miniatura|Una ona marina miniatura|"La gran ona de Kanagawa", gravat en fusta del , per Katsushika Hokusai Una ona marina o onada és un moviment oscil·latori, en sentit ascendent i descendent, de la superfície del mar o d'una altra massa gran d'aigua, com ara un llac o un embassament produïdes pel vent.Miguel V. Pardo Alonso, "Introducció a l'Oceanografia", Universitat de València L'ona més alta registrada mai va ser una ona de 34 metres al Pacífic el 6 de febrer de 1933.
Característiques de les ones Les ones oceàniques més conegudes són pertorbacions de la superfície de l'aigua, produïdes principalment pel vent o, ocasionalment, per altres causes com els terratrèmols.
D'ones n'hi ha de molts tipus. Les longitudinals, en què la transmissió es produeix per avançament de zones de compressió i distensió (per exemple, les ones sísmiques P o el so) i es transmeten per l'interior de sòlids i líquids; unes altres en són les transversals, on tenim moviments perpendiculars a la direcció de propagació, i només les trobem en sòlids (ones sísmiques S, p. ex.); i per fi, les ones orbitals, les quals es transmeten al llarg de superfícies de separació entre dos fluids de diferent densitat. El nom "orbital" és pel moviment de les partícules de l'aigua, com veurem ara.
Aquest últim (orbitals) és el tipus de les ones oceàniques, les quals es produeixen a la interfície atmosfera/oceà. També ho són les ones internes, les quals es formen a la interfície de dues masses d'aigua de diferent densitat.
Quan veiem viatjar les ones, sembla com si un conjunt de crestes d'aigua es moguessin al llarg de la superfície, però aquest moviment lineal és una il·lusió. En realitat, el que està viatjant és energia que va ser produïda per una pertorbació en la superfície, i la transmissió d'aquesta energia es fa mitjançant un moviment cíclic de la matèria. Si ens fixem en un objecte surant en l'aigua, quan una ona travessa la superfície l'objecte es mou d'una forma circular. Això és, les partícules transmeten l'energia d'unes a les altres movent-se en cercles, però al final han tornat a la posició inicial; el diàmetre d'aquests cercles és l'alçària de l'ona.
Això és un cas ideal, perquè en realitat sí que hi ha un cert avançament de l'aigua (i dels objectes que hi suren) en la direcció de les ones, perquè els cercles esmentats són oberts; tot i això, l'avançament no és ni de llarg el que ens sembla quan observem la propagació de les crestes. Així doncs, les ones formen òrbites obertes i, com veurem més endavant, aquest procés és la causa dels corrents marins superficials produïts pel vent.
Les ones són bastant complexes i per això la següent descripció és d'una ona ideal:
La part més alta és la cresta i la més baixa el si o depressió. L'alçària d'ona (H: wave height) és la distància vertical entre una cresta i el si adjacent, i la longitud d'ona (L: wavelength) és la distància horitzontal entre dues crestes o dos sins adjacents.
Anomenem relació de forma a la fracció H/L. El període (T) és el temps que tarda una ona a viatjar la distància d'una longitud d'ona (o el temps entre dues crestes o entre dos sins successius). La freqüència de les ones (1/T) és el nombre d'ones que passen per un punt fix en un segon. La velocitat de les ones es calcula en m/sg i és: C=L/T.
Com que el més fàcil de calcular sempre és el període, la velocitat la podem trobar amb la següent fórmula, sempre que el moviment sigui circular: C (m/s)=gT/2; on g és l'acceleració de la gravetat i T el període.
En profunditat, el moviment circular de les partícules és més lent, i per això els cercles són cada volta més xicotets (minva el diàmetre); a una profunditat de L/9 el diàmetre és la meitat que en superfície i a una profunditat de la meitat de la longitud d'ona (L/2) el moviment és nul. Les ones que viatgen per zones amb profunditats d'aigua superiors a L/2 les anomenem ones d'aigües profundes. Aquestes no es veuen afectades pel fons i la velocitat es calcula com hem vist abans.
En canvi, les ones d'aigües somes són les que circulen per aigües amb profunditats inferiors a L/20, i el fons els afecta especialment, xafant les òrbites circules, transformant-les en òrbites el·líptiques molt aplanades. Són les produïdes pel vent en aigües poc profundes, les ones sísmiques marines (tsunami) i les ones de marea. La velocitat en aquest cas ve determinada per la profunditat de l'aigua.
Per acabar tenim les ones transicionals, les quals circulen per aigües amb profunditats intermèdies, és a dir, entre 1/2 i 1/20 la longitud d'ona. El control de la velocitat és mixt entre longitud d'ona i profunditat de l'aigua.
La velocitat és fixa depenent de la profunditat quan es tracta d'ones d'aigua soma, i fixa també depenent de la longitud d'ona quan es tracta d'ones d'aigua profunda; en canvi la velocitat varia amb la profunditat i la longitud d'ona en el cas de les transicionals. Es véu també la profunditat a la qual cada ona d'una longitud d'ona determinada passa a ser d'ona profunda a ona d'aigües transicionals, i també quan passen a ones d'aigües somes.
Classificació de les ones Ones de superfície Les ones de superfície són originades per una energia que anomenem generalment força de pertorbació o de formació (disturbing force). La classificació de les ones es fa justament per la força de pertorbació, la distància en la qual la força de pertorbació continua influint les ones una volta formades, i per la longitud d'ona. No utilitzem l'alçària de l'ona com a criteri de classificació perquè varia molt amb la profunditat, interferències entre altres ones...
Les forces de pertorbació poden ser: el vent que bufa al llarg de la superfície de l'oceà, aporta l'energia per a la força de pertorbació de les ones de vent. L'arribada a una badia o a un port tancat d'unes onades de tempesta, una ona sísmica oceànica o un canvi sobtat de la pressió atmosfèrica, produeix un agitament ressonant de l'aigua coneguda amb el nom de seixa o seca. Lliscaments, erupcions volcàniques, explosions i falles en el fons oceànic que produeixen terratrèmols són la causa dels tsunami. Finalment, les forces gravitatòries del sol i de la lluna, combinades amb la rotació de la Terra, són la força de pertorbació de les ones de marea.
Una ona que es mou sense la intervenció de la força de pertorbació que la va causar l'anomenem ona lliure. Per exemple, ones produïdes per una tempesta i que es mouen més enllà de la zona de la tempesta, o un tsunami que continua el seu moviment temps després d'haver-se produït el terratrèmol o el lliscament submarins que les van produir.
En canvi, si la força de pertorbació continua actuant a sobre de les ones, parlem d'ones forçades. Les ones de marea en són el millor exemple.
Una volta pertorbada la superfície de l'oceà i formades les ones, hi ha un conjunt de forces que poden contrarestar la pertorbació i tornar plana la superfície una altra volta. La força dominant en cada cas l'anomenem força de restabliment. En un cas ideal, aquesta força tornaria immediatament la superfície plana i l'energia es dissiparia en forma de calor; en la realitat això no passa mai, perquè la força de restabliment sobrecompensa les ones i s'establix una oscil·lació (d'una manera similar a un pes quan cau damunt d'una làmina elàstica).
La força de restabliment que domina en ones de longituds d'ona curtes (menys d'1,73 cm) és la cohesió, produïda pels enllaços d'hidrogen; aquestes ones les anomenem ones de capil·laritat, i són les primeres a formar-se quan comença a bufar el vent; són molt importants en la transferència d'energia de l'aire a l'aigua per a formar els corrents superficials; en canvi no són molt importants en el total de les ones marines perquè no transporten gaire energia.
Totes les ones per damunt dels 1,73 cm de longitud d'ona tenen com a principal força de restabliment la gravetat. Aquesta fa baixar l'aigua de les crestes de les ones, però per causa del moment d'inèrcia de l'aigua, baixa més enllà de la posició d'equilibri i es torna una depressió (o si); aquesta oscil·lació repetitiva dona lloc al moviment orbital de les molècules d'aigua, típic de les ones. Aquestes ones les anomenem per tot això ones de gravetat, i com que la fricció (fregament) entre les molècules d'aigua en moviment orbital és molt xicoteta, aquestes ones poden viatjar milers de kilòmetres i rompre molt lluny del lloc d'origen. Per a les que tenen períodes de més de 5 minuts, hi ha autors que posen com a força de restabliment la força de Coriolis.
Energia de les ones L'energia que transporten les ones pot ser bé energia potencial, la qual depèn de la posició de la molècula d'aigua (per sota per damunt de la posició d'equilibri o nivell mitjà), o bé energia cinètica, la qual ve determinada pel moviment de les molècules.
L'energia total de l'ona és proporcional al quadrat de l'alçària. A més a més, les òrbites circulars són més amples en les ones més altes i per això tenen major energia cinètica. Quan les ones estan en moviment, hi ha un continu transvasament d'energia potencial a cinètica i viceversa.
Una ona de 2 metres d'alçària té l'energia equivalent a 1.200 calories per metre quadrat de superfície de l'oceà. Una ona de 4 metres en té 4.800. Quasi tota aquesta energia es dissipa quan l'ona romp a la costa, i molta es transforma en calor (també soroll i moviment caòtic de les molècules d'aigua). La mescla de l'aigua a la vora de l'oceà fa que aquest calor es repartisca ràpidament i que la temperatura no puge localment pel calor.
Ones causades pel vent Les ones de vent són ones de gravetat formades per la transferència d'energia del vent cap a les ones. L'origen n'és a les ones de capil·laritat, les primeres a formar-se quan comença a bufar el vent; les rugositats que aquestes originen fan que canvie l'orientació de la superfície de l'aigua i que l'acció del vent siga més efectiva, amb la qual cosa les ones comencen a créixer. Quan superen els 1,73 cm de longitud d'ona, la gravetat comença a predominar com a força de restabliment i passem a ser ones de vent en sentit estricte.
Si les ones ja formades es troben en profunditats superiors a 1/2 de la longitud d'ona (ones d'aigües profundes) i el vent continua bufant, les ones creixen en alçària, en longitud d'ona (i per tant en velocitat) i en període, a costa de l'extracció de més energia del vent. Les ones en la zona de formació són molt irregulars, tenen gran varietat de longituds d'ona, formen pics que arriben a rompre quan la relació H/L=1/7; aquesta disposició del mar formant ones en pics pel vent que li està bufant al damunt l'anomenem mar local (col·loquialment diem que la mar està picada).
Quan les ones es tornen lliures, perquè cessa el vent o s'allunyen de la zona de formació, les crestes es tornen regulars i rodones. Com que la velocitat és proporcional a la longitud d'ona, les ones més llargues poden arribar a circular a major velocitat que el vent que les està produint, i per això s'hi allunyen, en un procés que anomenem dispersió. Aquestes ones ja marxen en grups de la mateixa longitud d'ona (igual velocitat) anomenats trens d'ones, i que donen a l'oceà un aspecte regularment ondulat que anomenem mar de fons o mar de lleva. Aquest mar de fons es pot moure milers de km. lluny de la zona d'origen, i l'arribada a la costa d'aquestes ones pot anunciar l'apropament de la tempesta que les ha donat origen.
Factors que condicionen el desenvolupament de les ones de vent:
La velocitat (o força) del vent. La duració del vent (temps que es manté bufant en la mateixa direcció). El fetch, o siga, la distància ininterrompuda al llarg de la qual bufa el vent en la mateixa direcció.
Per a desenvolupar les ones més grans cal que un vent fort bufe contínuament almenys durant tres dies. Anomenem mar totalment desenvolupada a la grandària màxima possible de les ones per a una específica força del vent, duració i fetch.