Valtamerilaivoja upottavat hirmuaallot näkyviin ESAn tutkasatelliiteilla

Harvinainen kuva tuhoaallosta
21 Heinäkuu 2004

Epänormaalin suuret valtameriaallot, joita pidettiin aikoinaan merimiesten kehittäminä myytteinä ja joiden on kerrottu olevan 10-kerroksisen talon korkuisia, on nyttemmin hyväksytty selitykseksi outoihin laivojen uppoamistapauksiin. ESAn ERS-kaukokartoitussatelliitin välittämistä tiedoista on ollut apua selvitettäessä näiden tuhoaaltojen yleisyyttä, ja nyt tietojen perusteella pyritään selvittämään miten nämä aallot syntyvät.

Mennen kahden vuosikymmenen aikana on huonoissa sääolosuhteissa uponnut yli 200 supertankkeria ja konttilaivaa, jotka ovat olleet pituudeltaan yli 200 metriä. Tuhoaaltojen uskotaan olevan pääasiallisina tekijöinä näissä onnettomuuksissa.

Vastaavista tilanteista hengissä selvinneillä merimiehillä on hämmästyttäviä tarinoita kerrottavanaan. Risteilyalus Queen Elizabeth II kohtasi 29-metrisen tuhoaallon helmikuussa 1995 joutuessaan hurrikaanin vaikutuspiiriin Pohjois-Atlantilla. Aluksen kapteeni Ronald Warwick kuvaili aaltoa ”valtavaksi vesiseinäksi… näytti avain siltä, kuin olisimme olleet törmäämässä Doverin rantajyrkänteeseen.”

Saman viikon kuluessa helmi-maaliskuussa 2001 kaksi paljon kokenutta risteilyalusta – Bremen ja Caledonian Star – menettivät komentosillan ikkunat, kun 30-metrinen tuhoaalto pyyhkäisi laivojen yli Etelä-Atlantilla. Bremen joutui ajelehtimaan pari tuntia ilman toimivaa navigointilaitteistoa ja työntövoimaa.

Jättiaallon aiheuttamaa tuhoa

"Nämä tapahtumat sattuivat alle tuhannen kilometrin päässä toisistaan”, kertoo Wolfgang Rosenthal, Geesthachtissa Saksassa sijaitsevan GKSS Forschungszentrum GmbH -tutkimuslaitoksen vanhempi tutkija, joka on tutkinut tuhoaaltoja useita vuosia. ”Bremenin sähkölaitteet olivat kokonaisuudessaan pois päältä ja alus ajelehti aaltojen mukana. Miehistö kuvitteli jo viimeisen päivänsä koittaneen, kunnes laitteet saatiin takaisin kuntoon.”

”Vastaava ilmiö olisi voinut upottaa monta vähemmän onnekasta alusta: keskimäärin kaksi suurta laivaa uppoaa viikoittain, mutta tapausten syitä ei koskaan tutkita niin yksityiskohtaisesti kuin lentotapaturmien syitä. Syyksi todetaan yksinkertaisesti ’huono sää’.”

Myös öljynporauslautat ovat saaneet osansa. Esimerkiksi Pohjanmerellä sijaitsevaan Draupnerin öljynporauslauttaan iski valtava aalto 1. tammikuuta 1995. Aallon korkeudeksi mitattiin lautalla olevalla laserlaitteella 26 metriä ja sitä ympäröivät pienemmät aallot olivat nekin jopa 12-metrisiä.

Merchant ship
Valtameriaalto Biskajanlahdella

Draupnerin lautalta ja muiltakin mm. Pohjanmeren Goma-öljykentän lautoilta on tarkkoja havaintoja 466 tuhoaaltotapauksesta 12:sta vuoden ajalta. Niistä on ollut apua, kun tuhoaaltotutkijat ovat koittaneet käännyttää kannalleen epäileviä kollegoitaan; tilastotieteellinen lähestymistapa väittää, että näin merkittävät poikkeamat ympäröivän meren tilasta eivät voisi tapahtua kuin kerran 10 000 vuodessa.

Tuhoaaltotutkimuksella voi olla yleisen kiinnostavuuden lisäksi huomattavaa turvallisuudellista ja taloudellista merkitystä, sillä nykyiset laivat ja öljynporauslautat on mitoitettu sietämään enintään 15-metrisiä aaltoja.

Joulukuussa 2000 Euroopan unioni käynnisti MaxWave-nimisen tieteellisen projektin, jonka tavoitteena on saada vahvistus tuhoaaltojen laajamittaiselle esiintymiselle, mallintaa niiden esiintymistapoja ja arvioida niiden merkitystä laivojen ja öljynporauslauttojen rakennesuunnittelulle. ESAn ERS-tutkasatelliittien keräämiä tietoja käytettiin projektissa ensimmäistä kertaa tuhoaaltojen globaalissa kartoituksessa.

ERS-1 and 2
ERS-satelliitti

”Ilman avaruudessa olevia tutkalaitteita, ei meillä ole mitään mahdollisuutta tehdä näin laajamittaisia havaintoja”, kertoo kolme vuotta kestänyttä projektiä johtanut Wolfgang Rosenthal. ”Aluksi meillä oli käytössämme vain öljynporauslauttojen mittaustiedot, joten olimme kiinnostuneita ERS-satelliittien tutkakuvien hyödyntämisestä heti alusta pitäen.”

ESAn kaksi samanlaista ympäristöntutkimussatelliittia ERS-1 and ERS-2 on varustettu ns. synteettisen apertuurin tutkalla, eli millimetriaaltotutkalla, jonka tarkkuutta pystytään elektronisesti parantamaan ilman, että tutkan koko kuitenkaan on suuri. Satelliitit laukaistiin avaruuteen heinäkuussa 1991 ja huhtikuussa 1995. Merta ja maan pintaa kuvantava SAR-tutka oli kummankin satelliitin päätutkimuslaite.

Tutka pystyy toimimaan eri tavoilla eri tilanteissa; satelliitin lentäessä merten päällä, toimii SAR-tutka ns. aaltotilassa, jolloin se ottaa kooltaan 10 km x 5 km olevia ’kuvakkeita’ merenpinnasta 200 kilometrin välein.

ERS-2-sateelliitin tuottama 'kuvake'

Nämä kuvakkeet muunnetaan matemaattisesti keskimääräistetyiksi esityksiksi aaltojen energiasta ja niiden suunnasta; tätä kutsutaan valtamerispektriksi. ESA on asettanut nämä spektrit julkisesti käytettäviksi ja niistä on apua meteorologeille merisääennustemallien tekemisessä.

”Kuvakkeiden raakadataa ei ole normaalisti saatavissa, mutta koska niiden resoluutio on noin 10 metriä, oletimme niistä olevan paljon hyötyä tutkimuksellemme”, kertoo Rosenthal. ”Valtamerispektrit edustavat keskimääräistä valtameren tilasta kertovaa data, mutta kuvakkeet esittävät yksittäisten aaltojen korkeutta sekä niiden ääriarvoja. Juuri nämä tiedot kiinnostavat meitä."

"ESA järjesti meille kolmen viikon edestä dataa, noin 30 000 kuvakkeen verran, ja valitsimme me ajalta, jolloin Bremen ja Caledonian Star joutuivat tuhoaaltojen hyökytykseen. Kuvat käsiteltiin Saksan ilmailu- ja avaruustutkimuskeskuksessa DLR:ssä ja niiltä haettiin tietokoneen avulla automaattisesti ääriarvoja edustavia aaltoja.”

Jättiaaalto, joka havaittiin ERS-2-kuvakemateriaalista

Vaikka ajanjakso olikin suhteellisen lyhyt, MaxWave-projektiryhmä onnistui tehtävässään ja tunnisti yli kymmenen 25 metriä suurempaa jättiaaltoa eri puolilta maapalloa.

”Kun saimme näin todisteen niiden olemisesta, ja vieläpä esiintymisestä odotettua runsaslukuisempana, on seuraava vaihe tehdä analyysi niiden ennustettavuudesta”, selittää Rosenthal. ”MaxWave-projekti lopetettiin muodollisesti vuoden 2003 päättyessä, mutta kaksi yksittäistä tutkimusta jatkaa sen aloittamaa työtä. Yhdessä tutkitaan mikä saa laivat uppoamaan ja toisessa analysoidaan satelliittidataa. Tarkoituksena on parantaa laivanrakennustapoja ja kehittää aaltojen ennustamismenetelmiä."

Lisäksi nyt on käynnistetty uusi projekti nimeltään "WaveAtlas”, jonka yhteydessä tullaan käyttämään kahden vuoden ajalta kerättyä ERS-kuvakemateriaalia maailmanlaajuisen tuhoaaltokartan kokoamiseen ja aaltohin liittyvien tilastotieteellisten analyysien tekemiseen. Projektin päätutkijana toimii Susanne Lehner, joka on professorina Miamin yliopiston Sovelletun merifysiikan laitoksella Yhdysvalloissa. Hän on oli mukana myös MaxWave-projektissa Saksassa olleessaan ja teki työtä Rosenthalin kanssa.

”Kun katselee kuvakkeita, tuntuu kuin olisi lennossa, sillä niiden ansiosta voi seurata meren tilaa koko sillä alueella, joka päältä satelliitti on lentänyt”, Lehner kertoo. ”Muut muodostumat kuten ahtojää, öljypäästöt ja laivat ovat myös havaittavissa kuvakkeista ja niinpä kuvakkeista on apua muillakin tutkimusaloilla.”

”Vain tutkasatelliitit pystyvät tuottamaan kunnollista havaintomateriaalia, jota tarvitaan tehtäessä meriin kohdistuvia tilastotieteellisiä analyyseja, sillä tutkan säteet läpäisivät pilvet ja toimivat myös pimeällä, toisin kuin optiset laitteet. Myrskysäässä satelliittien tutkakuvat ovat ainoa toimiva tietolähde.”

Joitain käyttäytymismalleja on jo paljastunut. Tuhoaallot usein liittyvät merialueisiin, joilla tavalliset aallot kohtaavat merivirtoja ja pyörteitä. Virran voimakkuus keskittää aaltoenergiaa, joka synnyttää suurempia aaltoja. Lehner vertaa ilmiötä optiseen linssiin, joka keskittää valoa pienelle alalle.

Tuhoaalto aaltoaltaassa

Tämä pätee erityisesti surullisen kuuluisan Agulhas-virran tapauksessa Etelä-Afrikan itärannikon tuntumassa, mutta tuhoaaltoalttiutta on havaittu myös muiden virtojen yhteydessä. Esimerkiksi kelpaa myös Golfvirta Pohjois-Atlantilla, joka on vuorovaikutuksessa Labradorin mereltä tulevien aaltojen kanssa.

Kerätty tietoaineisto on osoittanut myös sen, että tuhoaaltoja voi ilmetä kaukana merivirroista, säärintamien ja matalapaineiden yhteydessä. Yli 12 tuntia kestävien pitkäaikaisten myrskyjen tuulet voivat kasvattaa optiminopeudella kulkevien aaltojen kokoa, jotka kulkevat tuulen kanssa synkronissa – jos ne etenisivät liian nopeasti, ne menisivät myrskyn edelle, kun taas hitaammin kulkiessaan ne jäisivät jälkeen.

”Tiedossamme on muutamia syitä, jotka saavat tuhoaaltoja aikaan, mutta emme suinkaan tunne kaikkia,” Rosenthal päättää. WaveAtlas-projekti on sovittu päättyväksi vuoden 2005 ensimmäisen neljänneksen aikana.

Copyright 2000 - 2014 © European Space Agency. All rights reserved.