Die Wissenschaft der Ermüdung auf See
Ein biomathematisches Modell für den Freizeitsegelbereich. Wie Ermüdung, zirkadianer Rhythmus und Schlafdefizit die kognitive Leistungsfähigkeit auf Törns beeinflussen – und was dagegen getan werden kann.
Mehrtägige Ermüdung auf See
“`Ein biomathematisches Zwei-Zustands-Modell für Freizeitsegler auf Überfahrten — wie sich eintägige Ermüdung über mehrtägige Passagen kumuliert und warum manche Wachrotationen die Erholung strukturell begünstigen, während andere dies nicht tun.
Standard vs. Schwedisch — dieselben Stunden, neu verteilt, sodass jede Besatzung jede Stunde genau einmal übernimmt.
in der Forschungsbasis
in der Reihe
Preprints.org
ohne Bezahlschranke
Wesentliche Erkenntnisse aus den Publikationen
Drei Jahrzehnte Forschung aus Chronobiologie, Schlafmedizin, maritimer Sicherheit und biomathematischer Modellierung — nun erweitert um ein Zwei-Zustands-Modell für mehrtägige Offshore-Passagen sowie einen Beweis teilerfremder Zahlen für Wachrotationen mit kleiner Besatzung.
17 Stunden wach = rechtlich beeinträchtigt
Nach 17 Stunden ohne Schlaf sinkt die kognitive Leistungsfähigkeit auf ein Niveau, das dem gesetzlichen Promillelimit für Kraftfahrer in den meisten Ländern entspricht. Eine normale erste Nachtwache auf einer Zweimann-Passage.
Dawson & Reid (1997), Nature
Das zirkadiane Tief um 3 Uhr nachts
Die kognitive Beeinträchtigung um 3 Uhr nachts ist bei gleicher Anzahl von Wachstunden etwa doppelt so hoch wie um 15 Uhr. Der zirkadiane Rhythmus erzeugt auf jeder Passage ein vorhersehbares Gefahrenfenster.
Folkard & Akerstedt, Drei-Prozess-Modell
Schlafeffizienz auf See
Polysomnographische Studien an Bord von Schiffen zeigen, dass die Schlafeffizienz bei mäßigem Seegang auf 78 % und bei schwerem Seegang auf bis zu 30 % sinkt. Die eigene Koje entspricht nicht dem Bett zu Hause.
Bernd et al. (2023), polysomnographische Studie auf See
24 Stunden = doppelter Grenzwert
Nach 24 Stunden ohne Schlaf steigt die Beeinträchtigung auf einen BAK-Äquivalentwert von etwa 0,10 % — weit über dem gesetzlichen Fahrtüchtigkeitsgrenzwert in jeder Rechtsprechung.
Dawson & Reid (1997), unabhängig repliziert
Gewerbliche Grenzwerte gelten nicht für Sie
Das STCW schreibt für professionelle Seeleute eine maximale ununterbrochene Wachzeit von 14 Stunden vor. Ein Pärchen auf einer 120-nm-Nachtpassage überschreitet diesen Wert häufig, bevor es das Ziel in Sicht bekommt.
STCW Regulation VIII/1
Kumulativer Schlafmangel potenziert sich
Mehrtägige Passagen erzeugen einen kumulativen Schlafmangel, der auch dann bestehen bleibt, wenn sich Segler als angepasst empfinden. Das Modell verfolgt, wie sich die Beeinträchtigung über Tage hinweg aufbaut — nicht nur über Stunden.
Van Dongen et al. (2003), Sleep
Teilerfremd strukturierte Wachpläne teilen die Nacht
Wenn Zykluslänge und Besatzungsgröße keinen gemeinsamen Teiler haben, rotiert jeder Wachslot durch jede Besatzung. Schwedisches System 4/4/5/6/5 mit zwei Personen: ggT(5, 2) = 1 — die 02:00-Wache wechselt. Standard 4/4 mit zwei Personen: ggT(6, 2) = 2 — dieselbe Person hat die 02:00-Wache jede einzelne Nacht.
Zucchelli & Smith (2026), Teil 2 §6.4
Gleicher Kurzschlaf, geringere Erholung
Bei ruhiger See mit zusammenhängendem Schlaf stellt ein zweistündiger Kurzschlaf etwa 33 % des schnellen Ermüdungszustands wieder her. Bei schwerem Seegang mit fragmentiertem Schlaf stellt derselbe Kurzschlaf nur 7,5 % wieder her — eine 4,4-fache Verringerung der stündlichen Erholungsleistung.
Zucchelli & Smith (2026), Teil 2 §5
Inhalt der Publikationen
Teil 1 Die Wissenschaft der Ermüdung auf See
- 1–2Das Problem & die BAK-ÄquivalenzWarum Ermüdung auf See von Bedeutung ist, und die wegweisende Forschung, die Wachstunden mit Beeinträchtigung durch Blutalkohol gleichsetzte.
- 3–4Zirkadianer Rhythmus & SchlafenholungWarum 3 Uhr nachts nicht wie 15 Uhr ist und warum nicht jede Ruhepause gleichwertig ist — die Wissenschaft der Schlaffragmentierung und Erholung.
- 5–6Seegang & kumulativer SchlafmangelWie Seegangsbedingungen die Schlafqualität beeinträchtigen und warum mehrtägige Passagen einen kumulativen Leistungsabfall erzeugen, den Segler nicht wahrnehmen.
- 7–8Das integrierte Modell & AnwendungDie gesamte Wissenschaft in einem einzigen biomathematischen Rahmenwerk zusammengeführt — und wie dieses als kostenloser Rechner für Segler umgesetzt wurde.
- 9–10Regulatorischer Kontext & praktische KonsequenzenWas Berufsseeleute einhalten müssen und was Freizeitsegler für ihre eigene Passagenplanung übernehmen können.
- 11–12Einschränkungen & SchlussfolgerungenBekannte Vorbehalte des Modells, Bereiche für künftige Forschung und die Bedeutung für den Freizeitsegelsport.
Teil 2 Mehrtägige Ermüdung auf See
- 1–2Erweiterung des Geltungsbereichs gegenüber dem integrierten ErmüdungsmodellWo der Ein-Zustands-Akkumulator aus Teil 1 seine Validierungsgrenze erreicht und warum Vorgeschichte vor dem Ablegen, chronische Schlafbeschränkung und mangelabhängige Erholung jeweils eine zustandsstrukturierte Behandlung erfordern.
- 3–4Das Zwei-Zustands-Modell nach McCauley–RamakrishnanSchnelle homöostatische Komponente S, langsame allostatische Komponente L und ein fünfharmonischer zirkadianer Term, der den nächtlichen Ermüdungspeak auf 02:00 Uhr legt — kalibriert auf die Dawson–Reid-BAK-Skala.
- 5Maritime ParameterkalibrierungSeegang und Schlaffragmentierung wirken multiplikativ auf die Schlagzeitkonstante — effektive Erholung von 4,9 Stunden bei ruhigem, zusammenhängendem Schlaf bis zu 25,5 Stunden unter sturmbedingt fragmentierten Bedingungen.
- 6Modellabgeleitete KonsequenzenDivergenz der Verlaufskurven pro Besatzungsmitglied, Vorbereitung vor dem Ablegen als Anfangswertproblem, die allostatische Signatur auf mehrtägigen Passagen und die kombinatorische Begründung des schwedischen Wachsystems aus ggT(K, N) = 1.
- 7–8Modellgrenzen & SchlussfolgerungenAktivitäten außerhalb der Wache, individuelle Anfälligkeit und Koffein werden als Grenzen benannt, nicht als kodierte Parameter — und wie die beiden Publikationen als ein gemeinsames Rahmenwerk zusammenwirken.
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Forschungsquellen umfassen
Nature · Sleep · Science Translational Medicine · Occupational and Environmental Medicine · Chronobiology International · Journal of Sleep Research · MAIB · US Coast Guard · EMSA