03. Februar 2019, 18:23 Uhr

Wenn Wasser verrückt spielt

03. Februar 2019, 18:23 Uhr
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Von Christian Schneebeck
Sangam Chatterjee erklärt mit Experimenten, welche physikalischen Mechanismen zu »Monsterwellen« führen. (Foto: csk)

Das Wasser türmt sich haushoch und noch viel höher, aber der Physiker bleibt ganz trocken. Im Prinzip sei jede Welle die »Bewegung eines Schwingungszustands von einem Ort zu einem anderen«, sagte Prof. Sangam Chatterjee am Samstagvormittag im Wilhelm-Hanle-Hörsaal der Physikalischen Institute. Was an das Lernziel der letzten Yogastunde erinnert, bringt auf hoher See mitunter große Schiffe zum Kentern. Denn Chatterjee erklärte im dritten Teil der Reihe »Physik im Blick« zum Thema »Physik und Katastrophen« nicht einfach irgendwelche Schwingungen, sondern ein extremes Phänomen: »Monsterwellen«.

Sein Gegenstand seien also nicht Tsunamis, stellte er gleich zu Beginn klar. Während diese meist von Seebeben ausgelöst werden und ihre volle Wucht erst beim Aufprall auf eine Küste entfalten, toben »Monsterwellen« auf offenem Meer. Um die dahinter stehenden Prozesse zu verstehen, zeigte der Experimentalphysiker zunächst zwei Arten von Wellen: Bringt man ein Seil in Schwingung, entstehen transversale, das heißt solche, bei denen die Amplitude senkrecht zur Ausbreitungsrichtung ausschlägt. Longitudinale schwingen dagegen in Richtung der Ausbreitung – ein Beispiel sind Druckwellen.

Wichtig sei, dass sich in beiden Fällen nicht Masse, sondern nur Energie durch ein Medium bewege, so Chatterjee. Folglich hat jede Welle ihren Ursprung im vom Wind erzeugten Seegang. Aber wann wird aus dem mit Energie aufgeladenen Wasser ein »Monster«? Dafür gibt es mehrere Szenarien. Eine zielt auf die Meerestiefe – genauer: auf Stellen, an denen sie abnimmt. Dort ändere sich der Widerstand, erläuterte Chatterjee. Das Wasser weicht nach oben aus. Dieser Mechanismus lässt sich an Stränden beobachten.

Als weiterer Faktor kommt hinzu, wie schnell sich Wellen ausbreiten. Grundsätzlich existierten auf See stets Typen mit unterschiedlicher Frequenz, Höhe und Geschwindigkeit, sagte Chatterjee. Holten schnellere Exemplare nun langsamere ein, komme es zu Überlagerungen, den »Interferenzen«. Je nachdem, wie solche Treffen abliefen, könnten sie »konstruktiv« sein und zum Auftürmen beider Wellen führen oder »destruktiv«, sodass sich die Wellen nivellieren. Die dritte Erklärung zielt auf Strömungen als Ursache von »Monsterwellen«. Alle Prinzipien machte Chatterjee mit Licht und Schall sowie in einem Becken wahrnehmbar.

Und auch, warum Seeleute immer wieder betonen, die Riesen seien »aus dem Nichts« erschienen, konnte er begründen. So breiteten sich Monsterwellen in spe oft über längere Zeit »solitonartig« aus, ohne große Änderung ihrer Form. Was der Laie nicht ahnt, weiß der Wissenschaftler: In solchen »periodischen« Zuständen können bereits kleinere Störungen zu Instabilitäten führen. Das Ergebnis nennen Physiker »lineare Fokussierung« oder »nichtlineare Fokussierung« – aus der scheinbar relativ ruhigen See wachsen plötzlich gigantische Wasserwände, die fast ebenso schnell wieder verschwinden.

Ob sie aus zwei Richtungen als »Kaventsmann« anbranden, typisch dreigliedrig (»Drei Schwestern«) oder als an der Spitze schäumende »Weiße Wand«: Zerstörerische Kraft besitzen alle »Monsterwellen«. Lange galten sie als Seemannsgarn. Heute sagen Schätzungen, dass zwischen 1969 und 1994 weltweit 22 Frachter mit solchen Ungetümen kollidierten und dabei 525 Menschen starben. Besonders spektakulär wurde ihre Existenz am Neujahrstag 1995 belegt, als die 25 Meter hohe »New Year Wave« eine Bohrinsel in der Nordsee traf.

Mittlerweile finanziere nicht nur die EU deshalb Forschungsprojekte zu »Monsterwellen«, berichtete Chatterjee. Manche ließen sich inzwischen »relativ gut prognostizieren«, andere blieben noch ein Mysterium. Für sie gilt: »Das Ganze ist einfach auch eine Laune der Natur.«



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