Welle

Warum rauscht das Meer?

Das Rauschen des Meeres wird von den meisten Menschen als angenehm empfunden, obwohl es sogar bis zu 100 Dezibel laut werden kann, was etwa einem Presslufthammer in 10 Metern Entfernung entspricht. Jedes Rauschen entsteht aus einer Überlagerung von Schallwellen mit unterschiedlichen Frequenzen. Aber was erzeugt diese Schallwellen? Ist es das Auftreffen der Wellen auf das Ufer? Nein, denn manchmal ist Meerrauschen auch auf hoher See zu hören, nämlich immer dann, wenn sich Wellen brechen.

Die Grafik zeigt, wie sich die Wellen mit fallender Tiefe verändern. Nach rechts steigt das Ufer an. Im tiefen Wasser sind die Wellenlängen konstant. Wenn das Wasser flacher wird, verkleinert sich die Wellenlänge und die Wellenhöhe steigt. Rechts sieht man, wie die Welle bricht und kleine Luftbläschen im Wasser vibrieren.
Abhängigkeit der Wellenform von der Wassertiefe

Erreicht das Verhältnis von Wellenhöhe zu Wellenlänge einen bestimmten maximalen Wert, wird die Welle instabil. Sie überschlägt sich und bildet eine weiße Schaumkrone. Läuft eine Welle auf ein ansteigendes Ufer zu, nimmt mit der Wassertiefe auch die Geschwindigkeit der Welle durch Reibungseffekte mit dem Meeresboden ab. Die Welle wird gestaucht. So türmt sie sich im Uferbereich immer weiter auf und bricht schließlich.

Während des Wellenbrechens mischen sich Milliarden von Luftbläschen ins Wasser. Und diese sind es schließlich, die für das Rauschen verantwortlich sind. Die Bläschen werden durch den Druck des Wassers verformt, d. h. aus ihrer Ruhelage ausgelenkt, um welche sie dann zu schwingen beginnen. Dadurch entstehen Schallwellen, die sich erst durch das Wasser und dann durch die Luft ausbreiten. Die Frequenz der Schallwelle ist von der Größe des jeweiligen Bläschens abhängig: Je größer das Luftbläschen ist, desto tiefer ist der Ton. Und weil die Größen ganz unterschiedlich sind, entsteht ein Rauschen, zu dem auch die Geräusche platzender Bläschen beitragen.

Das Foto zeigt eine Welle, die gerade bricht, von der Seite. Dabei entsteht eine weiße Schaumkrone. Man sieht in einen Tunnel aus Wasser hinein.
Brechende Welle

Die Größenverteilung der Bläschen haben Wissenschaftler von der Scripps Institution of Oceanography in San Diego untersucht und dabei festgestellt, dass man zwei Kategorien von Bläschen unterscheiden kann. Einerseits entstehen die großen Blasen mit Durchmessern von einem Millimeter bis zu einigen Zentimetern, wenn die Welle sich nach vorne überbeugt und sich der bei Surfern beliebte Tunnel bildet. Prallt nun die Wellenspitze auf die Wasseroberfläche, entstehen andererseits kleine Bläschen von einigen Mikrometern bis zu einem Millimeter Größe. Eine genaue Kenntnis der Größenverteilung ist für Klimamodelle wichtig, da die Meere große Mengen CO2 auf diese Weise aus der Luft aufnehmen.

Wissenschaftlicher Artikel zum Thema:

Grant B. Deane and M. Dale Stokes, Scale dependence of bubble creation mechanisms in breaking waves, Nature 418, 839-844 (22. August 2002)