As ondas gigantes do Mar do Norte: a IA e os novos modelos mostram como surgem

Novas análises de dados de medição do Mar do Norte e modelos modernos com IA estão agora a desenhar um quadro bastante diferente: por trás das temidas ondas gigantes não há magia, mas sim uma combinação de efeitos físicos bem explicáveis. E é precisamente isso que abre a possibilidade de identificar estas ondas extremas com antecedência - e reduzir de forma significativa os danos no mar.

Quando o oceano se transforma numa parede

Há séculos que os marinheiros contam histórias de paredes de água súbitas, duas vezes mais altas do que todas as outras ondas, que aparecem em segundos e desaparecem logo a seguir. Durante muito tempo, isso foi considerado conversa de marinheiro. Só a partir da década de 1990 ficou claro: estas ondas extremas existem mesmo - e conseguem dobrar estruturas de aço como se fossem fósforos.

Um exemplo célebre é o evento de Draupner, no dia de Ano Novo de 1995. Uma plataforma de medição no Mar do Norte registou então uma única onda com mais de 25 metros de altura, muito acima de tudo o que os modelos da época julgavam possível. Desde então, a investigação procura responder a uma pergunta: como pode algo assim surgir?

As ondas gigantes não violam as leis da natureza - são a sua expressão levada ao extremo.

Porque é que os modelos anteriores falharam

As teorias mais antigas explicavam normalmente as ondas extremas através de instabilidades exóticas que se observavam sobretudo em tanques de laboratório. Nesses ambientes, as ondas deslocam-se de forma ordenada numa única direção e a energia distribui-se de modo relativamente simples. No mar aberto, porém, domina um caos completamente diferente: grupos de ondas vêm de várias direções, sobrepõem-se, cruzam-se e interferem uns com os outros.

Foi precisamente aqui que a equipa do investigador Francesco Fedele, da Georgia Institute of Technology, se concentrou. Em vez de inventarem novas teorias, recorreram a uma abordagem muito pragmática: dados, dados, dados.

18 anos do Mar do Norte em câmara rápida

Os investigadores recorreram a séries de medições recolhidas perto da plataforma Ekofisk, no Mar do Norte. Durante 18 anos, os sensores aí instalaram registos contínuos do estado do mar - no total, 27.500 conjuntos de dados, em blocos de 30 minutos cada.

Esta enorme base de dados permitiu observar o oceano tal como ele realmente “respira”. Não de forma idealizada, nem suavizada, mas em todo o seu sobe e desce caótico. A pergunta central era esta: as ondas gigantes são mesmo valores raros e anómalos, ou estarão profundamente inscritas na física quotidiana das ondas?

Com métodos de análise modernos, tornou-se evidente que as ondas extremas se comportam de forma menos excecional do que a sua reputação faria supor.

Como se forma uma onda gigante

Ondas gigantes do mar do Norte: focagem quando as ondas se encontram

Um elemento decisivo é a chamada focagem linear. A ideia por detrás disto é simples: muitas ondas individuais, que se movem a velocidades diferentes e vindas de várias direções, podem reforçar-se mutuamente num determinado ponto. Se o pico de uma onda coincide exatamente com os picos de várias outras, as alturas somam-se e formam uma elevação enorme.

• Grupos de ondas aproximam-se uns dos outros vindos de direções distintas.
• Certas frequências e velocidades encaixam-se por acaso na perfeição.
• Num ponto, vários máximos sobrepõem-se - e nasce uma única onda gigante.

Esta sobreposição já basta para produzir ondas claramente mais altas do que a média. Mas a história não termina aqui.

Ondas deformadas: o papel da não linearidade

O segundo fator-chave são as chamadas não linearidades ligadas. Em termos simples: no mar, as ondas não se comportam de forma perfeitamente “harmónica”. A forma altera-se, a crista fica mais íngreme e a calha torna-se mais rasa. Estes efeitos de segunda ordem, como dizem os físicos, modificam de forma visível a geometria da onda.

As não linearidades ligadas podem tornar uma onda cerca de 20 por cento mais alta do que o previsto pelos modelos clássicos.

Um estudo publicado em “Scientific Reports” indica que são precisamente estes efeitos que explicam muito melhor a frequência com que as ondas extremas ocorrem do que as instabilidades de terceira ordem, antes mais valorizadas e ainda mais complexas.

Na prática, ambos os mecanismos reforçam-se: primeiro, várias ondas encontram-se e somam-se; depois, a não linearidade deforma ainda mais a onda já formada - resultado: uma única parede de água, assustadoramente alta, que se ergue acima do estado normal do mar.

As ondas gigantes são mais frequentes do que muitos pensam

As análises dos dados do Mar do Norte falam por si: as ondas gigantes não são exceções completamente absurdas. São menos frequentes do que as ondas altas normais, claro - mas aparecem com bastante regularidade para representarem um risco muito real para a navegação, os parques eólicos offshore e as plataformas de petróleo e gás.

Fedele e os seus colegas defendem, por isso, que as normas para navios e instalações offshore têm de incorporar estes novos resultados. A conceção e as margens de segurança devem partir do princípio de que estes eventos extremos fazem parte do espectro esperado - e não são meras curiosidades.

A IA torna o oceano um pouco mais legível

Mas a explicação física, por si só, não chega. A questão decisiva para armadores, capitães e operadores de instalações offshore é: estas ondas podem ser reconhecidas a tempo?

É aqui que entra a IA. Os investigadores estão a treinar algoritmos com os 18 anos de dados de medição. O objetivo é identificar padrões no estado do mar que, tipicamente, antecedem a formação de uma onda extrema.

Entidades como a NOAA, a administração norte-americana para os oceanos e a atmosfera, e empresas do setor energético já estão a testar a forma de integrar estes modelos nos seus sistemas de monitorização e alerta. Um radar, uma boia de medição de ondas, um satélite - todos estes sensores fornecem dados que podem ser analisados em tempo real pela IA.

Componente	Contributo para a previsão
Dados de longo prazo (por exemplo, Mar do Norte)	Frequências estatísticas e padrões típicos de ondas extremas
Modelos físicos	Compreensão da focagem e das não linearidades
Algoritmos de IA	Reconhecimento em tempo real de configurações críticas
Medições por radar e boias	Dados atuais sobre altura das ondas, direção e espectro

Em termos de previsão a curto prazo, seria possível algo deste género: nos próximos 30 a 60 minutos, existe numa determinada área uma probabilidade significativamente aumentada de ocorrerem ondas individuais extremamente altas. Para os navios, isso poderia justificar uma alteração de rota ou uma redução de velocidade; nas plataformas, poderia levar à suspensão de trabalhos críticos.

O que isto significa para a navegação e para as zonas costeiras

Para a navegação de alto-mar, estes resultados são um alerta sério. Durante muito tempo, muitas estruturas e regras de segurança basearam-se em modelos estatísticos que subestimavam as ondas extremas. Quando uma única onda surge de repente com o dobro da altura do mar envolvente, o casco, a ponte e a carga entram em zonas para as quais simplesmente não foram concebidos.

As costas também podem ser afetadas. Quando ondas gigantes atingem um mar já agitado por tempestade, criam-se localmente níveis de água e rebentação ainda mais elevados, que exigem mais dos sistemas de proteção costeira do que o previsto. Os engenheiros terão de considerar estes efeitos em futuros planos de defesa.

Como imaginar melhor as ondas gigantes

Para quem acha difícil visualizar as ondas gigantes, uma comparação ajuda: imagine uma autoestrada com muitas faixas, onde circulam carros a velocidades diferentes. Num certo ponto, vários veículos encontram-se ao mesmo tempo por mero acaso - um pequeno “ponto de congestionamento”. No mar, em vez de carros, há ondas de energia. Quando o seu “timing” coincide na perfeição, forma-se uma enorme montanha de energia - a onda extrema.

A isso junta-se a deformação: tal como uma bola de neve que, ao rolar, vai ficando cada vez mais irregular, também a onda perde o perfil sinusoidal ideal. A crista eleva-se mais, a calha é comprimida. O resultado conjunto é a impressão sinistra de uma parede de água abrupta, surgida do nada diante da proa.

Riscos, oportunidades e questões em aberto

Os sistemas de alerta para ondas gigantes ainda estão numa fase inicial. Há muitas questões em aberto: até que ponto os resultados obtidos no Mar do Norte se aplicam a outras regiões, como o Atlântico Sul ou o Oceano Antártico? Qual a combinação de sensores que fornece alertas mais fiáveis? E como reage uma tripulação quando é avisada de um risco acrescido de ondas extremas?

Uma coisa é certa: o oceano continua a ser um lugar perigoso. Mas, a cada boia de medição, a cada análise e a cada modelo de IA, o que parecia arbitrário torna-se um pouco mais previsível. As ondas gigantes não perdem força por causa disso, mas perdem parte do seu mito - e isso pode salvar vidas.