Die Welt physikalisch gesehen
Gezeiten
Skulpturen am Strand
Als Kind habe ich Sandburgen am Strand gebaut. Heute wage ich mich an etwas weniger martialische Objekte. Dabei forme ich ganz grob ein Objekt aus der an diesem Strand vorherrschenden Mischung aus hellem und dunklem Sand und überlasse der Flut die Feinarbeit. Damit meine „Kunstwerke“ nicht vorher von Menschen zerstört werden, richte ich es möglichst so ein, dass die Flut ihre Detailarbeit des Nachts ausführt, damit ich morgens als einer der ersten der Ergebnis in Augenschein nehmen und fotografisch sichern kann. Der Anteil des Wassers an der Gestaltung ist in jedem Fall wesentlich kreativer als mein eigener. Meist kommt etwas ganz anderes dabei heraus, als ich mir vorgestellt habe. Diese Skulptur erinnert mich an einen Fisch, was angesichts des wässrigen Kontexts nicht ganz abwegig ist.
Strähnen im Sand
Das Foto zeigt eine Momentaufnahme eines scheinbar bewegten Vorgangs. Aber die wirbelnde Strömung wurde nicht erst durch die Fotografie stillgelegt. Sie war es schon vorher. Man blickt nämlich auf die letzten Spuren des durch anbrandende und am Sandstrand auslaufende Wellen in ein quasigeordnetes Bündel von Sandsträhnen überführten Ensembles.
Die Strähnen sind nämlich schon lange getrocknet, das Wasser ist mit der Ebbe schon weit entfernt und dennoch sieht es so aus, als habe sich das Geschehen in dem aus hellem und dunklem Sand gestalteten Muster verewigt. Wer schafft es das nachzumachen?
Strukturen aus dem Untergrund
Was ist auf diesem Foto zu sehen? Hochzüngelnde Flammen in ungewöhnlichen Farben. Oder merkwürdige Pflanzen die dem Licht entgegen streben? Mit solchen Fragen könnte ich diesen Beitrag beenden und das Foto als eine Art naturschönes Kunstwerk stehenlassen. Oft tue ich das.
Aber eines meiner wesentlichen Anliegen ist es zu erklären. In diesem Fall geht es mir darum zu zeigen, was man in seiner Umgebung sehen kann, wenn man es nicht übersehen würde. Unsere Netzhäute werden nämlich wesentlich öfter von sehenswerten und ästhetische ansprechenden Dingen belichtet als man denkt. Sehen muss gelernt werden.
Die hier zu sehenden Gebilde sind Wasserströme, die langsam aus dem feuchten Sanduntergrund hochquellen und aufgrund unterschiedlicher Strömungsbedingungen (zentrale Strömung = meist schnell, Randströmung = meist langsam) den aus schwarzen und weißen Sandkörnern bestehenden Untergrund zu natürschönen Gebilden umgestalten. Diese Gebilde variieren in der Höhe nur um wenige Zentimeter, sind also weit von der Höhe entfernt, die uns (vielleicht nur mir?) das Foto vorgaukelt.
Die Aufnahme wurde an einem vielbesuchten Strand gemacht, der zur Landseite hin eine gewisse Steigung besitzt und erst kurz vorher die Gezeitenflut hinter sich gelassen hat. Vermutlich strömt nunmehr – vom Druck des auflastenden Wassers befreit – das Untergrundwasser nach oben. Für mich ist es jedenfalls ein naturschöner Anblick. Nicht weit von dieser Stelle entfernt beobachtete ich merkwürdige Minivulkane, die ebenfalls eine ästhetische und – wenn man so will – wissenschaftliche Seite haben..
Wind und Wellen als künstlerische Gestalter
Hier einmal wieder eine der Skulpturen, die ich mit Hilfe von Wind und Wellen am Strand geschaffen habe. Eine grobe Struktur aus dem Material, das ich hier am Strand vorfand, war der Ausgangspunkt. Alles andere überließ ich der nächsten Flut, die dann im Zusammenspiel mit dem auf- und ablaufenden Wasser diese naturschöne Skulptur hervorbrachte. Der Boden bestand aus mehreren Lagen weißen und schwarzen Sandes, die durch wechselnde Winde modelliert wurden (siehe früherer Beitrag). Durch Segregation der unterschiedlichen Sandkörner entstanden dann diese feinen hellen Bänder, die teilweise als Höhenlinien den dreidimensionalen Aufbau der Skulptur sichtbar machen.
Da die von mir vorbereitete Ausgangstruktur von den auf- und ablaufenden Wellen in mehreren unterschiedlichen Winkeln angeschnitten wurde, zeigt das Ergebnis ein derartig reichhaltiges Profil. Zum Vordergrund hin laufen vor allem die weißen Schichten zu faserigen Fäden aus, die leicht darüber hinwegtäuschen können, dass es sich „nur“ um Sand handelt. Aber was heißt „nur“?
Sein Gestaltreichtum ist „auch im Sand des Meeres unermeßlich den noch kein Linné nach seinen Gestalten geordnet hat“*
Eingerahmt wird die Skulptur durch teilweise stationäre, teilweise in stetem Wechsel begriffene Wasserwellen, die (auf dem Foto natürlich eingefroren) einen Eindruck von den leichten Strömungen des seichten Wassers vermitteln, die hier bei Ebbe nur noch von den größeren Wellen mit Nachschub versorgt werden.
* Georg Christoph Lichtenberg. -Schriften und Briefe. München 1980, S. 498
Täuschende Sandstrukturen am Strand
Diese Sandskulptur ist im Überflutungsbereich eines Sandstrands entstanden. Sie wird von einem dünnen Wasserfilm umspült, der aus den Ausläufern der an den Stand anbrandenden Wellen hervorgeht. Winzige Wellen zeugen vom fließenden Wasser. Die Ringe des etwa 50 cm langen Sandgebildes gehen auf das mit dem anbrandenden und dann über den Strand auslaufenden Wasser zurück, die an ihm zehren und an seiner Substanz knabbern. Da im Verlauf der Ebbe die Wasserhöhe allmählich zurückgeht, entstehen die Ringe immer ein wenig tiefer, sodass die Skulptur ihre treppenartige Umrandung erhält.
Für mich und manche anderen Betrachter sieht die Struktur allerdings nicht erhaben, also aus dem Boden herausragend aus, sondern eher so, als würde sie sich wie ein tiefer Brunnen in den Boden absenken.
Wem das genauso geht, dem sei gesagt, dass diese Ansicht eine veritable optische Täuschung ist. Denn ich habe die Struktur nicht nur fotografiert, sondern vor Eintreten der Flut aus dem Gemisch aus schwarzem und hellem Sand geformt und dann der den natürlichen Abläufen überlassen.
Steine mit Geweih
Es sieht nur so aus als wüchsen den Steinen im Überflutungsbereich des Strands Geweihe. In Wirklichkeit wachsen die dendritischen Strukturen den Steinen entgegen. Genau genommen interessieren sie sich nicht einmal für die Steine, sondern nur für die Vertiefung im Sand, die durch die Steine bewirkt wurde. Weiterlesen
Und in der Nacht besuchte ich den Supermond…
Das Ergebnis meines gestrigen nächtlichen Besuchs sieht man auf dem Foto. Als ich dem Supermond gegenüberstand, war dies schon eine besondere Situation und ich genoss das stumme Zwiegespräch von Angesicht zu Angesicht in dieser relativ warmen, absolut ruhigen Nacht. Ich bereue es nicht, aufgestanden zu sein. Aber ob nun diese Stimmung auf die Supergröße des Monds zurückzuführen oder vielleicht nur dem Gefühl geschuldet war, einem nicht alltäglichen Ereignis beizuwohnen, kann ich nicht sagen. Weiterlesen
Mir fällt ein Stein vom Herzen…
… und anschließen fehlt mir ein Stein am Herzen.
Rechtzeitig bevor die Flut kam hatte ich mein Herz-Kunstwerk beendet und überließ es jetzt den Naturgewalten in Gestalt der anstürmenden Flut. Als ich am nächsten Morgen den noch von menschlichen Spuren freien Stand betrat und schließlich mein Steinherz wiederfand, fiel mir ein Stein vom Herzen. Ähnlich war es dem Steinherz ergangen.
Fraktale Rinnsale am Sandstrand
Diesen Stein hatte ich am Sandstrand vor Eintreten der nächtlichen Flut ein Stück in den Sand eines leicht abschüssigen Überflutungsgebietes am Strand gedrückt, sodass er nicht gleich vom Ansturm der Flut weggeschoben würde. Am nächsten Morgen sah es dann so wie auf dem Foto aus. Der Stein ist nicht nur tiefer in den Sand eingesunken, sondern sammelt in der Vertiefung, in der er sich befindet, das im Sand gespeicherte Wasser der Umgebung, das dann an der tiefsten Stelle (im oberen Bildteil) zum Meer hin überläuft. Weiterlesen
Minivulkane am Strand
H. Joachim Schlichting. Spektrum der Wissenschaft 4 (2018), S. 72 – 73
Ansteigendes Meerwasser verdrängt Luft aus dem Kapillarsystem des Untergrunds und wölbt am Strand Sandkegel auf. Der Tidenwechsel glättet sie wieder und hinterlässt manchmal rätselhafte Flecken.
Im Sande des Meeres,
den noch kein Linné
nach seinen Gestalten geordnet hat
Georg Christoph Lichtenberg (1742 – 1799) Weiterlesen
Bei Flut sinkt der Wasserspiegel im Brunnen
Schlichting, H. Joachim. Physik in unserer Zeit 48/6 (2017), S.307
Kürzlich wies der englische Wissenschafts-journalist Marcus Chown auf ein schon in der Antike diskutiertes geophysikalisches Rätsel hin [1]. Demnach hat der griechische Philosoph Poseidonius um etwa 100 v. Chr. an der Atlantikküste von Spanien in der Nähe des heutigen Cadiz bemerkt, dass der Wasserstand in einem Brunnen immer dann sinkt, wenn aufgrund der Gezeiten die Flut kommt und umgekehrt. Weiterlesen
Himmelskörper im freien Fall
Schlichting, H. Joachim: In: Spektrum der Wissenschaft 45/1 (2014), S. 54 – 55
Laien erklären den Flutberg auf der mondwärts gewandten Erdseite oft mit der Anziehungskraft des Monds. Doch das kann nicht stimmen, denn auf der Rückseite der Erde gibt es einen zweiten Berg. Was ist also die wahre Ursache?
Das ungesattelte Meer,
zweimal täglich vom Mond geritten
Jeanette Winterson (geb. 1959)
Foto: Wattwagen kehren bei Ebbe von der Insel Neuwerk nach Cuxhaven-Sahlenburg zurück
Rotationsenergie und Gezeitenreibung
Schlichting, H. Joachim. In: Praxis der Naturwissenschaften- Physik 35/2 (1986) 21.
Spätestens seit dem man beginnt, an geeigneten Küstenabschnitten der Erde die Gezeiten (das pro Tag etwa zweimalige Auftreten von Ebbe und Flut) für die menschliche Energieversorgung zu nutzen ist klar geworden, daß die sich in den Gezeiten manifestierende Energie einem fast unerschöpflichen Reservoir entstammen muß: Wie man der Literatur entnehmen kann, entspricht den Gezeiten ein ständiger Energiestrom von 3 mal 10 hoch 12 Watt Das ist rein rechnerisch etwa das 8fache des Primärenergieverbrauchs der Bundesrepublik Deutschland. Woher stammt diese Energie? Aus der Sicht des Gezeiten erzeugenden Mondes werden – grob gesprochen – auf der dem Mond zugewandten und abgewandten Seite ortsfeste Aufwulstungen hervorgerufen, unter denen sich die Erde mit einer Periode von einem Tag hinwegdreht. Dies ist natürlich nicht ohne Reibung möglich. Es drängt sich geradezu die Vorstellung auf, daß die Gezeitenwulste wie zwei riesige Bremsbacken die Erde zum Stillstand zu bringen trachten. Die Gezeitenenergie entstammt nach dieser Vorstellung der Rotationsenergie der Erde. Eine Abnahme dieser Energie müßte also in einer Verlängerung des (Erd-)Tages zu beobachten sein. In der Tat hat man festgestellt, daß der Tag vor 100 Jahren 0,00164 s länger war als heute. Wieviel Rotationsenergie hat die Erde in dieser Zeit verloren?
Ebbe und Flut im Unterricht der Sekundarstufe I und II
Schlichting, H. Joachim; Farwig, Paul. In: phys. did. 4, 197 (1977).
Die Gezeiten sind zu jenen, der unmittelbaren Erfahrungswelt der Schüler entstammenden Naturphänomenen zu zählen, die im Unterricht unserer Schulen nach Wagenschein zu Unrecht entweder überhaupt nicht oder nur unzureichend behandelt werden. Um dieses Defizit beseitigen. zu helfen, wurden die Gezeiten in der vorliegenden Arbeit als elementare Anwendung der Newton’schen Gravitationstheorie dargestellt. Den schulstufenspezifischen Ansprüchen entsprechend wurde zunächst eine qualitative bzw. halbquantitative Erklärung der wesentlichen Grundgedanken von Ebbe und Flut skizziert, um dann darauf aufbauend quantitativ vertieft zu werden.
Die Welt physikalisch gesehen 