Giải mã cơ chế hình thành sóng độc

Science Daily đưa tin nghiên cứu mới công bố trên tạp chí Scientific Reports của một nhóm nhà khoa học ở Viện Công nghệ Georgia, Mỹ, cho thấy sóng độc hình thành tự nhiên khi những cơn sóng nối tiếp và khuếch đại lẫn nhau. Các nhà nghiên cứu sử dụng dữ liệu về Biển Bắc kết luận sóng độc không phát sinh từ những lực kỳ lạ và họ đang phát triển mô hình có thể dự đoán loại sóng nguy hiểm này trong tương lai.

Vào tháng 1/1995, một cơn sóng độc khổng lồ cao 24,4 m ập xuống giàn khoan dầu Draupner trên Biển Bắc. Bức tường nước làm sụp lan can thép và hất tung thiết bị nặng trên boong. Đây là lần đầu tiên các nghiên cứu đo được chiều cao của sóng độc giữa biển khơi. Theo Francesco Fedele, phó giáo sư ngành Kỹ thuật dân dụng và môi trường thuộc Viện Công nghệ Georgia, dữ liệu xác nhận mô tả của những thủy thủ trong nhiều thập kỷ là sóng độc xuất hiện đột ngột và dữ dội.

Fedele đứng đầu một nhóm nghiên cứu quốc tế tìm hiểu nguồn gốc của sóng độc. Họ phân tích 27.500 ghi chép về sóng độc thu thập trong hơn 18 năm trên Biển Bắc. Mỗi ghi chép mô tả chi tiết hoạt động của sóng độc trong 30 phút bao gồm độ cao, tần suất và phương hướng. Kết luận của nhóm nghiên cứu thách thức giả định phổ biến tồn tại từ lâu cho rằng cơ chế hình thành sóng độc là hiện tượng mang tên “bất ổn định điều biến”. Đây là quá trình thay đổi nhỏ về thời gian và khoảng cách giữa các cơn sóng khiến năng lượng tập trung vào cơn sóng duy nhất. Thay vì phân bố đều, mô hình sóng thay đổi dẫn tới một cơn sóng đột nhiên trở nên lớn hơn nhiều so với những cơn sóng còn lại.

Fedele chỉ ra bất ổn điều biến chỉ chính xác khi sóng bị hạn chế trong các kênh khiến năng lượng chỉ dồn theo một hướng. Tuy nhiên, ngoài biển khơi, năng lượng có thể lan theo nhiều hướng. Khi Fedele và đồng nghiệp phân tích dữ liệu về Biển Bắc, họ không tìm thấy bằng chứng về hiện tượng bất ổn điều biến ở sóng độc. Thay vào đó, họ phát hiện những cơn sóng lớn nhất dường như là sản phẩm từ hai hiệu ứng đơn giản hơn.

Loại hiệu ứng thứ nhất là hội tụ tịnh tiến xảy ra khi những cơn sóng di chuyển ở tốc độ và hướng khác nhau tình cờ thẳng hàng ở cùng thời gian và địa điểm. Chúng xếp chồng lên nhau, tạo thành đỉnh sóng cao hơn rất nhiều so với bình thường. Hiệu ứng thứ hai mang tên phi tịnh tiến ràng buộc bậc hai là hiệu ứng tự nhiên kéo giãn hình dạng cơn sóng, làm đỉnh sóng cao hơn 15-20%. Theo Fedele giải thích, khi hai hiệu ứng trên cùng xảy ra, kết quả là một cơn sóng lớn hơn rất nhiều.

Phát hiện của Fedele và đồng nghiệp có nhiều ý nghĩa đối với phát triển mô hình dự đoán sóng độc đe dọa tàu thuyền và công trình ngoài khơi. Cục quản lý Đại dương và Khí quyển Quốc gia Mỹ (NOAA) và công ty năng lượng Chevron đang sử dụng mô hình của Fedele để dự đoán sóng độc nhiều khả năng ập tới khi nào và ở đâu. Hiện nay, Fedele đang sử dụng học máy để rà soát dữ liệu sóng trong hàng thập kỷ, huấn luyện thuật toán nhằm phát hiện những sự kết hợp khó thấy về độ cao, phương hướng và thời gian trước cơn sóng dữ. Mục tiêu của nhóm nghiên cứu là cung cấp cho các nhà dự báo công cụ chính xác hơn để dự đoán thời điểm sóng độc xảy ra.

An Khang (Theo Science Daily)