2012, investigadores de la Universidad Nacional de Australia demostraron la existencia de agujeros de olas rebeldes , un perfil invertido de una ola rebelde. Su investigación creó agujeros de olas rebeldes en la superficie del agua, en un tanque de olas de agua. [7] En el folklore marítimo , las historias de agujeros sin escrúpulos son tan comunes como las historias de olas sin escrúpulos. Se derivan de un análisis teórico, pero nunca se habían probado experimentalmente.

Un artículo de 2015 estudió el comportamiento de las ondas alrededor de una onda deshonesta, incluida la óptica, y la onda Draupner, y concluyó que "los eventos deshonestos no aparecen necesariamente sin una advertencia, pero a menudo están precedidos por una fase corta de orden relativo". [49]

En 2019, los investigadores lograron producir una ola con características similares a la ola Draupner (pendiente y rotura), y proporcionalmente mayor altura, utilizando múltiples trenes de ondas que se encuentran en un ángulo de 120 grados. Investigaciones anteriores habían sugerido fuertemente que la ola resultó de una interacción entre olas de diferentes direcciones ("cruzar mares"). Su investigación también destacó que el comportamiento de romper olas no era necesariamente el esperado. Si las olas se encontraban en un ángulo de menos de unos 60 grados, entonces la parte superior de la ola se "rompía" hacia los lados y hacia abajo (un "rompeolas que se hunde"). Pero desde aproximadamente 60 grados y más, la ola comenzó a romperse 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 la inclinación de las olas rebeldes podría reproducirse de esta manera. Finalmente, observaron que los instrumentos ópticos, como el láser utilizado para la onda Draupner, podrían confundirse un poco por el rocío en la parte superior de la ola, si se rompía, y esto podría generar incertidumbres de alrededor de 1 a 1,5 metros en la altura de la ola. . Llegaron a la conclusión de que "el inicio y el tipo de ruptura de las olas juegan un papel importante y difieren significativamente entre las olas que se cruzan y las que no lo cruzan. Fundamentalmente, la ruptura se vuelve menos limitante de amplitud de cresta para ángulos de cruce suficientemente grandes e implica la formación de chorros casi verticales" . [50] [51]

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

Hay una serie de programas de investigación actualmente en curso centrados en oleadas rebeldes que incluyen:

  • En el curso del Proyecto MaxWave, los investigadores del Centro de Investigación GKSS, utilizando datos recopilados por satélites de la ESA , identificaron una gran cantidad de firmas de radar que se han presentado como evidencia de ondas no autorizadas. Se están realizando más investigaciones para desarrollar mejores métodos de traducir los ecos de radar en elevación de la superficie del mar, pero en la actualidad esta técnica no está probada. [37] [52]
  • La Universidad Nacional de Australia , en colaboración con la Universidad Tecnológica de Hamburgo y la Universidad de Turín , ha estado realizando experimentos en dinámica no lineal para tratar de explicar las llamadas olas asesinas o rebeldes. El video "Lego Pirate" ha sido ampliamente utilizado y citado para describir lo que ellos llaman "olas súper rebeldes" que su investigación sugiere que pueden ser hasta cinco veces más grandes que las otras olas a su alrededor. [53] [54] [55]
  • La Agencia Espacial Europea continúa investigando las ondas no autorizadas por radar por satélite. [56]
  • El Laboratorio de Investigación Naval de los Estados Unidos , el brazo científico de la Armada y el Cuerpo de Infantería de Marina, publicó los resultados de su trabajo de modelado en 2015. [56] [57] [58]
  • Instituto de Tecnología de Massachusetts . La investigación en este campo está en curso. Dos investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts apoyados parcialmente por el Consorcio de Educación en Ingeniería Naval (NEEC) han considerado el problema de la predicción a corto plazo de ondas de agua extremas y raras y han desarrollado y publicado su investigación sobre una herramienta de predicción eficaz de alrededor de 25 ondas. períodos. Esta herramienta puede dar a los barcos y a sus tripulaciones una advertencia de dos a tres minutos de un impacto potencialmente catastrófico, lo que permite a la tripulación un tiempo para detener las operaciones esenciales en un barco (o plataforma en alta mar). Los autores citan el aterrizaje en un portaaviones como un buen ejemplo. [58] [59] [60]
  • Universidad de Colorado y Universidad de Stellenbosch . [56] [61]
  • Universidad de Kyoto . [62]
  • La Universidad de Tecnología de Swinburne en Australia publicó recientemente un trabajo sobre las probabilidades de ondas rebeldes. [63]
  • Universidad de Oxford . El Departamento de Ciencias de la Ingeniería publicó una revisión exhaustiva de la ciencia de las ondas rebeldes en 2014. [64] [65] En 2019, un equipo de las universidades de Oxford y Edimburgo recreó la onda Draupner en un laboratorio. [66]
  • Universidad de Australia Occidental . [64]
  • Universidad Tecnológica de Tallin en Estonia. [67]
  • Proyecto Extreme Seas financiado por la UE. [67] [68]
  • Universidad de Umeå . Un grupo de investigación de la Universidad de Umeå en Suecia en agosto de 2006 mostró que las olas normales impulsadas por el viento estocástico pueden dar lugar repentinamente a olas monstruosas. La evolución no lineal de las inestabilidades se investigó mediante simulaciones directas del sistema de ecuaciones no lineales dependientes del tiempo. [69]
  • Laboratorio de Investigación Ambiental de los Grandes Lagos . GLERL realizó una investigación en 2002 que disipó los argumentos de larga data de que las olas rebeldes eran poco frecuentes. [12]
  • Universidad de oslo . Ha realizado investigaciones sobre: ​​el estado del mar al cruzar y la probabilidad de olas rebeldes durante el accidente del Prestige ; Olas de viento no lineales, su modificación por corrientes de marea y aplicación a las aguas costeras noruegas; Análisis general de olas oceánicas realistas (GROW); Modelado de corrientes y olas para estructuras marinas y eventos extremos de olas; Cálculos rápidos de ondas superficiales escarpadas en tres dimensiones y comparación con experimentos; y Olas internas muy grandes en el océano. [70]
  • Centro Nacional de Oceanografía del Reino Unido. [71]
  • Instituto Scripps de Oceanografía en los Estados Unidos. [72]
  • Proyecto Ritmare en Italia. [73]

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Demostración experimental de la generación de ondas rebeldes a través de procesos no lineales (a pequeña escala) en un tanque de ondas .
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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.

Debido a que el fenómeno de las ondas rebeldes es todavía un tema de investigación activa, es prematuro establecer claramente cuáles son las causas más comunes o si varían de un lugar a otro. Las áreas de mayor riesgo predecible parecen ser donde una fuerte corriente corre en contra de la dirección principal de viaje de las olas; el área cercana al cabo Agulhas en el 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 . Sin embargo, dado que esta tesis no explica la existencia de todas las ondas que se han detectado, es probable que haya varios mecanismos diferentes, con variación localizada. Los mecanismos sugeridos para las olas anormales incluyen los siguientes:

Enfoque difractivo
Según esta hipótesis, la forma de la costa o la forma del lecho marino dirige varias olas pequeñas para que se encuentren en fase. Sus alturas de cresta se combinan para crear una ola extraña. [74]
Enfocando por corrientes
Las ondas de una corriente se conducen a una corriente opuesta. Esto da como resultado un acortamiento de la longitud de onda, lo que provoca que los bajíos (es decir, el aumento de la altura de las olas) y los trenes de olas que se aproximan se compriman en una ola rebelde. [74] Esto sucede frente a la costa de Sudáfrica, donde la corriente de Agulhas es contrarrestada por los vientos del oeste . [sesenta y cinco]
Efectos no lineales ( inestabilidad modulacional )
Parece posible que una onda deshonesta se produzca mediante procesos naturales y no lineales a partir de un fondo aleatorio de ondas más pequeñas. [16] En tal caso, se hipotetiza, puede formarse un tipo de onda inusual e inestable que 'succiona' 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 no lineal de Schrödinger (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 pequeñas ondas en comparación con otras ondas. El NLS se puede utilizar en condiciones de aguas profundas. En aguas poco profundas, las ondas 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 ondas solitarias. En 2011 se produjo una onda rebelde a pequeña escala consistente con la ecuación no lineal de Schrödinger (la solución de Peregrine) en un tanque de agua de laboratorio. [75] En particular, el estudio de los solitones , y especialmente los solitones de Peregrine , han apoyado la idea de que podrían surgir efectos lineales en cuerpos de agua. [65] [76] [77] [78]
Parte normal del espectro de ondas
Las ondas rebeldes no son fenómenos en absoluto, sino que forman parte del proceso normal de generación de ondas, aunque es una extremidad poco común. [74]
Interferencia constructiva de ondas elementales
Las ondas rebeldes pueden resultar de la interferencia constructiva (enfoque dispersivo y direccional) de ondas 3D elementales mejoradas por efectos no lineales. [11] [79]
Interacciones de ondas de viento
Si bien es poco probable que el viento por sí solo pueda generar una ola rebelde, su efecto combinado con otros mecanismos puede proporcionar una explicación más completa de los fenómenos de 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 de la corriente oceánica, las fuerzas pueden ser lo suficientemente fuertes como para generar olas rebeldes al azar. Phillips [80] y Miles proporcionan teorías sobre los mecanismos de inestabilidad para la generación y crecimiento de las olas de viento, aunque no sobre las causas de las olas rebeldes. [65] [81]
Expansión térmica
Cuando un grupo de ondas estable en una columna de agua caliente se mueve hacia una columna de agua fría, el tamaño de las ondas debe cambiar porque la energía debe conservarse en el sistema. Entonces, cada ola en el grupo de olas se vuelve más pequeña porque el agua fría contiene más energía de las olas según la densidad. Las ondas ahora están más espaciadas y debido a la gravedad se propagarán en más ondas para llenar el espacio y convertirse en un grupo de ondas estable. Si existe un grupo de ondas estable en agua fría y se mueve hacia una columna de agua cálida, las ondas se harán más grandes y la longitud de onda será más corta. Las ondas buscarán el equilibrio al intentar desplazar la amplitud de las ondas debido a la gravedad. Sin embargo, al comenzar con un grupo de ondas estable, la energía de las olas puede desplazarse hacia el centro del grupo. Si tanto la parte delantera como la trasera del grupo de ondas están desplazando energía hacia el centro, puede convertirse en una onda rebelde. Esto sucedería solo si el grupo de olas es muy grande. [ cita requerida ]

El enfoque espacio-temporal visto 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 ondas rebeldes utilizando un modelo completamente no lineal de RH Gibbs (2005) cuestiona este modo, ya que se muestra que un grupo de ondas típico se enfoca de tal manera que produce una pared de agua significativa, a costa de una reducción de altura.

Una ola rebelde, y la depresión profunda que comúnmente se ve antes y después de ella, pueden durar solo unos minutos antes de romperse o reducirse de tamaño nuevamente. Aparte de una sola ola rebelde, la ola rebelde puede ser parte de un paquete de ondas que consta de algunas ondas rebeldes. Estos grupos de olas rebeldes se han observado en la naturaleza. [82]

Hay tres categorías de olas anormales:

  • "Muros de agua" viajando hasta 10 km (6 millas) a través del océano [ cita requerida ]
  • "Three Sisters", grupos de tres oleadas [83]
  • Olas de tormenta gigantes, únicas, que cuadriplican la altura de las olas de la tormenta y colapsan después de algunos segundos [84]

La posibilidad de la estimulación artificial de fenómenos de ondas rebeldes ha atraído fondos de investigación de DARPA , una agencia del Departamento de Defensa de los Estados Unidos . Bahram Jalali y otros investigadores de UCLA estudiaron fibras ópticas microestructuradas cerca del umbral de generación de supercontinuo de solitones y observaron fenómenos de ondas deshonestas. Después de modelar el efecto, los investigadores anunciaron que habían caracterizado con éxito las condiciones iniciales adecuadas para generar ondas rebeldes en cualquier medio. [85] Trabajos adicionales realizados en óptica han señalado el papel que juega una estructura no lineal denominada solitón peregrino que puede explicar esas ondas que aparecen y desaparecen sin dejar rastro. [86] [87]

Muchos de estos encuentros solo 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 que pone en peligro se denota vagamente como una ola rebelde , mientras que no se ha establecido (y la mayoría de las veces no puede) establecerse que el evento informado es una ola rebelde en el sentido científico, es decir, de una naturaleza muy diferente. en características como las olas circundantes en ese estado del mar y con muy baja probabilidad de ocurrencia (según una descripción del proceso gaussiano como válida para la teoría de ondas lineales ).

Esta sección enumera una selección limitada de incidentes notables.

Siglo 19

  • Faro de Eagle Island (1861): el agua rompió el vidrio de la torre este de la estructura y la inundó, lo que implica una ola que superó el acantilado de 40 m (130 pies) y abrumó la torre de 26 m (85 pies). [88]
  • Flannan Isles Lighthouse (1900): tres fareros desaparecieron después de una tormenta que resultó en el hallazgo de equipos dañados por las olas a 34 metros (112 pies) sobre el nivel del mar. [89] [90]

siglo 20

  • SS Kronprinz Wilhelm , 18 de septiembre de 1901 - El transatlántico alemán más moderno de su tiempo (ganador del Blue Riband ) resultó dañado en su viaje inaugural de Cherburgo a Nueva York por una enorme ola. La ola golpeó el barco de frente. [91]
  • RMS Lusitania (1910) - En la noche del 10 de enero de 1910, una ola de 23 metros (75 pies) golpeó el barco sobre la proa, dañando la cubierta del castillo de proa y rompiendo las ventanas del puente. [92]
  • Viaje del James Caird (1916) - Sir Ernest Shackleton se encontró con una ola que calificó de "gigantesca" mientras pilotaba un bote salvavidas desde la isla Elefante hasta la isla Georgia del Sur. [93]
  • RMS Homeric (1924) - Golpeado por una ola de 24 metros (80 pies) mientras navegaba a través de un huracán en la costa este de los Estados Unidos, hiriendo a siete personas, rompiendo numerosas ventanas y ojos de buey, llevándose uno de los botes salvavidas y rompiendo sillas y demás accesorios de sus fijaciones. [94]
  • USS Ramapo (AO-12) (1933) - Triangulado a 34 metros (112 pies). [95]
  • RMS  Queen Mary (1942) - Embarcado por una ola de 28 metros (92 pies) y enumerado brevemente unos 52 grados antes de enderezarse lentamente. [19]
  • SS Michelangelo (1966) - Agujero rasgado en la superestructura, vidrio pesado roto 24 metros (80 pies) sobre la línea de flotación y tres muertes. [95]
  • SS  Edmund Fitzgerald (1975) - Perdido en el lago Superior . Un informe de la Guardia Costera culpó a la entrada de agua a las escotillas, que gradualmente llenaron la bodega, o alternativamente a errores en la navegación o cartografía que causaron daños por correr hacia los bancos de arena . Sin embargo, otro barco cercano, el SS  Arthur M. Anderson , fue alcanzado en un momento similar por dos olas rebeldes y posiblemente una tercera, y esto pareció coincidir con el hundimiento unos diez minutos después. [43]
  • MS  München (1978) - Perdido en el mar dejando solo restos dispersos y signos de daños repentinos, incluidas fuerzas extremas a 20 metros (66 pies) sobre la línea de flotación. Aunque probablemente estuvo involucrada más de una ola, este sigue siendo el hundimiento más probable debido a una ola anormal. [dieciséis]
  • Esso Languedoc (1980) - Una ola de 25 a 30 metros (80 a 100 pies) atravesó la cubierta desde la popa del superpetrolero francés cerca de Durban , Sudáfrica, y fue fotografiada por el primer oficial, Philippe Lijour. [96] [97]
  • Faro Fastnet - Golpeado por una ola de 48 metros (157 pies) en 1985 [98]
  • Ola Draupner ( Mar del Norte , 1995): la primera ola rebelde confirmada con evidencia científica, tenía una altura máxima de 25,6 metros (84 pies). [99]
  • RMS  Queen Elizabeth 2 (1995) - Se encontró con una ola de 29 metros (95 pies) en el Atlántico Norte, durante el huracán Luis . El Maestro dijo que "salió de la oscuridad" y "se parecía a los Acantilados Blancos de Dover ". [100] Los informes de los periódicos en ese momento describieron que el crucero intentaba " surfear " la ola casi vertical para no hundirse.

Siglo 21

  • Los sensores de presión del fondo del océano del Laboratorio de Investigación Naval de los EE. UU. Detectaron una ola anormal causada por el huracán Iván en el Golfo de México en 2004. La ola tenía alrededor de 27,7 metros (91 pies) de altura de pico a valle, y alrededor de 200 metros (660 pies) de largo. . [101] Sus modelos de computadora también indicaron que las olas pueden haber excedido los 40 metros (130 pies) en la pared del ojo. [102]
  • Aleutian Ballad , ( Bering Sea , 2005) imágenes de lo que se identifica como una ola de 18 metros (60 pies) aparece en un episodio de Deadliest Catch . La ola golpea el barco por la noche y paraliza el barco, lo que hace que el barco se vuelque durante un corto período de tiempo. Esta es una de las pocas grabaciones de video de lo que podría ser una ola rebelde. [103]
  • En 2006, investigadores del Instituto Naval de EE. UU. Teorizan que las olas rebeldes podrían ser responsables de la inexplicable pérdida de aviones que vuelan bajo, como los helicópteros de la Guardia Costera de EE. UU. Durante las misiones de búsqueda y rescate . [104]
  • MS Louis Majesty ( Mar Mediterráneo , marzo de 2010) fue golpeado por tres olas sucesivas de 8 metros (26 pies) mientras cruzaba el Golfo de León en un crucero por el Mediterráneo entre Cartagena y Marsella . Dos pasajeros murieron por los cristales voladores cuando la segunda y tercera ola rompió una ventana de la sala. Las olas, que golpearon sin previo aviso, eran todas anormalmente altas con respecto al oleaje del mar en el momento del incidente. [105] [106]
  • En 2019, el huracán Dorian 's remanente extratropical generado un 100 pies (30 m) Rogue Wave de la costa de Terranova . [107]

La pérdida del MS  München en 1978 proporcionó algunas de las primeras pruebas físicas de la existencia de olas rebeldes. München era un buque de carga de última generación con múltiples compartimentos estancos y una tripulación experta. Estaba perdida con toda la tripulación y nunca se ha encontrado el naufragio. La única evidencia encontrada fue el bote salvavidas de estribor, que se recuperó de los restos flotantes algún tiempo después. Los botes salvavidas colgaban de los bloques de proa y popa a 20 metros (66 pies) sobre la línea de flotación. Los pasadores se habían doblado hacia atrás de proa a popa, 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 sido considerablemente superior a 20 metros (66 pies). En el momento de la investigación, la existencia de olas rebeldes se consideraba tan estadísticamente improbable que era casi imposible. En consecuencia, la investigación del Tribunal Marítimo concluyó que el clima severo había creado de alguna manera un "evento inusual" que había llevado al hundimiento del München . [16] [108]

En 1980, el MV Derbyshire se perdió durante el tifón Orchid al sur de Japón junto con toda su tripulación. El Derbyshire era un portaaviones combinado mineral, a granel y petróleo construido en 1976. Con 91.655 toneladas de registro bruto, fue, y sigue siendo, el barco británico más grande que se haya perdido en el mar. El naufragio fue encontrado en junio de 1994. El equipo de inspección desplegó un vehículo operado por control remoto para fotografiar el naufragio. En 1998 se publicó un informe privado que llevó al gobierno británico a reabrir una investigación formal sobre el hundimiento. La investigación del gobierno incluyó una encuesta exhaustiva realizada por la Institución Oceanográfica Woods Hole , que tomó 135,774 fotografías de los restos del naufragio durante dos encuestas. La investigación forense formal concluyó que el barco se hundió debido a una falla estructural y absolvió a la tripulación de cualquier responsabilidad. En particular, el informe determinó la secuencia detallada de eventos que llevaron a la falla estructural del buque. Posteriormente, Douglas Faulkner, profesor de arquitectura marina e ingeniería oceánica en la Universidad de Glasgow, realizó un tercer análisis exhaustivo . Su informe de 2001 vinculó la pérdida del Derbyshire con la ciencia emergente sobre olas anormales, concluyendo que el Derbyshire fue casi con certeza destruido por una ola rebelde. [109] [110] [111] [112] [113]

El trabajo de Smith en 2007 confirmó el trabajo forense anterior de Faulkner en 1998 y determinó que el Derbyshire estaba expuesto a una presión hidrostática de una "altura estática" de agua de unos 20 metros (66 pies) con una presión estática resultante de 201 kilopascales (18,7 kN / pie cuadrado). [b] Esto es, en efecto, 20 metros (66 pies) de agua verde (posiblemente una ola súper rebelde ) [c] que fluye sobre la embarcación. Se determinó que las escotillas de carga de la cubierta en Derbyshire eran el punto clave de falla cuando la ola rebelde arrasó el barco. El diseño de las escotillas solo permitía una presión estática de menos de 2 metros (6,6 pies) de agua o 17,1 kilopascales (1,59 kN / pie cuadrado), [d] lo que significa que la carga del tifón en las escotillas era más de diez veces la carga de diseño. El análisis forense de la estructura de los restos del naufragio de Derbyshire ahora se considera irrefutable. [39]

Además, ahora se sabe que las ondas de movimiento rápido también ejercen una presión dinámica extremadamente alta. Se sabe que las olas que se hunden o rompen pueden causar picos de presión de impulso de corta duración llamados picos de Gifle. Estos pueden alcanzar presiones de 200 kilopascales (19 kN / pie cuadrado) (o más) durante milisegundos, que es suficiente presión para conducir a la fractura frágil del acero dulce. También se encontró evidencia de falla por este mecanismo en Derbyshire . [109] Smith ha documentado escenarios en los que podría producirse una presión hidrodinámica de hasta 5.650 kilopascales (525 kN / pie cuadrado) o más de 500 toneladas métricas por metro cuadrado (11 pies cuadrados). [e] [39]

En 2004 se registró una ola extrema que impactó en el Admiralty Breakwater, 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 kilopascales [kPa] (108,1 psi). Esta presión supera con creces casi cualquier criterio de diseño para los barcos modernos y esta ola habría destruido casi cualquier barco mercante. [8]

En noviembre de 1997, la Organización Marítima Internacional (OMI) adoptó nuevas reglas que cubren los requisitos estructurales y de supervivencia para los graneleros de 150 metros (490 pies) y más. El mamparo y el doble fondo deben ser lo suficientemente fuertes para permitir que el barco sobreviva a las inundaciones en la bodega uno, a menos que la carga esté restringida. [114]

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 metros (39 pies) en el modelo "lineal" habitual tendría una fuerza de rotura de 6 toneladas métricas por metro cuadrado [t / m 2 ] (8,5 psi). Aunque los barcos modernos están diseñados para tolerar (típicamente) una ola rompiente de 15 t / m 2 , una ola rebelde puede empequeñecer estas dos cifras con una fuerza de ruptura que excede con creces las 100 t / m 2 . [100] Smith ha presentado cálculos utilizando las Reglas Estructurales Comunes (CSR) de la Asociación Internacional de Sociedades de Clasificación (IACS) para un granelero típico que son consistentes. [f] [39]

Peter Challenor, un científico líder en este campo del Centro Nacional de Oceanografía en el Reino Unido, fue citado en el libro de Casey en 2010 diciendo: "No tenemos esa teoría desordenada aleatoria para las ondas no lineales. En absoluto". Añadió: "La gente ha estado trabajando activamente en esto durante al menos los últimos 50 años. Ni siquiera tenemos el comienzo de una teoría". [29] [35]

En 2006, Smith propuso que la recomendación 34 de la Asociación Internacional de Sociedades de Clasificación (IACS) relativa a los datos de olas estándar se modifique para que la altura mínima de diseño de las olas se incremente a 65 pies (19,8 m). Presentó un análisis de que había pruebas suficientes para concluir que se pueden experimentar olas de 66 pies (20,1 m) de altura en los 25 años de vida de las embarcaciones oceánicas, y que las olas de 98 pies (29,9 m) de altura son menos probables, pero no fuera de lo común. la pregunta. Por lo tanto, un criterio de diseño basado en olas de 36 pies (11,0 m) 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. [115] Los estándares noruegos para alta mar ahora tienen en cuenta condiciones de olas extremadamente severas y requieren que una ola de 10,000 años no ponga en peligro la integridad de los barcos. [116] Rosenthal señala que, en 2005, las olas rebeldes no se contabilizaron explícitamente en las Reglas de las Sociedades de Clasificación para el diseño de buques. [116] A modo de ejemplo, DNV GL , uno de los organismos de certificación y sociedades de clasificación internacionales más grandes del mundo con experiencia principal 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 de ola significativa' y en enero de 2016 todavía no ha incluido ningún subsidio para oleadas rebeldes. [117]

Históricamente, la Marina de los EE. UU. Adoptó la posición de diseño de que la ola más grande que probablemente se encontrará fue 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 son más empinadas (es decir, que no tienen longitudes de onda más largas). La marina no ha tenido que realizar ningún cambio fundamental en el diseño de los barcos como consecuencia del nuevo conocimiento de las olas de más de 21,4 m (70 pies) porque se construyen con estándares más altos. [39]

Hay más de 50 sociedades de clasificación en todo el mundo, cada una con reglas diferentes, aunque la mayoría de los barcos nuevos se construyen según los estándares de los 12 miembros de la Asociación Internacional de Sociedades de Clasificación , que implementó dos conjuntos de reglas estructurales comunes; uno para petroleros y otro para graneleros; en 2006. Posteriormente, se armonizaron en un único conjunto de normas. [118]

  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. ^ Losinvestigadores de la ANU aún no habían acuñado eltérmino 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 my un desplazamiento de 161,000 toneladas métricas donde la presión hidrostática de diseño de 8,75 m por debajo de la línea de flotación sería de 88 kN / m 2 ( 8,9 t / m 2 ). Para el mismo portador, la presión hidrodinámica de diseño sería 122 kN / m 2 ( 12,44 t / m 2 ).

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