Tsunamis

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Tsunamis
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Inhalt

• Etymologie
• Entstehung
• Ausbreitung
• Auftreffen auf die Küste

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Definition

• Tsunami ? jap. Hafenwelle
• Schnell fortpflanzende Meereswogen die
  überwiegend durch Seebeben entstehen
• Auf offenem Meer kaum bemerkt in Ufernähe können
  verheerende Schäden entstehen

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Etymologie

• Wort von japanischen Fischern, die auf offenem
  Meer keine Welle bemerkten. Der Hafen war jedoch
  verwüstet. Grund ist die Tiefseesteilküste vor
  Japan
• Eine Reihen von Phänomenen zwischen 1945 und 1965
  machten Tsunamis weltweit bekannt

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Entstehung

• 86 aller Tsunamis entstehen durch Erdbeben
• Rest durch Vulkane, Bergstürze,
  Unterwasserlawinen oder Meteoriteneinschläge
• Durch Erdbeben kommt es erst dann zu einer
  Tsunami wenn 1.Magnitude von 7 oder mehr
  2.Hypozentrum nahe der Erdoberfläche
  3. Verschiebung des Meeresbodens ? Bewegung der
  Wassersäule

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Entstehung
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Entstehung durch Seebeben

• Betroffen sind Gebiete an Subdukzionszonen und
  allgemein an Störungszonen
• Ein Seebeben ist mit Schlag von unten
  vergleichbar das Meer wird nach oben gedrückt
  und fließt in einer Serie von Wellen zur Seite
• Durch Absinken des Meeresbodens strömen durch
  Unterdruck große Wassermassen in entstehende
  Senke
• Absenken und Aufwölben spielen meistens zusammen

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Entstehung durch Vulkanausbrüche

• Bekanntestes Beispiel Krakatau 1883
• Untermeerische Caldera brach ein
• schlagartig einströmendes Wasser löste Tsunami
  aus

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Entstehung durch Hangrutschungen

• Bsp. Alaska 1958
• Von Erdbeben losgelöst Eisbrocken
• Welle bis zu 520 Meter hoch gebrandet

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Meteoriteneinschläge

• Wenn Meteor mit hunderten Meter Durchmesser und
  mit x000 km/h ins Meer einschlägt ? ist mit einer
  kilometerhohen Welle zu rechnen

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Impakttsunamis
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Unterschied von Windwellen und Tsunamis

• Tsunamiwellen sind Flachwasserwellen ?
  Wassersäule bis zum Grund in Bewegung
• Windwellen haben Wellenlänge von max. 400 Metern
  und Tiefgang von 200 Metern ? Tiefwasserwellen
• Windwellen Richtung Ufer ? Flachwasserwellen
• Tsunami Bewegung

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Tsunamis sind Scherwellen

• Die Welle ist keine Bewegung von Wasser, sondern
  von Energie durch Wasser
• Wellenausbreitung dann möglich, wenn Auslenkung
  aus Gleichgewichtslage (Anstieg/Abfall des
  Wasserspiegels) eine Rückstellkraft zur Folge hat
• Bei Ozeanwellen ist Rückstellkraft ? Schwerkraft
• Deshalb werden Tsunamis auch zu Schwerewellen
  gezählt

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Tsunamis sind Scherwellen

• Normale Wellen sind meist Tiefwasserwellen ?
  Wellenbasis über Grund des Gewässers
• Tsunami auch im tiefsten Ozean eine
  Flachwasserwelle.
• Dieser Charakter ergibt sich daraus, dass
  Tsunamis viel größere Wellenlänge (Entfernung zw.
  2 Wellenbergen) als Wassertiefe besitzen
• Dadurch auch wesentlich größere Wassermassen
  transportiert
• Grundparameter 1.) mech. Energie E
  2.) Wellenperiode T (Zeit die vergeht, in der
  zwei Wellenberge denselben Punkt passieren)

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Tsunamis sind Scherwellen

• Während Ausbreitung bleiben die Parameter E und T
  weitgehend konstant
• Tsunamis seismischer Natur haben lange
  Wellenperiode (10min bis 2h)
• Nicht-Erdbeben Tsunamis weisen kürzere
  Wellenlänge auf (einige Minuten bis ¼ Stunde)
• Eigenschaften wie Wellenhöhe, -länge oder
  Ausbreitungsgeschwindigkeit hängen weiters noch
  von Meerestiefe ab

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Geschwindigkeit

• Geschwindigkeit hängt von Meerestiefe ab je
  tiefer umso schneller
• Geschwindigkeit c ergibt sich aus Wurzel des
  Produkts von Erdbeschleunigung g und Wassertiefe
  h. cvgh
• C in Ozeanen (bei 5000m Tiefe) ca. 800km/h.
  Tsunamis können sich binnen Stunden bis zu
  20.000km ausbreiten
• Bei nieriger Wassertiefe (Küstennähe) verlangsamt
  sich Tsunami
• Verringerung der Wellenlänge und Anstieg der
  Wellenhöhe bis zur Wellenbrechung

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Geschwindigkeit

• Scherwellen entstehen durch gleichtaktige
  Bewegung großer Wassermassen
• Bei Scherwellen bewegt sich jedes Teilvolumen nur
  um winzige Breiten
• Für Flachwasser-Scherwelle mit Amplitude A und
  Tiefe h kann man es sogar quantitativ angeben
• Geschwindigkeit mit der sich Wellenmaterie bewegt
  ist, um Faktor A/h kleiner als Phasengeschwindigke
  it
• Welle im offenen Meer ? 200m/s, das einzelne
  Wasserelemente dazu ?2mm/s (Faktor 10-5)

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Geschwindigkeit
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Wellenlänge

• Typische Wellenlänge von Tsunamis ? 100 bis 500
  km
• Bei winderzeugten Wellen 100 bis 200 m
• Allgemeine Beziehung zwischen Geschwindigkeit c,
  Wellenlänge ? und Wellenperiode T. c?/T ?
  typische Wellenperiode T?/c
• 100km/800km/h lt T lt 500km/500km/h ?
• 7,5 min lt T lt 37,5 min

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Amplitude

• Wellenhöhe (Amplitude) A des Tsunamis hängt von
  Energie E und Wassertiefe h ab
• Bei großer Wellenlänge gilt
• AvE/rvh
• Amplitude nimmt bei geringerer Wassertiefe zu. Im
  offenen Meer nimmt sie mit zunehmender Entfernung
  r um den Faktor 1/vr ab

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Amplitude

• Amplitude nimmt nur merklich ab, weil sie sich
  kreisförmig über Wellenkamm verteilt
• Energieverlust durch innere Reibung der
  Wassermoleküle ist verschwinden gering
• E der Tsunamiwelle schwächt sich im offenen Meer
  nur durch geometrische Ausbreitung

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Amplitude

• Tsunamiwellen können daher die Erde mehrfach
  umrunden
• Amplitude im Ozean nur einige Dezimeter
• Zerstörungskraft nicht nur durch Amplitude,
  sondern auch durch Wellenperiode und Wassermenge
  bestimmt

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Auftreffen auf die KüsteErhöhung der Amplitude

• Wasser flach ? Wellenlänge und Phasengeschwindigke
  it nehmen ab, Amplitude und Geschwindigkeit der
  beteiligten Materie nimmt zu
• Energie wird stärker konzentriert bis die Welle
  auf der Küste auftrifft

Tsunami bei
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Auftreffen auf die KüsteErhöhung der Amplitude

• Typische Amplituden liegen bei ca. 10 Metern
  1971 wurde auf einer japanischen Insel von einer
  Höhe von 85 Metern gesprochen
• In einem Fjord in Alaska gab es sogar eine 530
  Meter hohe Rekordwelle

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Auftreffen auf die KüsteBrechungseffekte

• Änderung der Wellenausbreitungsgeschwindigkeit
  hängt vom Meeresbodenprofil ab. Es kann zu
  Brechungseffekten kommen
• Tsunami kann ebenfalls die Richtung ändern ?
  eventuell Fokussierung auf bestimmten Ort

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Auftreffen auf die KüsteZurückweichen des Meeres

• Tsunami, nicht aus einzelner Welle sonder aus
  Paket mehrerer Wellen mit verschiedener Amplitude
  und Wellenlänge
• Wellen addieren sich in von Ort zu Ort und
  Minute zu Minute unterschiedlicher Weise
• Tsunami kann an einem Punkt der Küste als
  Wellenberg oder Wellental beobachtet werden
• Bei Hangabrutschungen wird Wasser komprimiert und
  es entsteht ein Wellental