Forschungsprojekt zu Wellenform und Strömungen für Tsunami-Frühwarnsysteme

Seeleute schließen anhand der Form einer Welle auf die Stärke der Strömung unterhalb der Wasseroberfläche. Was unter erfahrenen Schiffskapitänen als gesichert gilt, will Adrian Constantin, Professor für Mathematik an der Universität Wien, nun mit Hilfe der Wissenschaft beweisen: Im Rahmen des vom Wiener Wissenschafts-, Forschungs- und Technologiefonds (WWTF) geförderten Projekts "Der Fluss unter einer Wasserwelle" untersucht er den Einfluss von Strömungen auf den Wellengang sowie die mathematische Berechenbarkeit von Wasserwellen. Die Forschungsergebnisse könnten in Tsunami-Frühwarnsysteme einfließen.

Was unterscheidet die Mathematik von der Physik? Während die Mathematik selbst geschaffene Strukturen auf ihre Eigenschaften erforscht, sucht die Physik mit Hilfe der Mathematik nach allgemeinen Naturgesetzen. Adrian Constantin, der sich selbst als "reinen Mathematiker" bezeichnet, begibt sich auf fremdes Terrain: Der Professor am Institut für Mathematik der Universität Wien untersucht mathematische Modelle für Wasserwellen und Strömungen. In dem vierjährigen WWTF-Projekt "Der Fluss unter einer Wasserwelle" erforscht er den Einfluss von Strömungen auf die Wasseroberfläche. "Fischersleute behaupten, dass Strömungen die Größe der Wellen verdoppeln können. Die größte Herausforderung wird es sein, diese Aussage zu beweisen."

Wenn das Wasser zurückgeht
Anlass für das kürzlich gestartete Forschungsprojekt war der verheerende Tsunami........

Meeresforscher aus Kiel und aus den USA weisen Zusammenhang zwischen Klimaphänomenen und der Bildung von Bodenwasser nach

Im antarktischen Weddell-Meer sinken großen Mengen Wasser von der Meeresoberfläche in die Tiefe ab und treiben damit das globale Band der Meeresströmungen an. Meeresforscher aus Kiel und aus den USA konnten jetzt anhand einer Langzeitmessung nachweisen, dass der Strömungsmotor dort starken Schwankungen unterliegt, die eng mit Wetter- und Klimaphänomenen zusammenhängen. Die entsprechende Studie erscheint in der aktuelle Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift Nature Geoscience.

Die Zahlen sind gewaltig. Wenn der Golfstrom die Floridastraße durchströmt, transportiert er 1,3 Milliarden Megawatt an Wärmeenergie. Und auf der Höhe von New York bewegt er rund 150 mal mehr Wasser als alle Flüsse der Welt zusammen. Dabei ist der sogenannte Golfstrom nur einer von vielen Abschnitten eines Strömungssystems, das alle Weltmeere umfasst und unser Klima reguliert. Dieses globale Förderband bleibt in Bewegung, weil.......

Ein Forscherteam der University of Colorado in Boulder hat nachgewiesen, dass in Teilen des Indischen Ozeans der Meeresspiegel signifikant ansteigt. Betroffen davon sind die Küsten in der Bengalenbucht, der Arabischen See, Sri Lanka, Sumatra und Java. Laut den Forschern um die Geophysikerin Weiqing Han ist der Mensch zumindest teilweise dafür verantwortlich.

Die Studie im Fachmagazin Nature Geoscience bietet einige sehr interessante Aspekte, die auch vielen Wissenschaftlern nicht bekannt sind", meint Claus Böning stellvertretender Leiter des Forschungsbereichs "Ozeanzirkulation und Klimadynamik" am IFM-Geomar. Die Hauptursache für den Meeresspiegelanstieg ist weder die thermische Ausdehnung, noch die Gletscherschmelze, sondern die Änderung der windgetriebenen Meeresströmungen.

"Diese sorgen auch dafür, dass der Anstieg sehr inhomogen ist. In manchen Regionen werde es zum Anstieg, in anderen zur Senkung des Meeresspiegels kommen - etwa auf den Seychellen und in Sansibar. "Dieses Muster zeigt eine große Umverteilung der Masse", erklärt Böning........

Ein starker Süßwassereinstrom in den Nordatlantik vor 8200 Jahren könnte die Strömungen des Atlantischen Subpolarwirbels plötzlich und anhaltend verstärkt haben. Dadurch hat sich auch die Bildung von Tiefenwasser im Nordatlantik verstärkt, wie neue Klimasimulationen zeigen. Der verstärkte Wirbelstrom könnte auch zur Klimastabilität seit der letzten Eiszeit beigetragen haben, schreiben die Forscher im elektronischen Online-Journal „G-Cubed“ der American Geophysical Union.

Strömt mehr Süßwasser in den Nordatlantik, vermindert das nach heutiger Auffassung die Bildung von Tiefenwasser und damit den Antrieb der Atlantischen meridionalen Umwälzströmung. Weil Salzwasser dichter ist, bleibt das Süßwasser an der Oberfläche und blockiert Strömungen in die Tiefe. Geologische Hinweise lassen jedoch darauf schließen, dass der plötzliche Zustrom des Wassers aus einem See von der siebenfachen Größe aller heutigen amerikanischen Großen Seen vor 8200 Jahren sogar als zusätzlicher Anstoß der Tiefenwasserbildung und der heutigen Ozeanzirkulation gewirkt haben könnte.

„Ein plötzlicher Übergang der Oberflächenzirkulation des Atlantischen Subpolarwirbels in den heutigen, verstärkten Zustand löst den scheinbaren Widerspruch zwischen diesen Ereignissen auf.......................

Die gefürchtete Monsterwelle, die auf offenem Meer aus dem Nichts auftreten kann, lässt sich jetzt erstmals theoretisch berechnen und modellieren: Forscher der Ruhr-Universität Bochum und der Universität Umeå, Schweden, haben in Computersimulationen ein neues statistisches Modell für nicht-lineare, miteinander interagierende Wellen entwickelt. Es erklärt, wie sie sich das Wasser-Welle-System aufbaut, verhält und vor allem wie es sich selbst stabilisiert. Das Modell eignet sich auch zur Berechnung anderer „Extremereignisse“ – zum Beispiel an der Börse – oder komplexer Phänomene in der Plasmaphysik. Über ihre Ergebnisse berichten der Bochumer Physiker Prof. Padma Kant Shukla und sein schwedischer Kollege Prof. Bengt Eliasson in Physical Review Letters.

Pioniere der Monsterwelle
Bereits vor vier Jahren konnten Shukla und Eliasson erstmals am Computer simulieren, wie die Monsterwelle (engl. giant freak wave) entsteht. Treffen zwei oder mehr Wellen in einem bestimmten, relativ kleinen Winkel aufeinander, können sie sich gegenseitig „aufschaukeln“. Zwei nicht-lineare, miteinander wechselwirkende Wellen verhalten sich demnach ganz anders......

Das Golfstromsystem ist bekannt für seinen Beitrag zum milden Klima Nordeuropas. Seit geraumer Zeit befürchten Ozeanographen und Klimaforscher, dass seine Stärke durch den Klimawandel allmählich abnehmen könnte. Unerwartete Hilfe liefern möglicherweise die Meeresströmungen südlich von Afrika: Wissenschaftler vom Kieler Leibniz-Institut für Meereswissenschaften (IFM-GEOMAR) und der Universität Kapstadt haben entdeckt, dass der Agulhasstrom mehr salzreiches Wasser in den Atlantik transportiert. Dieses könnte dazu beitragen, das Golfstromsystem zu stabilisieren. Die Studie erscheint am 26. November in der Fachzeitschrift Nature.

Der Agulhasstrom - wie der Golfstrom  eine der stärksten Strömungen im Weltozean -, fließt im Indischen Ozean entlang der südafrikanischen Küste. Südwestlich von Kapstadt vollzieht er eine abrupte Kehrtwende zurück in den Indischen Ozean. Dabei schnüren sich alle 3 bis 4 Monate mächtige Wirbel von mehreren 100 km Durchmesser, die Agulhasringe.......

Schwankungen des Meeresspiegels zu messen, ist vergleichsweise einfach. Weitaus komplizierter ist es, daraus die Änderung der Wassermasse zu berechnen. Einem Team von Geodäten und Ozeanographen der Universität Bonn, des Deutschen Geoforschungszentrums GFZ und des Alfred-Wegener-Instituts für Polar- und Meeresforschung in der Helmholtz-Gemeinschaft ist das nun erstmals gelungen. Die Forscher konnten kurzzeitige Schwankungen in der räumlichen Verteilung der Ozeanwassermassen beobachten. Ihre Ergebnisse sind unter anderem für bessere Klimamodelle wichtig.

Um das Ozeanvolumen in einer bestimmten Region zu berechnen, muss man (neben der Topographie des Meeresbodens) lediglich die Höhe des Meeresspiegels kennen. Dazu greifen Forscher schon seit langem auf Pegelstationen und Satellitenverfahren zurück. Die Ozeanmasse hängt aber nicht nur vom Volumen, sondern auch von der Temperatur und vom Salzgehalt ab. So dehnt sich Wasser bei Erwärmung aus. Warmes Wasser wiegt daher weniger als dieselbe Menge kalten Wassers.

Zur Berechnung der Ozeanmasse müsste man daher.....

Meeresforscher vom Leibniz-Institut für Meereswissenschaften (IFM-GEOMAR), Kiel brechen am Wochenende mit dem deutschen Forschungsschiff Meteor zu einer vierwöchigen Expedition in den tropischen Atlantik auf. Dort untersuchen sie die komplexen Strömungssysteme im tropischen Ostatlantik sowie die Auswirkungen der Veränderungen im Sauerstoff- und im Nährstoffgehalt auf Kleinstlebewesen im Ozean.

Einen ganzen Monat lang werden rund 30 Meeresforscher aus vier Ländern unter Leitung des Kieler Leibniz-Instituts für Meereswissenschaften (IFM-GEOMAR) den tropischen Nordatlantik erkunden. Mit dem deutschen Forschungsschiff METEOR starten sie am 25. Oktober von den Kapverdischen Inseln gen Süden, überqueren einmal den Äquator und kehren auf fast demselben Wege wieder zurück. An Bord haben sie verschiedene hochmoderne Messinstrumente......

Im Pazifik hat ein schweres Erdbeben einen Tsunami ausgelöst. Aus Samoa werden Tote gemeldet, mehrere Dörfer sollen schwer getroffen worden sein. Flutwarnungen für Hawaii und Neuseeland hoben die Behörden wieder auf.

Wellington - Ein schweres Erdbeben hat mehrere Inseln in der Südsee erschüttert und einen Tsunami ausgelöst. Die Flutwelle zerstörte nach einem Bericht von Radio-Neuseeland einige Dörfer auf Inseln vor Samoa. Viele der betroffenen Regionen liegen nur wenige Meter über dem Meeresspiegel und werden regelmäßig überschwemmt.

Mehrere Dörfer seien von dem Tsunami getroffen worden, sagte ein Journalist des Senders Radio Polynesia im neuseeländischen Rundfunk. Zahlreiche Häuser wurden demnach zerstört. Die Ortschaft Sau Sau wurde nach Angaben eines neuseeländischen Urlaubers dem Erdboden gleich gemacht. "Es ging sehr schnell", sagte der Tourist Graeme Ansell in einem Radiointerview. "Das ganze Dorf ist ausgelöscht worden. Kein einziges Gebäude steht mehr."

Es gebe Informationen über ausgedehnte Zerstörungen. Möglicherweise seien Tausende Menschen obdachlos geworden, sagte der Lokaljournalist ........

Der Subpolarwirbel des Nordatlantiks spielt für das Klima eine wichtige Rolle. Eine offene Frage ist, inwiefern Änderungen in der Bildung von nordatlantischem Tiefenwasser die Stärke der Zirkulation im Subpolarwirbel und der atlantischen meridionalen Umwälzbewegung beeinflussen. Das gerade gestartete Verbundprojekt "Nordatlantik - Teil des Erdsystems" des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) widmet sich in seinem Vorhaben "Großräumige Schwankungen im Subpolarwirbel" in den kommenden drei Jahren dieser Aufgabe. Im Rahmen des Verbundprojektes wird das BMBF die Arbeiten der Universität Bremen mit rund 670.000 Euro für drei Jahre unterstützen.

Wenn der Nordatlantikstrom als Fortsetzung des Golfstromes in unsere Breiten gelangt, führt er warmes und salziges Wasser mit sich, das seinen Ursprung in den Subtropen hat. Auf seinem Weg nach Norden wird die im Ozean gespeicherte Wärme an die Atmosphäre abgegeben. Sie beschert uns in Europa ein vergleichsweise mildes Klima. Das abgekühlte Wasser sinkt zwischen Kanada und Grönland in die Tiefe ab und breitet sich als sogenanntes Tiefenwasser im Weltozean aus. Die Umweltphysiker der Universität Bremen untersuchen in diesem Zusammenhang drei Schlüsselprozesse.....