Wie funktioniert Tsunami-Warnsystem

Delfine kommunizieren mittels Ultraschall über große Distanzen miteinander. Datenübertragung nach dem Vorbild des Delfinfunks. Gute Augen nützen Meeresbewohnern bei der Orientierung unter Wasser, wegen der schlechten Sicht, wenig. Deshalb verwenden viele Fische akustische Signale, um sich im trüben Wasser zu Recht zu finden. Diese Töne hört auch der Mensch. Taucher berichten über Knack-, Knurr-, Klick-, Grunz- und Trommellaute unter Wasser. Doch Schallwellen dienen nicht ausschließlich der Orientierung. So nutzen beispielsweise Delfine Ultraschallwellen zur Kommunikation.

Im Unterschied zu Lichtwellen absorbiert Wasser Schallwellen kaum. Zudem breiten sich Schallwellen über große Distanzen unter Wasser aus. Nachteilig sind die relativ niedrige Ausbreitungsgeschwindigkeit und die hohe Störanfälligkeit von Schallwellen im Wasser. Störend wirken beispielsweise Wellen oder Fischschwärme sowie Wasserschichten unterschiedlicher Temperatur und Salzkonzentration. Einzelne Signalkomponenten können so unterschiedliche Wege nehmen und treffen mit einem leichten Zeitversatz beim Empfänger ein. Hieraus ergeben sich Überlagerungen, Verzerrungen und Nachhalleffekte.

Delfinfunk

Trotz dieser vielfältigen Störfaktoren gelingt es Delfinen, über große Entfernungen miteinander zu kommunizieren. Der Trick des Delfingesangs ist dem „Partyeffekt“ vergleichbar. So gelingt es uns Menschen, in einem überfüllten Raum mit starker Geräuschkulisse einer einzelnen Person zu zuhören. Die restlichen Stimmen blendet man einfach aus. Dies funktioniert jedoch nur, weil die Gespräche nicht monoton, sondern mit einer ausgeprägten Sprachmelodie erfolgen. Genau diesen Effekt nutzen Delfine. Sie variieren ständig die Frequenz, also die Tonhöhe, ihrer Basislaute, die als Trägerfrequenz dient. Hierdurch können die Delfine die Einzelinformationen identifizieren und bei der Signalverarbeitung wieder in die richtige Reihenfolge bringen. Mit dieser Basissignatur arbeiten alle Tiere einer Herde. Gleichzeitig verwenden Delfine eine zweite Signatur, um die eigentliche Information zu kodieren. Zur Übertragung der Hauptinformation nutzen sie Amplituden-, Phasen- oder Frequenzmodulationen.

Unterwassermodem

Mehrere deutsche Institute, wie das Geoforschungszentrum Potsdam, das Geomar Kiel und das Alfred-Wegener-Institut in Bremerhaven, arbeiten gemeinsam an der Umsetzung eines neuartigen Tsunami-Warnsystems. Dazu wenden die Bionik-Forscher das Prinzip der variablen Trägerfrequenz an. Nach dem Vorbild des Delfinfunks entwickelten sie ein Unterwassermodem zur Datenübertragung.

Funktionsweise des Warnsystems

Am Meeresboden wird ein seismischer Sensor installiert. Der Druckfühler erfasst minimale Veränderungen des hydrostatischen Drucks, was einer Änderung der Höhe der Wassersäule über dem Messgerät entspricht. Die Empfindlichkeit des Drucksensors ist so hoch, dass er selbst geringe Höhenänderungen von nur wenigen Millimetern erfasst. Aus diesen Daten lässt sich berechnen, ob ein Erdbeben oder ein Erdrutsch eine Tsunami-Welle auslöst oder nicht. Denn auf offener See erzeugen Tsunamis lediglich leichte Wellen, während sie sich an der Küste zu Riesenwellen entwickeln.

Wurde ein Tsunami ausgelöst, so muss die Warnmeldung schneller weitergeleitet werden, als die Welle sich ausbreitet. Um diesen Zeitvorsprung zu gewährleisten, wird das Warnsignal mittels des Unterwassermodems an die Wasseroberfläche übermittelt. Dort wird es von einem Empfänger in einer Boje aufgefangen und an einen Satelliten, der die Werte an die Warnstationen an Land weitergibt, übermittelt. Oft bleiben nur wenige Minuten für eine Warnmeldung an die Bevölkerung – doch diese Minuten können unter Umständen Leben retten.

Tsunami-Warnsystem für die Norddeutsche Küste?

Für die Norddeutsche Küste ist kein Tsunami-Warnsystem nötig. Von den vier möglichen Ursachen, die einen Tsunami auslösen sind drei für die Nordsee weitgehend auszuschließen:

1. Seebeben sind selten und wenn sie auftreten, sind sie zu schwach, um einen Tsunami auszulösen. Diese entstehen erst bei Magnituden von mehr als 6,5 auf der Richterskala.

2. Vulkanausbrüche sind bislang im Nordatlantik nicht beobachtet worden.

3. Meteoriten mit entsprechenden Größen sind zuletzt vor rund 8200 Jahren auf der Erde eingeschlagen.

Bleibt also noch die Gefahr eines Erdrutsches an den steilen Kontinentalabhängen bei Norwegen. So ein Ereignis fand zuletzt vor etwa 8000 Jahren statt. Sollte es jedoch erneut dazu kommen, so reicht – nach wissenschaftlichen Erkenntnissen – der bestehende Küstenschutz aus. Modelle zeigen, dass ein Tsunami mit einer Geschwindigkeit von 700 Kilometer pro Stunde an der Deutschen Küste in Wassertiefen von 20 Metern auf etwa 50 Stundenkilometer abgebremst würde. Damit hätte der ursprüngliche Tsunami nur noch die Wirkung einer Sturmflut.