Monsterwellen - Realität, kein Mythos

Die alten Seebären und Abenteurer haben es schon immer gewußt und behauptet: es gibt gewaltige Wellen, viel größer als man es sich vorstellt, die Schiffe zerschlagen wie einen Pappkarton. Niemand hat ihnen geglaubt. Heute glaubt es auch die Wissenschaft. Man hat es ausprobiert und hatte ein Loch im Dach in der Versuchsanlage (MaxWave-Projekt). Inzwischen hat man auch über Satelliten solche Wellen gemessen. Spektakulär waren in den letzten Jahren Schiffsunglücke, bei denen solche Wellen Fenster einschlugen, die Brücken unter Wasser setzten, die Decks abräumten, Menschen verletzten und die Schiffe fast zum Sinken brachten. Heute ist man sich sicher, dass viele bisher ungeklärte Unglücke und Verluste auch sehr großer Schiffe auf solche Wellen zurückgehen.

Die Reedereien hatten sich noch bis vor einiger Zeit in der Gewissheit gewiegt, solche Wellen gäbe es nur in eng begrenzten Seegebieten, wo z.B. Windwellen und Strömungen gegeneinander laufen. Da könne man ja dann eben darum herum fahren. Nun hat sich gezeigt, dass auch das nicht stimmt. Monsterwellen gibt es überall und zu jeder Zeit, sie sind nicht vorhersagbar, auch wenn es Seegebiete gibt, in denen sie häufiger anzutreffen sind als anderswo.

Besonderes Merkmal solcher Wellen ist, dass sie besonders groß sind, ab 20 Meter bis über 35 Meter, dass vor und zwischen ihnen besonders tiefe Wellentäler entstehen, dass sie teilweise sehr steil sind, dass sie wie Wassertürme plötzlich aufsteigen können und dass sie oft quer oder diagonal zum laufenden Seegang und der laufenden Dünung auftreten. Diese Phänomene sind noch nicht endgültig geklärt. Man kennt jedoch die Hauptursachen.

Grundseen:

In Flachwasserzonen  können so tiefe Wellentäler vor Wellen entstehen, dass ein Schiff auf dem Boden aufsetzt und dann von der Welle überrollt und zusammengeschlagen wird. Das ist auch abhängig von Bodenprofil, Windrichtung und Stärke, Strömung und Tidelauf.

Interferenzseen: Typ I

Sie entstehen, wenn Windwellen und Strömungen, Dünungen und Tiden verschiedene Richtungen haben und gegeneinander laufen, der Standardbegriff dafür ist "Kreuzsee". Diese Wellen können besonders steil und hoch werden, Wirbeltöpfe, Grundseen und Wassertürme können sich bilden. Gleiches gilt für verschieden schnell laufende Wellenzüge, die sich überholen, z.B. Windsee und Dünung.  Dünungswellen können aus ganz anderen Richtungen laufen wie die Windsee, ebenso mit ganz anderen Frequenzen und Geschwindigkeiten. Sie sind ja das Produkt "alter" und laufender Stürme in ganz anderen Regionen, die sich ausbreiten.

Interferenzseen Typ II

Sie entstehen, wenn eine Unregelmäßigkeit oder Instabilität in die Wellenamplitude der laufenden Wellenzüge trift, eine Störung, dann können sich Wellenzüge ebenso auslöschen , der "Ententeich zwischen Wellenzügen". Er wird gern genutzt, wenn man in schwerem Seegang einen größeren Kurswechsel machen muss oder auf Gegenkurs drehen will. Sie können sich überlagern und addieren. Erreicht eine solche Überlagerung oder Welle den Grad der statischen Instabilität bricht sie zusammen mit oft fatalen Folgen, wenn man dann zur falschen Zeit an der falschen Stelle ist.

 

Es gibt eine weitere Typisierung solcher Wellen:

Die "Freakwave" oder "Monsterwelle":

Das ist eine einfache sehr große Welle oder Überlagerung. In der Seemannsterminologie nennt man diese Wellen "Kaventsmann"

Die "Drei Schwestern":

Das ist ein Wellenzug aus zumeist um drei oder mehreren sehr hohen steilen Wellen mit sehr tiefen Wellentälern hintereinander, also eine Interferenzphase. Man fällt mit dem Schiff sozusagen in ein Loch und wird dann von oben her überlaufen und flachgeklopft.

Der "Sänger" oder "the white Wall":

Diese Welle ist eine Besonderheit, es ist eine sehr hohe sehr steile Wasserwand von bis mehreren Kilometern Länge, die oft von einem pfeifenden Geräusch angekündigt und begleitet wird. Ihr kann man nicht ausweichen, da muss man drüber oder mitten hindurch. Viele Schiffe überleben das nicht. Oft gibt es dann auch keine Überlebenden. Solche Schiffe sind mit ungeklärtem Schicksal mit Mann und Maus verschollen.

Alle diese Wellen schieben mehr oder weniger stark eine Luftdruckverdichtung, eine Schockwelle vor sich her wie bei einer Explosion, die sich nochmals verdichtet, wenn die Welle überkämmt und sich bricht.

 

Die neuesten Ergebnisse der Tsunamiforschung haben den bisherigen Annahmehorizont wesentlich erweitert. Die Forschung hat eine weitaus größere Erdverwerfung in der Subduction Zone vor Sumatra nach dem Erdbeben am 26.12.2004 festgestellt als bisher vermutet und angenommen wurde. Die dortige Plattentektonik hat auf einer Distanz von ca. 1.000 Km eine senkrecht wirkende Bodenhebung bis etwa 14 Meter Höhe erzeugt, in 4.000 Meter Wassertiefe. Wo vorher flacher Boden war ist nun eine senkrecht aufragende Stufe. Man vermutet dazu Hangrutschungen, obwohl dazu noch weitere Forschungen nötig wären. Immerhin fand man offenbar abgerutschte ältere Felsen von bis 1.500 Meter Länge und erheblicher Dicke nach Sonarmessungen und Einsatz von Tieftauchrobotern. Erstmals konnte man damit die Epizentrumzone am Meeresboden untersuchen, das Ergebnis ist besorgniserregend. Die Tsunami des Erdbebens lief dreimal um die Erde wie man heute weiß, die Erdachse erhielt einen geringen Schlag und die Erdumdrehung beschleunigte sich im Bereich von Sekundenbruchteilen. Die Inselgruppe der Sumatra vorgelagerten Mentawai-Inseln hob sich u, ca. 1,4 Meter, Riffe und Lagunen liegen heute trocken. Ein dort ansässiger Geologe und Vulkanologe, der die Zone seit 30 Jahren beobachtet und vermisst, befürchtet eine zweites vergleichbar schweres Seebeben wie am 26.12.2004, da sich die Zone noch nicht vollständig entspannt haben könnte, die Spannungsperioden bis zur Entladung bemessen sich dort um 3-400 Jahre aufgrund der hohen Tektonikaktivität und der Geschwindigkeit, mit der hier die Platten aufeinanderprallen. Besonders bedroht die Metropole Padang mit ca. 1 Million Einwohnern an der Südküste Sumatras mit einer Vorwarnzeit von 15 Minuten. Inzwischen wird dort die schnelle Evakuierung der Stadt im Rahmen der Katastrophenschutzübungen trainiert.

Inzwischen kennt man eine weitere massive Gefahr als Auslöser für Tsunamis: Methanhydrat. Methangas gebunden in Eis kommt nicht nur in der Tiefsee vor, es durchzieht als "Zement" auch die Tiefseesteilhänge, die teilweise mehrere tausend Meter tiefen Abbrüche an den Meeresschelfkanten, den Kontinentalsockeln. Dieses in Wassereis gebundene Gas stabilisiert die Abhänge. Man kann sich das an Land ähnlich wie den festen Permafrostboden im Hochgebirge vorstellen. Taut der auf bricht der Berg zusammen, vereinfacht gesagt. Aber der Vergleich hinkt. Wenn das Gas auftaut und gasförmig wird dehnt es sich explosionsartig von einem Liter Volumen auf 165 Liter aus, es kann also ganze Hänge wegsprengen und massive Felsstürze auslösen, Schlamm- und Felslawinen über hunderte Kilometer Länge und mehrere tausend Meter Laufweg. Das sind viele  Millionen Tonnen Wasser, die schlagartig verdrängt würden wie bei einem Erdstoß. Ursachen können natürliche Gegebenheiten sein, Strömungs- und vor allem Temperaturänderungen, wenn sich insbesondere durch die Klimaerwärmung das Meerwasser, auch das Tiefenwasser langsam erwärmt. Es ist von Gas-Blow-outs bekannt, dass sich auf See dann eine hochexplosive Gaswolke bildet, ebenso wie dabei das Wasser erheblich an Tragfähigkeit verliert. Schiffe wie Bohrinseln sind bereits gesunken, weil der Auftrieb in solchen Blow-outs zusammenbrach. Es stellt sich die Frage, wo solche Tsunamis entstehen können. Eigentlich überall, auch in der Nordsee. Heute geht man davon aus, dass es an der Schelfkante vor Norwegen vor etwa 8.000 Jahren eine solche Rutschung gab über eine Länge von mehreren hundert Kilometern. Die "Storega-Rutschung" löste eine Tsunami von der etwa doppelten Höhe der Tsunami 2004 aus. Die Flutmarken fand man in Norwegen wie England. Die Forschergruppe um Prof. Bormann, die seit 1996 das Problem intensiv weltweit erforscht, simulierte in Modellen und in Tankversuchen an der TU Berlin umfassend dieses Problem. Ergebnis: eine etwa halb so gewaltige Ruschtung wie die Storega-Rutschung würde in der mittleren Nordsee eine Wellenhöhe von ca. 20 Meter (Norwegen) bis um 10 Meter (Schottland) bewirken, was die meisten dortigen auf Seehöhe liegenden Orte vernichten würde. Die Welle würde in den engen Fjordtrichtern noch weiter an Höhe und Gewalt gewinnen. Diese Welle würde auch in die Deutsche Bucht laufen. Da dort bis vor Norwegen jedoch eine relative Flachsee besteht würde sie sich dort weitgehend totlaufen, ehe sie als dann eher milde Hochwasserwelle die Kontinentalküste und Südengland erreicht. Wo die Schelfsockel näher am Festland liegen, wie im Atlantikbereich, und an steil abfallenden Küstenzonen würde eine solche Rutschungs-Tsunami mit der vollen Wucht einschlagen. Man weiß heute auch, dass es fast tägliche "Mini-Tsunamis" weltweit gibt, dass solche Wellen geologischer Alltag sind. Zumeist sind sie so gering, dass sie garnicht bemerkt werden. Dennoch müssen die aufgezeicheten Katastrophen vor 2004 zuletzt mit einer Magnitude von 9.6 der Erdbebenskala vor Chile neu bewertet und das Thema ernster genommen werden als bisher insbesondere, wenn es erforderlich wird, Methangas als Erdölersatzernerieträger industriell auszubeuten. Die Methangasmenge schätzt man auf 10 Billionen Tonnen, das Doppelte der Erdölvorräte. Allerdings verflüchtigt sich das Gas beim Aufstieg im Wasser, die "Ernte" wird also ein besonderes technisches Problem. Gerade in der Nordsee stehen die Öl- und Gasförderplattformen in Methangasfeldern, sie arbeiten sich auf größere Tiefen die Kontinentalsockel hinab bis derzeit auf gut 1.000 Meter Wassertiefe. Da dadurch die Gewichte der Anker und Dicken wie Längen der Ketten zur Bohrinselverankerung erheblich angewachsen sind haben sich auch die Windenleistungen der Ankerziehschlepper massiv verstärkt auf bis um 300 Tonnen derzeit, das nur nebenbei.

Betrachtet man die Tsunamischäden in Asien wie die Hurrikanschäden an der US-Küste im Golf von Mexiko ist nicht nur der akute Ereignisschaden relevant, sondern viel tiefer greifend die Zerstörung der gewachsenen Infra- und Versorgungsstrukturen, die Wirtschaft der Region, deren Neubau dann ebenfalls Jahre in Anspruch nimmt und die Volkswirtschaften massiv belastet. Nehmen die Natureignisse zur Mehrfachzerstörungen zu - zu erwarten gerade in den Hurrikan- und Taifunzonen - sind großräumige Umsiedlungen die logische Folge mit allen Problem, die dann daran hängen. Oder es ist nur eine Frage der Zeit, wann die nächste Katastrophe erfolgt. Die menschlichen Traumatisierungen als Folge einer einzelnen Katastrophe sind ebenfalls erheblich. Neben der schnellen akuten Hilfe sind anschließende Langzeitprogramme der Regierungen und der Welthilfe zwingend. Solche schweren Ereignisse wie Erdbeben und Rutschungen erfolgen derzeit noch ohne Vorwarnung spontan, mit teiles Vorwarnzeiten im Minutenbereich bis wenigen Stunden. Alles hängt also davon ab, wie gut Vorwarnsysteme arbeiten und wie schnell die Warn- und Rettungsdienste reagieren können.

Wasser hat die sechshundertfache Dichte von Luft, es ist also hart wie Beton. Ein Kubikmeter Wasser wiegt eine Tonne. Ein Schiff von 30 Meter Breite hat, wenn es es 20 Meter tief in eine Welle taucht - rechnet man vereinfacht ein quadratisch-breites Deck - und die Welle 10 Meter hoch an Deck steht, ein Gewicht von 6.000 Tonnen an Deck von einer Minute zur anderen. Ein mittelgoßer Frachter wiegt selbst um 15.000 bis 25.000 Tonnen. Das ist nicht alles. Die Welle läuft mit etwa 25 Knoten Geschwindigkeit, das Schiff fährt mit 10 Knoten reduzierter Fahrt gegenan. Das Schiff und der Betonblock mit einer Masse und statischen Dynamik von 6.000 und bis 25.000 Tonnen prallen also mit einer gemeinsamen Beschleunigung von  35 Knoten = 65,1 Stundenkilometern aufeinander.

Wer einmal mit 65 Sachen mit seinem Auto gegen einen Brückenpfeiler gefahren ist weiß, was dann passiert und wie das aussieht. Ein Schiff macht das nicht nur einmal. Die Wellen schlagen im Minutentakt ein, nicht immer so wuchtig, aber oft genug, und das kann über Tage andauern. Leicht erklärlich, warum sich solider Schiffbaustahl sehr schnell zu Wellblech falten oder ganz verschwinden kann, und warum ein Schiff einfach in Stücke bricht, vor allem, wenn es älter und stark angerostet ist. Und es kann natürlich umschlagen und kentern mit einer solchen Gewichtsmasse an Deck, wenn die nicht sofort wieder abläuft.

Ein Schiff kann sich in einer Welle regelrecht festfahren und drin stecken bleiben. Es kommt erst wieder frei, wenn die Welle weiterzieht und es loslässt. Es kann dabei umgerissen werden.

Jedes Schiff hat eine Eigenfrequenz oder Eigenresonanz. Sie ist erreicht, wenn der Abstand zwischen den Wellenkämmen genau so lang ist wie das Schiff. Dann schwimmt es nur noch mit den spitzen Schiffsenden, die breite tragende Mitte liegt hohl, das Schiff kann durchbrechen oder einfach umfallen. Die dynamische und statische Stabilität ist weg, der hydrodynamische Rollwiederstand ist weg, der Schiffsschwerpunkt relativ zur hydrodynamischen "Auftriebskraft" und Hydrostatik verschiebt sich drastisch zur "Topplastigkeit" und es treten die maximalen Bruchbelastungen auf. Besonders gefährdet sind sehr schlank und auf Geschwindigkeit gebaute Schiffe mit sehr scharfen Schiffsenden und langen sowie hohen Überhängen, Aufbauten und Ladungen, also gerade schnelle Containerschiffe, aber auch Kreuzfahrt- und Passagierliner mit hohen Toppgewichten. Gefährdet sind auch Schiffe mit tiefen, aber schweren Ladungen hoher Punktbelastung im Schiff, also Massengutfrachter mit Erzladungen und anderen schweren Sachen. Ebenso gefährdet sind Schiffe mit flüssigen Ladungen, wenn diese große freischwingende Oberflächen haben, die Ladung also in den Tanks großzügig herumschwappen kann. Das ist genauso gefährlich. In Interferenzwellenzügen kann das schlagartig passieren, wen sich plötzlich die Wellenabstände ändern. Schlägt dann da noch eine große Welle drauf ist das Schiff Kleinholz. Es kann dann binnen Sekundenfrist gesunken sein. Da kommt keiner mehr lebend herunter, es sei denn, er hat einen besonderen Schutzengel. Wer das auf der Brücke nicht schon im Ansatz erkennt und mit Kursänderung und Fahrtstufenwechsel abfängt hat verloren. Dafür muss man Instinkte entwickeln, oder wie es der Vormann (Kapitän) eines Seenotkreuzers einmal ausdrückte "Ein Schwein erkennt man an seinem Gang".

Seegangs-Dopplerradar:

Inzwischen gibt es eine Neuheit, die helfen soll, solche Crashs zu vermeiden, das Seegangs-Dopplerradar. Wellen machen im Radar Echos, teils so groß, dass man die Schiffe nicht mehr erkennt. Aus der Wetterforschung kennt man das Wetter-Dopplerradar schon lange. Man misst damit Zuggeschwindigkeiten und Zugrichtungen. Mit dieser Technik kann man auffällige Wellenzüge schon frühzeitig erkennen und einmessen. Man hat also die Chance, davon rechtzeitig wegzufahren, wenn das noch möglich ist, oder andere Schutzvorkehrungen zu treffen, Alarm auszulösen, die Fahrt zu reduzieren, das Schiff anders vor die See zu legen, um den Einschlag abzumildern. Das ist vor allem bei Unsichtigkeit und Nacht überlebenswichtig, wenn man nur, wenn überhaupt, mit dem Scheinwerfer die anrollende See anleuchten kann um zu sehen, was da kommt.  

Aber etwas anderes wird "richtig teuer" werden.

Die DIN-Normen, also die Bau- und Versicherungsvorschriften sind für statische und materialtechnische Belastungen bei periodischer, also regelmäßiger Wellenschwingung und Wellenhöhen bis 16 Meter ausgelegt. Der Flächendruck  darf je 1 qm Fläche unverformt bis 16 Tonnen betragen, mit Verbeulung bis 32 Tonnen.  Die real gemessenen Schübe und Drücke in solchen Monsterwellen betragen über 100 Tonnen. Vergleichbares gilt für die Biege- und Verdrehungslasten sowie das "Durchhängen" im Wellental und "Durchbeulen", wenn das Schiff mit der Mitte auf der Welle sitzt und die Schiffsenden frei hängen, auch die "Torsionskräfte" genannt.

Erste Berechungen haben ergeben, dass man einen Frachter um mindestens 15 % schwerer bauen muss bei den erforderlichen neuen Materialstärken und Strukturelementen. Die frühere mittlere Plattenstärke des Schiffbaustahls lag zwischen 15 bis 25 mm. Moderne Containerschiffe benötigen Platten bis 80 mm Stärke. Damit hat man früher schon Kriegsschiffe gepanzert, diese Stärken sind problematisch beim Schweißen. Der Trend geht jedoch zu zäheren und dünneren Spezialstählen, heute im Marineschiff- und Yachtbau herunter bis zu 8 und 4 mm. Frachtschiffe wie Yachten sollten leichter und damit billiger in den Betriebskosten werden, Die Yachten dürfen dann bei schwerer See ohnehin nicht mehr aus dem Hafen (Stichwort "Malta-Klasse", Fahrterlaubnisbeschränkung über Windstärke 6). Aber wann weiß man das schon ganz genau, ob und ob es dahin kommt, wo man hin wollte?, Was ist, wenn man sowieso gerade unterwegs ist und den nächsten Pflicht-Nothafen anlaufen müsste, kann man dann der Wetterfront überhaupt noch ausweichen? Ist es gefährlicher, unter Land zu gehen und das Schiff da zu riskieren oder das Wetter draußen abzureiten, was normalerweise immer sicherer ist, es sei denn, es trifft einen ein schwerer Seeschlag? Da bleibt vieles offen, das nicht in die Normen und Vorschriften passt. Bei Marineschiffen hat man die Platten dünn gemacht in der Hoffnung, dass, wenn schon, ein Geschoss durch das Schiff schlägt und draußen explodiert, statt im Schiff stecken zu bleiben und drinnen zu explodieren. Das ist ein sehr großer Unterschied.

Kurz gesagt, die Analyse der Probleme, die Ausarbeitung neuer Normen hat gerade erst begonnen.

Die wissenschaftliche Bestätigung des Vorhandenseins der "Monsterwellen" ist das größte Problem, die größte Herausforderung der Seetransport- und Schiffbauwirtschaft seit Beginn des Eisen- und Stahlschiffbaues überhaupt. Eigentlich muss nun die gesamte Weltflotte ausgewechselt werden, und die neue wird erheblich teurer. Es gibt ein quantitatives Stahlproblem. Schon jetzt sind die Werftkapazitäten durch den Austausch der Tankerflotten gegen Doppelhüllentanker bis 2010 mit Lieferzeiten über mehrere Jahre gebunden. Für die Versicherungswirtschaft ist das mehr als spektakulär. Es wird neue Bedingungen und Prämien geben müssen. Das wiederum wird auf die Transportkosten und Verbraucherpreise durchschlagen. Da durch den laufenden Klimawandel die Schwere und Häufigkeit der Wetterphänomene zunehmen wird verschärft sich diese Situation daraus noch einmal dramatisch.

Eine Sache ist ebenso wichtig, hier nur kurz gestreift: die steigenden Ölpreise und Schiffsdieselölkosten, damit verbunden die Motoren- und Antriebstechnik. Wie eine Bombe schlug die jüngste Nachricht der Bundesregierung ein, alternative Biodieselkraftstoffe voll zu besteuern. Folge: das hochtoxische Schweröl wird noch einmal hochattraktiv als einzig mögliche Kostenalternative, um die Transportkosten zu halten und die steigenden Versicherungs- und sonstigen Kosten aufzufangen, als "Bestandserhaltung" und Vermehrung der Schweröl fahrenden "Sondermüllverbrennungsanlagen" nach der Schwerölgefahrenklasseneinstufung.  Man weiß heute, das der überwiegende Teil der Luft-Umweltbelastung an den Küsten aus den Schornsteinen der Schweröl fahrenden Schiffe stammt. Dazu kommt, das Schwerölangebot verknappt sich zunehmend, politisch gewollt wie durch die weitere "Tiefenraffinade" der Raffinerien, die auch das letzte aus den Ölen herausholen, sodass als "Schweröl" nur noch der wirklich absolut unbrauchbare höchstgiftige und umweltbelastende Ölschlamm zurückbleibt. Für die Schiffe bedeutet das wiederum, man braucht mehr von diesem Gift, weil dessen Heizwert weiter sinkt und der technische und Energie-Aufwand zur Herstellung der Verbrennbarkeit des Schweröls in den Motoren weiter steigt.

Im Jahre 2003 wurden weltweit ca. 3,3 Milliarden Tonnen Rohöl verbraucht. 700 Millionen Tonnen betrug der Anteil an Schiffsdiesel. In Mehrheit hochtoxisches Schweröl, in Minderheit wesentlich teurere hochwertige Marinedieselkraftstoffe (einschließlich marine-gasturbinenzugelassene Turbinenkraftstoffe).  Mit der Alternative Biodiesel ist eine Investitions- und Innovationswelle für den Motoren- und Kraftwerksanlagenbau verbunden. Das wird mit der Vollbesteuerung der Biokraftstoffe nachhaltig verzögert bis gestoppt.

Diese Situation und Erkenntnislage bedingt, ein neues Seenotrettungs-System zu entwickeln mit Schwerpunktsetzung auf die hohe See mit neuem Material, neuer Organisation und Einsatzstruktur, und dafür ausgebildetem neuen Personal.

Wer sich tiefer informieren möchte:

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