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Schule > Physik > Akustik > Entstehung und Ausbreitung eines Tsunamis

Inhaltsverzeichnis

Definition ....................3
Entstehung ....................3
Ausbreitung ....................3
Aufgabe ....................5
Begriffe ....................6
Quellen ....................7Definition: Tsunamis sind Riesenwellen, welche durch starke Seebeben im Ozean entstehen. Der Name Tsunami kommt aus dem Japanischen und bedeutet Hafenwelle (Tsu = Hafen; nami = Welle). Tsunamis sind nicht mit sogenannten Riesen- oder Monsterwellen zu verwechseln. Diese besitzen einen anderen Ursprung. Man kann Tsunamis auf dem offenen Meer schlecht bemerken, da sie erst in Ufernähe an Größe zunehmen und ihre zerstörerische Kraft erreichen. Werden Küsten und ganze Landstriche durch einen Tsunami zerstört, spricht man von einer Naturkatastrophe.
Entstehung: Ein Tsunami entsteht in den meisten Fällen durch ein Erdbeben im Ozean, auch Seebeben genannt. Diese Seebeben entstehen, wenn sich z.B. tektonische Platten übereinander schieben. Ab einer Seebebenstärke von etwa 7,5 auf der Richterskala könnte somit ein Tsunami entstehen, da sehr viele Wassermassen abrupt verdrängt werden. Ebenso kann auch ein Vulkanausbruch, welcher Unterwasser ausgebrochen ist, ein Tsunami auslösen. Dazu muss der Ausbruch allerdings so stark sein, dass die Asche/Lava in sehr kurzer Zeit viel Wasser verdrängt. Weiter gibt es nicht nur Auswirkungen aus dem Ozean die einen Tsunami auslösen können, sondern auch von Land. Ein großer Erdrutsch oder der Einschlag eines Meteoriten kann somit genauso zur Auslösung beitragen..

Ausbreitung: Tsunamis breiten sich mit einer rasanten Geschwindigkeit von bis zu 1000 km/h aus. Jedoch hängt die Geschwindigkeit von der Wassertiefe ab. Bei einer Wassertiefe von 6000 Metern erreicht die Welle eine Geschwindigkeit von bis zu 800 km/h. In unserem Beispiel bei den Shetland-Inseln beträgt die Wassertiefe etwa 200 Meter. Das hätte eine Geschwindigkeit von bis zu 160 km/h. Die Geschwindigkeit einer Welle lässt sich mit Hilfe folgender Formel berechnen:
C=vg*h bzw. c[km/h]˜ v127*h[m]
C=Geschwindigkeit; g=Ortsfaktor; h=Wassertiefe
Je Tiefer die Wassertiefe ist, desto größer ist auch die Geschwindigkeit, in flacheren Gewässern ist sie folglich langsamer. Im Höchstfall können Tsunamis auf bis zu 20.000 km ausbreiten. Je näher die Welle an die Küste kommt, desto geringer werden die Geschwindigkeit und folglich auch die Wellenlänge, sodass die Welle immer größer wird, bis sie schließlich bricht.
Auf dem offenen Meer sind Tsunamis ohne Frühwarnsystem kaum zu erkennen, da sie höchstens eine Höhe von 1 Meter erreichen. Dadurch können selbst kleine Boote einen Tsunami nicht wahrnehmen und ebenso auch nicht gefährdet werden. Würde sich dann ein Wellental der Küste nähern, fließt das Wasser vom Strand in das Wellental. Durch diesen Effekt wird die Küste oft großflächig trocken gelegt, wie man es noch vom Tsunami im Pazifik Ende 2004 in Erinnerung hat. Diese Täler haben einen so starken Sog, dass sie ganze Häfen in kurzer Zeit bis auf den Meeresgrund trocken legen können. Viele kannten dieses Phänomen nicht und erkannten somit auch nicht die Gefahr, die sich gerade mit rasanter Geschwindigkeit dem Strand annähert. Es könnte bis zu einer halben Stunde dauern, bis die zerstörerische Flutwelle den Strand erreicht, denn typische Wellenlängen bei Tsunamis liegen zwischen 100 und 500 km. Für Wellen gilt allgemein die Beziehung zwischen Geschwindigkeit c, Wellenlänge und Wellenperiode T

Hat man die Geschwindigkeit und die Wellenlänge, kann man die Wellenperiode berechnen, also die Zeit zwischen der ersten und der zweiten Welle. Dafür gilt folgende Formel mit dem Beispiel 6000 m tiefe:
Die Welle baut sich innerhalb kürzester Zeit auf und kann eine höhe von bis zu 30 Metern erreichen. (Siehe folgendes Bild)
Aus Gründen der Wellenphysik hat ein Tsunami im flacheren Wasser eine sehr starke Strömung, welche zu den enormen Zerstörungen an Land führen.
Nach der ersten Welle kommen meist noch viele weitere Wellen, welche oft eine höhere Zerstörungskraft haben, als die erste Welle. Ein Tsunami kann in flachen Gebieten kilometerweit ins Landesinnere gelangen und dort sehr großen Schaden anrichten.
Aufgabe: Ein Tsunami entsteht bei den Shetland-Inseln.
Wann würde der Tsunami Bremerhaven erreichen?
Kann eine Aussage über die Anzahl von Wellen, die Höhe und den Abstand der einzelnen Wellen gemacht werden?
Zwischen den Shetland-Inseln und Bremerhaven liegen ca. 900 km. Da die Höchstgeschwindigkeit nach der Berechnung mit der Formel unter dem Punkt „Ausbreitung“ etwa 160 km/h beträgt, würde der Tsunami folglich in 5,6 Stunden Bremerhaven erreichen. Da die Nordsee in Richtung Bremerhaven an Wassertiefe verliert, würde sich auch die Geschwindigkeit verringern, was sich auch auf die Ankunft der Tsunami auswirken würde. Man kann also in etwa 7 Stunden mit dem Tsunami in Bremerhaven rechnen.

Eine genaue Aussage über die Anzahl der Wellen kann nicht getroffen werden. Die Wellenhöhe (Amplitude) kann man jedoch mit Hilfe einer Formel berechnen:
A=Wellenhöhe; h=Wassertiefe; E=Energie
Im offenen Meer nimmt sie, da der Tsunami eine Oberflächenwelle ist, mit zunehmender Entfernung r nur um den Faktor ab.
Den Abstand der einzelnen Wellen kann man, wie oben schon gezeigt, berechnen.

Begriffe:

Wellenlänge:
Als Wellenlänge kann man den Abstand zwischen zwei Wellenbergen oder auch zwei Wellentälern bezeichnen. Das Formelzeichen der Größe ist und kann mit folgender Formel berechnet werden: c=Phasengeschwindigkeit; f=Frequenz der Welle

Folgende Grafik verdeutlicht noch einmal die Wellenlänge, bzw. den Abstand zwischen zwei Wellenbergen, welche die Wellenlänge ergeben:

Frequenzen einer Welle:

Mit der Frequenz f einer Welle bezeichnet man die Anzahl von Wellen (Ereignissen) in einem bestimmten Zeitraum. Meistens sind dieses regelmäßig wiederholte Ereignisse, also Ereignisse mit festem Zeitabstand voneinander, der Periode oder Schwingungsdauer. Hertz ist die Einheit der Frequenz, kurz Hz und hat folgende Formel: Ist v die Ausbreitungsgeschwindigkeit und die Wellenlänge, so kann man die Frequenz einer Welle mit Hilfe folgender Formel ganz leicht bestimmen:

Wellengeschwindigkeit:

Unter Wellengeschwindigkeit versteht man die Fortpflanzungsgeschwindigkeit einer Welle. Die Geschwindigkeit einer Welle lässt sich mit Hilfe einer Formel berechnen:
C=vg*h bzw. c[km/h]˜ v127*h[m]
C=Geschwindigkeit; g=Ortsfaktor; h=Wassertiefe
Je Tiefer die Wassertiefe ist, desto größer ist auch die Geschwindigkeit, in flacheren Gewässern ist sie folglich langsamer.

Longitudinalwelle:
Die Longitudinalwelle wird auch Längswelle genannt. Damit wird die Welle bezeichnet, die in Ausbreitungsrichtung schwingt. Diese Welle benötigt Wasser oder Luft, um sich fortzubewegen. Die Atome und Moleküle vom Wasser bewegen sich also mit der Ausbreitungsgeschwindigkeit, ehe sie nach der Welle wieder in ihre Ruhestellung zurückkehren.

Transversalwelle:
Die Transversalwelle ist das Gegenteil einer Longitudinalwelle. Diese wird auch Quer-, Schub- oder Schwerwelle genannt, bei der die Schwingung senkrecht zur Ausbreitungsgeschwindigkeit erfolgt.

Stehende Welle:
Eine stehende Welle entsteht aus der Überlagerung zweier gegenläufig fortschreitender Wellen gleicher Frequenz und gleicher Phase, nicht notwendig ist die gleiche Amplitude der Wellen. Diese können aus zwei verschiedenen Erregern stammen oder durch Reflexion einer Welle an einem Hindernis entstehen.

Quellen:
http://de.wikipedia.org/wiki/Tsunami
http://www.schulphysik.de/tsunami.html
http://www.schulnote.de/Tsunami_1715_hausaufgabe_referat.html
http://www.learn-line.nrw.de/angebote/agenda21/lexikon/tsunami.htm

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