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Gefährliche Wasserschwingungen zwischen Varna-See und Schwarzem Meer entdeckt
Überraschende Gefahr im Hafenkanal: Zwischen Schwarzem Meer und dem bulgarischen Varna-See kann sich die Strömung innerhalb von zehn Minuten um bis zu 0,8 Meter pro Sekunde ändern. Gleichzeitig schwankt der Wasserstand um bis zu 80 Zentimeter. Messungen und Modellrechnungen legen nahe, dass natürliche Resonanzen im Kanal-See-System diese Bewegungen verstärken.
Tallinn (Estland). In schmalen Wasserstraßen können Schiffe von Strömungen überrascht werden, die sich nicht allein aus dem Wind des Augenblicks erklären lassen. Der nördliche Hafenkanal von Varna am Schwarzen Meer ist dafür ein Beispiel: Schon seit Jahren berichteten Lotsen dort von ungewöhnlich starken und rasch wechselnden Wasserbewegungen.
Der Kanal verbindet eine Meeresbucht mit dem landeinwärts gelegenen Varna-See. In solch begrenzten Gewässern können sich Wellen an den Ufern und Übergängen reflektieren und als stehende Wasserschwingungen aufschaukeln. Dieses als Seiche bezeichnete Phänomen kann selbst dann kräftige Strömungen erzeugen, wenn der Wasserstand außerhalb des Kanals nur mäßig schwankt.
Forscher der Tallinn University of Technology (TalTech) um Prof. Jüri Elken haben nun untersucht, was hinter den kurzen Strömungsspitzen steckt. Sie werteten dafür Strömungs- und Pegelmessungen aus und verglichen die beobachteten Schwingungen mit Berechnungen für das zusammenhängende System aus Meer, Kanal und See.
Das Team analysierte Daten vom 18. Februar bis 18. Mai 2025. Drei Sensorstationen waren über den rund 2,4 Kilometer langen und etwa 300 Meter breiten nördlichen Hafenkanal verteilt, vom meerseitigen Eingang bis zum Übergang in den See. Ergänzend wurden Wetter- und Wasserstandsdaten herangezogen.
„Dafür verwendeten wir Hydromast-Messstationen, die am Zentrum für Biorobotik der Technischen Universität Tallinn entwickelt wurden und von denen drei in einminütigen Abständen die Geschwindigkeit und Richtung der Wasserbewegung sowie den Wasserstand registrierten“, erklärt Laura Piho von der Tallinn University of Technology (TalTech).
Die zeitlich dichten Messreihen enthüllten Veränderungen, die in stündlichen Mittelwerten leicht übersehen werden. Bei zwei ausgeprägten Ereignissen im März 2025 war die kurzfristige Schwankungsintensität etwa fünfmal so hoch wie im üblichen Hintergrundgeschehen. Innerhalb von rund zehn Minuten änderten sich die Strömungsgeschwindigkeit um bis zu 0,8 Meter pro Sekunde und der Wasserstand um bis zu 0,8 Meter.
Die starken Ausschläge traten nicht als einzelne gewöhnliche Wellen auf. Stattdessen zeigte die statistische Auswertung charakteristische, wiederkehrende Schwingungen des Wasserstands, die im gesamten Kanal miteinander zusammenhingen. Das lieferte den Forschern den entscheidenden Hinweis auf einen Resonanzeffekt.
Die Form und Tiefe eines Gewässers bestimmen, in welchem Rhythmus sein Wasser bevorzugt hin und her schwingt. Treffen von außen angeregte langperiodische Wellen einen solchen Eigenrhythmus, kann sich die Bewegung verstärken. Das Team untersuchte diesen Zusammenhang anhand von Spektralanalysen und einem vereinfachten mathematischen Wellenmodell.
„Und besonders deutlich waren Schwingungen mit Perioden von 37 und 19 Minuten“, betont Prof. Jüri Elken.