Hirviöaaltoja syntyy merillä
ennakoitua enemmän

Hampurin teknillisessä yliopistossa on pystytty  tuottamaan ja mittaamaan vesitankissa hirviöaaltojen kaltaisia erakkoaaltoja.
Hampurin teknillisessä yliopistossa on pystytty tuottamaan ja mittaamaan vesitankissa hirviöaaltojen kaltaisia erakkoaaltoja.

Ratsain liikkunutta skotti-insinööriä John Scott Russellia kohtasi outo näky Edinburghissa vuonna 1832. Hevosten vetämän jaalan perään muodostui kapeassa Union-kanaalissa yllättäen yksittäinen keula-aalto. Aalto eteni kovalla nopeudella jonkinlaisena vesikasautumana hidastumatta ja muotonsa säilyttäen ainakin nelisen kilometriä, eli niin pitkälle kuin Russell kykeni sitä hevosella laukaten seuraamaan.

Skotti-insinööri todisti näin newtonilaisen logiikan kieltävän erakkoaallon eli solitonin olemassaolon. Jotkut sanovat nähneensä solitoneja Aurajoessakin, mutta ilmiö on taustalla myös silloin, kun maailman valta- ja sisämerillä tai suurilla sisäjärvillä nähdään jättiläismäisiksi kohoavia aaltoja.

Jättiläis-, roisto-, friikki-, hirviö-, tappaja- tai äärimmäisiksi aalloiksi kutsuttavat merten erakkoaallot eivät ole tarkasti ottaen solitoneja, vaan niiden ja tavanomaisten sinimuotoisten aaltojen välimuotoja. Jättiläisaallot ovat valtamerten friikkejä, ne syntyvät ikään kuin tyhjästä, etenevät massiivisena seinämänä kovalla vauhdilla ja häviävät yhtä nopeasti kuin ilmaantuivatkin.

Tällaisten jopa 30 metrin korkeuteen kohoavien aaltojen tielle joutuessaan supertankkerit, öljynporauslautat ja suuret risteilyaluksetkin ovat hätää kärsimässä. Viimeksi risteilyalus joutui jättiläisaallon armoille maaliskuussa 2010 Välimerellä Espanjan rannikolla. Tämän Louis Majesty -risteilijän lisäksi tiedetään, että myös kuuluisat linjalaivat RMS Queen Mary (1942) ja RMS Queen Elisabeth II (1995) ovat todistettavasti kamppailleet kyseisten merten monstereiden kanssa.

Hirviöaaltojen tutkiminen on yksi valtamerten tutkimuksen eli oseanografian tieteenhaara. Sen pyrkii selvittämään paitsi aaltojen esiintymispaikkoja ja –tiheyksiä, myös niitä syitä ja mekanismeja, jotka johtavat kyseisten aaltojen syntymiseen. Tutkimusta voidaan hyödyntää kulkureittien valinnoissa, laivasuunnittelussa ja laivanrakennuksessa.

Monsteriaaltona pidetään aaltoa, joka on vähintään kaksi kertaa niin korkea kuin merialueen merkitsevä aallonkorkeus. Jälkimmäinen taas on keskiarvo kolmanneksesta merialueen korkeimmista aalloista. Tämän vuoksi hirviöaallolla ei ole absoluuttista alarajaa: Siinä missä Pohjanmeren tai Afrikan eteläkärjen itäpuolella sijaitsevan Cape Agulhasin jättiläisaaltojen korkeus on helposti 25-30 metriä, Itämerellä ja Suurilla järvillä suurimmat monstereiksi luokiteltavat aallot ovat kahdeksanmetrisiä.

Hirviöaaltojen tutkimus muuttui tieteelliseksi viimeistään tammikuun ensimmäisenä päivänä vuonna 1995, jolloin norjalaisella Draupner-öljyntuotantolautalla pystyttiin määrittämään laserin avulla yksittäisen friikkiaallon korkeudeksi 25,6 metriä. Viisi vuotta myöhemmin Skotlannin länsipuolella mitattiin 29,1 metriä korkea aalto.

Euroopan avaruusjärjestön vuonna 2004 tekemissä, kolme viikkoa kestäneissä satelliittimittauksissa löytyi kymmenen yli 25-metristä hirviöaaltoa. Vielä viime vuoteen asti otaksuttiin, että 10 000 aallon joukossa on kolme hirviöaaltoa, mutta uusien simulaatioiden mukaan niitä löytyy kolme jo 1000 aallon joukosta.

Hirviöaalto eroaa synty-, liikkumis- ja ilmenemistapansa puolesta selkeästi tsunamiaallosta. Tsunamiaaltojen syntyyn tarvitaan aina massiivinen ainekoostumuksen – esimerkiksi mannerlaatan, maaperän tai jään – äkillinen siirros. Tsunamit liikkuvat valtameren puolelta toiselle lähes suihkumatkustajakoneen nopeudella energiansa ja liikemääränsä säilyttäen. Vaikutukset ilmenevät vasta, kun tsunami saavuttaa matalan veden ja aallonpituus kutistuu.

Hirviöaalto taas on sekä avaruudellisesti että ajallisesti hyvin paikallinen, useimmiten avomerellä esiintyvä ilmiö. Viime aikoina on havaittu, että hirviöaaltomekanismi toimii myös matalassa vedessä saarten ja mantereiden kärkien läheisyydessä. Sekä tsunamien että hirviöaaltojen käyttäytyminen on sekoitus tavallisten aaltojen lineaarisesta ja solitoniaaltojen epälineaarisesta aaltomekaniikasta.

Afrikan eteläkärjen koillista puolta pidetään hirviöaaltojen automaattisena kotipesänä. Siellä Intian valtameren reunaa pitkin lounaaseen kulkeva Agulhasin merivirta kohtaa eteläiseltä Atlantilta kohti koillista matkaavat, armottomien myrskytuulten nostattamat mainingit, jotka pakkautuvat ja tiukkenevat kasaan, kun vastaan tuleva merivirta hidastaa niitä. Aaltojen ainoa keino päästä pois tungoksesta on kohota yhä ylemmäs niin korkealle kuin niiden liike-energia riittää ja painovoima sallii.

Hirviöaaltojen syntyminen voi tapahtua useaa eri tietä, joista osa on tuttuja valon aalto-hiukkasdualismista. Esimerkiksi eteläisen Afrikan kärki toimii kuin diffraktiohila, missä aallot taipuvat, jonka jälkeen useat pienemmät aallot kohtaavat toisensa samanvaiheisina ja -suuntaisina vahvistaen samalla toisiaan. Toiseksi merivirrat fokusoivat aaltoja yhteen pisteeseen, jolloin ne hidastavat vastakkaisesta suunnasta tulevia aaltoja ja pakottavat ne korkeuksiin kohoavaksi aaltopaketiksi.

Epälineaariset prosessit voivat synnyttää kaoottisessa aaltojoukossa luonnostaan yksittäisiä hirviöaaltoja tai muutaman hirviöaallon ryhmiä. Tällaiset aallot imevät itseensä energiaa lähettyvillä olevista pienemmistä aalloista ja kykenevät vuorovaikuttamaan oman itsensä kanssa siten, että muodostuu jyrkkä, mutta lyhytkestoinen aaltoseinämä. Toisaalta jättiläismäisiä aaltoja voi muodostua myös aivan lineaarisina prosesseina sinimuotoisista aalloista ja aaltopaketeista ilman, että joukkoon syntyy yhtään yksittäistä friikkihirviötä.

Samalla kuitenkin otaksutaan, että myrskytuulten siirtäessä omaa energiaansa valtamerten pinta-aaltoihin voi tällaisistakin aalloista kasvaa lyhytikäisiä hirviöaaltoja, varsinkin kun ne kohtaavat allaan kulkevia Golf-virran tapaisia merivirtoja. Näin tapahtuu muun muassa Karibialla Bermudan kolmion alueella ja Yhdysvaltain koillisrannikolla Newfounlandin edustalla.

Hirviö- tai friikkiaallot voidaan jakaa kolmeen kategoriaan. Yhden niistä muodostavat nopeasti, 20 metrin sekuntinopeudella jopa 10 kilometriä etenevät vesiseinämät ja toisen niin sanotut kolme sisarta eli kolmen aallon muodostamat aaltoryhmät, joita on havaittu myös suurilla järvillä. Kolmannen kategorian muodostavat yksittäiset erakkoaallot, joita myrskyt generoivat kaksin- tai jopa nelinkertaistaessaan aaltojen korkeutta. Viimeksi mainitut aallot kuitenkin romahtavat kasaan muutaman sekunnin kuluessa.

Hirviöaaltoja voidaan mallintaa reaalisesta datasta matemaattisesti Fourier-analyysin, nestemekaniikkaa ja -dynamiikkaa määrittävien Navier-Stokesin yhtälöiden, Schrödingerin epälineaarisen aaltoyhtälön ja Peregrinen solitonien avulla. Ongelmalliseksi on kuitenkin osoittautunut reaalisten aaltojen kokeellinen generoiminen laboratoriossa. Vesitankeissa on tähän mennessä onnistuttu luomaan vain muutaman senttimetrin korkuisia aaltoja (Hampurin teknillinen yliopisto 2011).

Niinpä tutkijat ovat etsineet tyystin toisenlaisia koejärjestelyitä: mikroskooppisia hirviöaaltoja ja solitoneja voidaan loihtia ultrakylmissä kvanttinesteissä ja -kaasuissa kohdistamalla niihin lämpöpulsseja, jotka etenevät aaltoina (Lancasterin yliopisto 2010, MIT, Rice-yliopisto 2008). Koska tiedetään, että solitoniaaltoja voidaan loihtia puhelinverkkoihin optisissa kuiduissa, tutkijat ovat loihtineet sekä epälineaarisia että lineaarisia mikrokokoisia hirviöaaltoja optoelektronisesti sekä optisiin kuituihin (Kalfornian yliopisto UCLA ja Göttigenin yliopisto 2010) että mikroaalto-onteloissa elektronien avulla (Marbrgin ja Harvardin yliopisto 2009).

JARMO WALLENIUS

Aloita keskustelu tästä jutusta



Viesti lähetetty!

Keskusteluja julkaistaan arkisin kello 9–23 ja viikonloppuisin kello 8–22.
Virhe viestin lähetyksessä.
TS:n verkkokeskustelun säännöt

Turun Sanomien verkkokeskusteluun tulevat viestit tarkastetaan ennakolta. Siksi viestit julkaistaan viiveellä. Keskusteluja julkaistaan arkisin kello 9–23 ja viikonloppuisin kello 8–22. Toimitus voi lyhentää ja muokata kirjoituksia.

Kirjoittaja on juridisessa vastuussa viestinsä sisällöstä. Rasistisia, herjaavia tai ihmisten yksityisyyttä loukkaavia viestejä ei julkaista. Muista hyvät tavat, älä huuda!/HUUDA tai kiroile.

Emme julkaise linkkejä tai mainoksia.

Kirjoita napakasti. Emme julkaise yli 1 800 merkin viestejä. Pysy keskusteluketjun aihepiirissä. Älä yritä muuttaa aihetta.

Toimitus voi harkintansa mukaan sulkea keskusteluketjun.