Store bølger i havet

Fysikerne jagter havets monsterbølger

De tårner sig op som mure af vand og sluger skibe i en mundfuld: havets monsterbølger. Kæmpebølger får liv ved at æde energien i andre, og meteorologerne står nu klar med bølgevejrudsigter for at guide skibe uden om særligt farefulde havområder.

19. maj 2016 af Niels Hansen

Tirsdag den 8. februar år 2000 kort efter midnat rejste en over 30 meter høj monsterbølge sig af den iskolde Nordatlant. Fra broen på det 90 meter lange forskningsskib RRS Discovery så kaptajn Keith Avery truslen tårne sig op. Avery vidste, at bølgen ville kæntre forskningsskibet, hvis den ramte skroget skævt. Han nåede lige akkurat at rette op mod muren af vand, før bølgen skyllede ind over skibet. Kort efter forsvandt vandet, og Avery indså, at han havde reddet sig selv og de 47 videnskabsfolk ombord. Sådan beskrives RRS Discoverys dramatiske møde med en monsterbølge i bogen “The Wave”. Havets monsterbølger er berygtede for at brække enorme fragtskibe midtover og drukne besætninger. Nu kan forskerne endelig forudsige, hvor monsterbølger opstår.

Teori om lys gav ahaoplevelse Indtil for nylig vidste fysikerne ikke, hvordan så enorme bølger kunne fødes af meget mindre bølger. Monsterbølger er mindst dobbelt så høje som de øvrige bølger og indeholder enorme mængder energi. De største vokser til over 40 meter og kan oversvømme en tietagers bygning. Fysikerne havde i årevis forgæves forsøgt at modellere bølgernes fødsel i havet med klassisk matematik og fysik. Men modellerne kunne ikke forklare, hvordan energi kan ophobes i én kæmpemæssig bølge, fordi energien vil fordele sig ifølge den klassiske bølgeteori. Fysikerne fandt ud af, at løsningen skulle findes i kvantemekanikken – nærmere bestemt den såkaldte ikkelineære Schrödingerligning, som blandt andet beskriver udbredelsen af laserlys i optiske fibre. Laserlys kommer i små portioner, kvanter, og energien fra kvanterne bygges op i én enorm bølgetop, hvis frekvensen af bølgerne er forskellig. På den måde vil kvanterne løbe ind i hinanden – ligesom et harmonikasammenstød – så energien hobes op i den forreste bølge.

Ustabilitet giver monsterbølger En monsterbølge blev for første gang fanget på fersk gerning i 1995, og siden har fysikerne brugt Schrödingers ikkelineære ligning til at bygge modeller, der kan gengive monsterbølgers natur. Modellerne skulle kunne håndtere den form for ustabilitet, som bølger får, når vind og strøm hiver i dem. Energien i bølgerne fokuseres i én bølge, som i løbet af få minutter forvandler sig fra en almindelig bølge til en kæmpe på bekostning af nabobølgerne. I enorme vandtanke og bassiner simulerede forskerne udbredelsen af bølgerne og lagde vandets opførsel ind i computermodeller, så de kunne simulere et fiktivt hav. Resultaterne viste, at monsterbølger opstår i verdenshavene igen og igen. De fødes af mikroskopiske forstyrrelser fra fx havstrømme, turbulens i luften eller vindstød, som griber fat i nogle bølger mere end andre og skaber ustabilitet. Monsterbølgerne er kortlivede, men deres antal er langt større end tidligere troet.

Kannibalbølger sluger hinanden Forskerne ved nu, at monsterbølger er kannibaler – de æder energi fra naboerne og bruger den til at vokse sig store. En 25 meter høj bølge kræver for eksempel energi fra 18 timeterbølger. Men selvom fysikerne forstår monsterbølgernes natur og ved, hvordan de opstår, kan den kvantemekaniske forklaring ikke bruges direkte til at beregne, præcis hvor den næste gigantiske bølge vil slå til. Jagten på hver enkelt monsterbølge er en nærmest umulig opgave, fordi beregningerne er for tunge for nutidens computere. Derfor har havmeteorologerne grebet opgaven anderledes an: De bruger input fra verdenshavene til at beregne og forudsige, hvor høj risikoen for monsterbølger er i et bestemt havområde på et bestemt tidspunkt – samme tilgang, som meteorologerne bruger til at udarbejde skybruds- og tornadovarsler. Modellen inddeler havoverfladen i celler på ca. 25 km2. I hver celle beregnes bølgernes højde, længde og retning ud fra vejret og parametre som vandtemperatur og havdybde. Ud fra alle dataene om de almindelige bølger beregner computeren et såkaldt Benjamin-Feir-indeks, BFI, for alle cellerne. Indekset fortæller, hvor monsterbølger sandsynligvis vil opstå, ved at se på forholdet mellem bølgernes gennemsnitlige stejlhed og variationen i deres frekvens. Indekset forudsiger altså graden af ustabilitet og kaos på havets overflade. Jo mere ustabilitet og jo mere kaos, jo flere monsterbølger.

Havudsigter forudsiger risiko Benjamin-Feir-indekset giver en god indikation af, hvilke områder af havet kaptajnerne bør styre uden om. Det fælleseuropæiske meteorologiske regnecenter i Reading, England, har bygget monsterbølgeindekset ind i en havmodel for at kunne varsle om risiko for monsterbølger. Beregningen af indekset kræver dog enormt stor regnekraft, for at prognosen kan blive klar i tide til at kunne omdirigere skibe. I takt med at computerne bliver hurtigere, kan meteorologerne fylde flere input ind i modellen og gøre størrelsen af cellerne mindre, så havudsigten bliver mere præcis. I 2016 håber det fælleseuropæiske meteorologiske regnecenter for eksempel på at kunne koble strømmodeller sammen med havmodellen for at øge præcisionen af indekset. I dag indgår havstrømme ikke som input i havmodellen, men strøm har stor betydning for monsterbølgernes dannelse – specielt i havområder, hvor stærk strøm og store bølger mødes og nærer monsterbølgerne. Fænomenet ses for eksempel ud for det sydøstligste Afrika, hvor en stærk, sydgående strøm møder nordgående bølger fra Antarktis. Det samme sker ud for Floridas østkyst, hvor Golfstrømmen bærer hovedparten af skylden for monsterbølger i det havområde, der bedst kendes som Bermudatrekanten.

Læs også

Måske er du interesseret i ...

FÅ ILLUSTRERET VIDENSKABS NYHEDSBREV

Du får dit gratis særtillæg, Vores Ekstreme Hjerne, til download, straks du har tilmeldt dig nyhedsbrevet.

Fandt du ikke det, du ledte efter? Søg her: