Como o vento favorece ondas gigantes no Oceano Austral

Utilizámos imagens tridimensionais das ondas do oceano para registar mares invulgares que dão origem ao conhecido fenómeno das ondas gigantes. Os nossos resultados foram agora publicados na Physical Review Letters.

As ondas gigantes são colossos do mar - com o dobro da altura das ondas vizinhas - que parecem surgir do nada. Há séculos que o folclore e a literatura marítimos relatam montanhas de água inimagináveis, tão altas como edifícios de dez andares.

A tecnologia recente permitiu aos cientistas detetar ondas gigantes em mar aberto, transformando a lenda em realidade. A primeira e mais célebre medição foi a da onda de Draupner, um monstro de 25.6 metros registado no mar do Norte a 1 de janeiro de 1995.

Apesar destas observações, ainda não sabemos com que frequência ocorrem ondas gigantes nem se é possível prevê-las. O registo de uma onda gigante não inclui características específicas que distingam o mar que a rodeia, pelo que não podemos estabelecer comparações nem antecipar as condições necessárias.

A nossa equipa embarcou no quebra-gelo sul-africano S.A. Agulhas-II para perseguir ondas gigantes através do Oceano Austral, onde ventos poderosos moldam as ondas mais ferozes da Terra.

O que provoca ondas gigantes?

No ambiente aleatório das ondas oceânicas, há vários mecanismos capazes de criar ondas gigantes. Uma das principais causas é a sobreposição de várias ondas no mesmo local e no mesmo instante. Isto concentra a energia e origina ondas muito altas.

Em condições oceânicas estáveis, as ondas gigantes geradas desta forma podem surgir uma vez a cada dois dias num determinado local. Contudo, o oceano é dinâmico e as condições raramente se mantêm estáveis durante muito tempo, o que reduz a probabilidade de aparecimento destas ondas. Mesmo em tempestades longas e intensas, a sobreposição de ondas pode ser reduzida ou inexistente.

Estudos numéricos e laboratoriais indicam que ventos fortes também contribuem para o desenvolvimento de ondas gigantes, pois exercem maior pressão sobre algumas formas de onda já elevadas. Ainda assim, o vento raramente foi considerado na análise das ondas gigantes.

O vento faz com que as ondas do oceano se tornem progressivamente mais altas, mais longas e mais rápidas. Nesta fase, as ondas são "jovens" e ávidas de energia do vento. Quando passam a deslocar-se mais depressa do que o vento, deixam de ser aceleradas por ele e atingem uma fase "madura", de desenvolvimento completo.

Ao longo deste processo, o vento cria uma situação caótica, na qual coexistem ondas com dimensões e direções diferentes.

As nossas observações recentes revelam que condições marítimas únicas, com ondas gigantes, podem formar-se durante a fase "jovem", quando as ondas respondem de forma particularmente intensa ao vento. Isto sugere que os parâmetros do vento podem ser a ligação em falta. No entanto, há ainda mais fatores a considerar.

Ondas poderosas amplificam-se mutuamente

As ondas do oceano são uma das forças naturais mais poderosas da Terra e poderão tornar-se ainda mais intensas no futuro devido às alterações climáticas. Se o campo de ondas tiver uma quantidade extrema de energia - quando as ondas são íngremes e a maioria apresenta amplitude, comprimento e direção semelhantes -, outro mecanismo pode desencadear a formação de ondas gigantes.

Esse mecanismo baseia-se numa troca de energia entre ondas que cria uma "auto-amplificação", em que uma onda cresce de forma desproporcionada à custa das ondas vizinhas. Em teoria, os estudos mostram que isto pode aumentar dez vezes a probabilidade de ocorrência de ondas gigantes.

Embora a auto-amplificação se manifeste sob a forma de carneiros - cristas espumosas e arejadas de ondas agitadas -, até agora não havia provas de que pudesse tornar as ondas gigantes mais prováveis no oceano.

Experiências recentes sugerem que o vento pode tornar mais frequentes acontecimentos extremos, como as ondas gigantes. Porém, este aspeto ainda não foi explorado de forma aprofundada.

O que encontrámos no Oceano Austral?

Durante toda a expedição, recorremos a um novo método de imagem tridimensional para examinar a superfície do oceano. Este reproduz a visão humana: sensores próximos entre si registam sequências de imagens simultâneas. Em seguida, algoritmos informáticos associam os pares de imagens para reconstruir as profundidades tridimensionais - a superfície ondulada.

À medida que o navio atravessava várias tempestades, os sensores recolheram dados em diferentes fases de crescimento das ondas: desde os estádios iniciais de ondas jovens alimentadas pelo vento até às ondas maduras, que já não são influenciadas por ele.

Os nossos resultados mostram que as ondas jovens exibem sinais de auto-amplificação e uma maior probabilidade de ondas gigantes. Registámos ondas com o dobro da altura das suas vizinhas uma vez a cada seis horas.

Isto reflete o que os modelos laboratoriais tinham indicado: condições marítimas teoricamente mais propensas à auto-amplificação produziriam mais ondas gigantes.

Em contraste, os mares maduros não apresentam uma probabilidade acrescida de ondas gigantes. Não detetámos nenhuma nessas condições.

As nossas conclusões contestam a ideia anterior de que a auto-amplificação não altera a probabilidade de ondas gigantes no oceano. Demonstrámos também que, ao desenvolver ferramentas para prever ondas gigantes, é necessário considerar o vento de forma rigorosa. Afinal, trata-se de uma característica natural do mar aberto.

Alessandro Toffoli, Professor de Engenharia Oceânica, Universidade de Melbourne

Este artigo é republicado de The Conversation ao abrigo de uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.