Freak Waves

Gewaltige Welle in der französischen Biskaya, etwa bei 200 Meter Wassertiefe

Eine Monsterwelle (auch Riesenwelle, Kaventsmann oder engl. Freakwave) ist eine außergewöhnlich hohe, meist einzelne ozeanische Wasserwelle. Mit Höhen von über 25 Metern werden solche Monsterwellen etwa doppelt so hoch wie gewöhnliche hohe Wellen auf See. Durch diese enorme Höhe und ihr plötzliches Auftreten stellen Monsterwellen selbst für große Schiffe eine Gefahr dar.

Lange Zeit galten Monsterwellen als Seemannsgarn, bis Satellitenaufnahmen und andere Messungen ihre Existenz bewiesen. Erst seit 1995 werden sie intensiv erforscht.

Beschreibung

Geschichte

Bis 1995 galten Monsterwellen, über die schon seit Jahrhunderten von Seeleuten berichtet wird, als reine Erfindungen („Seemannsgarn“). Verluste von Schiffen wurden schlechter Wartung oder mangelnden seemännischen Fähigkeiten zugeschrieben, auch wenn es Fälle gab, bei denen diese Begründungen nicht ausreichten. Zwei Ereignisse mit eindeutig dokumentierten Monsterwellen führten dazu, dass deren Existenz nicht mehr in Frage gestellt und wissenschaftliche Forschungen betrieben werden: So wurde in der Neujahrsnacht 1995 von der automatischen Wellenmessanlage der norwegischen Ölbohrplattform Draupner-E während eines Sturms in der Nordsee eine einzelne Welle mit 26 m Höhe gemeldet. Knapp zehn Monate später, am 11. September 1995, wurde der britische Luxusliner Queen Elizabeth 2 auf dem Weg von Cherbourg nach New York über der Neufundlandbank von Monsterwellen getroffen.^[1] Damit war bewiesen, dass es Monsterwellen gibt, und in den folgenden Jahren wurden Berichte und Forschungen ausgewertet.

Die von der wissenschaftlichen Forschung bestimmte maximale Höhe natürlicher Ozeanwellen von 15 m war zugleich Maßstab für die Auslegung der Belastbarkeit von Schiffen im Schiffbau auf 16,5 m. Erst ein Forschungsauftrag der Versicherungen, die für den Verlust von Schiffen aufzukommen hatten, brachte neue Erkenntnisse.

Stand der Forschung

Seegang setzt sich grundsätzlich aus Komponenten unterschiedlicher Wellenlänge – und damit Ausbreitungsgeschwindigkeit – und Richtung zusammen. Die momentane lokale Wasserstandshöhe ist statistisch nach dem zentralen Grenzwertsatz normalverteilt. Dabei bezeichnet man heuristisch die vierfache Varianz als signifikante Wellenhöhe, die intuitiv empfundene Seegangshöhe (auch H1/3, genaugenommen 3,78σ, das heißt die im Mittel größte Höhendifferenz von Wellental zu Wellenberg von drei Wellen). Die Normalverteilung lässt aber auch viel größere Höhendifferenzen zu, die nur sehr selten vorkommen, deren Häufigkeit bei der Normalverteilung aber genau bestimmt werden kann. Während man früher davon ausging, dass sehr hohe Wellen („Jahrhundertwelle“) eher seltener auftreten, als der Normalverteilung entspricht, führen neuere Beobachtungen und theoretische Ansätze zu dem Schluss, dass sie wesentlich häufiger auftreten. Die Ursache hierfür liegt mit Sicherheit darin, dass die Überlagerung der Elementarwellen nicht linear ist, wie es der Zentrale Grenzwertsatz voraussetzt. Insgesamt wird die Verteilung seltener hoher Wellen in Abweichung von der Normalverteilung noch nicht vollständig verstanden.

Monsterwellen überschreiten die „signifikante Wellenhöhe“, also den Mittelwert der höchsten Wellen in einem Seegang, um mindestens das Doppelte und haben eine vergleichsweise kurze Wellenlänge. Dies führt zu einem massiven Aufprall, der zu schweren Verwüstungen oder zum Untergang eines Schiffes führen kann. Zufällig an Steilküsten auftreffend, können sie auch Menschen und Tiere mitreißen.

Entstehung einer Monsterwelle

Drei Arten von Monsterwellen sind bisher bekannt:^[2]

1. der Kaventsmann, eine große, relativ schnelle Welle, die nicht der Richtung des normalen Seegangs folgt;
2. die Drei Schwestern, drei schnell aufeinander folgende große Wellen, in deren schmalen Tälern Schiffe nicht den nötigen Auftrieb entwickeln können und dann von der zweiten oder spätestens dritten Woge überrollt werden. Es ist unklar, ob dieses Phänomen immer aus exakt drei Wellen besteht, oder ob Varianten mit zwei, vier oder fünf Wellen vorkommen;
3. die Weiße Wand, eine sehr steile Welle, von deren Kamm die Gischt herabsprüht.

Um Monsterwellen erklären zu können, sind komplexe Modelle notwendig. So wendete Alfred Osborne, Professor der Physik an der Universität Turin, eine nichtlineare Spezialform der Schrödingergleichung aus der Quantenmechanik an, welche Hochseewellen beschreibt. Entsprechend dieser Gleichungen entsteht die Monsterwelle eher zufällig aufgrund von Welleninstabilitäten, in dem sie von ihren Nachbarwellen Energie absaugt und dadurch viel höher als die umgebenden Wellen werden kann. Seine frühen Arbeiten wurden von Ozeanografen nur wenig beachtet. Zwischenzeitlich verwarf Osborne diese Gleichung, bis 1995, drei Jahrzehnte später, auf der Ölbohrplattform Draupner-E in der Nordsee eine Welle verzeichnet wurde, die Osbornes Vorhersagen entsprach. Die Nichtlinearität von Wasserwellen ist seitdem anerkannt und wird seit etwa 2001 von Schiffbauern berücksichtigt. Tatsächlich sind in der Natur die wenigsten Phänomene wirklich linear.

Monsterwellen konzentrieren sich zudem vielfach in Gegenden mit Meeresströmungen. Starker Wind gegen die Richtung der Meeresströmung macht die Entstehung hohen Seegangs wahrscheinlicher. Eine Dünung kann ebenfalls gegen eine Meeresströmung laufen. Dabei werden die Wellen kürzer, aber steiler und höher. Kommen dann noch Überlagerungen hinzu, entstehen große Wellen. Auch Seegebiete, in denen die Wassertiefe plötzlich abnimmt, sind bekannt für gefährlichen Seegang. Die Seegebiete südöstlich und östlich von Südafrika sowie die Südspitze Südamerikas (Kap Hoorn) sind berüchtigt für das Auftreten von Monsterwellen.

Riesenwellen können auf senkrecht von oben aufgenommenen Satellitenbildern von normalen Wellen durch die steile Vorderfront unterschieden werden. Normale Wellen haben keinen so starken Kontrast, der die Wellenhöhe repräsentiert, und sind auf beiden Seiten gleich steil. Man vermutet, dass diese Monsterwellen durch Überlagerung von mehreren normalen Wellen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten entstehen. Dabei können Wellen von bis zu 40 Metern Höhe entstehen. Warum gerade an gewissen Stellen wie Kap Hoorn häufiger solche Riesenwellen beobachtet werden, wird seit einigen Jahren erforscht.

Bei Radarmessungen in der Nordsee wurden erstmals Monsterwellen nachgewiesen. Die Forschungsmessungen wurden unter anderem von Prof. Julian Wolfram von der Heriot-Watt Universität Edinburgh auf der Ölplattform „Draupner“ durchgeführt und registrierte innerhalb von zwölf Jahren 466 Monsterwellen. Mit den europäischen Umweltsatelliten ERS-1 und -2 wurden im Rahmen des MaxWave-Projekts weltweit Radarmessungen vorgenommen und dabei in drei Wochen zehn Wellen gemessen, die mehr als 25 m Höhe hatten. Damit wurde nachgewiesen, dass Monsterwellen häufiger auftreten als vermutet. Einige der Forscher glauben danach, dass die meisten der rund 200 Großschiffe mit über 200 Metern Länge, die in den letzten 20 Jahren gesunken sind, direkt oder indirekt durch solche Wellen versenkt wurden.

Besondere Gefahren durch Riesenwellen

Bei den sogenannten Monsterwellen ist nicht nur die Größe dieser Wellenart ein Problem, sondern insbesondere deren Charakteristik. Sie verfügen über eine sehr steile Flanke und eine relativ hohe Geschwindigkeit. Aufgrund der Eigenträgheit eines Schiffes kann dieses eine solche Welle nicht einfach überfahren, sondern wird von ihr regelrecht überrollt (Brecherwelle). Hierbei besteht das Problem, dass die kinetische Energie der Wassermassen erheblich höher ist als bei normalem Seegang oder Sturmwellen. Während die meisten Schiffe auf einen Wasserdruck von maximal 15 t/m² ausgelegt sind, kann bei einem direkten Treffer durch eine solche Welle ein Druck von weit über 100 t/m² entstehen. Selbst bei einem Frontaltreffer taucht das Schiff tief in die Welle ein; der Wasserschlag trifft in der Regel, bedingt durch die Höhe der Welle, die Aufbauten, welche nicht für einen solch hohen Berstdruck bzw. Anprall-Impuls ausgelegt sind.

Ein weiteres Problem ist die kurze Wellenlänge, und daraus die großen, in schneller Folge vorauseilenden und nachfolgenden Wellentäler. Das Schiff wird erfasst und am Bug (bei Frontaltreffern) sehr schnell angehoben. Es durchbricht die Welle, um wieder in ein steiles Tal zu geraten, während der Mittelteil und das Heck zu diesem Zeitpunkt noch unter voller Belastung der Welle stehen. Das kann zu einem Zerbrechen des Schiffes führen, da Schiffe nicht auf Punktbelastbarkeit ausgelegt sind: Das Schiff kann an seinem „freiliegenden“, nicht durch Auftrieb gestützten Eigengewicht infolge Durchbiegung zerbrechen.

Wird das Schiff seitlich getroffen, ist ein Kentern fast unvermeidbar.

Monsterwellen sind keine Tsunamis

Monsterwellen haben nichts mit Tsunamis gemein. Während ein Tsunami durch plötzliche Bewegungen des Meeresbodens (Seebeben, Vulkanausbruch, Hangrutsch), also Verdrängungswasser, entsteht, ist an einer Monsterwelle nur Oberflächenwasser beteiligt. Da die Wellenhöhe eines Tsunami auf offenem Meer niedrig ist (nur bis zu einem Meter) und die Wellenlänge sehr lang (mehrere hundert km), läuft der Tsunami unter einem Schiff so sanft durch, dass die Welle von Menschen auf dem Schiff zumeist nicht bemerkt wird. Bei einer Monsterwelle jedoch überlagern sich schnellere und langsamere Wellen derselben Laufrichtung und türmen sich zu einer Wasserwand auf.

Trifft ein Tsunami auf Flachwasser, kann sich eine Wasserwand von mehr als 50 Meter Höhe auftürmen, und die Welle kann wegen ihrer großen Länge weit ins Landesinnere vordringen. Eine Monsterwelle dagegen fällt zusammen, sobald sie auf Land trifft.^[3][4]

Gegenmanöver

Bis vor kurzem galt es als sinnvollste Gegenmaßnahme, die Welle mit voller Maschinenkraft möglichst frontal anzugehen, da dieser Bereich des Schiffes für die höchsten Belastungen ausgelegt ist und damit die Welle förmlich zerschneidet. Neueste Erkenntnisse deuten darauf hin, dass dies nicht das Optimum darstellt, sondern die Welle − sofern sie früh genug erkannt wird und ein Manöver überhaupt noch möglich ist − analog zur Technik des Überfahrens einer Düne mit einem Geländewagen leicht schräg anzuschneiden sei. Zwar entsteht hierdurch eine extreme Druckbelastung des Vorderbugs durch die Wassermassen, die Gefahr des Durchbrechens des Schiffes ist jedoch deutlich geringer, und bei nicht zu großem Winkel ist auch die Wahrscheinlichkeit des Kenterns nicht sehr hoch.

Berichte und Katastrophen

Auf seiner Jungfernfahrt wurde der Schnelldampfer SS Kronprinz Wilhelm, damals der modernste und schnellste Atlantikliner der Welt, am 18. September 1901, dem Tag der Abfahrt von Cherbourg in Frankreich nach New York, bei schwerer See von einer riesigen Welle frontal getroffen und erlitt dabei besonders an den vorderen Aufbauten erhebliche Beschädigungen. Unter anderem wurde ein Ventilator auf dem Vordeck und ein weiterer auf dem Sonnendeck weggespült. Die Welle schlug ein Loch in die Wand der Bibliothek unterhalb von Ruderhaus und Kapitänskajüte. Teile der Bibliothek sowie zwei von drei Fenstern dort wurden zerstört. Außerdem wurde ein Fenster auf der Brücke (normalerweise ca. 20 Meter über dem Meeresspiegel) eingeschlagen.^[5]

Im Februar 1926 wurde die RMS Olympic im Nordatlantik von einer Welle getroffen, die zahlreiche Schäden, unter anderem vier zerstörte Brückenfenster (normalerweise ca. 24 Meter über dem Meeresspiegel), verursachte.

1934 wurde die RMS Majestic, damals das größte Schiff der Welt, im Nordatlantik von einer großen Welle getroffen, von der unter anderem der Kapitän auf der Brücke (normalerweise circa 30 Meter über dem Meeresspiegel) schwer verletzt wurde.

Große Aufmerksamkeit erregte um Weihnachten 1978 der Fall des deutschen LASH-Frachtschiffs MS München, das mit 28 Mann Besatzung im Atlantik nördlich der Azoren fast spurlos verschwand. Die Seeamtsverhandlung ergab, dass vermutlich eine Riesenwelle das Schiff zunächst manövrierunfähig machte und dann untergehen ließ. Knapp zwei Jahre später sank auf ähnlich rätselhafte Weise der englische Massengutfrachter MV Derbyshire im Pazifik, das bisher größte unter diesen Umständen verloren gegangene Schiff.

Eine Freak Wave versenkte vermutlich am 15. Februar 1982 auch die Bohrinsel Ocean Ranger. Sie zerschmetterte ein hochgelegenes Fenster und verursachte einen folgenschweren Wassereinbruch. Dadurch entstand ein Kurzschluss im Kontrollraum für die Pumpen, die die Plattform stabilisierten. In der Folge kenterte und sank die als unsinkbar geltende Bohrinsel. Die gesamte 84-köpfige Mannschaft kam in der tosenden See um.

Im Oktober 1991 ging die Andrea Gail, ein kleiner, im Schwertfischfang eingesetzter Trawler, im Hurrikan Grace verloren. Es wird vermutet, dass das Schiff von einer Monsterwelle getroffen wurde. Diese Begebenheit wurde einige Jahre später von Wolfgang Petersen als Der Sturm (auf Basis des gleichnamigen Buchs von Sebastian Junger) verfilmt.

In der Neujahrsnacht 1995 meldete die automatische Wellenmessanlage der norwegischen Ölbohrplattform Draupner-E in der Nordsee in einem Sturm mit 12 m hohen Wellen eine einzelne Welle mit 26 m Höhe. Damit war bewiesen, dass es Monsterwellen gibt, und in den folgenden Jahren wurden Berichte und Forschungen ausgewertet.

Am 11. September 1995 wurde der britische Luxusliner Queen Elizabeth 2 auf dem Weg von Cherbourg nach New York über der Neufundlandbank von Riesenwellen getroffen. Nach Aussagen der Besatzung, die von den Daten einer kanadischen Wetterboje gestützt werden, handelte es sich hierbei um ein „Drei-Schwestern“-Phänomen mit Wellenhöhen von 28 bis 29 Metern (nach anderen Berichten hatte eine Welle eine Höhe von 33 m) und einer Periode von 13 Sekunden. Kapitän Ronald Warwick beschrieb sie als „riesige Wasserwand… Es sah aus, als würden wir direkt in die weißen Klippen von Dover steuern.“^[6]

In der Nähe der Insel Rockall, 250 Kilometer westlich von Schottland, hat das Forschungsschiff RSS Discovery (nicht zu verwechseln mit einem wesentlich älteren Forschungsschiff desselben Namens) am 8. Februar 2000 die bisher größten jemals gemessenen Wellen von bis zu 29,10 Metern Höhe dokumentiert. Diese Wellen traten außerdem in Gruppen auf; zuvor hatte man angenommen, dass Monsterwellen nur einzeln auftreten.

Im Südatlantik vor Argentinien wurden den Kreuzfahrtschiffen Bremen (am 22. Februar 2001) und Caledonian Star (am 2. März 2001) durch 35 Meter hohe Wellen jeweils die Brücken zerstört; sie entgingen nur knapp dem Untergang. Goran Persson, der erste Offizier der Caledonian Star beschrieb die Welle als „…Berg, wie eine Mauer aus Wasser.“^[7] Die MS Bremen trieb daraufhin zwei Stunden lang manövrierunfähig auf offener See.^[8] Dieses Seegebiet hat keine nennenswerte Meeresströmung, also war die gefundene Theorie nicht ausreichend. Zudem war bewiesen, dass sich Monsterwellen nicht auf bestimmte Gebiete beschränken.

Am 16. April 2005 wurde die Norwegian Dawn, ein 2200 Passagiere fassendes Kreuzfahrtschiff, auf der Rückreise von den Bahamas nach New York von einer sehr großen Welle getroffen. Diese gewaltige Welle soll etwa 21 Meter hoch gewesen sein. Sie zerschlug Fenster, riss Whirlpools über Bord und überflutete 62 Kabinen. Vier Passagiere erlitten leichte Verletzungen.

Der bisher letzte in der Öffentlichkeit bekannte Fall ereignete sich am 23. Juni 2008, bei dem der japanische Fischkutter "Suwa Maru No. 58" im Kuroshio-Strom östlich von Japan von einer Monsterwelle versenkt wurde. Nur drei Fischer überlebten. Wissenschaftler analysierten im Nachhinein diesen Vorfall genauer und stellten fest, dass es sich um eine Freakwave gehandelt haben muss. Diese Erkenntnisse decken sich mit den Aussagen der Überlebenden.^[9]

Siehe auch

• Bermudadreieck
• Extremwerttheorie

Literatur

• Artikel Wasser – das unzähmbare Element in GEO, Ausgabe März 2005
• Lars Schmitz-Eggen: Monsterwellen – Wenn Schiffe spurlos verschwinden (Das Rätsel um die Freak Waves), Edition Walfisch Verlagsgesellschaft mbH, 2005, ISBN 978-3-938737-12-5
• Paul Gallico: Der Untergang der Poseidon (The Poseidon Adventure), Roman, 1969
• Ich spürte den Atem Gottes – Die verharmloste Horrorfahrt der MS „Bremen“, SPIEGEL 51/2001
• Were extreme waves in the Rockall Trough the largest ever recorded?, Geophysical Research Letters (Band 33, L05613, 2006)
• Instability and Evolution of Nonlinearly Interacting Water Waves, Physical Review Letters (Band 97, Artikel 094501, 2006)
• Stefan Krücken, Achim Multhaupt:Orkanfahrt - 25 Kapitäne erzählen ihre besten Geschichten 2007 Ankerherz Verlag ISBN 978-3-940138-00-2

Film und Fernsehen

• Die Höllenfahrt der Poseidon (1972) und die Neuverfilmung Poseidon (2006), Katastrophenfilme, in denen ein Kreuzfahrtschiff seitlich von einer Riesenwelle getroffen und zum Kentern gebracht wird
• Der Sturm, Film aus dem Jahr 2000
• BBC Dokumentation Freak Waves vom 14. November 2002
• Phoenix Dokumentation Die Monsterwellen auf dem Meer – Schiffe in Seenot von Zoe Heron aus dem Jahr 2004

Quellen und Anmerkungen

1. ↑ „Report of Ronald Warwick, Captain of the Queen Elizabeth 2“ – Reportage im Englischen Fernsehen auf BBC Two (14. November 2002)
2. ↑ „Kaventsmann, weiße Wand und drei Schwestern“ – Reportage im Deutschlandfunk (29. Dezember 2002)
3. ↑ Beschreibung der Entstehungsmöglichkeiten von Monsterwellen – der Artikel umfasst verschiedene Theorien sowie Literaturverweise (englisch)
4. ↑ „Albtraum Monsterwellen – es gibt sie…“ im Hamburger Abendblatt (28. Juli 2004)
5. ↑ The New York Times vom 26. September 1901, S. 16
6. ↑ zum MaxWave-Projekt der ESA
7. ↑ „Die Monsterwellen auf dem Meer – Schiffe in Seenot“ in der Phoenix Dokumentation im Jahr 2004 von Zoe Heron
8. ↑ „Riesenwelle überspült die 'Bremen' “ im Hamburger Abendblatt (28. Juli 2004)
9. ↑ https://www.spiegel.de/wissenschaft/natur/0,1518,604544,00.html, Spiegel-Online-Artikel vom 3. Februar 2009

Weblinks

• Norwegische Seite, mit Fotos und Messdaten von Versuchen
• Artikel bei Telepolis und Phoenix-Fernsehsendung „Im Auge des Sturms“ Teil 2/2 (vom 15.11.06 um 4:25 Uhr bis 5:05 Uhr)
• Roland Fischer und Urs Willmann: „Vierzig Meter Wasser“ – In: DIE ZEIT Nr. 35 vom 23. August 2007