Tsunami-Physik
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RADICES der Kanarischen Kiefern

Das ist meine Zusammenfassung zur Dynamik der Tsunamis,..

...die aus Diskussionen mit Kollegen entstand, die mich "als Physikerin" zu dem Thema befragten.
Die Darstellung ist sehr vereinfacht, da Hydrodynamik generell sehr kompliziert ist, und die Bewegung von Wasserwellen insbesondere.

Diese Zusammenfassung entstand kurz vor einem Urlaub auf einer Insel,  die schon seit einigen Jahren ein Tsunami-Kandidat ist: La Palma.

Eine Internet-Suche nach "La Palma" und "Tsunami" liefert Sensationslüsternes, aber auch die Orginalpapers. Ich habe mir auch wissenschaftliche Arbeiten angesehen: Es wird modelliert, wie der Tsunami beim "Auseinanderbrechen" La Palmas entstehende Tsunami aussehen würde. Unklar ist aber, wie hoch die Wahrscheinlichkeit wirklich ist.

Tsunamis sind Wellen, die eher mit der Schockfront einer Überschallwelle als mit den üblichen oberflächlichen "klassischen Meereswellen" verglichen werden können.

Trotzdem ist ein Tsunami eine Welle im allgemeinsten Sinn: eine eher "Puls-förmige" Störung, die sich vom Zentrum weg radial ausbreitet. Im Zentrum befindet sich das Erdbebenzenturm, an dem sich ein Teil der Erdkruste plötzlich um - im konkreten Fall - ca. 10 Meter nach unten bewegt. 10 m scheinen nicht viel zu sein. Mit der Bewegung vom "10 Metern Wasser" ist aber eine enorme Änderung in ihre potentiellen Energie (Energie "aufgrund von Höhe") über der Erdoberfläche verbunden. Diese Energie wird nun in Bewegungsengergei (kinetische Energie) umgesetzt wird. Das ist grob vergleichbar damit, dass beim Loslassen eines Pendels potentielle in kinetische Energie umgesetzt wird.

Im Unterschied zu den "windgetriebenen" Wellen an der Wassseroberfläche läuft bei einem Tsumani ein "Störungspuls" oder eine "Schockfront" vom Zentrum weg, der sich von der Meeresoberfläche bis zum Boden erstreckt. Man kann sich das wie einen hohlen Zylinder vorstellen, dessen Wanddicke den Bereich darstellt, der gerade von der Störung erfasst wird (wie die berühmte Subraumverzerrung in den Science Fiction Filmen, die sich nach der intergalaktischen Explosion im Weltall ausbreitet).

Wichtig: Nicht bestimmte Wasserteilchen laufen vom Zentrum nach außen, sondern eine bestimmter Bereich des Wassers wird "gestört", gibt seine Energie an benachbarte Bereiche weiter und ist dann wieder "in Ruhe". Hier strömt "Energie", nicht einzelne Teilchen (so als ob man am Ende eines Seiles oder einer Peitsche kurz eine Störung aufprägt, die sich dann zum anderen Ende läuft).

Nur so können die hohen Geschwindigkeiten von einigen 100 km/h wirklich erklärt werden. Auf dem offenen Meer ist die Geschwindigkeit eines Tsunamis in etwa konstant und nur von der Meerestiefe abhängig (das ergibt sich aus der freigesetzten Energie). Da sich die Welle zylindrisch vom Zentrum wegbewegt und damit der "Störungring" ständig wächst, wird sie geringfügig niedriger. Sehr hoch ist sie aber ohnehin nicht - auch in wenigen Metern Höhenunterschied steckt viel Energie. Dir Breite dieses Ringes ist übrigens relativ groß - tatsächlich ist der Bereich der "rasenden Front" eher breit als hoch.

Nahe am Ufer wirkt sich dann aus, dass die Geschwindkeit von der Wassertiefe abhängt - und diese wird schnell geringer. Die Wellen werden langsamer, die Energie muss aber "irgendwo hin", deswegen türmen sich die Wellen auf. Die weiter aus dem Wasser ragenden Bereiche sind "noch schneller" und überholen die "unteren Bereiche" - deswegen "fällt die Front" vorne über und bricht.

Detaillierte Einführung zu Hydrodynamik und Wellen inkl. der Berechnung der Geschwindigkeit von Wellen im Tsunami:
http://www.tphys.physik.uni-tuebingen.de/muether/physik1/skript/07-01.pdf
 

radices.net ist eine Website von Elke Stangl, siehe Impressum. Wer versucht ist, das alles hier zu ernst zu nehmen, sollte zur Sicherheit auch folgende Sites besuchen EPSI, Subversives