Spezielles Experiment hilft Monsterwellen zu erklären

Eine 18,3 Meter hohe Monsterwelle vor der Küste von Charleston (South Carolina). Zum Zeitpunkt ihres Auftretens wehte nur ein leichter Wind von 15 Knoten. (Credit: NOAA)
Eine 18,3 Meter hohe Monsterwelle vor der Küste von Charleston (South Carolina). Zum Zeitpunkt ihres Auftretens wehte nur ein leichter Wind von 15 Knoten. (Credit: NOAA)

Ein Team aus australischen, belgischen, italienischen und britischen Wissenschaftlern hat demonstriert, wie Meereswinde spontane Monsterwellen erzeugen können – der erste Schritt zur Vorhersage dieser potenziell gefährlichen Phänomene. Monsterwellen (auch Rogue Waves oder Freak Waves genannt) sind extrem hohe, steile Wellen, die auf dem offenen Meer scheinbar zufällig und ohne Vorwarnung auftreten. Diese Ereignisse können Schiffen oder Strukturen wie Öl- oder Gasförderplattformen schwere Schäden zufügen. Die Fähigkeit sie vorherzusagen wäre von großem Nutzen, aber über die Art und Weise ihrer Entstehung ist momentan nur wenig bekannt.

Forscher der University of Melbourne (Australien), der Swinburne University of Technology (Australien), der University of Leuven (Belgien) und der University of East Anglia (Großbritannien) nutzten einen speziellen kreisförmigen Wellentank an der Universität Turin (Italien), um die statistischen Eigenschaften winderzeugter Wellen zu untersuchen und damit auch die Wahrscheinlichkeit für die Entstehung von Monsterwellen.

Im Gegensatz zu früheren Experimenten mit Monsterwellen, die in konventionellen, längsverlaufenden Tanks erzeugt wurden, kann das Wellenfeld, das die Forscher durch wehenden Wind in dem kreisförmigen Wellenkanal erschufen, als unendlich lang betrachtet werden. Die Wissenschaftler begannen mit ruhigem Wasser in dem Tank, bevor sie Windmaschinen anschalteten, die einen stetigen Wind erzeugten, ähnlich den Bedingungen, die man auf dem offenen Meer findet. Der Wind wurde zwei Stunden lang über die Oberfläche geblasen, und während der Zeitspanne wurde die Oberflächenhöhe des Wassers gemessen.

Wenn der Wind zu wehen beginnt, wird ein unregelmäßiges Wellenfeld erzeugt. Monsterwellen scheinen sich auf natürliche Weise während des Wachstums der Wellen zu entwickeln und wurden registriert, kurz bevor die Wellenhöhe einen stationären Zustand erreichte. Die Messungen ließen das Forschungsteam die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten hoher, steiler Wellen schätzen. Demnach ist die Wahrscheinlichkeit höher als erwartet, was entscheidende Informationen über die mathematische Wahrscheinlichkeit liefert, mit der diese Wellen auftreten.

Dr. Davide Proment von der School of Mathematics an der Univerity of East Anglia sagte: "Trotz großer Anstrengungen in den vergangenen Jahrzehnten ist die Entstehung dieser extremen Ereignisse aus mathematischer und physikalischer Sicht noch immer schwer zu verstehen."

"Die besondere Geometrie des Kanals erlaubte uns erstmals, stetige und sich kreisförmig ausbreitende Wellen zu erzeugen. Vergleichbare physikalische Bedingungen gibt es in der Realität um den antarktischen Kontinent herum, wo starke Winde wehen und das Meer extrem unruhig ist", ergänzte er.

Das Experiment fand am TurLab des Physics Department an der Universität Turin statt. Die experimentelle Kampagne wurde von der Europäischen Union durch das European High Performance Infrastructures in Turbulence (EuHIT) Konsortium unterstützt.

Die Abhandlung "Wind generated rogue waves in an annular flume" von A. Toffoli, D. Proment, H. Salman, J. Monbaliu, F. Frascoli, M. Dafilis, E. Stramignoni, R. Forza, M. Manfrin und M. Onorato wurde in der Physical Review Letters-Ausgabe vom 7. April 2017 veröffentlicht.

Quelle

(THK)

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