Ovunque siamo circondati e influenzati dalle onde, dalle radiazioni di luce e colore, ai suoni che vibrano attraverso la nostra atmosfera, ai cicli delle maree, e della notte e del giorno, e dei movimenti delle nostre vite sembra che tutto arrivi a onde, o come cicli che si muovono all'interno di onde.L'azione d'onda è il modo fondamentale in cui l'energia è trasportata e trasmessa. Le onde sono un'espressione del ritmo universale che orchestra e manda avanti tutta la creazione e lo sviluppo della vita sulla terra. Forse è per questo che la contemplazione e lo studio delle onde marine sono così affascinanti, così avvincenti.Le onde marine sono tra i più complicati fenomeni naturali della terra, eppure quando ci immaginiamo le onde in astratto, le nostre menti potrebbero evocare un'immagine di perfette increspature concentriche che si propagano dal punto in cui un ciottolo è entrato in immobili acque stagnanti. Quelle onde - le onde ideali della nostra immaginazione - sono oscillazioni sinusoidali, e sebbene esistano in forma relativamente pura in condizioni controllate, non è probabile trovarle nel più complesso ambiente oceanico. Ecco perché le onde vengono studiate in vasche di laboratorio, dove è possibile generare un unico treno di onde e isolare e semplificare la meccanica del moto ondoso.Le onde del mare e le onde di laboratorio hanno le stesse caratteristiche fondamentali: una cresta (il punto più alto dell'onda), un cavo o valle (il punto più basso), un'altezza (la distanza verticale dal cavo alla cresta), una lunghezza d'onda (la distanza orizzontale tra due creste consecutive) e un periodo (il tempo in secondi necessario affinché una cresta percorra una distanza pari alla lunghezza d'onda). Se ci si trova su un molo o su una diga, o seduti a cavalcioni su un surf, il rapido avvicinarsi di un'onda marina dà l'impressione di una muraglia d'acqua che avanza verso di voi. in realtà, l'onda si muove verso di voi, ma non l'acqua. Se l'acqua si movesse con l'onda, l'oceano e tutto ciò che sta su di esso andrebbe a finire sulla costa con risultati catastrofici. invece, l'onda si muove attraverso l'acqua, lasciando l'acqua più o meno dov'era. Un'onda marina che passa attraverso acqua profonda fa sì che una particella sulla superficie si muova descrivendo un'orbita quasi circolare, trascinando la particella prima verso l'onda che avanza, poi in alto all'interno dell'onda, poi in avanti con essa, poi - quando l'onda si lascia dietro la particella - indietro al punto di partenza. Essendo la velocità maggiore nella parte superiore dell'orbita che non nella parte inferiore, la particella non ritorna esattamente alla posizione d'origine dopo il passaggio di un'onda, ma si sposta leggermente nella stessa direzione dell'onda. il raggio di questa orbita circolare decresce con la profondità. In acqua più bassa, le orbite diventano sempre più ellittiche finché, in acqua molto bassa - sulla spiaggia - il moto verticale sparisce quasi del tutto.La sua definitiva scomparsa in acqua bassa conclude le tre fasi della vita di un'onda. Dalla nascita alla maturità alla morte, un'onda è soggetta alle stesse leggi di qualsiasi altra cosa "vivente" e, come altre cose viventi, ogni onda assumesse per un certo tempo una miracolosa individualità che, alla fine, viene riassorbita nel grande oceano della vita.

Le onde che ondulano la superficie del mare sono in genere prodotte da tre cause naturali: il vento, i motisismici e l'attrazione gravitazionale esercitata dalla luna e dal sole. Gli oceanografi le chiamano tutte etre onde "di gravità", giacché una volta che sono state generate, la gravità è la forza che agisce su di loro tentando di riportare la superficie marina a una piatta distesa. Le onde che ondulano la superficie del mare sono in genere prodotte da tre cause naturali: il vento, i moti sismici e l'attrazione gravitazionale esercitata dalla luna e dal sole. Gli oceanografi le chiamano tutte e tre onde "di gravità", giacché una volta che sono state generate, la gravità è la forza che agisce su di loro tentando di riportare la superficie marina a una piatta distesa.Nell'oceano ci sono anche altre onde. Ai margini delle correnti calde e fredde, scorrimenti sottomarini di masse d'acqua di diversa densità, sovrapponendosi, si ondulano facendo insorgere onde "interne" lente. A volte si possono osservare le onde interne in condizioni di calma dato che le loro correnti influiscono sulla riflessività della superficie marina, producendo aree di trasparente levigatezza alternate a struttura increspata.

Benché importanti perturbazioni causate da onde sismiche (tsunami) siano spesso erroneamente chiamate onde di marea, questo termine descrive più precisamente i cicli giornalieri dell'alta e della bassa marea. In assoluto, le onde marine più lunghe - con un periodo di 12 ore e 25 minuti e una lunghezza d'onda pari a metà della circonferenza della terra -, questi colossali rigonfiamenti oceanici viaggiano intorno al mondo persino a 1000-1200 chilometri l'ora. Si producono le maree quando le forti attrazioni gravitazionali della luna e del sole sollevano effettivamente gli oceani mentre la massa solida della terra ruota al di sotto di essi. Le creste di queste onde sono le alte maree, i cavi le basse maree.Un insolito tipo di onda di marea fluviale è il mascheretto o barra fluviale, l'improvvisa ondata risaliente con cui in alcune parti del mondo arriva l'alta marea. 1 mascheretti in genere si verificano nei canali o nei fiumi (come il Severn in Gran Bretagna) o nelle baie (come la baia di Fundy in Canada) con coste a forma di imbuto e fondali bassi dove le maree sono molto ampie. Se l'onda di flusso viene rallentata dall'attrito nell'acqua poco profonda fino a muoversi più adagio dell'onda di riflusso, l'ondata di marea aumenta bruscamente d'altezza formando un fronte d'onda turbolento. Questo mascheretto può. irrompere in un passaggio che si fa sempre più stretto con grande energia e violenza. Accresciuto da un vento dell'ovest e dalle maree sigiziali, si dice che il mascheretto della Senna in Francia sia arrivato a Parigi come una ripida muraglia d'acqua che avanzava a forte velocità. Si è parlato di un muro d'acqua alto 7,3 metri che viaggiava a 24 chilometri l'ora. Questo era il mascheretto che annegò la figlia e il genero di Victor Hugo, travolti mentre navigavano sul fiume davanti a casa.

Le "onde di maremoto" - onde marine di origine sismica, o tsunami - sono onde "generate per impulso", il più delle volte da terremoti, eruzioni vulcaniche o imponenti smottamenti sottomarini. Le onde create da simili forze improvvise possono essere molto lunghe e molto basse con periodi tra le creste di anche dieci minuti e lunghezze d'onda che raggiungono i 240 chilometri. Eppure le onde in.genere sono alte solo 30-60 centimetri in acque profonde e l'inclinazione del fronte d'onda d'uno tsunami può essere così graduale che le navi in alto mare non si accorgono del loro passaggio. Gli tsunami si muovono ad altissima velocità - a circa 800 chilometri l'ora nel centro del Pacifico - e l'energia che propagano può essere veramente enorme.Ma inavvertibili e rapide attraverso l'oceano, queste onde sismiche assumono un carattere ben diverso quando incontrano un fondale basso. L'esempio classico del potere distruttivo di uno tsunami generato da un'esplosione è dato dall'eruzione vulcanica del 1883 della parte settentrionale di Krakatoa, isola situata nello stretto della Sonda. Circa 20 chilometri cubi di lava, pomice e ceneri furono proiettate in aria nel corso di un'imponente e improvvisa eruzione, che lasciò un cratere profondo 270 metri dove prima c'era una massa di terra alta 200 metri. L'esplosione fu udita a Madagascar a circa 5000 chilometri di distanza. Benché l'esplosione fosse stata enormemente distruttiva, gli effetti più disastrosi furono quelli degli tsunami, che raggiunsero un'altezza tra i 18 e i 36 metri.
Circa trecento tra cittadine e villaggi lungo le coste delle vicine isole furono distrutti: oltre 36.000 persone morirono. La cannoniera Berouw, ancorata al largo di Sumatra, fu sospinta a circa 3 chilometri nell'entroterra, e misurazioni effettuate in Francia e Gran Bretagna registrarono un aumento del livello del mare. Nel 1960, un violento terremoto in Cile (magnitudo 8,5) causò un forte abbassamento della faglia sottomarina che corre parallela alla costa, generando un catastrofico tsunami che interessò quasi tutto il bacino del Pacifico. L'Australia, la Nuova Zelanda, le Filippine, Okinawa e la California subirono ingenti danni o inondazioni costiere. Onde alte 4,5 metri investirono il Giappone, a circa 14.000 chilometri di distanza dal Cile e la città di Hilo sull'isola di Hawaii (che era stata devastata da un tremendo tsunami il primo aprile 1946) fu praticamente spazzata via da una serie di violente onde di origine sismica che cominciarono a colpirla meno di tre ore dopo il sommovimento. Hilo è stata poi ricostruita in posizione più elevata, e il sito originario - ora chiamato "Parco Tsunami" - è stato destinato a uso ricreativo. Benché gli tsunami siano indubbiamente spettacolari se vi trovate al posto giusto nel momento sbagliato, sono però relativamente rari. E le maree (anche se sono sempre con noi) sono relativamente lente nel movimento e difficili da osservare come onde. Le onde più comuni e più visibili sono le onde generate dal vento. increspature, maretta, cavalloni o frangenti a caduta, a questo pensiamo quando sentiamo la parola "onde", e la loro origine è il movimento dell'aria attraverso l'acqua.

Il vento è il risultato dell'azione dell'energia solare sull'atmosfera terrestre. I grandi modelli di circolazione - i venti globali - danno origine alla varia dinamica di alta e bassa pressione, di calma e burrasca. I grandi sistemi del Pacifico settentrionale o dell'Atlantico settentrionale o dell'Antartico generano onde enormi. Differenziali termici più localizzati agitano la superficie dell’oceano con vivaci modelli di energia .Le acque costiere oscillano dolcemente per gli ultimi echi di burrasche lontane mezzo mondo.
Come fa il vento a generare le onde? Il primo meccanismo della genesi dell'onda è l'attrito tra l'atmosfera e la superficie dell'oceano. Una bava di vento di meno di due nodi solleverà quasi immediatamente sulla superficie minuscole increspature (chiamate onde capillari). Se cade il vento, queste onde rapidamente spariscono a causa della resistenza della tensione superficiale dell'acqua, che tende a ristabilire la superficie uniforme. Tuttavia, con una brezza di due nodi o più che spira per un certo periodo di tempo, cominciano a formarsi le onde di gravità" in quanto il vento incontra la resistenza dell'acqua. Dapprima increspature, queste onde continuano a crescere fìnché il vento continua a soffiare più a soffiare. In realtà, diventa sempre più facile per il vento trasferire la sua energia all'acqua giacche ora può esercitare una pressione diretta sul dorso delle increspature.
Più la superficie è frastagliata e irregolare, e più il vento trova dove esercitare la sua pressione. Le increspature si trasforrnano in rnaretta (periodi da uno a quattro secondi) che poi quando la lunghezza d'onda della maretta in una data area supera i cinque secondi circa, prende nome di cavalloni. Via via che le onde continuano a crescere, la superfice che oppone resistenza al vento diventa sempre più ripida e più alta, rendendo ancor più efficace il compito del vento di trasferire energia all'acqua. Ma c,è un limite alla grandezza che possono raggiungere queste onde. La ripidità è il rapporto tra l'altezza di un'onda e la sua lunghezza e il suo limite massimo è di circa 1:7. Questo significa che un'onda lunga 2 metri non può avere una cresta più alta di 30 centimetri. In effetti, il massimo angolo di profilo stabile di una cresta d'onda è intorno ai 120 gradi quando essa supera questo angolo l'onda frange.

Le dimensioni delle onde generate dalla forza del vento dipendono da tre fattori:La velocità del vento (forza) , quanto dura l’azione del vento (durata) e l’estensione di mare aperto su cui spira il vento (fetch). Questo indicherebbe che il 45% di tutte le onde marine sono alte meno di 1,20 metri e l'80% sono alte meno di 3,6 metri. Solo il 10% sono alte più di 6 metri. La più alta onda registrata in maniera attendibile aveva un'altezza stimata di 34 metri. La incontrò il 7 febbraio 1933, durante una lunga burrasca, la petroliera Ramapo nel Pacifìco settentrionale. In tutta la loro immensa varietà, le onde danno struttura, movimento e carattere ai mari del mondo. Suscitate dal vento e riunite in schiere irradianti energia, le onde possono percorrere grandi distanze, trasportando quasi intatti i loro messaggi dal sole.

Una volta che un modello di onde si irradia libero dai venti che l'hanno creato, il confuso caos di cavalloni visibilmente disordinati si organizza in linee uniformi di "onda lunga". Le onde sollevate in origine dal vento si estinguono e la loro energia si consolida in onde di maggiore lunghezza e crescente velocità. Aumentando l'altezza delle onde, aumenta anche la lunghezza d'onda. in effetti, anche dopo che l'altezza d'onda si è stabilizzata, le lunghezze possono continuare ad aumentare. Di regola, un periodo di 10 secondi è la linea divisoria tra cavalloni e onda lunga, sebbene vi sia naturalmente una certa sovrapposizione. Il cavallone ha una lunghezza d'onda più corta, è più ripido, più frastagliato e più confuso dell'onda lunga. Come quelle increspature nella pozza, le creste dell'onda lunga in mare aperto sono più tondeggianti e regolari, avendo concentrato le energie di molte oscillazioni ondose in via di estinzione in pacchetti relativamente unificati e ordinati capaci di percorrere grandi distanze.
L'onda lunga si muove attraverso il mare aperto in treni di onde di periodo simile che si propagano sottovento a una sorgente di vento. in reazione alla spinta verso il basso della forza di gravità, i treni d'onda lunga estendono le loro forme, perdono un po' di altezza e distribuiscono un po' della loro energia lateralmente, allungando il fronte d'onda mentre si propagano lontano dalla loro arca di formazione. Il processo è detto maturazione.
La maggior parte delle onde di mare aperto sono onde di acqua profonda, il che significa che la profondità dell'acqua alla quale viaggiano è maggiore della metà della distanza tra le creste (la lunghezza d'onda). Le onde che si propagano in acque di profondità inferiore a metà della loro lunghezza d'onda sono chiamate onde di acqua bassa. Le lunghezze d'onda di alcune onde sismiche sono così lunghe che per loro anche l'oceano più profondo è basso. La dinamica delle onde di acqua bassa è influenzata dal fondo dell'oceano, mentre le onde di acqua profonda possono essere studiate indipendentemente da questa influenza. In acqua profonda, la lunghezza d'onda (L) espressa in metri può essere teoricamente messa in rapporto al periodo (P) in secondi con la formula: L = 1,56 P'. Si è trovato che la lunghezza d'onda effettiva è un po' inferiore a questa per quanto riguarda l'onda lunga ed è circa due terzi del valore per quanto riguarda i cavalloni. Quando le onde escono dall'area di formazione e continuano a propagarsi come onde libere, la lunghezza d'onda e il periodo continuano ad aumentare mentre l'altezza si riduce. Anche la velocità aumenta con l'aumentare del periodo ed è praticamente indipendente dall'altezza dell'onda e dalla ripidità. Questa descrizione teorica del rapporto tra velocità, lunghezza e periodo riguarda solo le onde di acqua profonda. il rapporto tra queste caratteristiche in acqua bassa o poco profonda può essere alquanto diverso. Le onde di burrasca nell'Atlantico settentrionale sono in media lunghe circa 150 metri; nel Pacifico settentrionale possono essere un po' più lunghe. Nell'Antartico, le onde generate nel tratto d'oceano tempestoso tra i 40 e i 50 gradi di latitudine nord, possono avere lunghezze d'onda di oltre 300 metri. 1 treni di onde lunghe possono avere una lunghezza d'onda maggiore dei cavalloni. Kinsman registra onde lunghe con lunghezze di 400 metri nel golfo di Biscaglia, di 775 metri sulla costa meridionale dell'Inghilterra e di 827 metri, le più lunghe osservate, nell'Atlantico equatoriale. Dove le estensioni sono più ridotte, le lunghezze d'onda sono naturalmente più piccole. La più lunga lunghezza d'onda registrata nel Mediterraneo, per esempio, era di circa 100 metri. In condizioni favorevoli, le onde lunghe si muovono per un tempo indeterminato nella direzione del vento che le ha generate. Tuttavia, se un'onda lunga incontra nuovi venti, la forma e la direzione delle onde può mutare. Un vento contrario abbastanza forte può dissolvere del tutto le onde, mentre il vento o l'onda lunga che si muove nella stessa direzione possono aumentarle. Poiché la lunghezza, il periodo e la velocità delle onde aumentano tutti quando l'onda lunga esce dall'area di formazione, è possibile farsi un'idea abbastanza precisa di quanto lontano da un punto di osservazione abbiano avuto origine le onde. Tuttavia, quando si fanno i calcoli, è importante sapere che il tempo necessario ad un gruppo di onde per percorrere una data distanza è doppio rispetto al tempo necessario a un'onda singola per percorrere la stessa distanza. E questo perché l'onda frontale di un treno d'onde lunghe in movimento gradatamente scompare, trasferendo la sua energia alle onde seguenti. Il processo è seguito da ogni onda frontale a un tale ritmo che il treno di onde avanza ad una velocità che è appunto la metà di quella delle singole onde. La velocità alla quale avanza il gruppo di onde è detta velocità del gruppo. Nonostante la loro simmetria apparente, sia teorica che effettiva, le onde generate dal vento sono però fenomeni irregolari. Persino in treni di onde lunghe d'alto mare, le onde successive possono essere, o effettivamente sono, molto d vere in altezza. Nel modello matematico sopra citato, l'altezza media di onda generata da venti che spirano a 30 nodi per 23 ore su un'estensione di 280 miglia marine sarà di 4 metri; questo stesso modello ci dice che l'"altezza significativa" generata sarà di 6,6 metri. Si chiama "altezza significativa" l'altezza media del terzo più alto delle onde ben definite osservate in un dato punto sulla superficie dell'oceano. In genere, come in questo esempio, l'altezza significativa è all'incirca una volta e mezza l'altezza media. Tuttavia, l'altezza media del 10% più alto di queste onde significative sarà di 8,4 metri. Questo significa che, all'interno di un particolare treno di onde, circa un'onda su mille (forse una ogni quattro ore) avrà un'altezza pari a due volte l'altezza media! Una spiegazione in merito alle differenze osservate in altezza d'onda è l'interferenza di un treno d'onde con un altro. Quando la cresta di un'onda è sincrona con il cavo di un'altra onda, vi è un netto effetto di smorzamento. Per contro, quando vengono a coincidere le creste, le energie d'onda si combinano cosicché l'onda risultante può essere molto più grande sia dell'una che dell'altra delle due onde. Il tipo di onda lunga che risulta dalla confluenza di due o più treni di onde di alto mare è un ciclo di onde più grandi e più piccole. In prossimità della riva, questo tipo viene chiamato "battimento dei frang5nti" e i gruppi più grandi di onde così creati sono chiamati "set". L'esempio più spettacolare della sincronicità di creste d'onda (spesso in combinazione con altri fattori) è il fenomeno delle onde "anomale" o "superonde": probabilità statistiche che in rare occasioni lasciano il campo della teoria per presentarsi su alcune delle vie marittime più trafficate del mondo. Le onde "anomale" sono giganti solitari formati dalla convergenza di forze naturali estreme; arrivano ad altezze e masse insolite. E' inevitabile che le navi incontrino in alto mare alcuni di questi mostri generati dai venti e spinti dalla gravità. Ci sono parecchie storie di questo genere di incontri nei registri nautici, ma si può anche immaginare quanti altri incontri non hanno lasciato anima viva che potesse raccontare. Nel suo libro, Waves and Beaches, Willard Bascom cita incontri con onde "anomale". Eccone alcuni: "Nel febbraio 1883, al largo di Liverpool, il piroscafo Glamorgan di 97 metri di lunghezza navigava nelle acque agitate dell'Atiantico di notte quando fu "completamente sommerso da una tremenda ondata". L'onda spazzò via l'albero di prua, le sovrastrutture di coperta e il ponte di comando (con dentro il capitano e sette membri dell'equipaggio). Sfondò tutti i portelli di boccaporto e allagò la sala macchine. La nave affondò il mattino seguente e i quarantaquattro superstiti raccontarono di un'unica grande ondata. " In un'altra traversata atlantica, la Queen Mary di 300 metri di lunghezza effettuava il trasporto delle truppe durante la seconda guerra mondiale nel 1942 allorquando, con 15.000 soldati americani a bordo, incappò in una burrasca invernale a più di mille chilometri al largo della costa della Scozia. i cavalloni erano piuttosto grossi ma sostenibili per una nave di quelle dimensioni. All'improvviso "una strana onda grande quanto una montagna" colpì violentemente di traverso la Mary che "si inclinò fino ad avere i ponti di coperta lambiti dalle onde, e coloro che avevano navigato con lei fin dal primo giorno erano convinti che non si sarebbe mai raddrizzata". Dopo essere rimasta per alcuni eterni secondi sul punto di capovolgersi, finalmente la grande nave si raddrizzò."In epoca più recente, al largo della Groenlandia, la nave gemella della Mary, la Queen Elizabeth, fu investita a prua da un'ondata così alta che inondò il ponte a 27 metri sopra la linea di galleggiamento.
Nel 1966, a 1200 chilometri al largo di New York, la nave di linea italiana Michelangelo precipitò in un gigantesco cavo seguito da un'enorme onda anomala che deformo la svasatura della prua della nave e mandò in frantumi i vetri spessi 2,5 centimetri delle finestre del ponte a circa 24 metri sopra la linea di galleggiamento, ferendo centinaia di passeggeri (e uccidendone tre). Nel luglio 1976, la petroliera Cretan Star, con un carico di 29.000 tonnellate di petrolio greggio leggero, fu colpita da un'onda immensa e affondò nell'oceano Indiano non lontano da Bombay. Dalle indagini svolte risultò che i monsoni sudoccidentali raggiungono la massima potenza in luglio al largo di Bombay e periodicamente ammassano l'onde episodiche di proporzioni eccezionali. Nello studiare la probabilità del verificarsi di grandi ondate singole, il dottor Lawrence Draper del National Institute of Oceanography in Inghilterra ha usato le Statistiche di un processo stazionario casuale- per dimostrare che un'onda su 23 ha un'altezza pari a più del doppio dell'altezza media, una su 1175 è tre volte più alta e una su 300.000 è quattro volte più alta di un'onda medi Applicate queste statistiche a una distesa d'acqua chiamat la Wild Coast (costa selvaggia) del Sudafrica e potete aspettarvi calamità a volontà, e infatti è questo che avrete. Una caratteristica delle onde è che una corrente che le agisce da dietro aumenta le lunghezze d'onda e riduce altezze d'onda, mentre una corrente contraria ha l'effetto opposto, riducendo la lunghezza e aumentando l'altezza, in tal modo rendendo anche più ripido il fronte dell'onda. Una forte corrente contraria può far sì che le onde si frangano, anche in alto mare. Al largo della costa sudorientale dell'Africa, dove la piattaforma continentale precipita bruscamente, la corrente di Agulhas scorre impetuosa contro questa inamovibile barriera, concentrando il cospicuo flusso sud occidentale dell'acqua in un canale relativamente stretto. La corrente si muove a una velocità da quattro a sei nodi, creando una rapida ed economica via di navigazione per le navi che vanno verso sud. Tuttavia, quando le tempeste a sud-ovest pompano onde intorno al Capo di Buona Speranza e su nel canale, 1 lunghezza dell'onda lunga può drasticamente accorciarsi e la ripidità dell'onda crescere ad angoli vertiginosi. In certe condizioni, la corrente insolitamente veloce qui in effetti raddoppia l'altezza delle onde che vanno controcorrente. Le gigantesche onde che si formano sono chiamate "Cape Rollers", e quando la superonda statisticamente prevedibile avanza nella corrente, le conseguenze possono essere catastrofiche. A peggiorare le cose, le onde vengono rifratte, o incurvate, verso la corrente di maggiore velocità, concentrando più energia d'onda sopra la corrente più forte, ed eventualmente persino intrappolandovi le onde. Come osserva Bascom, quando una nave che si muove nella corrente a 18 nodi (9 metri al secondo), con l'aiuto della corrente di 4 metri al secondo, incontra un'onda ch si muove a 10 metri al secondo, la velocità di collisione è la somma di queste, ovvero 23 metri al secondo. Essendo la forza d'urto proporzionale al quadrato della velocità, la corrente quasi raddoppia quella forza. Se, dice Bascom l'onda e alta il doppio di un'ordinaria onda di burrasca, una nave può trovarsi in difficoltà. Nel corso dei secoli, innumerevoli imbarcazioni sono andate perdute al largo della Wild Coast. Un resoconto c fa Bascom di una nave scampata al naufragio illustra perfettamente la situazione: nel dicembre 1969, nel cuor dell'estate australe, la petroliera svedese Artemis, da 102.000 tonnellate, incappò in una tempesta mentre scendeva lungo la Wild Coast. Il capitano Lj. Tarp riferì che un'onda passò sopra la prua della nave e continuò a avanzare sulla coperta a tale altezza che la colpì e inondò la timoniera cinque ponti più in alto. La complessa rete di rapporti d'onda - combinazione, smorzamento, incrocio, accavallamento - è una continua dinamica della superficie marina. E' parte di ciò che ha fatto dell'oceano un'eterna frontiera e un mistero. Sempre molto oltre l'orizzonte, nuove burrasche si formano e sollevano nuove onde e nuove onde lunghe dalla varia, vasta e implacabile faccia degli oceani del mondo. La maggior parte di noi non si accorge affatto del loro lontano nascere, del loro silenzioso passaggio attraverso chilometri di vuoto, ma si accorge di loro solo quando appaiono in lontananza, toccano il fondo, si sollevano e alla fine esplodono in bianca magnificenza. Solo allora, come frangenti, tutto il loro potenziale si rivela a noi.

Quando le veloci, lisce onde lunghe del mare aperto entrano in acqua meno profonda, il loro carattere comincia a subire una significativa trasformazione. Quando la profondità dell'oceano diventa inferiore a metà della lunghezza tra le creste di due onde successive, la velocità di un'onda non è più determinata dalla sua lunghezza, ma dalla profondità dell'acqua; la velocità di un'onda è ora proporzionale alla radice quadrata della profondità dell'acqua attraverso la quale si sposta. E' a questo punto che l'onda lunga oceanica si trasforma in flutto di fondo. Qui è dove finisce lo studio delle onde di acqua alta e inizia lo studio delle onde di acqua bassa. Questa è la zona di transizione tra onda lunga e frangenti.

L'onda lunga, quando entra in acqua profonda meno della metà della sua lunghezza, comincia a "sentire" l'effetto del fondo. 1 contorni del bacino dentro il quale l'onda viaggia iniziano a modificare il comportamento dell'onda attraverso un processo chiamato "rifrazione". Qui la rifrazione si riferisce al rallentamento delle onde quando arrivano su fondali sempre più bassi. Questo determina una curvatura dei fronti d'onda che si allineano ai contorni del basso fondale. Essendo la velocità di un'onda in acqua bassa determinata dalla profondità, l'onda lunga si rifrange per effetto dei contorni sottomarini. Dato che le onde rallentano via via che il fondale diminuisce di profondità, le onde lunghe che si muovono lateralmente verso una costa in pendio si incurvano verso la riva. Allo stesso modo, l'energia d'onda nei bassi fondali converge e si concentra sopra i profili a rilievo , mentre diverge e si disperde sopra più profondi avvallamenti sottomarini .

Blair Kinsman ci ricorda che "l'unica caratteristica di un'onda, così come la vediamo dalla spiaggia, rimasta inalterata da com'era in acqua profonda, è il periodo. Non si può dire in quale direzione le onde corrano in mare aperto sulla base dell'angolo con cui si avvicinano alla spiaggia." In effetti, le onde, entrando in acqua sempre più bassa, rallentano, la lunghezza d'onda si accorcia, e i bassi profili d'onda si inclinano e si appuntiscono

Indubbiamente una certa resistenza è prodotta dall'interazione dell'energia d'onda con un fondale basso; una parte di energia viene sicuramente liberata in questo modo. Tuttavia, la credenza popolare che l'attrito rallenti le onde in acqua bassa mentre le creste continuano a muoversi più rapidamente e così si accavallano, oggi sembra meno campata in aria che in passato.

L'autore-musicista-surfista John Kelly, jr. di Hawaii ascrive il cambiamento di velocità - e di altezza d'onda alla deflessione, all'idea che l'energia dell'onda marina obbedisco alle stesse leggi che controllano la deflessione o riflessione delle onde luminose, e che l'angolo di riflessione sia uguale all'angolo di incidenza.

In Surf and Sea Kelly scrive: "Dato che il fondo marino è un confine fisso, l'energia d'onda deviata viene localizzata verso l'alto a un grado che dipende dall'angolo di fondale ascendente e appare, all'altro confine flessibile del mezzo, sotto forma di cresta ascendente - in realtà, un'inversione dell'energia d'onda. Via via che l'energia d'onda è sempre più deviata verso l'alto dallo spazio confinante dell'acqua bassa, la cresta sale proporzionatamente più alta. Qui troviamo una spiegazione al rallentamento dell'onda: esso è dovuto al fatto che l'energia d'onda rimbalzando, per così dire, sul fondo e essendo deflessa verso la cresta, percorre una maggiore distanza. La deviazione consuma tempo, rallentando in tal modo l'avanzamento della forma ondosa anche se l'energia stessa continua a viaggiare nel suo mezzo acqueo a una velocità costante."

Sebbene questa descrizione possa apparire a qualche oceanografo un puro parto della fantasia, dà un'immagine chiara (anche se falsa) della dinamica che porta al frangersi dell'onda marina.

Come detto in precedenza, le onde in acqua profonda cominceranno a frangersi quando la loro altezza sarà maggiore di un settimo della loro lunghezza. L'angolo massimo di profilo stabile della cresta di un'onda è, quindi, intorno ai 120 gradi. Ad una pendenza maggiore, 1e caratteristiche dell'onda cominciano la loro drammatica trasformazione finale. in -acqua molto bassa, quando le onde si frangono avvicinandosi a terra, raggiungeranno quest'angolo critico quando la profondità,dell'acqua sarà pari a circa 1,3 volte l'altezza dell'onda. In altre parole, un'onda alta 90 centimetri si frangerà in circa 1,20 metri di acqua. E' quando le onde si avvicinano a questo loro "limite di contenimento" che i momenti più drammatici della loro esistenza si consumano nella zona dei frangenti.

Quali che siano le cause legittime, attrito o deflessione, quando le onde incontrano l'acqua rapidamente sempre più bassa associata alla maggior parte delle spiagge, si dice che si fanno appuntite. La loro altezza cresce cioè rapidamente. Contemporaneamente, l'acqua bassa riduce la lunghezza d'onda (perché quando un'onda rallenta, le onde che la seguono la raggiungono); ne risulta un'onda improvvisamente ripida. Quindi, in una distanza molto breve, l'angolo di cresta scende al di sotto dei critici 120 gradi e l'onda diventa instabile. La cresta, muovendosi più rapidamente dell'acqua sottostante, cade in avanti e la forma d'onda crolla in una confusione turbolenta, che consuma la maggior parte dell'energia d'onda.

Forse la voce più autorevole sui fenomeni delle onde marine è Willard Bascom. Ecco alcune riflessioni tratte dal suo Waves and Beacbes sulla dinamica dei frangenti:

"Quando l'onda lunga arriva in acque molto basse, la sua velocità è di 25-30 km/ora e i cambiamenti nelle sue caratteristiche si susseguono molto rapidamente nelle ultime decine di metri prima della riva.

"Nell'avvicinarsi a riva, la resistenza del fondo provoca fenomeno della rifrazione... e uno dei suoi effetti è quello di accorciare la lunghezza d'onda. Con il diminuire della lunghezza, aumenta la ripidità delle onde, la cui stabilità riducendosi.. Inoltre, quando una cresta d'onda penetra in acque di profondità pari a circa due volte l'altezza d'onda si verifica un altro effetto che accresce ulteriormente la ripidità delle onde. Le creste si fanno più acuminate, vale dire, le creste tondeggianti che si identificano con l'onda lunga si trasformano in masse d'acqua più alte e aguzze, con i fianchi più ripidi. A mano a mano che la profondità continua a diminuire, le orbite circolari (il movimento di una particella d'acqua dentro l'onda) prendono l'aspetto di ellissi inclinate e la velocità orbitale in corrispondenza della cresta aumenta con l'aumentare dell'altezza d'onda.

"Questa sequenza di variazioni nella lunghezza e nella ripidità delle onde prelude al loro rompersi. Alla fine, quando la profondità dell'acqua è pari a circa 1,3 volte l'altezza dell'onda, l'onda stessa diventa instabile. Questo avviene quando nei bassi fondali tra l'onda e la riva n c'è una quantità d'acqua sufficiente a riempire il profilo della cresta e completare una forma d'onda simmetrica. Alla sommità della cresta in rapido movimento viene mancare l'appoggio, così essa crolla e cade sotto forma di orbite interrotte. L'onda si è rotta; si ha la spuma."

L'energia che si libera in un frangente è formidabile Tutta quella potenza sottratta ai venti - trasportata silenziosamente per così tanti chilometri - alla fine si sprigiona fuori dai suoi confini liquidi con un tonante ruggito liberatorio. L'energia complessiva di un'onda alta 3 metri e lunga 150 metri può arrivare a 55.000 chilogrammi per metro lineare di cresta. La pressione d'urto di uno di tali frangenti può variare da 1200 a 5600 kg/mq. Si sono registrate onde più grandi che hanno esercitato una forza di più di 30.000 kg/mq nella zona dei frangenti!

Come risultato della combinazione delle energie del numerose forze che agiscono in alto mare, le onde marine arrivano a riva in modelli irregolari - cicli di onde più piccole e più grandi create dall'interazione rafforzante annullante di diversi treni d'onda. Gruppi di onde più grandi sono chiamati set; lunghi intervalli tra set sono chiamati calma. Il modello di "set" e calme - il battimento dei frangenti - è il pronunciato ritmo del linguaggio marino, la cadenza della sua voce.

Ci sono tre forme di frangenti: i fiutti montanti, i frangenti a versamento e i frangenti a caduta . I flutti montanti sono associati ad avvicinamenti in a relativamente profonda di spiagge ripide. L'onda avanza si fa appuntita, ma risale la spiaggia senza versarsi né frangersi. I frangenti a versamento si formano sopra un fondale graduale pendio. L'onda si innalza, l'angolo di cresta si riduce a meno di 120 gradi, ma l'onda libera l'energia abbastanza lentamente. I frangenti a versamento hanno tipicamente superfici concave sia sul fronte che sul dorso. I frangenti a caduta sono le manifestazioni più dinamiche e impressionanti dell'azione dell'onda sull'oceano. I dorsi tondeggianti e i fronti concavi, fortemente incavati, si formano dove per una brusca diminuzione di profondità del fondale, davanti all'onda ha un'improvvisa deficienza di acqua, che provoca dell correnti molto veloci nel cavo dell'onda dovute al fatto l'acqua si precipita in direzione opposta alla riva per riempire la cavità che si va formando al di sotto della cresta sopraggiungente. Quando non c'è una massa d'acqua sufficiente per completare la forma dell'onda, l'acqua della cresta che cerca di completare la propria orbita, viene proiettata davanti alla ripida parete anterio dell'onda stessa, ricadendo nel cavo dell'onda. La mass turbinante d'acqua (chiamata dagli amanti del surfing "tubo") circonda dell'aria, spesso imprigionandola e comprimendola. Quando l'aria imprigionata riesce a esplodere attraverso lo strato d'acqua che la ricopre, spesso si ha uno spruzzo di acqua e spuma, simile a un geyser. Spesso lo spruzzo viene espulso dall'estremità aperta di un ben definito tubo, come fumo dalla bocca un cannone. Scivolare davanti a questo soffio di vapore dove vorrebbero trovarsi molti surfisti. I surfisti, gli animali (tra cui marsuini e foche) e le piccole imbarcazioni possono "cavalcare" le onde per I risultante di tre forze - il peso complessivo del veicolo (per esempio surfista e tavola), la galleggiabilità complessiva del veicolo (compresa la forza portante) e la "spinta del pendio" creata dall'angolo del fronte d'onda. Quando questa spinta del pendio è superiore alla resistenza dell'acqua, il veicolo si muove all'incirca alla stessa velocità della cresta dell'onda. Per riuscire a scivolare sulle onde, il surfista deve saper tenere la tavola in movimento e il peso in equilibrio di modo che la spinta del pendio possa cominciare a fornire la forza motrice proprio quando l'onda passa al di sotto della tavola. Una volta in alto e sull'onda, il surfìsta può raggiungere una velocità molto superiore a quella dell'onda stessa, spostandosi lateralmente attraverso il fronte d'onda.
Benché oggi a lasciarsi trasportare dalle onde siano soprattutto gli esseri umani, questa è però un'antica abitudine comune a marsuini, foche, squali, orche e pesci e uccelli di tutti i generi. Le foche e i marsuini sono straordinariamente abili; la loro istintiva familiarità con il mezzo liquido ne fa i più esperti campioni della specialità.
Avendo una spinta di galleggiamento neutra, marsuini e foche riescono ad assumere l'inclinazione giusta per utilizzare i piani inclinati delle superfici subacquee di pressione costante (letteralmente piani d'onda entro piani d'onda) e a prendere le onde in quel punto, così che spesso li si vede sotto la superficie, incastrati nel fronte dell'onda mentre si lasciano trasportare al di là di una trasparente muraglia d'acqua. Tuttavia queste creature sono anche capaci di uscire attraverso il piano del fronte d'onda e scivolare sulla superficie esterna dell'on a in un mo o plu convenzionale. Quello che è interessante è che anche alcuni scivolatori a corpo libero hanno imparato l'arte di scivolare sulle superfici subacquee a pressione costante. Proprio come non tutte le spiagge e le configurazioni dei fondali contribuiscono a produrre frangenti a caduta, non tutte le spiagge - in effetti relativamente poche - si prestano a creare onde per il surfing. Un'onda perfetta per il surfing è quella che è rifratta in modo tale da concentrare la sua forza in una data area della banda d'onda, poi si " srotola" lateralmente sopra un basso fondale relativamente improvviso cosi che l'onda è un frangente a caduta con un fronte estremamente concavo o "cavo". Quando la cresta di quest'onda ricade in avanti verso il cavo, può completare una formazione simile a un tunnel, creando gli ideali "barili" che i migliori surfisti vanno cercando in tutto il mondo. Negli ultimi drammatici secondi prima che i treni di onda lunga diventino frangenti, le onde, arrivando in acque improvvisamente basse, acquistano molto in altezza (a volte il doppio o anche più dell'altezza dell'onda lunga), sviluppando un critico fronte concavo, e assumendo un profilo quasi parallelo alla spiaggia che rispecchia le immediate caratteristiche della forma del fondale sotto l'onda. Queste configurazioni locali del fondale determinano la forma finale dei frangenti. In genere, vi sono vari tipi di "rottura" d'onda. Spiagge sabbiose o ghiaiose relativamente diritte con un lieve pendio creano onde che si frangono sulla spiaggia - un modello di onde appuntite con canali periodici per riportare il cavo avanzante di nuovo indietro attraverso la zona dei frangenti. Queste onde si frangono su scanni di sabbia o "secche", depositi di materiale abbastanza mobile, soggetto a spostamenti da parte dell'onda lunga, della marea e del vento. Spesso il fronte della spiaggia presenta un motivo regolare di "cuspidi" che rispecchiano la regolarità della linea costiera, la susseguente regolarità della rifrazione che concentra e disperde l'energia d'onda, e il rapporto matematico tra la forza d'avanzamento delle onde e il flusso retrogrado dell'acqua. Le correnti di acqua in uscita tra aree di frangenti sono chiamate "correnti di ritorno" o di risucchio nella zona dei frangenti, possono prendere la forma di canali, di violenti movimenti di masse d'acqua che scorrono verso il largo - punti pericolosi per i nuotatori, ma ideali rampe di lancio per i surfisti che desiderano superare le onde che si frangono sulla spiaggia per cavalcare su acque più profonde.
Spiagge sabbiose o ghiaiose molto ripide producono flutti montanti, dove la profondità immediatamente al largo della riva è insufficiente per ridurre sostanzialmente l'energia potenziale nei frangenti. La maggior parte dell'energia d'onda viene quindi liberata direttamente sul fronte della spiaggia o si riflette all'indietro alle onde sopraggiungenti; la lamina d'acqua in uscita crea un effetto di "risucchio" che può raddoppiare o triplicare la dimensione di un'onda avanzante, spesso con effetto spettacolare. Le formazioni sottomarine come barriere coralline, scogliere rocciose, navi affondate e altre formazioni sommerse o parzialmente sommerse relativamente scoscese, creano frangenti di "scogliera" - onde che si frangono più o meno bruscamente e in una varietà di forme, a seconda della configurazione, della profondità e della dimensione dell'ostacolo. Il famoso Banzai Pipeline al largo della North Shore di frangenti. Queste onde si frangono su scanni di sabbia o "secche", depositi di materiale abbastanza mobile, soggetto a spostamenti da parte dell'onda lunga, della marca e del vento. Spesso il fronte della spiaggia presenta un motivo regolare di "cuspidi" che rispecchiano la regolarità della linea costiera, la susseguente regolarità della rifrazione che concentra e disperde l'energia d'onda, e il rapporto matematico tra la forza d'avanzamento delle onde e il flusso retrogrado dell'acqua. Le correnti di acqua in uscita tra aree di frangenti sono chiamate correnti di ritorno o di risucchio nella zona dei frangenti, possono prendere la forma di canali, di violenti movimenti di masse d'acqua che scorrono verso il largo - punti pericolosi per i nuotatori, ma ideali rampe di lancio per i surfisti che desiderano superare le onde che si frangono sulla spiaggia per cavalcare su acque più profonde. Spiagge sabbiose o ghiaiose molto ripide producono flutti montanti, dove la profondità immediatamente al largo della riva è insufficiente per ridurre sostanzialmente l'energia potenziale nei frangenti. La maggior parte dell'energia d'onda viene quindi liberata direttamente sul fronte della spiaggia o si riflette all'indietro alle onde sopraggiungenti; la lamina d'acqua in uscita crea un effetto di "risucchio" che può raddoppiare o triplicare la dimensione di un'onda avanzante, spesso con effetto spettacolare. Le formazioni sottomarine come barriere coralline, scogliere rocciose, navi affondate e altre formazioni sommerse o parzialmente sommerse relativamente scoscese, creano frangenti di scogliera - onde che si frangono più o meno bruscamente e in una varietà di forme, a seconda della configurazione, della profondità e della dimensione dell'ostacolo.
Il famoso Banzai Pipeline al largo della North Shore di Oahu è un esempio di frangente da scogliera; onde lunghe formate dalle grandi tempeste del Pacifico che si irradiano verso nord-ovest escono dall'acqua molto profonda colpendo le barriere coralline a più di un chilometro e mezzo al largo. Questa barriera esterna incurva le onde, concentrandole sulla scogliera Banzai vicino a riva con poca perdita di energia. Le onde si alzano ripide sopra la scoglie "esterna", poi sembrano quasi sparire nella zona intermedi di acqua alta, poi "si risollevano" precipitandosi contro la scoscesa scogliera interna. Là, i giganti vengono spinti in alto dall'improvvisa e ripida muraglia di corallo. Di colpo n cavo dell'onda non c'è acqua sufficiente per completare il profilo dell'onda. Il fronte diventa concavo come una specie di condotto orizzontale (donde il nome di Pipeline), la cresta diventa un labbro di acqua che cade in avanti verso la spiaggia per completare la forma cilindrica dell'onda, creando all'interno quel cavo spettacolare, seguito dalla consueta esplosione di spuma quando l'onda crolla intorno alla tasca di acqua imprigionata. Si aggiunga a questa dinamica fondamentale il fronte della scogliera angolato in direzione opposta alla riva, che fa sì che l'onda si srotoli a sinistra e (a volte) a destra e sarebbe impossibile concepire un'onda più perfetta. E, se tutto questo non bastasse, il vento predominante soffia da terra, direttamente sui fronti d'onda che si frangono a sinistra, li liscia, li mantiene più a lungo e consente loro di diventare ancor più incavati prima di frangersi.

E' questo effetto di spalla, dove l'onda può srotolarsi lungo l'estremità angolata di una bassa scogliera, che rende interessante un'onda ai surfisti. Una scogliera di forma triangolare, con il suo apice rivolto verso il largo, tenderà a creare un'onda iniziale appuntita, poi le onde si srotoleranno nelle due direzioni mentre treni di onde lunghe si rifrangono e convergono lungo la scogliera. Ne possono risultare ritorti cilindri simmetrici di grande bellezza ed eleganza. Supponendo un triangolo equilatero con la base parallela alla riva, tale scogliera creerebbe onde che si srotolano perfettamente equilibrate quando i treni di onde lunghe vi si avvicinassero. Se la direzione delle onde fosse laterale, l'onda sul lato vicino del triangolo tenderebbe a srotolarsi troppo rapidamente (a chiudersi davanti al surfista), mentre l'onda sul lato lontano sarà più "morbida" e meno cava - più del genere del frangente a versamento - mentre si avvolge intorno all'apice del triangolo e disperde la sua energia nell’acqua più profonda al di là Le onde che si srotolano possono essere create anche da "corridoi" nelle barriere coralline - canali prodotti nelle formazioni vive dal defluire dell'acqua dolce proveniente dalle masse di terra delle isole tropicali intorno alle quali queste scogliere vive tendono a disporsi. Qui, la tipica onda adatta per il surfing si svolgerà dall'estremità di una spalla poco profonda della barriera, srotolandosi verso un canale profondo. Tali onde possono trovarsi a più di un chilometro e mezzo dalla costa e, dato che la scogliera stessa è in genere sommersa, queste muraglie d'acqua hanno un'isolata e insospettata bellezza. Lo srotolamento unidirezionale dell'onda di corridoio nella scogliera è simile allo srotolamento di una tipica onda di punta, che si crea quando treni di onde lunghe si avvolgono intorno ad un promontorio costiero o a una prominenza e si infrangono - spesso con notevole regolarità e uniformità - nel rifrangersi intorno alla curva a una distanza relativamente costante dal litorale curvo. Un bell'esempio è l'onda di Rincon Point in California, vicino a Santa Barbara - un bel triangolo di litorale a ciottoli che si estende per circa ottocento metri dall'interno della baia all'apice della punta dove un corso d'acqua si riversa nel Pacifico. La regolarità quasi meccanica con cui le onde lunghe si distendono intorno alla punta e ricalcano la forma regolare del basso fondale con un ondulato tappeto di acqua bianca affascina sia il surfista che chi ama osservare le onde. Mentre l'estremità esposta di una tale punta o promontorio avrà in genere una spiaggia rocciosa, ghiaiosa o sassosa, la baia dentro la quale le onde di punta si srotolano è tipicamente un deposito di sabbia fine. Questo perché una volta che l'onda si è infranta in un disordinato caos di schiuma, essa ha perso il suo moto oscillatorio interno. Per contro, le particelle d'acqua vengono effettivamente spinte avanti dall'impeto dell'azione d'onda. Questo movimento di acqua verso la spiaggia si traduce in una forte corrente che scorre lungo punte e promontori, corrente che è in grado di muovere grandi quantità di sabbia e altre particelle fini lungo la punta e dentro la baia. Quando l'energia, la spinta e la velocità dell'onda si estinguono, la sabbia cade sul fondo o viene trascinata dall'acqua a riva. Per questo motivo, le onde di punta che si srotolano finiranno spesso con il "chiudersi" bruscamente sulla spiaggia, quando una lunga sezione d'onda improvvisamente si arena sopra uno scanno o dilaga su una spiaggia diritta. Nell'illustrazione sotto Rincon Point California

Qualunque sia la loro forma, la loro dimensione, la loro causa, le onde sono l'inesorabile prova del potere di grandi forze esterne sulle nostre vite - le stesse forze che tengono il nostro mondo sospeso nello spazio, in un'intricata ragnatela di leggi fisiche - le stesse forze che sostengono il tessuto stesso della nostra realtà.
Le onde sono portatrici di un importantissimo messaggio: non siamo soli, facciamo parte di un insieme più grande e siamo una parte abbastanza importante dell'insieme per meritare questo pianeta eccezionalmente 'bello e stupefacente. Le onde sono la prova vivente che qualcosa nella natura e nell'universo ha un'opinione abbastanza alta della nostra intelligenza e della nostra capacità di apprezzamento.
Poeticamente parlando, le onde sono forse le labbra del mare, in eterna, simultanea comunicazione con la terra. Dal punto di vista della scienza e della fisica, le onde sono grandi trasportatori o trasformatori di energia. Se dobbiamo ogni forma di vita al sole, allora le onde marine sono, letteralmente, messaggere di vita.