Waarom de zee er soms 'rimpelig' uitziet: nieuw inzicht in kleine golven
Kijk eens goed naar het wateroppervlak tijdens een winderige dag aan zee. Soms is het glad en golvend, soms lijkt het bezaaid met kleine rimpels, bijna als de huid van een sinaasappel. Onderzoekers hebben nu beter in kaart gebracht wanneer en waarom dat gebeurt.
Het gaat hier niet om de grote golven die je op het strand ziet breken. Het draait om piepkleine golfjes van 4 tot 13 centimeter, veroorzaakt door wind op het wateroppervlak. Deze golfjes lijken onschuldig, maar ze zijn belangrijk voor satellieten die de oceaan bestuderen. Die satellieten meten namelijk de ruwheid van het wateroppervlak om bijvoorbeeld windsnelheden of golfhoogtes te bepalen. Als het oppervlak plotseling van glad naar rimpelig verandert, kan dat de metingen flink beïnvloeden.
Een onderzoeksteam heeft met computersimulaties precies bestudeerd wanneer deze omslag plaatsvindt. Ze gebruikten daarvoor natuurkundige vergelijkingen die beschrijven hoe golven bewegen en energie verliezen door bijvoorbeeld wrijving met de lucht erboven. Om orde te scheppen in de chaos van bewegend water, gebruikten ze twee maten: het Reynoldsgetal (een waarde die aangeeft hoe turbulent of chaotisch een stroming is) en de energie die in de golven zit.
Door deze twee waarden tegen elkaar uit te zetten in een soort landkaart, zagen de onderzoekers een duidelijk overgangsgebied. Binnen dat gebied gedraagt de steilheid van de golven zich opvallend: die stijgt en daalt niet gelijkmatig met het Reynoldsgetal, maar schommelt juist. Dat was niet eerder zo precies vastgesteld.
Verder ontdekte het team hoe de rimpeling precies ontstaat. Kleine instabiliteiten, vergelijkbaar met een golf die net niet helemaal stabiel is, groeien het snelst aan één kant van een grotere onderliggende golf. Daardoor ontstaan de rimpels afwisselend aan de voor- en achterkant van die golf. Dit verklaart hoe zogeheten "parasitaire capillaire golven" ontstaan: piepkleine golfjes die als het ware meeliften op steilere, grotere golven.
Voor de gewone strandganger verandert er niets. Maar voor wetenschappers die satellietdata gebruiken om bijvoorbeeld windpatronen boven de oceaan te volgen, is dit waardevolle kennis. Beter begrip van deze kleine golfjes kan op termijn leiden tot nauwkeurigere metingen vanuit de ruimte, wat weer belangrijk is voor weersvoorspellingen en klimaatmodellen.