Schaumkronen: Fäden und Blasen erzeugen Sprühnebel

Newark (USA) – Bei starken Winden bilden sich über brechenden Meereswellen mehr große Tropfen als bisher gedacht. Zu diesem Ergebnis kommen Meeresforscher, die mit einer Hochgeschwindigkeitskamera die Entstehung von Sprühnebeln genauer untersucht haben. Mit ihren Beobachtungen kamen sie sogar einem bisher unbekannten Effekt auf die Spur, der bei orkanartigen Winden wesentlich zur Bildung der Gischttröpfchen verantwortlich ist. Ihre Analysen, die zu einem besseren Verständnis der klimarelevanten Wechselwirkung zwischen Ozean und Atmosphäre führen könnte, veröffentlichen sie in der Fachzeitschrift „Geophysical Research Letters“.

„Unsere Daten legen nahe, dass sich große Tropfen mit Durchmessern von über einem Millimeter häufiger bilden als bisher angenommen“, berichten Fabrice Veron und seine Kollegen von der University of Delaware. Dazu erzeugten die Wissenschaftler in einer über sieben Meter langen Wanne Wasserwellen und bliesen mit einer Windmaschine Luftmassen mit hohen Geschwindigkeiten von über 130 Kilometern pro Stunde über die Wellen. Eine Hochgeschwindigkeitskamera hielt dabei den auf den Wellenkämmen entstehenden Sprühnebel mit einer zeitlichen Auflösung von bis zu 1000 Bildern pro Sekunden fest.

Auf den Aufnahmen erkannten die Forscher, dass Wassertröpfchen nicht nur beim Brechen einer Welle in die Höhe spritzen. Zusätzlich formten sich entlang der Wellenkämme kleine Wasserfäden, die kurz danach zu Tropfen mit Durchmessern zwischen einem Zehntel und wenigen Millimetern zerstäubt wurden. Nicht nur diese bereits bekannten Prozesse konnten die Forscher mit hoher Genauigkeit analysieren. Die Videobilder offenbarten zudem, dass stürmische Winde kleine Luftblasen auf den Wellen aufbliesen, die nach Bruchteilen von Sekunden zerplatzten.

Veron und seinen Kollegen gelang es, sowohl die Größenverteilung als auch die Anzahl der so enstandenen Gischttröpfchen zu bestimmen. Zerreißende Wasserfäden waren demnach vor allem für die unerwartet hohe Zahl großer Tropfen verantwortlich. Die zerplatzenden Blasen auf den Wellen führten dagegen zu einem feineren Sprühnebel. Ausgehend von diesen Messungen können nun klimatisch relevante Wechselwirkungen zwischen stürmischer See und der untersten Schicht der Atmosphäre besser untersucht werden. Denn die Sprühnebel stellen einen wichtigen Faktor beim Wärmeaustausch zwischen Wasser und angrenzenden Luftschichten dar.