Wellen

Warum laufen Wellen immer parallel zum Ufer?

Auf offenem Meer folgen die Wellen immer der Windrichtung. An der Küste beobachtet man aber Wellen, die parallel zum Ufer laufen. Dabei spielt es kaum eine Rolle, aus welcher Richtung der Wind weht oder wie die Küstenlinie geformt ist.

Die Grafik zeigt den Uferbereich eines Meeres. Die Wellenfronten bewegen sich von links kommend schräg zum Ufer. Mit fallender Tiefe drehen sie sich langsam zum Ufer bis sie parallel sind.
Refraktion

Der Grund hierfür liegt im Zusammenhang zwischen Ausbreitungsgeschwindigkeit und Wassertiefe. Wenn die Tiefe geringer als die halbe Wellenlänge wird, bremst Reibung zwischen oszillierenden Wasserteilchen und dem Meeresboden die Welle ab. Nimmt man an, dass die Windrichtung schräg zur Uferlinie verläuft, dann bewegt sich die Wellenfront auch unter diesem Winkel auf die Küste zu. Das bedeutet aber, dass eine Seite der Welle bereits auf flaches Wasser trifft und langsamer wird, während der Rest noch mit der ursprünglichen Geschwindigkeit weiterläuft. So dreht sich die Welle langsam, bis die Geschwindigkeit überall gleich und die Welle parallel zur Uferlinie ausgerichtet ist. Dieses Phänomen der Änderung der Wellenlaufrichtung in Abhängigkeit von der Wassertiefe ist auch unter der Bezeichnung Refraktion bekannt.

Wasserwellen

Diese Grafik zeigt, wie sich die Wasserteilchen bei Wellengang bewegen. Links sieht man, dass die Wasserteilchen sich auf Kreisbahnen bewegen, deren Radien mit der Tiefe abnehmen. Links ist zu sehen, was passiert, wenn das Wasser zu flach ist. Die Teilchen bewegen sich auf Ellipsen, die immer flacher werden, je näher man dem Boden kommt. Ganz unten bewegen sich die Teilchen fast nur noch vor und zurück.
Bewegung der Wasserteilchen bei Wellengang

Wasserwellen gehören zu den sogenannten Oberflächenwellen an der Grenzfläche zwischen zwei verschiedenen Medien, in diesem Fall Wasser und Luft. Für die Anregung einer Welle ist immer eine Energiequelle notwendig. Das kann neben der Energie des Windes die Bewegungsenergie eines fallenden Steines sein, der auf der Wasseroberfläche Kreiswellen verursacht, oder eine Wellenmaschine im Schwimmbad. Meereswellen entstehen durch die Reibung des Windes an der Wasseroberfläche. Je größer die Fläche ist, auf die der Wind wirkt, desto mehr Energie kann übertragen werden. Deswegen sind Wellen auf Seen im Allgemeinen kleiner als in der Ostsee und die wiederum kleiner als auf dem Ozean. Auch wenn der Wind nachlässt, setzt sich die Welle weiter fort.

Die einzelnen Wasserteilchen fließen dabei nicht mit der Wellenfront mit, sondern bewegen sich nahezu ortsfest auf Kreisbahnen. Wasserwellen können bis zu 30 Meter hoch werden.