Aus vergangenen Sturmwellen für die Zukunft lernen

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Read this article in English below: Lessons for the future from past storm waves

Auf den Bahamas wurden vor über 100.000 Jahren tonnenschwere Felsbrocken durch Sturmwellen auf die Klippe gespült. Ob die Felsen tatsächlich von vorzeitlichen „Superstürmen“ bewegt wurden, war lange Zeit umstritten. Forschende um Dr. Alessio Rovere vom MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften an der Universität Bremen und dem Leibniz-Zentrum für Marine Tropenforschung (ZMT) haben nun herausgefunden, dass die Stärke heutiger Stürme verbunden mit einem wenige Meter höheren Meeresspiegel hierfür ausreichen würde. Die Ergebnisse hat die Zeitschrift „Proceedings of the National Academy of Sciences“ (PNAS) veröffentlicht.

Weltweit sind Küstenregionen durch Klimawandel und Meeresspiegelanstieg gefährdet. Wärmere klimatische Bedingungen können Stürme verstärken und lassen Überflutungen häufiger auftreten – eine wachsende Bedrohung für die Bevölkerung, die Infrastruktur und Industrie in Küstennähe. Darum ist es wichtig, das Ausmaß besser abschätzen zu können, in dem extreme Stürme an Intensität und Häufigkeit zunehmen werden. Hierfür stützen sich Klimaforschende auf Wetterbeobachtungen und Modellrechnungen, schauen darüber hinaus aber auch in die Vergangenheit.

Superstürme der Vergangenheit

Für Vergleiche wird häufig die letzte Warmzeit, zwischen etwa 128.000 bis 116.000 Jahre vor heute, herangezogen. Dies war die Periode der Erdgeschichte, in der das Klima letztmals wärmer war als zur vorindustriellen Zeit. Der Meeresspiegel lag höher als heute. Es wird angenommen, dass in dieser Zeit der Nordatlantik von „Superstürmen“ geprägt war – stärker als jeder Sturm seit Beginn der instrumentellen Aufzeichnungen. An den Ostküsten Bermudas und der Bahamas zeugen verschiedene Ablagerungen von den einstigen Sturmwellen, die das Land überspült haben, darunter auch riesige Felsbrocken. Diese haben Dr. Alessio Rovere, Leiter der Brückennachwuchsgruppe „Sea Level and Coastal Changes“ am MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften der Universität Bremen und dem Leibniz-Zentrum für Marine Tropenforschung (ZMT), und seine Kolleginnen und Kollegen genauer untersucht. „Wir wollten wissen, wie viel Energie Sturmwellen brauchen, um solche massiven Felsen von der Klippenkante auf ihre heutige Position zu bewegen, und ob die Energie durch einen heutigen Sturm das auch schaffen könnte.“

Sturmwellen transportieren Felsbrocken

Auf einer etwa 15 Meter hohen Klippe auf der Bahamasinsel Eleuthera liegen sieben massive Felsbrocken, die laut einiger Studien von Superstürmen dorthin verfrachtet wurden. Sie sind so gigantisch, dass es unvorstellbar ist, dass diese Felsen von Wellen dort abgelegt worden sein könnten. Zwei der größeren Felsbrocken sind in der Region unter den Namen „Cow“ und „Bull“ bekannt. Rovere und sein Team haben diese beiden vermessen, ihr Volumen und ihre Dichte abgeschätzt, und kamen so auf ein Gewicht von 383 Tonnen für den kleineren Felsen und 925 Tonnen für den größeren. Die vor Ort gesammelten Daten speisten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in ihr Computermodell und passten den Meeresspiegel auf die damalige Zeit an, also bis zu 15 Meter über dem heutigen. Mit ihrem Wellenmodell reproduzierten sie Wellen, wie sie in drei Stürmen entstanden, die Eleuthera besonders hart trafen: der „Perfekte Sturm“ im Jahr 1991, Hurrikan Andrew ein Jahr später und Hurrikan Sandy in 2012. Diese Sturmwellen ließ das Forscherteam im Modell gegen die Klippen Eleutheras anlaufen, um zu errechnen, ab welchen Wellenhöhen und -längen sowie Strömungsgeschwindigkeiten das Wasser die Felsen bewegen kann.

Aus längst vergangenen Wellen für die Zukunft lernen

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass kein Supersturm nötig war, um die heutige Position der beiden Felsbrocken zu erklären“, sagt Rovere. „Selbst, wenn wir für den Meeresspiegel nur einen Wert von sechs Meter über heutigem Niveau annehmen, hätten Wellen, wie die von Hurrikan Sandy erzeugten, ausgereicht, um die Felsen „Cow“ und „Bull“ auf ihre heutigen Positionen zu transportieren.“ Für künftige Stürme lässt sich also schlussfolgern, dass – auch wenn die Stürme nicht stärker würden – allein der Meeresspiegelanstieg dafür sorgen würde, dass starke Wellen während eines Sturmes häufiger auftreten und auch die Strömungsgeschwindigkeiten, und damit die Energie der Wellen, zunehmen.


Lessons for the future from past storm waves

Over 100,000 years ago, boulders weighing many tons were washed onto a cliff in the Bahamas. It has been long debated whether the rocks were actually transported by ancient “super storms”. Dr. Alessio Rovere, along with scientific colleagues from MARUM – Center for Marine Environmental Sciences of the University of Bremen and from the Leibniz Centre for Tropical Marine Research (ZMT), have now discovered that storms with intensities that are not uncommon today combined with a few meters increase in sea level would be sufficient to achieve the feat. The journal Proceedings of the National Academy of Sciences published their results.

Coastal regions worldwide are threatened by climate change and sea-level rise. Warmer climate conditions can increase the strength of storms and cause floods to occur more often – a growing hazard for the populations, the infrastructures and industries near the coasts. It is therefore important to improve our predictions regarding the magnitude that extreme storms will increase in intensity and frequency in the future. For this, climate researchers rely on weather observations and model calculations, but also look beyond these into the past.

Super storms in the past

The last warm period, between around 128,000 and 116,000 years ago, is often used as a measure for comparison. This was the last period in Earth’s history during which the climate was warmer than in the pre-industrial era. Sea level was higher than it is today. It is thought that the North Atlantic was characterized at that time by “super storms”, which were stronger than any storms that have occurred since instruments have been used to record them. On the east coasts of Bermuda and the Bahamas, various deposits that include giant boulders testify to erstwhile storm waves that engulfed the land. Dr. Alessio Rovere, leader of the Junior Research Group “Sea Level and Coastal Changes” at MARUM – Center for Marine Environmental Sciences of the University of Bremen and the Leibniz Centre for Tropical Marine Research (ZMT), has studied this in some detail together with his colleagues. “We wanted to know how much energy is required for a storm wave to move such huge boulders from the cliff edge to their present positions, and whether modern storms possess the energy to accomplish this feat.”

Storm waves transport boulders

On the Bahamian island of Eleuthera seven massive boulders are positioned atop a 15-meter-high cliff. According to a number of studies they were transported there by super storms. They are so gigantic that it is almost inconceivable that they could have been deposited there by waves. Two of the larger boulders are known in the region by the names “cow” and “bull”. Rovere and his team have measured these two boulders, estimated their volumes and densities, and calculated a weight of 383 tons for the “cow” and 925 tons for the “bull”. The researchers fed the data collected on location into their computer model and adjusted for sea level at the time of deposition, which was up to 15 meters higher than today. Using their wave model they simulated waves that were generated by three modern-era storms that hit Eleuthera especially hard: the “Perfect Storm” of 1991, Hurricane Andrew a year later, and Hurricane Sandy in 2012. The team of researchers carried out a scenario in the model where these storm waves strike the cliffs of Eleuthera, in order to calculate the wave height and length, as well as current speed, required to move the rocks.

Lessons for the future from waves in the distant past

“Our results indicate that a super storm was not necessary to explain the present positions of the two boulders,” says Rovere. “Even if we assume a sea level only six meters higher than that of today, waves such as those produced by Hurricane Sandy would have been sufficient to transport the boulders “cow” and “bull” to their present positions.” So for future storms it can be concluded that, even if the intensity of storms does not become greater, the rise of sea level alone would be enough to increase the frequency of strong waves during a storm as well as the current speed, which increases the wave energy.

Veröffentlichung/Publication: Giant boulders and Last Interglacial storm intensity in the North Atlantic
Alessio Rovere, Elisa Casella, Daniel L. Harris, Thomas Lorscheid, Napayalage A. K. Nandasena, Blake Dyer, Michael R. Sandstrom, Paolo Stocchi, William J. D’Andrea, Maureen E. Raymo
Doi: 10.1073/pnas.1712433114

Quelle/Source: off. Pn des MARUM und des ZMT

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Pia Gaupels

Pia Gaupels, 30, Bibliotheksinformationsstudium an der TH Köln von 2007-2010. Studiert seit 2014 an der Universität Münster Geowissenschaften. Der Schwerpunkt liegt auf Planetare Geologie und Geoinformationswissenschaften. Sie hat die Facebook-Seite GeoHorizon gegründet. Zudem hat sie ausgeprägte Fähigkeiten in der Bild- und Videobearbeitung.