print logo

Gigantbølgene på havets dyp

Kjempestore undervannsbølger ble første gang oppdaget da amerikanerne dro til månen og så merkelige striper i havområdene. Nå bruker forskere på Universitetet i Oslo matematiske modeller og simuleringer i jakten på større forståelse av undervannsbølger.

HØYE SOM FJELL: - Ved Ormen Lange-feltet kan undervannsbølgene bli opptil 300 meter høye, forteller professor John Grue.

For 40 år siden brydde ingen seriøse forskere seg om kjempestore undervannsbølger. I dag er slike undervannsbølger et av de viktigste forskningsfeltene ved Avdeling for mekanikk ved Matematisk institutt.

– I gamle dager trodde man at undervannsbølger skyldtes draugen. I dag er man i stand til å skjønne at undervannsbølger er like vanlige som overflatebølger. Vi har lagt inn havområder i en datamodell. Disse simuleringene har gitt en utvidet forståelse av fenomenet. Vi vet nå at undervannsbølger er vanligere enn vi trodde, forteller professor John Grue ved Matematisk institutt på Universitetet i Oslo.

For å få en forståelse av undervannsbølger er havet utenfor Norskekysten et godt eksempel. Havområdet er delt i to lag. Golfstrømmen skaper det øverste laget med varmt og lett overflatevann. Det nederste laget er polarstrømmer med kaldt og tungt dypvann. Havstrømmene går i hver sin retning. Vannmassene blander seg ikke sammen.

Det fascinerende er at mens det øverste laget kan ha bølger på opptil 20 meter, kan bølgene i dypvannslaget være mange ganger større. Forskere har oppdaget at høyden på disse undervannsbølgene er lik høyden på det øverste vannlaget. Jo tykkere det øverste vannlaget er, desto høyere er undervannsbølgene.

Ved Ormen Lange-feltet kan undervannsbølgene være opptil 300 meter høye. Selv om disse undervannsmassene bare beveger seg i en fart på én meter i sekundet, snakker man om så enorme vannmasser og voldsomme krefter at man forsker på om disse bølgene kan få store konsekvenser for oljeleting i dype havområder.

– Vi vet at oljeplattformer har mistet kostbart utstyr, fordi de ikke har tatt nok hensyn til undervannsbølger. Bølgene tok utstyret med seg, sier Grue.

Tunge beregninger

For å få større forståelse av problemet, kjører forskerne en storskala simulering i tre dimensjoner med anvendt matematikk i bunn. De simulerer også tidevannet og hva som skjer med undervannsbølgene når havstrømmene forlater dypt vann og presses inn mot terskler og undersjøiske fjell, slik som den norske kontinentalsokkelen og grunnene utenfor Lofoten.

Problemet er at dagens datamaskiner ikke er kraftige nok til å kjøre simuleringer over store havområder. Begrensninger i minnekapasiteten gjør det bare mulig å simulere havområder på 200 ganger 200 kilometer når man skal kjøre modeller med høy oppløsning.

Men John Grue vet at datakraften blir bedre om noen år. Han tenker derfor fremover og utvikler metoder og algoritmer som om fem år kan brukes i simuleringer av større havområder. Inntil videre tester han metodene i begrensete havområder med begrenset datakapasitet.

I jakten på bølgeforståelsen studerer forskerne også bølgebevegelser i en 25 meter lang bølgesimulator i kjelleren i Niels Henrik Abels hus på Blindern. Her kan de studere bølgebevegelsene i et lukket område. En meter i bassenget kan for eksempel tilsvare en kilometer i havet. Ved hjelp av kamera og laserlys måles hastighetsfeltet i fluidbevegelser. Metoden brukes også til å måle turbulensen når bølgene brytes. Eksperimenter viser da at bølgene ruller bortover.

Stor betydning

Det er ikke bare oljeindustrien som har glede av den nye forståelsen for undervannsbølger.

– Biologer er opptatt av undervannsbølger. Plankton beveger seg med disse havbølgene. Fisken bader i bølgen som også frakter larver og partikler. Fisken fødes et sted og blir fraktet med undervannsbølgene til et sted hvor de vokser opp, sier Grue.

Geologene studerer frakt av sedimenter. De ser blant annet på hvordan næringspartikler fra dypvann blir fraktet med undervannsbølger til fattige næringsområder med sollys.

– Det er her simuleringene våre kommer inn. Vi lyser nå opp et rom med beregninger og går inn i en dimensjon man vanligvis ikke tenker på. Hele poenget er at det er viktig å forstå grunnleggende mekanismer i undervannsbølger, sier professor John Grue.

Emneord: Matematikk og naturvitenskap, Matematikk, Anvendt matematikk, Geofag, Hydrologi Av Yngve Vogt
Publisert 1. feb. 2012 12:00 - Sist endret 2. jan. 2014 10:35