Naturphänomen oder Naturkatastrophe? Ursachen, Entstehung und Schutzmaßnahmen bei Sturmfluten und Tsunamis

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

2 Abgrenzung Naturphänomene und Naturkatastrophen

3 Sturmfluten
3.1 Entstehung einer Sturmflut – Sturmflutkomponente
3.1.1 Tiden
3.1.2 Windstau
3.1.3 Fernwelle
3.2 Definition einer Sturmflut
3.3 Geographische Verbreitung
3.4 Auswirkungen
3.5 Schutzmaßnahmen

4 Tsunami
4.1 Ursachen
4.1.1 Erdbeben
4.1.2 Vulkanismus
4.1.3 Massenbewegungen
4.1.4 Extraterrestrische Objekte
4.2 Auswirkungen
4.3 Schutzmaßnahmen

5 Zusammenfassung

6 Fazit

Literaturverzeichnis

Abbildungen

Tabellen

1 Einleitung

Der Fortschritt des Menschen in Bezug auf seine Technologien und sein Wissen nimmt stetig zu. Mit Hilfe der uns zur Verfügung stehenden Mittel meinen wir das Geschehen, wie auch die Natur, um uns herum kontrollieren zu können. Wir erfreuen uns zugleich aber auch an der Schönheit unserer Umwelt und der vielfältigen natürlichen Prozesse die sie bestimmen. Gerade das Wasser stellt, neben der elementaren Lebensgrundlage des Menschen, eine beliebte Freizeitgestaltung dar.

Auf der anderen Seite berichten die Nachrichten leider viel zu oft von verheerenden Naturkatastrophen. „Orkantief ‘Xaver‘: Sturmflut trifft Hamburg – Hafen zweitweise gesperrt“ (Spiegel Online 2013:o.S.) titelt etwa der SPIEGEL ONLINE am 06.11.2013. Von einem noch schlimmeren Ereignis berichtet DIE WELT am 11.03.2011 mit dem Headliner „Zehn Meter hohe Tsunamiwelle überflutet Japan“ (Die Welt 2011:o.S.). An diesen Beispielen wird bereits deutlich, dass die mit der Hydrodynamik verbundenen Naturphänomene nicht immer positive Wirkungen auf den Menschen haben.

Aber sind die Folgen von Sturmfluten und Tsunamis ebenso schädlich für die Natur, wie sie es augenscheinlich für den Menschen zu seien scheinen? Mit dieser Frage soll sich die nachfolgende Arbeit beschäftigen. Jedoch soll es dabei nicht allein um die Auswirkungen gehen, vielmehr soll sie auch einen Überblick über die allgemeine Begriffsdefinition, Ursachen der Entstehung und mögliche Schutzmaßnahmen von Sturmfluten und Tsunamis geben. Eingangs soll außerdem der Zusammenhang des Begriffspaares Naturphänomen und Naturkatastrophe geklärt werden, da dieser für die Betrachtung der beiden Ereignisse eine wichtige Rolle spielt.

2 Abgrenzung Naturphänomene und Naturkatastrophen

Die in dieser Arbeit beschreibenden Naturereignisse Sturmflut und Tsunami können sowohl als Naturphänomen, als auch als Naturkatastrophe angesehen werden. Eine genaue Abgrenzung der unterschiedlichen Begrifflichkeiten soll deshalb im Folgenden geschehen.

Sowohl Pohl & Geipel (2202:5) als auch Heidiger (2007:4) verstehen unter Naturphänomenen eine Erscheinung, die tatsächlich auftritt und objektiv messbar ist. Ein Synonym für das Naturphänomen wäre das Naturereignis, welches einen „Vorgang in der Natur, der ohne Zutun des Menschen naturgesetzlich abläuft [,]“ (Diercke Wörterbuch Geographie 2011:603) beschreibt. Diese Phänomene können zunächst einmal überall auf der Erde auftreten, unabhängig von der Besiedlung eines Gebietes. Doch gerade die Besiedelung der Region stellt den entscheidenden Faktor in der Nomenklatur der vorliegenden Erscheinung dar. Sobald die anthropogene Komponente hinzukommt, wird schnell von einer Naturgefahr gesprochen. In Abgrenzung zum Naturereignis handelt es sich hierbei um „[…] ein Unheil, das aus einem natürlichen Prozess […] resultiert und vom Menschen für seine Existenz und deren materielle Grundlagen als bedrohlich empfunden wird.“ (ebd.: S.603) Eine Naturkatastrophe wiederum kann aus der bestehenden Gefahr auf den Menschen resultieren. Bei der Katastrophe als Ende dieser kausalen Kette handelt es sich um „[p]lötzliche, massive Störungen mit als überdurchschnittlich groß empfundenen Verlusten“ (Felgentreff & Dombrowsky 2008:13). Die Art dieser Verluste geht aus der Definition des Diercke Wörterbuch Geographie (2011:604) genauer hervor. Sie werden beschrieben als „große[r] materielle[r], ökonomische[r], den Menschen selber und den Naturraum betreffende[r] Schäden sowie schwere Störungen des gesellschaftlichen Lebens […]“, die sowohl „[…]kurzfristig […] oder auch jahrelang andauernd […]“ sein können (ebd.:604).

Der Begriff Naturkatastrophe impliziert gleichermaßen eine Schuldzuweisung hin zur Natur, welche in der Gänze nicht korrekt ist. Aus diesem Grund wird im englischen Sprachgebrauch zusätzlich zwischen natural und man-made Katastrophen entschieden (Felgentreff & Dombrowsky 2008:13f.).

Mit dieser Schnittstelle der physischen Geographie, dem System Umwelt mit seinen Erscheinungsformen und dem System Mensch oder Gesellschaft in seinen Belangen in der Humangeographie, beschäftigt sich die Hazardforschung. Sowohl die Sturmflut als auch ein Tsunami kann als Hazard verstanden werden. Die Verwendung des Begriffes setzt jedoch die Notwendigkeit einer Definition voraus.

„Als Hazards werden plötzlich auftretenden Ereignisse verstanden, die erhebliche Einwirkungen auf die Struktur der Gesellschaft einer größeren Region haben, insbesondere Menschen verletzen oder töten sowie Güter schädigen können. Dabei geht es nicht nur um die Ereignisse selbst, sondern auch um die bloße Möglichkeit, dass sie geschehen können, das heißt, nicht unbedingt die objektive Eintrittswahrscheinlichkeit ist zentral, sondern die subjektive Wahrnehmung und Bewertung.“ (Gebhardt et al. 2011:117)

Aus dieser Definition geht hervor, dass der Begriff sehr weitläufig beschrieben wird. Neben der eigentlichen Naturkatastrophe beinhaltet er also auch die Naturgefahr als Behandlungsschwerpunkt.

3 Sturmfluten

Die Sturmfluten zählen zu der Kategorie der meteorologisch bedingten Flutwellen. Sowohl die Prozesse der Entstehung, sowie deren Erscheinung und Auswirkungen sind damit stark zu differenzieren von der Gruppe der seismisch-vulkanisch erzeugten Flutwellen (Klug 1986:16). Auch sie stellen allerdings extreme Naturphänomene dar. Klug (1986:16) beschreibt Flutwellen folgendermaßen: „Flutwellen sind […] außergewöhnlich hohe Meereswellen, die in Verbindung mit hohen Wasserständen an den Küsten verheerende Überschwemmungen hervorrufen und zerstörend wirken.“ Aus diesem Zitat wird bereits die zerstörerische Wirkung deutlich, die Flutwellen oder auch Sturmfluten zu einer Naturkatastrophe machen können. Eine genauere Betrachtung dieses Naturphänomens soll im weiteren Verlauf der Arbeit geschehen.

3.1 Entstehung einer Sturmflut – Sturmflutkomponente

Wie der Begriff der Sturmflut bereits teilweise preisgibt, stellt das entscheidende Kriterium für die Entstehung einer Sturmflut ein starker Wind dar. Dieser muss aus einer Richtung kommen, welche das Aufstauen des Wassers in einem Gebiet begünstigt. Beispielsweise stellen Buchten derartig gute Bedingungen für einen Wasserstau her (Gönnert et al. 2010:12). Vor allem die Prozesse der Hydrosphäre in Verbindung mit der Atmosphäre spielen eine wichtige Rolle. Der Windschub, welcher an der Wasseroberfläche entsteht, führt durch Reibung zu einer Driftströmung der oberflächennahen Wasserschichten. Durch die Bewegung dieser Wassermassen in Richtung der Küste ergibt sich eine, der Windrichtung entgegengesetzte, Neigung der Wasseroberfläche, wie in Abbildung 1 aufgezeigt wird.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 1: Sturmflutkomponenten (Gönnert et al. 2010:18)

Diese bleibt jedoch nicht statisch bestehen. Der Druckunterschied des Wasserkörpers zwischen den Land-nahen Wassermassen und den Land-fernen Wassermassen führt zwangsläufig zu einem Rückfließen der bodennahen Wasserschicht. Diese ebenfalls in Abbildung 1 dargestellte Rückströmung ist in ihrer Stärke abhängig von dem Neigungswinkel der Wasseroberfläche und dem, sich aus dem Relief ergebenden, Reibungswiderstand des Meeresbodens (ebd.:12).

Neben dem Wind, als wichtigste Komponente, ist es vor allem die Addition mehrerer Erscheinungen in ihrer maximalen Ausprägung, die zu einer extremen Sturmflut führen. Die wichtigsten beiden weiteren Faktoren sind die Tiden und die Fernwelle.

Wie in Abbildung 2 dargestellt ist, führt bereits die astronomische Tide, welche genauer unter dem Punkt „ 3.1.1 Tide “ beschrieben wird, zu einer Wasserstandserhöhung. Dieser Prozess ist allerdings zyklisch und tritt nicht an allen Küstenteilen der Erde derartig stark auf, dass er zwangsläufig Beachtung finden müsste. Für die Gebiete in denen Sturmfluten auftreten sind die Tiden aber ein elementarer Ausgangsprozess (Niedeck & Frater 2004:66).

Der bereits teilweise beschriebene Windstau wird im dritten Teilbild der Abbildung 2 aufgezeigt und unter dem Punkt „ 3.1.2 Windstau “ genauer erläutert.

Fernwellen als dritte Komponente zur Entstehung von Sturmfluten spielen ebenfalls eine signifikante Rolle und sind in dem vierten Teilbild schemenhaft dargestellt. Sie entstehen durch die Änderung des statischen Druckes an der Meeresoberfläche und den Windschub (Gönnert et al. 2010:36).

Die Oberflächenwellen sind räumlicher näher an das Auftreten der Sturmflut zu verorten. Mit dem Auftreffen auf die Küste können sie jedoch auch zu massiven Schäden führen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

3.1.1 Tiden

Die Gezeiten (Tiden) stellen die periodische Schwingung des Meeres zwischen Niedrigwasser (Ebbe) und Hochwasser (Flut) dar und treten an viele Küsten der Erde auf. Bedingt werden sie durch die Anziehungskräfte von Sonne und Mond, sowie die Zentrifugalkraft die bei der Rotation der Erde um ihre eigene Achse entsteht. Aufgrund der unterschiedlichen Entfernung der verschiedenen Erdteile sind diese Kräfte stark unterschiedlich ausgeprägt zu einem bestimmten Tageszeitpunkt. Im normalen Rhythmus findet der Wechsel zwischen Ebbe und Flut zweimal pro Tag und damit etwa alle 12,5 Stunden statt (Schwartz 2005:987).

Neben der Standardausprägung der Tiden gibt es aber auch zwei besondere Formen der Flut. Stehen Erde, Sonne und Mond in einer geraden Linie, wie es bei Voll- und Neumond der Fall ist, kommt es zu einer sogenannten Springtide. Die Ausprägung der Amplitude dieses Naturphänomens ist besonders groß. Durch die lineare Aufreihung der drei Himmelskörper kommt es zu einer Addition ihrer Gravitationskräfte. Verbunden mit der Zentrifugalkraft der Erde werden die Wassermassen maximal ausgedehnt (Abb. 3). Diese Bedingungen sind sehr förderlich für das Auftreten einer extremen Sturmflut.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 3: Entstehung der Springtide (verändert nach: N.N. o.J.)

Das andere Extrem bei der Ausprägung der Gezeiten ist die Nipptide. Wie auf Abbildung 4 zu sehen ist, steht hierbei der Mond im rechten Winkel zur Sonne und die Anziehungskräfte überlagern sich nicht. Dieses, bei Halbmond auftretende, Phänomen bringt sehr niedrige Wasserstände bei Flut hervor (ebd.:988f.).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 4: Entstehung der Nipptide (verändert nach: N.N. o.J.)

Sowohl die Nipptide, als auch die Springtide, lassen sich jedoch nicht direkt in dem Moment ihres astronomischen Auftretungszeitpunktes an den Küsten wahrnehmen. Da es sich bei den Tiden schlussendlich um eine Form einer sehr großen Welle handelt, die weit in der Mitte der Ozeane entsteht, braucht diese eine gewisse Zeit um das Land zu erreichen. Die Flut bzw. Ebbe in Cuxhaven setzt beispielsweise mit etwa ein- bis dreitägiger Verspätung ein (Gönnert et al. 2010:20).

Die Abbildung 5 zeigt die beiden Tidenformen in relativer Ausprägung über die Zeit. Auch dargestellt ist die mittlere Tide, welche sich aus dem Durchschnitt aller bestimmten Niedrig- und Hochwasserwerte über einen Zeitraum von meist fünf Jahren ergibt (ebd. 53).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 5: Schematische Darstellung von Spring- und Nipptide (Gönnert et al. 2010:53)

3.1.2 Windstau

Wie bereits unter dem Punkt „3.1 Entstehung einer Sturmflut – Sturmflutkomponente“ beschrieben stellt der Wind die wichtigste Komponente bei der Entstehung einer Sturmflut dar. Nur ein langanhaltender und richtungstreuer Wind kann zu einer Aufstauung der Wassermassen in einer Bucht führen.

Aus Messungen der der Windstauhöhe in Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit in Cuxhaven geht jedoch auch hervor, dass die Stauhöhe nicht unbegrenzt mit der Windgeschwindigkeit steigt. Bis zu einer Geschwindigkeit von circa 57 Knoten mit einer Windstauhöhe von etwa 410 cm ist der Anstiegt exponentiell. Abbildung 6 zeigt wie der Anstieg danach rasant abfällt und bei einer Windstauhöhe von 550cm sein Maximum erreicht, unabhängig von der Windstärke.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 6: Windstau in Cuxhaven zur Hochwasserzeit bei stauwirksamer Richtung (295°), nach MULLERNAVARRA et al. (2003) (Gönnert et al. 2010:43)

Des Weiteren fand die Studie in Cuxhaven heraus, dass das der auftretende Windstau nicht bei allen Phasen der Tiden gleich stark ausgeprägt war. Der Effekt des Windes bei Tidenniedrigwasser ist größer als bei Tidenhochwasser. Nach einer Studie von Gönnert (2007:247ff.) ist die Windstauhöhe um zehn Prozent geringer bei Flut, als im Vergleich zu Ebbe für das Beispiel Cuxhaven. Diese Tatsache mindert das Ausmaß einer Sturmflut erheblich, wenn sich Windstau und Tiden gegenseitig negativ beeinflussen. Zurückzuführen ist diese Gegebenheit auf das unterschiedliche Ausmaß der Rückströmung bei Windstau. Je nach Höhe des Wasserkörpers ist die Sohlreibung unterschiedlich ausgeprägt. Gerade bei niedrigen Wasserständen ist sie besonders stark und begünstigt so den Windstau (Gönnert & Thumm 2010:87).

3.1.3 Fernwelle

Den dritten entscheidenden Faktor für das Zustandekommen einer Sturmflut bilden die Fernwellen. Ausgelöst werden diese durch „deep water surges“ auf dem offenen Meer. Dabei handelt es sich um Wasserstandsänderungen infolge meteorologischer Effekte außerhalb der Kontinentalschelfe (Gönnert 2010:24). Die Hauptursache dafür sind Druckschwankungen in der Atmosphäre die besonders durch Zyklonen entstehen. Wie Abbildung 7 zeigt, kommt es in der Zyklone zu einer massiven Ausprägung eines Tiefdruckgebietes. Im direkten Anschluss steigt der Luftdruck jedoch wieder (Schönwiese 2008:182).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 7: Luftdruckverlauf einer Zyklone (verändert nach Schönwiese 2008:182)

Diese Schwankung ist abhängig von der Bewegungsgeschwindigkeit der Zyklone. Daraus resultierend hebt und senkt sich die Meeresoberfläche und bildet so Wellen. Stärker tritt dieser Effekt allerdings noch in der Dichtesprungschicht bei etwa 200 – 300m Tiefe im Wasserkörper auf. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, dass die Bewegungsgeschwindigkeit der Zyklone mit der Ausbreitungsgeschwindigkeit der internen Welle in der Dichtesprungschicht zusammenfällt und der Welleneffekt sich durch die Überlagerung verstärkt. Diese mächtige interne Welle wird nun beim Übergang vom Tiefwasser zum Kontinentalschelf in eine Oberflächenwelle umgewandelt und trifft so auf das Festland (Gönnert et al. 2010:24).

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