Kleine Höhenschwankungen am Meeresboden bündeln Tsunamiwellen

8. Dezember 2015

Tsunamis gehören zu den verheerendsten Naturkatastrophen. Obwohl die Seebeben, von denen sie meist ausgelöst werden, bisher nicht vorhersehbar sind, vergeht zwischen der Entstehung von Tsunamis und ihrem zerstörerischen Auftreffen auf die Küste kostbare Zeit, die man für Frühwarnsysteme nutzen kann. Die Zuverlässigkeit solcher Systeme ist eng mit der Genauigkeit, mit der die Ausbreitung von Tsunamiwellen vorherberechnet werden kann, verknüpft. Forscher vom Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation (MPIDS) in Göttingen zeigen nun in ihrer Publikation "Random Focusing of Tsunami waves" in Nature Physics, dass diese Genauigkeit sehr empfindlich davon abhängen kann, wie präzise man den Höhenverlaufs des Meeresbodens kennt.

Elektronenwellen, die sich in einem Halbleiterkristall ausbreiten und von schwacher Unordnung im Kristall nur leicht aus ihrer geraden Laufrichtung ablenkt werden, zeigen eine überraschende Aufspaltung des Stroms in verästelte räumliche Strukturen. Göttinger Forscher haben nun gezeigt, dass der gleiche Mechanismus, der zur Verästelung des Elektronenflusses im Mikrometer (d.h. 1000tel Millimeter) Bereich führt, auch die Ausbreitung von Tsunamiwellen auf 1000-Milliarden-fach größeren Längenskalen erfasst und zu starken, schwer vorhersagbaren Schwankungen der Tsunamihöhe führen kann.

Verästelung der Tsunami-Energie durch kleine Meerestiefenschwankungen in einer Region des Indischen Ozean in der die Meerestiefe eine Standardabweichung von weniger als 7% aufweist.

Die Rolle der Unordnung im Kristall übernehmen bei Tsunamis die Schwankungen der Meerestiefe, d.h. unterseeische Berge und Täler. Einzelne kleine Berge oder Täler haben fast verschwindenden Einfluss auf die Tsunamiwellen, viele von ihnen, die durch ihre geologische Entstehungsgeschichte in einem räumlichen Zusammenhang stehen, können jedoch zur Fokussierung der Tsunami-Energie um ein 10-faches führen, selbst wenn die Höhe der Gebirge nur wenige Prozent der Meerestiefe beträgt ( Beispiel siehe Abbildung ).

Zufällige Fokussierung von Tsunamiwellen erschwert Vorhersagen

„Wir stellen in unserer Untersuchung fest, dass schon Meerestiefen-schwankungen, die kleiner sind als die Genauigkeit mit der man heute die Meerestiefe großflächig kennt, zu solchen Fokussierungen führen können. Daher werden zukünftige, verlässliche Tsunamivorhersagen diesen Effekt berücksichtigen und die Auswirkungen der Ungewissheit in der Meerestiefe für jede einzelne Vorhersage statistisch abschätzen müssen,“ sagt Dr. Ragnar Fleischmann als Leiter der Göttinger MPIDS-Studie.

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