As enormes ‘ondas traiçoeiras’ podem aparecer do nada – a matemática pode revelar os seus segredos

Outrora consideradas um mito marítimo, estas ondas gigantes podem representar sérios riscos para os navios em alto-mar. Agora, os cientistas estão a desenvolver maneiras de prever as chamadas ‘ondas traiçoeiras’.

Por Ally Hirschlag
Publicado 8/06/2022, 12:45
Debaixo da Onda ao Largo de Kanagawa

A xilogravura icónica de Katsushika Hokusai, Debaixo da Onda ao Largo de Kanagawa, retrata uma onda enorme que muitas vezes é erradamente identificada como um tsunami. Esta onda enorme ao largo da costa provavelmente é uma ‘onda traiçoeira’.

Fotografia por Katsushika Hokusai, The Metropolitan Museum of Art

Em 1826, o comandante francês Jules Dumont d'Urville, cientista e oficial da marinha, foi apanhado numa tempestade turbulenta enquanto atravessava o Oceano Índico. Jules d'Urville viu uma parede de água a subir cerca de 30 metros ao lado do seu navio, o Astrolabe. Foi uma de várias ondas com mais de 25 metros de altura que Jules registou durante esta travessia acidentada. Um dos seus tripulantes perdeu a vida no mar. Contudo, depois de regressar a terra, a história de Jules d'Urville, que foi corroborada por três testemunhas, parecia tão estranha que acabou por ser descartada como fantasia.

Os cientistas daquela época acreditavam que as ondas só conseguiam atingir os cerca de 9 metros de altura, ou seja, os poucos relatos do século XIX sobre ondas massivas a erguerem-se em mar aberto foram amplamente descartados como mitos marítimos. Só mais tarde é que os cientistas iriam perceber que estes relatos eram raros porque muitos dos marinheiros que testemunharam as chamadas ondas traiçoeiras não sobreviveram para contar a história.

Os navios de Jules Dumont d'Urville, o Astrolabe e o Zelee, num desenho e litografia de Louis Le Breton de 1840. Esta cena retrata uma viagem feita entre 1837 e 1840 com o objetivo de investigar o perímetro da Antártida. Numa expedição anterior, feita cerca de uma década antes, Jules d'Urville encontrou o que descreveu como uma onda de 30 metros no Oceano Índico.

Fotografia por Smith Archive, Alamy Stock Photo

Fotografia de uma onda traiçoeira no Oceano Antártico, captada a bordo do quebra-gelo francês Astrolabe – nome que homenageia o navio histórico de Jules d'Urville – durante uma das suas viagens regulares entre Hobart, na Tasmânia, e a Estação Dumont d'Urville na Antártida. A forma desta onda é notavelmente semelhante à representada por Katsushika Hokusai na xilogravura Debaixo da Onda ao Largo de Kanagawa.

Fotografia por Veronique Sarano

Atualmente, uma onda traiçoeira é definida como uma onda duas vezes mais alta do que as ondas que a rodeiam. Estas formações gigantes podem aparecer de repente e aparentemente do nada. Com laterais íngremes e uma depressão profunda por baixo, estas vagas parecem uma parede de água a sair do mar. E podem ocorrer durante tempestades com o mar agitado, mas também há relatos de ondas traiçoeiras em águas calmas, uma das razões pelas quais são tão difíceis de prever.

Os cientistas já reconhecem que as ondas traiçoeiras são fenómenos reais desde meados da década de 1990, no entanto, conseguir manter os marinheiros a salvo destas ondas continua a ser um grande desafio. Apesar de serem relativamente raras, se atingirem um navio em mar aberto, as ondas traiçoeiras podem provocar danos graves e a perda de vidas. Na vastidão do oceano, a interação entre as inúmeras forças que dão origem a estas vagas tempestuosas pode ser difícil de desvendar. Mais recentemente, matemáticos combinaram dados do mundo real recolhidos de boias de monitorização com modelos estatísticos para perceber o que provoca a formação destas ondas gigantes. Este trabalho oferece a esperança de que podemos vir a conseguir prever o aparecimento de ondas traiçoeiras.

Esta imagem revela a morfologia de uma onda gigante recriada no Laboratório FloWave de Pesquisa de Energia Oceânica da Universidade de Edimburgo, na Escócia.

Fotografia por Dr Donald Noble, University of Edinburg, and Dr Mark McAllister, University of Oxford

Como se formam estas ondas?

No século XX, com os progressos feitos nas tecnologias de construção naval, o número de testemunhas sobreviventes de ondas gigantes aumentou. Em abril de 1966, um navio de cruzeiro italiano chamado Michelangelo encontrou uma onda de 24 metros que se elevou acima das ondas provocadas pela tempestade circundante. O navio sofreu danos significativos e três pessoas morreram afogadas, mas a maioria dos passageiros a bordo conseguiu regressar em segurança à costa.

Porém, a tripulação a bordo do MS München, um navio de contentores alemão, já não teve tanta sorte. Em dezembro de 1978, o MS München zarpou da cidade portuária alemã de Bremerhaven com destino a Savannah, nos EUA, carregado com aço e uma tripulação de 28 pessoas. Depois de comunicar as condições de mau tempo e enviar sinais de socorro às primeiras horas da manhã do dia 13 de dezembro, o navio e todos a bordo desapareceram. Um bote salva-vidas que estava preso ao navio, a cerca de 20 metros acima da água, foi recuperado, mas parecia ter sido arrancado da sua estrutura de apoio, provavelmente por uma onda gigante com pelo menos a mesma altura.

As dúvidas científicas sobre as misteriosas ondas gigantes só foram completamente dissipadas em 1995, quando uma onda traiçoeira atingiu a plataforma de petróleo Draupner, uma plataforma de gás natural no Mar do Norte, na costa da Noruega. O pico da onda, medido por um detetor de laser no andaime da plataforma, chegou muito perto dos 26 metros.

Uma boia de monitorização, operada pela empresa de investigação canadiana MarineLabs, é fotografa em águas agitadas, a aproximadamente 5 km da costa da Colúmbia Britânica, onde outra boia da MarineLabs mediu uma onda traiçoeira em 2020.

Fotografia por Mary & Ed Goski

Desde então, os cientistas já descobriram que, ao contrário dos tsunamis, que são ondas enormes produzidas por um deslocamento repentino de água devido a um evento como um sismo ou deslizamento de terras, as ondas traiçoeiras formam-se devido a uma combinação casual entre os movimentos das ondas ao longo do oceano.

Há duas teorias matemáticas mais proeminentes que tentam explicar os movimentos que dão origem às chamadas ondas traiçoeiras: adição linear e focagem não linear. A adição linear pressupõe que as ondas viajam pelo oceano em velocidades diferentes e, quando se sobrepõem, podem transformar-se numa onda traiçoeira. A focagem não linear pressupõe que as ondas viajam em grupos e podem emprestar energia umas às outras, algo que por vezes gera uma onda traiçoeira.

Uma das razões para esta incerteza reside no facto de as ondas traiçoeiras serem raras. Mesmo hoje em dia, não existem muitos dados fidedignos.

“Geralmente, as ondas traiçoeiras são medidas a partir de plataformas ou boias, que registam as medições num local específico sem qualquer tipo de conhecimento sobre o que aconteceu antes, ou sobre o que vai acontecer”, diz Amin Chabchoub, físico de ondas da Universidade de Sydney, na Austrália. Um estudo de 2019 liderado por Amin Chabchoub avaliou várias observações e modelos de ondas traiçoeiras, e a equipa concluiu que o mecanismo das ondas traiçoeiras pode mudar dependendo de vários fatores no mar num determinado momento – o chamado estado do mar.

Para compensar as observações limitadas sobre ondas traiçoeiras, os cientistas dependem dos tanques de ondas. “As recreações em laboratório imitam quase à escala o que acontece na superfície do oceano”, diz Amin Chabchoub. Estas experiências podem até explicar as correntes e os ventos, embora esta configuração controlada se faça acompanhar pelas suas próprias limitações.

Quando a água fica presa num canal estreito, como num tanque de ondas, é muito mais fácil a formação e observação de ondas grandes. Contudo, estas experiências representam um “cenário irrealista” porque as ondas não se podem espalhar em todas as direções como acontece no mar, diz Francesco Fedele, engenheiro oceânico do Instituto de Tecnologia da Geórgia.

A Administração Oceânica e Atmosférica Nacional dos EUA está a desenvolver um sistema que consegue prever áreas potencialmente perigosas no oceano de hora a hora através de um programa chamado WAVEWATCH III. A versão mais recente deste programa, lançada em 2019, usa uma fórmula de probabilidade que foi desenvolvida por Francesco Fedele em 2012 – para prever condições extremas no oceano numa hora e local específicos. É uma ferramenta útil para ajudar os marinheiros a evitar mares perigosos, mas pode não ser suficiente para os proteger de uma onda que aparece do nada.

Johannes Gemmrich, cientista de investigação da Universidade de Victoria, no Canadá, que analisou a onda traiçoeira de 2020 perto da ilha de Vancouver, diz que as ondas traiçoeiras são geralmente geradas quando as ondas viajam em velocidades diferentes e acabam ocasionalmente por se sobreporem, suportando o referido modelo de adição linear. Porém, Johannes Gemmrich acredita que a assimetria das ondas – quando as ondas têm picos mais altos e fundos mais baixos – também desempenha um papel crucial.

“Se observarmos uma assimetria mais forte, a probabilidade de aparecimento de ondas extremas aumenta drasticamente”, diz Johannes Gemmrich.

Uma fórmula geral para o mar

Também há matemáticos que dizem que a causa das ondas traiçoeiras é indiferente, porque continua a ser possível prever ondas traiçoeiras com bastante precisão através de uma estrutura estatística para ocorrências raras chamada teoria do grande desvio.

O conceito deste método é modelar da forma mais eficiente possível a formação de uma onda traiçoeira e, de seguida, usar esse modelo para traçar o trajeto de desenvolvimento de uma determinada onda traiçoeira. Esta teoria pode levar em conta os efeitos lineares e não lineares dependendo do cenário, e é por isso que os seus proponentes a consideram uma teoria unificadora – uma teoria que talvez possa ser usada para prever ondas gigantes em várias condições oceânicas.

“Se nos focarmos apenas na forma mais eficiente de formação destas ondas, bate certo com as ondas observadas no mundo real”, diz Tobias Grafke, matemático da Universidade de Warwick, no Reino Unido.

Tobias Grafke e uma equipa de investigadores testaram esta teoria em canais de ondas, compararam os resultados com as observações de ondas em tempo real e descobriram que, surpreendentemente, este método consegue prever ondas traiçoeiras em ambas as configurações com muita eficácia.

Este tipo de estrutura, porém, tem um problema – é extremamente complicado levar em consideração todos os fatores sobre o estado do mar num determinado momento em específico. Se formos o comandante de um navio, as informações de previsão mais úteis derivam das observações feitas em tempo real, não de probabilidades estatísticas. Tobias Grafke diz que a fórmula da sua equipa consegue explicar as especificidades do estado do mar, mas quanto mais variáveis forem incluídas no processo, mais difícil é chegar rapidamente a uma conclusão.

“Quanto mais complexas forem [as equações], melhor será a previsão, mas também o esforço e o tempo de computação”, diz Amin Chabchoub. “Portanto, para obter resultados úteis, temos de fazer um equilíbrio entre precisão e tempo.”

Previsão em tempo real

Os cientistas estão a adotar as tecnologias de previsão de ondas em tempo real, mas as abordagens mais recentes precisam de testagem em ambientes da vida real – mais um desafio dada a raridade de ondas traiçoeiras. Em muitos casos, o processo de computação precisa de ser acelerado para corresponder à velocidade das ondas.

Em águas agitadas, as ondas traiçoeiras podem formar-se em apenas “10 ou 15 segundos”, diz Francesco Fedele. “Continua a ser difícil fazer previsões rápidas e precisas num intervalo de tempo tão curto.”

Para prever uma onda traiçoeira, seria necessário um sistema de radar para medir continuamente as ondas em torno de um barco, e processar os dados através de um modelo matemático que revelasse uma imagem da superfície do oceano naquele momento. Um modelo que conseguisse calcular uma nova superfície oceânica a cada cinco minutos ofereceria uma previsão relativamente precisa de como as ondas poderiam evoluir nos minutos seguintes.

Este sistema ainda não é uma realidade. “A tecnologia existe. A questão agora é perceber como é que o fazemos rapidamente”, diz Francesco Fedele.

Conforme mais ondas traiçoeiras vão sendo observadas, os matemáticos podem eventualmente encontrar uma forma de as antecipar antes sequer de estas surgirem no oceano – uma tecnologia que, em 1826, seria apenas uma miragem distante para o comandante Jules Dumont d'Urville.

 

Este artigo foi publicado originalmente em inglês no site nationalgeographic.com

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