Gerbrand van Vledder de vida de las olas oceánicas

Gerbrant van Vledder

EL LIBRO DE ONDAS
POR DOLPH KESSLER

Algunos conceptos básicos sobre el origen
Y ciclo de vida de las olas oceánicas

 

Este libro de Dolph Kessler muestra maravillosamente la gran variedad en la cual las olas oceánicas pueden manifestarse. Es un ejemplo de muchas maneras de mirar ondas; El artista ve patrones intrigantes mientras que el marino reconoce inmediatamente sus peligros y cómo lidiar con ellos y el oceanógrafo especula sobre el origen de cada ola. Esto ilustra cómo las olas pueden ser vistas desde diferentes perspectivas. Como científico puedo disfrutar de la belleza de las olas, no sólo en estas fotografías, sino también apreciando la elegancia de las ecuaciones matemáticas que describen su comportamiento. En mi trabajo normalmente veo imágenes abstractas en la pantalla de mi computadora con la esperanza de que representen adecuadamente la realidad. Sin embargo, en este libro de fotografías, tomado en el Océano Atlántico, Dolph Kessler muestra un aspecto diferente de las olas. Sus fotos muestran los diversos estados de ánimo de las olas oceánicas: desde ondulaciones suaves hasta una masa de agua en furia. Por lo tanto, es un gran placer para mí presentar al lector algunos conceptos básicos sobre el origen y el ciclo de vida de las olas oceánicas.

Fuera del interminable ciclo de las olas del océano, cada imagen representa una instantánea en el tiempo, desde su origen en una suave brisa hasta el momento en que se rompen con fuerza en la costa. Esto automáticamente nos lleva a preguntar qué sucede en las fases intermedias. Antes de explicar esto, primero presentaré los diferentes tipos de olas que ocurren en el océano. Las ondas más comunes son las generadas por la acción del viento. Todo el mundo los reconoce inmediatamente como ondas de agua, y se materializan en todas partes, en el océano, en los lagos, pero también en nuestras zanjas y estanques. Es importante enfatizar que estas imágenes de onda grabadas por Dolph Kessler son el foco principal de mi introducción. Otro tipo común de ondas son las mareas, reconocibles por la variación lenta dos veces al día de los niveles de agua. Este fenómeno de onda se genera principalmente por la interacción gravitatoria de la tierra, la luna y el sol. Las ondas de marea se revelan en la zona costera donde las corrientes acompañantes tienen que forzarse a través de estrechos estrechos. De vez en cuando, la superficie del océano es perturbada por un tsunami causado por un movimiento repentino del fondo del océano. Esto a su vez es causado por fuertes terremotos o volcanes explosivos. En aguas profundas tales olas son apenas visibles, pero en las zonas costeras poco profundas pueden aumentar en tamaño a alturas altísimas que destruyen todo en su trayectoria.

Para que el lector pueda entender mejor la historia detrás de cada fotografía, describiré el ciclo de vida de las olas. Esto no se limitará a una sola ola, sino más bien a una colección de ondas a medida que crecen y se propagan sobre el océano hasta que finalmente se rompen. También introduciré una serie de conceptos para permitir la definición de situaciones más complejas. Pretor-Pinney escribió un libro iluminador sobre los diferentes tipos de fenómenos de las ondas que encontramos en nuestra vida cotidiana, incluidas las ondas generadas por el viento. Para esta introducción voy a basar en su distinción de las cinco fases en el ciclo de vida de las ondas de viento, que pasan gradualmente de una fase a la siguiente. En la primera fase, una brisa ligera es suficiente para generar pequeñas perturbaciones en la superficie del agua. A menudo aparecen como patrones de diamantes cruzando rápidamente sobre la superficie del agua. Tan pronto como el viento cae, estas ondulaciones desaparecen rápidamente debido al efecto amortiguador de la tensión superficial. Los marineros ven en estos pequeños disturbios un golpe de viento que se aproxima, permitiéndoles tiempo para apretar la vela. Estas ondas iniciales sólo alcanzan alturas de unos pocos centímetros, pero existen en todas partes en el océano como el clima completamente tranquilo es raro.

A medida que el viento se hace más fuerte, llegamos a la segunda fase del crecimiento de las olas. Pequeños vórtices invisibles en el aire crean fluctuaciones de presión alternas empujando contra las pequeñas olas para que crezcan lentamente. Ahora han crecido tan grandes que ya no pueden ser sometidos por la tensión superficial. La superficie del mar ahora se parece a una colección caótica de ondas. Cada onda simple se puede considerar como un movimiento ondulante de la superficie del agua con el punto más alto llamado la cresta de la onda y el punto más bajo la ondulación de la onda. A cada onda se le pueden atribuir algunas características, tales como su altura (la distancia vertical entre la cresta y la depresión), su longitud (la distancia horizontal entre las crestas sucesivas), su período de onda (el tiempo que tarda las crestas de onda en pasar una cierta Punto) y la dirección en la que se propagan. En general, las alturas de las olas aumentan con el aumento de los períodos de onda, y sus longitudes de onda son proporcionales al cuadrado de su período.

Tomó mucho tiempo antes de que los oceanógrafos desentrañaran la estructura de un campo ondulatorio. Afortunadamente, a pesar del aparente caos, hay una estructura subyacente. Para simplificar, consideraremos la situación en la que el viento sopla desde una sola dirección. El primer paso es contar la frecuencia con que las ondas vienen de una dirección determinada con respecto a la dirección del viento. Entonces vemos que la mayoría de las ondas viajan aproximadamente en la misma dirección que el viento y que el número de ondas disminuye con un ángulo creciente con respecto a la dirección del viento. Esta distribución sobre direcciones se denomina propagación direccional. Los mares del viento suelen estar más extendidos que las oleadas regulares de oleaje, que parecen venir de una sola dirección.
Una segunda forma de contar ondas es observar el movimiento ascendente y descendente de la superficie del agua en un lugar fijo con respecto a un nivel medio. Cada vez que las superficies ondulantes del agua atraviesan este nivel comienza una nueva ola desde la cual podemos determinar su altura y periodo. La altura de la ola entonces sigue como la diferencia entre el nivel de agua más alto y más bajo y el período de onda es el tiempo entre dos cruces de este nivel de agua promedio. Las observaciones muestran que en los mares tempestuosos un aumento en la altura media de las olas es acompañado por un aumento en el período de onda, mientras que en las condiciones de hinchamiento la altura de las olas disminuye con el aumento del periodo de olas. A pesar de la amplia gama de alturas de olas, muchas personas son capaces de atribuir una altura de ola característica a tal colección de ondas, a menudo referida como la “altura de ola significativa”. Otra propiedad de las olas es su pendiente, la relación entre la altura de la ola y la longitud de la onda. Un campo ondulatorio en crecimiento es más escarpado que un campo ondulante.

Con el aumento de la velocidad del viento, las olas cambian de carácter de nuevo y así entramos en la tercera fase en el ciclo de vida de las olas. El mar se vuelve más áspero y los capullos blancos aparecen. Estos whitecaps indican condiciones de rotura donde algunas olas pierden parte de su energía. En condiciones de tormenta, los canales entre las ondas se llenarán gradualmente de espuma y gotitas, lo que dificulta distinguir las ondas individuales. En condiciones de viento constante las olas crecerán a una situación de equilibrio en la que el crecimiento por el viento y la disipación por el equilibrio de ruptura. En esta situación, la superficie de la onda sigue apareciendo caótica, pero de nuevo existe un cierto orden subyacente que está asociado con varios procesos físicos. Uno de estos procesos consiste en interacciones entre los diferentes componentes de onda que constituyen un campo de ondas. Estas interacciones intercambian energía de tal manera que una determinada distribución emerge de ondas con periodos, longitudes y direcciones variables.

Cuando el viento cae, el campo de la ola cambiará de nuevo de carácter y entraremos en la cuarta fase. El viento no transfiere la energía a las ondas más y las cápsulas blancas desaparecen rápidamente. Ahora las olas ya no están bajo la influencia del viento y los oceanógrafos llaman a tales ondas hincharse. Ahora aparece otra interesante propiedad de las olas oceánicas. La velocidad de propagación de una onda es proporcional a su período de onda. Esto significa que las ondas de un período más largo se mueven más rápido sobre la superficie del océano que las ondas más cortas con periodos de onda más pequeños. El efecto es que el campo de onda se descompone gradualmente en grupos de ondas que se propagan en la misma dirección con la misma velocidad. A medida que las olas se extienden sobre la superficie del océano, aparecerán más regulares con el tiempo y el espacio. Tales ondas regulares se experimentan como ondas de oleaje. En la década de 1960 se descubrió que las olas hinchadas podrían propagarse a grandes distancias, ya que apenas pierden energía al romperse. En un famoso experimento se descubrió que las oleadas de oleaje que se aproximaban a las costas de Alaska se generaron 10 días antes en una tormenta severa cerca de la Antártida. ¡Eso es una distancia de más de 14.000 km! Esto ilustra además que las ondas de hinchamiento se comportan independientemente de las condiciones meteorológicas locales donde se miden. Esta propiedad única de olas de oleaje fue explotada durante cientos de años por la gente de mar de las Islas Marshall para apoyar la navegación entre sus islas distantes, mucho antes de la época de un dispositivo GPS. Como estas islas se encuentran en el medio del Océano Pacífico se encuentran con un flujo bastante constante de hinchadas generadas en las zonas de tormenta norte y sur del Océano Pacífico. En junio de 2015 participé en una expedición científica a las Islas Marshall para estudiar este antiguo arte de leer las olas para fines de navegación. Era especial experimentar el movimiento ondulante de las olas oceánicas en el medio del océano y confiar en la artesanía del navegante para traernos con seguridad a la isla más cercana.

Incluso las ondas tienen una vida finita. En un momento determinado llegarán a la costa. Antes de que lleguen a la costa, sin embargo, son ralentizados y debilitados por aguas poco profundas sólo para romper en las costas atlánticas. Especialmente en tiempo de tormenta es maravilloso ver cómo estas olas altísimas explotan en salpicaduras enormes. De esta manera se puede sentir el poder de las olas. También en climas calmos y en áreas con fondos ligeramente inclinados, como es el caso cerca de Nazaré en Portugal, las olas hinchadas pueden convertirse en gigantescos rompedores. Pero también en el océano abierto, las olas que vienen de diferentes direcciones pueden chocar en fuentes repentinas de agua. Esto está bien ilustrado en un número de fotos en este libro, como el de la página 46.

En el resumen anterior he dado una descripción del fascinante ciclo de vida de las olas oceánicas generadas por el viento. Curiosamente, también podemos invertir el problema. ¿Qué nos dicen las olas del viento? Hace ya más de 200 años que Francis Beaufort abordó esta cuestión. Estaba en busca de un método para registrar sistemáticamente la condición del tiempo de los barcos. Sobre la base de las características visibles de la superficie del mar, fue capaz de derivar una escala objetiva que alcanzaba desde 1 (pequeñas ondulaciones) hasta la escala 12 casi imposible de medir (fuerza de huracán). Como había miles de barcos navegando en el océano que fue capaz de derivar un atlas mundial del clima del viento y las olas. Este atlas da una descripción estadística de las condiciones climáticas que se pueden esperar en un día dado. Pronto fue reconocido como indispensable para planificar viajes seguros. Con la llegada de técnicas de pronóstico basadas en computadoras, estos atlas pronto se convirtieron en obsoletos.

Estos modelos informáticos hacen uso del viento pronosticado en el océano y traducen esta información en una predicción de las condiciones de onda esperadas, similar a los pronósticos meteorológicos bien conocidos. El arte de predecir las condiciones de las olas dio un salto significativo en la Segunda Guerra Mundial cuando hubo una fuerte necesidad de predicciones de olas confiables para aterrizajes anfibios seguros. En ese momento, hacer tal predicción requería mucho trabajo manual tedioso e intrincado. Con un conocimiento cada vez mayor de la generación y el comportamiento de las ondas generadas por el viento y con el desarrollo de técnicas informáticas es hoy en día relativamente fácil hacer una predicción útil. Los modelos de predicción de olas ahora cubren todo el globo y son capaces de producir pronósticos fiables para una semana por venir. Esto permite a la gente de mar optimizar su ruta y evitar sistemas de tormenta peligrosos.

A pesar de este progreso, las predicciones todavía tienen sus limitaciones. Un ejemplo incluye la incapacidad para predecir ondas extrañas. Tales ondas se elevan inesperadamente desde la superficie del océano como una pared empinada de agua. Los primeros relatos sobre estas olas se encontraron con el escepticismo de los científicos. Solamente cuando las medidas de la onda confiadas tomadas de las plataformas costa afuera confirmaron la existencia de tales ondas, era este tema seriamente estudiado por los investigadores. Es probable que las ondas anormales sean la causa de la repentina desaparición de decenas de barcos en los océanos del mundo. Afortunadamente, se ha hecho un enorme progreso para predecir la probabilidad de que ocurra una ola tan extraña en un área y un marco de tiempo determinados.
En las regiones árticas, el océano está bordeado por campos de hielo. Los bordes de estos campos de hielo son continuamente atacados por las olas. El movimiento de ola se propaga en el hielo gradualmente rompiendo el hielo en pedazos más pequeños. Cuando el viento sopla hacia el hielo, las capas de hielo se acumulan en una zona compacta, mientras que con los vientos hacia el mar la superficie del océano está llena de miles de pequeños paquetes de hielo. Este hielo a la deriva amortigua el movimiento de la ola que conduce a la experiencia de agua tranquila para cualquier persona navegar a través de una zona. En las regiones polares del Océano Atlántico, Groenlandia y Antártida, los icebergs parten de los glaciares que conducen al mar. Estas majestuosas montañas de hielo pueden ser bastante peligrosas ya que la mayor parte de su volumen está bajo el agua. Las grandes jorobadas de hielo se desplazan lentamente con las corrientes oceánicas mientras las olas las mordiscan, provocando que estos icebergs tomen formas variadas. A pesar de la belleza de los icebergs, la gente de mar debe tener mucho cuidado al aventurarse en sus alrededores.

En el resumen anterior presenté la multitud de fenómenos de olas en el océano y cómo pueden ser experimentados por la gente de mar. Aunque nunca ha sido intención de Dolph Kessler interpretar la ciencia de las ondas, los detalles intrincados y la riqueza estilística de estas fotografías de olas, siguen fascinándome.

Gerbrant van Vledder
Olst, octubre de 2016