Es braucht einen perfekten Sturm, um eine Freak-Welle zu erzeugen, eine Wasserwand, die so unvorhersehbar und kolossal ist, dass sie Schiffe leicht zerstören und versenken kann, so eine neue Studie.
Nehmen wir zum Beispiel die Draupner-Freak-Welle, die am 1. Januar 1995 in der Nähe der Draupner-Ölplattform vor der Küste Norwegens ausbrach. Diese Welle erreichte eine unglaubliche Höhe von 25,6 Metern oder ungefähr die Höhe von vier erwachsenen Giraffen, die übereinander gestapelt waren. Eine weitere berühmte Schurkenwelle wird von der japanischen Künstlerin Katsushika Hokusai in seinem Holzschnitt "The Great Wave" aus dem 19. Jahrhundert dargestellt, der einen enormen Wasserschwall vor einem unvermeidlichen Absturz zeigt.
Um herauszufinden, warum diese Freak-Wellen so plötzlich und ohne Vorwarnung auftreten, reproduzierte ein internationales Forscherteam aus England, Schottland und Australien einen skalierten Kamm der Draupner-Welle in einem Labortank.
Das Team hat das Rezept der Schurkenwelle erfolgreich entschlüsselt: Es werden lediglich zwei kleinere Wellengruppen benötigt, die sich in einem Winkel von etwa 120 Grad schneiden.
Die Entdeckung verschiebt das Verständnis der Wissenschaftler für Freak-Wellen "von bloßer Folklore zu einem glaubwürdigen Phänomen in der realen Welt", sagte der Studienleiter Mark McAllister, ein wissenschaftlicher Mitarbeiter am Department of Engineering Science der Universität Oxford in England, in einer Erklärung. "Durch die Neuerstellung der Draupner-Welle im Labor sind wir dem Verständnis der möglichen Mechanismen dieses Phänomens einen Schritt näher gekommen."
Wenn Meereswellen unter typischen Umständen brechen, übersteigt die Flüssigkeitsgeschwindigkeit (Geschwindigkeit und Richtung des Wassers) am oberen Ende der Welle, die als Kamm bezeichnet wird, die Geschwindigkeit des Kamms selbst, teilte McAllister Live Science in einer E-Mail mit. Dies führt dazu, dass das Wasser im Kamm die Welle überholt und dann nach unten stürzt, wenn die Welle bricht.
Wenn sich Wellen jedoch in einem großen Winkel (in diesem Fall 120 Grad) kreuzen, ändert sich das Wellenbrechverhalten. Wenn sich Wellen kreuzen, wird die horizontale Flüssigkeitsgeschwindigkeit unter dem Wellenkamm aufgehoben, sodass die resultierende Welle immer größer werden kann, ohne zusammenzustoßen. "Somit tritt kein Eintauchen mehr auf und es tritt ein strahlartiges Aufwärtsbrechen auf, wie in unserem Video dargestellt. Und anscheinend begrenzt diese zweite Art des Brechens die Wellenhöhe nicht auf die gleiche Weise", sagte McAllister.
Mit anderen Worten, wenn sich Wellen in großen Winkeln kreuzen, können sie Monsterwellen wie die Draupner-Freak-Welle und Hokusais Große Welle erzeugen.
Wellengruppen müssen sich jedoch nicht unbedingt in einem genauen Winkel von 120 Grad treffen, um Schurken zu werden.
"Im Fall der Draupner-Welle war der Winkel von 120 Grad erforderlich, um eine solche Welle zu unterstützen", sagte McAllister. Aber "im Allgemeinen wird jede Überquerung der Ozeane steilere Wellen unterstützen."
Das Ergebnis zeigt "bisher unbeobachtetes Wellenbrechverhalten, das sich erheblich vom aktuellen Verständnis des Wellenbrechens im Ozean unterscheidet", so der leitende Autor TS van den Bremer, Associate Professor am Department of Engineering Science der Universität Oxford, sagte in der Erklärung.
Das Team hofft, dass ihre Arbeit den Grundstein für zukünftige Studien legen wird, die Wissenschaftlern eines Tages helfen könnten, diese potenziell katastrophalen Wellen vorherzusagen, sagten sie.
Die nassen und wilden Experimente wurden in der FloWave Ocean Energy Research-Einrichtung an der Universität von Edinburgh durchgeführt.
"Die FloWave Ocean Energy Research Facility ist ein kreisförmiges kombiniertes Wellenstrombecken mit Wellenmachern, die über den gesamten Umfang verteilt sind", sagte Sam Draycott, ein wissenschaftlicher Mitarbeiter an der School of Engineering der Universität von Edinburgh, in der Erklärung. "Diese einzigartige Fähigkeit ermöglicht die Erzeugung von Wellen aus jeder Richtung, wodurch wir die komplexen Richtungswellenbedingungen, von denen wir glauben, dass sie mit dem Draupner-Wellenereignis verbunden sind, experimentell nachbilden können."
Die Studie wird in der Ausgabe vom 10. Februar des Journal of Fluid Mechanics veröffentlicht.
