Definition

In Hafenbecken kann man bei etwas Seegang oft unregelmäßig und heftig auf und ab schwappendes Wasser beobachten. Man meint Wellen zu erkennen, aber diese laufen nicht weit und in auch in unterschiedlichen Richtungen: als Clapotis bezeichnet man in der Physik ein Muster von Wasserwellen, das bei einer Reflexion periodischer und zueinander paralleler Wellenfronten entsteht, wenn diese an einer steilen Wand reflektiert werden. Zum Beispiel in Hafenbecken ensteht dann ein typisches schwappendes Muster interferierender Fronten von Wellen.

Eine künstliche Clapotis im Labor

Laufen parallel zueinander und mit immer gleichem Abstand einzelne Wellenfronten gegen ein steiles Ufer oder eine Wand an, so interferieren die reflektierten Wellenfronten mit den anlaufenden Fronten zu einer sogenannten stehenden Welle, der Clapotis. Die Wellen scheinen sich nicht mehr durchs Wasser zu bewegen sondern still an einer Stelle auf und nieder zu gehen.

Eine künstlich erzeugte Clapotis in einer Wellenwanne (rippel tank). Man sieht typische Rechteck- und Sechseckmuster sowie eine aufgerissene Clapotis.

Videos von Kayak-Fahrern nahe einer Hafenmauer zeigen, wie die Kayaks durch schnell auf- und ab wogende Wellen gleiten. Dabei kommen die Wellen in schnellem Wechsel mal von links und mal von rechts.

Typische Merkmale einer Clapotis

Das Wort Clapotis wird aber gelegentlich auch für Interferenzen von Wasserwellen, die nur einzelne Merkmale einer Clapotis zeigen.^[7] Hier werden nun Merkmale einer Clapotis im engeren, ursprünglichen Sinn vorgestellt.

Plätschernde Geräusche

Die Grundidee einer Clapotis ist es, dass Wellen in umgrenzten Wasserflächen ein Muster hörbar plätschernder Auf- und Abbewegungen erzeugen. Das Wort Clapotis stammt aus dem Französischen und bezieht sich auf ein plätscherndes Schallphänomen. Damit würden flache, still sich durchkreuzende Wellen in einen Becken oder sonstwie umgrenzten Bereich nicht als Clapotis gelten. Man könnte dann ganz allgemein vielleicht von einem unregelmäßigen Interferenzmuster sprechen.

Keine Vorwärtsbewegung, stehende Welle

Bei einer ideal ausgebildeten Clapotis bildet sich eine sogenannte stehende Welle: das Wasser schwappt dann nur noch auf und ab. Man erkennt keine Bewegung von Wellen in eine horizontale Richtung. Dieses Phänomen lässt sich besonders gut in einer Wellenwanne nachstellen. In der Natur dürfte das aber eher selten zu beobachten sein. Ständig wechselnde Richtungen von Windböen und andere Störfaktoren stören immer wieder die für eine stehende Welle nötige Periodizität der Erregung. Siehe auch stehende Welle ↗

Keine klare Wellenrichtung

Bei einer gut ausgeprägten Clapotis kann man keine klare Richtung mehr angeben, in die sich einzelne Gruppen von Wellen bewegen. Es scheint kurzlebige Wellen in alle mögliche Richtungen zu geben.

Kurze Wellenfronten

Die Wellenfronten selbst sind sehr kurz, oft nur wenige Meter lang. Während Wellen im Ozean durchaus Fronten vieler Kilometer Länge bilden können, sind die Wellen einer Clapotis eher Hügel als langgestreckte Gebilde.

Das Aufreißen der Wellen

Treffen zwei Wasserwellen mehr oder minder frontal aufeinander, addieren sich deren Wellenhöhen nicht mehr bloß zu einer höheren gewölbten Wellen. Es kommt vielmehr zu einer Klatschenden Kollision, bei der Wasserteilchen aus der Welle herausgerissen und nach oben geschleudert werden. Schießt das Wasser an den Schwingungsbäuchen auf diese Weise vertikal nach oben, oft mit Spritzern, spricht man von einer aufgerissenen Clapotis^[1]. Es gilt dann auch nicht mehr das physikalische Prinzip einer Superposition, bei der sich die Wellenhöhen einfach nur addieren. Bei einer aufgerissenen Clapotis ist die Höhe der resultierenden Wellen mehr als die Summe der sie bildenden Wellen.

Der Clapotis verwandte Phänomene

Eine Clapotis entsteht durch eine sogenannte Interferenz, nämlich dann, wenn reflektierte Wellen mit neu ankommenden Wellen einer ähnlichen Wellenlänge und Frequenz interferieren. Diese Gemeinsamkeit teilt die Clapotis mit einer Reihe ähnlicher Phänomene.

Abgrenzung zu einer Seiche

Auch eine sogenannte Seiche (aus Französischen) ist eine stehende Welle in einem mehr oder minder von Festland umrandeten Gewässer.^[2] Seichen wurden umfangreich für große Seen am Alpenrand beschrieben, treten aber auch zum Beispiel in kleinere Meeren auf.^[3] Anders als bei einer Clapotis sind die Wellen hier aber sehr vieler länger ihre ihre Frequenzen sehr viel niedriger. Einzelne Wellen einer Seiche können über mehrere Tage hinweg immer wieder aufs Neue am Ufer reflektiert werden und über die Wasserfläche laufen. Siehe auch Seiche ↗

Abgrenzung zu einer Kreuzsee

Als Kreuzsee bezeichnet man in der Seefahrt eine Art von Seegang bei der typischerweise zwei Wellensysteme aufeinandertreffen und mehr oder minder hohe Wellen aus zwei verschiedenen aber beständigen und gut erkennbaren Richtungen kommen. Eine mögliche Art der Entstehung ist die Reflexion von Wellen. Eine Kreuzsee kann aus mindestens zwei Gründen für die Seefahrt gefährlich werden. Das ist näher betrachtet im Artikel Kreuzsee ↗

Fußnoten

[1] Die Clapotis ist ausführlich beschrieben in: Fritz Büsching: Komplexe Reflexionskoeffizienten für Wasserwellen zur Klassifizierung von Brandungseffekten an Küstenschutzbauwerken. In: Die Küste, 78 (2011), 235-258.

[2] Als Seiche (aus dem Französischen), auf Deutsch auch Schaukelwellen, bezeichnet man "frei Schwingungen ganz oder teilweise abgeschlossener Wassermassen". Sie sind typisch für "Seen" und "Meeresbuchten". Physikalisch sind es "stehende Wellen infolge von Luftdruckschwankungen und windbedingtem Wasserstau". In: Brockhaus in Achtzehn Bänden. F. A. Brockhaus. Leipzig, Mannheim. 2002. ISBN für alle Achtzehn Bände gemeinsam: 3-7653-9320-7. Band 12, dort die Seite 442.

[3] Manilyuk, Y.V., Cherkesov, L.V. Simulation of seiche oscillations in the Sea of Azov, using the finite element technique. Phys. Oceanogr. 6, 325–329 (1995). https://doi.org/10.1007/BF02197480

[4] Eine zu weit gefasste Deutung von Clapotis ist es etwa, wenn zurücklaufende Wellen an einem Flachufer mit neu ankommenden Wellen interferieren und dann von einer Clapotis gesprochen wird. Zwar zeigen sich je nach Heftigkeit der Wellen dort Merkmale einer aufgerissenen Clapotis wie hochschießende Wasserteilchen bei einer Kollision von Wellen. Es fehlt aber das Merkmal einer unklaren Wellenrichtung, wie sie vor allem durch eine allseitig umgrenzte Einfassung von Wasserflächen (z. B. Hafenbecken) entsteht.