Ondas extremas ilusórias
As ondas oceânicas mais espetaculares nascem em condições muito particulares: quando os ventos mais fortes de uma tempestade se deslocam exatamente na mesma velocidade que as próprias ondas. Essa sincronização permite que as ondas cresçam em altura e comprimento durante várias horas, concentrando uma energia fenomenal numa zona de menos de 300 km de diâmetro. Depois essa energia se dispersa progressivamente sob a forma de ondulação através de todo o oceano.
Uma equipe internacional liderada por pesquisadores do CNRS Terra & Universo (ver quadro) catalogou e classificou todas as tempestades globais desde 1991 em função de suas ondas máximas. Se os modelos de previsão meteorológica preveem alturas atingindo 23 metros em mar aberto, os satélites altimétricos que se sucederam desde 1992 nunca ultrapassaram 18,5 metros. A razão? Esses instrumentos cobrem apenas uma porção muito pequena do oceano e passam sistematicamente ao lado das zonas mais extremas das tempestades, que duram apenas algumas horas.
Raras imagens de mar muito bravo, com cavas de 10 a 12 m no Oceano Austral, em 9 de abril de 2018. Com uma altura máxima estimada em 12,8 m, esta tempestade é a 4170ᵃ do catálogo de tempestades 1991-2024.
© Benoit Stichelbaut
SWOT: ver o invisível
O satélite SWOT (Surface Water and Ocean Topography), lançado em dezembro de 2022, muda o jogo. Além da simples medida de altura dos altímetros clássicos, o SWOT mapeia o nível do mar com uma resolução inédita de 250 metros, permitindo "ver" as ondas individuais e medir simultaneamente sua altura, comprimento e direção.
Mesmo quando não sobrevoa diretamente o coração de uma tempestade, o SWOT capta a ondulação que dela escapa e se propaga por milhares de quilômetros. Os pesquisadores podem então remontar à fonte, como se remonta um rio, e reconstituir as propriedades das ondas no momento de sua formação na tempestade. Em 21 de dezembro de 2024, o SWOT passou excepcionalmente perto do coração da tempestade "Eddie" no Pacífico Norte: registrou um novo recorde absoluto com uma altura significativa de 19,7 metros, ou seja, a onda mais alta já medida por um satélite desde o início das observações espaciais em 1991. Este valor supera também todos os registros realizados por bóias no mar.
A "cascata de energia" revelada
A análise de centenas de trajetórias de ondulação revela descobertas maiores. As ondulações geradas por Eddie atingiram comprimentos de 400 a 1 600 metros e foram observadas do Pacífico Norte até o Atlântico tropical. A 5 600 km da tempestade, o SWOT ainda detectou ondas de 1 360 m de comprimento (correspondendo a um período de 30 segundos) e apenas 6 cm de altura, no limite de sua sensibilidade.
A altura das ondas decresce muito rapidamente com a distância à tempestade, seguindo uma lei de potência espetacular: proporcional a d⁻⁹ (onde d é a distância). Este comportamento confirma uma teoria formulada em 1962 pelo físico alemão Klaus Hasselmann¹: as ondas mais energéticas transferem uma parte de sua energia às ondas ligeiramente mais longas por interações não-lineares a quatro ondas, criando uma verdadeira "cascata de energia" que permite às ondas atingir alturas fenomenais. Pela primeira vez, esta cascata é observada para ondas tão longas, até 1,5 vez o período dominante da tempestade.
Esquema do funcionamento do SWOT© NASA/JPL-Caltech.
Impactos concretos
Estas descobertas levaram os pesquisadores a corrigir as formas espectrais empíricas utilizadas desde os anos 1960 em todos os modelos de ondas. A antiga formulação superestimava por um fator 20 a energia das ondas mais longas (entre 1,2 e 1,4 vez o período dominante). Esta atualização vai permitir melhorar as previsões meteorológicas marítimas e refinar nosso conhecimento das ondas extremas, informação crucial para a concepção das infraestruturas no mar e nas costas.
E também um desafio de segurança maior: a ondulação gerada pela tempestade Eddie causou vítimas e danos consideráveis do Canadá ao Peru, a milhares de quilômetros de seu ponto de origem. Estas observações abrem além disso novas perspectivas para interpretar os sinais sísmicos gerados pelas ondas oceânicas, registrados há mais de um século, com períodos podendo atingir 26 segundos.
Nota
¹ Klaus Hasselmann recebeu o Prêmio Nobel de Física em 2021 por suas contribuições à modelização física do clima terrestre e à detecção da mudança climática de origem humana. Seus trabalhos sobre as interações não-lineares entre ondas oceânicas, formulados já em 1962, constituem igualmente uma contribuição maior à oceanografia física.