Un equipo internacional de científicos ha desarrollado una explicación matemática relativamente simple para las olas oceánicas rebeldes que pueden desarrollarse aparentemente de la nada para hundir barcos y abrumar plataformas petroleras con paredes de agua de hasta 25 metros de altura.
Las olas provienen de una combinación de interferencia constructiva, un fenómeno conocido de ondas colisionantes, y efectos no lineales específicos de la dinámica compleja de las olas oceánicas. Una mejor comprensión de cómo se originan las olas rebeldes podría conducir a técnicas mejoradas para identificar áreas oceánicases probable que los genere, lo que permite a las compañías navieras evitar mares peligrosos.
Basado en un análisis de tres olas rebeldes observadas en diferentes plataformas petroleras en el Mar del Norte a lo largo de una década, la investigación estaba programada para ser reportada el 21 de junio en la revista Informes científicos . El trabajo fue realizado por investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia, University College Dublin y el Institut FEMTO-ST CNRS-Université de Franche-Comté.
"Vimos comportamientos de olas similares en las tres plataformas petroleras", dijo Francesco Fedele, profesor de la Escuela Tecnológica de Ingeniería Civil y Ambiental de Georgia Tech. "Encontramos que el principal mecanismo responsable de generar estas olas es la interferencia constructiva de las escuelas primariasondas mejoradas por no linealidades ligadas de segundo orden "
Se han observado olas rebeldes en los océanos de todo el mundo. Por lo general, duran solo unos 20 segundos antes de desaparecer, y son diferentes de las olas de tsunami que pueden viajar grandes distancias después de haber sido creadas por terremotos o deslizamientos de tierra bajo el agua.
Investigaciones anteriores habían sugerido un fenómeno conocido como "inestabilidad de modulación" para explicar las ondas rebeldes. Esa teoría se había demostrado en laboratorios, pero no explicaba adecuadamente las complejas ondas tridimensionales que se estaban midiendo en el océano abierto sin límitespara restringirlos, dijo Fedele.
Aunque las olas oceánicas tienen una dirección predominante, en el océano abierto, pueden llegar formas de onda de otras direcciones. En condiciones excepcionales, esas olas llegan de manera organizada o casi en fase, lo que lleva a un caso inusual de interferencia constructiva que puede duplicaraltura de la ola resultante.
Pero esta altura duplicada todavía no puede explicar el tamaño de las olas rebeldes observadas en el Mar del Norte, y en otros lugares. Esa diferencia puede explicarse por la naturaleza no lineal de las olas, que no son sinusoidales, sino que tienen canales redondeados, junto con picos agudos que resultan del empuje del agua hacia arriba contra la fuerza de la gravedad.
"Hay que tener en cuenta la no linealidad del océano, que se manifiesta en la falta de simetría entre las crestas y los canales", dijo Fedele, quien también tiene una cita en la Escuela de Ingeniería Eléctrica e Informática de Georgia Tech. "los efectos no lineales pueden producir una mejora del 15 al 20 por ciento en la altura de la ola, lo que se suma a los efectos de la interferencia constructiva ".
Utilizando técnicas matemáticas avanzadas, los investigadores modelaron cómo las olas podrían combinarse en circunstancias muy inusuales para producir las olas rebeldes medidas en tres plataformas petroleras diferentes en 1995, 2007 y 2015. Las predicciones de su modelo coinciden con las olas medidas.
"Describimos el complejo flujo de energía de un campo de ondas por lo que llamamos sus espectros direccionales", dijo Frédéric Dias, profesor del University College de Dublín. "Lo que hemos demostrado es que al combinar el conocimiento de estos espectros y usar las matemáticas esoexplica las no linealidades de segundo orden, podemos reproducir las ondas rebeldes medidas casi exactamente "
Si bien las olas oceánicas pueden diferir de otras formas de onda, el equipo de investigación obtuvo importantes conocimientos de la comunidad óptica y el estudio de cómo interactúan las ondas de luz.
"Estos son resultados fascinantes", dijo John Dudley, profesor del Institut FEMTO-ST CNRS-Université de Franche-Comté. "Muchos de nosotros hemos pasado años estudiando los efectos de la no linealidad en la amplificación de onda, pero es esencial porqueun científico para mantener una mente abierta. No nos corresponde decirle a la Naturaleza cómo trabajar, debemos seguir a dónde nos lleva, incluso si eso significa cambiar nuestras ideas ".
La investigación ha sido la base de un nuevo modelo de olas deshonestas que podría usarse para identificar áreas oceánicas donde los efectos no lineales podrían dar lugar a las olas. Eso podría darles a las compañías navieras y otros una advertencia de hasta una hora para evitar esas áreas.
Al final, dijo Fedele, la producción de la ola rebelde es simplemente casualidad: la rara combinación de olas en lo que resulta ser un mal lugar para barcos o plataformas petroleras. "Es solo un mal día en el océano".agregó.
En trabajos futuros, Fedele espera aplicar el modelo a las ondas ópticas.
"Lo que nos gustaría hacer a continuación es mostrar que hay grupos de olas en el océano y en la óptica que se comportan de la misma manera", dijo. "Hay una entidad física subyacente que es el grupo de olas. Vemos unpaquete de ondas, un grupo de ondas que se mueve y crece en amplitud para alcanzar un máximo antes de que decaiga ".
Además de los ya mencionados, el equipo de investigación incluyó al estudiante graduado Joseph Brennan y la investigadora postdoctoral Sonia Ponce de León.
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Materiales proporcionados por Instituto de Tecnología de Georgia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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