Tsunamiwellen breiten sich nicht gleichmäßig aus

Paradox: Nova Scotia war vom Weihnachts-Tsunami stärker betroffen als die Kokosinseln

Ein Tsunami ist ganz offensichtlich nicht mit einer Bombenexplosion unter Wasser vergleichbar, bei der sich die Wellen in alle Richtungen kreisförmig und gleichmäßig ausbreiten. Stattdessen gibt es wie bei einer Schallabstrahlung eine oder mehrere Vorzugsrichtungen. Zusätzlich wirkt die Form des Meeresbodens unter Umständen wie ein Trichter: Als Folge davon war die Amplitude der Wellen in Halifax, Neuschottland, Kanada, das den ganzen Atlantik und dem Kontinent Afrika zwischen sich und dem Ursprung der Wellen hatte, größer, als auf den nur 1700 km entfernten Kokosinseln.

Die Wissenschaftler Vasily Titov, Alexander B. Rabinovich, Harold O. Mofjeld, Richard E. Thomson und Frank I. González vom Pacific Marine Environmental Laboratory der National Atmospheric and Oceanic Administration, USA, dem Institute of Ocean Sciences in Kanada und dem P. P. Shirshov Institut der Ozeanologie der russischen Academie der Wissenschaften haben im neuen Science über ihre Forschungen berichtet, in denen sie Computersimulationen mit den gemessenen Tidenhub und den von Satelliten gemessenen Wellen kombinierten.

Dabei war es nicht so einfach, die unterschiedlichen Messwerte zu kombinieren, da deren Qualität stark differierte. So wird im pazifischen Ozean bei der Wasserstandsmessung mit einer Abtastrate von 15 Sekunden bis 2 Minuten gearbeitet, dagegen sind bei den wesentlich selteneren Beobachtungsstationen im indischen Ozean nur Abtastraten von zwei bis 30 Minuten üblich und an der Atlantikküste inklusive der eigentlich gut instrumentierten Ostküste Nordamerikas nur sechs bis 15 Minuten.

Karte der globalen Energieverteilung des Sumatra-Tsunamis vom 26.Dezember 2004. Die Farben bezeichnen die computerberechneten Maxima der Wellen in den ersten 44 Stunden. (Bild: Science)

Auf den Kokosinseln lagen die ersten Tsunami-Messungen bereits drei Stunden nach dem Erdbeben vorh. Die Inseln sind ungefähr 1700 km vom Epizentrum entfernt. Hier hatte die erste Welle 30 cm Höhe, gefolgt von einer langen Reihe von Pegelschwankungen mit einer maximalen Höhe zwischen Berg und Tal von 53 cm. Messungen von Standorten in Indien und Sri Lanka in gleichen Entfernungen vom Epizentrum ergaben fast zehnmal so große Werte. Dies entspricht unabhängig davon vorgenommenen Berechnungen.

Es ergibt sich somit keine klare Entfernungsabhängigkeit der Tsunami-Amplitude, wobei die vermutlich höchsten Werte nicht gemessen werden konnten, weil die Sensoren entweder durch den Tsunami zerstört wurden wie in Thailand oder nicht richtig funktionierten wie in Colombo in Sri Lanka.

In weiter entfernten Regionen waren die maximalen Höhen des Tsunami nicht mit der ersten Welle verknüpft: Im Nordatlantik und Nordpazifik tauchten die stärksten Wellen erst einige Stunden bis zu einem Tag nach dem ursprünglichen Tsunami auf. In Callao, Peru, 19.000 km östlich des Epizentrums, waren die Wellen stärker als auf den Kokosinseln, 1700 km südlich des Epizentrums. Ebenso war die Wellenamplitude in Halifax, Neuschottland, Kanada, größer als auf den Kokosinseln, obwohl diese Wellen über 24.000 km nach Westen über der indischen Ozean und dann nach Norden gesamte Strecke des südlichen und nördlichen Atlantik gewandert waren.

Drei Faktoren scheinen die Ausbreitung der Tsunami-Wellen zu steuern: die richtige Wirkung der Quellregionen, die Wellenleiterstrukturen der mittelozeanischen Rücken und die der Kontinentalschelfs. Im Nahfeld der Wellen war die längliche Ausdehnung der Erdbebenquelleregion entscheidend für die starke Richtwirkung: quer zur Erdbebenregion waren die Amplituden wesentlich höher als in Längsrichtung. Dies ergab sich sowohl bei Modellberechnungen wie in den echten Messungen.

Im Fernfeld der Wellen war dagegen die Topographie des Meeresbodens der entscheidende Faktor. So ergaben sich 1 m hohe Spitzenwellen in Rio de Janeiro in Brasilien und auch in direkter südlicher Richtung des Erdbebenzentrums, an der Küste der Antarktis, wird die Wellenamplitude relativ hoch gewesen sein. Allerdings gab es im entscheidenden Bereich der Antarktisküste keine Messstationen – dies konnte also nicht verifiziert werden.

Vergleich der Tsunamiwellen auf den Malediven und den Seychellen in den drei Tagen nach dem Erdbeben (Bild: Science)

Den Unterschied zwischen Nahfeld und Fernfeld der Wellenausbreitung zeigt sich beispielsweise im Vergleich der Malediven und der Seychellen: In Male auf den Malediven wurde eine starke erste Welle mit anschließendem schnellen Amplitudenabfall gemessen, während in Pt. La Rue auf den Seychellen ein wesentlich komplexeres Muster mit deutlich langsameren Amplitudenabfall gemessen wurde: Auf den Malediven hielten die Flutwellen ungefähr einen Tag an mit Perioden zwischen 15 und 50 Minuten, auf den Seychellen dagegen drei Tage mit Perioden von 20 bis 60 Minuten.

Während auf den Malediven eine direkte Verbindung zum Quellgebiet des Tsunami besteht, erreichen die Seychellen sowohl von den Malediven und anderen Archipeln gestreute Wellen wie auch von der afrikanischen Küsten und Madagaskar reflektierte Wellen.

Auch wenn außerhalb des indischen Ozeans keine Schäden durch den Weihnachts-Tsunami 2004 gemeldet worden, zeigt diese Studie, dass die Energie lokaler Erdbeben durch den ganzen Weltozean transportiert werden kann. Große Tsunamis können also auch an weit entfernten Küsten und sogar in anderen Ozeanen Schäden anrichten. Lokaler Resonanzeffekte können zudem die ankommenden Wellen zusätzlich massiv verstärken, so wie es 1964 durch ein Erdbeben in Alaska in Port Alberni, British Columbia in Kanada geschah oder 1960 in Chile in der Magadan-Region an der Nordwestküste des Okhotsk-Sees.

Ernteschäden deutlich, doch geringer als befürchtet

Im New Scientist wird währenddessen über die Folgen des Tsunami für die Ernten in Aceh berichtet. Peter Slavich vom New South Wales Department of Primary Industries in Wollongbar, Australien berichtet:

Wir hatten befürchtet, dass die Reisernten deutlich unter dem Tsunami leiden würden. Doch die Reis- und die Sojaernten wurden kaum geschädigt. Dafür wurden Erdnüsse sehr negativ beeinflusst.

Reis ist zwar salzempfindlich, aber wie es scheint, konnte das Salz von der Tsunami-Welle nicht sehr tief in die Lehmböden an der Küste eindringen – nur ungefähr 20 bis 30 Zentimeter –, in denen Reis üblicherweise angebaut wird. Zudem werden Reisfelder zusätzlich gewässert, was das Salz verdünnt. Die Erdnüsse wurden dagegen deshalb so schwer getroffen, weil das Salz tiefer in die Sandböden eindringt, in denen sie wachsen.

Die Wissenschaftler berichten, dass sie kein einziges Erdnussfeld sahen, das nicht unter dem Tsunami gelitten hätte. Doch wenn im Oktober die Regenzeit beginnt, sollte das einen Großteil des Salzes auswaschen und die nächstjährige Ernte sollte dann wieder besser ausfallen.

Während der Ernteausfall insgesamt also nicht so schlimm ausgefallen ist, wie man erwartet hatte, wurde die Küstenlandschaft Acehs doch dauerhaft geändert. Manches Ackerland ist für immer verloren gegangen und andere Böden sind doch zumindest stark geschädigt, so Fahmuddin Agus, Director des Soil Research Institute in Bogor, Indonesien.

Etwa 30% des Ackerlands von Aceh wurde vom Tsunami getroffen. Manche ehemaligen Reisfelder sind nun von einer solchen Menge von Meeressedimenten und Schlamm bedeckt, das der Boden nur langsam wiederhergestellt werden kann. In anderen Regionen hat der Tsunami die Entwässerungssysteme so verändert, dass nun bei Hochwasser die Äcker überflutet werden. Hier rechnet man mit sieben bis 10 Jahren zur Wiederherstellung, falls diese überhaupt vollständig möglich ist. (Wolf-Dieter Roth)