Physikalische Grundlagen
Ausbreitungsgeschwindigkeit c
Die
Formel für die Ausbreitungsgeschwindigkeit c einer Tsunami-Welle lautet: c =
Die Formel ist nur für größere Wassertiefen gültig, eine für uns nachvollziehbare Erklärung für diese Formel haben wir nicht gefunden. Dabei bedeuten g = 9,81m/s²(Erdbeschleunigung) und h = Meerestiefe in Metern.
c gibt die Geschwindigkeit der Welle in m/s an, sie nimmt mit sinkender Tiefe ab. Bei der Ausbreitung der Welle bewegen sich die Wasserteilchen im Wesentlichen vertikal, nur die Welle bewegt sich vorwärts, da sich die Auslenkunkungen der Welle in die Umgebung übertragen.
Bei einer Tiefe von 10000m
liefert die Formel eine Ausbreitungsgeschwindigkeit der Tsunami-Welle von c =
313 m/s,
das sind 1128 km/h! Die Beobachtungen an Tsunami-Wellen liefern eine gute
Übereinstimmung bzgl. der realen Geschwindigkeit mit den Vorhersagen der
Formel. Tsunami-Wellen können innerhalb weniger Stunden den gesamten Pazifik überqueren.
Periodendauer(T)
– Sie gibt
die Dauer einer Schwingung an.
– Sie ist abhängig von der Bewegung am Meeresboden.
– Die Werte variieren stark, sie können mehrere Minuten betragen.
Wellenlänge(Lambda)
Lambda = c * T
c = Ausbreitungsgeschwindigkeit
T = Periodendauer
Die Wellenlänge bezeichnet die Strecke von einem Wellenberg zum nächsten Wellenberg.
Innerhalb einer Periodendauer kommt die Welle um eine Wellenlänge voran.
Geradlinige Ausbreitung der Welle
Im Kurs wurde die Veränderung einer sich geradlinig ausbreitenden Tsunami-Welle während ihrer Ausbreitung auf dem PC simuliert, von einigen mit dem Tabellenkalkulationsprogramm "Excel" von anderen durch Programmierung mit VisualBasic.
Das Prinzip der Simulation:
Durch abnehmende
Wassertiefe auf dem Weg der Welle sinkt deren Ausbreitungsgeschwindigkeit. Da die
Periodendauer am Ort der Entstehung der Welle festgelegt ist, verkürzt sich die
Wellenlänge, die hinteren Teile der Welle beginnen, aufgrund ihrer noch
höheren Geschwindigkeit den vorderen Teil zu überholen. Sofern die Welle ihre
Energie nicht verliert, muss die Amplitude der Tsunami-Welle dabei
entsprechend zunehmen. Vor allem bei abrupt abnehmender Wassertiefe werden die
vorderen Teile der Welle so stark verlangsamt, dass es zu einer Brandungswelle
kommt.
Störungen der geradlinigen Ausbreitung der Welle
Oft wird aber durch verschiedene Effekte die geradlinige Ausbreitung der Welle gestört:
- Reflexion
- Brechung
- Interferenz
Jeder dieser Effekte kann zu einer fokussierenden Wirkung auf die Tsunami-Welle führen mit der Folge, dass an einigen Orten besonders hohe Amplituden zu verzeichnen sind.