Welle-Eis Interaktion und das Aufbrechen des Eises weit entfernt vom Eisrand

11. August 2021, von Franz von Bock und Polach, Marco Klein und Moritz Hartmann

Foto: Franz von Bock und Polach

Die Interaktion von Wellen und Eis gewinnt in den Feldern des maritimen Ingenieurwesens, der Ozeanographie und den Klimawissenschaften zunehmend an Relevanz. Die Aufmerksamkeit richtet sich hier vor allem auf die Ausbreitung und Dispersion von Wellen im Eis, Wellendämpfung und das Aufbrechen von Eis durch Wellen. Die globale Erwärmung und die damit verbundene Reduktion der Eisdicke in der Arktis verringert auch den Widerstand des Eises gegenüber der mechanischen Belastung und dem Aufbrechen durch Wellen. Gleichzeitig vergrößert die reduzierte Eisfläche die Wirklänge von Winden, welche Wellen erzeugen. Zusätzlich ist auch zu erwarten, dass der Klimawandel zunehmend Stürme in der Arktis verursacht, was wiederum zu erhöhter Welle-Eis Interaktion führt. Allerdings beinhalten alle erwähnten Ursachen und Phänomene noch viele Wissenslücken, welche es zu füllen gilt.

Zusätzlich zum Aufbrechen des Eises in Nähe des Eisrands findet ein Aufbrechen des Eises durch Wellen auch weit im Inneren der arktischen Eisdecke statt. Diese Phänomene sind allerdings mit linearen Theorien und der etablierten exponentiellen Dämpfung der Wellenamplituden nicht zu erklären. Theoretisch wurde bereits gezeigt, dass nicht-lineare Effekte durch Eisfelder verstärkt werden können und somit eine Reduktion der Wellenlängen eine höhere Wellensteilheit hervorrufen kann.

Um die auftretenden Phänomene besser zu verstehen wurde ein von der DFG (Deutsche Forschungsgemeinschaft, Projekt 407532845) finanziertes Forschungsprojekt gestartet. Ziel ist es, numerisch und experimentell zu zeigen, dass nicht-lineare Welle-Eis Interaktionen unter dem Eis auftreten können und ein Aufbrechen des Eises in weiter Entfernung vom Eisrand verursachen können. Experimente im Modellmaßstab werden im großen Eistank der Hamburgischen Schiffbau Versuchsanstalt (HSVA) durchgeführt, wo Welleneigenschaften vor dem Eisrand und über die Eisfläche gemessen werden. Im Kontext dieses Projektes wird auch untersucht, wie die Produktion von skaliertem Modelleis angepasst werden muss, um Maßstabs-Effekte zu vermeiden, die durch herkömmliches Modelleis hervorgerufen werden, welches für Experimente zur Schiff-Eis Interaktion eingesetzt wird.

Passend hierzu sind Franz von Bock und Polach und Marco Klein Gasteditoren des Special Issue des Journals “Water” zum Thema "The Occurrence, Physics and Impact of Wave-Ice Interaction". Paper können bis Ende 2021 eingereicht werden.