As incríveis ondas que podem emergir no mar como erupções de água

Redação do Site Inovação Tecnológica - 15/06/2022

A onda de pico se parece mais com uma "erupção de água", que emerge quando ondas pequenas se cruzam e interagem construtivamente.
[Imagem: University of Oxford]

Super-ondas

Ondas errantes, ou ondas viajantes, renderam histórias durante séculos, com marinheiros jurando ter visto ondas monstruosas propagando-se pelo mar sem qualquer tempestade.

Só muito recentemente essas super-ondas deixaram o folclore e foram incorporadas ao conhecimento científico. Ainda assim, como são eventos raros, há poucos casos registrados e, por decorrência, tudo o que temos são hipóteses sobre seus mecanismos de formação.

Mas parece que pode haver ondas muito mais estranhas e muito mais altas nos oceanos - uma onda errante é caracterizada por ter pelo menos o dobro da altura da média das ondas em uma determinada área.

Em um novo experimento de laboratório sobre a quebra das ondas oceânicas, pesquisadores demonstraram que o comportamento de quebra das chamadas "ondas de pico" é bem diferente das teorias há muito estabelecidas sobre a quebra das ondas viajantes.

E, por não obedecer aos modelos construídos com base nessas teorias, essas ondas de pico podem atingir alturas muito mais elevadas do que o previsto, além de serem produzidas de forma repentina, quase como uma explosão de água.

O perfil de uma onda de pico (esquerda) é totalmente diferente de uma onda normal (direita), podendo ser criada por ondulações cruzadas muito leves.
[Imagem: M. L. McAllister et al. - 10.1017/jfm.2021.1023]

Quebra das ondas

As ondas se quebram quando se tornam tão íngremes que a crista não é mais estável. Isso leva a uma ruptura do movimento e perda de energia. Como resultado, a altura da onda é limitada pelo processo de quebra.

Agora, pesquisadores do Reino Unido e dos Países Baixos fizeram a primeira simulação em um tanque oceânico de como as ondas se quebram em três dimensões, usando um tanque redondo. Até então, todos os experimentos haviam sido feitos em tanques compridos, que só permitem estudar o processo de quebra da onda em duas dimensões.

Usar o tanque circular permitiu ainda uma outra novidade: O estudo de uma onda axissimétrica - com simetria no eixo - tridimensional. Essas ondas, mais conhecidas como ondas de pico, são parecidas com as que se formam quando um pingo d'água cai sobre uma superfície de água parada, elevando-se em um píncaro.

A diferença é que o processo de geração é muito diferente: As ondas de pico que os pesquisadores queriam estudar são geradas tipicamente pelo vento, em um processo em que inúmeras ondas, vindas de todas as direções, interagem construtivamente, somando-se para formar uma onda muito maior.

Os experimentos no tanque de ondas demonstraram que o comportamento da quebra de uma onda axissimétrica é muito diferente da quebra de onda associada às ondas viajantes.

A formação do jato de água é quase explosiva.
[Imagem: M. L. McAllister et al. - 10.1017/jfm.2021.1023]

Quebra da onda de pico

À medida que as ondas se formavam e se somavam no tanque, um grande jato vertical de água irrompeu da crista da onda, que subiu e logo entrou em queda livre, colidindo com a superfície da água abaixo.

Ao contrário das ondas viajantes, a altura da crista da onda de pico não ficou restrita pelo início da quebra, mas pela estabilidade do jato vertical que subiu da superfície do tanque.

"Este estudo revelou os mecanismos fundamentais pelos quais ondas cruzadas e de espalhamento altamente direcionado podem se tornar muito maiores do que outras ondas, acelerando para cima muito mais rápido do que a gravidade por uma curta fração de tempo," disse o professor Mark McAllister, da Universidade de Oxford.

A onda gerada, quase mil vezes maior do que os experimentos anteriores, tem implicações significativas para a segurança marítima.

"A onda de pico é um exemplo idealizado de um tipo de comportamento que torna os chamados mares cruzados, onde os sistemas de ondas viajam em direções diferentes, tão perigosos para navios e estruturas no mar aberto," explicou o professor Ton van den Bremer, da Universidade de Tecnologia de Delft.

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