Θαυμάζοντας τα κύματα 2

Τα στοιχεία του κύματος

Τα κύματα έχουν ύψος, μήκος, περίοδο και ταχύητα. Υψος αποκαλούμε την κατακόρυφη απόσταση ανάμεσα στο κοίλο και την κορυφή ενός κύματος και μήκος την οριζόντια απόσταση ανάμεσα σε δύο διαδοχικές κορυφές μήκος του κύματος. Αυτό που οι επιστήμονες αποκαλούν "περίοδο" είναι ο χρόνος που χρειάζονται δύο διαδοχικές κορυφές να περάσουν από το ίδιο σημείο. Η ταχύτητα με την οποία μετακινείται η κορυφή του είναι η ταχύτητα του κύματος.

Το εντυπωσιακό είναι πως κανένα από αυτά τα μεγέθη δεν είναι στατικά, αλλά οι αλλαγές τους έχουν σταθερές αναλογίες με τις αλλαγές στην ταχύτητα του ανέμου, το βάθος της θάλασσας, την έκταση πάνω από την οποία πνέει και για πόσο χρονικό διάστημα. Το νερό που περιέχει το κύμα δεν ταξιδεύει μαζί του στον κόσμο. Κάθε υδάτινο μόριο διαγράφει μια ελειπτική τροχιά για να ξαναγυρίσει λίγο πολύ στο σημείο απ όπου ξεκίνησε. Το γεγονός αυτό είναι ευτυχές για την ανθρωπότητα γιατί διαφορετικά η ναυσηπλοία θα ήταν αδύνατη.

Πραγματικά υψηλά κύματα δεν μπορούν να δημιουργηθούν μέσα σ ένα μικρό κόλπο ή μια κλειστή θάλασσα.

Φανταστείτε ότι ύστερα από μια περίοδο νηνεμίας αρχίζει και δημιουργείται μια καταιγίδα στον Ατλαντικό σε απόσταση χιλίων περίπου μιλίων από την ακτή του Νιού Τζέρσευ. Οι άνεμοι που την μεταφέρουν πνέουν προς όλες τις κατευθύνσεις και πολύ συχνά αλλάζουν κατεύθυνση, αλλά σε γενικές γραμμές πνέουν προς τη στεριά. Το υδάτινο στρώμα που έρχεται σε επαφή με τους ανέμους ανταποκρίνεται στις εναλλασόμενες πιέσεις. Δεν είναι πια μια ήρεμη επιφάνεια αλλά αλλάζει μορφή και φουρτουνιάζει και γεμίζει κύματα που διαδέχονται το ένα το άλλο χωρίς τελειωμό. Τα κύματα ταξιδεύουν προς την ακτή και ο άνεμος που τα δημιούργησε ελέγχει τη μοίρα τους. Καθώς η καταιγίδα συνεχίζει να μαίνεται, τα κύματα συνεχίζουν να κυλάνε, παίρνουν ενέργεια από τον άνεμο και το ύψος τους αυξάνεται. Μέχρι σ ένα οριακό σημείο θα συνεχίσουν να κάνουν το ίδιο, αλλά όταν το ύψος τους φτάσει στο 1/7 του μήκους τους σωριάζονται και δημιουργούν λευκούς αφρούς. Πολύ συχνά οι ισχυροί άνεμοι "αποκεφαλίζουν" τα κύματα. Σε μια τέτοια θύελλα τα υψηλότερα κύματα δημιουργούνται αφού έχει κωπάσει ο αέρας.

Καθώς τα κύματα απομακρύνονται από το σημείο της καταιγίδας το ύψος τους μειώνεται και το μήκος τους μεγαλώνει και τότε δημιουργείται αυτό που οι ειδικοί αποκαλούν αποθαλασσιά, η οποία ταξιδεύει με μέσο όρο 15 μίλια την ώρα. Κοντά στις ακτές ένα σχέδιο μακρών, κανονικών κυμάτων αντικαθιστά την αναταραχή της ανοιχτής θάλασσας. Αλλά καθώς αυτά τα κύματα φτάνουν τα ρηχά συμβαίνει μια παράξενη μεταμόρφωση. Για πρώτη φορά τα κύματα νοιώθουν την αντίσταση του βυθού. Η ταχύτητά τους μειώνεται και καθώς τα επερχόμενα κύματα τα σπρώχνουν από πίσω, το ύψος τους αυξάνεται και η μορφή τους γίνεται όλο και πιο απότομη. Στη συνέχεια με την εισροή νέων υδάτινων μαζών στο κοίλο τους τα κύματα καταρέουν και γίνονται αφρός χτυπώντας μανιασμένα τα βράχια.

Θα μπορούσαμε να πούμε ότι τα κύματα ζουν μια περιπετειώδη ζωή. Πόσο θα ζήσουν, πόσο μακρυά θα ταξιδέψουν, με ποιό τρόπο και που θα σβήσουν τελικά εξαρτώνται από τις συνθήκες που θα συναντήσουν στο πέρασμά τους. Ο,τιδήποτε τα εμποδίζει ή τους μειώνει την ταχύτητα είναι εχθρός τους. Δυνάμεις στο εσωτερικό της θάλασσας μπορούν επίσης να επηρεάσουν δραστικά τα κύματα.

Μερικά από τα πιο τρομακτικά κύματα των ωκεανών δημιουργούνται όταν παλιροϊκά, υποβρύχια ρεύματα διασχίζουν ή κινούνται αντίθετα με την κατεύθυνση των κυμάτων στην επιφάνεια. Αυτές οι αντιμαχόμενες δυνάμεις είναι υπεύθυνες για τη δημιουργία των περίφημων σκωτσέζικων "roosts" (φωλιές), όπως αυτό που εμφανίζεται στα ανοιχτά του Σάμπεργκ Χεντ στο νοτιότερο σημείο των νησιών Σέτλαντ.

Οταν πνέουν βορειοανατολικοί άνεμοι η θάλασσα είναι ήρεμη . Ομως όταν ισχυροί βορειοδυτικοί άνεμοι αντιπαλεύουν τα παλιροϊκά ρεύματα αρχίζουν να δημιουργούνται τα πιο επικύνδυνα κύματα. Σ αυτή την περίπτωση η τιτάνια μάχη ανάμεσα στα κύματα και την παλίροια απλώνεται σε μια περιοχή που μπορεί να έχει και τρία χίλια μήκος όταν οι παλίροιες ρέουν με τη μέγιστη ταχύτητα. Η τρομακτική αναταραχή των υδάτων αρχίζει στα ανοιχτά του Σάμπεργκ Χεντ κι ύστερα στρέφεται προς τα ανοιχτά για να ηρεμήσει μόνο με το φρενάρισμα της παλίροιας.

"Σ αυτή την ανταριασμένη, φουρτουνιασμένη θαλασσα τα σκάφη γίνονται ανεξέλεγκτα, πολλά από αυτά βουλιάζουν, ενώ άλλα παγιδεύονται σ αυτή την κόλαση μερικές φορές για μέρες ολόκληρες" αναφέρει ο Πιλότος των Βρετανικών Νησιών.

Η δύναμη που δημιουργεί ένα κύμα μπορεί επίσης και να το καταστρέψει. Στην ανοιχτή θάλασσα αν συναντήσουν αντίθετους ανέμους καταρέουν γρήγορα. Αντίθετα ένας φιλικός άνεμος τους δίνει ύψος. Βραχώδεις ακτές, αμμουδερές παραλίες, νησιά και κοραλιογενή φράγματα παίζουν επίσης μοιραίο ρόλο στη ζωή των κυμάτων. Οι μεγάλες αποθαλασσιές που καταλήγουν στις ακτές της Πορτογαλίας σπάνια τις χτυπάνε με όλη τους τη δύναμη. Υποβρύχια όρη και παλιροϊκά κύματα που κυλάνε γύρω τους και πολλές φορές τα διασχίζουν κλέβουν μεγάλη ενέρεγεια από τις αποθαλασσιές. Διάφορα νησιά στις εισόδους κόλπων μπορούν να αποροφήσουν τόσο πολύ από την ενέργεια των κυμάτων ώστε ο υπόλοιπος κόλπος να μην έχει καθόλου κύμα. Οι πάγοι, τα χιόνια και οι βροχές είναι επίσης εχθροί των κυμάτων και κάτω από τις σωστές συνθήκες θα μπορούσαν να τα αποδυναμώσουν σημαντικά πριν φτάσουν στην ακτή. Ανάμεσα σε επιπλέοντα κομάτια πάγου η θάλασσα είναι πάντα ήρεμη ακόμα και στη μέση μιας καταιγίδας. Οι παγοκρύσταλοι που δημιουργούνται αποδυναμώνουν επίσης τα κύματα αυξάνοντας τις τριβές ανάμεσα στα υδάτινα μόρια. Ακόμα και οι χιονονιφάδες έχουν το ίδιο αποτέλεσμα σε μικρότερο βαθμό. Το χαλάζι ηρεμεί μια φουρτουνιασμένη θάλασσα και οι καταρακτώδεις βροχές κάνουν την επιφάνειά της λία σαν του λαδιού. Στην αρχαιότητα οι βουτηχτάδες κουβαλάγανε λάδι μέσα στο στόμα τους και το απελευθέρωναν κάτω από την επιφάνεια όταν η φουρτούνα έκανε δύσκολη τη δουλειά τους. Το λάδι έχει την ιδιότητα να καλμάρει τη θάλασσα γι αυτό και η χρήση λαδιών σε επείγουσες περιστάσεις αναφέρεται στους κώδικες ναυσηπλοίας των περισότερων ναυτικών κρατών.

Στον Ανταρκτικό ωκεανό, όπου τα κύματα δεν έχουν πολλά εμπόδια να αντιμετωπίσουν, οι αποθαλασσιές που δημιουργούνται από τους δυτικούς ανέμους ταξιδεύουν γύρω από ολόκληρο τον κόσμο. Εδώ είναι που γεννιούνται τα μακρύτερα κύματα. Θα μπορούσε να υποθέσει κάποιος ότι εδώ απαντώνται και τα υψηλότερα κύματα, αλλά τα γιγάντια κύματα που έχουν καταγραφεί εδώ δεν είναι υψηλότερα από τους γίγαντες άλλων θαλασσών.

Σε γενικές γραμμές κύματα με ύψος μεγαλύτερο από 8 μέτρα είναι σπάνια. Μερικές φορές μια καταιγίδα μπορεί να δημιουργήσει κύματα που φτάνουν και σε διπλάσιο ύψος και αν ο αέρας φυσάει για αρκετή ώρα προς την ίδια κατεύθυνση μπορεί να γίνουν και υψηλότερα. Οι απόψεις για το μέγιστο ύψος των κυμάτων δυίστανται. Τα περισότερα ναυτικά εγχειρίδια μιλάνε για 20 μέτρα, αλλα οι ναυτικοί επιμένουν να μιλάνε για ακόμα υψηλότερα κύματα.

Πριν από έναν αιώνα ο Γάλλος εξερευνητής Jules Dumont d' Urville ανέφερε ότι συνάντησε κύματα στα αναοιχτά του ακρωτηρίου της Καλής Ελπίδας που είχαν ύψος τριάντα μέτρα, αλλά οι επιστήμονες αντιμετωπίζουν με σκεπτικισμό το γεγονός αυτό. Παρ όλα αυτά υπάρχει μια καταγραφή ενός γιγάντιου κύματος η οποία φαίνεται πιο αξιόπιστη. Τον Φεβρουάριο του 1993, το πλοίο USS Ramago ταξιδεύοντας από τη Μανίλα στο Σαν Ντιέγκο έπεσε σε μια καταιγίδα που κράτησε για επτά μέρες. Στις 6 Φεβρουαρίου η καταιγίδα έφτασε στο ζενίθ της. Ανεμοι που έπνεαν με 68 κόμβους την ώρα σήκωναν κύματα που έμοιαζαν με βουνά. Εκείνο το πρωί οι αξιωματικοί του πλοίου που βρίσκονταν στην γέφυρα κατέγραψαν ένα κύμα που το ύψος του έφτανε τα 37 μέτρα .

Τα κύματα που βάζουν φωτιά στη φαντασία των ανθρώπων είναι τα αποκαλούμενα παλιροϊκά κύματα, ένας όρος που αποδίδεται σε δύο τύπους κυμάτων, τα οποία ουδεμία σχέση έχουν με τις παλίροιες.

Το πρώτο είναι τα κύματα που προκαλούνται από σεισμούς στα βάθη των θαλασσών. Το δεύτερο είναι τεράστια κύματα - γιγάντιες υδάτινες μάζες που κυλάνε πάνω από το ανώτερο στρώμα των νερών σπρωγμένες από τυφώνες.

Τα περισότερα από τα σεισμικά κύματα, τα γνωστά τσουνάμι, γεννιούνται στις σκοτεινές τάφρους του πυθμένα των ωκεανών.

Η τάφρος είναι μια περιοχή την οποία χαρακτηρίζει έντονη ηφαιστειακή και σεσμική δραστηριότητα, μια περιοχή όπου τιτάνιες δυνάμεις έχουν δημιουργήσει μερικά από τα βαθύτερα χάσματα του πλανήτη.

Οι σεισμοί και οι εκρήξεις ηφαιστείων στις τάφρους που βρίσκονται στα ανοιχτά της Ιαπωνίας και των Αλεούτιων Νήσων έχουν προκαλέσει τεράστιες υλικές καταστροφές κι έχουν κοστίσει τη ζωή εκατοντάδων χιλιάδων ανθρώπων.

Η ιστορία των ανθρώπων έχει συχνές αναφορές στις καταστροφές που προκάλεσαν τεράστια και ξαφνικά κύματα σε παραθαλάσσιες περιοχές.

Η απομάκρυνση της θάλασσας από την ακτή, αυτή η ξαφνική άμπωτις, είναι συνήθως η πρώτη ένδειξη ότι ένα σεισμικό κύμα πλησιάζει. Την πρωταπριλιά του 1946 οι Χαβανέζοι που βρίσκονταν στις ακτές του νησιού ξαφνιάστηκαν από την ξαφνική σιωπή που αντικατέστησε το μουρμουρητό των κυμάτων. Φυσικά δεν γνώριζαν ότι η απομάκρυνση της θαλασσογραμμής από την ακτή ήταν η αντίδραση της θάλασσας σ έναν σεισμό που είχε γίνει στα ανοιχτά των Αλεούτιων Νήσων δύο χιλιάδες τριακόσια μίλια μακρυά. Δεν γνώριζαν επίσης ότι σε λίγα λεπτά το ύψος των υδάτων θα αυξανόταν κατακόρυφα και θα έφτανε να είναι δέκα μέτρα υψηλότερο από την υψηλότερη παλίροια. Τα κύματα χρειάστηκαν μόνο πέντε ώρες για να φτάσουν από το επίκεντρο του σεισμού στη Χαβάη, ταξιδεύοντας με ταχύτητα 470 μίλια την ώρα.


Τα μεγαλύτερα κύματα

Τα μεγαλύτερα και αυτά που προκαλούν το μεγαλύτερο δέος κύματα είναι αόρατα. Ταξιδεύουν συνέχεια, με ορμή στα κρυμένα βάθη των θαλασσών. Για πολλά χρόνια ήταν γνωστό ότι τα σκάφη που έπαιρναν μέρος σε εξερευνητικές αποστολές στην Αρκτική συχνά σχεδόν παγιδεύονταν και έπλεαν με μεγάλη δυσκολία, διασχίζοντας "νεκρά ύδατα", ένα φαινόμενο που σήμερα γνωρίζουμε ότι οφείλεται σε υποβρύχια κύματα που σχηματίζονται στα όρια ενός επιφανειακού στρώματος ελαφρών και κρύων υδάτων από τους πόλους και ενός άλλου στρώματος πιο αλμηρού νερού που βρίσκεται από κάτω. Στις αρχές του προηγούμενου αιώνα Σκανδιναυοί υδρογράφοι είχαν παρατηρήσει την ύπαρξη υποβρυχίων κυμάτων, αλλά χρειάστηκε να περάσουν αρκετά χρόνια πριν η επιστήμονες αποκτήσουν τα εργαλεία για να τα μελετήσουν.

Τα εσωτερικά κύματα είναι κύματα που δημιουργούνται μεταξύ διεπιφανειών. Φανταστείτε ένα στρώμα λαδιού που επιπλέει σ ένα ποτήρι νερό. Το επίπεδο όπου τα δύο υγρά εφάπτονται αποκαλείται διεπιφάνεια. Οπως δημιουργούνται κύματα στο σημείο όπου εφάπτεται ο αέρας με τη θάλασσα έτσι δημιουργούνται και κύματα στο σημείο όπου εφάπτονται δύο στρώματα θαλάσσιου νερού διαφορετικής πυκνότητας.

Η πυκνότητα του νερού εξαρτάται από τη θερμοκρασία του και την περιεκτικότητά του σε αλάτι.

Ιδίως το καλοκαίρι το επιφανειακό νερό είναι πιο θερμό και κατά συνέπεια πιο ελαφρύ. Οσο πιο βαθιά πάμε, τόσο πιο ψυχρά νερά βρίσκουμε. Εκεί που το ένα στρώμα κυλάει πάνω στο άλλο, στη διεπιφάνεια αυτή μπορούν και μεταδίδονται κύματα ανάλογα με εκείνα που δημιουργούνται στην επιφάνεια της θάλασσας.

Τα κύματα αυτά χαρακτηρίζονται από πολύ πιο αργές περιόδους που φτάνουν από μερικά λεπτά μέχρι 20 ώρες και πολύ μεγαλύτερα μήκη από τα επιφανειακά. Ενα άλλο εντυπωσιακό χαρακτηριστικό τους είναι ότι δεν διαδίδονται μόνο κατά μήκος αλλά και κατακόρυφα. Δηλαδή μπορεί να δημιουργηθεί ένα κύμα σε βάθος δέκα μέτρα και να μεταδοθεί μέχρι και στα πεντακόσια μέτρα βάθος.

Η σπουδαιότητά τους, εκτός από τις αμυντικές εφαρμογές που μπορεί να έχει αφού έχει αποδειχθεί ότι παίζουν ρόλο στη διάδοση του ήχου υποβρυχίως, έγκειται ότι σ αυτά οφείλεται ένα μεγάλο μέρος της ανάμιξης της θάλασσας. Δηλαδή αυτά τα κύματα σπάνε όπως σπανε τα επιφανεικά, και δημιουργο'ύνται μπουρπουλίθρες που σημαίνει ότι μικρά κομάτια άερα και έτσι τείνει να καταστρέφει τα διαχωριστικ΄λα στρώματα του νερού με αποτέλσμα να αναμειγνύονται τα νερά.

Είναι ο κύριος μηχανισμός της ανάμιξης της θάλασσας.

Τα κύματα αυτά πολλές φορές σπάνε πάνω στα ρεύματα . Οι υδάτινες μάζες είναι αφάνταστα πιο μεγάλες από αυτές που μετακινούνται από τα επιφανειακά κύματα, ενώ μερικά από τα υποβρύχια κύματα φτάνουν σε ύψος μέχρι και εκατό μέτρα.

Δημιουργούνται σε όλες τις θάλασσες, είναι σχεδόν πανταχού παρόντα και η μόνη περίπτωση που δεν έχουμε εσωτερικά κύματα είναι όταν η θάλασσα είναι πλήρως αναμεμιγμένη. συνήθως μετά από μεγάλη καταιγίγα η πολύ κρύο καιρό όπου το επιφανειακό νερό κρυώνει και αποκτά την ίδια πυκνότητα με αυτό σε μεγαλύτερο βάθος.