Einführung in die Ozeanographie

Die meisten Wellen, die im vorherigen Abschnitt besprochen wurden, bezogen sich auf Tiefwasserwellen im offenen Ozean. Was passiert aber, wenn sich diese Wellen in Richtung Küste bewegen und auf flaches Wasser treffen? Erinnern Sie sich daran, dass die Geschwindigkeit einer Welle in tiefem Wasser von ihrer Wellenlänge abhängt, in flachem Wasser jedoch von der Tiefe (Abschnitt 10.1). Wenn sich die Wellen dem Ufer nähern, „berühren“ sie den Boden in einer Tiefe, die der Hälfte ihrer Wellenlänge entspricht, d. h., wenn die Wassertiefe gleich der Tiefe der Wellenbasis ist (Abbildung 10.3.1). An diesem Punkt beginnt ihr Verhalten durch den Boden beeinflusst zu werden.

Wenn die Welle den Boden berührt, wird sie durch Reibung langsamer. Wenn eine Welle langsamer wird, holt die dahinter liegende Welle sie ein, wodurch sich die Wellenlänge verringert. Die Welle enthält jedoch immer noch die gleiche Energiemenge, so dass die Wellenlänge abnimmt, während die Wellenhöhe zunimmt. Schließlich übersteigt die Wellenhöhe 1/7 der Wellenlänge, und die Welle wird instabil und bildet eine Brecherwelle. Oft beginnen sich Brecher beim Brechen nach vorne zu wölben. Das liegt daran, dass sich der untere Teil der Welle vor dem oberen Teil der Welle abzubremsen beginnt, da er als erster Teil auf den Meeresboden trifft. Der Wellenberg ist also dem Rest der Welle „voraus“, hat aber kein Wasser unter sich, das ihn stützt (Abbildung 10.3.1).

Es gibt drei Haupttypen von Brechern: Überlauf, Eintauchen und Brandung. Sie hängen mit der Steilheit des Meeresbodens zusammen und damit, wie schnell die Welle langsamer wird und ihre Energie abgebaut wird.

• Überlaufende Brecher bilden sich an sanft geneigten oder flacheren Stränden, wo die Energie der Welle allmählich abgebaut wird. Die Welle nimmt langsam an Höhe zu und bricht dann langsam in sich zusammen (Abbildung 10.3.2). Für Surfer bieten diese Wellen einen längeren Ritt, aber sie sind weniger aufregend.

• Tauchende Brecher bilden sich an steiler geneigten Ufern, wo es zu einer plötzlichen Verlangsamung der Welle kommt und die Welle sehr schnell höher wird. Der Scheitel überholt den Rest der Welle, rollt nach vorne und bricht mit einem plötzlichen Energieverlust (Abbildung 10.3.3). Dies sind die „Pipeline“-Wellen, die von Surfern gesucht werden.

• An den steilsten Küstenlinien bilden sich Brandungswellen. Die Wellenenergie wird sehr plötzlich direkt an der Küstenlinie komprimiert, und die Welle bricht direkt auf den Strand (Abbildung 10.3.4). Diese Wellen sind für Surfer zu kurz (und möglicherweise schmerzhaft), um sie zu genießen.

Wellenbrechung

Wellen können überall im Ozean entstehen und daher aus fast jeder Richtung auf einen Strand treffen. Aber wenn Sie schon einmal an der Küste gestanden haben, ist Ihnen wahrscheinlich aufgefallen, dass die Wellen in der Regel etwas parallel zur Küste auf das Ufer treffen. Dies ist auf die Wellenbrechung zurückzuführen. Wenn sich eine Wellenfront in einem Winkel dem Ufer nähert, berührt das Ende der Wellenfront, das dem Ufer am nächsten ist, den Boden vor dem Rest der Welle. Dies führt dazu, dass der flachere Teil der Welle zuerst langsamer wird, während der Rest der Welle, der sich noch in tieferem Wasser befindet, mit seiner normalen Geschwindigkeit weiterläuft. Je mehr die Wellenfront auf flacheres Wasser trifft und langsamer wird, desto mehr bricht sich der Wellenfont und die Wellen richten sich fast parallel zur Küstenlinie aus (sie werden in Richtung der Region mit der geringeren Geschwindigkeit gebrochen). Wie wir in Abschnitt 13.2 sehen werden, führt die Tatsache, dass die Wellen nicht genau parallel zum Strand ankommen, zu küstenparallelen Strömungen und küstenparallelem Transport.

Die Brechung kann auch erklären, warum die Wellen an Landspitzen und Landzungen tendenziell größer und in Buchten kleiner sind. Eine Wellenfront, die sich dem Ufer nähert, berührt den Boden vor einer Landzunge, bevor sie in einer Bucht den Boden berührt. Auch hier verlangsamt sich der flachere Teil der Wellenfront und bewirkt, dass sich der Rest der Wellenfront in Richtung der langsameren Region (der Spitze) bricht. Nun konzentriert sich die gesamte ursprüngliche Wellenenergie in einem relativ kleinen Bereich vor der Spitze, wodurch große Wellen mit hoher Energie entstehen (Abbildung 10.3.6). In der Bucht haben sich die Wellenfronten durch die Brechung voneinander wegbewegt, wodurch sich die Wellenenergie zerstreut hat und das Wasser ruhiger und die Wellen kleiner geworden sind. Dadurch sind die großen Wellen eines „Point Break“ ideal zum Surfen, während das Wasser in einer Bucht, in der man ein Boot zu Wasser lassen würde, ruhiger ist. Dieser Unterschied in der Wellenenergie erklärt auch, warum es an Landspitzen zu einer Nettoerosion kommt, während sich in Buchten Sand und Sedimente ablagern (siehe Abschnitt 13.3).