Riesenwellen aus dem Rechner

Jedes Jahr werden weltweit zehn Schiffe durch so genannte Monsterwellen versenkt. Forscher arbeiten nun an einer Theorie, wie sich die Riesenbrecher bilden – womöglich eine Basis für treffsichere Prognosen. Im Labor lassen sich die Wellen schon erzeugen.

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, dann stürzt es in das Wellental. Dort trifft es mit voller Wucht auf dem Wasser auf, ein mächtiger Schlag erschüttert den Rumpf.

Diese Aufnahme zeigt eine Monsterwelle um 1940, aufgenommen in der Biskaya, Frankreich, nahe der 100-Faden-Linie. Bild in Lightbox öffnen.

Bildlegende: Natureignis um 1940: Diese Aufnahme zeigt eine Monsterwelle, aufgenommen in der Biskaya, Frankreich, nahe der 100-Faden-Linie. U.S. National Oceanic and Atmospheric Administration / Wikipedia

Die Mannschaft ist geschockt, doch die «Sea Princess» übersteht den Vorfall ohne grosse Schäden. Dutzende andere Schiffe hatten in den vergangenen Jahren allerdings weniger Glück. «Es sind zahlreiche schwere Schiffsunfälle auf hoher See bekannt, hinter denen Monsterwellen stecken», sagt Forscher Norbert Hoffmann vom Institut für Mechanik und Meerestechnik der Technischen Universität Hamburg-Harburg.

Die 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. Sie basiert auf so genannter nichtlinearer Mathematik, die weit darüber hinausgeht, nur einzelne Wellenstärken aufzuaddieren. So wollen die Wissenschaftler der Realität näher kommen, denn nach der ursprünglichen Berechnungsweise müssten Riesenwellen weitaus seltener auftreten als sie wirklich sind.

Die neue Theorie berücksichtigt deshalb auch, dass sich Wasserwellen gegenseitig beeinflussen können. Trifft starker Wind auf bestimmte Meeresströmungen, kann eine Welle ihren Nachbarn Energie entziehen: Sie saugt sie regelrecht leer. «Dadurch kann sich die Energie in einem zentralen Bereich bündeln», erläutert Hoffmann, «es bildet sich eine aussergewöhnlich grosse Welle, die kurze Zeit später wieder auseinander läuft.»

Erfolgreiche Tests im Labor

Um ihre Theorie zu überprüfen, machen die Forscher ein Experiment im laboreigenen Wellenkanal. Er sieht aus wie eine überdimensionale Badewanne: 15 Meter lang, 1,5 Meter breit. «Am Ende ist die Wellenklappe installiert, mit einer Hydraulik erzeugt sie die Wellen», erläutert Ingenieur Amin Chabchoub. Er beugt sich über den PC und aktiviert die Computersteuerung. Mit einem Rumpeln setzt sich die Hydraulik in Bewegung. Zunächst ist das Wasser spiegelglatt. Doch rasch bildet sich ein Wellenmuster aus – mit Miniwellen, die nur einen Zentimeter hoch sind und alle gleich aussehen.

Diese Anlage hilft den norddeutschen Forscher dabei, die Geheimnisse des Wellengangs zu lüften. Bild in Lightbox öffnen.

Bildlegende: Wellen-Labor: Diese Anlage hilft den norddeutschen Forscher dabei, die Geheimnisse des Wellengangs zu lüften. Technische Universität Hamburg-Harburg

Dann ist ein kurzer Ruck zu hören: Für einen Moment schlägt die Hydraulikklappe etwas heftiger hin und her. Die dabei entstehende Welle unterscheidet sich zunächst nicht von den anderen. Doch als sie sich im Wasserkanal fortbewegt, wird sie immer grösser. Mit einer Höhe von drei Zentimetern erfüllt sie, wenn auch im Miniaturformat, die Kriterien für eine Monsterwelle: Sie ist drei Mal grösser als alle Wellen um sie herum.

Praktischer Nutzen für Warnungen?

«Wir haben unsere Ergebnisse mit Messungen an echten Riesenwellen verglichen», sagt Norbert Hoffmann, «das Ergebnis: Unsere Miniwellen sind den richtigen Monstern verblüffend ähnlich!» Das werten die Fachleute als Indiz dafür, dass ihre Theorie richtig ist. Eines Tages soll sie helfen, treffsichere Prognosen zu erstellen.

Eine Art Monsterwellen-Bericht also, der Kapitänen verraten würde, in welchen Seegebieten sie verstärkt mit Riesenwellen rechnen müssen. Diese Regionen sollten die Schiffe dann tunlichst meiden und vorsichtshalber andere Routen wählen.

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