Kruisende golven, een fenomeen dat ooit als folklore werd beschouwd, blijken in werkelijkheid nog indrukwekkender te zijn dan gedacht. Nieuw onderzoek van de TU Delft en andere universiteiten laat zien dat deze ‘monstergolven’ tot 30 meter hoog kunnen worden en vier keer steiler zijn dan ooit voor mogelijk werd gehouden.
Eeuwenlang deden verhalen de ronde over monstergolven die zonder waarschuwing opdoken en grote schepen in gevaar brachten. Dit werd vaak afgedaan als visserslatijn, tot in 1995 de beroemde Draupner-golf voor het eerst wetenschappelijk werd vastgelegd bij een olieplatform in de Noordzee. Deze golf, bijna 26 meter hoog, bevestigde het bestaan van deze ‘monsters’ en maakte een einde aan alle speculaties.
Brekend nieuws
In 2018 slaagde Ton van den Bremer, hoogleraar vloeistofmechanica aan de TU Delft, er met zijn team in om deze Draupner-golf na te bootsen in een laboratorium. Dit bood wetenschappers voor het eerst de mogelijkheid om de golf in detail te analyseren, en leidde tot onverwachte inzichten. Uit het nieuwe onderzoek blijkt dat kruisgolven – dit zijn golven die vanuit meerdere richtingen samenkomen – niet zoals ‘normale’ golven breken. Waar die namelijk afbreken bij een bepaalde steilheid, blijkt dat deze monstergolven veel verder kunnen gaan. Van den Bremer legt uit: “De golven die de meeste mensen van het strand kennen, rollen vooruit. Het type golf dat wij onderzochten, komt voor op open water en ontstaat als er golven vanuit meerdere richtingen samenkomen. Als deze golven met een hoge directionele spreiding samenkomen wordt het water omhooggestuwd, een staande golf dus. Een voorbeeld daarvan is een kruisgolf.”
Ongekende risico’s
De studie, die vandaag gepubliceerd is in Nature, toont aan dat deze kruisgolven wel tachtig procent steiler kunnen worden dan normale golven, voordat ze breken. Dat betekent dat ze bijna twee keer zo hoog kunnen groeien als een doorsnee golf, wat ongekende risico’s met zich meebrengt. Maar daar blijft het niet bij. De onderzoekers ontdekten nog iets opvallends: zelfs als een kruisgolf begint te breken, kan hij nog doorgroeien. “Als een golf eenmaal begint te breken, zie je een witte kop ontstaan. Er is dan normaliter geen weg meer terug. Maar als een golf met een hoge directionele spreiding begint met breken, kan de golf nog steeds verder groeien”, maakt Van den Bremer duidelijk. Tijdens dit breekproces kan de golf nog eens twee keer zo steil worden, wat uiteindelijk resulteert in golven die vier keer steiler zijn dan voor mogelijk werd gehouden.
Offshore constructies
Deze nieuwe inzichten zijn van groot belang voor de bouw van offshore constructies, zoals windturbines en olieplatforms. “De driedimensionaliteit van golven wordt vaak over het hoofd gezien bij het ontwerp van offshore windturbines en andere constructies. Onze bevindingen tonen aan dat dit leidt tot ontwerpen die minder betrouwbaar zijn”, zegt wetenschapper Mark McAllister van de University of Oxford.
Aan de basis van dit wetenschappelijke succes ligt de ontwikkeling van een nieuwe 3D-meetmethode in het Schotse FloWave-laboratorium. “De gebruikelijke 2D-methoden om golven te onderzoeken waren niet toereikend”, legt Van den Bremer uit. De onderzoeksgroep ontwierp daarom een nieuwe manier om 3D-beelden van de golven te genereren. “Voor het eerst is het gelukt om golfhoogtes te meten met zo’n hoge ruimtelijke resolutie over zo’n groot gebied. Zo konden we veel meer details begrijpen van het complexe breken van golven”, vertelt onderzoeker Ross Calvert van de University of Edinburgh vol trots.
Hoe ontstaan kruisgolven?
Kruisgolven ontstaan op open zee als golven vanuit verschillende richtingen samenkomen. Dit kan bijvoorbeeld gebeuren op plekken waar twee zeeën elkaar ontmoeten of waar de wind plotseling van richting verandert, zoals bij een orkaan. Hoe verder de golfrichtingen van elkaar af liggen, hoe hoger de kruisgolf kan worden, zo blijkt uit het onderzoek.
Voorbeelden van monstergolven
Een bekend incident met een monstergolf vond plaats in 2010, toen het cruiseschip Louis Majesty in de Middellandse Zee werd getroffen door metershoge golven tijdens een voorjaarsstorm. Het schip, 207 meter lang en 41.000 ton zwaar, werd zwaar beschadigd. Twee opvarenden overleefden het niet.
Een ander berucht geval is de Draupner-golf van 1995, die een boorplatform in de Noordzee op zijn grondvesten deed schudden. Deze golf, die volgens laserapparatuur tot een hoogte van liefst 26 meter reikte, was omgeven door golven van ‘slechts’ 12 meter. Het incident leverde het eerste harde wetenschappelijke bewijs voor het bestaan van deze megagolven.
