Planet Wissen
Meereswellen

Freak Waves - tödliche Gefahr für Schiffe

Dezember 1978. Der griechische Frachter "Marion" fängt ein schwaches SOS-Signal auf. Es stammt von der "MS München", einem 261 Meter langen Ozeanriesen, Stolz der deutschen Handelsmarine. Der Notruf ist das Letzte, was man von der Besatzung hört. Eigentlich galt die "MS München" als unsinkbar. Doch eine ungeheure Kraft muss das Schiff frontal getroffen habe. Eine Monsterwelle, in der internationalen Fachsprache "Freak Wave" genannt, brachte das Schiff zum Kentern. Das Einzige, was die Rettungskräfte von Schiff und Besatzung fanden, war ein beschädigtes Rettungsboot. Das Schicksal der "MS München" ist kein Einzelfall. Immer wieder werden selbst tonnenschwere Frachtschiffe Opfer solcher Monsterwellen. Lange als Seemannsgarn abgetan, beschäftigt das rätselhafte Phänomen heute Wissenschaftler auf der ganzen Welt. Riesenwellen entstehen bei schlechtem Wetter. Durch die Windenergie vereinigen sich mehrere hohe Wellen und türmen sich zu einer Höhe von bis zu 35 Metern auf. Typisch für "Freak Waves" ist der extrem hohe Wellenkamm, dem ein sehr tiefes rundes Wellental folgt.

Experten unterscheiden drei Arten: Kaventsmänner sind gewaltige Einzelwellen, viel höher als normale Wellen. Die drei Schwestern bestehen dagegen aus drei kurz aufeinander folgenden Wellen. Sie sind bei den Seeleuten besonders gefürchtet. Weiße Wände wiederum sind fast senkrechte und extrem breite Wellen. Riesenwellen kommen im Prinzip überall dort vor, wo Stürme entstehen, wo Tiefdruckgebiete auf Hochdruckgebiete treffen; besonders häufig vor der Ostküste Südafrikas, der Küste Norwegens und im Pazifik. Hier liefern die Strömungsverhältnisse besonders günstige Bedingungen für die Entstehung von "Freak Waves". Eine Vorhersage ist bisher nur in Südafrika möglich, doch Forscher arbeiten mithilfe von Satellitentechnik an dem Früherkennungssystem "MaxWave". Es soll Schiffe weltweit vor Riesenwellen warnen. 3000 bis 4000 Datenbojen liefern wichtige Hinweise. Außerdem wollen die Forscher analog zu Flugzeugen Schiffe mit einer "Black Box" ausrüsten, um mehr Informationen über die Gefährlichkeit der Riesenwellen zu erhalten. Immerhin gehen jährlich etwa zehn Schiffsunfälle auf das Konto der Monsterwellen.

Wellenkunde

Damit im Wasser eine Welle entsteht, muss eine Energieübertragung stattfinden. Jeder, der schon einmal einen Stein auf eine ruhige Wasserfläche geworfen hat, kennt diesen Vorgang. Die Krafteinwirkung des Steins ist die anfänglich auslenkende Kraft, die das Wasser in die Höhe schiebt. Die Erdanziehungskraft zieht es wieder zurück. Wie bei einem Federpendel schwingt das Wasser hin und her. Dabei entsteht die Wellenbewegung. Die Auslenkung nach oben ist der Wellenberg und dessen höchster Punkt der Wellenkamm. Die Auslenkung nach unten ist das Wellental. Der Abstand von Berg zu Tal wird als Wellenhöhe bezeichnet und der Abstand von Wellenkamm zu Wellenkamm als Wellenlänge.

Auf das Wasser wirken verschiedene Kräfte ein. Die Windenergie ist für den Seegang verantwortlich und kann Wellenhöhen von bis zu 35 Metern bei Windstärke zwölf erzeugen. Bei einem Orkan sind die Wellen dann bis zu 350 Metern lang. Für die Gezeitenwellen bei Ebbe und Flut sind die Anziehungskräfte des Mondes und - in einem geringeren Maße - der Sonne verantwortlich. Auch die Fliehkraft der Erde, die entsteht, wenn sich Erde und Mond um ihren Schwerpunkt drehen, hat einen Einfluss darauf. Der Tidenhub, das ist die Differenz zwischen Hoch- und Niedrigwasser, kann je nach Form des Meeresbeckens bis zu zehn Meter betragen. Die Wellen sind mehrere Hundert Kilometer lang. In Binnenmeeren wie dem Mittelmeer oder der Ostsee ist der Unterschied zwischen Ebbe und Flut kaum wahrnehmbar, er beträgt zwischen fünf und 30 Zentimetern.

Wie sich übrigens die Welle am Ufer bricht, hängt weitgehend vom Untergrund, von der Lage der Dünung im offenen Meer und von der Windrichtung an der Küste ab. Man unterscheidet drei Formen von Brechern: Sturzbrecher, Schaumkronenbrecher und Reflexionsbrecher. Die Wellenhöhe lässt sich aus Windstärke, Winddauer und Größe der Meeresoberfläche berechnen.

Wie entstehen Tsunamis?

Vulkanausbrüche, Erdbeben oder Meteoriteneinschläge setzen ebenfalls enorme Energiemengen frei. Wirken diese auf das Meer ein, entstehen Wellen von zerstörerischer Kraft. Japanische Fischer nennen sie Tsunami ("Hafenwelle"), da man von ihrer Heftigkeit auf offener See kaum etwas bemerkt. Erst in Küstennähe erheben sich die Wogen bis zu 40 Metern Höhe und schlagen mit verheerender Wirkung ans Ufer. Tsunamis sind sehr schnell. Im offenen Meer erreichen sie Geschwindigkeiten von 500 bis 1000 Kilometer pro Stunde. Tsunamis entstehen oft in den Regionen der Welt, in denen Kontinentalplatten aufeinander treffen. Ein Relikt der Erdgeschichte, denn einst hingen alle Kontinente zusammen. Doch der ursprüngliche Superkontinent "Pangäa" brach vor zirka 135 Millionen Jahren auseinander und bildete sieben große Platten: die Pazifische und Antarktische Platte, die Nord- und Südamerikanische Platte, die Afrikanische und Eurasische Platte sowie die Australische Platte.

Das Problem: die Platten befinden sich in ständiger Bewegung zueinander. Die Bewegungsenergie wird durch thermische Konvektionsströme im Erdmantel verursacht. Die Platten können sich durchaus einen bis 20 Zentimeter pro Jahr fortbewegen. Wenn die Platten sich aufeinander zu bewegen (konvergieren), entstehen Tiefseerinnen und Gebirgszüge. Die Alpen und der Himalaja sind so entstanden. Wenn die Platten dagegen auseinander driften (divergieren), entstehen Spalten in den Ozeanen. Diese werden durch Magma gefüllt, und so bildet sich entlang der mittelozeanischen Rücken ständig eine neue ozeanische Kruste. Andere Platten wiederum reiben aneinander und verursachen so starke unterseeische Erdbeben, die für die Entstehung von Tsunamis verantwortlich sind.

Die Katastrophe vom 2004

Die schwerste Tsunami-Katastophe der Neuzeit ereignete sich im Dezember 2004 in Südostasien, das an einer konvergierenden Plattengrenze liegt. Die schwerere Ozeanische Platte wurde dabei unter die leichtere Kontinentale Platte gedrückt. Dabei verhakten sich die Platten. Es baute sich eine enorme Spannung auf, die sich in einem unterseeischen Beben entlud. Vor Sumatra hob sich der Meeresgrund so innerhalb sehr kurzer Zeit auf einer Strecke von rund 1200 Kilometern um bis zu zehn Meter.

2004 war der Tsunami besonders stark. Vermutlich weil die tektonischen Platten nicht gleich zum Stillstand kamen, sondern sich noch längere Zeit langsam weiter über- beziehungsweise untereinander schoben. So wurden enorme Wassermassen in Bewegung gesetzt. Durch das Beben 2004 kam es sogar zu einer Beschleunigung der Erdrotation um drei Millionstel Sekunden und einer Verschiebung der Erdachse zirka 2,5 Zentimeter. 2005 kam es in derselben Region erneut zu einem Beben. Doch diesmal ging alles vergleichsweise glimpflich aus. Es wurden weniger Wassermassen bewegt, weil die Bruchstelle an einer etwas anderen Stelle lag. Forscher lernen daraus, dass selbst kleine örtliche Unterschiede bei der Tsunami-Entstehung wichtig sind.

Wie kann man sich vor Tsunamis schützen?

Welche enormen Kräfte diese Wellen entwickeln können, ist spätestens seit der Tsunami-Katastrophe 2004 klar. Die Energie der Flutwelle war so groß, dass sie zweimal die Erde umrundete. Selbst 20.000 Kilometer von Sumatra entfernt, an den Küsten Perus und Kanadas, war die Welle noch einen halben Meter hoch.

Ein Grund für das verheerende Ausmaß der Katastrophe damals war die Tatsache, dass es kein Frühwarnsystem in der Region gibt. Doch das soll sich nun ändern. Im Rahmen der Tsunami-Hilfe hat Deutschland 45 Millionen Euro für die Entwicklung eines neuen Frühwarnsystems bereitgestellt. Das europäische System TEWS (Tsunami Early Warning System) besteht aus Spezial-Bojen, Ozeanboden-Drucksensoren, Seismometer und Satellitentechnik. Daten und Messungen aus den einzelnen Komponenten sollen eine Kette bilden, von der Erfassung eines Bebens, über die Auswertung bis hin zur Warnung. Ein Netz von Breitbandseismometern soll Beben schnell lokalisieren und die Stärke bestimmen. Die eingehenden Daten werden modelliert und sollen so die potenzielle Tsunami-Gefahr simulieren. Dazu braucht man Kenntnisse über die Ozeantopographie. Deshalb haben deutsche Wissenschaftler damit begonnen, den Meeresboden zu kartieren. 2008 soll das Frühwarnsystem installiert sein. Fraglich bleibt allerdings, ob die Vorwarnzeit ausreicht, um Menschenleben zu retten. Daran scheiterte in der Vergangenheit auch das pazifikweite Warnsystem. Je näher nämlich das Epizentrum des Seebebens an der Küste liegt, desto weniger Zeit bleibt, um Alarm auszulösen. Das Frühwarnsystem im Pazifik (PTWC) konnte zwar alle fünf Tsunamis der letzten Jahrzehnte vorhersagen. Trotzdem kam es zu Todesopfern, weil die Menschen die Warnung nicht ernst nahmen. Der Grund: Von bisher 20 Warnungen waren 15 Fehlalarme!

Wie bedrohlich werden die Weltmeere?

Der Klimawandel hat Folgen. Durch die globale Erwärmung nehmen die extremen Wetterlagen zu, zum Beispiel Wirbelstürme. Sowohl die Dauer als auch die Windstärken der tropischen Wirbelstürme haben sich in den letzten 50 Jahren um 50 Prozent erhöht. Es gibt zwar durchschnittlich nicht mehr Stürme, aber sie toben immer länger und mit immer zerstörerischer Kraft. Mit den Wirbelstürmen kommen die Monsterwellen. Die Bedrohung der Schifffahrt nimmt zu.

Der anthropogene Klimawandel hat aber noch andere Folgen für die Weltmeere. Der Meeresspiegel steigt und damit die Gefahr von Überflutungen. Außerdem scheint sich das weltumspannende Strömungssystem der Ozeane zu verändern. Es besteht aus Oberflächen- und Tiefenströmungen, die miteinander verbunden sind. Angetrieben wird das Strömungssystem durch Temperaturunterschiede und unterschiedliche Salzkonzentrationen der Ozeane. Beide Faktoren sind auch für die unterschiedliche Dichte des Wassers verantwortlich. Die Temperaturunterschiede werden durch die Sonneneinstrahlung verursacht, die je nach Breitengrad variiert. Die Erwärmung, durch die Emission von Kohlendioxid und anderen Treibhausgasen, verstärkt nun besonders in den Subtropen die Verdunstung. In der Folge enthält die wärmere Luft mehr Wasserdampf. Dieser fällt wiederum als Niederschlag und erhöht den Frischwassereintrag in den Nordatlantik. Außerdem steigt die Temperatur des Oberflächenwassers. Beide Faktoren führen zu einer Verringerung des Salzgehaltes in den nordatlantischen Gebieten. Der weltumspannende Kreislauf ist gestört. Die Veränderungen beeinflussen übrigens auch den Wärmetransport im Golfstrom. Welche Auswirkungen all das haben wird, kann kein Forscher vorhersagen. Fest steht nur, dass zum Beispiel das Ausbleiben des Golfstroms dramatische Auswirkungen auf die Tier- und Pflanzenwelt haben würde.