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News: Von Wind und Wellen

Wenn auf offener See die Wellen brechen, werden Aerosole freigesetzt, gelangen Gase ins Wasser und werden Meeresströmungen angetrieben. Kurzum: Wellen sind für das Klima von großer Bedeutung. Allein ihre genaue Erforschung war bislang schwierig. Jetzt konnten Forscher erstmals die Wechselwirkungen von Wind und Wellen mathematisch beschreiben.
Flug über das Meer
Auf den ersten Blick scheint es wenig spektakulär, dass Ken Melville und Peter Matusov von der Scripps Institution of Oceanography in San Diego die Ersten sind, die einen mathematischen Zusammenhang zwischen der Windgeschwindigkeit und der Länge einer sich auf dem offenen Ozean brechenden Welle herstellen konnten. Doch es sind diese Wellen, welche die Energie des Windes auf die Meeresströmungen übertragen und den Stoff- und Energiehaushalt zwischen Meer und Atmosphäre steuern.

Bislang war man bei der Erforschung dieser Mechanismen auf unbewegte Luft- oder Satellitenbilder von Wellen angewiesen, deren Bewegungen sodann mit denen künstlicher Wellen im Labor verglichen wurden - ein aufwändiges und ungenaues Verfahren.

Deshalb waren Melville und Matusov im Rahmen des Shoaling Waves Experiment (SHOWEX) mit einem kleinen Flugzeug in 450 Metern Höhe über die offene See vor North Carolina geflogen und hatten die Wellen unter ihnen auf einen Videofilm gebannt. Zu jeder Zeit erfolgte eine präzise Standortbestimmung mithilfe des global positioning systems (GPS). Hinzu kamen Messungen von Windstärke und -richtung.

Mithilfe der digitalen Bildauswertung vermochten die Forscher anschließend, die Wechselwirkungen von Wind und Wellen statistisch zu beschreiben - und kamen dabei unter anderem zu dem Ergebnis, dass die Länge sich brechender Wellen mit dem Quadrat der Windgeschwindigkeit korreliert. Ähnlich exakt ließ sich auch die Länge der Schaumkronen mit der Wellengeschwindigkeit in Beziehung setzen.

Desweiteren fanden die Forscher heraus, dass die großen Brecher, die mehr als zehn Meter voneinander entfernt sind, wohl vornehmlich die oberflächennahen Meeresströmungen antreiben, während die kleinen Wellen mit Abständen von weniger als einem Meter den Wärmeaustausch zwischen Luft und Wasser vornehmen. Je aufgewühlter ein Ozean ist, umso höher sind die Energieflüsse, die ihrerseits die Bildung von Stürmen steuern.

Auch was den Gasaustausch betrifft sind Wellen ein bedeutsames Bindeglied zwischen Ozean und Atmosphäre. Luftblasen werden dutzende von Metern in die Tiefe gerissen, wo sie sich des hohen Drucks wegen im Wasser lösen. So gelangen nicht nur Sauerstoff und das Treibhausgas Kohlendioxid, sondern auch Schadstoffe aus der Luft ins Meer. Andererseits sprühen die platzenden Bläschen der Gischt Wasser und Salze in die Atmosphäre, wo sie in Gestalt von Aerosolen bei der Bildung von Wolken beteiligt sind.

Demnächst wollen Melville und Matusov ihre Methode bei der Erforschung der Hurrikane erproben. Sie entstehen über dem Meer, wo Wellen sie mit der Wärmeenergie des Wassers versorgen - während die Aerosole der Gischt die Luft abkühlen und den gefährlichen Sturm bändigen können.

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