Topografie macht interne Wellen im südchinesischen Meer besonders groß Rätsel unterseeischer Riesenwellen gelöst - scinexx | Das Wissensmagazin
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Topografie macht interne Wellen im südchinesischen Meer besonders groß

Rätsel unterseeischer Riesenwellen gelöst

Modell einer internen Welle im Ozean. Sie bildet sich zwischen dichterem salzigen Tiefenwasser und warmem, salzärmeren Oberflächenwasser. © NOAA

Sie sind die größten Wellen der Ozeane: Gewaltige Unterwasserwellen jagen durch das südchinesische Meer. Doch obwohl sie mehr als hundert Meter Höhe erreichen, sind diese Brecher an der Oberfläche kaum sichtbar. Wie diese rätselhaften Riesen entstehen und warum sie gerade dort so groß werden, hat jetzt ein internationales Forscherteam aufgeklärt. Demnach erzeugt das Zusammenspiel von Gezeitenstrom und der speziellen Topografie des Meeresgrunds in der Luzon-Meerenge diese internen Riesenwellen.

Unterwasser-Wellen sind an der Meeresoberfläche kaum zu spüren: Sie heben den Wasserspiegel gerade mal um wenige Zentimeter, wenn sie vorüberziehen. Doch unter Wasser bewegen sie Tonnen und erreichen Höhen von bis zu 170 Metern. Bemerkbar macht sich dies an der Grenzschicht zwischen warmen, weniger salzhaltigem Wasser oben und kaltem, salzigeren Wasser in der Tiefe. Diese Grenzschicht wölbt sich bei einer solchen internen Welle mehr als hundert Meter in die Höhe, der Kamm wandert dabei mit einigen Zentimetern pro Sekunde weiter.

Hochhausgroße Brecher

Bekannt sind solche internen Wellen von vielen flacheren Meeresgebieten. Am mächtigsten aber sind sie in der Luzon-Meeresenge zwischen Taiwan und den Philippinen. „Hier finden sich die kraftvollsten internen Wellen, die man kennt – hochhausgroße Brecher“, erklärt Thomas Peacock vom Massachusetts Institute of Technology (MIT). Sie lassen die Grenzschicht um bis zu 170 Meter auf und ab schwanken.

Diese im verborgenen ablaufenden Riesenwellen sind zwar für Schiffe keine Gefahr, sie sind aber ein wichtiger Einflussfaktor für das gesamt Meeres-Ökosystem und sogar das irdische Klima. Denn sie mischen warmes und kaltes Wasser und beeinflussen damit den globalen Wärmehaushalt. „Sie sind ein wichtiges, aber bisher fehlendes Puzzleteil in Klimamodellen“, erklärt Peacock. Denn bisher berücksichtigen die Modelle und Simulationen die Unterwasserwellen und ihren Effekt nicht oder nur ungenügend.

Topografie des Meeresboden in der Meerenge von Luzon: Hohe Grate ragen vom Meeresboden auf. © NASA

Gezeitenstrom in Meeresenge

Um dies zu ändern, haben Peacock und seine Kollegen nun mit Hilfe von Satellitenaufnahmen und Laborexperimenten versucht herauszufinden, wie die geheimnisvollen unterseeischen Riesenwellen entstehen. Dafür analysierten die Forscher zunächst mit Hilfe von Satellitendaten, wie sich diese internen Wellen in der Meerenge von Luzon entwickeln. Die Sensoren der Satelliten können feststellen, wo sich die Grenzschicht des Wassers gerade befindet und so den genauen Verlauf genau verfolgen.

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Dabei zeigte sich: in der Luzon-Straight bilden sich diese Riesenwellen in einem Zwölf-Stunden- Rhythmus. Das aber deutet darauf hin, dass die Gezeiten für ihre Entstehung eine wichtige Rolle spielen. Wahrscheinlich, so die Hypothese der Wissenschaftler, löst der über unterseeische Grate und durch schmale Kanäle strömende Gezeitenstrom die Unterwasser-Wellen aus. Aber was macht sie so riesig? Gibt es vielleicht eine Struktur am Meeresboden, die solche Wellen besonders fördert?

Stehende Wellen sorgen fürs Aufschaukeln

Um das zu überprüfen, führten Peacock und seine Kollegen das bisher größte Laborexperiment zu diesen Wellen durch. Sie füllten Meerwasser in einem 15 Meter großen Wassertank und ließen diesen rotieren. Den Boden des Tanks nahm ein maßstabsgetreues Modell der Topografie des Meeresbodens der Meerenge von Luzon ein. Und tatsächlich: Ließen die Forscher das Wasser über diese Unterwasserlandschaft strömen, begannen sich interne Wellen zu bilden. Anschließend veränderten die Wissenschaftler die modellierte Topografie, um die Bedeutung der einzelnen Formen für die Wellenbildung zu ermitteln.

Wie sich dabei zeigte, ist nicht eine bestimmte Stelle der gerippten Unterwasserlandschaft für die Riesenwellen von Luzon verantwortlich. Stattdessen sorgt der Abstand der in Nordwestrichtung aufeinander folgenden Doppelgrate für den Effekt. Denn diese Erhebungen sind gerade weit genug voneinander entfernt, um unter Wasser eine stehende Welle auszulösen. Zusammen mit den kleineren, durch den Rest der Topografie verursachen internen Wellen führt dies dazu, dass sich diese Wasserbewegungen aufschaukeln, so dass die Riesenwellen entstehen. (Geophysical Research Letters, 2013; doi: 10.1002/2013GL05806)

(Massachusetts Institute of Technology, 09.01.2014 – NPO)

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