SWOT zeigt: Tsunami im Pazifik fragmentierte unerwartet

Am 29. Juli 2025 löste ein starkes Erdbeben vor der Kurilen-Kamtschatka-Senke in Russland einen tsunamiweiten Pazifik aus — und zufällig war ein Satellit zur richtigen Zeit am richtigen Ort, um das Ereignis zu erfassen. Neue Beobachtungen der Surface Water and Ocean Topography (SWOT)-Mission von NASA und CNES zeichneten das Phänomen in bislang unerreichter Detailtiefe auf. Die Daten zeigen, dass große Tsunamis sich in einen dominanten Spitzenimpuls gefolgt von kleineren Nachlaufwellen aufspalten können — ein Verhalten, das etablierte Annahmen zur Wellenausbreitung infrage stellt.

Neue Blickwinkel auf Ozeanwellen: was SWOT liefert

SWOT, 2022 gestartet mit dem Ziel, Veränderungen des Meeresspiegels zu messen, ist primär dafür konzipiert, Meeresströmungen, Seen und Küstenüberflutungen zu kartieren. Im Gegensatz zu punktuellen Messsensoren arbeitet SWOT anders: Anstatt nur entlang einer schmalen Linie zu messen, scannt die Mission einen breiten Messstreifen — in etwa 120 Kilometer (75 Meilen) breit — und liefert hochaufgelöste Höhenkarten der Meeresoberfläche. Diese Form der Satellitenaltimetrie, oft als weitstreifige Altimetrie bezeichnet, eröffnet neue Möglichkeiten für die Beobachtung großskaliger ozeanischer Prozesse.

Dieser breite Blick erwies sich als glücklicher Zufall. Als das Beben der Magnitude 8,8 einen Tsunami quer über den Pazifik aussandte, überflog SWOT den Wellenzug und erfasste das Profil der Meeresoberfläche über einen großen Querschnitt. Wissenschaftler kombinierten diese Satellitenmessungen mit Zeitreihen von drei Deep-ocean Assessment and Reporting of Tsunamis (DART)-Bojen in der Region, um die Ausbreitung, Streuung und Fragmentierung der Wellen zu rekonstruieren. Solche kombinierten Datensätze — Satellitenaltimetrie plus in-situ-Messungen — bieten eine räumlich kontinuierliche Perspektive, die punktuelle Bojenmessungen allein nicht liefern können.

Technisch gesehen nutzt SWOT interferometrische Höhenmessung und feinere räumliche Auflösung als herkömmliche Altimeter, wodurch kleine Amplituden und räumliche Muster im Meeresspiegel besser auflösbar werden. Für die Erforschung von Tsunamis bedeutet das: nicht nur die Erkennung einer Invervalsamplitude an einem Messpunkt, sondern die Darstellung der gesamten Form des Wellenzugs über Hunderte von Kilometern. Diese Information ist entscheidend, um Prozesse wie Streuung, Interferenz und nichtlineare Wechselwirkungen besser zu verstehen.

Die Welle bricht: ein unerwartetes Muster

Die konventionelle Theorie geht davon aus, dass sich weit reisende Tsunamis weitgehend nondispersiv verhalten: Das heißt, Form und Geschwindigkeit der Welle bleiben erhalten, wobei Trog und Kamm als zusammenhängende Struktur voranschreiten. Die SWOT-Beobachtungen dieses Ereignisses erzählen eine andere Geschichte. Die Satellitendaten zeigen eine ausgeprägte führende Welle — mit mehr als 45 Zentimetern (1,5 Fuß) Amplitude an der Meeresoberfläche — gefolgt von einer Serie kleinerer nachlaufender Wellen. Anders ausgedrückt: Der Tsunami zerfiel teilweise und blieb nicht als ein einziger kohärenter Impuls erhalten.

Physikalisch kann dieses Verhalten mehrere Ursachen haben. Dispersionseffekte, topographische Wechselwirkungen mit dem Meeresboden, nichtlineare Wechselwirkungen innerhalb des Wellenzugs und die Richtung bzw. räumliche Variabilität der seismischen Quelle können dazu beitragen, dass Energie in verschiedene Wellenpakete umverteilt wird. Darüber hinaus kann die Interaktion mit Unterwasserbergen, Kontinentalhängen und seismischen Komplexitäten am Entstehungsort die anfängliche Wellenform fragmentieren. Die Kombination aus hoher räumlicher Auflösung der Satellitendaten und punktuellen DART-Messungen machte es möglich, diese Fragmentierung räumlich nachzuvollziehen.

»Ich betrachte SWOT-Daten wie eine neue Brille«, sagt Ángel Ruiz-Angulo, Erstautor der Studie und physikalischer Ozeanograph an der Universität Island. »Früher konnten wir mit DARTs den Tsunami nur an bestimmten Punkten im weiten Ozean sehen. Es gab zwar Satelliten zuvor, aber sie sehen im besten Fall nur eine dünne Linie über einen Tsunami. Jetzt können wir mit SWOT einen Streifen von bis zu etwa 120 Kilometern [75 Meilen] Breite erfassen, mit einer bislang unerreichten hochauflösenden Darstellung der Meeresoberfläche.«

Die Sicht auf die führende Welle und die nachfolgenden kleineren Wellen erlaubt es Wissenschaftlern, die Energiebilanz des Wellenzugs besser zu quantifizieren: Wie viel Energie konzentriert sich im ersten Impuls, wie viel wird in die nachfolgenden Wellen verlagert, und wie verändert sich die spektrale Energieverteilung über die Distanz? Solche Informationen sind wichtig, um theoretische Modelle zu prüfen, die bisher auf Annahmen der Nondispersion beruhten.

Warum diese Entdeckung für Prognosen und Warnungen wichtig ist

Ob Tsunamis dispergieren oder intakt bleiben, beeinflusst entscheidend Vorhersagezeiten und Abschätzungen der Küstenwirkung. Zerfällt ein Tsunami in mehrere Impulse, so kann die Küste zuerst von einer starken ersten Flutwelle getroffen werden, gefolgt von gefährlichen Rückströmungen (Ebbe) und weiteren Wellen, die in unterschiedlichen zeitlichen Abständen ankommen. Dieses Muster macht Evakuierungspläne, zeitliche Einschätzungen und Schadensprognosen komplexer. Ein robustes Frühwarnsystem muss daher nicht nur die Ankunftszeit einer ersten Welle schätzen, sondern auch die Wahrscheinlichkeit und das Timing nachfolgender Impulse berücksichtigen.

Die Kombination von SWOT-Streifendaten mit DART-Bojen-Zeitreihen schafft ein räumlich dichteres und kontinuierlicheres Abbild des Wellenfeldes, das in numerische Modelle eingespeist werden kann, um Algorithmen zur Wellenausbreitung und Streuung zu verfeinern. Solche verbesserten Modelle könnten konkret zu besseren Früherkennungsprodukten und gezielteren Warnmeldungen für gefährdete Küstengemeinden im Pazifik führen. Beispiele für mögliche Verbesserungen:

• Feinere Abschätzung der Spitzenamplitude an exponierten Küstenabschnitten
• Erkennung von Sekundärwellen, die zu mehreren Überflutungsereignissen führen können
• Bessere zeitliche Vorhersagen für wiederkehrende Gefährdungsperioden nach der Erstankunft

Für Entscheidungsträger und Katastrophenschutzbehörden bedeutet das zugleich eine Herausforderung und eine Chance: Warnstufen und Evakuierungsanweisungen müssen flexibler und auf Intervallen basierend gestaltet werden, statt allein auf dem erwarteten Eintreffen eines einzelnen Wellenkörpers. In der Praxis könnte eine Kombination aus Satellitendaten, Bojen, Küstenradar und lokalen Pegelstationen operative Warnsysteme stärken und Fehlinformationen reduzieren.

Zusätzlich haben die Beobachtungen Relevanz für die Risikobewertung langfristiger Küstenbelastungen. Wenn sich Tsunamis häufiger in dominante und nachfolgende Impulse aufspalten, verändert das die kumulative Belastung von Infrastruktur, Stränden und Ökosystemen. Versicherungsmodelle, Küstenplanung und Widerstandsstrategien müssten diese Erkenntnisse berücksichtigen.

Blick nach vorn: Echtzeitüberwachung und operationeller Einsatz

SWOT wurde nicht als operativer Tsunamidetektor entwickelt; dennoch unterstreicht dieser zufällige Vorbeiflug, wie weitstreifige Altimetrie und andere Satellitenressourcen ozeanische Überwachungsnetzwerke ergänzen könnten. Um Satellitendaten wirklich in Echtzeit für Frühwarnungen zu nutzen, sind jedoch mehrere Weiterentwicklungen nötig: schnellere Wiederbesuchsraten, Echtzeit-Downlinks, bessere Datenassimilation in numerische Vorhersagemodelle sowie Synergien mit Küstenradaren, GNSS-Reflektometrie und in-situ-Sensoren wie DART-Bojen und Pegelstationen.

Konkrete Schritte, die den operationellen Nutzen erhöhen würden, umfassen:

• Entwicklung von Missionskonzepten mit kürzeren Überflugintervallen über ozeanische Hotspots
• Echtzeit- oder nahezu Echtzeit-Datenübertragung von Satelliten zur Aufbereitungsinfrastruktur und Warnzentren
• Standardisierte Schnittstellen zur Integration von Satellitenstreifenmessungen mit existierenden Tsunami-Vorhersagesystemen
• Routine-Validierung der Satellitendaten mit DART- und Küstenmessungen, um Unsicherheiten zu quantifizieren

Ferner könnten zukünftige Satellitenmissionen spezialisierte Sensoren für Küstenzonen beinhalten, etwa hochauflösende Altimeter mit adaptiven Modi, die im Falle seismischer Ereignisse automatisch in einen Überwachungsmodus wechseln. Die Kombination aus Fernerkundungsdaten und kontinuierlichen in-situ-Messungen verbessert nicht nur die Reaktionsfähigkeit, sondern erhöht auch die wissenschaftliche Grundlage für robustere physikalische Modelle der Wellenausbreitung.

Die Ergebnisse wurden in The Seismic Record veröffentlicht und markieren einen Schritt hin zu einer nuancierteren Tsunamiforschung — einer Forschung, in der Satelliten-Streifenbildgebung die tatsächliche Komplexität der Reaktion des Ozeans auf seismische Schocks beleuchtet. Für die Forschungs- und Katastrophengemeinschaft bedeutet dies neue Datenquellen, die helfen, Modelle zu validieren, Unsicherheiten zu reduzieren und letztlich Menschenleben zu schützen.

Abschließend ist festzuhalten, dass die Erkenntnisse aus der SWOT-Beobachtung nicht alle offenen Fragen beantworten, aber sie liefern konkrete Hinweise, wie räumliche Fragmentierung und spektrale Energieverteilung von Tsunamis besser erfasst werden können. Zukünftige Arbeiten sollten daher die Integration von Satellitendaten in Echtzeitmodellierung, die Untersuchung der Rolle bathymetrischer Muster bei der Fragmentierung und die statistische Analyse mehrerer Ereignisse umfassen, um allgemeine Prinzipien hinter diesem Verhalten abzuleiten. Solche Forschungsanstrengungen fördern die Entwicklung robusterer Frühwarnsysteme, präziserer Risikoeinschätzungen und gezielter Küstenschutzmaßnahmen entlang gefährdeter Pazifikzonen.