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Physik im Alltag und Naturphänomene

Steine: Schön strukturierte Pflastersteine

Beim Flanieren in Städten ist meine Aufmerksamkeit nicht nur auf Menschen und Gebäude gerichtet. Auch der steinerne Belag von Fußböden und Bürgersteigen gehören dazu. Es ist erstaunlich, wie viele Informationen in diesen Nebensächlichkeiten stecken, ganz abgesehen davon, dass man ihnen nicht selten auch ästhetische Aspekte abgewinnen kann (siehe auch hier und hier und hier und hier und hier).
Der im Foto gezeigte Ausschnitt aus den Bodenplatten eines gepflasterten Platzes in einer Stadt in der Schweiz zeigt zum einen eine eindrucksvolle Felsstruktur, die einiges über die erdgeschichtliche Vergangenheit aussagen könnte, wenn ich es doch nur zu lesen verstünde (siehe auch hier). Worauf es mir hier ankommt, ist jedoch die Sorgfalt, mit der die Platten verlegt wurden. Im oberen Foto ist zu erkennen, dass den Platten die ursprüngliche Nachbarschaft, die  im Fels Jahrmillionen währte, auch in dieser erdgeschichtlich kurzen Zeit als Belag eines städtischen Platzes vergönnt bleibt.
Der Plattenbelag wäre mir vermutlich gar nicht aufgefallen, wenn es nicht kurz vorher geregnet hätte, wodurch aus dem kontrastarmen Trockenzustand für eine gewisse Zeit eine erstaunlich farbgesättigte Oberfläche zum Vorschein gebracht wurde. Im unteren Foto sieht man wie diese Farbsättigung nach dem Regenschauer allmählich wieder in ein graues Einerlei zurückfällt.
Die Farbsättigung und Verdunklung von Steinen kennt man auch aus anderen Zusammenhängen. Wenn man am Strand Kieselsteine sammelt und sich an Form, Struktur und Farbe freut, so wird man zuhause enttäuscht feststellen, dass die Farbe infolge der Trocknung ziemlich fahl geworden ist. Da hilft nur anfeuchten oder lackieren.
Der physikalische Grund dafür, dass feuchte Gegenstände nicht nur dunkler und farbgesättigter erscheinen als im trockenen Zustand liegt am unterschiedlichen Reflexionsverhalten einer trockenen und feuchten Oberfläche. Die Farben des Steins kommen dadurch zustande, dass ein bestimmter Anteil des weißen Lichts absorbiert und der Rest wieder ausgestrahlt wird. Dieser wird als Farbe des Steins wahrgenommen. Die Oberfläche des Steins ist zerfurcht und zerklüftet und diese Mikrostrukturen reichen bis in an die Größenordnung der Wellenlänge des Lichts heran. Das hat zur Folge, dass ein Teil des Lichts an diesen Strukturen unabhängig von der Eigenfarbe des Steins gestreut, also diffus in alle Richtungen reflektiert wird. Dieses Streulicht legt sich gewissermaßen wie ein Grauschleier über die raue Oberfläche des trockenen Steins und führt zu einem mehr oder weniger starken Verlust der Farbsättigung.
Durch das Wasser werden die Lücken in der rauen Oberfläche aufgefüllt mit der Folge, dass das Licht an den Grenzflächen zwischen nunmehr Wasser und Stein weniger stark abgelenkt und reflektiert wird, als zwischen Luft und Stein. Ein Teil des reflektierten Lichts wird zudem an der Grenzfläche zwischen Luft und Wasser total reflektiert mit einer neuen Chance vom Stein absorbiert zu werden. Mit anderen Worten, es gibt kaum noch Streulicht und die Farben des Steins erscheinen in großer Brillanz. (Siehe auch hier).

Diskussionen

6 Gedanken zu “Steine: Schön strukturierte Pflastersteine

  1. So etwas sieht kaum jemand!
    Mein Enkel mit seinen fünf Jahren betreibt dieses Spiel: Nicht auf die Ränder treten, wenn wir über solche Bodengestaltung laufen…woher wohl dieser Drang kommt?

    Verfasst von wildgans | 13. Dezember 2019, 10:15
    • Als Kind habe ich auch immer versucht meinen Schritt der Pflasterung anzupassen und spüre manchmal auch heute noch das Bedürfnis… Ich weiß auch von anderen Menschen, dass es ihnen ähnlich geht. Dein Enkel ist da offenbar keine Ausnahme. Der Drang ist vermutlich tief in unserer DNA eingeschrieben, vielleicht rührt er daher, dass zur einer Zeit als es noch keine gepflasterten Wege gab, man genau aufpassen musste wo man hintrat… 😉

      Verfasst von Joachim Schlichting | 13. Dezember 2019, 10:37
  2. Herrlich!

    Es bedarf (für mich) noch die Erklärung, wieso gilt:
    „…dass das Licht an den Grenzflächen zwischen nunmehr Wasser und Stein weniger stark abgelenkt und reflektiert wird, als zwischen Luft und Stein“..

    Verfasst von kopfundgestalt | 13. Dezember 2019, 11:58
    • Das ist eine gute Frage. Die Ablenkung infolge der Brechung ist umso größer, je größer der Unterschied im Brechungsindex ist. Dieser Unterschied ist bei Luft und Stein wesentlich größer als zwischen Wasser und Stein. Wenn die Brechungsindizes sogar gleich wären, gäbe es überhaupt keine Ablenkung und Reflexion. Details sind relativ kompliziert (Fresnelsche Formeln!).

      Verfasst von Joachim Schlichting | 13. Dezember 2019, 12:29

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