Monstergolven of freak waves

Op woensdag 1 november 2006 werd Nederland behoorlijk opgeschrikt. Voor de kust van Schiermonnikoog werd rond half negen 's morgens door een meetboei van Rijkswaterstaat een golf gemeten van 19,80 meter. Het was de hoogste individuele golf die ooit voor de Nederlandse kust gemeten werd. Toen achteraf bleek dat het om een softwarefout ging, haalde men opgelucht adem. Toch bestaan ze echt: golven tot dertig meter hoog die hele tankers in zee doen verdwijnen: monstergolven.

Definitie van freak wave of rogue-wave

Wat we in het Nederlands monstergolven noemen, krijgt internationaal de term 'freak wave' of 'rogue wave' mee. Deze golven mogen niet verward worden met de meer bekende tsunami, een golf of een reeks golven die meestal veroorzaakt worden door een onderzeese aardbeving of aardverschuiving, maar ook kan ontstaan door een vulkaanuitbarsting of elke bruuske verstoring van grote waterkolom.

Een monstergolf is volgens de definitie een golf die sterk afwijkt in hoogte en/of vorm van de golven in de onmiddellijke buurt. Algemeen wordt aangenomen dat freak waves meer dan twee maal zo hoog zijn als de zichtbare golfhoogte in de omgeving Dit noemt men de zogenaamde significante golfhoogte.

Over zeemansverhalen en reuzengolven

Het gebeurde vroeger af en toe dat zeevaarders thuiskwamen met verhalen van golven die wel tot dertig meter hoog waren. Vaak werd dit weggelachen. De zee geeft aanleiding tot veel mythes en dit zou er wel één van zijn.

Toch werden ook regelmatig sterk afwijkende golven gemeten. Maar meestal werden die metingen netjes uit de databanken verwijderd. Het kon niet anders dan dat dit meetfouten waren.

Toen kwam het moment dat men de ogen niet langer sloot. De scheepvaart is enorm belangrijk voor de wereldeconomie. Heel wat ongevallen met grote tankers werden nooit opgehelderd, vaak was er onverklaarbare schade aan schepen of offshore constructies. Misschien bestonden ze dan toch, die reuzengolven uit de zeemansverhalen.

Op dit moment twijfelt niemand nog. Rogue waves bestaan. Ze werden al verschillende keren vastgesteld en waarschijnlijk zijn ze zelfs helemaal niet zo zeldzaam als eerst gedacht werd. Tegenwoordig zijn er lijstjes te vinden van monstergolven waarvan men de bijzonderheden genoteerd heeft.

Op 12 december 1978 bleek de trots van de Duitse koopvaardijvloot zomaar verdwenen te zijn, midden op de oceaan. De supertanker 'München' had nochtans de reputatie onzinkbaar te zijn. Een grootscheepse reddingsoperatie in de buurt van de plaats waar men het laatste noodsein registreerde, leverde alleen een reddingsvlot op dat door een geweldige kracht verwrongen moest zijn.

In februari 1995 stond de kapitein van het cruiseschip Queen Elizabeth II tijdens een orkaan op de Noord-Atlantische Oceaan oog in oog met een golf van 29 meter hoog. 'Het was alsof we tegen de krijtrotsen van Dover aanliepen,' vertelde hij achteraf.

De eerste freak wave die zich ook werkelijk liet registreren kreeg de naam van het olieplatform waar ze tegenaan sloeg. De Draupner Wave was 26 meter hoog en werd op 1 januari 1995 gemeten in de Noordzee ter hoogte van Noorwegen. De andere golven waren op dat moment gemiddeld 10 tot 12 meter hoog. Men kon ook bewijzen dat het in dit geval niet om een meetfout ging. Een hooggelegen platform op het booreiland had wel degelijk schade opgelopen ten gevolge van de inslag.

In februari en maart 2001 trof een monstergolf van meer dan 30 meter hoog twee Antarctische cruiseschepen, de 'Bremen' en de kleinere ‘'Caledonian Star', in de zuidelijke Atlantische Oceaan. De schade bleef relatief beperkt. Toch dreef de 'Bremen' een tweetal uur stuurloos rond. Hetzelfde overkwam het cruiseschip 'Voyager' in februari 2005 wanneer het 60 mijl ten zuiden van Mallorca door een freak wave getroffen werd.

Op 15 april 2005 kreeg het cruiseschip ‘ Norwegian Dawn’, op weg van de Bahama’s naar New York een behoorlijke slok water binnen na een onzachte aanvaring met een golf van pakweg 20 meter hoog. 62 hutten kregen water binnen, 4 passagiers raakten licht gewond.

Onderzoek

De Europese Unie heeft geld vrijgemaakt voor onderzoek en de ESA heeft gedurende een kleine maand met twee satellieten de oceanen gescand. Het resultaat was verbluffend. Op die korte tijd werden 10 monstergolven ontdekt die elk meer dan 25 meter hoog waren.

Eén van de mogelijke mechanismes die bijdragen tot het ontstaan van rogue waves is mogelijk de concentratie van golfenergie door oceaanstromingen of ondieptes. Men heeft echter ook al monstergolven ontdekt in volle oceaan, waar het onderwaterreliëf relatief vlak is en waar de stromingen gelijkmatig zijn. Twee Noorse onderzoekers, Karsten Trulsen en Kristian Dysthe hebben in 1997 de theorie opgeworpen dat monstergolven mogelijk kunnen voortkomen uit een zogenaamde niet-lineaire ‘zelfmodulatie’ van een traagjes veranderende golftrein.

Een heel eenvoudige benadering van hun theorie is de volgende: wanneer binnen een reeks kleinere golven de verschillende golven onderling niet dezelfde snelheid hebben, dan kan het gebeuren dat bepaalde golven andere inhalen, deze opslokken en uiteindelijk golven vormen die erg hoog en steil kunnen worden.

Het Europees project 'MaxWave' zorgde voor een uitgebreid wetenschappelijk onderzoek van monstergolven. De onderzoekers probeerden enerzijds een freak wave waar te nemen of na de feiten in de databanken te registreren. Verder voerde men een doorgedreven analyse uit van de weersomstandigheden en de toestaand van de oceaan ten tijde van 'onrustwekkende verdwijningen' van schepen. Misschien konden ze gemeenschappelijke situaties ontdekken.

Om dit onderzoek uit te voeren maakten ze langs de ene kant gebruik van meetboeien. Deze maken het mogelijk de golfslag in een grafiek weer te geven en er allerlei berekeningen op uit te voeren. Op deze manier werd trouwens de Draupner-golf, die eerder beschreven werd, ontdekt.

Een tweede onderzoek gebeurde via twee radartypes: de Synthetic Aperture Radar (SAR), die satellietgestuurd was en het Wave Monitoring System II (WaMoSII), dat vanop schepen of boorplatforms gebruikt werd. De radarbeelden geven niet meteen informatie over de hoogte van de golven, maar over de interactie tussen het zeeoppervlak en de radargolven. Stromingen, golfopzet, snelheid van waterdeeltjes, lokale windvelden en dergelijke hebben allemaal hun invloed op de output. Wanneer deze data op de juiste manier bewerkt werd, was het wel mogelijk om individuele golven te kunnen onderscheiden. Het leverde heel wat gegevens op over de gemiddelde toestand van het zeeoppervlak, het gedrag van individuele golven, uitzonderlijke golven en golfgroepen. De SAR-beelden bestrijken daarbij zeer uitgestrekte delen van de oceanen. Het voordeel van WaMoSII is dat het bijvoorbeeld op een containerschip bevestigd kan worden. Op deze manier kunnen van gevaarlijke oceaangebieden belangrijke data verzameld worden, ook op langere termijn.

Een ongevallendatabank

Eigenlijk wil men ertoe komen dat men monstergolven zo goed mogelijk kan voorspellen. Enkel op die manier kunnen in de toekomst ongevallen met schepen vermeden worden, wat economisch erg belangrijk is. Daartoe heeft men eerst een uitgebreide studie gemaakt van de omstandigheden waaronder in de periode 1995-1999 650 schepen van 100 ton of meer schade leden of vergingen.

In het bijzonder werden twee gevallen uitgelicht, waarbij ook sprake was van schade door rogue waves: de ‘ Stenfjell’ die schade opliep ten gevolge van freak waves tijdens een tocht van Duitsland naar Noorwegen op 26 oktober 1998 en de ‘ Schiehallion FPSO’ die op 9 november 1998 bij activiteiten ten westen van de Shetland-eilanden door een monstergolf getroffen werd. Voor deze situaties werd een zogenaamde hindcast gemaakt: alle bekende gegevens worden in een wiskundig model gestopt waarvan men vermoedt dat het de bestaande toestand benadert. Als de uitkomst van het model overeenkomt met de werkelijke situatie, heeft men een goed model gevonden. Op deze manier werden monstergolven zo goed mogelijk wetenschappelijk benaderd.

Bij het onderzoek van 270 andere ongevallen, die onder de noemer 'verdacht' konder geplaatst worden, bleek dat zowat twee derde van deze ongevallen de significante golfhoogte minder was dan vier meter. Een relatief lage golfhoogte sluit niet uit dat golven erg steil kunnen zijn, wat voor schepen gevaarlijk kan zijn. Er is ook wetenschappelijk onderzoek dat de link legt tussen de aanwezigheid van steile golven en het onstaan van monstergolven. In ongeveer 60% van de onderzochte ongevallen traden steile golven op, wat vaak samengaat met een stevige wind.

Ook bleek dat in net iets minder dan de helft van de gevallen sprake was van 'crossing seas'. Daarbij vormen de golven die ter plaatse ontstaan door wind een hoek met de deining die al aanwezig was.

Het algemene besluit van het onderzoek is dat de kans op een ongeval ten gevolge van een monstergolf het grootst is in het
Noordoost-Atlantische gebied en in Zuidoost Azië, twee gebieden waar veel scheepvaart gecombineerd wordt met het vaak
optreden van zeer steile golven en ‘crossing-seas’. Het is waarschijnlijk niet helemaal toevallig dat de zogenaamde Bermudadriehoek binnen dit gebied ligt. Ter hoogte van Zuid-Afrika zorgt de Agulhas zeestroming in combinatie met een ruw golfklimaat voor gelijkaardige omstandigheden, maar daar is gelukkig minder scheepvaart.

De huidige stand van zaken

Op dit moment loopt er onderzoek om na te kijken of het zinvol is een soort waarschuwingsindex te ontwikkelen voor crossing seas en/of steile golven.

De ontwerpers van schepen en offshore constructies werden op de hoogte gebracht van de onderzoeksresultaten zoals ze nu al op tafel liggen. Gegevens over de trefkans en de vorm van de monstergolven kunnen hen helpen om eventueel al aanpassingen te maken aan hun ontwerp. Het op schaal nabootsen van de omstandigheden waarin freak waves ontstaan, kan helpen om inzicht te krijgen in de krachten die de golven uitoefenen op schepen en andere constructies.

Verder diepgaand onderzoek moet meer nauwkeurige modellen mogelijk maken, zodat men op langere termijn beter in staat zal zijn om monstergolven te voorspellen.