Mokslo ir technologijų pasaulis

Jos bu­vo lai­ko­mos jū­rei­vių pa­sa­ko­mis ir pra­ma­nais, bet jos tik­ros: mil­ži­niš­kos ban­gos, ky­lan­čios be per­spė­ji­mo ir ga­lin­čios su­nai­kin­ti lai­vus. Ar ga­li­ma jas kaip nors nu­ma­ty­ti?

Kai kruizinis laivas Louis Majesty leidosi iš Barselonos Ispanijos rytuose į Genują šiaurės Italijoje, tai turėjo būti maloniai atpalaiduojantis galutinis turo apie Viduržemio jūrą žingsnis. Bet Viduržemio jūros planai buvo kitokie.

Kai 2010 kovo 3 dieną apie pirmą valandą dienos laivas iš uosto patraukė į rytus, kaupėsi audros debesys. Pirmosiomis kelionės valandomis bangavimas palaipsniui stiprėjo, išbandydamas ne tokių patyrusių gebėjimus išsilaikyti ant kojų, bet tai nebuvo nieko neįprasto.

16:20 laivas be perspėjimo rėžėsi į mažiausiai 8 metrų aukščio vandens sieną. Remiantis įvykių rekonstrukcija, laivas nusileido pavėjine puse į antrą, ir tikriausiai trečią, monstriškąją bangą. Vanduo veržėsi per 5 denio svetainės langus, beveik 17 metrų virš laivo vaterlinijos. Du keleiviai žuvo vietoje ir 14 buvo sužeisti. Tada, lygiai kaip netikėtai staiga atsiradusios, bangos dingo. Nukentėjęs laivas apsisuko ir grįžo į Barseloną.

Prieš keletą dešimtmečių tokios bangos žudikės, kaip užklupusios Louis Majesty, buvo senų jūrų vilkų legendų dalis. Daugiau nebe. Tiesioginiai stebėjimai, paremti patobulinta teorija ir laboratoriniais eksperimentais, nepalieka abejonių, kad monstriškos bangos kyla – ir neretai. Liko klausimas, ar jas galime numatyti ir kur jos rasis?

Mokslas bangas žudikes tirti ėmėsi vangiai. Nėra netgi vieno, visuotinai priimto apibrėžimo. Vienas plačiai naudojamas yra, kad tokia banga yra mažiausiai dvigubai aukštesnė už ženklųjį bangos aukštį, kuris savo ruožtu apibrėžiamas kaip vidutinis aukštis aukščiausio trečdalio bangų kuriame nors regione. Tai reiškia, kad dydis priklauso nuo konteksto: ramioje jūroje, kur ženklusis bangų aukštis yra 10 centimetrų, 20 centimetrų banga jau būtų laikoma pašėlusia.

Visa tai atrodo kiek beprasmiška, tad okeanografų naudojami bangų aukščio numatymo modeliai rodė, kad anomaliai aukštos bangos išvis kažin ar egzistuoja. Tie modeliai rėmėsi linijinės superpozicijos principu: kad dviems bangų eilėms susiduriant, kiekvienos viršūnės ir įdubos aukščiai paprasčiausiai susideda. Tik septintojo praėjusio amžiaus dešimtmečio pabaigoje Thomasas Brooke'as Benjaminas ir J. E. Feiras iš Kembridžo universiteto pastebėjo šį procesą aprašančios matematikos nestabilumą. Kai ilgesnio bangos ilgio bangos susiduria su trumpesnio bangos ilgio, visa bangų eilės energija gali staiga susikoncentruoti keliose monstriškose bangose – arba tik vienoje.

Ilgesnės bangos sparčiau juda giliame vandenyne, taigi, tai yra visiškai tikėtinas tikro pasaulio scenarijus. Tada tie du mokslininkai išbandė teoriją tuo laiku didžiausiame 400 metrų ilgio bandymų baseine su bangų generatoriumi, JK Nacionalinės fizikos laboratorijoje Londono pakraščiuose. Šalia bangų generatoriaus, judinančio vandenį skirtingu greičiu, bangos buvo vienodos ir klusnios. Bet maždaug už 60 metrų jos išsikraipydavo, formuodamos trumpai gyvuojančias didesnes bangas, kurios dabar vadinamos pašėlusiomis (nors, vengiant taškymosi, pradinės bangos buvo vos kelių centimetrų aukščio).

Šiek tiek užtruko, ko naujos žinios prasisunkė. „Bangos tampa nestabilios ir gali pačios koncentruoti energiją,“ sako Takuji Waseda, Tokijo universiteto Japonijoje okeanografas. „Bet žmonės ilgai manė, kad tai yra teorinis dalykas, neegzistuojantis tikruose vandenynuose.“

Teorija ir stebėjimai galiausiai susidūrė 1995 m. Šiaurės jūroje, maždaug už 150 kilometrų nuo Norvegijos krantų. Tais metais apie Draupnerio jūrų platformą Naujųjų metų diena buvo audringa, ženklusis bangų aukštis siekė 12 metrų. Tačiau apie 15:20 akselerometrai ir platformoje sumontuoti įtempimų jutikliai užregistravo vienišą bangą, kurios aukštis nuo pagrindo siekė 26 metrus. Remiantis tuometiniu įsitikinimu, toks nutikimas galėtų įvykti kartą per 10 000 metų.

Draupnerio banga atvėrė naują mokslo apie bangas žudikes erą, sako fizikė Ira Didenkulova iš Talino technologijų universiteto Estijoje. 2000 m. Europos Sąjunga pradėjo trijų metų trukmės MaxWave projektą. Per tris 2003 metų pradžios savaites, naudojant laivo radarą ir palydovų duomenis milžiniškų bangų paieškoms pasaulio vandenynuose, aptiktos 10, kurių aukštis buvo 25 metrai ar didesnis.

Dabar žinome, kad bangos žudikės gali kilti visuose vandenynuose. Šiaurės Atlante, Dreiko sąsiauryje tarp Antarktidos ir pietinio Pietų Amerikos galo, bei vandenyse šalia Pietų Afrikos pietinio kranto jos ypač linkusios kilti.

Pašėlusios bangos kyla ir kai kuriuose dideliuose gėlo vandens telkiniuose, pavyzdžiui, Didžiuosiuose ežeruose Šiaurės Amerikoje. Tai leidžia naujai pažvelgti į istorinius aprašymus (žr. „Septyni milžinai“), ir manoma, kad pašėlusios bangos prisidėjo prie nepaaiškintų maždaug 200 krovininių laivų nuskendimų, įvykusių iki 2004 m.. Naujausias tokios pašėlusios bangos smūgio atvejis įvyko šių metų vasarį, kai kruiziniame laive Marco Polo Lamanšo kanale, buvo išdaužti 6 denyje esančio restorano langai ir žuvo vienas keleivis.

Pašėlusi stichija

Taigi, pašėlusios bangos egzistuoja, bet kaip jos susidaro gamtoje?

Miguelis Onorato'as iš Torino'o universiteto Italijoje praleido daugiau, nei dešimtmetį, stengdamasis atsakyti į šį klausimą. Jo įrankis – netiesinė Schrödingerio lygtis, ilgai naudota, aiškinantis nenuspėjamas situacijas tiek klasikinėje, tiek kvantų fizikoje. Onorato'as naudoja jas, kurdamas kompiuterio simuliacijas ir ruošdamas eksperimentus baseinuose, stengdamasis išvilioti pašėlimą iš raibulių.

Pamažu Onorato'as ir kiti kuria tikro pasaulio pašėlusių bangų susidarymo situacijų katalogą. Viena jų susidaro, kai audros genamas vandens pakilimas susiduria su kita kryptimi judančia galinga srove. Taip dažnai nutinka su Šiaurės Atlanto Golfo srove, arba kur jūros bangos juda prieš Agulhas srovę šalia Pietų Afrikos. Kita yra „susikryžiuojanti jūra“, kai dvi bangų sistemos – dažnai sukurtos vietinių vėjų ir iš toliau atslenkančių jūros gūbrių – susilieja skirtingomis kryptimis ir sukuria nestabilumus.

Susikryžiuojančios jūros buvo įtariamos ilgai. 2005 m. analizė naudojo duomenis iš laivininkystės informacijos tarnybos Lloyd's List Intelligence ir parodė, kad, priklausomai nuo tikslaus apibrėžimo, iki pusės laivų avarijų, priskirtų blogam orui įvyksta susikryžiuojančiose jūrose.

2011 m. susikryžiuojanti jūra buvo įvardinta kaip Draupnerio incidento kaltininkė, ir Onorato'as mano, kad tai galėjo būti ir Louis Majesty nelaimės priežastis. Kai jis su kolegomis įvedė vėjo ir bangų duomenis į savo modelį, siekdamas atkurti tos vietos jūros būseną tuo metu, šis parodė, kad šalia laivo susiliejo dvi bangų eilės, viena iš šiaurės rytinės pusės, o kita iš pietrytinės, atskirtos 40 – 60 laipsnių kampu.

Pašėlusias bangas gali sukelti ir paprastesnės situacijos. Pernai Waseda peržiūrėjo 1980 m. gruodį įvykusį incidentą, kai krovininis laivas, pakrautas anglimi, susidūręs su maždaug 20 metrų monstriška banga, neteko visos nosies „Drakono trikampyje“, Ramiojo vandenyno regione piečiau Japonijos, liūdnai pagarsėjusiame incidentais. Japonijos vyriausybės tyrimas apkaltino susikryžiuojančią jūrą, bet kai Waseda panaudojo sudėtingesnį bangos modelį sąlygų atkūrimui, pasirodė, jog gali būti, kad stiprus vėjas suteikė energijos vienai bangų sistemai, daug didesnei, nei leido įprastiniai modeliai.

Jis mano, kad tokios vienos sistemos galėjo sukelti ir kitus atsitikimus – ir kad modelius reikia toliau atnaujinti. „Manėme, kad vandenyno bangos gali būti aprašomos paprastai, tačiau pasirodo, jos keičiasi tokiu pačiu tempu ir laiku, kaip ir vėjas, o jis keičiasi greitai,“ sako jis. 2012 m. Onorato'as ir kiti pademonstravo, kad modeliai leidžia netgi „superpašėlusias bangas“, iškylančias 11 kartų aukščiau už supančią jūrą, galimybę, pademonstruotą baseino eksperimentuose.

Ankstyvas įspėjimas

Klimato pokyčiams sukeliant daugiau ir stipresnių audrų, tokios teorinės galimybės kelia rimtus praktinius nuogąstavimus. Nuo 2009 iki 2013, ES finansavo Extreme Seas projektą, subūrusį laivų statytojus su akademiniais mokslininkais, tarp kurių ir Onorato'as, drauge, siekiant statyti laivus, sukurtus geriau atlaikyti tokias bangas žudikes.

Tačiau tai brangus ir ilgai trunkantis sprendimas. Geriausia apsauga išlieka paprasčiausias žinojimas, kada tikėtina, jog tokia pašėlusi banga smogs. „Galime bent jau perspėti, kad jūroje padėtis sparčiai kinta, galbūt, pavojinga kryptimi,“ sako Waseda.

Sukurti įvairūs indeksai, kuriais siekiama paversti neapdorotus palydovų ir jūros būklės duomenis būtent tokiais įspėjimais. Vienas iš plačiausiai naudojamų yra Benjamin-Feir indeksas, pavadintas pašėlusių bangų srities tyrimų pionierių garbei. Suformuluotas 2003-aisiais Peterio Jansseno iš Europos vidutinio nuotolio orų prognozių centro Readinge, JK, jis skaičiuojamas 20×20 km jūros kvadratams, ir dabar įtraukiamas į dukart per dieną skelbiamas centro prognozes. „Laivavedžiai naudoja jas, kaip indikatorių, ar verta plaukti per tam tikrą vietą,“ paaiškina Janssenas.

Geriausia būtų, jei tai atlikti galėtų patys laivai. Dauguma didelių vandenyninių laivų aprūpinti įvairiausiais jutikliais, nustatančiais bangų aukštį, iš radaro aido duomenų analizės. Kompiuterių programinė įranga gali paversti šiuos radaro duomenis trimačiu jūros būklės žemėlapiu, rodančiu aplinkinių bangų dydį ir judėjimą. Būtų gana nesudėtinga įdiegti algoritmą, galintį aptikti žymes, kad jūra gali greitai pašėlti, tokias, kaip greitai kintantis vėjas ar susikryžiuojančios bangos. Tokia sistema galėtų įspėti įgulą ir keleivius vengti pavojingų laivo vietų.

Pagrindinis trikdis tam atsitikti yra kompiuterio galia: egzistuojantys modeliai pakankama sparta apdoroti visų greitai kintančių vandenyno fluktuacijų, kad galėtų pateikti tikslius perspėjimus realiu laiku, negali. Waseda mano, jog atsakymas galėtų būti sukurti panašią į perspėjančią apie cunamius ir tropines audras centralizuotą ankstyvojo įspėjimo sistemą, informuojančią iš uosto išplaukiančius laivus. Kadangi dabar šį fenomeną, kurio egzistavimu abejota vos prieš keletą dešimtmečių, dabar pažįstame daug geriau, nėra priežasties manyti, kodėl negalėtume tokios sistemos sukurti bangoms žudikėms, sako Waseda. „Dabar teorijos gana, bet komunikacijų trūksta.“

Stephen Ornes