5.2. A hullámzás jelenségtana

A folyadékdinamikában a szél keltette hullámok (magyarul közönségesen „víz-hullámok”, míg angolul „wind waves” – „szél-hullámok”) azok a felszíni hullámok, amelyek a vízszintes irányú légáramlás, azaz a szél hatására keletkeznek a vízfelszíneken: az óceán, a tengerek, a tavak, a folyók, sőt még a pocsolyák felszínén is. Itt most az óceán és a tengerek szél keltette hullámaira, köznyelven az óceán- vagy tengerfelszín hullámaira összpontosítunk. Ezek méreteikben és élettartamukban nagyon különbözőek lehetnek a néhány centiméteres nagyságú és másodperces–perces élettartalmú hullám-fodroktól a több méteres magasságú és órákig–napokig fennmaradó, kialakulásuktól megszűnésükig gyakran több ezer kilométert is megtevő óriáshullámokig.

A szél keltette hullámok (5.1. ábra) kialakulását az alábbi öt fő tényező befolyásolja:

A fenti hatások együttese alakítja ki a hullámok méretét. Bármely tényező növekedése a hullámok méretének növekedéséhez vezet. A hullámok fő jellemzői a következők:

Az ábrán a szél keltette hullámzás és az egyéb eredetű felületi gravitációs hullámok kialakulása és viselkedése a tengervízben.

5.1. ábra. A szél keltette hullámzás és az egyéb eredetű felületi gravitációs hullámok fizikája(Forrás: )

Ha hosszabban nézzük a hullámzó tengerfelszínt, észrevesszük, hogy az egymást követő hullámok hosszúsága és magassága nem azonos. Valójában mindkét mennyiség véletlenszerű eloszlást mutat átlagértékük körül, ami a hullámzás nem-lineáris jellegéből következik. Átlagos tengeri időjárási feltételek mellett (friss szél) a tenger hullámainak hosszúsága 50–100 m körüli, magasságuk pedig 1–1,5 m között változik. Mivel a hullámok magassága az a tényező, amely a hajózás biztonságát befolyásolja, ennek objektív jellemzésére bevezették a jellemző, vagy szignifikáns hullámmagasság (significant wave depth, SWH) fogalmát. Ez a szám egy adott időtartam alatt megfigyelt hullámok legmagasabb egyharmadának (maximális triád) átlagos magassága. Az átlagolási idő 20 perctől akár 12 óráig terjedhet, az így meghatározott szignifikáns hullámmagasság felhasználásától függően (szörföléstől a hosszútávú hajózásig), s ezzel együtt változik (nő) az érvényességi terület is. Meghatározott időjárási képződmények (leggyakrabban trópusi, vagy mérsékeltövi tengeri viharok) esetén is szoktak szignifikáns hullámmagasságot számolni. A szignifikáns hullámmagasság, mint mérőszám azért jó, mert a legmagasabb hullámok magassága általában ennek kétszerese.

A szél erőssége és a hullámok magassága közötti összefüggés (5.2. ábra) – gyakorlati szempontból – a hajózás kezdete óta foglalkoztatta a tengerészeket, és különösen fontos volt a nagy hullámoknak nem ellenálló hajók korában, azaz egészen a XX. századig. Ma is fontos a gyakorlatban a tengereket nagy létszámban járó kisebb hajók (halászhajók, jachtok stb.) szempontjából.

A hullámmagasság valószínűsége és a különböző szélsebességek energiaspektruma

5.2. ábra. A szél erőssége és a hullámok magassága közötti kapcsolat (Forrás: http://www.seafriends.org.nz/oceano/ocean09.gif; http://www.seafriends.org.nz/oceano/ocean08.gif )

A gyorsan változó tengeri időjárási feltételek mellett még ma is a Beaufort-féle szél- és hullámerősségi skála az, amely a gyakorlatban jól használható tájékoztatást ad a hajósoknak a tenger állapotáról. A Beaufort-skálát Sir Francis Beaufort brit admirális alakította ki még 1805-ben és eredetileg kizárólag hajózási célokat szolgált, tehát az egyes szélerősség-fokozatokhoz tartozó jelenségcsoportot a tengeren észlelhető jelenségekből állította össze (melyeket az 5.3. ábra illusztrál), beleértve a hullámok átlagmagasságát is. Szárazföldi ország lévén, Magyarországon a Beaufort-skála „kontinentalizált” változatát használjuk, azaz a szélerősség-fokozatokat szárazföldi jelenségcsoportokkal írjuk le, s ez képezi a meteorológia tananyag részét. Ugyanakkor a legnagyobb hajósnemzetek, mint az Egyesült Államok, vagy Nagy-Britannia és a Nemzetközösség (Commonwealth) hidro-meteorológiai szolgálatai ma is a Beaufort-skálának megfelelően adják ki rendszeres tájékoztatásaikat a tenger állapotáról. Az 5.3. táblázatban közölt eredeti Beaufort Szél és Hullámskála 13 fokozatú, 0-tól 12-ig. Az USA Nemzeti Meteorológiai Szolgálata (NWS) a 8-as fokozatnál erősebb előrejelzett szél esetén bocsát ki figyelmeztetéseket, helyileg azonban már az 5-ös fokozattól is figyelmeztetik a hajósokat egyes, a hajózásra veszélyes (zátonyos, sziklás partú) térségekben.

a.)

Beaufort-fokozat

Szélsebesség

Leírás

Hullám-magasság

Hatása

 

csomó

km/h

 

m

láb

a vízen

a szárazföldön

0

0

0

Szélcsend

0

0

Tükörsima vízfelület.

A füst egyenesen száll felfelé.

1

1–3

1–6

Gyenge szél

0,1

0,33

A vízen apró fodrok láthatók.

A felszálló füst gyengén ingadozik, a szél alig érezhető.

2

4–6

7–11

Gyenge szél

0,2

0,66

Kis hullámok, de a vízfelület még sima.

A fák levelei zizegnek, az arcon érezhető a légmozgás.

3

7–10

12–19

Mérsékelt szél

0,6

2

Barázdált vízfelület, határozott hullámvonalakkal.

A szél a fák leveleit, vékony hajtásait mozgatja.

4

11–15

20–29

Mérsékelt szél

1

3,3

Hosszú, alacsony hullámok, fehér tarajjal.

A szél a fák gallyait, kisebb ágait állandóan mozgatja.

5

16–21

30–39

Élénk szél

2

6,6

Közepesen magas hullámok fehér tarajjal.

A nagyobb faágak is mozognak, a levegő mozgása jól hallható.

6

22–27

40–50

Erős szél

3

9,9

Nagy hullámok néhol átbukó tarajjal.

Már a legvastagabb ágakat is mozgatja; a drótkötelek, villanyvezetékek zúgnak.

7

28–33

51–62

Igen erős szél

4

13,1

A tarajakon összefüggő fehér hab jelenik meg. A hullámok nagyok.

A kisebb fák törzsei erősen hajladoznak, vékonyabb gallyak letörnek. A széllel szemben nehéz a gyaloglás.

8

34–40

63–75

Viharos szél

5,5

18

Hosszú hullámhegyek, sűrű, fodros hullámokkal. A habok a szélirányhoz igazodva csíkokba rendeződnek.

A szél a fákról ágakat tör le, a nagyobb fák törzsei is erősen hajladoznak.

9

41–47

76–87

Vihar

7

23

Magas hullámhegyek, az egész vízfelület porzik, evezni széllel szemben már nem lehet.

A vihar a gyengébb fákat kidönti, a vastagabb ágakat letöri. Kisebb épületek megrongálódnak, a tetőcserepek lesodródnak.

10

48–55

88–102

Erős vihar

9

29,5

A vízfelület fehéren porzik, hosszú, átbukó tarajokkal, magas hullámokkal.

A vihar gyökerestül forgatja ki a fákat, az épületekben jelentős károk keletkeznek.

11

56–63

103–119

Orkánszerű vihar

11,5

37,7

Háborgó tenger különösen nagy hullámokkal. A vizet vízszintesen fújja a szél, a látótávolság nagyon lecsökken.

Súlyos anyagi károk, a téglaépítésű házak is megsérülnek.

12

64–80

>120

Orkán

>14

>46

Az egész vízfelület fehéren porzik. A szél letépi és elfújja a hullámtarajokat. A látótávolság gyakorlatilag megszűnik.

A szél épületeket, tetőket rombol, súlyos pusztítást végez.

b.)

Scale

Wind speed and wave depth

Characterizing phenomena

Calm – 0

Wind speed is 0-1 mph/kts; wave depth is 0 ft.

The sea is calm, like a mirror.

Light Air – 1

Wind speed is 1-3 mph/kts; wave depth is >0.5 ft.

Ripples with the appearance of scales are formed, but without foam crests.

Light Breeze – 2

Wind speed is 4-7 mph/4-6 kts; wave depth is >1 ft.

Small wavelets, still short, but more pronounced. Crests have a glassy appearance and do not break.

Gentle Breeze – 3

Wind speed is 8-12 mph/7-10 kts; wave depth is 2-3 ft.

Large wavelets. Crests begin to break. Foam of glassy appearance. Some whitecaps.

Moderate Breeze – 4

Wind speed is 13-18 mph/11-16 kts; wave depth is 3.5-5 ft.

Small waves, becoming larger; fairly frequent whitecaps.

Fresh Breeze – 5

Wind speed is 19-24 mph/17-21 kts; wave depth is 6-8 ft.

Moderate waves, taking a more pronounced long form; many whitecaps are formed. Chance of some spray.

Strong Breeze – 6

Wind speed is 25-31 mph/22-27 kts; wave depth is 9-13 ft.

Large waves begin to form; the white foam crests are more extensive everywhere. Probably some spray. (If the storm forms in the tropics, a 6 or 7 on the Beaufort Scale corresponds to a Tropical Depression's wind speed as it develops first into a Tropical Storm, and if it strengthens, a hurricane.)

Near Gale – 7

Wind speed is 32-38 mph/28-33 kts; wave depth is 13-19 ft.

Sea heaps up and white foam from breaking waves begins to be blown in streaks along the direction of the wind.

Gale – 8

Wind speed is 39-46 mph/34-40 kts; 19-25 ft. wave depth is 18-25 ft.

Moderately high waves of greater length; edges of crests begin to break into spindrift. The foam is blown in well-marked streaks along the direction of the wind. (If the storm forms in the tropics, once the wind reaches speeds above 38 mph, it is categorized as a Tropical Storm and given a name.)

Severe Gale – 9

Wind speed is 47-54 mph/41-47 kts; wave depth is 23-32 ft.

High waves. Dense streaks of foam along the direction of the wind. Crests of waves begin to topple, tumble and roll over. Spray may affect visibility.

Storm – 10

Wind speed is 55-63 mph/48-55 kts; wave depth is 29-41 ft.

Very high waves with long overhanging crests. The resulting foam, in great patches, is blown in dense white streaks along the direction of the wind. On the whole the surface of the sea takes on a white appearance. The 'tumbling' of the sea becomes heavy and visibility is affected.

Violent Storm – 11

Wind speed is 64-72 mph/56-63 kts; wave depth is 37-52 ft.

Exceptionally high waves (small and medium-size ships might be for a time lost to view behind the waves). The sea is completely covered with long white patches of foam lying along the direction of the wind. Everywhere the edges of the wave crests are blown into froth. Visibility affected.

Hurricane – 12

Wind speed is 73-83 mph/64-71 kts; wave depth is over 45 ft.

The air is filled with foam and spray. Sea completely white with driving spray; visibility very seriously affected. (A 12 on the Beaufort Scale corresponds to a Category 1 Hurricane on the Saffir-Simpson Scale, the scale by which hurricanes are measured.)

5.3. táblázat. Az eredeti Beaufort-féle Szél- és Hullámskála a.) magyar fordításban, ami azonban az angol eredetinek csak rövidített változata, és a szárazföldi jelenségeket is tartalmazza b.) angolul, mivel a tengeri jelenségek leírása lényegesen részletesebb, és számos nehezen lefordítható tengerészeti szakkifejezést is tartalmaz.

Tájékoztatásul közöljük, hogy 1 mérföld (mile) = 1,609 km, 1 tengeri mérföld (nautical mile) =1,852 km, 1 csomó (knot) = 1,852 km/h. Mivel 1 m/s =3,6 km/h, ezért 1 m/s ≈ 2 csomó. Végül 1 láb (foot) = 0,3048 m, azaz 1 m ≈ 3 láb.

A képeken a Beaufort-skála minden fokozatának bemutatása látható. A különböző szélsebességek függvényében a tenger változóan viselkedik.

5.3. ábra. A Beaufort-skála (Forrás: http://en.wikipedia.org/wiki/Beaufort_scale )

5.2.1. A hullámzás kialakulása és megszűnése

Amikor a teljes nyugalomban levő tengerfelszín (perfectly calm sea) felett feltámad a szél, először egyes területeken, majd később mindenütt fodrozódni (ripple) kezd a víz (egyesek úgy mondják, hogy „libabőrös lesz”), kis örvények és hullám-fodrok jelennek meg rajta (5.4. ábra). Érdekes módon a hullám-fodrok először nem a szél irányára merőlegesen haladnak, hanem két egymással szöget bezáró irányban, amelyek mindegyike szimmetrikusan (jobbra és balra) 10–20º közötti szöget zár be a széliránnyal. A szél további élénkülésével a fodrozódás csapkodásba (chop), majd hullámzásba megy át, a hullámok felveszik szinuszoidális alakjukat és a szél irányába fordulnak. Kialakul az egyenletesen hullámzó tenger (fully developed sea). Ha tovább fokozódik a szél erőssége, akkor a hullámok csúcsa elveszti stabilitását és habos vízpermetté hullik szét, mely fehér tarajként jelenik meg. Ezek a tarajos hullámok (white cap waves). A hullámzó tenger – akár „közönséges”, akár tarajos hullámokból áll, egyfajta egyensúlyi állapot a vízfelszínnel közölt szélenergia és a hullámok mozgási energiája között. A viharossá fokozódó szélben azután a szél már olyan többletenergiával rendelkezik, amit a víz – tehetetlensége folytán – nem tud átvenni, és a szél rombolni kezdi az általa felépített hullámzást. A viharos tengeren a hatalmas hullámok megtörése, habos vízpermetté való széthullása egészen a hullám „derekáig” tarthat, és a szél valóságos habfolyamokat tol maga előtt. A levegő is megtelik a szél által felemelt szálló vízpermettel.

Az ábrán a hullámzás kialakulásának folyamata látható.

5.4. ábra. A hullámzás kialakulásának folyamata (Forrás: http://www.seafriends.org.nz/oceano/ocean06.gif)

Ha a szél sebessége csökken, vagy esetleg teljesen eláll (a szél), a mozgásba hozott vízfelszín tovább hullámzik még egy jó ideig. Két eset lehetséges: (1) a nyílt óceánon a hullámzás megtartja szabályosságát és így csillapul fokozatosan: ezt a jelenséget holt hullámzásnak (swell) nevezik, (2) szűkebb (kisebb szélességű) vízfelszíneken: öblökben, tavakban a hullámok fokozatosan elvesztik koherenciájukat és a szélre merőleges hullámfrontokból álló szabályos hullámzás átmegy ún. hánykolódásba (toss), amely az energia-disszipáció hatására szintén fokozatosan csillapodik.

5.2.2. A hullámok fajtái

A fentiekben a hullámzásnak három alaptípusát említettük meg, melyek a következők voltak:

  • Hullám-fodrok, vagy angol nevükön ripples

  • Tenger-hullámok, vagy (magyarra lefordíthatatlan) angol nevükön seas

  • Holt hullámok, vagy (magyarra lefordíthatatlan) angol nevükön swell

A hullám-fodrok a teljesen sima vízen megjelenő apró örvények és egyenlőtlenségek, melyeket a feltámadó szél hoz létre, és amelyek gyorsan elhalnak, ha a szél eláll. Fizikai természetüket tekintve ezek ún. kapilláris hullámok, amelyeket a vízfelszín felületi feszültsége hoz létre és tart fenn. Ezekben a hullámokban a felületi feszültség tart egyensúlyt a szél nyomóerejével. A hullám-fodrok kicsinyek, hullámhosszuk a víz hőmérsékletfüggő felületi feszültségének (5.5. ábra) az óceánban felvett értékei mellett nem lehet nagyobb, mint 1,73 cm.

A vízfelszín felületi feszültségének változása a hőmérséklet függvényében

5.5. ábra. A vízfelszín felületi feszültsége és a hőmérséklet közötti kapcsolat (1 dyne=10-5 N) (Forrás: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/fluids/imgflu/surten3.gif; http://www.met.hu/)

A tenger-hullámok – amelyeket az angol, mint hajós-nyelv, egyszerűen „seas”-nek, azaz tengereknek nevez – a kifejlett hullámok, amelyek nem-lineárisak ugyan, de gyenge nem-linearitásuk miatt kis és közepes szélsebességeknél alakjuk igen közel van az ideális szinusz-hullámokhoz, csak méreteik mutatnak szórást. Fizikai természetüket tekintve külső, vagy felületi gravitációs hullámok, amelyekben a gravitációs erő (a szél által felemelt víztömeg súlya) tart egyensúlyt a szél nyomóerejével. Tapasztalati törvény alapján a hullámhossz 1/7-énél kisebb magasságú hullámok képesek egyensúlyban maradni átbukás (hullámtörés) nélkül. A „kifejlett” tenger-hullámok a világóceán átlagában legfeljebb 6–7 m magasságot érnek el, de a 12–15 m magas hullámok sem túl ritkák. A legmagasabb hullámok – mint azt az alábbi térkép (5.6. ábra) is mutatja – a déli félgömb nyugati szél zónájában (40–60º D) fordulnak elő, ahol maximális a zonális áramlás sebessége és nincsenek kontinentális akadályok. Itt említjük meg, hogy az angol nyelvben a „rendesen” hullámzó tengerre is külön kifejezés van: wind sea, amely ismét lefordíthatatlan, de leginkább „szél alatti tenger”-nek lehetne fordítani.

A hullámmagasság váltakozása a világóceánban

5.6. ábra. A hullámmagasság alakulása a világóceánban (Forrás: http://www.seafriends.org.nz/oceano/wavehght.jpg)

Végül a holt hullámok esetében – hiszen azok már nincsenek kitéve a szél nyomásának – a mozdulatlan egyensúlyi állapotból kilendített víztömeg magasabb hozzáférhető potenciális energia szintje (tulajdonképpen 0-nál magasabb, hiszen a sima felületű víznek nincs ilyen energiája) biztosítja a hullám mozgási energiáját, amíg a disszipáció azt fel nem emészti. Az óceánokon és tengereken, mint nagy kiterjedésű vízfelületeken, nem csak a már megszűnt szél-események (szélviharok) holt hullámai észlelhetők, hanem a folyamatban levő, vagy folyamatosan jelenlevő időjárási képződmények (a mérsékelt övi viharciklonok, a déli félgömb alacsony nyomású övének állandó viharos nyugati szele) több ezer kilométert „utazó” holt hullámai is jelen vannak, melyek a hullámforrás zónától egy szélirány tengelyű diszperziós kúpban, vagy teljes körben terjednek szét. Mivel a disszipáció a rövidebb hullámokat gyorsabban felemészti, elsősorban a nagy hullámok (5.7. ábra) terjednek nagy távolságokra. Elsősorban ezek a hullámok alkotják a Csendes-óceánon és a déli félgömb trópusi térségeiben a partokat szélcsendes szép időben is szinte állandóan elérő, ott megtörő nagy hullámokat (breakers), melyek a szörfözők kedvencei.

Holt hullámok repülőgépről fényképezve (bal oldalt), holt hullámon lovagoló szörfös (jobb oldalt)

5.7. ábra. Holt hullámok repülőgépről fényképezve (bal oldalt), holt hullámon lovagoló szörfös (jobb oldalt)

E jelenségtani rész befejezéseként szót kell ejtenünk – tisztázatlan keletkezési mechanizmusuk és különlegesen veszélyes voltuk okán is – az ún. elvadult, vagy szörnyeteg hullámokról (rogue waves, freak waves, monster waves, extreme waves, „killer waves”, „king waves”), amelyek az átlagos hullámmagasságnál sokkal nagyobb – azok magasságát 2–3-szor is meghaladó magasságú – szél keltette hullámok. Lényeges hangsúlyozni, hogy ezeket a hullámokat – akárcsak a hullámzó tenger többi hullámát – a szél és nem más erők hozzák létre, tehát nem tartoznak ebbe a kategóriába a szökőár-hullámok (cunamik), az árapály hullámok (tidal waves), vagy a viharhullámok (storm surge), melyekről később szólunk részletesen. A szörnyeteg hullámok sok hajó eltűnésének lehettek a valószínű okai, ám létezésükben a legutóbbi időkig sokan kételkedtek. Létezésüket csak 1995-ben bizonyította be véglegesen a Draupner német olajfúró platformon rögzített lézer-altiméteres tengerszint-magassági adatsor (5.8. ábra).

Az ábrán az idő függvényében a tengerszint magasságának változása látható a Draupner olajfúró toronynál

5.8. ábra. A szörnyeteg hullámok kategóriájába tartozó, 25,6 m magasságú „Draupner-hullám” létezését igazoló altimetrikus diagram, melyet az Északi-tengeren rögzítettek 1995. január 1-jén (Forrás: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/7/78/Drauper_freak_wave.png)

Később, 2000-ben egy brit kutatóhajó a Skóciától nyugatra fekvő Rockall Trough-ban (Csupaszikla Árok) hajózva rögzítette az eddigi legmagasabb, műszerrel mért óceáni hullámzást, ahol az SWH értéke 18,5 m volt, egyes individuális hullámok pedig elérték a 29,1 m-es magasságot. Ez minden kétséget kizárt, hiszen nem csak egy hatalmas hullám volt, hanem sok. Végül 2004-ben egy, az ESA (European Space Agency) által készített 3 hetes műholdas radar-altimetrikus adatsorban 10 szörnyeteg hullámot (5.9. ábra) regisztráltak, melyek mindegyike elérte a 25 m magasságot.

A szörnyeteg hullámok kialakulására nézve jelenleg is több elmélet létezik, amelyek a következők:

  • diffraktív (visszaverődéses) energia-fókuszálás, amelyet elsősorban a fenék domborzati viszonyai váltanak ki;

  • tengeráramlatok általi energia-fókuszálás áramlási nyírás útján (pl. Agulhas-áramlás);

  • lineáris hullám-interferencia eredményeként, amelyből a hullámmagasság fent már látott Rayleigh-eloszlása maximális részeként adódnak e hullámok;

  • nem-lineáris kölcsönhatások (negatív disszipáció) eredményeként, a nem-lineáris Schrödinger-egyenlet, vagy a Korteweg–DeVries-egyenlet megoldásaként, vagyis ún. szolitonként, végül

  • a légáramlás és a tengerhullámzás interferenciájából a levegőben kialakuló társult hullámzás rásegítésével.

A képeken a szörnyeteg-hullám megjelenése a tengerben

5.9. ábra. Szörnyeteg-hullám a valóságban és a képzeletben (Forrás: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/63/Wea00810.jpg; http://www.toptenz.net/wp-content/uploads/2011/06/Rogue-Wave.jpg)

5.2.3. A hullámok partot érése és a hullámtörés

Ha egy hullám a mélytengerről a parti sekély vízbe érkezik, majd ezt követően eléri a partot, akkor az alábbi sematikus ábrán (5.10. ábra) bemutatott folyamat zajlik le.

Mélytengeri hullámok magasságának és hullámhosszának változása sekély vízbe érésük után

5.10. ábra. A mélytengeri hullámok magasságának alakulása sekély vízbe érésük után (Forrás: http://www.seafriends.org.nz/oceano/ocean05.gif)

A sekély vízbe érve a szokásos 30–60 m hullámhosszú és 3–4 m magas mélytengeri hullámok először lefékeződnek, majd sebességük állandóvá válik (l. később). A fékeződéskor felszabaduló mozgási energia potenciális energiává alakul át és megnövekszik a hullám magassága. Egyidejűleg a fékeződő hullámok egymásra tolulnak és így hullámhosszuk is megrövidül. Amikor a H magasság és az L hullámhossz aránya (amely gyorsan növekszik) eléri a korábban már említett 1/7-es stabilitási határértéket, a hullám csúcsa destabilizálódik, megjelenik rajta a hullámtaraj. Tovább haladva a part felé kb. 1/6-os magasság-hullámhossz arány elérésekor a hullám teljes tömegében destabilizálódik, mivel egyre kisebbedő alapja nem tudja többé fenntartani a rá nehezedő egyre magasabb vízoszlop súlyát. A hullám elveszti szinusz alakját, teteje előresiet, alja pedig hátramarad, így jellegzetes előre áthajló spirálszerű keresztmetszetet vesz fel (mintha horizontális tengelyű forgó örvénnyé akarna alakulni), majd pillanatok múlva ez az instabil struktúra is összeomlik, a hullám teljes tömegében rendezetlen tajtékos tömeggé válik, majd a parton elhal. Ez a parti hullámtörés jelensége. A jelenség ilyen látványosan csak ott zajlik, ahol a tenger elég gyorsan mélyül, illetve válik sekéllyé a part felé közeledve. Ha a partot hosszú sekély szakasz előzi meg, és/vagy akadályok (sziklák és zátonyok) is vannak, akkor a hullám egy ponton, vagy inkább egy szakaszon magába omlik, rendezetlen mozgássá disszipálódik (5.11. ábra). A már sekély vízben haladó, állandó sebességű hullámok ott omlanak össze, ahol a h vízmélység a H hullám-magasság 80%-a alá csökken: h < 0,8 H. A part körüli hullám-összeomlási zónát – amelyet általában fehér hab borít – nevezték eredetileg „surf”-nek, a surface = felület szó rövidítéséből.

A képeken a hullámtörés jelensége látható egy gyorsan mélyülő (bal oldalt) és sekélyvizű sziklás (jobb oldalt) partszakaszon

5.11. ábra. Hullámtörés gyorsan mélyülő (bal oldalt) és sekélyvizű sziklás (jobb oldalt) partszakaszon (Forrás: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/2a/Big_wave_breaking_in_Santa_Cruz.jpg; http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/c/c7/Porto_Covo_pano_April_2009-4.jpg/800px-Porto_Covo_pano_April_2009-4.jpg)

A szörfözők, illetve az óceánparton működő életmentők három kategóriába szokták sorolni a megtörő hullámokat, sportolásra való alkalmasságuk és veszélyességük alapján:

  • Szétömlő, vagy kigördülő (szétomló) hullámok: ezek a hullámok jellemzik a lapos homokpartokat, és ezek a legalkalmasabbak a szörfölésre kevésbé gyakorlottak számára. Ez a legközönségesebb hullámtörés típus.

  • Eldobó, vagy lenyomó (átbukó) hullámok (5.12. ábra): ezek az előbb említett látványosan megtörő, megtörés előtt örvénybe forduló hullámok, melyek a közepesen meredek partszakaszokat jellemzik. Nagyon gyorsan törnek meg, és ha a parttal kis szöget zárnak be, folyamatosan mozog az átbukási pont a part mentén. Ezek a mesterfokú szörfözők kedvencei (akik az átbukási pont körüli zónában „síelnek”), de nagyon veszélyesek, mert a partra dobhatják, illetve a mederfenékre nyomhatják súlyukkal a hibázókat. A megfelelő mélyülés mellett ilyen hullámtörés kialakulásához nagy és lassú hullámok szükségesek, tehát elsősorban a távolról érkező swell-hullámok törnek meg így.

A képeken átbukó hullámokat lovagol meg egy szörfös

5.12. ábra. Átbukó hullámok (Forrás: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/1e/2010_mavericks_competition.jpg/800px-2010_mavericks_competition.jpg; http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/4/4e/Mavericks_Surf_Contest_2010b.jpg/800px-Mavericks_Surf_Contest_2010b.jpg)

  • Emelő-süllyesztő hullámok: ezek olyan hullámok, amelyek tulajdonképpen nem is törnek meg, hanem eredeti alakjukban érik el a partot. A nagyon meredek, csaknem függőleges partfalak mentén alakulnak ki. Sportolásra kevéssé alkalmasak, viszont nagyon veszélyesek, mert az úszókat beránthatják a mélyvízbe és nem engedik ki onnan.

Végül megemlítjük – amiről már korábban is szóltunk –, hogy a hullámok nem csak partot éréskor törhetnek meg. Részleges vagy teljes hullámtörést okozhat a viharos szél a nyílt tengeren is, és ekkor tarajos erősszél-hullámok, vagy zömükben tajtékká omlott viharhullámok (5.13. ábra) jönnek létre. A parti hullámtöréssel ellentétben azonban a viharos szél által kiváltott hullámtörés, amit viharhullámok kialakulásának is neveznek, semmivel sem (vagy nagyon kevéssel) csökkenti a hullámok energiáját és pusztító erejét.

A képen viharhullámok láthatók az Atlanti-óceán vizében

5.13. ábra. Viharhullámok az Atlanti-óceánon (Forrás: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/16/Wea00816.jpg)



[32] A „kifutás” kifejezést Czelnai (1999) használja a „fetch” magyarra való átültetéseként.