Wissenschaftler hoffen, den Wirkungsmechanismus von Tsunamis besser zu verstehen – einzelne zerstörerische Wellen, die die Bewohner der Ozeanküste bedrohen. Dazu versuchen sie, solche Wellen im Labor künstlich nachzubilden.
Tsunamis – lange Einzelwellen – entstehen hauptsächlich als Folge tektonischer Bewegungen auf dem Meeresboden. Die moderne Wissenschaft hat noch nicht gelernt, Zeit und Ort ihres Auftretens genau vorherzusagen. 80 % der Tsunamis ereignen sich an der Peripherie des Pazifischen Ozeans. Japanische Wissenschaftler waren die ersten, die daran dachten, dieses zerstörerische Phänomen im Labor zu untersuchen. In Australien, England und den Vereinigten Staaten sind auch wissenschaftliche Labors entstanden, die einen künstlichen Tsunami simulieren, um die Mechanismen seiner Wirkung und die Möglichkeit seiner Vorhersage zu untersuchen.
Anatomie eines künstlichen Tsunamis
Wellen bilden sich in einem hundert Meter langen, 5 Meter tiefen Kanal. Es ist mit tausend Tonnen reinem Wasser gefüllt. Der Boden dieses Beckens ist flach, aber am Ende des Kanals beginnt ein Anstieg, der in einem kurzen Plateau endet. Dieses experimentell ausgewählte Profil entspricht einer typischen Meeresküste. In einer solchen Situation gewinnen die Wellen, die in seichtes Wasser gehen, an Höhe und brechen dann zusammen. Dieser experimentelle Aufbau ermöglicht es, sowohl gewöhnliche periodische Wellen, die eine Reihe von Wellenbergen und -tälern sind, als auch Wellen vom Typ "Tsunami", die in einer einzigen Ordnung erzeugt werden, zu untersuchen. Hier wird gezeigt, wie in diesem Aufbau eine einzelne Tsunamiwelle entsteht. Der stählerne Wellenschild bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von 4 m/s vorwärts und formt eine fast anderthalb Meter hohe Welle mit glockenförmigem Profil. Diese Welle bewegt sich entlang des Kanals in dem Teil davon vorwärts, in dem sich der Boden horizontal befindet. In diesem Abschnitt wird die Bewegung eines Tsunamis im offenen Ozean simuliert und die Welle rauscht mit einer Geschwindigkeit von 5 m/s. Außerdem erreicht dieser "Mini-Tsunami" die Zone, in der der Boden sanft nach oben geht. Hier nimmt die Wellenhöhe leicht zu und ihr Kamm beginnt sich nach vorne zu neigen. Und jetzt wird die Höhe der Welle ungefähr gleich dem Abstand zum Grund (dies ist das letzte Plateau am Ende des Wellenbeckens, das die für die Meeresküste charakteristische Sandbank nachahmt). Hier beginnt die Welle zu brechen und bildet eine senkrechte Wasserwand. Dieser kochende Schacht stürzt in Küstenstrukturen und erzeugt einen sechs Meter hohen Spritzer. Es dauert nun weitere 10 Sekunden, bis das gesamte Wasser wieder im Becken ist.
Mehr als die Hälfte der US-Bevölkerung lebt in dem 80 Kilometer langen Streifen entlang der Ozeanküste, und diese Orte sind ständig von Wirbelstürmen, Tsunamis und anderen wetterbedingten Katastrophen bedroht. Wissenschaftler des Labors für das Studium der Wellen. Hinsdale von der University of Oregon glauben, dass Menschenleben sowie Eigentum an der Meeresküste mit Hilfe technischer Lösungen geschützt werden können. Um diese Lösungen zu testen, verfügt das Labor über einen riesigen Tsunami-Generator. Dies ist ein 100 m langer Kanal, der mit 1000 Tonnen Wasser gefüllt ist. An einem seiner Enden ist ein wellenerzeugender Kolben mit hydraulischem Antrieb eingebaut, der es ermöglicht, in der Natur vorkommende Wellen zu simulieren. Nachdem sie den gesamten Kanal entlang gefegt sind, fallen die Wellen auf die Wellenbrecher, die fast in voller Größe reproduziert werden. Dan Cox, Leiter des Labors, erklärt: „Wenn wir es auf ein Objekt werfen, werden die Ergebnisse der Zerstörung nicht die gleichen sein wie im wirklichen Leben. Dennoch können die Daten nach der Neuberechnung für die Planung neuer Gebäude und anderer Bauwerke verwendet werden.“„In unserem Labor versuchen wir, genau die gleichen Wellen wie in der Natur nachzubilden“, sagt John Bushey von MTS Systems, der den Versuchsaufbau entwickelt hat. „Sie sind schwieriger zu starten als die, die wir in den Wellenbecken gewöhnlicher Wasserparks sehen.“
Der Wellengenerator im OSU-Labor kann sowohl periodische als auch einzelne Wellen erzeugen.
Servocomputer
Der Wellengenerator wird von einem speziellen Servocomputer gesteuert. Es wird verwendet, um die Amplitude und Frequenz in den Bewegungen des Wellenschildes einzustellen. Dank dieser Elektronik ist es möglich, nicht nur einfache sinusförmige, sondern auch komplexe nichtlineare Wellen anzuregen, die normalerweise in der Natur beobachtet werden. Der Computer ist mit zwei Wellengenerator-Servoventilen verbunden, mit denen Sie die Flüssigkeitsmenge einstellen können, die in die Hydraulikzylinder eintritt. Um einen ruhigen, periodischen Meeresgang zu simulieren, wird der wellenbildende Schild in eine zentrale Position gebracht und schwingt relativ zu ihm rhythmisch hin und her. Um einen Tsunami zu simulieren, wird dieser Schild zunächst bis zum Anschlag eingefahren und dann schlagartig bis zum Anschlag ausgefahren. Er erreicht eine Geschwindigkeit von 4 m/s und stoppt nach einem vier Meter langen Weg. Dadurch entsteht im Kanal eine einzige glockenförmige Welle.
Hydraulik
Nachdem die Forscher die gewünschten Wellenparameter per Computer eingestellt haben, sollen zwei Servoventile den gesamten hydraulischen Mechanismus betätigen. Um Wellen mit einem bestimmten Profil zu bilden, regelt eines der Servoventile den Zu- und Abfluss der Flüssigkeit für zwei hydraulische Zylinder-Kolben-Mechanismen - eines führt den wellenbildenden Schild nach vorne, der zweite nach hinten. Der dritte Hydraulikzylinder gleicht den Wasserdruck von der Seite des Wellenkanals aus. Um ein Analogon eines Tsunamis zu erzeugen, wird die gesamte Kraft des Wellengenerators benötigt, und dann sch alten die Forscher beide Ventile ein und treiben 3 Tonnen Flüssigkeit pro Minute durch sie hindurch.
Wendeschild (Kolben)
Beim Vorgängermodell des Wellengenerators war der wellenformende Schild mit seiner Unterkante am Beckenboden befestigt und an Scharnieren drehbar, so dass sich sein oberer Teil hin und her bewegen konnte und so die periodischen Wellen simulierte dass der Wind im offenen Ozean beschleunigt. Wenn wir einen mindestens 1,5 m hohen Tsunami simulieren müssen, müssen wir gleichzeitig eine sehr große Wassermasse bewegen. Dazu installierten die Forscher einen Stahlschild, der sich als Ganzes bewegt und durch Schweißen und Bolzen zusammengebaut wurde. Dieser Schild ist 5 m hoch und 4 m breit.
