Wellenentstehung – Theorie über Wellen und deren Entstehung

Wellenentstehung

Wellenentstehung läuft immer nach dem selben Muster ab. Egal ob in Europa, Nord- oder Südamerika, Afrika, Asien, Australien oder eben nur im Mittelmeer oder an der Nordsee, Wellen verhalten sich nach bestimmten Vorgaben und entstehen, ja wie bilden sich Wellen eigentlich?

Wir möchten dir auf dieser Seite das Thema Wellenkunde näherbringen und erläutern, wie Strände, Wind und Strömungen auf die Wellenentstehung einwirken und wie alles zusammenhängt. Außerdem erhältst du hier Tipps, auf was du achten solltest. Wie Wellen entstehen hängt von vielen Faktoren ab – ebenso gibt es viele Dinge, die das Brechen der Welle beeinflussen – wie der Untergrund, Gezeiten, der vorherrschende Wind, etc. – All diese Zusammenhänge erläutern wir dir in diesem Artikel.

Falls du keine Lust auf zu viel Lesen hast, schau dir doch das Video über die Physik hiner der Welle an!

Wie entsteht eine Welle? – Windsee

Wie bereits erwähnt, gibt es verschiedene Faktoren, die für die Entstehung von Wellen verantwortlich sind. In der Wellenkunde spielen diese Faktoren eine große Rolle. Der Hauptverursacher von Wellen. Wellen entstehen irgendwo auf dem offenen Ozean durch sehr starken Wind der die Wasseroberfläche in Unruhe versetzt. Wenn der Wind also über das Wasser weht, entstehen durch die Reibung Wellen – der Wind gibt seine Energie an das Wasser ab. Durch die Reibung werden einzelne Wasserteilchen in Bewegung gesetzt, die wiederrum andere Wasserteilchen in Bewegung setzen. Auf das offene Meer bezogen bedeutet dies, dass Unmengen von Wasserteilchen in kürzester Zeit in Bewegung gesetzt werden und so eine große Dynamik entsteht. Auf einem See, der bekanntlich meist keine so große Fläche besitzt, sind dementsprechend die Wellen auch kleiner. Je stärker und je länger der Wind weht und je größer die Fläche ist, über die der Wind weht, umso größer werden die Wellen.

Wellenentstehung am Beispiel einer Pfütze

Jeder von euch hat schon mal eine Pfütze gesehen in die Wind hinein fährt und dort kleine Verwirbelungen erzeugt und diese in Windrichtung davon schiebt, genau das selbe Phänomen passiert auch auf dem Ozean. Je nach Dauer, Stärke und Kontinuität in eine bestimmte Windrichtung werden diese Verwirbelungen immer weiter aufgebaut und es entsteht eine sogenannte Windsee mit ungeordneten Wellenbergen und Wellentälern die in die entsprechende Windrichtung aus dem Sturmgebiet herausgeschoben werden. Es können dabei Wellenberge mit einer Höhe von bis zu 60 Metern entstehen, die nicht nur der kleinen Nußschale das Genick brechen sondern auch dem großen Öltanker den Gar aus machen können.

Der Wind treibt die Welle dann vorwärts und der sogenannte Wellenkamm entsteht. Durch die Schwerkraft wird dieser dann wieder ins Wellental gezogen, bevor der nächste Wellenberg entsteht und am Wellenkamm wieder bricht. Wenn die Welle anfängt zu brechen, entstehen die ersten Schaumkronen. Für den ein oder anderen scheint es vermutlich so, als ob sich das Wasser mitbewegen würde, jedoch ist das nicht der Fall. Vielmehr bleibt das Wasser auf der gleichen Stelle, und nur die Welle selbst pflanzt sich über die Meeresoberflache fort. Somit werden eigentlich immer nur neue Wasserteilchen angeschubst.

Wenn diese Windsee dann nach Tagen das Sturmeinflußgebiet verlässt, ist die Erdgravitation schuld daran, dass sich die durch den Wind eingebrachte Energie wieder normalisiert und ordnet. Die Windsee verlässt das Einflußgebiet (Fetch) und sortiert sich, das heißt die Windenergie begibt sich auf Meeresspiegel Niveau, verlagert sich auf sogenannte Orbitalwalzen, die sich unter den Dünungshügeln befinden.

Wellenentstehung etwas physikalischer ausgedrückt

Der Mechanismus der Wellenentstehung durch Wind ist die Kelvin-Helmholtz-Instabilität. Im Entstehungsgebiet des Seegangs sind als Einflussgrößen zu unterscheiden:

• die Streichlänge (Fetch) F = Einwirkungsdistanz des Windes an der Wasseroberfläche,
• die Windgeschwindigkeit U und
• die Winddauer als sogenannte Ausreifzeit {\displaystyle D_{\mathrm {min} }} des Seegangs.

Dies ist ein Prozeß der mehrere Tage in Anspruch nimmt, somit sind Wellen die weit auf dem offenen Ozean entstehen besser sortiert als Wellen die nah an der Küste entstehen. Angemerkt sei hier, dass in einer Dünung (Swell) kein Wassertransport statt findet, sondern sich die Energie in einer sogenannten Orbitalbahn fortsetzt. Setzt man z.B. einen Korken auf offener See ohne Wind auf die Wasseroberfläche so wird dieser weder nach vorne noch nach hinten bewegt, er bewegt sich nur auf- und ab.

Wellenentstehung – Der Dünungshügel oder Swell

Die Dünungshügel reisen nun durch die Windenergie durch den Ozean, hierbei entstehen sogenannte Dünungszüge (Sets) die auf physikalischen Gesetzmäßigkeiten basieren. Größere Dünungshügel haben eine höhere Reisegeschwindigkeit und ein höheres Energiepotential als kleinere bzw. verfügen diese über eine höhere Frequenz.

Durch Frequenzüberlagerungen kommt es nun zur Sortierung der Wellen und es bilden sich Bereiche mit Pausen (Setpause) und Bereiche mit Wellen (Set). Dabei bilden sich Dünungszüge mit einer bestimmten Wellenanzahl aus. Das ganze Prinzip funktioniert ähnlich wie beim Radsport, der erste strampelt, die anderen fahren Windschatten und dann wird gewechselt und es bilden sich Gruppen.

Wellenentstehung – Es entsteht die Welle zum Surfen

Nach einer gewissen Zeit treffen diese Dünungshügel dann auf unser Kontinentalschelf, der Abstand zwischen den Orbitalwalzen und dem Untergrund wird geringer, bis diese dann den Boden berühren. Da es sich bei den Orbitalwalzen um Energie handelt, wird diese nach oben hin aufgestaucht und je weiter der Dünungshügel Richtung Strand läuft um so mehr wird er aufgebaut (steiler). Es kommt der Punkt an dem der Dünungshügel seine maximale Höhe erreicht hat, bedingt durch den immer spitzeren Winkel an der Wellenspitze wird das Gebilde instabil, die Welle fängt an zu brechen. Hier findet das erste mal Wassertransport statt.

Der Faktor Untergrund bei der Wellenentstehung

Auch die unterschiedlichen Beschaffenheiten von Strände haben einen großen Einfluss auf die Wellen. Deshalb werden diese nun ebenfalls in unserer Wellenkunde näher erläutert.

Der Beachbreak – Sandiger Untergrund

Als ein Beachbreak wird ein Strand bezeichnet, wenn die Wellen über einem sandigen Untergrund brechen. Dies bringt sowohl Vorteile, als auch Nachteile für Surfer mit sich. Vor allem für Anfänger bietet sich der Vorteil, dass man bei einem Sturz nur auf Sand fällt. Im Vergleich zu einem Untergrund aus Stein oder Korallen ist dies nicht so schmerzhaft. Ein weiterer Vorteil bei einem Beachbreak ist, dass wenn man schnell an den Strand kommen möchte, man sich einfach vom Weißwasser wieder zurück an die Küste tragen oder schieben lassen kann. Ein kleiner Nachteil eines Beachbreaks ist, dass sich die Sandbänke immer wieder verformen und dadurch die Wellen nicht immer am selben Punkt brechen.

Der Reefbreak – steiniger Untergrund

Als Reefbreak werden Surfspots bezeichnet, an denen sich die Wellen über Riffe brechen. Die Wellen werden hier abrupt durch die am Meeresboden auftauchenden Riffe abgebremst. Dadurch bauen sich die Wellen extrem schnell und steil auf und brechen sehr hohl. Da Riffe sich nicht von der Wasserenergie verformen lassen, brechen die Wellen bei gleichbleibenden Wasserstand sauber am Riff entlang und brechen immer am gleichen Punkt. Der Vorteil des sehr stabilen Untergrundes kann leider auch ein kleiner Nachteil für uns nicht ganz so stabil gebaute Surfer sein. Riffe bestehen entweder aus Korallen oder Felsen bzw. Steinen. Beachte immer, dass du zum richtigen Tidenstand über einem Riff surfen gehst. Bei Niedrigwasser kann es nämlich sein, dass der Untergrund sich direkt unter der Wasseroberfläche befinden und man sich so sehr schnell an den scharfen Kanten des Riffs schneiden kann. Wenn man beim Surfen stürzt, sollte man sich nach dem Wipe-out auch nicht mit den Füßen vom Untergrund abstoßen.

Pointbreak

Im Zusammenhang mit den verschiedenen Untergründen möchte ich noch kurz auf den Pointbreak eingehen, also eine Welle, die immer an einem bestimmten Punkt bricht. Ein Pointbreak ist eine Welle, die sich entlang einer Landzunge schält. Points gibt es sowohl mit Sand- als auch mit Stein- oder Riffboden.

Der Vorteil eines Pointbreaks ist folgender: Je nachdem, wie die Landzunge geformt ist, können sich kilometerlange Wellen bilden. Der Point von Chicama in Peru ist bei der richtigen Swellrichtung die längste Ozeanwelle der Welt.

Der Nachteil eines Pointbreaks: Stürzt man an einem Pointbreak bei größeren Bedingungen, hängt man oft dramatisch tief in der Impact Zone fest. Dort wieder unbeschadet rauszukommen ist nicht immer ganz leicht.

Und was für verschiedenen Wellentypen gibt es?

Jetzt weißt du schon mal grob, wie Wellen entstehen. Wenn du dich mit dem Surfen schon etwas auseinandergesetzt hast, hast du bestimmt auch schon mal was von grünen oder weißen Wellen gehört. Falls bei dir da die Frage aufkam, was damit denn eigentlich gemeint ist, findest du die Antwort hier: Neben verschiedenen Arten, wie oder weswegen Wellen brechen können, wie dem Beach- / Reef– oder Pointbreak gibt es auch verschiedene Wellentypen. Manche Arten sind dabei nur verschiedene Phasen, die eine Welle durchläuft und manche Arten können nur bei bestimmten Bedingungen wie bestimmtem Windverhältnis und Untergrund entstehen. Im Folgenden erklären wir dir kurz die wichtigsten verschiedenen Wellentypen, die du kennen solltest. 

Grüne Wellen

Bezeichnen eine Welle, die noch nicht gebrochen ist. Sie sind das Ziel des Surfens, im Idealfall wird eine Welle in diesem Zustand angepaddelt und gesurft.  

Weißwasserwellen
Sie verdienen ihren Namen der Farbe, die eine Welle annimmt, nachdem sie gebrochen ist und zum Wellenschaum wird. Die ersten Schritte beim Surfen lernen machst du im Normalfall im Weißwasser. Weißwasser Walzen haben meist eine geballtere Kraft und nehmen dich daher ohne viel Paddel Technik mit. Zusätzlich verzeihen Weißwasserwellen mehr Timing und Technikfehler, als grüne Wellen und dienen daher perfekt zum üben.  

Shore Break
Der Shore Break entsteht vor allem bei niedrigem Wasserstandad, also bei Low-Tide an einem Beach Break. Dabei baut sich eine Welle so weit auf, bis aufgrund des niedrigen Wasserstands kaum mehr Wasser unterhalb der Welle ist und die Welle bricht direkt auf den Strand. Den Shore Break zu surfen ist sehr schwer und sehr gefährlich! Die zwei berühmtesten Shor Breaks sind wohl Waimea Bay auf Hawaii und The Wedge am Newport Beach in Kalifornien.

Barrel
Eine Barrel oder auch Tube genannt ist eine hohle Welle. Sie entsteht, wenn sich eine Welle überschlägt und die Lippe einer sehr steilen Welle auf die Wasseroberfläche bricht. Dabei entsteht ein „Tunnel“ mit einer Öffnung zu einer Seite, aus der man genügend Geschwindigkeit hindurchfahren kann. Für viele Surfer ist der Barrel- oder Tuberide das ultimative Surf Erlebnis.

Close Out
Bezeichnet eine Welle, die gleichzeitig auf ihrer gesamten Länge bricht. Wenn das der Fall ist, kann sie in keine Richtung abgesurft werden.

Stehende Welle

Sind Wellen, die sich nicht bewegen, sondern lediglich durch Strömungen entstehen und so ein „Face“ einer echten Welle nachbilden.
Es gibt echte stehende Wellen, die in Flüssen entstehen (manchmal natürlich mit etwas künstlicher Hilfe) und künstliche Wellen. Künstliche Wellen kommen mittlerweile in den verschiedensten Formen vor und ermöglichen das Surfen in der Stadt. Sie bekommen jedoch auch viel Kritik ab. Der wohl bekannteste River-Spot ist die Eisbachwelle in München, in Deutschland.

Der Faktor Strömung bei der Wellenentstehung bzw. beim Thema Wellenkunde

Warum sind eigentlich die Weltmeere immer in Bewegung? Dafür verantwortlich sind Strömungen. Auch durch sie können Wellen entstehen. Deshalb ist die Strömungslehre ein sehr wichtiges Thema in der Wellenkunde. Strömungen sind für Surfer nur dann interessant, wenn sie sich in Küstennähe befinden. Kennt man sich nämlich mit den lokalen Strömungen aus, können diese effektiv genutzt werden.

Strömungen sind bei fast jeder Surf-Session ein Thema. Ist eigentlich auch klar, denn wo Wasser in Form von Wellen gegen eine Küste geschmissen wird, muss genau dieses Wasser ja kurz darauf wieder von der Küste weggeführt werden. Dieses Wasser ist die Strömung, die einem die Surf-Session zur Hölle machen kann, manchmal aber auch von Vorteil ist. Denn wenn man Glück hat, kann man sie als eine Art Fahrstuhl zurück in den Lineup nutzen. Die Wellen selbst nutzten die Energie der Strömung um Wasser aufs Land zu drücken. Das aufs Land gedrückte Wasser zieht es dann wieder zurück ins Meer. Dabei sucht sich das Wasser immer den Weg des geringsten Widerstandes. Dies kann zwischen Sandbänken sein, am Ende von Buchten oder in tieferen Kanälen.

Als Surfer solltest du immer daran denken, wenn du an einem Spot rauspaddelst, dass es dort Strömungen gibt. Diese können mal mehr oder weniger intensiv ausfallen – aber vergiss dies nie! Du solltest zudem darauf achten, dass du nicht direkt beim brechenden Teil der Welle – direkt im Weißwasser rauspaddelst, sondern einen der eben angesprochenen, sogenannten Channels nutzt. Channels kann man daran erkennen, dass das Wasser dort unruhiger ist und hier fast keine Wellen dort brechen. Channels sind rück laufende Strömungen, die wie oben bereits beschrieben, das aufs Land gedrückte Wasser, wieder zurück ins Meer bringen.

Solltest du, egal ob mit oder ohne Surfboard, in einer Strömung festhängen, dann versuche auf keinen Fall, gegen diese Strömung anzupaddeln. Du wirst nur deine Energie verschwenden! Wird man von einer Strömung einmal erfasst, die einen nicht in Richtung Felsen oder sonst einer Gefahr zieht, sollte man entspannt bleiben und schauen wo man hin getrieben wird und wie schnell. Eine Strömung ist in der Regel nicht viel breiter als zehn, 20 Meter. Willst du aus einer Strömung rauspaddeln, so solltest du niemals direkt gegen sie anschwimmen oder -paddeln. Versuche vielmehr in einem möglichst rechten Winkel aus der Strömung zu entfliehen. Versuche die am Weißwasser zu orientieren, den das ist der Ort, an den du gelangen willst, um schnell wieder am Strand zu sein. Versuche also, parallel zum Strand zu paddeln. Schon nach ein paar Metern wirst du merken, dass die Strömung schwächer wird, bis du kurz darauf komplett aus der Strömung raus bist. Jetzt kannst du gen Strand paddeln und dich ausruhen.

Ein wichtiger Tipp

Dort wo Wellen brechen wirst du immer eine Strömung vorfinden. Sind die Wellen groß, kann man auch von einer starken Strömung ausgehen. Hinter den Wellen muss man aber meistens nicht mit starken Strömungen rechnen. Manchmal gibt es diese jedoch trotzdem. Eine wichtige Strömung, die parallel entlang der Küste verläuft, ist die so genannte Lateralströmung (auch Küstenlängsströmung genannt). Solltest du von dieser erfasst werden, so wirst du, je nach Strömungsrichtung nach links oder rechts mitgenommen. Du wirst schnell in die eine oder andere Richtung abdriften und würdest dies vielleicht nicht einmal bemerken. Suche dir daher Referenzpunkte an Land, damit du die Bewegung nachvollziehen kannst. Dies kann ein Berg sein, eine Palme oder ein sonstiges festes Objekt. Die nette junge Frau, die sich in einem knappen Bikini unter einem Sonnenschirm beim Reingehen ins Wasser gesonnt hat, solltest du jedoch besser nicht wählen. Denn sie kann mit ihrem Sonnenschirm schnell umziehen und somit würde sich dein Referenzpunkt verändern.

Ein paar Begriffe zum Thema Wellenentstehung kurz erläutert

Swell

In der Surfersprache bedeutet Swell nichts anderes als Dünung, also vereinfacht gesagt, durch einen Sturm verursachte, ungeordnete und dann sich immer mehr ordnende Wellen. Da kleinere Wellen langsamer laufen als große Wellen und somit eine geringere Frequenz haben, werde diese oftmals von größeren wellen mit höherer Frequenz eingeholt und zu einer noch größeren Welle vereint. Dabei vereinen bzwe. ergänzen sich auch die Kräfte der einzelnen Wellen. Je länger der Swell ohne an einem Hindernis gebremst zu werden laufen kann, desto kräftiger und Energie geladener werden die Wellen. Und wenn es perfekt läuft, haben alle Wellen die gleiche Größe und wenn sie dann brechen eigenen sie sich perfekt zum Wellenreiten.

Für viele Surfspots ist es von entscheidender Bedeutung aus welcher Richtung der Swell kommt. Mehr Infos zu den einzelnen Spots und den gewünschten Swellrichtungen findest du hier:

Sets

Auf dem Weg, den der Swell zurücklegt, ordnen sich die Wellen zu Wellengruppen. Der Swell erreicht die Küste dann in diesen Wellengruppen, den sogenannten Sets. Solche Sets bestehen meistens aus drei bis sieben Wellen, die ungefähr die gleiche Größe haben und auch ungefähr die gleiche Kraft. Diese treffen dann mit einem gleichmäßigem Abstand auf den Strand oder das Riff. Zwischen den einzelnen Sets gibt es die sogenannten Setpausen (Periode). Je größer der Abstand zwischen den Wellen eines Sets ist, desto höher ist auch die Periode. Meistens sind die erste und die letzte Welle eines Sets etwas kleiner als die mittleren. Als Surf-Anfänger solltest du deshalb darauf achten, nicht unbedingt die erste Welle eines Sets zu nehmen. Wenn du diese nämlich nicht bekommst, kann es passieren, dass du die anderen Wellen des Sets auf den Kopf bekommst und ordentlich durchgespült wirst.

Brandung

Als Brandung bezeichnet man die Dünungswellen, wenn sie auf flache Küstengewässer treffen und dort entweder über Sandbänken oder einem Riff brechen. Du kannst dir folgendes merken: je höher die Dünung ist, umso stärker fällt auch die Brandung aus. Die Brandung kann ganze Küstenabschnitte verändern, kann Sandbänke verschieben und Strandabschnitte neu anspülen oder ins Meer spülen.

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