Monster forut!

«Ut av ingenting kom den … en bølge dobbelt så høy som de andre. Skipet gikk ned som i et fritt fall.»

Caledonian Star gikk i turistfart mellom Chile og Antarktis. Den hadde gjort vendereis fra Sydpolkontinentet da det blåste opp. Været i seg selv var ikke noe problem for et skip på over 3000 bruttoregistertonn. Det ingen visste, var at Caledonian var på kollisjonskurs med en usedvanlig høy og steil bølge – en monsterbølge. Ikke en bølge skapt av seismiske forhold, ikke en bølge utelukkende skapt av vinden – men en kjempe som vitenskapen for få år siden ikke trodde fantes.

Et monster som kan bli over 30 meter fra bølgetopp til bølgebunn.

Caledonian Star traff bølgen front mot front, tonnevis av vann i høy hastighet slo inn vinduene på broen, kommunikasjonsutstyret ble satt ut av funksjon, men skipets maskiner holdt stand. Det reddet besetningen og turistene fra forlis, inkludert førstestyrmannen som beskrev monsterbølgen.

EN VEGG AV VANN

Så lenge mennesket har våget seg ut på det åpne havet, har det versert historier om kjempebølger: «En vegg av vann», «et gigantisk hull i sjøen», «en monsterbølge». Bølger så høye som stormasten, steile som loddrette vegger, og med frådende skum på toppene.

Av og til kom monsteret overraskende på skip og mannskap bakfra eller fra siden. Andre ganger kunne man se det skremmende synet lenge før vannet slo over dekket og overbygningen, med forrykende kraft og så massive vannmengder at broen ble knust, maskinen stoppet, og lastelukene ble brutt opp. I så fall: Umulig å manøvrere og med vann fossende inn i lasterommene gikk skipet ned svært raskt, ofte uten at mannskapet fikk tid til å låre livbåter eller engang å sende ut nødsignal.

MYSTISKE FORLIS

Men noen overlevde og kunne fortelle. Var dette sjømannsskrøner? I lang tid eksisterte i alle fall disse vitnesbyrdene uten at forskningen kunne forklare dem. Et urovekkende antall uforklarlige skipsforlis endret bildet.

En tidligere professor i skipskonstruksjoner, skotten Douglas Faulkner, har forsket mye på dette. Han har utarbeidet en oversikt over supertankeres mystiske forlis i perioden 1969 til 1994. Det var i alt 66 av dem. Faulkner mener at minst 22 supertankere – og 1542 liv – har gått tapt i monsterbølger. Tar vi med mindre fartøyer og marine konstruksjoner, vil antall ofre bli langt høyere.

For monsterbølgene kan ramme hvem som helst, og hva som helst. Som utenfor Newfoundland i 1982, på oljeriggen Ocean Ranger, da en kjempebølge høyere enn plattformdekket slo inn over overbygningen og knuste kontrollrommet, samtidig som energioverføringen fra vannmassene til riggen var så voldsom at plattformen ga etter og kantret. Alle de 84 om bord døde. Dette er den verste enkeltulykken vi i dag sikkert kan tilskrive en monsterbølge.

BØLGENES VESEN

Bølger i sitt enkleste vesen er ikke vanskelige å forstå. Bølger er et produkt av tre faktorer: vindstyrke, hvor lenge det blåser, og lengden på det åpne havstrekket. Blåser det for eksempel med orkans styrke tvers over hele Stillehavet – 18 000 kilometer åpent hav – vil bølgene etter en time måle 4,2 meter, og etter et døgn 14,1 meter. Etter mer enn ett døgn med sammenhengende orkan kan den signifikante bølgehøyden være oppe i 20,7 meter. Det er, i henhold til tradisjonell bølgeteori, omtrent det høyeste en bølge blir.

Dette kalles lineær bølgeteori. Skips- og oljeindustri har brukt teorien som bakgrunn for å beregne dimensjonene på fartøy og rigger. Den lineære modellen gir teoretisk rom for høyere bølger enn 20 meter – men bare som ytterst sjeldne fenomener. Forskerne snakker da om «sannsynlighet 10-2» eller hundreårsbølgen, eller til og med «10-4»: en bølge per ti tusen år.

OM BØLGEHØYDER

I varslene for havområdene inngår som regel et varsel om bølgehøyde: den vertikale avstanden mellom bølgetopp og etterfølgende bølgedal.

Signifikant bølgehøyde er middelverdien av den tredjedelen av bølgene som er høyest i en periode på 20 minutter.

Eksempel: Vi har 1000 bølger, der to tredeler av dem er under 4 meter høye. De øvrige 333
(høyeste tredjedel) fordeler seg slik: 1 på 8 meter, 10 på 7 meter, 50 på 6 meter, 100 på 5 meter
og 172 på 4 meter. Signifikant bølgehøyde blir da:

(1x8 + 10x7 + 50x6 + 100x5 + 172x4) : 333 = 4.7 meter.

Maksimal bølgehøyde svarer til den høyeste bølgen man kan vente ved passasje av 1000 bølger. Den kan være 1.5 til 2 ganger høyere enn signifikant bølgehøyde.

IKKE-LINEÆRE BØLGER

Men denne lineære modellen har intet rom for ekstreme bølger, den typen som professor Dag Myrhaug forsker på.

– Den enkleste måten uregelmessige bølger bygges opp på, er i henhold til den såkalte Sinuskurven, etter den lineære modellen. Dette er byggesteinen i det meste av beregningsverktøyet vi bruker i bølgeforskningen. For å beregne ekstrembølger, derimot, bruker vi tilleggskomponenter, eller matematiske modeller som gir ikke-lineære bølger under forsøk, forteller Myrhaug.

– Det som definerer en ekstrem og ikke-lineær bølge, er at den overstiger den signifikante bølgehøyden to til to og en halv gang. Men bølgedata vi har samlet inn, viser både tre ganger signifikant og mer i enkelte tilfeller, sier Myrhaug.

Teoretisk betyr dette at med en signifikant bølgehøyde på 12 meter – noe som ikke er uvanlig – kan monsteret bli hele 36 meter høyt, fra bølgedal til bølgetopp. Den høyeste bølgen som er målt med noenlunde sikkerhet, ble observert i 1933 og var hele 34 meter høy. Det er som en boligblokk på ti-tolv etasjer. Men det er først i de senere år man har klart å fysisk forklare så høye bølger.

STJELER ENERGI FRA NABOEN

Hva er det som gjør at enkeltbølger i et bølgetog plutselig blir så mye høyere enn bølgene rett foran og bak? At en vennlig, lett brytende bølge plutselig skifter personlighet og blir til et rasende monster?

Mange av de ikke-lineære teoriene har hentet inspirasjon fra kvantefysikkens verden. Schrödingers ligning er egentlig en matematisk metode for å studere atomære forhold, men den kan også brukes til å forklare ikke-lineære fenomener i bølgeverdenen. En forklaring sier at under visse ustabile forhold

i bølgetoget vil enkeltbølger «stjele» energi fra nabobølgene, slik at bølgene foran og bak krymper, mens bølgen mellom vokser til å bli en ekstrembølge.

– Lange bølger er raskere enn korte bølger, og vi får den dynamikken vi kaller fokusering, forklarer Myrhaug.

Den voksende bølgen vil også endre form: Bølgedalen blir grunnere, samtidig som bølgetoppen vokser. Den blir også steilere i formen, en såkalt brytende bølge – en «surfebølge» som blir til en veritabel vannvegg og til slutt samler så mye energi i seg at den «knekker i toppen» og skyter ut vann framover og nedover.

Når en ekstrembølge tar denne formen, kan den bli livsfarlig for fartøyer, med flere titalls tonns trykk per kvadratmeter skuteside. Hvor farlig, avhenger av bølgens høyde i forhold til fartøyets størrelse. Jo større skip, jo mer trykk vil skrog og overbygning tåle.

JACKPOT MED NYTTÅRSBØLGE

Spesielt ett forlis ble skjellsettende for nyere bølge-

forskning. Det topp moderne containerskipet München gjorde en rutineseilas over Atlanterhavet i desember 1978. Vinterstormer var velkjent, men ikke ansett å være noe problem for et fartøy på 43 000 tonn med alle moderne hjelpemidler. Inntil den 12. desember. Et kort mayday ble plukket opp, så ble alt stille.

Ingen overlevende ble funnet, og det var svært lite vrakgods. Men ett funn forundret alle: En livbåt, som ikke var blitt låret, indikerte at det svære containerskipet hadde forsvunnet i dypet svært raskt. Og en annen ting: Hengslene som forbandt livbåten med overbygningen på skipet, var vridd og revet av på en måte som fortalte at en voldsom kraft hadde truffet München. Hva merkeligere var: Livbåten hadde vært festet hele 20 meter over vannlinjen. Mye tydet på at München hadde direkte kurs mot en ekstremt høy og sterkt brytende bølge: en monsterbølge.

Men fortsatt hadde forskningen bare indisier å forholde seg til. Man trengte direkte, vitenskapelige målemetoder for observasjon av monsterbølger. Med radarmålinger fra skip og offshoreinstallasjoner, sammen med satelitteknologi og bedre bildeoppløsning, ble det mulig å overvåke havområder over lang tid.

I 1995 ble det jackpot. Den såkalte Nyttårsbølgen traff riggen Draupner i Nordsjøen med alle sine 26 meter. Monsterbølgen ble nøyaktig observert med laserteknikk. Den var meget steil, og med en form som passet svært godt overens med noen av de ikke-lineære bølgeteoriene.

Rasende elementer og uforklarlige forlis ligger bak mange av de gamle monstermytene. Dette uhyret er fra Olaus Magnus’ Historia om de nordiska folken (1555).

Rasende elementer og uforklarlige forlis ligger bak mange av de gamle monstermytene. Dette uhyret er fra Olaus Magnus’ Historia om de nordiska folken (1555).

LOVENDE KAOSTEORI

Det ble klart at de lineære modellene ikke var tilstrekkelige som grunnlag for å dimensjonere skip og offshoreinstallasjoner. Nye likninger, algoritmer, teorier og modeller måtte utvikles og testes under kontrollerte forhold.

Kaosteori – i dette tilfellet enkelte bølgers manglende stabilitet i energifokusering – er en form for ikke-lineær modellering av bølger.

Al Osborne fra universitetet i Torino er en av verdens fremste bølgeteoretikere, og representant for denne teorien. Nyttårsbølgen lignet mye på Osbornes modeller av en «freak wave», eller en monsterbølge.

Sommeren 2003 gjorde NTNU, sammen med Osborne, forsøk i den 270 meter lange Slepetanken i Trondheim. Denne har en svært nøyaktig bølgemaskin som kan programmeres til å sende ut spesifiserte bølgetog – og dermed simulere hva som kan skje på havet. Osborne mente at nesten identiske bølger i et bølgetog over tid kan utvikle seg svært forskjellig. Basert på denne antagelsen, regnet han ut hvor de store bølgene ville inntreffe. Forsøkene viste at selv moderate stormer kan produsere kjempebølger.

– Mye arbeid gjenstår imidlertid før denne innsikten kan overføres til virkelige forhold på havet, understreker Carl Trygve Stansberg, som er forsker ved Sintef Marintek.

MED 70 KM I TIMEN

Hastigheten i en monsterbølge forteller mye om energimengden i bølgen, og dermed om dens potensial for ødeleggelse. Matematikerne John Grue og Karsten Trulsen ved Universitetet i Oslo klarte å måle hastigheten på en monsterbølge til 70 kilometer i timen.

Men også i vannlag langt under overflaten beveget kjempebølgen seg med nesten like stor fart. Det betyr at det ikke bare er de øverste delene av en oljerigg som tar støyten når monsteret kommer, men også strukturene under vann.

NÅR KOMMER TUSENÅRSBØLGEN?

Siden Draupner-ulykken har de store offshoreaktørene vært svært oppmerksom på nye bølgedata. Stansberg forteller om uforklarlige observasjoner fra rigger i Nordsjøen, noen av dem dokumentert på fotografier, som har vist større bølgehøyder enn forventet.

Skal man dimensjonere skip og marine konstruksjoner for monsterbølger? Det er blant annet et spørsmål om hyppighet. Det snakkes om tusenårsbølgen, og det snakkes om titusenårsbølgen. Ingen installasjoner eller fartøy har en slik levetid, så dilemmaet er å veie kostnader og tekniske vanskeligheter opp mot den matematiske sannsynligheten for at en monsterbølge skal ramme.

Sverre Haver ved Statoil er spesialist på konstruksjoner og sikkerhet. Han forteller at de har testet modellrigger for tusenårsbølgen, uten at plattformene tok skade. Modellene overlevde også en titusenårsbølge. I forsøks- tanken, riktignok.

Torgeir Moan er leder for Centre for Ships and Ocean Structures ved NTNU. Han har vært ansvarlig for regelverket for sjøbelastninger for offshorekonstruksjoner. Regelverket er ikke endret siden 1990-tallet, selv om industrien har blitt meget var på ekstreme bølger, forteller Moan.

OVERVÅKER VERDENSHAVENE

Kan de livsfarlige bølgene varsles? EU-prosjektet Maxwave har samlet Europas ekspertise på alle forskningsfelt som har betydning for bølgeforskning. Visjonen er å benytte avansert overvåkningsteknologi for å overvåke særlig farlige havområder.

Forskerne har allerede testet slikt utstyr med godt resultat. Ultrahøy oppløsning på overvåkingsfoto gir så detaljerte bilder at ekstreme bølger kan identifiseres. Ideen er da å knytte dette til et analyse- og kommunikasjonssystem som kan rute skip utenom farlige bølger i sanntid. Stansberg tror et slikt system kan være på plass innen ca fem år.

Vi må antakelig kunne se langt inn i framtida før alle havgående skip blir bygget for 30-meters bølger. Så i mellomtida er det tryggest å følge løsning nummer to: Unngå dem!

Tekst: TOR H. MONSEN