Überblick

Monsterwellen im Modell

Lassen sich riesige Meereswellen als Lösungen der nichtlinearen Schrödinger-Gleichung beschreiben?

  • Norbert Hoffmann und Amin Chabchoub
  • 10 / 2012 Seite: 25

Riesige Wellen, die auf offener See wie aus dem Nichts zu kommen scheinen und Schiffe versenken können, galten lange Zeit als Seemannsgarn. Mittlerweile ist unstrittig, dass solche „Monsterwellen“ exis­tieren, doch ihre Entstehungsmechanismen werden nach wie vor kontrovers diskutiert. Jüngere Arbeiten deuten darauf hin, dass spezielle Lösungen der nichtlinearen Schrödinger-Gleichung einen Schlüssel zum Verständnis bilden könnten.

Im Jahr 1826 berichtete der französische Kapitän Dumont d’Urville, ein erfahrener Expeditionsleiter und Wissenschaftler, von 30 Meter hohen Meereswellen, die seine Mannschaft und er mit eigenen Augen erblickt hatten. Doch niemand wollte ihren Beobachtungen Glauben schenken. Stattdessen sah sich der Kapitätn öffentlichem Spott ausgesetzt. Daran änderte auch nicht die Tatsache, dass bereits seit der Antike Tsunamis, große zerstörerische Wellen in Küstennähe, bekannt waren. Das überraschende Auftreten besonders großer Wellen fern der Küste erschien dagegen wenig glaubhaft. Dennoch ist die Liste der Seefahrer lang, die Erlebnisse mit besonders großen Wellen auf offener See schilderten. Oft war die Rede von „Kaventsmännern“ bei einzelnen großen Wellen, vom Herannahen einer „Weißen Wand“ oder von den „Drei Schwestern“, mehreren (meist drei) besonders großen Wellen in Folge. Manchmal schien sich gar ein besonders markantes Wellental als „Loch im Ozean“ aufzutun. Es liegt in der Natur dieser Phänomene, dass nur selten Seefahrer wohlbehalten an Land kamen, um darüber zu berichten.
Ein Umdenken setzte erst Mitte der 1990er-Jahre ein, ausgelöst durch eine spektakuläre Beobachtung: Am 1. Januar 1995 passierte eine riesige Welle die Offshore-Plattform Draupner in der Nordsee. Die gemessene Höhe von rund 25 Metern dieser später so genannten Neujahrswelle brachte die Welt der Wissenschaft in Bewegung. Forscher untersuchten nun auch frühere Messdaten. In der Tat ließen sich rasch weitere solcher Riesenwellen identifizieren. Bei einer ganzen Reihe mysteriös erscheinender Schiffsunglücke schien es nun plausibel, dass riesige Wellen dabei eine Rolle gespielt haben könnten. In den heutigen Zeiten globaler Container- und Kreuzschifffahrt sind Fälle des Zusammentreffens von Schiffen mit riesigen Wellen gut dokumentiert. Daher besteht mittlerweile Konsens, dass bis zu 30 Meter hohe Meereswellen Realität sind. Phänomenologisch spricht man heute von einer Monsterwelle – im englischen Sprachraum hat sich der Begriff „Rogue Wave“ durchgesetzt –, wenn die auftretende Wellenhöhe mehr als doppelt so groß ist wie die „signifikante Wellenhöhe“ des umgebenden Seegangs. Viele Eigenschaften von Monsterwellen sind aber nach wie vor schlecht oder gar nicht verstanden. Strittig sind etwa Fragen nach Entstehungsmechanismen, Ausprägungsformen, Auftrittswahrscheinlichkeiten und Möglichkeiten zur Vorwarnung. Hier soll im Vordergrund stehen, wie sich Entstehung und Eigenschaften von Monsterwellen physikalisch erklären lassen. Ausgangspunkt ist zunächst die lineare Wellentheorie. ...

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