Golven die uit meerdere richtingen komen, zijn extremer dan extreem. Deze opmerkelijke diepzeegolven kunnen vier keer steiler zijn dan voorheen werd gedacht, zo blijkt uit onderzoek van de TU Delft en andere universiteiten dat op 19 september in Nature werd gepubliceerd.

Lang geleden deden verhalen de ronde over mysterieuze monstergolven die uit het niets opdoken en zelfs de grootste schepen konden doen kapseizen. Deze golven verloren hun mythische karakter toen de eerste monstergolf werd geregistreerd bij het Draupner-platform in de Noordzee.

In 2018 slaagden Ton van den Bremer en zijn collega's van de universiteiten van Edinburgh en Oxford erin om de Draupner-golf voor het eerst in het lab na te bootsen, en deze kans om freak waves van dichtbij te bestuderen, leverde onverwachte inzichten op.

Nieuw onderzoek van het onderzoeksconsortium toont nu aan dat deze opmerkelijke golven niet breken wanneer traditionele theorieën beweren dat ze zouden moeten breken, het geheim hiervan ligt in hoe ze ontstaan.

Van den Bremer, expert op het gebied van stromingsleer aan de TU Delft en leider van het onderzoek, legt uit: ‘Als de meeste mensen aan golven denken, denken ze aan de rollende golven die je op een strand vindt. Het type golf dat wij bestudeerden, treedt op in open water en ontstaat wanneer golven uit meerdere richtingen samenkomen. Wanneer deze golven met een hoge richtingsspreiding samenkomen, wordt het water omhoog geduwd en ontstaat er een gedeeltelijk staande golf. Een voorbeeld hiervan is een kruisende golf.

Onder bepaalde omstandigheden op zee ontstaan ​​er golven uit meerdere richtingen. Dit kan gebeuren op een plek waar twee zeeën elkaar ontmoeten, of waar winden plotseling van richting veranderen, zoals bij een orkaan. Wanneer golven uit twee richtingen elkaar ontmoeten, ontstaat er een kruisende golf, mits hun richtingen ver genoeg uit elkaar liggen. Uit het onderzoek blijkt ook dat hoe verder de richtingen uit elkaar liggen, hoe hoger de resulterende kruisgolf.

Lopende golven breken wanneer ze een bepaalde limiet bereiken, dit is wanneer ze hun maximale steilheid bereiken. Het onderzoek toont aan dat golven met een multidirectionele spreiding wel tachtig procent steiler kunnen worden dan deze limiet voordat ze beginnen te breken, wat betekent dat ze bijna twee keer zo hoog kunnen worden als "normale golven" voordat ze beginnen te breken.

Vervolgens ontdekten de onderzoekers een ander zeer ongewoon fenomeen dat bestaande theorieën tart, een fenomeen dat ongekend is volgens Van den Bremer: 'Als een conventionele golf eenmaal breekt, vormt hij een witte kap en is er geen weg terug. Maar als een golf met een hoge directionele spreiding breekt, kan hij blijven groeien.'

Het onderzoek toont aan dat deze enorme golven kunnen groeien tot twee keer hun oorspronkelijke steilheid tijdens het breken, wat al twee keer groter is dan de conventionele limiet. Samen kunnen de golven vier keer steiler worden dan eerder voor mogelijk werd gehouden.

Schade aan offshore constructies
De kennis dat multidirectionele golven wel vier keer zo groot kunnen worden als mogelijk werd geacht, kan helpen bij het ontwerpen van veiligere maritieme constructies.

'De driedimensionaliteit van golven wordt vaak over het hoofd gezien bij het ontwerp van offshore windturbines en andere constructies in het algemeen; onze bevindingen suggereren dat dit leidt tot ontwerpen die minder betrouwbaar zijn,' zegt Mark McAllister van de Universiteit van Oxford, die de experimenten leidde en nu senior wetenschapper is bij Wood Thilsted.

Een 3D-meetmethode die is ontwikkeld in het FloWave-lab, baande de weg voor deze nieuwe inzichten. 'Conventionele 2D-golfmeetmethoden waren niet toereikend,' legt Van den Bremer uit, en daarom heeft de onderzoeksgroep een nieuwe manier ontworpen om 3D-golfmetingen te maken.

Ross Calvert van de Universiteit van Edinburgh: ‘Dit is de eerste keer dat we de golfhoogten met zo’n hoge ruimtelijke resolutie over zo’n groot gebied hebben kunnen meten, waardoor we een veel gedetailleerder inzicht hebben in het complexe golfbrekende gedrag.’