2006/7



   Eesti Looduse
   fotovoistlus 2010




   AIANDUS.EE

Eesti Loodus
artikkel EL 2006/7
Tuul ei suuda vistelda kiirlaevadega

Eesti Looduse juuninumbrist lugesime, et laevaliikluse paljude hvedega vib kaasneda omajagu hdasid: niteks mra, mis vib levida mrksa kiiremini, kui laev sidab, vi kasvuhoonegaasiheide, mis on ks globaalprobleemide allikas. Palju arutlusainet on pakkunud ka kiirlaevade lained.

Viimase kmne aasta jooksul on kiirlaevalainete eriomadustega seotud keskkonnakaitse-, laevasidu ohutuse ning muid riske tihti ksitletud peaaegu kigis arenenud mereriikides. Need probleemid on olnud tulipunktis niteks Ameerika hendriikides, Hispaanias, Hollandis, Iirimaal, Kanadas, Prantsusmaal, Rootsis, Soomes, Suurbritannias, Taanis, Uus-Meremaal ja Eestis. Isegi veitsis on kiirlaevadega seotud nhtused letanud uudiseknnise.

Kiirus on suhteline miste. Selle ajaga, mil maailma kiireim jooksja lbib 100 meetrit, liigub vidusiduauto peaaegu kilomeetri ja tavaline reisilennuk ligi kolm kilomeetrit. Selliste erinevuste taustal tundub esmapilgul pisut eriskummaline nimetada kiireteks laevu, mis tavalise kolme tunni asemel sidavad Tallinnast Helsingisse poolteise tunniga. Huvitaval kombel on keskkonnas kiirused mingil moel piiratud: vga kiiret liikumist takistavad teatavad barjrid, mis olevalt keskkonnast vivad olla erisugused. Osa barjre on vimalik letada, kuid mned neist on absoluutsed, vhemalt praeguste teadmiste puhul. Makroskoopilised objektid planeedid, asteroidid, kosmiline tolm jne. liiguvad maailmaruumis kmneid ja sadu kilomeetreid sekundis. Kuigi tavaelus on selline kiirus meile hoomamatu, on see thine vrreldes maksimaalse vimaliku kiiruse, valguse kiirusega. See on praeguste arusaamade jrgi masinate jaoks letamatu barjr, kuna keha mass kasvab valguse kiirusele lhenemisel lpmata suureks.

Sama laadi takistus atmosfris liikuvatele objektidele on heli kiirus. Tehniliselt on seda vimalik letada, kuid helibarjrile lhenedes tekib lennuki ette lklaine. Et sellest lbi murda, on vaja erilise tarindiga lennukeid vi rakette ning vga vimsaid mootoreid. Palju lihtsam ja odavam on lennata pisut aeglasemalt.

Samalaadne takistus on mere pinnal: pinnalainete leviku maksimaalne kiirus. Laevanduses nimetatakse seda kriitiliseks kiiruseks, ja mitte ilma phjuseta. Kui laeva kiirus letab 6070% sellest kiirusest, suureneb jrsult laeva tekitatud lainete krgus ning muutuvad lainessteemi omadused. Laeva ette tekivad lklainet meenutavad ksiklained ehk solitonid. Loomulikult suureneb hppeliselt ka ktusekulu.

Nendel barjridel on ksjagu sarnaseid jooni, mis on seotud konkreetses keskkonnas levivate lainete omadustega. Samuti on hine seegi, et teatavale piirkiirusele lhenedes ilmnevad ebatavalised nhtused. Enamasti liiguvad esemed, elusolendid vi ka Maa niisugustest piirkiirustest mrksa aeglasemalt. Kui inimese valmistatud masina liikumiskiirus on piirkiirusele lhedane vi letab selle, avalduvad looduses harva ette tulevad (potentsiaalselt ohtlikud) efektid. Atmosfri sisenemisel plahvatanud kosmosesstik on kujukas nide liiga kiiresti liikuvate kehade saatuse kohta.


Merel on kiirus seotud sgavusega. Erinevalt helikiirusest, mis on maapinna eri kohtades sna hesugune, oleneb kriitiline kiirus ja ka see, kas laeva kiirus on selles mttes suur vi vike vee sgavusest. Sltuvus on lihtne: kui vee sgavus on H meetrit, siis lainete leviku maksimaalne kiirus on m/s (gravitatsioonikiirendus g = 9,81 m/s2). Merel on niisiis oluline kiiruse ja vee sgavuse vahekord. Mitme kilomeetri sgavuses avaookeanis on kriitiline kiirus paarsada meetrit sekundis ehk lhedane heli kiirusele hus. kski laev ei suuda sellele ligilhedastki kiirust arendada ning kiirlaevade probleemi pole seal lihtsalt olemas.

Soome lahes ulatub meresgavus sadakonna meetrini ning kriitiline kiirus ligikaudu 30 m/s: pisut le 100 km/t ehk 60 slme. Sellist kiirust Tallinna ja Helsingi vahel sitvad reisilaevad veel ei arenda. Vaid mned aastad tagasi kigus olnud Lindaliini tiiburlaev vis kihutada ka le 50 slme. Madalamates kohtades on kriitiline kiirus viksem: 5 meetri sgavuses vinas ligikaudu 7 m/s ehk 4 slme. Sellises veekogus on juba 34 slmega liikuv paat kiirlaeva omadustega.

John Scott Russelli kirjeldatud soliton, mille tekitas hobuste veetav paat sna aeglasel liikumisel, on tegelikult esimene teaduskirjanduses ksitletud kiirlaevalaine. Paadi kiirus oli umbes kaks slme, kuid selles kohas oli see juba suur. Keskkonna iserasustest olenevalt on seega thtis konkreetses kohas ja ajal sobiv kiirus.

Jtame siinkohal krvale rahvusvahelise mereorganisatsiooni (IMO) ametliku kiirlaeva definitsiooni ja ksitleme kiirust konkreetse veekogu keskkonda silmas pidades. Selles kontekstis tuleb suureks pidada kiirust, mis on ligikaudu 60% vi enam kriitilisest kiirusest. Allpool nimetatakse kiirlaevadeks neid laevu, mis Tallinna lahel suudavad arendada kriitilisele lhedast kiirust, nagu AutoExpress, Nordic&Baltic Jet ja SuperSeaCat. Need laevad suudavad sita 3542 slmega. Seega ksikutes kohtades vivad nad liikuda ligikaudu kriitilise kiirusega vi isegi kiiremini (vt. # 1). Niisama kiiresti vivad sita ka tiiburid, kuid nende tekitatud lained on madalad ja seetttu peaaegu eristamatud looduslikest lainetest. Klassikalisteks laevadeks (ka tavalaevadeks) nimetatakse seevastu neid, mis sidavad kriitilisest mrksa viksema kiirusega. Tavaliste kauba- ja reisilaevade kiirus on 1020 slme. Tallinna lahe laevateel on nad klassikalised laevad, kuigi niteks Stockholmi skrides vivad kuuluda juba kiirlaevade hulka.


Laevadel ja nende lainetel on vahe. Laevalainete (vahel htud ka kigulaineteks) omadused olenevad eesktt vee sgavusest ja suhteliselt madalas vees ka laeva liikumiskiirusest. Klassikaliste laevade tekitatud lainete (nn. Kelvini lainessteemi) omadusi on phjalikult uuritud juba eelmise sajandi algupoolel. Nii imelik, kui see ka ei tundu, on laeva suurusel enamasti palju viksem mju laevalainete omadustele kui laeva kiirusel: suure kaubalaeva ja vees ujuva pardi tekitatud lained on vga sarnased.

Kuni vesi on piisavalt sgav selles mttes, et laeva kiirus on vhem kui 6070% kriitilisest, suurenevad nii lainete krgus kui ka pikkus enam-vhem vrdeliselt laeva kiirusega. Laeva ees nimetamisvrset lainetust ei teki. Laeva taga kujuneb lainete lehvik, nn. Kelvini kiil (# 2). Lehviku laius sgavas vees sitva laeva puhul ei olene ei laeva kiirusest, suurusest ega kujust. Lehviku sees kahaneb lainete krgus vrdeliselt ruutjuurega kaugusest laevast, seega niisama kiiresti nagu vette visatud kivi tekitatud lained. Krgeimad lained on lehviku vlisserval, kus lainete krgus kahaneb pisut aeglasemalt: vrdeliselt kuupjuurega kaugusest laevast. Ka selline kahanemine on pris nobe, mistttu on laevateest le kilomeetri kaugusel paiknevatel merealadel (sh. Tallinna lahe rannavndis) tavalaevade kigulainete mju ldiselt ebaoluline.

Kelvini kiilu omadused sgavas vees, ennekike selle kuju sltumatus laeva kiirusest, peegeldavad lihtsalt tsiasja, et kriitilisest kiirusest mrksa aeglasemalt liikuvate laevade puhul juavad lained veepinna hirituste energia lahedasti laevast eemale kanda. Kui laeva kiirus lheneb kriitilisele, ei suuda lained laevast enam piisavalt ruttu eemalduda. Laeva lhistel kipub lainete energia justkui koonduma ehk teisisnu lainekrgus kasvab. Veel kiiremini sitvate laevade lained meenutavad pigem lehelikiirusega lendavate lennukite tekitatud lklaineid.

Iseralikud nhtused snnivad siis, kui laev sidab kriitilise kiirusega. Laevalainete lehviku asemel tekib vaid mnest krgest ja pikast lainest koosnev rhm. Selliste lainete harjad on lipikad ja pigem meenutavad need avaookeani ummiklaineid vi viksemaid tsunameid. Laeva ees lhevad liikvele ksikud veemed ksiklained ehk (vri)solitonid. Kitsastes vinades vib solitonide murdumisel ilmneda isegi booritaoline nhtus. Kuna solitonid kannavad hulga vett laeva mbert minema, kujuneb laeva juures piirkond, kus veetase on mrksa madalam kui mbritsevas meres justkui auk veepinnas. Laev paikneb selle augu sees ning nib olevat madalamal, vrreldes mbritseva merealaga. Seda nhtust nimetatakse inglise keeles squat. Avamerel ei ole need efektid tavaliselt kuigi tugevad. Kll aga vib veepinna alanemine tekitada paksu pahandust laevatee krval paiknevates madalates lahtedes ja vikesadamates [2], tsine probleem on see ka laevatatavates kanalites [1].


Laevalained Tallinna lahel. Klassikaliste laevade tekitatud lainete krgus Tallinna lahe rannavndis vib ulatuda mnekmne sentimeetrini. Kuna nende perioodid langevad kokku siin kandis tavaliste looduslike lainete omadega, jb tavalaevade lainete mju looduslike varju. Ka tiiburite kigulaineid on peaaegu vimatu eristada looduslikust foonist [8].

Kiirlaevalained on aga Viimsi ja Paljassaare poolsaare rannavndis iga pev kuni meetri krgused, mis on igati arvestatav krgus looduslike lainetega vrreldes. Selliseid tuulelaineid tuleb ette olenevalt konkreetsest piirkonnast tenosusega 15% ehk vaid mnel peval aastas. Eriti krged lained tekivad sageli siis, kui ksteise jrel liigub mitu laeva. Katariina kai ja Aegna muuli lhistel on videtavalt olnud 1,52 meetri krgusi laineid. Seni pole neid korrektselt mta nnestunud. Rhusignaalist arvutatud krgeim laine on 2,3 meetrit, kuid sellest umbes pool meetrit kuulub tenoliselt looduslikele lainetele [8]. Laevalained on vrdlemisi tagasihoidlikud Tallinna lahe siseosas, kus laevad ei arenda veel tit kiirust, niteks Pringi kandis.

Loodusliku lainetuse krgust iseloomustatakse harilikult olulise lainekrguse kaudu: see on umbes vrdne he kolmandiku krgeimate lainete keskmise krgusega. Krgeimad ksiklained vivad olulist lainekrgust letada kuni kaks korda. Lnemeres mdetud olulise lainekrguse rekord on 7,8 meetrit (jaanuaris 1984), 2004. aasta detsembris theldati aga 14 meetri krgust ksiklainet. Eelmise aasta jaanuaritormis ulatus oluline lainekrgus Saaremaa ranniku lhistel tenoliselt 10 meetrini. Tallinna lahel olid lhiajaloo krgeimad lained 2001. aasta 15. novembri tormi ajal, mil oluline lainekrgus vis olla ligikaudu neli meetrit [7] ja krgeimad ksiklained kuni seitse meetrit. Selles valguses tundub laevalainete tavaline krgus, mis ldiselt on alla meetri, tiesti stu loksumisena.

Laevaliiklus Tallinna lahel on aga nii tihe, et laevalainete summaarne energia rannas on aasta keskmisena vhemalt 58% looduslike lainete energiast. Hinnangud on leitud 2002. aasta suvel viies kohas mdetud laevalainete omaduste ja nendes kohtades matemaatiliselt modelleeritud tuulelainete parameetrite vrdluse teel. Laevalainete vimsus (ehk lainete energia ja selle levikukiiruse korrutis) hlmab kordi suurema osa (1530%; kevadsuvel mrksa rohkem) looduslike lainete vimsusest. Iga rannajoone meetri kohta toovad laevalained randa aastas keskmiselt ligikaudu sada vatti [8].


Suurus pole ainuthtis ehk lainetel on peale krguse veel ka pikkus. geda maruga vivad lained kasvada kll sna krgeks, kuid pikad lained pole igapevane nhtus: selleks peab tugev tuul puhuma ulatuslikul merealal. Seetttu on pindala poolest vikestes meredes ja jrvedes tuulelained alati suhteliselt lhikesed.

Enamasti iseloomustatakse laineid nende perioodi kaudu: seda on mrksa lihtsam mta kui laine pikkust. Mida pikemad lained, seda suurem periood. Soome lahe vikeste mtmete tttu on Tallinna lahel mdukate tuultega tekkivate lainete periood 23 sekundit, tugevates tormides 56 sekundit ning vaid ekstreemsetel puhkudel (niteks 15. novembril 2001) on see ulatunud ka 78 sekundini. Ummiklainete periood on vahel 78 sekundit, aga samas on nende krgus alla meetri [5, 7]. Suuresti kujundavad sellist lainekliimat Naissaar ning selle ja mandri vahelised madalad: need varjavad sna hsti lahte Lnemere phjaosast tulevate pikkade ja krgete lainete eest.

Erakordne oli 2005. aasta jaanuaritorm, kui Soome lahel oli mitmemeetriste lainete periood mitme tunni vltel 1112 sekundit. Paljud lainetuseuurijad ei suuda praeguseni uskuda, et srased lained siin kandis vimalikud olid. Samamoodi oli enne tormi uskumatu seegi, et enamikus Eesti randades mdeti peaaegu hel ajal uued veetusu rekordid [9]: tavaliselt uputab meri vikest osa Eesti rannikust. Maale tulvav vesi, erinevalt lainetest avamerel, oli aga kigile silmaga nha ja kega katsuda, kuid lainete just selles tormis on vaid kaudseid mrke, niteks lhutud Aegna muul vi Ristna sadam Harjumaal. Tallinna lahele vga krgeid lained seekord siiski ei judnud: Naissaar varjas suuremat osa lahte lnest tulevate lainete eest.

Suurem osa kiirlaevalainete energiast on koondunud vga pikkadesse lainetesse, mille perioodid on 815 sekundit. Paljudes Tallinna lahe rannavndi likudes letab le 8 sekundi perioodiga laevalainete krgus iga pev meetri, keskmiselt ulatub see kaks kuni kolm korda pevas le 80 cm. Aegna lhistel on peva krgeimate laevalainete periood 1015 sekundit [8]. Sellised looduslikud lained on Tallinna lahel rmiselt haruldased. Kui mullune jaanuaritorm vlja jtta, vib seni kirjeldatud lainetuse omaduste phjal elda, et vhemalt viimase paarisaja aasta jooksul pole Tallinna lahe siseosas niisuguseid laineid olnud.


Kiirlaevalained kui minitsunamid. Kiirlaevalained ei pruugi laevatee lhistel olla sugugi krgemad kui tavalaevade lained, kuid nad kituvad laevateest eemal teisiti kui muud lained. Nende puhul ei pea ka paika Kelvini lainessteemi iseloomulikud jooned. Erinevuse phjus peitub pinnalainete leviku kahe eriomase aspekti kombinatsioonis.

Sgavas vees liiguvad pikemad lained kiiremini kui lhemad. Tavalaevad tekitavad paljudest lainetest koosneva ssteemi, mille energia hajub seetttu ha laiemale merealale: seega vheneb laevateest kaugemal ksikute lainete krgus. Madalas vees levivad suhteliselt pikad lained aga peaaegu vrdse kiirusega. Pikkus on siin niisama suhteline miste nagu kiiruski: pikad on need lained, mille pikkus on mrksa suurem vee sgavusest. Phiosa kiirlaevalainetest on Tallinna lahe jaoks vga pikad, mistttu need liiguvad peaaegu vrdse kiirusega ka siis, kui nende pikkus mnevrra erineb. Seetttu kiirlaevalainete rhm psib liikumissuunas kaua aega terviklikuna ning ksikute lainete krgus vheneb laevateest eemal sna aeglaselt.

Oluline erinevus tava- ja kiirlaevalainete vahel ilmneb ka siis, kui vrrelda laevalaineid vette visatud kivi tekitatud lainetega: ringikujuliste lainete harjad pikenevad vrdeliselt kaugusega tekkekohast. Laineharjade pikenemisel jaotub lainete energia jrjest suuremale merealale: kivi tekitatud lainete krgus vheneb vrdeliselt ruutjuurega kaugusest tekkekohani. Tavalaevalainete harjad on teatavas mttes sarnased kivi tekitatud lainetele: need on sna lhikesed laeva lhistel ning laevast eemal pikenevad vrdlemisi kiiresti. Krgeimad kiirlaevalained on lipikkade peaaegu sirgete harjadega juba tekkides. Seetttu mjutab harjade pikenemine nende krgust mrksa vhem. Just sellist tpi oli Kagu-Aasia tsunami krgeim, sirge laineharjaga osa, mis tegi palju pahandust veel Aafrika rannikul (Horisont 2005, nr. 2). Nagu tsunamigi, vivad kiirlaevalainete rhmad psida krgetena pika aja vltel ning juda ohtlikult krgetena mrkimisvrselt kaugel paiknevatele aladele. Niteks Muuga lahe keskel paikneval Karbimadalal saab rahuliku mere korral sageli selgelt jlgida ligikaudu 20 km kaugusel TallinnaHelsingi laevateel sitvate kiirlaevalainete signaali.


Veepind juhib laineid paremini kui kuldjuhe elektrivoolu. Parima pildi ja heli kiirlaevalainetest saab Aegna muulilt kevadisel varahommikul, kui juhtub olema tuulevaikne kogu Lnemerel ja vesi peegelsile. Prast seda, kui esimene laev on Helsingi poole linud, ei juhtu mitme minuti vltel midagi. Muulilt neb kigepealt laevalaine murdumist vana helgiheitja juurest algaval madalikul viis-kuus minutit prast laeva mdumist. Paari sekundi jooksul juab kohale heli, mis meenutab kauget prgutrummide mrinat: seda teevad kaugel meres murduvad lained. Tormiga seda ei kuule, sest rannal murduvate lainete kohin kib le. Trummid mristavad seal oma pool minutit, kusjuures igal pool mujal paistab meri endiselt peegelsile.

Seejrel hakkavad muulist sadakonna meetri kaugusel pealtnha juhuslikes kohtades mneks sekundiks tusma selgepiirilised he kuni kahe meetri krgused veemed. Need on just ksikud med, mitte pikad laineharjad. Ega need kohad tegelikult juhuslikud polegi: seal on kas vikesed madalad vi suured kivikuhjad. Veel kmmekonna sekundi prast tuseb muulist mnekmne meetri kaugusel klaassiledast merest hvardav lainehari. Nrganrvilised astuvad nobedasti pisut sisemaa poole ja igesti teevad, kuna kangemad mehed pritsitakse mrjaks. Ja siis on jrsku muuli mber viis minutit tormi. Kevadel on vesi klm ja muuli mbrus sna kivine, seetttu ei soovitaks kellelgi seal ankrus olla vi pris vee rde uudistama minna.

Samas on Aegna muul le kilomeetri kaugusel laevateest. Selle phjus, et muulil mllab sageli kiirlaevatorm, peitub tsiasjas, et veepind on peaaegu tiuslik lainejuht. Lainete krgus kahaneb ideaaljuhul (kui lpmata pikkade harjadega lained levivad tpselt vrdse kiirusega) lbitud kilomeetri kohta mrksa vhem, kui on elektrikadu kuldjuhtmes. Pole haruldane, et tugevate tormide ummiklainetus letab ookeane.

Suure kiirusega suhteliselt madalas vees sitvad laevad tekitavad krgeid ja vga pikki laineid. Iseenesest pole selles midagi halba: pikad lained on avamerel vaevu mrgatavad nagu tsunamigi ning ei sega seal kedagi. Mrksa tsisemat muret tekitab asjaolu, et pikkadesse ja krgetesse kiirlaevalainetesse koondunud energia levib sobivates tingimustes teatavat tpi veekogudes kompaktsete ja krgete rhmadena. Seetttu vib tunduvalt suureneda ldine hdrodnaamiline aktiivsus laevateest vrdlemisi kaugel paiknevatel merealadel. Sellised lained seavad sageli ohtu nii inimeste elu kui ka vara, samuti vivad kahjustada rannalhedast kossteemi [3, 4, 6]. Laevateest kaugel paiknevatele mere- ja rannaaladele judnud kiirlaevalainet ei oska supleja vi paadimees tihtilugu karta, seda enam, kui laev ise oli mdunud omajagu aega tagasi. Rannikumere ja selle elustiku jaoks on niisugused lained aga sageli oluliselt erinevad looduslikest ning mneti enneolematudki.


Tarmo Soomere (1957) on TT kberneetika instituudi vanemteadur ja rannikutehnika professor.


1. El-Kader, Farouk Abd; El-Soud, M. Samy Abo; El-Serafy, Kamel; Hassan, Ezzat A. 2003. An integrated navigation system for Suez Canal (SCINS). Journal of Navigation, 56: 241255.


2. Forsman, Bjrn 2001. From bow to beach. SSPA Highlights No 3: 45.


3. Guidelines for managing wake wash from high-speed vessels. 2003. Report of the Working Group 41 of the Maritime Navigation Commission, International Navigation Association (PIANC), Brussels.


4. Hamer, Mick 1999. Solitary killers New Scientist 163, No 2201: 1819.


5. Орленко, Л. Р. (редaк.) 1984. Исследовния гидрометеорологического режима Таллиннского залива, Ленинград.


6. Parnell, Kevin E.; Kofoed-Hansen, Henrik 2001. Wakes from large high-speed ferries in confined coastal waters: Management approaches with examples from New Zealand and Denmark. Coastal Manage. 29: 217237.


7. Soomere, Tarmo 2005. Wind wave statistics in Tallinn Bay. Boreal Environment Research: 10: 103118.


8. Soomere, Tarmo; Rannat, Kalev 2003. An experimental study of wind waves and ship wakes in Tallinn Bay. Eesti TA Toimetised. Tehnikateadused 9: 157184.


9. Suursaar, lo; Kullas, Tiit; Otsmann, Mikk; Saareme, Ivo; Kuik, Juta; Merilain, Merike. 2006. Hurricane Gudrun and modelling its hydrodynamic consequences in the Estonian coastal waters. Boreal Env. Res. 11: 43159.



Tarmo Soomere
28/11/2012
26/11/2012
05/10/2012
09/07/2012
26/06/2012
26/06/2012
22/05/2012

Mis see on?
E-posti aadress:
Liitun:Lahkun: 
Serverit teenindab EENet