Enormi ondate di mostri possono apparire dal nulla. La matematica spiega il loro segreto. † National Geographic

Gli scienziati hanno poi scoperto che le onde mostruose sono create da una combinazione fortuita di movimenti delle onde nel mare, che le differenzia dagli tsunami, grandi onde che derivano dal movimento improvviso dell’acqua dovuto a fenomeni come terremoti o smottamenti.

Ora ci sono due importanti spiegazioni matematiche per l’origine delle onde dei mostri: addizione lineare e concentrazione non lineare. L’ipotesi dell’addizione lineare presuppone che le onde viaggino a velocità diverse nell’oceano e quando si sovrappongono, possono trasformarsi in un’onda mostruosa. L’idea alla base della messa a fuoco non lineare è che le onde viaggiano in gruppi e possono energizzarsi a vicenda, producendo a volte onde mostruose.

Uno dei motivi per cui non era certo era che le onde dei mostri sono rare. Ancora oggi scarseggiano dati di alta qualità.

“I campioni di onde in mare vengono solitamente misurati tramite piattaforme o boe. Registrano il livello dell’acqua e l’ora in un determinato luogo, ma non si sa nulla di ciò che è accaduto prima o di ciò che è accaduto dopo”, afferma Amin Chabchoub, fisico delle onde presso l’Università di Sydney in Australia. Uno studio del 2019 di Chabchoub ha valutato diverse osservazioni e modelli di onde mostruose. Il team ha concluso che potrebbero esserci diverse cause per le onde mostruose, a seconda delle condizioni del mare.

In assenza di avvistamenti di vere onde di mostri, gli scienziati si stanno rivolgendo ai serbatoi delle onde. “È quasi possibile simulare ciò che sta accadendo sulla superficie dell’oceano in un laboratorio”, afferma Chabchoub. In tali esperimenti possono essere presi in considerazione anche le correnti e il vento. Tuttavia, questo ambiente controllato ha anche i suoi limiti.

L’acqua in un tubo stretto, come un serbatoio per le onde, ad esempio, forma onde grandi e molto più veloci di quelle che si possono osservare. Ma tali esperimenti sono uno “scenario irrealistico” perché le onde non possono propagarsi in tutte le direzioni come fanno in mare, ha affermato l’ingegnere Francesco Fedele del Georgia Institute of Technology.

L’agenzia governativa statunitense NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) sta sviluppando un sistema in grado di identificare ogni ora aree dell’oceano potenzialmente pericolose, utilizzando il programma WAVEWATCH III. La sua versione più recente, rilasciata nel 2019, utilizza una formula di probabilità che Fedele ha sviluppato nel 2012 per prevedere dove e quando si verificheranno condizioni estreme del mare. È uno strumento utile per avvertire i marinai di situazioni pericolose, ma probabilmente non è sufficiente per proteggerli da ondate mostruose che escono dal nulla.

Il ricercatore Johannes Gemmrich dell’Università di Victoria in Canada ha studiato l’onda mostruosa che si è verificata vicino all’isola di Vancouver in Canada nel 2020. Dice che le onde mostruose vengono spesso create quando le onde si muovono a velocità diverse e talvolta si sovrappongono. È un supporto per il modello di addizione lineare. Ma pensa che anche l’asimmetria delle onde (che si verifica quando le onde hanno picchi più alti e depressioni meno profonde) svolga un ruolo cruciale.

“Supponendo una maggiore asimmetria, la probabilità di onde mostruose estreme aumenta notevolmente”, afferma Gemmrich.

Una formula generale per il mare

Secondo una scuola di matematici, non importa cosa causi un’onda mostruosa, perché è sempre possibile prevederli in modo abbastanza accurato usando una teoria statistica degli eventi rari chiamata teoria delle grandi deviazioni.

L’idea alla base di questo metodo è creare un modello del modo più efficiente in cui può verificarsi un’onda di mostri e quindi mappare lo sviluppo di una certa ondata di mostri in base a quel modello. La teoria può spiegare effetti lineari e non lineari a seconda dello scenario, motivo per cui i sostenitori la vedono come una teoria che riunisce più ipotesi e che potrebbe essere potenzialmente utilizzata per prevedere le onde dei mostri in diverse condizioni del mare.

“Se guardi solo al modo più efficiente per formare queste onde, si correla molto bene con le osservazioni di vere onde di mostri”, afferma il matematico Tobias Grafke dell’Università di Warwick nel Regno Unito.

Grafke e un team di ricercatori hanno testato questa teoria nei tunnel delle onde e hanno confrontato i risultati con le osservazioni di onde reali. Hanno scoperto che questo metodo era sorprendentemente in grado di prevedere le onde dei mostri in entrambe le impostazioni.

Ma uno dei problemi di questa teoria è che è molto difficile prendere in considerazione tutti i fattori della situazione in mare in un dato momento. Se sei un capitano su una nave, le osservazioni effettive sono le più utili per fare previsioni, mentre la probabilità statistica non ti aiuterà molto. Secondo Grafke, i dati specifici sulle condizioni del mare possono essere inseriti nella formula sua e dei suoi colleghi, ma più variabili si includono, più difficile diventa ottenere un risultato rapido.

“Più complesse sono le formule, migliore è la previsione, ma maggiore è lo sforzo e il tempo necessari per i calcoli”, afferma Chabchoub. “Quindi devi fare un compromesso tra precisione e quanto tempo ci vuole per ottenere un risultato utile”.

Previsioni in tempo reale

Gli scienziati stanno lavorando su una tecnologia per prevedere le onde in tempo reale, ma questi nuovi metodi devono ancora essere testati nella pratica. Non è facile, data la rarità delle onde mostruose. In molti casi, il processo di calcolo deve essere accelerato per competere con la velocità delle onde.

“Con mare agitato, le onde mostruose possono formarsi in circa 10-15 secondi”, afferma Fedele. “È ancora molto difficile fare previsioni rapide e accurate in un periodo di tempo così breve”.

Per prevedere le onde dei mostri, gli scienziati avrebbero bisogno di un sistema radar che monitori costantemente le onde vicino a una nave, in modo da poter inserire quei dati in un modello matematico che dipinge un’immagine del livello del mare in quel momento. Un modello che ricalcola il livello del mare ogni cinque minuti fornirebbe una previsione relativamente accurata dello sviluppo delle onde nei minuti successivi.

Un tale sistema non esiste ancora. “Le possibilità tecniche ci sono già. Ma la domanda è: come garantire che il processo proceda abbastanza velocemente? disse Fedele.

Con più onde mostruose misurate, i matematici potrebbero finalmente trovare un modo per prevedere queste onde mortali prima che emergano dall’oceano, un’impresa di ingegneria che il capitano Dumont d’Urville poteva solo sognare nel 1826.

Nazario Trentini

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