Monsterwellen: Vorhersage im Labor | Wissen & Umwelt | DW | 24.09.2013
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Wissen & Umwelt

Monsterwellen: Vorhersage im Labor

Haushohe Wellen, die plötzlich auftauchen und Schiffe begraben. Forscher arbeiten daran, solche Monsterwellen vorherzusehen. Im Labor - im Miniformat - funktioniert das schon. Nun folgt die Übertragung auf die See.

Auf der Brücke des Kreuzfahrtschiffs "Sea Princess" schaut der Steuermann auf die See. Draußen herrscht Sturm, das Wasser ist aufgewühlt. Plötzlich erhebt sich wie aus dem Nichts eine Riesenwelle. Das Schiff steigt auf ihr empor und stürzt ins Wellental. Dort trifft es mit voller Wucht auf dem Wasser auf, ein mächtiger Schlag erschüttert den Rumpf. Die Mannschaft ist geschockt, doch die Sea Princess übersteht den Vorfall ohne große Schäden.

Andere Schiffe haben weniger Glück. "Es sind zahlreiche schwere Schiffsunfälle auf hoher See bekannt, hinter denen Monsterwellen stecken", sagt Norbert Hoffmann vom Institut für Mechanik und Meerestechnik der Technischen Universität (TU) Hamburg-Harburg. So sank 1978 das Containerschiff München nördlich der Azoren mit 28 Mann Besatzung - getroffen von einer Riesenwelle. 1984 ging vor Kanada nach dem Einschlag eines Kaventsmanns - wie Monsterwellen auch genannt werden - eine Ölplattform unter. Und 2002 schlug eine Welle den Tanker "Prestige" in Stücke und verursachte eine Ölpest an der spanischen Atlantikküste.

Monsterwellen gibt es wirklich

Jedes Jahr werden nach Experten zehn Schiffe auf den Weltmeeren durch Monsterwellen beschädigt - manche sogar so stark, dass sie sinken. Um diesen Riesenbrechern künftig aus dem Weg gehen zu können, arbeiten die Forscher der TU Hamburg-Harburg daran, ihr Auftreten möglichst treffsicher vorauszusagen. Sie haben eine Theorie entwickelt, die beschreibt, wie sich eine Monsterwelle bildet. Im Labor können sie ihre Theorie bestätigen: Per Knopfdruck sind die Forscher in der Lage, in einem Wellenkanal eine Miniatur-Riesenwelle erzeugen.

Mathematik der Wellen

Hoffmanns Team will verstehen, wie sich Monsterwellen bilden und wie man sie durch Formeln beschreiben kann. Dazu hat es eine neue Theorie entwickelt, basierend auf sogenannter nichtlinearer Mathematik. Sie berücksichtigt, dass sich Wasserwellen gegenseitig beeinflussen können: Trifft etwa starker Wind auf bestimmte Meeresströmungen, kann eine Welle ihren Nachbarn Energie entziehen. Sie saugt sie regelrecht leer. "Dadurch kann sich die Energie für einige Minuten in einem zentralen Bereich bündeln", erklärt Hoffmann. "Es bildet sich eine außergewöhnlich große Welle, die dann kurze Zeit später wieder auseinander läuft."

Wellenkanal der Technischen Universität Hamburg-Harburg (Foto: TU Hamburg-Harburg)

Wie eine übergroße Badewanne: der Wellenkanal der TU Hamburg-Harburg

Soweit die Theorie. Um sie zu überprüfen, machen die Forscher im laboreigenen Wellenkanal einen Versuch. Ingenieur Amin Chabchoub schließt die Tür zu einer Halle auf. Hier steht ein Testbecken für Unterwasser-Roboter, ein Prüfstand für Hafenkräne und der Wellenkanal. Er sieht aus wie eine überdimensionale Badewanne: 15 Meter lang, 1,5 Meter breit. "An dem einen Ende ist die Wellenklappe installiert, mit einer Hydraulik erzeugt sie die Wellen", erläutert Chabchoub. "Am anderen Ende befindet sich ein kleiner Strand, der die entstandenen Wellen absorbiert, sodass sie nicht zurückschwappen."

Wellengang selbstgemacht

Um die künstliche Monsterwelle zu erzeugen, beugt sich Chabchoub über den PC und aktiviert per Mausklick die Computersteuerung. Mit einem rhythmischen Rumpeln setzt sich die Hydraulik in Bewegung. Zunächst ist das Wasser noch spiegelglatt. Doch rasch bildet sich ein gleichmäßiges Wellenmuster aus - mit Miniwellen, die gerade mal einen Zentimeter hoch sind und die alle exakt gleich aussehen.

Dann ist ein kurzer Ruck zu hören: Für einen Moment schlägt die Hydraulikklappe, präzise gesteuert durch den Rechner, etwas heftiger hin und her. Die Welle, die dabei entsteht, unterscheidet sich zunächst nicht von den anderen. Doch als sie sich im Kanal fortbewegt, wird sie immer größer. Schließlich schlägt sie auf dem künstlichen Strand auf. Nicht gerade furchterregend, eher niedlich. Dennoch sind die Kriterien für eine Monsterwelle erfüllt: Drei Zentimeter ist der Ausreißer hoch - dreimal größer als alle Wellen um ihn herum (Video des Versuchs).

Nächster Schritt: vom Labor auf die See

"Wir haben unsere Ergebnisse verglichen mit Messungen an echten, bis zu 30 Metern hohen Meereswellen", sagt Norbert Hoffmann. "Das Ergebnis: Unsere Mini-Wellen sind richtigen Kaventsmännern verblüffend ähnlich" Für die Fachleute ist das ein wichtiges Indiz dafür, dass an ihrer Theorie tatsächlich etwas dran ist.

Eines Tages sollen die Erkenntnisse helfen, treffsichere Prognosen zu erstellen - eine Art Monsterwellen-Bericht. Der soll den Kapitänen dann verraten, in welchen Seegebieten sie verstärkt mit Riesenwellen rechnen müssen. Diese Seegebiete sollten die Schiffe dann tunlichst meiden und vorsichtshalber andere Routen wählen.

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