Riesenwelle, Kaventsmann, Freakwave, Monsterwellen

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Riesenwelle, Kaventsmann, Freakwave, Monsterwellen

Eine Monsterwelle (auch Riesenwelle, Kaventsmann oder Freakwave von engl. freak wave) 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.

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.] 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 (siehe dazu auch Phasengeschwindigkeit) – 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 3,78s, 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:

  • der Kaventsmann (eng. Rogue Wave), eine grosse, relativ schnelle Welle, die nicht der Richtung des normalen Seegangs folgt;
  • die Drei Schwestern (engl. Three Sisters), 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;
  • die Weisse Wand (engl. White Walls), 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 diesen Gleichungen entsteht die Monsterwelle eher zufällig aufgrund von Welleninstabilitäten, indem 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 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.
Inzwischen gibt es auch Anhaltspunkte dafür, dass Monsterwellen durch Wellenbrechung an Hindernissen im Rahmen einer linearen Theorie und nicht durch (nichtlineare) Resonanzeffekte entstehen.] Dies wurde in einer Simulation von Wellen und deren Brechung an im Vergleich zur Wellenlänge kleinen Metallkegel-Hindernissen durch Mikrowellen im Labor festgestellt.

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 unvermeidlich.

Abgrenzung zu Tsunamis

Monsterwellen haben wenig 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. Eine Monsterwelle jedoch türmt 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.

Vorhersagen besonders gefährdeter Gebiete

Ein 2008 entworfenes Simulationsmodell von Tim Janssen (SFSU) und Thomas Herbers (NPS) soll zeigen, wo und warum solche Riesenwellen entstehen.] So gehören Küstenzonen mit stark schwankenden Meerestiefen und unterschiedlichen Strömungsverhältnissen zu den anfälligen Seegebieten, in denen unberechenbar grosse Wellen auftreten können. Sandbänke und Strömungsverhältnisse sind dafür verantwortlich, dass Wellen ihre Richtung und Geschwindigkeit ändern. In „Wellenbrennpunkten“ kann sich Energie an einem bestimmten Punkt sammeln wie das Licht unter einer Lupe. Wenn eine Welle, so Janssen gegenüber der BBC, über eine Sandbank oder eine andere Strömung ziehe, könnten solche „Wellenbrennpunkte“ zur Wirkung gelangen. Das Computermodell soll Hotspots erkennen, an denen sich solche Strömungsüberlagerungen auftreten. Es kommt zu dem Ergebnis, dass an einem Hotspot drei extreme Wellen auf tausend normale kommen, während sich in einem normalen Wellenfeld nur alle 10.000 Wellen drei extremere Varianten finden. Bisher ist das Modell der Forscher rein theoretischer Natur, eine Prüfung der Zuverlässigkeit ist an einem Abschnitt der Cortes Bank knapp 200 Kilometer vor der Küste von Südkalifornien mittels realer Messdaten geplant. Die Cortes Bank gilt als eine Zone, in der sich unterschiedliche Energieströme im Meer kreuzen.

Für die Schifffahrt wäre ein Modell, das Zonen mit hoher Monsterwellen-Wahrscheinlichkeit relativ genau eruiert, von hohem Nutzen, könnte man dann doch Seewege nach der Wahrscheinlichkeit solcher „Freak-Wellen“ ausrichten. Doch dafür muss sich erst die Tauglichkeit des kalifornischen Erklärungsmodells erweisen.

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 deutsche Schnelldampfer 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.

Im Februar 1909 steigerte sich eine bereits anhaltende, tagelange Schlechtwetterfront mit extremen Windböen und starkem Wellengang zu einem Unwetter, das den britischen Schnelldampfer Lusitania auf der Fahrt von Queenstown in Irland nach New York mit bis zu 25 Meter hohen Wellen konfrontierte. Die Wellen beschädigten die Kommandobrücke und Aufbauten, während der Wind Eisengestänge „wie Papier“ knickte und die Telegraphenverbindung zerstörte.] Ende Januar 1910 geriet die Lusitania erneut in einen besonders heftigen Sturm, während dessen Verlauf Passagiere der Ersten Klasse verletzt wurden. Eine Frau, die als Zwischendeckspassagier im Bauch des Schiffes reiste, musste nach der Ankunft in hysterischem Zustand von Bord gebracht werden.

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 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.

Am 9. September 1980 sank auf ähnlich rätselhafte Weise der englische Massengutfrachter Derbyshire im Pazifik, im so genannten Teufelsmeer südlich von Japan; es ist das bisher grösste unter diesen Umständen verloren gegangene Schiff. Untersuchungen zufolge könnte der Untergang auf Monsterwellen zurückzuführen sein. Er ereignete sich so schnell, dass kein Hilferuf mehr gesendet werden konnte.

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.“

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 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.“ Die Bremen trieb daraufhin zwei Stunden lang manövrierunfähig auf offener See. 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.
Am 23. Juni 2008 wurde der japanische Fischkutter Suwa Maru No. 58 im Kuroshio-Strom östlich von Japan von einer Monsterwelle versenkt. 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.

Am 3. März 2010 erlitt das Kreuzfahrtschiff Louis Majesty bei einem Schlechtwetter im Mittelmeer einen bisher ungeklärten Fall von Seeschlag, bei dem zwei Menschen starben und 14 weitere verletzt wurden. Die Reederei führte das Ereignis auf drei etwa acht Meter und damit für das Mittelmeer „aussergewöhnlich hohe“ Wellen zurück.

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