Ο καθηγητής Ιερόθεος Ζαχαρίας εξηγεί τις σπείρες της Τριχωνίδας

Το επιστημονικό ενδιαφέρον του καθηγητή Ιερόθεου Ζαχαρία προκάλεσαν οι φωτογραφίες με τις τρεις σπείρες της Τριχωνίδας που δημοσίευσαν η “Αναγγελία” και το agriniovoice στις αρχές Ιανουαρίου του 2018. Ο καθηγητής έδωσε επιστημονική διάσταση στο δημοσίευμα της “Αναγγελίας”, σημειώνοντας με έμφαση: “Χαίρομαι πάρα πολύ, γιατί αυτό που υπολόγισα πριν από 25 χρόνια, τελικά συμβαίνει στην πραγματικότητα και το είδα στην φωτογραφία”.

Ο Ιερόθεος Ζαχαρίας είναι Αναπληρωτής Καθηγητής στην Πολυτεχνική Σχολή του Πανεπιστημίου Πατρών με εξειδίκευση στην υδροδυναμική λιμνών και παράκτων οικοσυστημάτων. Ο ίδιος δεν έχει δει ποτέ τις σπείρες της Τριχωνίδας, τις είχε υπολογίσει όμως μαθηματικά στο διδακτορικό του, το 1990. Η διατριβή του αφορούσε τα υδροδυναμικά μοντέλα. Που σημαίνει επιφανειακά και υποεπιφανειακά ρεύματα.

Η επικοινωνία με τον καθηγητή έγινε με την βοήθεια του αναγνώστη μας κ. Κουσουρή, ο οποίος μας έστειλε μια πρώτη απάντηση του κ. Ζαχαρία που έλεγε τα εξής:

“Αν η σπείρα δεν είναι αντικατοπτρισμός (στη δεύτερη φωτογραφία μοιάζει να είναι) τότε είναι επιφανειακά ρεύματα για τα οποία είχα γράψει το 1990 στο διδακτορικό μου. Δεν έχω ανεμολογικά στοιχεία κατά την ημέρα των πρόσφατων φωτογραφιών, αλλά αν τις προηγούμενες ημέρες είχε δυτικούς ή νοτιοδυτικούς ανέμους και στη συνέχεια σταμάτησαν, τότε συσωρεύτηκε νερό στην ανατολική πλευρά της λίμνης το οποίο προκαλεί κατά την επιστροφή του αυτό τον αντικυκλώνα. Έχω μετρήσει από τις στάθμες ότι διαρκεί αρκετές ώρες μέχρι να αποκατασταθεί η ισορροπία της στάθμης”.

Ρωτήσαμε τον κ. Ζαχαρία, τι εννοεί όταν μιλάει για “αντικατοπτρισμό”. Η απάντησή του ήταν: “Θα μπορούσε ν’ αντικατοπτρίζει τα νέφη που βρίσκονται ακριβώς πάνω από τη λίμνη”.

Την ερμηνεία του φαινομένου θεμελιώνει όμως πάνω στην εξής επιστημονική θέση:

“Η περιστροφή της γης είναι σημαντική για τα ρεύματα των λιμνών. Στις μεγάλες λίμνες το νερό δεν κινείται κατά την ίδια διεύθυνση με τον άνεμο. Κινείται με μια γωνία προς τον άνεμο που οφείλεται στην περιστροφή της γης. Τα ρεύματα αυτά είναι τα λεγόμενα ρεύματα Ekman… Στην Τριχωνίδα λόγω της μορφολογίας της, κάτω από συγκεκριμένες μετεωρολογικές συνθήκες είναι δυνατόν να εμφανιστούν μεγάλες δίνες. Αν για παράδειγμα, φυσάει για μεγάλο χρονικό διάστημα σταθερός άνεμος νοτιοδυτικός μπορεί να δώσει στο ανατολικό της τμήμα αντικυκλωνική κυκλοφορία υπό τη μορφή δίνης. Αν φυσάει βορειοδυτικός άνεμος μπορεί να προκαλέσει κυκλωνική δίνη. Για να είναι όμως το φαινόμενο εμφανές στον παρατηρητή θα πρέπει να έχει σταματήσει ο άνεμος και να έχει συσσωρευτεί αρκετός όγκος νερού στο ανατολικό τμήμα της λίμνης, το οποίο αν επιστρέψει επιφανειακά θα δημιουργήσει ένα ρεύμα αντίθετης διεύθυνσης από το ανεμογενές. Αυτό θα προκαλέσει τη στροβιλώδη κίνηση του νερού και η δίνη θα είναι εμφανής για μερικές ώρες μέχρι να ισορροπήσει η στάθμη του νερού και στα δύο άκρα της λίμνης”.


Παραθέτουμε στη συνέχεια το πλήρες κείμενο του κ. Ιερόθεου Ζαχαρία:

Κυκλοφορία του νερού σε λίμνες

Ο άνεμος είναι η κύρια δύναμη που κινεί το νερό των λιμνών σε όλα τα βάθη. Η κίνηση του νερού έχει σοβαρές συνέπειες στη χημεία και στη βιολογία των λιμνών. Ο συνδυασμός της θερμοκρασίας και του ανέμου προξενεί στη λίμνη μια στρωμάτωση από πολλά μικρά στρώματα που είναι χημικά και βιολογικά ευκρινή από το περιβάλλον νερό.

Η κινητική ενέργεια του ανέμου μεταφέρεται στο νερό και προκαλεί μια μεταβολή της κινητικής και δυναμικής ενέργειας που περιέχουν οι μεγάλου μεγέθους στρόβιλοι και έτσι μετατρέπονται σε μικρότερους και γρηγορότερους. Η ενέργεια σε διάφορα μήκη κύματος καλείται ενεργειακό φάσμα και μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν ενωποιός ιδέα για να καταλάβουμε τα πολύπλοκα φαινόμενα που χαρακτηρίζουν την κίνηση του νερού στις λίμνες.

Υπάρχουν δύο ειδών κινήσεις νερού, τα περιοδικά ή ρυθμικά κύματα και τα μη περιοδικά ή αρυθμικά ρεύματα. Κύματα είναι οι ανοδικές ή καθοδικές κινήσεις των μορίων του νερού, περιλαμβανομένων και μερικών ταλαντώσεων αλλά όχι καθαρές ροές. Ρεύματα είναι οι καθαρές όμοιας διεύθυνσης ροές νερού. Ρεύματα και κύματα συνήθως συνυπάρχουν. Μέρος της κινητικής ενέργειας του ανέμου συνήθως πηγαίνει στη συνεχή μορφοποίηση των επιφανειακών κυμάτων που χάνουν τη μορφή τους και χάνουν την ενέργειά τους καθώς θραύονται κοντά στην ακτή. Ένα άλλο μέρος της ενέργειας του ανέμου μεταφέρεται έμμεσα μέσω της θραύσης των κυμάτων στα ρεύματα. Τα ρεύματα δημιουργούνται πολύ πιο αργά από τα κύματα αλλά τελικά περιέχουν τη μεγαλύτερη κινητική ενέργεια μιας λίμνης.

Οι κύριες πηγές ρευμάτων στις λίμνες είναι: 1) ο άνεμος που είναι και η κύρια δύναμη, 2) η πίεση που οφείλεται στην ανισορροπία των μαζών του νερού και 3) δυνάμεις άνωσης που οφείλονται στη θερμότητα και ψύξη λόγω εξάτμισης και μπορούν να οδηγήσουν σε κατακόρυφες κινήσεις.

Όλες αυτές οι δυνάμεις τροποποιούνται από το φαινόμενο Cοriοlis, ειδικά στις μεγάλες λίμνες (όπως η Τριχωνίδα) και από την τριβή του πυθμένα και των ακτών που είναι σημαντικότερη στις μικρές λίμνες. Ο άνεμος συνήθως είναι ο κύριος παράγοντας ενέργειας, αλλά μπορεί να μην είναι πάντα ο σημαντικότερος στη βιολογία και στη χημεία των λιμνών από τη στιγμή που τα ρεύματα πυκνότητας είναι επίσης σημαντικά. Όταν ο άνεμος φυσά, αναπτύσσεται μια διατμητική τάση στην επιφάνεια ανέμου-νερού, λόγω της τριβής. Η κίνηση του αέρα δημιουργεί μια αντίστοιχη κίνηση στο επιφανειακό στρώμα του νερού η οποία ελαττώνει τη διατμητική τάση, δηλαδή δημιουργείται ένα ρεύμα νερού με μικρότερη ταχύτητα.

Κάτω από τις περισσότερες συνθήκες ο άνεμος, αν μπορεί να θεωρηθεί σταθερός, θα μεταδώσει ένα μεγάλο κλάσμα της ταχύτητάς του στα επιφανειακά στρώματα του νερού. Η ταχύτητα του νερού είναι περίπου ίση με το 3% της ταχύτητας του ανέμου, κατά προσέγγιση.

Η περιστροφή της γης είναι σημαντική για τα ρεύματα των λιμνών. Στις μεγάλες λίμνες το νερό δεν κινείται κατά την ίδια διεύθυνση με τον άνεμο. Κινείται με μια γωνία προς τον άνεμο που οφείλεται στην περιστροφή της γης. Τα ρεύματα αυτά είναι τα λεγόμενα ρεύματα Ekman. Η απόκλιση των επιφανειακών ρευμάτων είναι μικρή στις αβαθείς λίμνες αλλά μπορεί να φθάσει τις 45ο από τη διεύθυνση του ανέμου στις βαθιές λίμνες.

Το νερό που ρέει προς το ένα άκρο της λίμνης πρέπει να γυρίσει φυσικά πίσω και αυτό συμβαίνει άλλοτε στην επιφάνεια της λίμνης ή γυρίζει ρέοντας στα βαθύτερα στρώματα της λίμνης. Πολλές μελέτες έγιναν σε λίμνες και η επιστρεφόμενη ροή έγινε λίγο πάνω από το θερμοκλινές σε συνθήκες στρωματοποίησης ή κοντά στον πυθμένα αν η λίμνη δεν έχει στρωματοποιηθεί. Το μεγαλύτερο ρεύμα στην επιφάνεια ελαττώνεται με το βάθος και φθάνει σ’ ένα σημείο καθαρά μηδενικής ροής. Κάτω από αυτό το βάθος υπάρχει μια αρκετά ομοιόμορφη ροή που επιστρέφει και είναι πολύ πιο αργή από την επιφανειακή. Πρόσθετα, λόγω Cοriοlis, η κίνηση του νερού με το βάθος περιστρέφεται όπως περιγράφει το σπιράλ του Ekman. Μεγάλες αποκλίσεις από το ιδανικό σπιράλ συμβαίνουν σε δυνατούς και μεταβλητούς ανέμους όπου η βυθομετρία είναι πολύ ανώμαλη. Το σπιράλ του Ekman είναι μια κλασική αλλά και χρήσιμη απλοποίηση για τις μεγάλες βαθιές λίμνες, ιδιαίτερα όταν άνεμοι φυσούν προς μια κατεύθυνση για μεγάλο χρονικό διάστημα.

Αυτή η κυκλική κίνηση με ένα σχετικό στάσιμο κέντρο είναι γνωστή στους λιμνολόγους και ωκεανογράφους με το όνομα gyre (δίνη, στρόβιλος). Στις λίμνες με περίπου ορθογώνιο σχήμα, ειδικά σ’ αυτές με επίπεδο πυθμένα ο άνεμος παράγει τοπογραφικές δίνες. Συνήθως υπάρχουν δυο μορφών δίνες, οι δεξιόστροφες (αντικυκλωνικές) και οι αριστερόστροφες (κυκλωνικές) οι οποίες προκαλούνται από τη συνάντηση αντίθετης διεύθυνσης υδάτινων ρευμάτων.

Στην Τριχωνίδα λόγω της μορφολογίας της, κάτω από συγκεκριμένες μετεωρολογικές συνθήκες είναι δυνατόν να εμφανιστούν μεγάλες δίνες. Αν για παράδειγμα, φυσάει για μεγάλο χρονικό διάστημα σταθερός άνεμος νοτιοδυτικός μπορεί να δώσει στο ανατολικό της τμήμα αντικυκλωνική κυκλοφορία υπό τη μορφή δίνης (εικόνα 2). Αν φυσάει βορειοδυτικός άνεμος μπορεί να προκαλέσει κυκλωνική δίνη (εικόνα 3). Για να είναι όμως το φαινόμενο εμφανές στον παρατηρητή θα πρέπει να έχει σταματήσει ο άνεμος και να έχει συσσωρευτεί αρκετός όγκος νερού στο ανατολικό τμήμα της λίμνης, το οποίο αν επιστρέψει επιφανειακά θα δημιουργήσει ένα ρεύμα αντίθετης διεύθυνσης από το ανεμογενές. Αυτό θα προκαλέσει τη στροβιλώδη κίνηση του νερού και η δίνη θα είναι εμφανής για μερικές ώρες μέχρι να ισορροπήσει η στάθμη του νερού και στα δύο άκρα της λίμνης (εικόνα 4).

Εικόνα 2: Αντικυκλωνική κυκλοφορία στο ανατολικό τμήμα της λίμνης
Εικόνα 3: Κυκλωνική κυκλοφορία στο ανατολικό τμήμα της λίμνης
Εικόνα 4: Ταλάντωση της λίμνης λόγω συσσώρευσης νερού στη μία πλευρά της
Ενεργειακό Νόρα Καρατσικάκη - Κλινικός Διαιτολόγος - Διατροφολόγος