Oceaangolven zijn meer dan rollen en breken. De meeste golven zijn niet unidirectioneel; ze bewegen niet alleen over een tweedimensionaal vlak, zoals beschreven in veel huidige modellen. Wetenschappers die de driedimensionale eigenschappen van golven bestuderen, hebben gemerkt dat golven die in meer dan één richting tegelijk bewegen, twee keer zo steil kunnen groeien voordat ze breken, en zelfs een hoogte kunnen bereiken die vier keer steiler is dan eerder werd aangenomen. Deze golven worden na de pauze zelfs steiler, wanneer de golven meestal de neiging hebben te verdwijnen. De bevindingen worden beschreven in een onderzoek dat op 18 september in het tijdschrift werd gepubliceerd Natuur.
Zeeën oversteken
Ons begrip van hoe golven breken is voornamelijk gebaseerd op unidirectionele golfmodellen. Ze rollen naar buiten, vormen een rand en breken dan. Oceaangolven kunnen zich echter in vele richtingen verplaatsen en passen zelden in dit vereenvoudigde tweedimensionale model.
[Related: Huge 60-foot-tall buoy uses ocean waves to create clean energy.]
“Of je het nu leuk vindt of niet, watergolven zijn in de echte wereld vaker driedimensionaal dan tweedimensionaal”, studeerde co-auteur Frederic Dias, een wiskundige aan het University College Dublin en ENS Paris-Saclay, in een verklaring. . “In 3D zijn er meerdere manieren waarop golven kunnen breken.”
3D-oceaangolven hebben complexere bewegingen. Ze komen voor wanneer alle golven uit verschillende richtingen komen en verticaal schieten in plaats van alleen horizontaal, en dan klimmen. Het meest extreme type 3D-golf treedt op wanneer golfsystemen elkaar kruisen. Deze ‘dwarszeeën’ komen voor wanneer golfsystemen elkaar ontmoeten of wanneer winden plotseling van richting veranderen, zoals bij een orkaan.
“Wanneer een conventionele golf breekt, vormt deze een witte kap en is er geen weg meer terug”, zegt Ton van den Bremer, co-auteur en ingenieur aan de TU Delft in Nederland, in een verklaring. “Maar wanneer een golf met een hoge voortplantingsrichting breekt, kan deze blijven groeien.”
In de tank
Het onderzoek werd uitgevoerd in de FloWave Ocean Energy Research Facility van de Universiteit van Edinburgh. De binnentank simuleerde de cirkelvormige multidirectionele golven en stromingen die het team op dat moment aan het meten was, en hun modellen vertegenwoordigden een derde dimensie.
“We laten zien dat golven onder deze directionele omstandigheden de algemeen aangenomen bovengrens ver kunnen overschrijden voordat ze breken”, zei co-auteur en oceaaningenieur van de Universiteit van Manchester, Sam Draycott, in een verklaring. “In tegenstelling tot unidirectionele (2D) golven kunnen multidirectionele golven twee keer zo groot worden voordat ze breken.”
Deze studie bouwt ook voort op een onderzoek uit 2018 waarbij voor het eerst een tank werd gebruikt om de beruchte Draupner-freakgolf na te bootsen. Op 1 januari 1995 mat een laser op het gasplatform Draupner in de Noordzee, ongeveer 160 kilometer uit de kust van Noorwegen, een schurkengolf van 23 meter hoog. Het is nog steeds een van de grootste buitenissige golven die ooit zijn ontdekt.
Voorspellingen, constructie en koolstofdioxide
Volgens het team zou een beter begrip van 3D-golven op verschillende gebieden gevolgen kunnen hebben. Dit zou de weersvoorspellingen voor schepen kunnen verbeteren, nieuwe klimaatmodellen kunnen helpen bouwen en het ontwerp van de zeestructuur kunnen informeren. Momenteel zijn het ontwerp en de veiligheidskenmerken van maritieme constructies gebaseerd op een 2D standaard golfmodel. Deze bevindingen kunnen bedrijven helpen hun structuren te heroverwegen om rekening te houden met het complexere en extremere gedrag van 3D-golven.
[Related: Ocean warming is making waves stronger—and that’s a problem.]
“De driedimensionaliteit van golven wordt vaak over het hoofd gezien bij het ontwerp van offshore windturbines en andere maritieme constructies in het algemeen. Onze bevindingen suggereren dat dit zou kunnen leiden tot een onderschatting van extreme golfhoogten en mogelijk minder betrouwbare ontwerpen”, studeerde co-auteur en mechanische onderzoeker. zei ingenieur Mark McAllister van de Universiteit van Oxford in de aankondiging.
Het zou ons ook kunnen helpen enkele van de belangrijkste oceaanprocessen te begrijpen die de gezondheid van onze planeet beïnvloeden.
‘Breekgolven spelen een sleutelrol bij de lucht-zee-uitwisseling, inclusief de absorptie van CO2terwijl het ook het transport van deeltjes in de oceanen beïnvloedt, waaronder fytoplankton en microplastics”, aldus Draycott.