Naturphänomen: Gezeiten - Wie entstehen Ebbe und Flut?

Bei Ebbe kann man vom deutschen Festland aus zu Fuß auf einige Inseln wie die ostfriesische Insel Baltrum laufen. Wo sonst Schiffe fahren und die tosende See schäumt, sieht man dann Wandergruppen, die durchs Watt (so nennt man die Küstenbereiche, die bei Ebbe trocken liegen) spazieren. Doch wo ist das Wasser bei Ebbe hingeflossen und warum gibt es Ebbe und Flut eigentlich? Kann man die Gezeiten nur an der Nordsee beobachten?

Die Weiten des Wattenmeeres: Bei Ebbe zieht sich das Wasser zurück - und es bleibt eine feuchte Landschaft aus Watt, die Lebensraum unzähliger Tiere und Mikroorganismen ist. (Quelle: Helles Köpfchen)Jeder, der einmal Urlaub an der Nordsee gemacht hat, kennt das Phänomen: Man möchte am Strand schwimmen gehen, aber dort, wo vor wenigen Stunden noch das Meer war, ist jetzt kilometerweit nur Land zu sehen. Das Meer hat sich zurückgezogen - von der Küste zur hohen See. Es kommt und geht in einer immer gleichen Zeitfolge. Zusammen dauern Ebbe und Flut etwa zwölf Stunden und 25 Minuten. Flut nennt man dabei den Zeitraum, zu dem das Wasser ansteigt und Ebbe den Zeitraum, zu dem der Wasserstand sinkt.

Doch warum gibt es Ebbe und Flut und wer oder was ist dafür verantwortlich? Wer die Gezeiten oder Tide, wie man das Zusammenspiel zwischen Ebbe und Flut auch nennt, verstehen will, muss sich unseren Planeten Erde im Weltall vorstellen. Denn die Gezeiten werden von Erde, Mond und Sonne bestimmt. Dabei spielen zwei physikalische Kräfte eine bedeutende Rolle: die Anziehungskraft und die Fliehkraft. Wer diese Kräfte kennt, versteht auch besser, warum es Ebbe und Flut gibt. Doch beginnen wir mit dem Einfluss des Mondes und seiner Anziehungskraft auf das Wasser der Erde.

Der Mond: Herr der Gezeiten

Der Mond hat einen entscheidenden Einfluss auf die Meere unseres Planeten. (Quelle: Wikipedia)Hast du dich auch schon einmal gefragt, warum uns die Erde anzieht und fest auf dem Boden hält? Es liegt an der Schwerkraft - und diese wiederum entsteht durch die Anziehungskraft der Erde. Man nennt diese Kraft auch Gravitationskraft. Ohne sie würden wir frei in der Gegend umherfliegen. Die Erde zieht aber nicht nur uns an und hält uns auf dem Boden. Auch wir ziehen die Erde an - oder uns gegenseitig. Dies merken wir allerdings nicht, weil wir viel weniger Masse und damit Gewicht als die Erde haben und unsere Anziehungskraft deshalb viel geringer ist. Zwei Naturgesetze sind in diesem Zusammenhang von Bedeutung für uns: Je mehr Masse ein Körper hat, umso höher ist auch seine Anziehungskraft. Allgemein zieht jeder Körper jeden anderen an - eben mit unterschiedlichen Kräften.

Durch die Gravitation zieht die Erde den Mond und der Mond wiederum die Erde an. Da Wasser flüssig, also beweglich ist, kann der Mond mit seiner Anziehungskraft das Wasser auf der Erde ein Stück zu sich hin "ziehen". An der Erdseite, an welcher der Mond gerade steht, hebt sich der Wasserspiegel der Meere also an. Es entsteht an der mondzugewandten Erdseite ein so genannter "Flutberg". Da sich die Erde um sich selbst dreht, wandert sie durch diesen Flutberg hindurch. Deshalb wechseln sich Ebbe und Flut ab. Das Wasser "wandert" also nicht einfach nur mit dem Mond weiter, sondern die Erde dreht sich dabei auch unter dem Flutberg hindurch. Warum dauert es aber etwa zwölf Stunden bis zur nächsten Flut? Die Erde dreht sich innerhalb von 24 Stunden, also in einem Tag, einmal um sich selbst und damit einmal unter dem "Flutberg" hindurch. Es gibt aber noch einen zweiten Flutberg - dieser liegt direkt gegenüber dem ersten an der mondabgewandten Seite der Erde. Doch wie entsteht dieser zweite Flutberg? Dazu müssen wir die zweite physikalische Kraft hinzuziehen: die Fliehkraft.

Ein "himmlisches Karussell"

Das rote Kreuz markiert das Baryzentrum, also den gemeinsamen Drehpunkt im System "Erde-Mond". Der Mond braucht etwa 27 Tage, um diesen Punkt zu umkreisen. (Quelle: Wikipedia)Wer einen Globus besitzt, weiß, dass man ihn um seine Achse drehen kann - Achse bedeutet auf Althochdeutsch "Drehpunkt". Die Achse ist also der Bereich, um die sich ein oder mehrere drehende Körper herum bewegen. Die Drehung nennt man auch Rotation. Dabei entstehen Kräfte, die alles rund um die Drehachse nach außen "schleudern". Gleichzeitig wirkt dabei eine Kraft zum Mittelpunkt der Kreisbewegung, also zur Drehachse hin und hält die Drehbewegung stabil. Die nach innen gerichtete Kraft nennt man "Zentralkraft" oder auch "Zentripetalkraft" (lateinisch: petere bedeutet "streben nach"). Die nach außen wirkende Kraft wird als "Fliehkraft" oder auch "Zentrifugalkraft" (lateinisch: fugere bedeutet "fliehen") bezeichnet. Ein Beispiel für die Fliehkraft ist das Kettenkarussell. Je schneller es sich dreht, umso größer wird die Fliehkraft und umso höher "schweben" auch die Fahrer in die Luft.

Wir haben jetzt zwei Dinge erfahren, die uns weiterhelfen: Nämlich, dass sich Erde und Mond um einen gemeinsamen Schwerpunkt drehen und dass bei jeder Drehbewegung Fliehkräfte entstehen. Ein weiteres Beispiel wird verdeutlichen, wie die Fliehkraft das Wasser auf der Erde beeinflusst: Stellen wir uns die beiden Himmelskörper wie zwei Menschen mit langen Haaren vor, die sich gegenüberstehen und fest an den Händen halten. Jetzt beginnen sie sich, umeinander zu drehen - so schnell, dass die Haare anfangen, in der Luft zu "schweben". So wie die Fliehkraft die Haare von der gemeinsamen Drehachse weg nach außen drängt, wird auch das Wasser auf der Erde nach außen geschleudert. Die Fliehkraft, die bei der Rotation von Erde und Mond entsteht, ist also für den zweiten, gegenüberliegenden Flutberg verantwortlich.

Der eine Flutberg liegt auf der mondzugewandten, der andere auf der
-abgewandten Seite der Erde. Diese bewegt sich um den gemeinsamen Schwerpunkt von Erde und Mond. Dadurch ist auf der Seite, die dem Mond abgewandt ist, die Fliehkraft stärker als die dortige Anziehungskraft des Mondes. (Quelle: Wikipedia)Die Drehachse von Erde und Mond liegt dabei noch innerhalb des Erdballs, aber nicht im Erdmittelpunkt. Diese Zone nennt man auch Baryzentrum, was sich aus dem Griechischen ableitet und so viel wie "Schwerezentrum" heißt. Deshalb ist es nicht ganz richtig zu sagen, dass sich der Mond einfach nur um die Erde dreht, tatsächlich drehen sich beide um ihren gemeinsamen Masseschwerpunkt (siehe Animation oben). Der Mond bewegt sich dabei in einem großen Kreis (Radius etwa 380.000 Kilometer) um die Erde, die Erde in einem kleineren Kreis (Radius etwa 4.600 Kilometer) um den sie umkreisenden Mond.

Ein Problem gibt es noch: Es dauert zwölf Stunden und 25 Minuten von einer Flut bis zur nächsten - und nicht nur einfach zwölf Stunden. Das liegt daran, dass sich der Mond innerhalb eines Tages weiter um die Erde bewegt. Teilt man den Erdball in 360 Grad ein, wandert der Mond jeden Tag um etwa 13 Grad um die Erde herum. Anschaulich wird es, wenn man sich die Zeit notiert, an dem der Mond aufgeht. Nehmen wir an, er ginge genau um zwölf Uhr auf. Würden wir einen Tag später wieder messen, ginge er etwa 51 Minuten später, um 12:51 Uhr, auf. Rechnen wir diese 51 Minuten also zu den 24 Stunden, die die Erde braucht, um sich einmal um sich selbst zu drehen. Teilen wir die Summe jetzt durch zwei, denn während dieser Zeit dreht sich die Erde genau einmal unter den zwei Flutbergen hindurch. Wir kommen dann auf zwölf Stunden und 25,5 Minuten. Das entspricht der Zeit, die zwischen zwei Fluten liegt.

Bei Neu- und Vollmond ist die Flut höher

Stehen Sonne, Erde und Mond auf einer Linie, kommt es zur so genannten Springflut. (Quelle: Wikipedia)Auch die Sonne hat einen Einfluss auf Ebbe und Flut. Doch obwohl die Sonne viel mehr Masse hat als der Mond, ist ihr Einfluss auf die Gezeiten nicht einmal halb so groß. Dies liegt an der großen Entfernung der Sonne zur Erde. Denn je größer die Entfernung zweier Körper voneinander ist, desto kleiner ist ihre gegenseitige Anziehungskraft - die Anziehungskraft der Sonne auf die Erde ist deshalb etwa drei Mal so klein.

Je nach Stand des Mondes zur Sonne und Erde hat die Sonne dabei eine verstärkende oder auch abschwächende Wirkung auf die Gezeiten. Stehen Sonne, Erde und Mond auf einer Linie (siehe Bild rechts), so addieren sich die "Gezeitenkräfte" von Sonne und Mond. Der "Tidenhub" ist dann besonders groß. Tidenhub nennt man den Höhenunterschied zwischen dem Wasserpegel bei Ebbe und Flut. Da besonders viel Wasser zu den Flutbergen strömt, ist die Flut höher als sonst. Man nennt diese besondere Gezeitenform dann Springtide. Auch die Ebbe ist bei der Springtide ausgeprägter als sonst.

Steht der Mond im Winkel von 90 Grad zur Sonne, schwächen sich Ebbe und Flut ab. (Quelle: Wikipedia)In einigen Buchten kommt es bei einer Springflut manchmal sogar zu einer sichtbaren Gezeitenwelle. Gefährlich kann eine Springflut dann werden, wenn sich ein Sturm bildet und den Wasserpegel noch zusätzlich erhöht. Geschehen ist dies zum Beispiel 1962 in Hamburg. Damals waren die Deiche den Wassermassen nicht gewachsen und brachen schließlich ein. Mehrere Stadtteile standen unter Wasser und es kamen 315 Menschen ums Leben.

Zum Glück kommt es nur selten zu solchen Extremfluten. Eine normale Springtide gibt es alle 14 Tage, nämlich bei Neu- und bei Vollmond. Immer dann stehen alle drei Himmelskörper auf einer Linie. Bei zu- und abnehmendem Halbmond stehen Erde, Mond und Sonne etwa in einem rechten Winkel zueinander (siehe Bild links). Die Gezeitenkräfte von Mond und Sonne wirken dann gegeneinander und die Flutberge sind kleiner als bei einer sonstigen Flut. Diese besondere Gezeitenform nennt man Nippflut.

Gefährliche Flut

Noch herrscht Ebbe. Doch immer wieder geraten Menschen in Gefahr, weil sie von der schnell ansteigenden Flut überrascht werden. (Quelle: Helles Köpfchen)Immer wieder ertrinken Menschen, weil sie von der schnell ansteigenden Flut überrascht werden. Meistens sind es Touristen, die sich unwissend den Gefahren der Flut aussetzen. Dabei gehen sie bei Ebbe nichtsahnend Muscheln sammeln oder durchs Watt spazieren. Oft laufen sie weite Strecken dem Wasser entgegen, um zu baden und wissen nicht viel von Ebbe und Flut. Doch plötzlich steigt die Flut so rasch an, dass die Badenden nicht schnell genug an Land kommen.

Im feucht-schlammigen Watt kommt man nicht allzu schnell voran. Die extremen Wasserströmungen machen es oft unmöglich, aus eigener Kraft gegen sie anzusteuern. Ein weiteres Problem ist ein plötzlich auftauchender Seenebel. Stell dir vor, du bist auf einer Wattwanderung - und innerhalb weniger Minuten zieht ein immer dichter werdender Nebel auf. Du siehst dann nicht mehr, wo das Festland und wo offene See ist. Menschen in einer solchen Situation verlieren meist die Orientierung und irren so lange herum, bis die Flut kommt - eine lebensgefährliche Situation.

Erst 2004 sind an der englischen Küste 18 chinesische Touristen ertrunken. Sie waren zum Muschelsammeln durchs Watt gelaufen und von der Flut überrascht worden. Trotz dem Einsatz von Armee und Polizei konnte nicht einmal die Hälfte der Gruppe gerettet werden. Dies verdeutlicht, wie extrem gefährlich Unwissenheit über die Gezeiten sein kann. Deshalb sollte man einige Regeln beachten, wenn man durchs Watt wandert.

Wichtige Regeln im Watt:

Im Watt kann man schnell die Orientierung verlieren. Die herannahende Flut wird oft unterschätzt, denn im Watt kommt man nicht schnell voran und die Strömung ist oft stark. (Quelle: Helles Köpfchen)- Man sollte nur unter ortskundiger Führung wandern.
- Wichtig ist, dass man sich über die Zeiten informiert, zu denen der Wasserpegel wieder steigt.
- Da Seenebel sehr plötzlich auftaucht, sollte man unbedingt mit Kompass wandern, um die Orientierung zu behalten.
- Gehe nie bei Gewitter durchs Watt - bei der flachen, feuchten Landschaft ist die Gefahr eines Blitzeinschlags besonders groß!
- Da die Sonne auf dem nassen Boden sehr stark reflektiert, ist die Gefahr, sich einen starken Sonnenbrand zuzuziehen, sehr hoch - deshalb sollte man sich vor einer Wattwanderung lieber mit Sonnencreme einreiben.