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Strukturbildung, Selbstorganisation & Chaos

Diese Kategorie enthält 122 Beiträge

Viskoses Verästeln in Physik und Kunst

Im Rahmen der nichtlinearen Physik stehen oft Experimente im Vordergrund, die im weitesten Sinne mit Strukturbildung zu tun haben. Diese Strukturen und ihre dynamischen Veränderungen sind oft von großem ästhetischem Reiz. Lange bevor im heutigen Sinne von nichtlinearer Physik die Rede war, haben Künstler wie etwa Max Ernst bestimmte Maltechniken benutzt, die heute im Rahmen der nichtlinearen Physik von Interesse sind.

Max Ernst nutzt beispielsweise die Bildung von fraktalen Formen durch die Décalcomanie genannte Technik, bei der er mit einem Pinsel Deckfarben auf einem Blatt Papier verteilt, ein zweites Blatt auf die frische Farbe legt und dann beide Blätter trennt, indem er sie vorsichtig auseinanderzieht. Die dadurch entstandenen Zufallsgebilde, die Assoziationen von Felsen, Wasser- und Korallenlandschaften wachrufen, werden von Ernst gezielt eingesetzt, um das schöpferische Potenzial des Unbewussten fruchtbar zu machen. Diese Art der Formfindung kann als konsequente Umsetzung der surrealistischen „écriture automatique“ in der Malerei angesehen werden. Allerdings half der Maler dem Zufall etwas nach, indem er die natürlicherweise entstandenen Strukturen der künstlerischen Absicht entsprechend in entscheidenden Details veränderte.

Derartige fraktale Gebilde kann man genießen, man kann sich aber auch dadurch motivieren lassen, ihr Zustandekommen verstehen zu wollen. Denn es sind einfache, aber nichtlineare Mechanismen, die dieser Strukturbildung zugrunde liegen.
Für eigene Experimente besonders geeignet sind Overheadfolien. Dazu bekleckst man die Folie z.B. mit Öl- oder Akrylfarbe. Man kann sie aber auch weiter künstlerisch gestalten. Anschließend legt man vorsichtig eine zweite Folie darüber und presst beide sorgfältig zusammen, sodass keine Luft mehr zwischen ihnen eingeschlassen ist. Anschließend zieht man die obere Folie wieder ab. Da die Natur sich gegen ein Vakuum sträubt, ist das nur möglich, wenn von den sich trennenden Rändern der Folien her Luft eindringt. Dabei muss sie die dickflüssige Farbe verdrängen. Wenn aber ein Fluid, hier die Luft, ein dickflüssigeres (viskoses) Fluid (hier die Farbe) verdrängt, dann geschieht dies nicht auf breiter Front, sondern erfolgt durch viskoses Verästeln. Die dadurch entstehende fraktale Struktur macht den Reiz des entstehenden Bildes aus, die auch Max Ernst und andere zu schätzen wussten.

Kooperation zwischen Kunst und Physik

Diese Sandstruktur ist am Strand enstanden, indem ich die Gezeiten zu Gestaltbildung ausgenutzt habe. Konkret habe ich im Gezeitenbereich aus dem schwarzweißen Sandgemisch eine Figur modelliert und sie dann der Flut überlassen. Stunden später kam dieses „Kunstwerk“ dabei heraus. Physikalische Vorgänge durch Zufall und Notwendigkeit waren hier in einer für mich nur im Prinzip durchschaubaren Weise am Werk.

Strömungen mit Pareidolien

Das Leben ist ein ständiges Fließen, das wir anzuhalten und in dauerhafte und festgelegte Formen zu bringen versuchen, und zwar innerhalb wie außerhalb von uns; denn wir selbst sind schon feste Formen, Formen, die sich zwischen anderen unbeweglichen Formen bewegen und deshalb dem Fluß des Lebens folgen können, bis er immer starrer wird und schließlich seine schon allmählich verlangsamte Bewegung ganz aufhört. Die Formen, mit denen wir in uns dieses beständige Fließen anzuhalten und festzulegen suchen, sind die Begriffe, die Ideale, denen wir treu bleiben möchten, sowie alle von uns geschaffenen Phantasiebilder, die Lebensumstände, die Stellung, in der wir uns einrichten möchten. Aber der Lebensfluß fließt in uns, in dem, was wir Seele nennen und was das Leben in uns ist, ständig weiter, nicht klar bestimmbar, unterhalb der Dämme und der Grenzen, die wir ihm aufzwingen wollen, indem wir uns ein Bewußtsein bilden und uns eine Persönlichkeit aufbauen. In manchen stürmischen Augenblicken stürzen allerdings alle diese unsere Formen unter dem Ansturm der Flut erbärmlich in sich zusammen. Aber auch der Teil des Flusses, der nicht unterhalb der Dämme und Grenzen dahinströmt, sondern den wir deutlich erkennen und den wir sorgfältig in die Kanäle unserer Gefühle, der Pflichten, die wir uns auferlegt haben, und der von uns selbst uns vorgezeichneten Gewohnheiten geleitet haben, schwillt manchmal so an, daß er über die Ufer tritt und alles über den Haufen wirft in der Natur.*


* Luigi Pirandello. Der Humor. In: Caos. Mindelheim 1987, S. 41f

Virtuelle Herausforderung

Es ist wahrlich kein erbauendes Gefühl, sich selbst zwar verdoppelt aber kopflos gegenüberzustehen. Und da sage doch jemand, Spiegel seien verlässlich. Rein physikalisch gesehen sind sie es auch: Einfallswinkel = Reflexionswinkel und erst dadurch entsteht das Malheur. Ein gewellter, eingedellter Spiegel kann eben auch nur ein gewelltes und gedelltes Abbild hervorbringen. Dabei kann es je nach Blickwinkel neben abenteuerlichen Verzerrungen zu Überlagerungen und Verdeckungen, wobei oft entscheidende Partien einer Person dem Blick entzogen werden*.
Dennoch oder vielleicht auch deshalb sind solche meist in Science Centern mehr zur Belustigung als zur Aufklärung aufgestellten Zerrspiegel sehr beliebt. Das Vergnügen, sich in der Spiegelwelt je nach Position und Blickwinkel deformiert und depriviert, aber trotzdem nicht deprimiert zu sehen, resultiert vielleicht auch daraus, dass man im tiefsten Inneren die ebenso tiefe Überzeugung spürt, trotzdem in Wirklichkeit wirklich alles beieinander zu haben. Ich habe Kinder erlebt, die nach einigen Spielchen mit dem Zerrspiegel anschließend zum manchmal daneben angebrachten Planspiegel gegangen sind, vielleicht um sich ihrer körperlichen Integrität zu versichern. Man kann ja nie wissen.
Wenn Ödön von Horváth (1901 – 1938) in diesem Zusammenhang meint:
Mancher müßte in einen Zerrspiegel schauen,
um erträglich auszusehen,

so steckt angesichts des Fotos dahinter schon eine ganze Portion Bosheit.


* Wer kein Science-Center u. Ä. in der Nähe hat, kann sich mit den wandelnden Zerrspiegeln auf den Straßen und Parkplätzen vergnügen. Besonders die gut geputzten Karossen zeigen exzellente Verzerrungen.

Wirbel einer ausgeblühten Clematis

Manche Blüten oder das was von ihnen bleibt, wenn sie ausgeblüht haben, überraschen mit einer besonderen Schönheit. In diesem Fall ist es die an einen Wirbel erinnernde Struktur, die ein Gefühl von Bewegung erzeugt.

Ein Stein mit einer Prägung der Zeit

Statt mit Steinen zu werfen, sollte man lieber einen Blick auf die Steine werfen. Bei diesem Kreuzstein (Foto) handelt es sich um das Mineral Chiastolith, einer speziellen Form des Andalusit, ein Aluminium-Mineral mit gekreuzten Einschlüssen aus Kohlenstoff. Sein atomarer Aufbau und seine Entstehung sind schon eher geeignet, sich den Kopf zu zerbrechen, ohne den Stein selbst dazu zu benutzten. Ich beschränke mich darauf, ihn zu zeigen, weil ich ihn als ein weiteres schönes Beispiel für den Variationsreichtum der Natur halte. Man hat fast den Eindruck, als wäre hier etwas aus Absicht entstanden.

Ein aufrechter Knoten

Dieses Kunstwerk, das ich fast völlig abgeschnitten von der größeren Öffentlichkeit in einem ostfriesischen Garten entdeckte, ist rein topologisch gesehen ein Knoten, so wie er beispielsweise von Maurits Cornelis Escher in mehreren 2D-Versionen geschaffen wurde. Knüpft man nämlich einen einfachen Knoten in ein normales Band und vereinigt die beiden losen Enden miteinander, so kommt man zu einem solchen Gebilde. Natürlich sieht es dann nicht so gut aus, weil es völlig schlaff und unaufgerichtet daherkommt, aber es zeigt uns im Vergleich zum Kunstwerk auf dem Foto, dass die Grundidee oft ganz einfach und alltäglich ist. Sicherlich war dies dem Künstler bewusst.

Spiraltendenz in der Natur

Wir mußten annehmen: es walte in der Vegetation eine allgemeine Spiraltendenz, wodurch, in Verbindung mit dem vertikalen Streben, aller Bau, jede Bildung der Pflanzen nach dem Gesetz der Metamorphose vollbracht wird.

Die zwei Haupttendenzen also oder, wenn man will, die beiden lebendigen Systeme, wodurch das Pflanzenleben sich wachsend vollendet, sind das Vertikalsystem und das Spiralsystem; keins kann von dem andern abgesondert gedacht werden, weil nur eins durch das andere lebendig wirkt. Aber nötig ist es zur bestimmteren Einsicht, besonders zu einem Vortrag, sie in der Betrachtung zu trennen und zu untersuchen: wie denn eins oder das andere waltet, bald seinen Gegensatz überwältigt, bald von ihm überwältigt wird oder sich mit ihm ins gleiche zu stellen weiß, wodurch uns die Eigenschaften dieses unzertrennlichen Paares desto anschaulicher werden müssen.*.

Nicht immer sind die Spiralen leicht zu erkennen, so auch in diesem Bild.


* Johann Wolfgang von Goethe: Über die Spiraltendenz in der Vegetation. In: Naturwissenschaftliche Schriften. München 1981. S. 135

Auf der Spur einer Schnecke

H. Joachim Schlichting. Spektrum der Wissenschaft 9 (2021), S. 64 – 65

»Lerne Schnecken zu beobachten«

Susan Ariel Rainbow Kennedy (geb. 1954)

Eine Schnecke kann sich auf ihrem Schleimfilm fortbewegen, weil das Sekret je nach Art der Beanspruchung zwischen flüssig und fest wechselt. Dank der viskoelastischen Eigenschaften ihrer mobilen Unterlage vollführen die Tiere spektakuläre Kunststücke.

Schnecken sind zwar langsam unterwegs, dafür überwinden sie so gut wie jede Barriere. Sie erklimmen senkrechte Wände, gleiten über glatte oder scharfkantige Oberflächen und erreichen selbst kopfüber kriechend fast jeden Ort. Dabei hinterlassen sie deutliche Spuren in Form von Schleim (siehe oberes Foto links). Auf ihm bewegen sie sich fort, und er macht ihren Körper so glitschig, dass sie kaum zu greifen sind.

Die Tiere sondern die Unterlage je nach Bedarf entlang ihres über die ganze Bauchseite verlaufenden Fußes ab. So schaffen sie sich auf einzigartige Weise ihren eigenen Straßenbelag. Er macht sie weitgehend unabhängig von den tatsächlichen Untergründen, seien es Zweige, Blätter, Sandböden, Spinnennetze oder Fensterscheiben. Schnecken fixieren das Sekret auf jeglichem natürlichen Material, und selbst künstliche superhydrophobe Oberflächen bremsen sie nur mit Mühe aus. Der dünne Belag mit einer Dicke von gerade einmal einigen zehn Mikrometern überbrückt selbst Abgründe (siehe oberes Foto rechts). Ist die Lücke doch zu groß, verwandeln die Tiere den Schleim in einen Faden, an dem sie sich einfach abseilen (siehe mittleres Foto).

Das alles beweist: Der Schleim ermöglicht nicht nur extrem gutes Gleiten, sondern er ist zugleich reißfest, tragfähig und ähnlich stabil wie ein elastischer Festkörper. Physikalisch gesehen handelt es sich um ein vernetztes Gel, das bis zu 97 Gewichtsprozent aus Wasser und zum Rest aus hochmolekularen Protein-Polysaccharid-Komplexen besteht. Obwohl die Mixtur also hauptsächlich Wasser enthält, sind ihre Eigenschaften ganz und gar nicht typisch für dessen Verhalten. Vordergründig widersprechen sie sich sogar. Mit der Gleitfähigkeit scheint weder die Reißfestigkeit vereinbar zu sein, noch passt sie zu der Notwendigkeit, sich zum Vorankommen immer wieder abstoßen zu müssen. Denn jede Fortbewegung setzt voraus, dass man sich von der Unterlage wegdrückt. Beispielsweise wird es auf einer Eisfläche umso schwieriger, durch normales Laufen voranzukommen, je glatter sie ist.

Als so genannte nichtnewtonsche Flüssigkeit kann der Schneckenschleim die verschiedenen Ansprüche verbinden. Im Ruhezustand ist das Gel fest und klebrig. Wird es jedoch geschert – das heißt, entlang der Grenzschicht wirkt eine waagerechte Kraft –, gibt es bei einer bestimmten Stärke der Scherkraft nach. Dann geht es in den flüssigen, gleitfähigen Zustand über. Das passiert aber nur bis zu einer gewissen Tiefe, denn mit seiner Unterseite muss der Schleim ja fest auf dem zu überkriechenden Objekt fixiert bleiben. Indem sie die physikalischen Gegebenheiten fein kontrolliert, kann die Schnecke die Zähigkeit bedarfsgerecht steuern.

Beim Vorwärtskriechen laufen durch den Fuß regelrechte Wellen. Sie entstehen in Folge von Muskelkontraktionen und -entspannungen, die sich periodisch von hinten nach vorn ausbreiten. Ein ruhender Teil des Fußes ist in seinem Auflagebereich mit dem Gel fest verbunden. Von dort aus schiebt die Muskulatur den übrigen Schneckenkörper ein Stück voran. Durch die während der Kontraktion auf den Schleim ausgeübte Scherkraft wird schließlich die Schwelle überschritten, bei der das Gel nachgibt und zerrinnt. Der Zeitpunkt trifft mit der Entspannung des Muskelelements zusammen. Inzwischen kontrahieren benachbarte Abschnitte, und der zuvor verankerte Teil des Fußes gleitet über das nunmehr verflüssigte Stück. So entsteht ein quasi kontinuierlicher Vortrieb.

 Trotz der vielfältigen Einsatzzwecke des viskoelastischen Fluids bringt es für die Schnecken einige Nachteile. Neben der geringen Geschwindigkeit sind das vor allem der extreme Material- und Energieaufwand. Wegen des enormen Flüssigkeitsbedarfs müssen sich die Tiere vor Austrocknung schützen. Sie bleiben bevorzugt in feuchten und schattigen Gebieten und sind vor allem nachtaktiv. Bei widrigen Bedingungen wie Hitze und stark absorbierenden Untergründen gehen sie manchmal zu einer besonders sparsamen Akrobatik über. Sie legen ihren Schleimteppich nicht durchgehend aus, sondern mit Unterbrechungen und hangeln sich von einem Fleck zum nächsten (siehe unteres Foto). Von Artgenossen hinterlassene Spuren werden ebenfalls gern genutzt – was nicht nur die Fortbewegung beschleunigen dürfte, sondern auch die Partnersuche.

Da das Sekret am Boden verbleibt, muss die Schnecke ständig neues nachproduzieren. Das nutzt sie nicht nur zur Fortbewegung. Es bedeckt den ganzen Körper, hält ihn feucht und wehrt dank chemischer Zusätze Mikroben und sogar Beutegreifer ab. Viele potenzielle Fressfeinde meiden die Klebrigkeit oder den widerlichen Geschmack einiger Arten. Der Heimatdichter Hermann Löns (1866–1914) hat in seiner Erzählung »Ein ekliges Tier« ausdruckstark seine Abscheu beschrieben, nachdem er in einem Selbstversuch Schneckenschleim probiert hat. Dort vermischt er an einer Stelle seine Erfahrung sogar mit den physikalischen Eigenschaften, indem er berichtet, dass »Frachtkutscher, die schlecht geschmiert haben, diese Schnecken statt der Wagenschmiere gebrauchen; denn ich kann mir denken, daß selbst eine Radachse aus Angst vor einer zweiten Auflage sich fürder lautlos benimmt«.

Quelle

Mayuko Iwamoto et al.: The advantage of mucus for adhesive locomotion in gastropods. Journal of Theoretical Biology 353, 2014

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Rätselfoto des Monats September 2021

Warum ordnet sich der lockere Split allein infolge der Benutzung der Straße wellenförmig an?


Erklärung des Rätselfotos des Monats August 2021

Frage: Warum ist die Spiegelung im Schatten besser?

Antwort: Das schräg von links einfallende Sonnenlicht wird im hinteren Teil der Wasseroberfläche sowohl spiegelnd als auch an den braunen Schwebstoffen im Wasser diffus reflektiert bzw. gestreut. Aus unserer Position bzw. der des Fotografen sehen wir aber nur die diffuse Reflexion, durch die das Sonnenlicht in alle Richtungen gestreut wird – also auch in unsere Augen. Und obwohl die Intensität des gespiegelten Lichts auf der Wasseroberfläche wesentlich größer ist, bekommen wir davon nichts mit, weil nach dem Reflexionsgesetz: Einfallswinkel = Reflexionswinkel das Licht nach schräg rechts reflektiert wird. Wenn man dort stünde und auf das Wasser in Richtung Sonne blickte, würde einem das gespiegelte Licht blendend in die Augen fallen.
Der (bezüglich des Sonnenlichts) beschattete Bereich im Vordergrund wird lediglich vom Streulicht des Himmels und anderer Objekte wie etwa der Bäume und der Häuser im Hintergrund beleuchtet. Dabei wird es im Wasser ebenfalls spiegelnd und diffus reflektiert. Diesmal kommt das Licht jedoch aus Richtungen, aus denen es spiegelnd in unsere Augen gelangt. Das auch in diesem Fall an den Streuteilchen im Wasser diffus reflektierte Licht ist jedoch von so geringer Intensität, dass es kaum störend in Erscheinung tritt.
Schaut man sich die Szenerie genauer an, so erkennt man, dass ein Teil des in der Sonne liegenden rechten Brückenbogens hell genug ist, um die diffuse Reflexion des Sonnenlichts wenigstens teilweise zu überstrahlen.

Die ehrwürdige Kommunistin

niemals strauchelt die flechte.
ihre werke mißlingen nicht.
vergesellschaftet hat sie,
höre ich, ihre produktionsmittel,
die ehrwürdige kommunistin
*

Dies ist eine Strophe aus dem Langgedicht von Hans Magnus Enzensberger, der in einer Flechte mehr sieht als einen Pilz. Er rechnet die Flechte zu den intelligentesten Lebewesen auf diesem Planeten.
In einem frühern Beitrag bin ich kurz auf die Biologie der Fleichte eingegangen.


* Aus: Hans Magnus Enzensberger. Blindenschrift. Frankfurt 1980, S. 71f

Fundstück 11 – ein Kant-Stein

Ich habe einiges aufgehoben und zwar im dreifachen Sinn des Wortes. Erstens habe ich es – mich selber zum Boden bückend – in die Hand genommen und zur näheren Betrachtung aufgehoben. Dort blieb es einige Zeit bis es zweitens für Wert erachtet wurde, aufgehoben (im Sinne von aufbewahrt) zu werden. Ich habe nie viel Aufsehens davon gemacht aber faktisch wurde es drittes aufgehoben im Sinne von erhoben zu höherem Dasein (auf dem Bücherbord direkt vor der „Kritik der reinen Vernunft“). Dadurch wurde es verklärt und in etwas verwandelt, was seinen materiellen Wert weit übersteigt. Denn ich fand es ursprünglich im granularen Füllmaterial eines Weges, mit dem eine Wasserpfütze beseitigt wurde. Nun fand ich es erneut, als ich etwas bei Kant nachschlagen wollte. Fortan ist es daher ein Kant-Stein.

Anhängliche Seifenblase

Die Seifenblase hat das grüne Weinblatt in seine Oberfläche integriert. Der kleine Zweig schräg darüber befindet sich außerhalb der Blase.

Seifenblasen bestehen aus einem kugelförmigen Film aus Seifenwasser, der innen mit Luft oder einem anderen Gas gefüllt und außen von Luft umgeben ist. Wenn man Seifenblasen auf die Reise schickt, so kommen sie meist nicht sehr weit, weil sie vorher platzen. Ihre Lebensdauer ist vor allem aus zwei Gründen stark begrenzt. Der Wasserfilm wird zum einen durch Verdunstung von Wasser und zum anderen durch das schwerkraftbedingte Abfließen von Wasser immer dünner. Wenn man genau hinschaut, sieht man unten an der Blase einen entsprechend wachsenden Wassertropfen hängen.
Da die Natur dazu tendiert unter den gegebenen Umständen so viel Energie wie möglich an die Umgebung abzugeben (2. Hauptsatz der Thermodynamik), wird die Oberfläche des Seifenfilms so klein wie möglich. Denn die Oberflächenenergie ist proportional zur Oberfläche. Das erklärt zum einen, warum die Seifenblase Kugelgestalt hat, zum anderen, dass die Luft im Innern des Seifenfilms zusammengepresst wird, bis der dadurch entstehende Innendruck einer Verkleinerung der Blase Einhalt gebietet.
Sobald die Dicke der Seifenhaut ein kritisches Maß unterschreitet, führt der Innendruck zum Platzen der Blase. Die Blase platzt manchmal auch schon vorher, wenn sie beispielsweise mit bestimmten Hindernissen kollidiert und zerrissen wird. Denn sobald ein Loch in der Seifenhaut entsteht, entweicht das Gas aus dem Innern und der Wasserfilm schnurrt zu Wassertropfen zusammen. Jeder kennt den enttäuschenden Versuch von Kindern, Seifenblasen aufzufangen. Sobald die Blase berührt wird, zerplatzt der schöne Traum. Weil die Haut der Hände wasserliebend (hydrophil) ist, sich also benetzen „möchte“ saugt diese bei Berührung gewissermaßen das Wasser aus der Blase.
Ähnliches gilt für viele weitere Gegenstände. Interessanterweise gehören manche Blätter nicht dazu. Im Gegenteil, die Seifenblase integriert manchmal eine Blattoberfläche in ihre eigene mit ein und bleibt an dem Blatt hängen (siehe Foto). Dies ist vor allem dann der Fall, wenn das Blatt feucht ist. Auf diese Weise – bis auf kleine windbedingte Schwankungen immobil geworden – überlebt die Blase in vielen Fällen erstaunlich lange. Man kann die Blase von allen Seiten betrachten und dabei die Spiegelungen von Gegenständen im Zusammenspiel mit den Gegenständen selbst genießen, sowie das farbliche Irisieren der Seifenhaut bewundern.

Rätselfoto des Monats August 2021

Wodurch und warum wird die spiegelnde Reflexion auf Teilen des Wassers verhindert?



Erklärung des Rätselfotos des Monats Juli 2021

Frage: Was hält die Burg zusammen?

Antwort: In trockenem Zustand rinnt Sand durch unsere Finger. Kaum gerät Sand jedoch mit Wasser in Berührung, fließt er nicht mehr und lässt sich in nahezu beliebige feste Gestalt bringen. Wenn sich trockener, also von Luft umgebener Sand mit Wasser verbindet, wird dabei verhältnismäßig viel Grenzflächenenergie an die Umgebung abgegeben. Und da die Natur bestrebt ist, soviel Energie wie unter den gegebenen Bedingungen möglich ist, an die Umgebung abzugeben, werden so viel Sand wie möglich mit Wasser benetzt und dabei so viele Sandkörner wie möglich miteinander verbunden. Wollte man die Körner wieder voneinander trennen und damit die energiereicheren Grenzflächen zwischen Luft und Sand wieder herstellen, müsste man die bei der Benetzung abgegebene Energie wieder zurück in das System stecken. Die dazu nötige Kraft ist Ausdruck der Steifigkeit und Festigkeit des nassen Sands. Durch die z.B. von der Sonne geförderte Verdunstung des Wassers wird der Sand allmählich wieder trocken und die Burg zerfällt.

Der vornehme Schein eines Käfers

Auf diesen grün-blau irisierenden Grünen Scheinbockkäfer (Oedemera nobilis) stieß ich, als ich mir das Innere von Mohnblüten ansehen wollte. In einer Körpergröße von 12 mm und ebenso langen Fühlern strahlte er mir seine Strukturfarben entgegen. Diese Farben werden nicht durch Pigmente hervorgerufen, sondern entstehen durch einen „Eingriff“ der nanometer feinen Strukturen des Panzers und der Deckflügel des Käfers, die aus durchsichtigen Chitinebenen bestehen. Die an den verschiedenen Ebenen reflektierten Lichtwellen überlagern sich im Auge des Betrachters und verstärken oder schwächen bestimmte Wellenlängen (Farben) des weißen Lichts, so dass der im Foto zu sehenden Farbton entsteht. Da sich die Lichtwege je nach der Einfallsrichtung ändern, sieht man aus verschiedenen Blickwinkeln leicht zwischen grün und blau changierende Farbtöne, was als Irisieren empfunden wird. (Ausführlicher wird die Farbentstehung für die Goldfliege beschrieben).
Die Deckflügel des Scheinbockkäfers verjüngen sich nach hinten hin und sehen aus wie die Frackschöße eines altertümlich gekleideten vornehmen Mannes. Dadurch wird die „scheinbare“ Eleganz des Tierchens ebenso unterstrichen wie die metallisch spiegelnden Knickerbocker. In der Welt der Insekten passen Frack und Knickerbocker offenbar zusammen. Der Schein im deutschen Namen des Käfers trifft also im doppelten Wortsinn zu: als farbiger Lichtschein und als das aufwändige Bemühen, durch ein raffiniertes Outfit (vulgo: Körperbau) den Schein zu wahren. Schön ist der Scheinbockkäfer trotzdem und sympatisch ebenfalls. Immerhin ließ er sich ohne Probleme ablichten.

Solitonen am Strand

H. Joachim Schlichting. Spektrum der Wissenschaft 7 (2021), S. 74 – 75

Jede von der Bewegung geschaffene Gestalt
erhält sich mit der Bewegung

Leonardo da Vinci (1452 – 1519)

Im Watt sind bei auflaufendem Wasser vereinzelte, flache Wellen zu beobachten. Sie sind erstaunlich stabil: Ihre Form und Geschwindigkeit bleiben über weite Strecken und sogar bei Zusammenstößen erhalten. Das liegt an einem nichtlinearen Rückkopplungsmechanismus.

Wer sich an die Nordseeküste begibt, um die Flut im Watt zu erleben, sollte sich einfinden, kurz bevor das Wasser aufläuft. Dann erstreckt sich vor den Augen ein bis zum Horizont reichendes Gebiet aus Schlick, weitgehend trocken und nur von einzelnen Pfützen durchsetzt. Plötzlich ändert sich über das gesamte Sichtfeld der Farbton des Watts: das Wasser kommt. Es dauert nicht lange, bis sich ein breiter, nur wenige Zentimeter hoher Wasserfilm in Richtung Ufer schiebt. Sobald dort die letzten Lücken geschlossen sind, steigt der Pegel allmählich, und das größte Spektakel scheint vorbei zu sein.

Die Wellen durchdringen einander, ohne ihre Form und Geschwindigkeit zu verändern.

Doch wieder ändert sich nach einiger Zeit die Situation unversehens, wenn über das inzwischen 10 bis 20 Zentimeter hohe Wasser einzelne Wellen auf das Ufer zulaufen (siehe obere Fotos). Sie sind merkwürdig stabil und durch nichts zu bremsen. Sogar beim Aufprall auf die Böschung gehen sie nicht wie normale Wellen plätschernd verloren, sondern sie werden am Ufer gewissermaßen reflektiert und laufen zurück zum Meer. Dabei behalten sie ihre Gestalt bei. Selbst, wenn sie auf ihrem Rückweg auf weitere einlaufende Fronten stoßen, durchqueren beide einander einfach. Im Bereich der Begegnung summieren sich kurzfristig die individuellen Höhen (siehe Foto »Unbeirrbar«).

Es ist erstaunlich, dass die Wellen über lange Entfernungen hinweg und ohne erkennbaren äußeren Antrieb so stabil bleiben. Aus dem Alltag kennen wir normalerweise ein ganz anderes Verhalten. Wirft man etwa einen Stein in einen See, erzeugt das lokal eine Aufwölbung des Wassers, ein so genanntes Wellenpaket. Es weitet sich über die Oberfläche aus und geht währenddessen in ein wohlgeordnetes System einzelner Ringe über (siehe unteres Foto). Dabei eilen solche mit größerer Wellenlänge, das heißt mit weiter voneinander entfernten Bergen, denen mit kleinerer voraus. Die Geschwindigkeit hängt von der Wellenlänge ab. Darum läuft ein Wellenpaket im Wasser auseinander; die Erscheinung heißt Dispersion. Wegen ihr sollten kompakte Erhebungen eigentlich in einzelne Bestandteile zerlegt werden, und die Hügel dürften nicht so unbeeindruckt und klar abgegrenzt weitermarschieren wie die am Strand beobachteten Einzelgänger.

Nach einem Steinwurf zerfließt die Aufwölbung des Wassers in ein System konzentrischer Wellen.

Bei der Erscheinung im Watt kommt aber neben der Dispersion ein weiterer Mechanismus zum Tragen. Der flache Untergrund bremst die Basis des Wellenpakets. Darum bewegt sich der Kamm vergleichsweise schneller und die Welle wird steiler. Das kennen wir in anderer Form von Wellen, die auf die Meeresküste zulaufen, schließlich vornüber kippen und sich brechend überschlagen. Wenn jedoch der aufsteilende Einfluss nicht zu stark ist, sondern exakt so groß ist wie die zerstreuende Dispersion, bleibt das Wellenpaket in Form und Geschwindigkeit erhalten. Das ist gerade im extrem flachen Watt der Fall. Die nach außen sichtbare Stabilität ist kein statisches Phänomen, vielmehr ein dynamisches: In dem Maß, wie die Wellen eines Pakets infolge der Dispersion auseinanderlaufen sollten, werden sie durch Wechselwirkungen mit dem Boden komprimiert. Damit diese Rückwirkung das Auseinanderlaufen gewissermaßen einholen kann, muss sie stärker als linear agieren, also nichtlinear.

Historisch sind Wissenschaftler auf die Zusammenhänge nicht etwa durch Beobachtungen im Watt gestoßen – vermutlich ist der Vorgang hier zu unscheinbar –, sondern in einem ganz anderen Kontext. 1834 beobachtete der britische Ingenieur John Scott Russell, wie ein Boot mit hoher Geschwindigkeit von Pferden durch einen Kanal gezogen wurde. Als die Tiere und damit das Boot plötzlich anhielten, setzte das vor dem Bug zusammengeschobene Wellenpaket seinen Weg alleine fort. Kilometerweit trieb es mit unveränderter Form und gleichem Tempo den Kanal entlang.

Anschließend untersuchte Russell mit eigenen Experimenten das Phänomen eingehend und stellte weitere Unterschiede zu gewöhnlichen Wellen fest. Beim in den See geworfenen Stein transportieren die Ringwellen entlang ihrer Ausbreitungsrichtung kein Wasser, obwohl es den Anschein haben mag. Vielmehr bleiben die bewegten Flüssigkeitsportionen lokal begrenzt auf kreisförmigen oder elliptischen Bahnen. Nicht so bei den einsamen Wellenpaketen: Sie reißen das sie erfüllende Wasser mit sich. Russell konnte zeigen, dass in einem von dem Paket durchquerten Kanal das hintere Ende um die der Aufwölbung entsprechende Wassermenge höher stand als das vordere. Die Wellenpakete verhalten sich in mancher Hinsicht quasi wie Teilchen. Heute heißen sie daher Solitonen – in Analogie zu den aus der Mikrophysik bekannten Vertretern wie Protonen und Elektronen.

In der Natur sind Solitonen möglicherweise nicht nur in harmloser Gestalt zu beobachten. Einige Wissenschaftler vermuten, die Einzelgänger könnten bei zerstörerischen Tsunamis in Erscheinung treten. Für entsprechend große Wellenpakete würden küstennahe Bereiche des Ozeans wie Flachwasserbecken wirken und unaufhaltsame Wasserberge auftürmen – analog zum Watt, nur in einer ganz anderen Größenordnung. Allerdings wird die Ansicht nicht allgemein geteilt, weil die Dimensionen der mittlerweile dokumentierten Tsunamis nicht zweifelsfrei zur Theorie der Solitonen zu passen scheinen.

Wellenphänomene sind nicht nur auf Wasser beschränkt. Sie treten an vielen weiteren Stellen auf, und im Lauf der Entwicklung der neuzeitlichen Physik wurden Solitonen auch in Bereichen wie der Optik entdeckt. So spielen sie heute bei der Datenübertragung in Glasfaserkabeln eine wichtige Rolle. Die aus mehreren Wellenlängen bestehenden Lichtpulse laufen in Glas normalerweise durch Dispersion auseinander. Darauf passend abgestimmte nichtlineare Effekte können der Verbreiterung der Impulse exakt entgegenwirken und die Signalqualität und -reichweite deutlich verbessern.

Originalpublikation

Impressionen aus der Krummhörn 7 – Wirbel

Nicht jeder Wirbel macht Wirbel. Diese bedrohlich aussehenden Wolkenformation löste sich genauso sang- und klanglos auf wie sie entstanden war. Unsere Eile, ein Dach über den Kopf zu bekommen, war unbegründet. Ein Meteorologe hätte es uns gleich sagen können. Aber da war keiner…

Die Sonne spinnt…

…jedenfalls mischt sie sich ins Spinnennetz ein und scheint die zentralen Stellen des Netzes wegzubrennen. Das ist natürlich eine Täuschung, die auf eine physiologische Überforderung bei der menschlichen Wahrnehmung (Irradiation) und eine technische Überforderung bei der Kamera (Blooming) zurückzuführen ist. Interessanterweise führt das zu parallelen Wirkungen mit der Folge, dass das Foto in etwa dasselbe zeigt, was auch das Auge sieht.
Die Sonne nützt sogar der Spinne, indem sie dazu beiträgt, das Netz von den nächtlichen Tautropfen zu befreien. Dadurch wird das Netz wieder weitgehend unsichtbar (wie man bereits jetzt an einigen scheinbar fehlenden Teilstücken erkennen kann) – eine Voraussetzung dafür, dass die Insekten nicht sofort ein materielles Hindernis erkennen und der Spinne ins Netz gehen.
Auf diesem Foto beeindruckt aber besonders, dass die Spinne auch ohne etwas von physikalischen Zusammenhängen zu verstehen die Elastizität der Schilfblüte für ihre Zwecke ausnutzt. Indem sie ihre Fäden zwischen der gebeugten Blüte und dem übrigen Halm spannt, wird das Netz umgekehrt durch die rückwirkenden Kräfte des über die schwerkraftsbedingte Neigung hinaus gebogenen Halms straff gehalten. Das erspart ihr aufwändige Spannvorrichtungen, wie sie ansonsten oft benötigt werden. Ähnlich clever handelte die Spinne, die ein aufgewölbtes Blatt zum Spannen nutzte.

Eine benetzte Pusteblume am Morgen…

Eine auffallend schöne Pusteblume gewährt Einblick in ihr Inneres, weil sich wie auch immer eine Öffnung im weißen Ball gebildet hat. Abgesehen von der durch die radial angeordneten Samen samt ihrer Gleitschirme gegebenen schönen Struktur zeigt sich diese in einem filigranen Tröpfchengewand. In der kühlen Nacht hat die relative Luftfeuchte die 100%-Marke überschritten, sodass sich der überschüssige Wasserdampf verflüssigte. Das passiert aber nicht einfach so – es müssen kleine Keime vorhanden sein, an denen Wassertropfen ihren Ausgang nehmen. Damit ein Tropfen entsteht, beginnend mit einem fast unendlich kleinen Radius, muss ein fast unendlich großer Druck aufgebracht werden. Wenn aber eine geeignete winzigen Fläche, ein Keim, vorhanden ist, die als Teil des sich bildenden Tropfens fungiert, sind entsprechend geringere Drucke nötig, und die Tropfenbildung schreitet zügig voran. Das ist hier an den zahlreichen kleinen Verästelungen der Schirmchen bis tief ins Innere des luftigen Balls geschehen und führt zu einer interessanten Tröpfchentextur, die den ästhetischen Reiz der benetzten Pusteblume ausmacht. In dem Maße, wie sich die Sonne blicken lässt und die Temperatur, wieder ansteigt, verdampfen die Tröpfchen wieder. Die Schirmchen nehmen ihr gewohntes Aussehen an und sind damit wieder bereit zum Start…

Einige haben diesen Beitrag gestern bereits gestern Nacht gesehen. Ich hatte ihn aus Versehen publiziert, obwohl er noch nicht ganz fertig war. Ich bitte dies zu entschuldigen.

Wasserstrahlen zwischen Oszillation und Zerfall

H. Joachim Schlichting. Spektrum der Wissenschaft 6 (2021), S. 66 – 67

Wohl ist alles in der Natur Wechsel,
aber hinter dem Wechselnden ruht ein Ewiges.

Johann Wolfgang von Goethe (1749–1832)

Flüssigkeiten, die flach aus einem Auslass stürzen, pendeln zwischen zwei Zuständen hin und her. Sie verdrillen sich und gehen schließlich in einzelne Tropfen über.

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Baumunikum mit Ausblick

Dieser Baum hat als Sämling das Glück gehabt, an einer steilen Abbruchkante aufzuwachsen. So konnte er so aufwachsen, wie es wohl durch welche natürlichen oder unnatürlichen Umstände auch immer in seinen ersten Lebensjahren festgelegt wurde: Wenn man die auf dem Foto nicht zu sehenden Verbindungen zwischen den einzelnen Stämmen mitzählt gehen sechs Verzweigungen aus einer Wurzel (einem Samenkorn?) hervor und man sehe und staune erreichen auch das Erwachsenenalter. Da war kein Förster, der auf die spätere Verwendung als Nutzholz achtend, für die frühe Beseitigung dieser Missgeburt sorgte. Entweder hatte er Höhenangst und hat sich deshalb nie an die schätzungsweise 30 bis 40 m steil abfallende Kante herangewagt oder wegen der Unzugänglichkeit von Erntefahrzeugen dem Standort keine weitere Aufmerksamkeit gewidmet. Für den Wald ist es eine Bereicherung. Nicht nur, weil der Baum wachsen kann wie er will, sondern auch weil die in Nutzwäldern oft anzutreffende Uniformität der Pflanzungen durch originelle Abweichungen aufgelockert wird.

Ich habe mich ein Stündchen in die aus den Stämmen fast ergonomisch geformte Liege gelegt und die aus Einsamkeit, Vogelgezwitscher und durch die jungen Blätter gefiltertem grünem Licht zusammengemischte Stimmung auf mich wirken lassen – bis die verwöhnten Glieder auf die mir bekannte immer aufdringlicher werdende Weise einen Abbruch dieser Art Ruhepause erzwangen.

Nachwachsende Puzzles

Wer hat das Puzzlespiel erfunden? Antwort: Die Bäume, vor allem die Platanen. Hier nahmen die Spielzeugmacher ihre Ideen her. Jedenfalls kann ich mir das lebhaft vorstellen. Und wisst ihr, was das Tolle an diesen natürlichen Puzzles ist? Sie sind nachhaltig, weil sie nachwachsen.

Natürliche und naturschöne Wohnhöhlen

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Der Paranusseffekt ohne Paranuss

Es kullert, bullert, rollt und rüttelt,
Wird auf und nieder durchgeschüttelt,
Bis das geplagte Element
Vor Angst in Groß und Klein sich trennt.

frei nach Wilhelm Busch

Der Paranuss-Effekt* geht auf die Erfahrung zurück, dass z.B. in einer Müslimischung die größten Bestandteile, wie Nüsse, Früchte… meist obenauf liegen. In amerikanischen Mischungen sind das meistens die Paranüsse (Brazil nut). Dies ist nicht etwa darauf zurückzuführen, dass man diese Teile zuletzt in die Tüten gefüllt hat. Vielmehr haben sie sich durch die Erschütterungen während der Transportwege dorthin verlagert.
Der Effekt lässt sich leicht selbst nachvollziehen, wenn man ein Marmeladenglas u.Ä. etwa bis zur Hälfte mit vielen kleinen und wenigen großen Teilen (z.B. Plastikkugeln oder auch Nüssen) füllt und durch Auf- und Abbewegung schüttelt. Die großen landen schließlich oben.
Der Effekt kommt dadurch zustande, dass beim Schütteln kurzfristig kleine Hohlräume zwischen den Teilen entstehen. Die kleinen Teile können leicht hineingeraten, die großen Teile sind dafür zu groß, sodass sie bei jedem Auf und Ab ein Stück weiter angehoben werden und schließlich oben landen.
Sind die großen Teilchen jedoch wesentlich schwerer (größere Dichte) als die kleinen so tritt der Effekt nicht auf oder es passiert sogar das Gegenteil (umgekehrter Paranusseffekt). Auch andere Einflüsse wie die unterschiedliche Form, Oberflächenbeschaffenheit u.Ä. können zu anderen Resultaten führen. Genaueres siehe hier.


* A. Rosato, K. J. Strandburg, F. Prinz, R. H. Swendsen: Why the Brazil Nuts Are on Top: Size Segregation of Particulate Matter by Shaking (Phys. Rev. Lett. 58/10, 1038 (1987))


Wolken – Gedanken des Himmels

An die Wolken

Und immer wieder,
wenn ich mich müde gesehen
an der Menschen Gesichtern,
so vielen Spiegeln
unendlicher Torheit,
hob ich das Aug
über die Häuser und Bäume
empor zu euch,
ihr ewigen Gedanken des Himmels
.

Und eure Größe und Freiheit
erlöste mich immer wieder,
und ich dachte mit euch
über Länder und Meere hinweg
und hing mit euch
überm Abgrund der Unendlichkeit
und zerging zuletzt
wie Dunst,
wenn ich ohn Maßen
den Samen der Sterne
fliegen sah
über die Äcker
der unergründlichen Tiefen.

Christian Morgenstern (1871-1914)

.

.

Siehe auch: Die wunderbaren Wolken und Seht Ihr die Wolke dort.

Vulkanlandschaft von oben

Jedenfalls ist das der spontane Gedanke, der mir in den Sinn kommt, wenn ich diese Negativversion einer in der Sonne angeschmolzenen Asphaltschicht betrachte. Offenbar entspricht es unserem Bedürfnis, Strukturen ohnen erkennbaren Sinn einen solchen zu unterlegen. Selbst in Ausstellungen abstrakter Kunst erwische ich mich immer wieder dabei, sinnhafte Strukturen zu erkennen. Das Unbekannte und Namenlose wird uns leicht zum Numinosen und dagegen wehrt sich offenbar etwas in uns.

Schräge Lichtsäule

Gestern Morgen bei Sonnenaufgang erhob sich am Horizont eine prominente Lichtsäule (Foto). Sie stand oberhalb der Sonne, auch wenn diese hier nicht mehr zu sehen war, nachdem ich von einer höheren in eine tiefere Position gegangen war. Aus der jetzigen Beobachterposition befindet sich die Sonne unterhalb des Horizont. Diese Lichtsäule weist eine Besonderheit auf, die ich bisher so noch nicht beobachtet habe – sie ist schief. Wie so oft in solchen Situationen hatte ich meinen Fotoapparat nicht dabei und musste mit dem Handy und den entsprechenden Qualitätseinbußen Vorlieb nehmen. Doch ehe ich soweit war, machte sich die Lichtsäule daran, sich klanglos zu verdünnisieren. Ich erwischte fotografisch nur noch einen Zipfel des Eindrucks, der mich vielleicht eine Moment zulange gefangen gehalten hatte.
Wie bereits anlässlich früherer Beobachtungen von Lichtsäulen skizziert wurde (z.B. hier und hier und hier und hier), kommen sie durch senkrecht sinkende, waagerecht ausgerichtete, hexagonale Eisplättchen zustande, an deren Unterseite das Sonnenlicht spiegelnd reflektiert und ins Auge des Betrachters oder ins Objektiv der Kamera gelangt. Nach dem Reflexionsgesetz: Einfallswinkel = Reflexionswinkel dürften jedoch nur die Plättchen, die den passenden Winkel haben, sich also auf einer ganz bestimmten Höhe befinden, dafür in Frage kommen. Doch dann wären sie wegen der Winzigkeit des Effekts wohl kaum zu sehen. Entscheidend für die Sichtbarkeit der Säule sind vielmehr schwankende Bewegungen, die die sinkenden Plättchen während des Sinkens um die Waagerechte ausführen. Auf diese Weise sieht man auch Licht von höher oder tiefer gelegenen Plättchen (siehe Grafik), sodass insgesamt der Eindruck einer vertikalen Lichtsäule entsteht.
Das erinnert an das Schwert der Sonne (Lichtbahn, Glitterpfad) auf dem welligen Wasser bei tiefstehender Sonne, das ja auch durch die Abweichungen der Reflexion des Sonnenlichts auf dem Wasser entsteht, indem viele Wellenflanken, deren Winkel ein wenig von der Waagerechten abweichen, Licht in die passende Richtung reflektieren. Bei spiegelglatter Wasseroberfläche würde man indessen nur an einer Stelle die reflektierte Sonne sehen. Das Schwanken der Plättchen ist im Übrigen auch für andere Haloerscheinungen zum Beispiel für die Untersonne und Nebensonne verantwortlich.
Eine konkrete Anschauung vom Verhalten eines einzelnen sinkenden Eisplättchens kann man sich beispielsweise dadurch verschaffen, dass man eine Spielkarte waagerecht ausgerichtet zu Boden fallen lässt. Auch sie schwankt während des Falls ein wenig um die Horizontale.
Eine Lichtsäule ist normalerweise senkrecht oberhalb und manchmal auch unterhalb der Sonne oder einer anderen Lichtquelle zu sehen. Im vorliegenden Fall (siehe Foto) ist die Säule leicht schräg orientiert. Für diese Ablenkung aus der Vertikalen vermute ich starke Winde, die die die Fläche der Eiskristalle mit in der Höhe steigender Windstärke im Mittel in eine „Schräglage“ versetzen. Außer dem Wetterbericht, der für den Beobachtungsbereich von stärkeren Winden spricht, kann ich für diese Vermutung nur auf vergleichbare frühere Beobachtungen verweisen:*
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* K. Lenggenhager. Seitlich verschobene, umschriebene Halostücke,schräig ovaler Halo und schräge Lichtsäulen Arch. Met. Geoph. Biokl., Ser. A, 26,275-282 (1977)

Ketchup Is Not Just a Condiment: It Is Also a Non-Newtonian Fluid

Stories by H. Joachim Schlichting

People [experience] the fluid element to be …
not yet solidified but remaining open to outside influences
.
Theodor Schwenk (1910 – 1986)

Everybody’s favorite red sauce may be thin or thick, depending on how it is handled

Ketchup is famous for being hard to get out of the bottle even when there is plenty of it left. In fact, all liquid foods—from red wine to cooking oil—leave some residue in the container. The reason has to do with the wettability of the container and the viscosity of the substance. Usually the residue is just a thin layer, but ketchup clings in thick layers to the inside of the bottle. If the bottle is still nearly full, merely tilting it or even turning it upside down will only dislodge a little sauce from the neck. Once the ketchup is on your plate, however, it disperses and spreads easily.

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Noch einmal Kristalle…

Wer gedacht hätte, dass die Eiskristalle erst einmal vorbei sind, sieht sich zumindest in unserer Gegend eines Besseren belehrt. Die jungen Blätter sind mit feinen Eiskristallen besetzt und vermitteln alles andere als ein Gefühl des Frühlings. Allerdings muss ich zugeben, dass zumindest die grünen Pflanzen, die einige Grad unter Null vertragen können, auf eine ästhetisch ansprechende Weise veredelt erscheinen. Einige andere Pflanzen ließen ihre Blätter traurig hängen und wie es den Obstblüten ergangen ist, wird sich spätestens bei Bildung der Früchte zeigen.

Der Reif besteht aus vielen kleinen Eiskristallen. Sie bilden sich, wenn die Temperatur sinkt und die maximale Luftfeuchte die absolute unterschreitet. Dabei kondensiert der überschüssige Wasserdampf zu Tautropfen, die bei weiterer Temperaturabnahme des Blattes kristallisieren. Dieses Phänomen hat mit der Tatsache zu tun, dass kleine Körper an einer kalten Umgebung schneller auskühlen als größere.
Der Grund: Kleine Körper haben eine im Vergleich zu ihrem Volumen größere Oberfläche als größere. Die Oberfläche ist aber maßgeblich für die Abgabe von Wärme an die kältere Umgebung. Das kann man sich folgendermaßen klarmachen: die Oberfläche eines Körpers nimmt grob gesagt mit dem Quadrat seiner Größe (Länge, Radius…) das Volumen aber mit der dritten Potenz zu. Und wenn nun der Körper beispielsweise um den Faktor 10 verkleinert wird, so verkleinert sich die Oberfläche um den Faktor 100 und das Volumen sogar um den Faktor 1000. Das Volumen und damit die zum Volumen proportionale innere Energie des Körpers nehmen also um den Faktor 10 stärker ab als die Oberfläche. Daher kühlt der kleinere Körper etwa 10-mal schneller ab als der größere. Diese für den Wärmeverlust wichtige Oberflächen-Volumen-Relation spielt bei der Abkühlung der Blätter eine wichtige Rolle. Die vom Blatt abstehenden winzigen Zacken und Härchen sind besonders klein und geben daher ihre Energie sehr schnell durch Wärmstrahlung ab, sodass vornehmlich an diesen Stellen der Wasserdampf der Luft kondensiert und schließlich kristallisiert.

Die Welt der Blasen

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Sich widersprechende Strömungen

Der Widerspruch ist zwar recht zaghaft und tröpfelt nur so dahin, aber er ist vorhanden und erfolgt sogar in Übereinstimmung mit den Naturgesetzen. Demnach fällt ein waagerecht ausströmender Wasserstrahl nicht einfach senkrecht nach unten, sondern beschreibt eine Wurfparabel. Damit wird der Tatsache Rechnung getragen, dass der waagerecht aus dem Rohr herausströmende, dabei plötzlich den Halt der Röhre verlierende und jetzt nur noch der Schwerkraft ausgesetzte Wasserstrahl nicht einfach stumpf nach unten stürzt, sondern dabei seinen einmal eingeschlagenen waagerechten Weg beibehält.
Doch warum scheint ein Teil des ausströmenden Wassers diesem Prinzip zu widersprechen, indem er genau das Gegenteil von dem tut was wir rein lebensweltlich erwarten und von der Physik sogar gefordert zu werden scheint?
Muss man sich bei so viel Widerspruch noch wundern, dass dieser Strahl sich auch noch weigert als Strahl in Becken zu fallen indem er in einzelne Tropfen zerfällt?
Geht es hier noch mit rechten Dingen zu?

Dreieiniger Baum

Manchmal wird ein Geheimnis erst sehr spät gelüftet. Der auf dem Foto zu sehende Querschnitt eines Baumes, der beim Fällen ans Tageslicht kam, zeigt, dass er aus drei verschiedenen Bäumen hervorgegangen ist. Diese standen so dicht beieinanderstanden, dass sie sich während des Wachstums immer näher kamen, sich schließlich berührten und unter Druck setzten, der darin endete, dass sie zusammenwuchsen. Sie gaben ihre Individualität zugunsten eines dreieinigen Baumes auf. Jedenfalls stelle ich mir das so vor.
Die ursprünglichen drei Individuen kann man an den drei Systemen von Jahresringen erkennen, von denen später in größerer Höhe nichts mehr zu erkennen war.
Schaut man genauer hin, so erkennt man, dass vermutlich noch ein weiterer kleiner Baum in den vereinigten Wachstumsprozess mit einbezogen wurde. Der Farbe nach zu urteilen ist er jedoch im weiteren Wachstumsverlauf abgestorben und wäre bei einem Querschnitt in größerer Höhe wohl nicht mehr zu sehen gewesen.

Ein wenig Farbe ins dunkle Grau

Eine nicht gerade einladende Asphaltstraße sollte durch eine ebenfalls als negativ empfundene Ölspur eher noch unsympatischer wirken. Sieht man allerdings von diesem realen Hintergrund des Fotos ab, so ergibt sich ein Gemälde, in dem eine virtuos zwischen den Graustufen wechselnde Bruchstruktur durch ein schlankes Band lebhafter Spektralfarben herausgefordert und sich insgesamt zu einem ästhetisch ansprechenden Ganzen ergänzt.
Die Natur ist offenbar völlig indifferent gegenüber menschlichen Bewertungen und verfährt in ihren Gestaltungen nach den durch den Zufall herausgeforderten Naturgesetzen: mechanische Belastungen zusammen mit den Wirkungen von Gefrieren und Schmelzen sind für die Bruchstrukturen verantwortlich. Unterschiedliche Geschwindigkeiten beim Verdunsten der Feuchtigkeit bilden die Abstufungen des Asphaltgraus. Denn das Tageslicht ruft bei Nässe dunklere  Farbtöne hervor als bei Trockenheit. In der quer über das Bild laufenden Senke reicht die Feuchtigkeit gerade noch aus, die äußerst dünne Ölschicht zu „tragen“, die durch Interferenz das weitgehend weiße Tageslicht der unterschiedlichen Dicke der Schicht entsprechend koloriert.
Einige Stunden später hatten sich infolge der Verdunstung des Wassers die Farben verzogen, nachdem sich das Öl winzige Tröpfchen bildedend in den porösen Asphalt verzog.

Verschwimmende Konturen im Schneesturm

Es ist als spielte das Wetter noch einmal seine Möglichkeiten zwischen Schnee, Sonne, Wind und Gewitter noch einmal in alter Vielfalt durch. Jedenfalls war der gestrige Tag von diesen Extremen geprägt. Als der Schnee gegen das Fenster prallend und dann – durch Adhäsions- und Oberflächenkräfte gehalten – gebremst an der Scheibe herab rutschte und sich am Fensterrahmen angekommen zu einem unregelmäßigen kristallenen Gitter staute, kamen Strukturen in den Blick, die man dem Wetter gar nicht zugetraut hätte (siehe Foto). Durch die unregelmäßig benetzte Scheibe wird das Licht diesen Strukturen entsprechend gebrochen und die durchscheinende Baumkulisse erscheint entsprechend kreativ variiert.

Eine Welt in Aspik…

…nur hart und eiskalt.

Nach einer Woche eisiger Kälte vollzieht sich ein Temperatursprung in die andere Richtung – zunächst die Luft wird wesentlich wärmer. Der Regen fällt auf vereistes Gelände, sodass die Tropfen instantan vor Kälte erstarren. Doch lassen wir Andrzej Stasiuk (*1960) eine ähnliche Situation poetisch beschreiben, er kann es wesentlich besser als ich.

Holunderbüsche, Salweiden und Haselsträucher breiteten sich aus wie Büsche silbriger Wasserpflanzen, die im Wogen der See erstarrt waren. Alles war von Eis bedeckt. Jeder Zweig, jeder kleinste Halm stak in einem durchsichtigen Hemd. Früher, vor sehr langer Zeit, gab es bunte Bonbons in langen Glasröhrchen zu kaufen, die an einer Seite zugekorkt waren. Etwas in der Art: Glasröhrchen, und in jedem ein Pflanzentrieb, eine Weidenrute, sogar die Kiefernnadeln waren einzeln und sorgfältig verhüllt. Der Schlehenbusch, in Eis gegossen, ähnelte einem lebendigen, körperlichen Wesen, vom Röntgenblitz ertappt.
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