Le onde anomale

In oceanografia le onde anomale sono un fenomeno marino di cui non si conoscono esattamente né le cause né l’origine. Come definizione un’onda è considerata anomala se supera 2,2 volte l’altezza significativa del treno d’onde a cui appartiene. Sono state osservate onde anomale alte da 25 a 30 metri e che sembrano formarsi in modo imprevedibile. Si tratta di un fenomeno nettamente distinto dai maremoti, con i quali c’è spesso confusione. Un’onda anomala si distingue infatti da uno tsunami per vari motivi: la causa (per le onde anomale non è ben chiara ma si ritiene sia legata a interazioni fra onde generate dal vento, mentre uno tsunami è generato da eventi traumatici di grande scala come terremoti, eruzioni vulcaniche o frane), dalle caratteristiche fisiche peculiari (un’onda anomala si distingue dal treno d’onde a cui appartiene per la sua ampiezza elevata, mentre uno tsunami si distingue dalle onde marine usuali per la sua lunghezza d’onda, che può raggiungere le decine di chilometri), e anche dal fatto che le onde anomale si osservano solitamente in alto mare, mentre gli effetti dei maremoti si osservano principalmente nelle coste su cui impattano.

In fisica, la lunghezza d’onda di un’onda periodica è la distanza tra due creste o fra due ventri della sua forma d’onda, e viene comunemente indicata dalla lettera greca.

Caratteristiche
Tali onde possono essere estremamente pericolose poiché sono in grado di affondare navi anche di grande stazza. Mancando prove scientifiche della loro esistenza, fino a poco tempo fa questo fenomeno era ritenuto da molti esperti una pura invenzione dei marinai. I pochi sopravvissuti hanno sempre riportato racconti ritenuti non realistici, anche perché secondo i modelli statistici la probabilità di formarsi di un’onda di tali altezze era di una ogni 10.000 anni.
È stato calcolato che negli ultimi vent’anni siano scomparse in mare più di 200 grosse navi e alcuni pensano che nella maggior parte dei casi la causa vada ricercata nelle onde anomale e non nel maltempo (causa indicata nella maggior parte dei rapporti). Il gran numero di grosse navi scomparse è dovuto anche al fatto che sono tutte progettate per resistere senza problemi a onde alte fino a un massimo di 15 metri. Il 1º gennaio del 1995, le strumentazioni presenti su una piattaforma petrolifera nel Mare del Nord misurarono per la prima volta un’onda anomala, che dal nome della piattaforma è stata chiamata onda della Draupner[1]. Tale misurazione rappresentò la prima evidenza strumentale del fenomeno delle onde anomale.

L’onda della Draupner, nota anche come Onda del Nuovo Anno è stata la prima onda anomala ad essere registrata e misurata da un’apposita strumentazione tecnica. Prima della sua misurazione non esistevano evidenze strumentali dell’esistenza delle onde anomale, ma solo le testimonianze oculari di quanti le avessero incontrate in mare, che data la rarità di questo tipo di eventi, rappresentavano solo una sorta di documentazione aneddotica[1]. Questa onda anomala deve il suo nome alla piattaforma petrolifera Draupner E, posta nel Mare del Nord al largo delle coste norvegesi che venne investita da una violenta tempesta il 1º gennaio 1995, nel giorno di Capodanno per l’appunto[2].

Onda della Draupner

Per poter studiare il fenomeno e documentare queste formazioni ondose è stato creato il progetto MaxWave, un consorzio formato da 11 organizzazioni presenti in 6 paesi dell’Unione europea. Grazie all’utilizzo dei satelliti Ers-1 ed Ers-2, che hanno una risoluzione di 10 metri e sfruttano potenti radar in grado di prelevare immagini della superficie marina in ogni condizione atmosferica, si è potuto finalmente fotografare il fenomeno dallo spazio.

European Remote-Sensing satellite (ERS) è il primo satellite sviluppato dall’Agenzia Spaziale Europea per monitorare la Terra dallo spazio. Venne lanciato il 17 luglio 1991 in un’orbita polare orbita eliosincrona ad un’altezza compresa tra i 782 e i 785 chilometri.

ERS-1 trasportava un insieme di strumenti sviluppati per raccogliere informazioni sulla Terra analizzando (terreni, acqua, ghiaccio e atmosfera) utilizzando una varietà di strumenti di misura.

Questi includono i seguenti strumenti:
• Un Radar altimetrico operante nella banda Ku
• Un radiometro infrarosso a quattro canali che misura la temperatura dei mari e delle nuvole
• Un analizzatore a microonde
• Un Synthetic aperture radar
• Un misuratore di vento scatterometro

Lo scatterometro è uno strumento utilizzato per raccogliere dati sulla velocità e sulla direzione dei venti sulla superficie terrestre, soprattutto per quanto riguarda gli oceani. L strumento utilizza microonde per elaborare dati su correnti oceaniche che hanno un grande impatto sui cicloni e varie catastrofi naturali.

Sono state inizialmente analizzate ed elaborate oltre 30.000 immagini risalenti al 2001, periodo in cui sono avvenuti due avvistamenti: tra febbraio e marzo del 2001 due grosse navi da crociera (la Bremen e la Caledonian Star) erano state investite e gravemente danneggiate da due onde anomale.

Malgrado il periodo preso in esame fosse di durata così breve, sono state individuate una decina di onde anomale alte più di 25 metri, fino a un massimo di 30 metri e lunghe parecchi chilometri. Questi rilevamenti hanno permesso l’avvio di vari progetti volti a studiare il fenomeno e a poterlo prevedere. Un ulteriore caso documentato si è verificato il 3 marzo 2010 nel Golfo del Leone, dove un’onda di 8 metri ha danneggiato la nave da crociera cipriota Louis Majestic causando due vittime e il ferimento di diversi passeggeri.

Cause possibili
Il fenomeno delle onde anomale è ancora argomento di ricerca, ed è troppo presto per poter stabilire quali siano le cause principali o come cambino da luogo a luogo. Le zone maggiormente a rischio sembrano essere quelle dove una forte corrente oceanica o corrente marina si muove in senso contrario alla direzione principale del moto delle onde: la zona vicino a Capo Agulhas nell’estremità meridionale dell’Africa è una di queste.

In oceanografia la corrente oceanica (o corrente marina) è una massa di acqua marina in movimento rispetto all’acqua che la circonda e dalla quale si può differenziare per densità, salinità, temperatura. L’insieme delle correnti oceaniche dà vita alla circolazione termoalina, ossia la circolazione oceanica regolata da due importanti fattori quali la differenza di densità dell’acqua e il vento.

Le tesi proposte non spiegano l’esistenza di tutte le onde anomale osservate, quindi molti altri meccanismi di formazione sono possibili con locali varianti. Alcuni meccanismi proposti per la formazione di onde anomale sono:

• messa a fuoco per diffrazione (diffractive focusing);
• messa a fuoco a causa di correnti;
• effetti non lineari legati a interazioni risonanti (simile ai solitoni);
• condizioni di mare a croce, ovvero l’incontro casuale tra due treni di onde (quindi una sovrapposizione non lineare tra due treni d’onda diversi, frequentemente tra onde swell provenienti da un’altra zona di tempesta che interagiscono con il campo d’onde locali generate dal vento.)

In matematica e fisica un solitone è un’onda solitaria auto-rinforzante causata dalla concomitanza in un mezzo di propagazione di effetti non lineari e dispersivi che si cancellano reciprocamente.

• Il mare incrociato è l’osservazione nel mare di due sistemi di onde che si incrociano, dando la visione di un reticolato ondoso presente sulla superficie marina, si tratta di un fenomeno che si verifica quando si scontrano due o più sistemi di onde che viaggiano in direzioni reciprocamente perpendicolari o comunque lungo direzioni che formano un angolo compreso tra i 60° e i 120° tra di loro[1], formando caratteristiche disposizioni squadrate.
• Tale fenomeno, comune negli oceani, può essere il prodotto dell’intersezione di onde di corto periodo alimentate da venti (wind wave) con onde morte (swell), cioè non più sostenute da venti, oppure dell’incontro di sistemi di sole onde morte, generate anche a chilometri di distanza[2]; in tal caso si parla di cross swell[3]. Nel caso in cui il mare incrociato nasca da fenomeni ventosi locali, può accadere che si scontrino due o più sistemi di onde che hanno direzioni diverse perché è cambiata la direzione del vento che li ha prodotti. Il mare incrociato può verificarsi anche in regioni costiere, a seguito di fenomeni di rifrazione e diffrazione delle onde.

Secondo alcune ricerche è possibile che si generi naturalmente un’onda anomala da un fondo casuale di onde più piccole. In questo caso, è ipotizzato, un insolito e instabile tipo di onda si può formare assorbendo energia dalle altre onde, sviluppando spontaneamente un “mostro” quasi verticale prima di diventare instabile e collassare in breve tempo.

Sembrano esistere tre categorie di onde anomale:
• “muri d’acqua” che viaggiano per al massimo 10 km nell’oceano;
• “tre sorelle”, gruppi di tre onde (colpirono la “Caledonian Star” il 2 marzo 2001, 53°03′ S, 63°35′ O);
• singola onda di tempesta gigante, (colpì la “MS Bremen” il 22 febbraio 2001, 45°54′ S, 38°58′ O).

Le onde anomale, chiamate anche onde estreme o anormali, sono onde impreviste e estremamente grandi che possono verificarsi in mare aperto. Possono raggiungere altezze fino a 30 metri o più e possono essere estremamente pericolose per ogni tipo di imbarcazione e marinaio.
Le onde anomali si formano a causa di un fenomeno noto come interferenza costruttiva che si verifica quando due o più onde si incontrano e le loro creste (il punto più alto di un’onda) si allineano, causando l’aumento dell’altezza dell’onda. Ciò può accadere con onde generate da diverse fonti, come vento e correnti, o con onde che viaggiano su lunghe distanze e lunghezze d’onda simili.
Le onde anomale possono anche formarsi quando un’onda grande incontra un ostacolo, come una barriera corallina o un fondale in salita, e l’energia dell’onda viene riflessa su se stessa, causando l’aumento dell’altezza dell’onda e creandone una grande e ripida che può essere difficile da gestire anche per una nave.

La frequenza delle onde anomale non è ben compresa ed è difficile da prevedere. Si tratta di eventi rari che possono verificarsi in qualsiasi momento, in qualsiasi luogo, causati come detto da una combinazione di fattori come vento, correnti e profondità dell’acqua. Tuttavia, è più probabile che si verifichino in aree con venti e correnti forti, come nei Quaranta Ruggenti nei Cinquanta Urlanti e negli oceani Atlantico settentrionale e Pacifico settentrionale.
L’altezza media delle onde nei Quaranta Ruggenti e nei Cinquanta Urlanti può variare a seconda della posizione e delle condizioni meteorologiche. In generale, queste latitudini sono note per avere venti forti e mare spesso molto formato.
L’altezza media dell’onda a latitudini superiori ai 40° Sud è generalmente tra 4 e 6 metri in mare aperto. Tuttavia, queste onde possono raggiungere altezze molto maggiori in alcune aree e durante determinate condizioni meteorologiche. Ad esempio, durante una tempesta, le onde possono raggiungere altezze di 10-15 metri o più con creste frangenti e masse di schiuma che si vaporizzano nella direzione del vento.

È importante notare che queste sono solo stime generali e l’altezza effettiva dell’onda può variare notevolmente a seconda di molti fattori come velocità e direzione del vento, profondità dell’acqua e periodo dell’anno. Tuttavia, non è difficile dedurne che durante le tempeste più violente, dopo il passaggio del fronte freddo, il treno delle onde generato dai venti di nord-ovest si incrocia con il nuovo moto di onde dal sud-ovest. L’interferenza costruttiva implica che in queste circostanze potrebbero bastare solo due creste d’onda perfettamente sovrapposte temporalmente per formare un’onda anomala. In condizioni meteorologiche estreme e durante violente tempeste la loro formazione non deve essere considerata del tutto imprevedibile.
I pericoli delle onde anomali sono molti. Possono capovolgere le barche a vela e persino grandi navi, danneggiare l’equipaggiamento di bordo e causare feriti o morti. Rendono difficile la navigazione e rendono difficile conoscere l’esito di un incontro con questo fenomeno estremo. Inoltre, la repentinità e l’imprevedibilità delle onde anomale le rendono particolarmente insidiose, poiché possono sorprendere i navigatori senza lasciare loro tempo per reagire.