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Monsterwellen Wasserwand aus dem Labor

Jedes Jahr werden nach Schätzungen von Experten auf den Weltmeeren zehn Schiffe durch Monsterwellen beschädigt – manche so stark, dass sie sinken. Um die riesigen Wellenberge, in der Seemannssprache auch Kaventsmänner genannt, zu umschiffen, müsste man ihr Auftreten besser voraussagen können. Forscher der TU Hamburg untersuchen, wie die Riesenwellen entstehen.

Große Welle bricht, türkisblaues Meer.

Wenn die Riesenwelle rollt

Ein Knopfdruck und die Monsterwelle rollt. Zumindest wenn Forscher vom Institut für Mechanik und Meerestechnik der TU Hamburg im Wellenkanal experimentieren. In einer Art riesigen Badewanne von 15 Metern Länge und 1,5 Metern Breite erzeugt eine Hydraulik-Klappe Kaventsmänner im Miniaturformat. Die Wellen schlagen an einem künstlichen Strand am anderen Ende des Kanals auf.

Wellenberge von bis zu 30 Metern Höhe

Wellenkanal an der TU Hamburg: In einem 15 Meter langen und 1,5 Meter breiten Kanal kräuseln sich parallel zueinander mehrere Miniwellen.

Wellenkanal an der Tu Hamburg

Das sieht nicht gerade furchterregend aus, eher niedlich. Die Amplitude der regulären Wellen beträgt gerade mal einen Zentimeter, die der Monsterwellen drei. "Wir haben unsere Ergebnisse umgerechnet auf echte Meereswellen, die Amplituden von bis zu 30 Metern erreichen können. Und das Ergebnis ist tatsächlich, dass die Wellen, die wir hier im kleinen Maßstab erzeugen, verblüffend ähnlich sind zu Messungen, die auf dem offenen Meer gemacht wurden", sagt Wellenforscher Norbert Hoffmann.

Das Problem: Monsterwellen kommen für Schiffe meistens völlig überraschend. Das Wasser ist aufgewühlt, aber nicht stürmisch. Doch plötzlich taucht wie aus dem Nichts die Riesenwelle auf. Das Schiff steigt auf ihr empor, dann stürzt es in das Wellental. Dort trifft es so heftig auf das Wasser auf, dass ein mächtiger Schlag den Rumpf erzittern lässt. Jedes Jahr, so die Schätzungen, sinken weltweit bis zu zehn Schiffe, weil sie von einer Monsterwelle getroffen werden.

Kaventsmänner saugen Energie

Die Spitze eines Leuchtturms in Nordportugal, im Hintergrund eine riesige Welle.

Wellen mit zerstörerischer Kraft

Hoffmann und seine Kollegen wollen aufklären, wie sich solche Monsterwellen bilden und wie man sie durch Formeln und Gesetze beschreiben kann. Bei normalen Seegang verhalten sich zwei Wellen noch annähernd wie die sich kreuzenden Strahlen von zwei Taschenlampen. Ein Prozess, der der linearen Mathematik gehorcht. Bei Monsterwellen aber versagt dieser Ansatz: Ihre Zahl unterschätzt er massiv, die Berechnungen liegen um den Faktor 50 daneben. Deshalb greifen die Experten hier zu einer anderen, der nichtlinearen Mathematik.

"Wenn Sie zwei Wasserschläuche kreuzen, gibt das eine Riesensauerei", sagt TU-Forscher Hoffmann. Die Wasserstrahlen durchdringen sich nicht einfach wie Licht, sondern sie beeinflussen sich massiv. Am Treffpunkt spritzt das Wasser in alle Richtungen davon - ein nichtlineares Phänomen. "Und so ist das auch mit Wasserwellen im Ozean. Man kann nicht einfach zwei Wellenzüge überlagern. Sondern diese beiden Wellenzüge wechseln sehr intensiv miteinander."

Forscher arbeiten an Monsterwellen-Bericht

Bei besonderen Bedingungen, etwa wenn starker Wind auf bestimmte Meeresströmungen trifft, kann diese nichtlineare Wechselwirkung bewirken, dass eine Welle ihren Nachbarn Energie entzieht. Sie saugt sie regelrecht leer. "Das führt dann dazu, dass sich die Energie für einige Minuten in einen zentralen Bereich fokussiert, eine sehr große Welle bildet, um anschließend wieder auseinanderzulaufen, sodass das Seegebiet wieder völlig extremwellenfrei ist", erklärt Hoffmann.

Das undatierte Werks-Foto zeigt das 294 Meter lange Kreuzfahrtschiff "Norwegian Dawn" auf dem Ozean.

Das Kreuzfahrtschiff "Norwegian Dawn"

Die Hamburger Forscher haben daraus eine neue Theorie gestrickt, die durch die Versuche eindrucksvoll bestätigt wird. Für Hoffmann erklärt sie traditionelle Erzählmuster der Matrosen: "Die Seefahrer sprechen von weißen Wänden - das sind sehr große Einzelwellen. Dann sprechen sie von drei Schwestern - das sind drei große Wellen, die aufeinanderfolgen. All diese Phänomene sind Ausprägungen eines gemeinsamen Mechanismus." Erkenntnisse, die helfen sollen, treffsichere Prognosen zu erstellen. Eine Art Monsterwellen-Bericht soll den Seefahrern sagen, in welchen Seegebieten mit Riesenwellen zu rechnen ist. Schiffe könnten diese dann meiden und vorsichtshalber eine andere Route wählen.

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