Meeresphysik Das Geheimnis der Monsterwellen

Stuttgart - Auch die moderne Seefahrt kann lebensgefährlich sein - das hat das Unglück auf dem Kreuzfahrtschiff Louis Majesty wieder einmal deutlich gezeigt. Dort haben mehrere besonders hohe Wellen die Scheiben des Salons im Bug des Schiffes eingedrückt, wobei es zwei Tote und zahlreiche Verletzte gab. Sturm und Wellen werden immer wieder selbst großen Schiffen zum Verhängnis: Etwa zehn mehr als 200 Meter lange Schiffe gehen pro Jahr verloren. Experten glauben, dass in vielen Fällen Monsterwellen für den Untergang verantwortlich sind.

Üblicherweise versteht man darunter einzelne Wellen, deren Höhe weit über den anderen Wellen liegt. Typisch ist, dass sie urplötzlich wie aus dem Nichts auftauchen können. So ganz eindeutig ist der Begriff der Monsterwelle oder Freak Wave indes nicht. Laut der - wie üblich recht komplizierten - wissenschaftlichen Definition muss die Wellenhöhe mehr als doppelt so hoch sein wie die sogenannte signifikante Wellenhöhe. Diese wiederum ergibt sich, wenn man den Mittelwert der 33 höchsten von 100 aufeinander folgenden Wellen bildet. Und dann gibt es noch unterschiedliche Riesenwellen-Typen: Die sogenannten Kaventsmänner sind besonders riesige Einzelwellen, und eine Weiße Wand ist eine steile bis fast senkrechte gigantische Welle, die mitunter mehrere Kilometer breit sein kann und von deren Kamm Gischt sprüht.

Dann gibt es noch die berüchtigten Drei Schwestern. Nach Meinung von Stefan Schimmels, dem Betriebsleiter am Forschungszentrum Küste in Hannover, könnte die im Mittelmeer verunglückte Louis Majesty durchaus von einer solchen Drei-Schwestern-Wellenserie getroffen worden sein. Dabei folgen mindestens zwei besonders große Wellen schnell aufeinander - wobei diese zwar deutlich höher sind als die übrigen Wellen, zumeist wohl aber nicht die Höhe einer Monsterwelle erreichen. Das betroffene Schiff wird von der ersten Welle angehoben oder durchbricht sie mit dem Bug, um dann in das Wellental zu sinken. Die zweite Welle und eventuell weitere Wellen folgen mit so kurzem Abstand, dass sie das Schiff überrollen und dann für Schäden sorgen können.

Wellen können selbst großen Schiffen zum Verhängnis werden

Schimmels betreut den weltgrößten frei zugänglichen Wellenkanal. In der fünf Meter breiten, sieben Meter tiefen und 307 Meter langen Rinne kann man mit einer Maschine Wellen erzeugen und deren Wirkung vor allem auf Ölplattformen und Offshore-Windanlagen testen. Auch hohe Einzelwellen lassen sich in diesem Kanal produzieren und erforschen.

Von 2000 bis 2003 wollten die Meeresforscher mit dem groß angelegten und von der EU geförderten Projekt "Max Wave" dem Geheimnis der Riesenwellen auf die Spur kommen. Koodiniert wurden die internationalen Arbeiten vom GKSS-Forschungszentrum in Geesthacht östlich von Hamburg. Außerdem sollte das Projekt dazu beitragen, Schiffe so zu konstruieren, dass sie weniger anfällig gegen derart große Wellen werden. Das ist nicht zuletzt aufgrund der Erkenntnisse von Max Wave inzwischen zwar möglich, aber mit zusätzlichen Kosten verbunden.

Allen Forschungsarbeiten zum Trotz "weiß man bis heute nicht hundertprozentig genau, wie diese Wellen entstehen", gibt Schimmels zu. Eine relativ einfache Theorie geht davon aus, dass sich bei Sturm unterschiedlich schnelle Wellen überlagern (siehe Grafik). Dadurch kommen an einem bestimmten Punkt die Wellenberge zweier - oder gar mehrerer - Wellen übereinander zum liegen, wobei sich, vereinfacht ausgedrückt, die Wellenhöhen addieren. "Diese Theorie machen wir uns im Wellenkanal bewusst zunutze, um eine extreme Welle zu erzeugen", berichtet Schimmel.

Können Wellen ihre Energie umlagern?

Etwas komplexer ist eine andere Theorie, derzufolge Wellen ihre Energie umlagern können. Schimmels erklärt das so, dass nach diesem nicht-linearen Modell lange Wellen den kurzen im Moment des Überlagerns Energie entziehen, und zwar in Form von Wellenhöhe oder Wellengeschwindigkeit - oder beidem. Dadurch wird die lange Welle höher und kann zu einer Monsterwelle heranwachsen. Die kurze Welle indes verliert bei diesem Tausch an Energie und wird dadurch flacher.

Diese auf dem offenen Meer entstehenden Monsterwellen können zwar auf steile, aber nicht auf flache Küsten auflaufen. "Sie treten nur in tieferem Wasser auf", berichtet Schimmels. Im flachen Wasser sei die Geschwindigkeit der Wellen abhängig von der Wassertiefe, deshalb könne es hier nicht zu Überlagerungen kommen.

Lange Zeit wurden Berichte über Monsterwellen, die wie aus heiterem Himmel über Schiffe hereinbrechen, als Seemannsgarn abgetan. Dazu trägt sicherlich bei, dass sie völlig zufällig auf hoher See und insgesamt vergleichsweise selten auftreten. Mittlerweile haben aber Satellitenmessungen - damit lassen sich vom Weltall aus per Radar die Höhe einzelner Wellen erfassen - ihre Existenz eindeutig bestätigt. Auch von Bohrplattformen gibt es beeindruckende Messungen. Berühmt geworden ist die 1995 von der Ölplattform Draupner in der Nordsee vor Norwegen dokumentierte knapp 26 Meter hohe Monsterwelle - bei einer signifikanten Wellenhöhe von "nur" zwölf Metern. Im selben Jahr wurde auch die berühmte Queen Elisabeth 2 im Atlantik nachgewiesenermaßen von einer 29 Meter hohen Monsterwelle getroffen.