Es ist ein Phänomen, das Seefahrer schon lange vor Rätsel stellte: das sogenannte Totwasser. Einmal in diesem gefangen, kommt ein Schiff entweder kaum vorwärts oder ruckelt wie auf einem stockenden Förderband. Jetzt haben Forscher herausgefunden, dass der Grund für das Auftreten des Totwassers unterhalb der Wasseroberfläche zu finden ist.
Der norwegische Polarforscher Fridtjof Nansen machte 1893 unweit der sibirischen Küste Bekanntschaft mit diesem Phänomen. Sein Schiff Fram reagierte kaum auf das Ruder und machte plötzlich nur noch anderthalb Knoten Fahrt – es verharrte also nahezu auf der Stelle, egal, was die Besatzung unternahm.
Einige Jahre später lieferte der schwedische Physiker und Ozeanograf Vagn Walfrid Ekman einen Teil der Erklärung. Demnach sei eine starke Schichtung im Wasser dafür verantwortlich. Wenn weniger dichtes Süßwasser über dichterem Salzwasser liegt, zum Beispiel in der Nähe von schmelzenden Gletschern, bildet sich in einigen Metern Tiefe eine ausgeprägte Grenzschicht aus. Bewegt sich ein Schiff darüber hinweg, erzeugt es eine Welle in dieser Schicht, die hinter dem Schiff herläuft und sich förmlich an dessen Heck festsaugt. Das, so fand Ekman heraus, bremst das Schiff ein.
Allerdings vermochte Ekman nicht das Rätsel zu lösen, warum es manchmal zu einer rhythmischen Verzögerung kommt, bei der das Schiff mal schneller, mal wieder langsamer wird. Und auch in den Folgejahren tappte die Wissenschaft im Dunkeln. Jetzt aber präsentieren Wissenschaftler um Germain Rousseaux von der Université de Poitiers in einem Beitrag für das Fachmagazin PNAS eine Analyse dieser von ihnen als „Ekman-Wellen“ bezeichneten Erscheinung.
Störung der Grenzschicht vor dem Schiff
Demnach kommt es, wenn das Schiff Fahrt aufnimmt, auch zu einer Störung in der Grenzschicht im Bereich vor dem Schiff. Sie breitet sich in alle Richtungen aus und erzeugt dabei Wellenberge und -täler, die das Schiff abwechselnd bremsen und beschleunigen – allerdings nur vorübergehend. Nach einiger Zeit schwächen sie sich so weit ab, dass der Einfluss der Heckwelle – Rousseaux und sein Team nennen sie die „Nansen-Welle“ – überwiegt. Ihre Erkenntnisse ermittelten die Wissenschaftler über mathematische Berechnungen und Versuche mit Modellschiffen. Dazu erzeugten sie mittels gefärbten Wassers unterschiedlicher Dichte eine Schichtung und zogen dann ein kleines Boot darüber. Besonders ausgeprägt sei das Ruckeln des Ekman-Phänomens, wenn sich das Schiff in einem engen Kanal, einer Bucht oder einem Fjord befindet. Die seitlichen Begrenzungen könnten dann die Wellen reflektieren und verstärken.
Quelle: spektrum.de, PNAS
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