Im Februar 1995 begegnete Kapitän Ronald Warwick einem Monster. »Es sah aus, als ob die Klippen von Dover auf mich zukämen.« Seine Queen Elizabeth II war einem 29 Meter hohen Brecher in die Quere geraten. Kurz zuvor ein ähnliches Ereignis. Eine Riesenwelle hatte die Nordsee-Bohrinsel Draupner getroffen; ein Lasermessgerät ermittelte eine Wellenhöhe von 26 Metern. Auch als am 12. Dezember 1978 nördlich der Azoren das Schiff München mit 28 Mann versank, vermutete man als Ursache eine Monsterwelle. Auf den gleichen Übeltäter tippten Meteorologen, als 1991 im Hurrikan Grace der Schwertfischkutter Andrea Gail verschwand. Dessen Untergang brachte Wolfgang Petersen später ins Kino (Der Sturm) .

Obwohl es viele Schilderungen des Phänomens gibt, waren sich Augenzeugen und Statistiker darüber jahrzehntelang nicht einig. Die einen berichteten von gigantischen Wellen, so hoch wie zehnstöckige Wohnhäuser. Die andern verbannten die Geschichten ins Reich der Fantasie. Solche Riesen, die sich in Orkanen, manchmal aber auch aus heiterem Himmel über relativ ruhiger See erhoben, sah die Physik eigentlich nicht vor.

Aus nichtlinearen Wellen entsteht ein neues Verhalten des Wassers

Die streitenden Parteien konnten sich nicht vertragen, weil die Statistiker sich beim Ermitteln von Wellenhöhen auf die Modelle des deutschen Mathematikers und Physikers Carl Friedrich Gauß (1777 bis 1855) verließen. Nach der bekannten Gauß-Verteilung legten sie je nach Seegang einen Mittelwert fest, dann berechneten sie die Wahrscheinlichkeit extremer Ausreißer nach oben. Danach ließen sich Monsterwellen von 30 oder gar 40 Metern zwar nicht ausschließen, aber die Menschen brauchten bloß alle paar Tausend Jahre mit einem solchen Ungeheuer zu rechnen. Die simple Überlagerung kleinerer Einzelwellen zu einer abnorm hohen Welle war demnach etwa so wahrscheinlich wie der Fall, dass sich eine komplette Schulklasse nach Jahren zufällig im selben Lokal wiederbegegnet.

Aus diesem Grund interpretierten Fachleute fast alle Schilderungen sogenannter Freak-Waves, die ganze Schiffe verschlucken, als Seemannsgarn. Neben gigantischen Kraken und arglistigen Walen gehörten die Wellenungeheuer zum Club der Meeresmonster, die Wissenschaftler nicht mit dem Verlust von Schiffen in Zusammenhang bringen mochten.

Spätestens seit drei Jahren aber wissen sie viel mehr. Damals veröffentlichte das GKSS-Forschungszentrum in Geesthacht bei Hamburg Daten, die ihm Esa-Radarsatelliten im Rahmen des Projekts »MaxWave« geliefert hatte. Auf den Tausenden Satellitenbildern war Wolfgang Rosenthal vom GKSS auf zahlreiche Belege für riesige Brecher gestoßen: »40-Meter-Wellen sind keine Seltenheit, es gibt viel mehr von ihnen, als wir bisher geglaubt haben.« Allein im Nordsee-Ölfeld Goma gingen den Forschern in zwölf Jahren 466 Monsterwellen in die Radarfalle.

Die Statistiker müssen nochmal nachrechnen. Unerfreuliche Begegnungen wie die der MS Bremen vor Feuerland im Jahr 2001 ereignen sich häufig. Eine Riesenwelle hatte damals Scheiben auf der Brücke des deutschen Kreuzfahrtschiffs eingedrückt – in immerhin 30 Metern Höhe. Die Steuerelektronik fiel aus, das Schiff trieb manövrierunfähig im Sturm. Bald bot es den Wellen die Flanke und trieb mit bis zu 40 Grad Schlagseite durch den Orkan. Erst nach einer halben Stunde gelang es, den Hilfsdiesel anzuwerfen und die Bremen in den Wind zu drehen.

Türmt sich ein Wellenstapel höher als gewöhnlich, so sollte sich die Energie sogleich wieder verlieren, sagt die klassische, lineare Physik. Weniger Schwierigkeiten mit außergewöhnlicher Größe hat die theoretische Physik; sie arbeitet mit komplexeren Modellen der Wellenentwicklung. »In unserem Leben ist nichts linear«, sagt Padma Kant Shukla von der Ruhr-Universität Bochum. Der theoretische Physiker spürt Nichtlinearitäten in allen möglichen Sphären nach. Von Haus aus ist er Astrophysiker. Auch Supernovae, die großen Explosionen im Weltraum, sagt er, könnten nicht entstehen, richtete sich die Physik im Innern von Sternen nach linearen Grundsätzen.

In der Optik sind nichtlineare Effekte ebenfalls von großer Bedeutung. Ein Informationspuls, der durch ein Glasfaserkabel gesendet wird, hat, so glaubt Shukla, durchaus Ähnlichkeit mit einer Monsterwelle. Nur dank der Nichtlinearitäten bleibt der lokalisierte Puls bis zum Empfänger kompakt, ansonsten würde er kurz nach seiner Erzeugung zu einem Rauschen zerfließen.

Während die nichtlineare Physik in der Kommunikationstechnologie erwünscht ist, sorgt sie auf hoher See für unschöne Überraschungen. Der Turiner Mathematiker Al Osborne pries schon vor 30 Jahren die Quantenmechanik als Schlüssel zur Erklärung und Beschreibung angeblicher Monsterwellen. Erst 1995 aber verzeichneten Forscher einwandfrei den ersten Brecher, der in Osbornes Vorhersagemodell passte. Wie Osborne addiert auch Shukla die sich überlagernden Wellen nicht bloß auf, sondern berücksichtigt nichtlineare Effekte. Diese haben eine erstaunliche Wirkung. Laufen die Wellen im passenden Winkel aufeinander, dann ist es, zumindest im Computer, nicht ungewöhnlich, dass sie sich gegenseitig aufschaukeln und die normalen stabilisierenden physikalischen Effekte des Wassers außer Kraft setzen. Wie aus dem Nichts entstehen Türme, die bis zu dreimal so hoch sind wie die Ursprungswellen.

Die Physiker bedienten sich bei ihren Berechnungen der sogenannten Schrödinger-Gleichungen aus der Quantenmechanik, die eigentlich dazu dienen, das wellenartige Verhalten von Elektronen in Atomen zu beschreiben. Aus zwei nichtlinearen Wellen, sagt Shukla, resultiere ein »neues Verhalten« des Wassers. Es entstehen regelrechte »Wellenpakete« mit viel höheren Amplituden.

Nahezu alle Wellen facht der Wind an, eine Ausnahme sind Tsunamis als Folge eines Seebebens. Bedingt durch die Oberflächenspannung des Wassers, fällt eine einzelne Welle schnell wieder in sich zusammen und löst sich auf, es sei denn, starker Wind erhöht den Seegang deutlich. Shukla schreibt daher dem Wind die zentrale Rolle zu: »Vor allem, wenn er der Wasserströmung entgegenweht, können sich Monsterwellen bilden.« Bekannt sind drei Arten. Der »Kaventsmann« ist eine sehr große und breite Welle, die nicht dem normalen Seegang folgt. Die »Drei Schwestern« sind schnell aufeinanderfolgende mittelgroße Wellen, manchmal auch zwei, vier oder fünf an der Zahl. Als »Weiße Wand« bezeichnen Seefahrer eine sehr steile und bis zu 30 Meter hohe Welle, von deren Kamm die Gischt herabsprüht und die beim Aufprall auf feste Körper enorme Wucht entwickelt.

Man geht davon aus, dass pro Jahr einige Dutzend große Schiffe abgeschrieben werden müssen, ohne dass sich die Verluste durch menschliches Versagen oder technische Mängel erklären ließen. Wolfgang Rosenthal, der die Monsterwellen per Radar aus dem Weltall beobachtet, schätzt, dass jederzeit gut und gern 20 Riesenwellen auf den Weltmeeren unterwegs sind. »Viele Fachleute haben lange über das Thema gespottet«, sagt Susanne Lehner vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). Allmählich setze sich die Einsicht durch, dass Monsterwellen eine reale Gefahr darstellen. Vor allem auf den Nordrouten müssten Kapitäne mit unliebsamen Überraschungen rechnen. Lehner möchte die Bildtechnik dahin weiterentwickeln, dass auch Warnungen ausgegeben werden können. Noch fehle es aber an Satelliten, um die Meere flächendeckend zu überwachen.

Als Experte für Schiffbau und Wellengang ist auch Günther Clauss von der Technischen Universität Berlin interessiert an Extremwellen. Doch im Gegensatz zu den Kollegen hält er Monster, die erbarmungslos Schiffe verschlingen, nach wie vor für eine Schiffermär. Viel gefährlicher seien Wellensysteme, deren Schwingungsdauer in unheilvoller Weise mit dem Schiffsrumpf korrespondiere. Gerät ein Kahn mit den ankommenden Wellen in Resonanz, dann wirken rasch Kräfte, die auch ein großes Containerschiff zum Kentern bringen oder gar auseinanderreißen können. Eine einzelne Welle, und sei sie auch beängstigend hoch, könnten die Seeleute dagegen »achselzuckend über sich ergehen lassen«, glaubt Clauss.

Der Sturm konnte effizient seine Energie in die Welle pumpen

So entspannt sehen das die Forscher, denen die bislang minutiöseste Beobachtung von Riesenwellen gelang, nicht. Das Team des britischen National Oceanography Centre beschrieb vor einem Jahr in den Geophysical Research Letters, was ihm westlich der schottischen Küste an Bord der RRS Discovery widerfahren war: Das Forschungsschiff war in einen Sturm geraten. Da es am Rumpf mit Drucksensoren und Beschleunigungsmessern bestückt war, ließen sich die Geschehnisse im Nachhinein rekonstruieren – ein Glücksfall für die Wissenschaft. In zwölf Stunden trafen den Rumpf fast zwei Dutzend Wellen, die höher als 20 Meter waren. Um Mitternacht erhob sich gar ein Riese von 29 Metern, bei einer eher niedrigen Windgeschwindigkeit von nur 18 Metern pro Sekunde.

Naomi Holliday, die Leiterin des Teams, vermutet, dass ein Resonanzeffekt das Monster generiert hat: Wellen und Wind hatten fast dieselbe Geschwindigkeit. Der Sturm konnte »effizient Energie in die Wellen pumpen« und die Wassermassen aufschichten. Der Riese, der daraus erwuchs, erschreckte die Wissenschaftler nachhaltig. In einer Fußnote ihrer Arbeit danken sie der Besatzung dafür, dass diese sie lebend in den Hafen zurückgebracht habe – trotz der »schrecklichen Ereignisse«.