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Energie und Entropie, Physik im Alltag und Naturphänomene, Rubrik: "Schlichting! "

Säulen der Erde

Schlichting, H. Joachim. In: Spektrum der Wissenschaft 10 (2017), S. 68 – 69

Wenn Lava erstarrt, erzeugen Spannungen im abkühlenden Basaltgestein ein Netzwerk von Rissen. Die Spalten formen tiefe Säulen mit einem faszinierend regelmäßigen, meist sechseckigen Querschnitt.

Dieses Ufer von fremdartiger Schönheit besteht
aus einer langen Reihe hoher Basaltsäulen

Jules Verne (1828–1905)

Auf La Palma wird man im wahrsten Sinn des Wortes auf Schritt und Tritt mit dem vulkanischen Ursprung der Kanaren konfrontiert. Selbst manche Gehwege erwecken den Eindruck, man würde über erkaltete Lava wandeln – sie zeigen das charakteristische Muster der Basaltsäulen, die auf der Insel an vielen Orten anzutreffen sind (siehe Foto auf der rechten Seite). Die imposanten Gebilde sind eine typische Hinterlassenschaft des Vulkanismus und haben an einigen Plätzen der Erde Berühmtheit erlangt, beispielsweise der Giant’s Causeway in Irland oder die Säulen von Svartifoss in Island (großes Bild oben).
Die Bruchstrukturen sehen im Querschnitt ein wenig wie Natursteinmauern aus, bei denen leicht unterschiedlich geformte Brocken wie in einem Puzzle passgenau aneinandergefügt werden. Die polygonalen Muster der Basaltsäulen hingegen sind ganz von selbst entstanden. Vermutlich beruht ein großer Teil ihrer Faszination auf der seltsamen, scheinbar planmäßigen Ordnung und auf der Vorstellung, welche gewaltigen Prozesse sich dabei wohl abgespielt haben mögen. Diesen kann man mit physikalischen Mitteln auf die Spur kommen.
Wenn flüssige Lava nach einem Vulkanausbruch erstarrt, schrumpft das Volumen des erkaltenden Basalts. Infolgedessen ziehen die Teilchen der zuerst abkühlenden obersten Gesteinsschicht immer stärker aneinander in alle Richtungen. Die Unterseite ist fest mit dem noch heißen Boden verbunden. Das hindert sie daran, dem Zug nachzugeben, und so baut sich eine wachsende Spannung im Material auf. Wenn diese schließlich ein kritisches Maß überschreitet, bricht die Oberseite auf, vornehmlich an zufällig vorhandenen Schwachstellen.
Die Risse sorgen für eine erste Entspannung. Mit fortschreitender Abkühlung treten in den nunmehr getrennten Bereichen allerdings erneut Zugkräfte auf. Es kommt zu weiteren Brüchen und sekundären Rissen. Diese können die meiste Energie freisetzen, indem sie die Spannungen auflösen, die vom primären Riss noch nicht ausgeglichen wurden – das sind gerade die parallel zu Letzterem verlaufenden Zugkräfte. Das lenkt sie vornehmlich so, dass sie schließlich annähernd senkrecht auf den alten Riss auftreffen (siehe Bild links). Auf diese Weise zerfällt die Oberflächenschicht des Basalts schließlich in ein System voneinander isolierter Inseln mit vielen rechten Winkeln…

PDF: Säulen der Erde

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