Neues Modell erklärt Monsterwellen

Ob am Kap Hoorn oder in der Nordsee: Auf allen Meeren tauchen bis zu dreißig Meter hohe Monsterwellen plötzlich auf und können mit ihrer Wucht und steilen Flanken selbst Ozeanriesen in Seenot bringen. Die seltenen Wellenberge, von deutschen Seeleuten Kaventsmann, Drei Schwestern oder Weiße Wand getauft, gelten mit detaillierten Messungen und Satellitenbeobachtungen seit vielen Jahren nicht mehr als Seemannsgarn. Doch wie sie entstehen, blieb bisher ein Rätsel. Nun kommt eine Gruppe Forscher der Lösung einen Schritt näher. In der Fachzeitschrift „Nature Physics“ präsentieren sie ein mathematisches Modell, das gleich drei Kaventsmänner, die in der Nordsee auf Ölplattformen aufschlugen, erklären kann. Auf der Basis dieser Studie könnten Seekarten bald um Gefahrenzonen ergänzt werden, in denen Monsterwellen ungewöhnlich häufig auftreten.

„Wir konnten bei allen drei untersuchten Wellen ein ähnliches Verhalten ausmachen“, sagt Francesco Fedele von der Georgia Tech School of Civil and Environmental Engineering in Atlanta, USA. Gemeinsam mit Kollegen aus dem irischen Dublin und dem französischen Besançon analysierte er die Messungen von Monsterwellen in der Nordsee, die in den Jahren 1995, 2007 und 2014 auf Ölplattformen trafen. Das Ziel ihrer komplexen Berechnungen war es, die ungewöhnlichen Höhen, Wellenformen und Dauer der Kaventsmänner mit dem Zusammentreffen und der Überlagerung gewöhnlicher Meereswellen zu rekonstruieren.

Zwei Effekte spielten gemäß dieser Berechnungen die wichtigsten Rollen bei der Entstehung von Monsterwellen. Zum einen breiteten sich auf offenem Meer die Wellen nicht immer in gleicher Richtung und in gleicher Wellenphase aus. So konnten zwei Wellenberge aufeinandertreffen und sich in konstruktiver Interferenz zu einer Welle mit doppelter Höhe vereinen. Der zweite Effekt berücksichtigte sogenannte Nichtlinearitäten der Meereswellen. Ein Zeichen für eine Nichtlinearität war beispielsweise eine Wellenform, die nicht einer gleichmäßigen Sinuswelle, sondern Wellen mit spitzen Kämmen und breiten Tälern entsprach. „Diese nichtlinearen Effekte können die Wellenhöhe um weitere 15 bis 20 Prozent vergrößern“, sagt Fedele.

Die Kombination aus konstruktiver Wellenüberlagerung und nichtlinearem Verhalten konnte alle wichtigen Parameter der analysierten Monsterwellen erklären. Andere bisher von Wellenforschern favorisierte und noch kompliziertere theoretische Annahmen wie kurzfristige Instabilitäten der Wellen waren für eine Rekonstruktion nicht mehr nötig. In weiteren Analysen müsste das neue mathematische Modell auch an Aufzeichnungen von Monsterwellen in anderen Meeren überprüft werden.

Ziel dieser Forschung ist die Ergänzung von Seekarten um Gefahrenzonen für Monsterwellen. Zwar treffen diese ausgesprochen selten auf Schiffe oder Förderplattformen und bleiben nur für sehr kurze Zeit stabil. Doch gehen Experten davon aus, dass sich jederzeit etwa 10 bis 15 Monsterwellen irgendwo auf den Meeren finden lassen. Weitere Faktoren für ein erhöhtes Risiko für Monsterwellen sind wahrscheinlich gegenläufige Meeresströmungen und ein zerklüfteter Meeresboden mit größeren Höhenunterschieden. Bis eine solche Monsterwellen-Seekarte zur Verfügung steht, werden wegen der dünnen Datenlage aber noch viele Jahre vergehen.