Der verheerende Tsunami an Japans Küste hat die Aufmerksamkeit der Welt erregt. Wie ein Tsunami wirklich entsteht und funktioniert, erfahren sie hier. Von dem schweren Erdbeben am 11. März 2011 vor Japan im Pazifischen Ozean und dem fürchterlichen Tsunami als dessen Folge wurde in allen Medien ausführlich berichtet.
Anlassfall
Im Rahmen dieser Berichterstattung sind auch zahllose „Erklärungen“ publiziert worden, welche dem Publikum verständlich machen sollten, wie denn so ein Tsunami überhaupt funktioniert und möglich wird. Die „Erklärungsversuche“ haben in den Printmedien aus Text und Grafiken bestanden, im Fernsehen und im Internet haben sich zum Text und den Grafiken auch Animationen gesellt. Vor dem Internetzeitalter musste man zu einem Physiklehrbuch greifen, um sein eigenes Wissensdefizit zu beheben und sich auf den gewünschten Wissensstand zu begeben. Heute kann man sich zu jedem Thema via Google schlauer machen. Es bedarf also keines nennenswerten Aufwandes, sich zum Thema Wasserwellen schlau zu machen. Geht man via Google auf die Suche, dann findet man auf das Suchwort „Wasserwelle“ 360.000 Einträge.
Wellenarten
Wichtig ist, zu wissen, dass sich windgenerierte Wellen an der Oberfläche abspielen und das tiefe Wasser (= tiefer als die Wellenlänge) nicht betreffen. Solche Oberflächenwellen werden durch die Scherkräfte an der Grenzfläche zwischen Luft und Wasser generiert. Ganz anders verhalten sich Tiden (Flut und Ebbe). Dabei wirkt die Anziehungskraft des Mondes auf den gesamten „Wasserkörper“ und bewegt ihn auf die Küste zu (Flut) oder von der Küste weg (Ebbe). Bei glatter See verursacht das ein ansteigen und abfallen des Wasserspiegels als „auflaufendes“ Wasser oder „ablaufendes“ Wasser. Bei rauer See dagegen überlagern sich die Windwellen mit den Tiden und ergeben je nach Schnittwinkel und Tidenhöhe ein verändertes Wellenmuster. Wenn kalte und warme Meeresströmungen oberflächennah aufeinander treffen, generieren sie durch die Reibung an den Grenzflächen charakteristische Wellen. Da es hier sowohl zur Überlagerung mit windgenerierten Wellen wie auch mit Tiden kommen kann, können sie sehr unterschiedlich in Erscheinung treten.
Der Tsunami
Der Tsunami ist keine klassische Wasserwelle, welche nur die Oberfläche betrifft und dort Wassermassen im klassischen Sinn, quasi lehrbuchmäßig bewegt. Solche klassischen Wellen laufen sich auf überschaubarer Fläche tot, weil sie sich durch Reibungswiderstand selbst vernichten, sobald die Energiezufuhr erlischt. Sie können nur durch ständige Energiezufuhr (im Regelfall Wind) erhalten werden. Mit dem versiegen der Energiezufuhr glättet sich das Wasser wieder.
Der Tsunami entsteht durch einen Energieimpuls, also einem schlagartigen Auslöser, vergleichbar dem Schlag auf einen Gong, aber im Wasser und viel größer. Dieser Impuls breitet sich im Medium Wasser in der diesem Medium eigenen Leitungsgeschwindigkeit aus. Diese Leitungsgeschwindigkeit beträgt bei einer mittleren Meerestiefe von 5000 Meter ungefähr 800 km/h. Weil der Ozeanboden nicht wirklich eben ist, spricht man von einer „mittleren Meerestiefe“ und erhält auch nur eine ungefähre Ausbreitungsgeschwindigkeit des Energieimpulses.
Wenn dieser Energieimpuls auf ein Hindernis trifft, z.B. eine abnehmende Wassertiefe in Küstennähe, wird diese Energie sichtbar umgesetzt. Die enorme Energie des Impulses wird dabei in potentielle Energie und kinetische Energie in Gestalt der Anhebung und der Bewegung entsprechender Wassermassen umgesetzt. Wasser wird angehoben und landwärts gedrängt. Dieses Erscheinungsbild trägt den Namen Tsunami.
Im Fall des Tsunami vom 11.März 2011 infolge des Erdbebens vor der japanischen Küste hat eine ruckartige Verschiebung zweier Kontinentalplatten schockartig ein riesiges Volumen Meerwasser mit dem Meeresboden angehoben. Für die gesamte Energie des Bebens haben Fachleute die Energie von 17000 Hiroshimabomben errechnet. Die zugehörige Schockwelle im Wasser, also der Energieimpuls, hat sich im Pazifischen Ozen ausgebreitet und beim „Landgang“ an der japanischen Küste im Raum Sendai große Zerstörung angerichtet.
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