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Pfütze

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Wie sieht Natur aus?

Es ist fraglich, ob die Natur überhaupt ‚aussieht‘. Es ist fraglich , ob die Welt einen feststehenden Aspekt bietet. Es könnte sein, daß die Augen ein Netzwerk ins Dunkle auswerfen, das eine dem Menschen faßbare Welt durch den Menschen selbst entstehen läßt. Die objektive Substanz ist für den Menschen sinnengemäß nicht faßbar. Malerei ist Kanon der Sicht.*

Die Naturwissenschaften, die Kunst, die Literatur… sind verschiedene und möglicherweise komplementäre Zugänge zur Natur und der durch sie mitbestimmten Wirklichkeit. Jedes ist eine besondere Art und Weise einen Zugang zu dem zu finden, was die Menschen als Substrat dieser Wirklichkeit ansehen.


* Willi Baumeister. Das Unbekannte in der Kunst. Stuttgart 1947, S.18

Ein Stein schafft sich ein naturschönes Ambiente

Wo bislang eine unansehnliche Wasserpfütze den Wanderweg blockierte, hatte sich gestern mit Hilfe des nächtlichen Frosts ein naturschöner Anblick entfaltet. Ausschlaggebend für die Entwicklung dieser individuellen Eisstruktur ist ein Stein, der beim Zufrieren der Pfütze ganz zu Beginn die entscheidenden Strukturimpulse gibt. Sie sind hier als radial vom Stein ausgehende Eiskristalle zu sehen, die gewissermaßen das Fachwerk abgeben, dessen Zwischenräume ganz zum Schluss zufrieren. Weiterlesen

Naturkunst trifft Physik

Als ich noch während des Regens einige Tage vor dem Frost wie in Kindheitstagen eine Burg in der Pfütze formte und dann der Natur überlies, ahnte ich nicht, was einige Tage Später nach dem Einbruch der kalten Tage daraus werden würde. Offenbar ist das Wasser schnell versickert, sodass mein bereits vom Regen und dem Wasser in der Pfütze deformiertes Gebäude die von mir beabsichtigte Form weitgehend verloren hat. Dafür ist es durch die Eisstrukturen mit großer „Aufmerksamkeit“ für die Details in ein naturschönes Netzwerk von Eislinien in ein kühles Gesamtkunstwerk eingebunden worden.
Die hellen Bereiche der realtiv dünnen Eisschicht haben keine Berührung mehr mit dem Wasser, auf dem sie ursprünglich mal entstanden sind. Sie sind von unten mir Reifkristallen besetzt, sodass die ursprüngliche Transparenz verschwunden ist. Nur der ursprüngliche „Burggraben“ ist noch mit Wasser gefüllt und die dort noch aufliegende Eisschicht ermöglicht noch einen Durchblick auf den dunklen Pfützenboden.
Heute vor fast genau einem Jahr, bot die ganz unfreiwillig als Eiskunstinstallation mutierte Pfütze noch ein etwas anderes Bild.

Der Winter kann auch Botanik

Diese schöne an botanische Strukturen erinnernde Ansicht ist entstanden, als das Wasser einer Pfütze fast schon versickert war. Der nasse, schlickartige Rest wurde vom Frost der Nacht erfasst und in einen Garten von Eiskristallen verwandelt. Die Freiheit der Kristallbildung ist durch die starke „Verunreinigung“ des Wassers durch Erde weitgehend eingeschränkt. Das Ergebnis ist meines Erachtens aber dennoch naturschön. Die Struktur war so fest, dass man darüber gehen konnte, ohne Spuren zu hinterlassen.

Galaktische Nebel in der Wasserpfütze

Was mag das sein, das hier wie ein galaktischer Nebel durch zahlreiche Sterne hindurch gesehen daherkommt? Ich war mir vollkommen sicher, dass ich den Blick nicht nach oben gerichtet und kein Riesenteleskop vor Augen hatte, sondern ohne Hilfsmittel nach unten in eine zugefrorene Wasserpfütze.
Schaut man genauer hin, so erkennt man durch die ansonsten ziemlich glatte Eisschicht hindurch verfaulende Blätter und andere Überbleibsel aus der vergangenen Vegetationszeit. In die Eisschicht integriert zeichnen sich in zarten vor allem Blautönen Strukturen ab, die an Spuren biologischer Aktivität erinnern. Ähnlich wie beim Gefrieren von Wasser die darin enthaltene Luft gewissermaßen ausgeschwitzt wird, sind es hier vermutlich proteinhaltige Bestandteile der verwesenden Biomasse, die sich an der Wasseroberfläche abgesetzt haben und einen äußerst dünnen Belag bilden. Dieser ist offenbar so dünn, dass es aufgrund der Überlagerung des an der vorderen und hinteren Grenzschicht reflektierten Lichts zu ähnlichen Strukturfarben wie bei einer Ölschicht auf einer nassen Straße. Die weißen „Sterne“ sind winzige im Eis eingefrorene Gasblasen, die von innen mit Reif belegt sind.
Wie dem auch sei, es ist auf jeden Fall ein naturschöner Anblick, der zumindest einen Teil seines Geheimnisses bewahrt hat – jedenfalls bis jetzt. Ich habe schon einige Male die Schönheit zugefrorener und zufrierender Pfützen gezeigt. Dort wurden die Strukturen vor allem durch das parallel zum Gefrieren versickernde Wasser hervorgerufen. In diesem Fall zeugt aber die glatte Eisfläche davon, dass der Wasserspiegel während des Gefrierens weitgehend gleich geblieben sein muss. Als Ursache käme eine Versiegelung des Pfützenbodens durch die Sedimentation feinstrukturierter Überreste der verwesenden Biomasse infrage. Meist sind solche Pfützen sehr langweilig und manchmal bei genügender Länge allenfalls zum Glitschen zu gebrauchen. Hier aber finden wir in der verhältnismäßig dicken Eisschicht andere beeindruckende Strukturen.
Das Schöne an der dicken Eisschicht ist außerdem, dass sie nicht so leicht zu zerstören ist. Viele Menschen, auch Erwachsene, genießen eher das akustische Phänomen der klirrend zerbrechenden Eisscheiben als die Wohltat für die Augen.

Das Licht kommt zurück

Auch wenn man noch nicht davon ausgehen kann, dass die zunehmende Helligkeit der wieder zu einem neuen Gipfel strebenden Sonne bereits einen merklichen Effekt ausübt, habe ich trotzdem das Gefühl, diese Tendenz selbst bei bedecktem Himmel zu spüren. Spielt hier vielleicht der Wunsch in die Beobachtung mit hinein? 😉

Wintergrafik

Es ist als wollten Pfützen ihr schlechtes Image damit aufbessern, dass sie sich sehr oft als naturschöne Hervorbringungen von Zufall und Notwendigkeit präsentieren. Dabei spielen nicht nur die oft sehr individuelle Morphologie des Untergrunds und die Geschwindigkeit, mit der das Wasser unter dem Eis versickert eine wesentliche Rolle, sondern auch der Temperaturwechsel, die Bedeckung des Himmels und anders mehr. Jedenfalls lasse ich keine Gelegenheit aus, zugefrorene Pfützen aufzuspüren und wenn möglich wie Bilder in einem Kunstmuseum zu betrachten. In vielen Fällen gelingt es mir, wenigstens im Prinzip, die physikalischen Hintergründe ihrer Entstehung aufzudecken (siehe z.B. hier, hier, hier).

Vorsicht Pfütze – da sitzt einer.

Um sich nach dem Regen keine nassen Füße zu holen, heftet man oft den Blick auf die Straße, um den Pfützen ausweichen zu können. Dabei überlistet man sich manchmal Interessantes zu sehen. Im vorliegenden Fall sah es aus einiger Entfernung so aus, als würde dort jemand ganz in dunklem Himmelblau getönt liegend sitzen.
Neben dieser Pareidolie ist die Pfütze insofern physikalisch interessant, als das Wasser in ihr nicht nur den blauen Himmel spiegelnd reflektiert, sondern zusätzlich Sonnenlicht von einem mehr oder weniger breiten feuchten Rand ausgeht. Wie kommt es dazu?
Licht wird nur dann von einer spiegelnden Fläche ins Auge gelenkt, wenn der Einfallswinkel gleich dem Reflexionswinkel ist. Für irgend einen Ausschnitt des Himmels ist diese Bedingung so gut wie immer erfüllt, sofern er aus (fast) allen Richtungen zu sehen ist. Für die Sonne wäre das hier nur dann der Fall, wenn sie schräg von vorne schiene. Dass sie dennoch den Randbereich um die Wasserfläche herum erhellt, liegt daran, dass die Fläche aus unregelmäßig orientierten Elementen besteht, von denen das eine oder andere die Reflexionsbedingung erfüllt und man daher wenigstens viele kleine Sonnenreflexe zu sehen bekommt. Ihre Helligkeit ist so groß, dass die Zwischenräume überstrahlt werden und es so erscheint, als würde ein kontinuierlicher Randstreifen im reflektierten Sonnenlicht leuchten.

Unter dem Pflaster liegt die Stadt

Ich kannte mal einen, der ging bei Regenwetter und kurz danach immer gesenkten Hauptes durch die Stadt. Auf den ersten Blick sah ich darin eine Bestätigung für die Regel, dass Regenwetter traurig mache und man daher den Kopf hängenlasse. Aber dem war nicht so. Er blickte durch die nassglänzenden Pflastersteine und Pfützen in eine andere Welt, die Welt unter dem Pflaster, die dann besonders schön zur Geltung kommt, kurz nachdem der Regen vorbei und die Sonne wieder das Regiment übernommen hat. Kennt jemand die Stadt, die sich hier durch ein bekanntes Gebäude zu erkennen gibt?

Wer sich eher nach dem unter dem Pflaster liegenden Strand sehnt, schaue sich den früheren Beitrag an.

Eine parasitäre Unterwelt

Wir blicken hier in eine Art Unterwelt, die allerdings so etwas wie einen vergitterten Ausgang zurück ins Helle verspricht… Doch wenn ich euch verrate, dass die Unterwelt nur das Spiegelbild in einer zudem allmählich verdunstenden Wasserpfütze ist (wer hätte das gedacht ;), ist ohnehin alles nur Schein. Denn ein Spiegelbild ist lediglich ein Parasit des Objekts, das es mehr oder weniger deutlich abbildet.

Naturschöne Wasserpfütze

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Pfützeneis – wie gemalt

Pfützen haben einen schlechten Ruf, weil sie meist mit Schmutz und Nässe in Zusammenhang gebracht werden. Dabei lässt man sie meist links liegen und verpasst zahllose Momente, in denen man entzückt wäre von der naturschönen Seite dieser zufällig entstandenen und auch nur begrenzte Zeit existierenden Miniteiche.
Vor allem wenn sie zufrieren, überziehen sie sich nicht einfach mit einer glatten Schicht à la Fensterscheibe. Vielmehr probieren sie in Abhängigkeit von den physi(kali)schen Umweltbedingungen und in Übereinstimmung mit den Naturgesetzen, die unterschiedlichsten Muster aus. Dabei spielen zufällige Einflüsse wie lokale Schwankungen der Temperatur, Geschwindigkeit mit der das Wasser versickert, Verschmutzungsgrad etc. eine nicht zu unterschätzende Rolle. Weiterlesen

Eisige Kreise

Diese nur wenige Millimeter dicke, nach außen hin glatte Eisschicht bedeckt eine Wasserpfütze. Weil das Wasser teilweise im Boden versickert ist, hat sich ein Hohlraum zwischen Wasseroberfläche und der Unterseite der Eisschicht gebildet. Infolge der Sonneneinstrahlung am Tage kondensiert Wasser an der Unterseite der Eisschicht und läuft zu größeren Tropfen zusammen. Bevor sie herabfallen, gefrieren sie in der Nacht zu Eisnoppen, die hier die Größe einer 2-Euro-Münze angenommen haben. Die übrige Fläche der Unterseite wird durch die Bildung einer dünnen Reifschicht bedeckt, an der das Licht gestreut und infolgedessen der Durchblick getrübt wird.

Die letzten Kunstwerke des Winters

Auch wenn der Winter in diesem Jahr ausgefallen ist, scheint er sich bei uns in den letzten Nächten mit schönen Eismustern zu verabschieden. Ich beobachte seit etwa einer Woche, wie sich die Wasserpfützen – Überbleibsel der vorangegangenen wasserreichen Wochen – allmählich zurückziehen indem das Wasser versickert. Die frostigen Nächte der letzten Tage geben ihnen Gelegenheit, dies mit einer letzten Grazie zu tun. Allerdings muss man schon früh aufstehen, bevor die Sonne die Eismuster bedenkenlos liquidiert (sic!). Eines dieser Muster ist in diesem Foto zu sehen (zum Vergrößern auf das Bild klicken). Obwohl es am Vortage noch ganz anders aussah, hat sich das fast zur Neige gehende Wasser noch zu einigen Resteismustern aufgeschwungen. Weiterlesen

Was heißt hier ’nur eine Pfütze‘?

Ich würde sagen: Besonders die Wasserpfützen und zwar die am merkwürdigsten geformten bringen die schönsten Eisstrukturen hervor. Die Vertiefung im Boden hat eine durch welche Zufälle auch immer geformte Morphologie, die meist durch Regenwasser mit einer mehr oder weniger transparenten ebenen Oberfläche eingeebnet wird. Sinkt die Temperatur unter den Gefrierpunkt, kristallisiert das Wasser zunächst an der Oberfläche und bedeckt die Pfütze mit einer Eisschicht, die bei weiterhin niedrigen Temperaturen in die Tiefe wächst. Weiterlesen

Das Blaue vom Himmel…

Bahnsteige sind selten attraktiv. Aber manchmal kann man ihnen doch den einen oder anderen interessanten Aspekt abgewinnen. Im vorliegenden Foto scheint auf einer verrosteten Metallabdeckung irgendeines Kabelschachts o.Ä. über den man achtlos hinweggeht ein regelmäßiges Muster vor einem himmelblauen Hintergrund aufgeprägt zu sein. Schaut man genauer hin, so handelt es sich lediglich um eine Spiegelung in einer Wasserpfütze. Sie ist aus dem Blickwinkel der Aufnahme  immerhin so lichtintensiv, dass die durch jahrelanges Darübergehen eingebeulte und zurzeit der Aufnahme mit einer Schicht Regenwasser gefüllte verrostete Abdeckung kaum als solche zu erkennen ist. Aufgefallen ist mir das Phänomen, weil ich gedankenverloren plötzlich den Eindruck hatte, ein tiefes Loch vor mir zu haben und unwillkürlich meinen Schritt korrigierte, um nicht reinzufallen. Reingefallen bin ich trotzdem, weil ich mir das Blaue vom Himmel vorgaukeln bzw. mich durch eine Spiegelung in einer schnöden Wasserpfütze täuschen ließ.

Kristallin überzuckertes Eisfachwerk

Nachdem ich nach der „Regenzeit“ und zu Beginn der ersten frostigen Nächte die Bildung von Eisstrukturen (hier und hier und hier und hier) beobachten konnte, muss ich nunmehr nach anhaltend kaltem Wetter mit den Eisstrukturen vorlieb nehmen, die die Pfützen zurückgelassen haben, nachdem das restliche Wasser versickert ist und das Eis auch den Pfützenboden erreicht hat. Auch da gibt es noch viel zu sehen. Weiterlesen

Strukturbildung im Pfützeneis

Wie kommt es zu den dunklen Dreiecken in einer zufrierenden Wasserpfütze, die dem ansonsten durch das Zusammenwirken von zufälligen Gegebenheiten (Temperatur, Beschaffenheit des Boden…) und notwendigen physikalischen Vorgängen entstehenden Strukturen, etwas einfach Geometrisches aufzuprägen scheint. Weiterlesen

Kalte Pfützenkunst

Zuerst lag ein etwa 15 cm langer Kieselstein in einer Wasserpfütze. Bevor das Wasser versickerte, fror die Pfütze zu  und der Stein verschwand unter einer Eisschicht. Man konnte ihn aber weiterhin durch das transparente Eis hindurch sehen. Unter dem Eis versickerte das Wasser und der Stein wurde allmählich trocken gelegt. Dann kamen die sonnigen Tage. Der Stein absorbierte die Sonnenernergie, erwärmte sich und gab die Energie u.A. als Wärmestrahlung wieder ab. Dadurch schmolz ein Loch in die unmittelbar darüber befindliche Eisschicht.
Als die Sonne untergegangen war und die kalte Luft wieder die Oberhand gewann, bildeten sich auf dem noch feuchten Rand des Lochs große Eiskristalle, die von außen nach innen wuchsen, so als wollten sie das Loch wieder schließen. Weiterlesen

Froststrukturierte Pfützensedimente

Eine Pfütze, die kurz davor ist auszutrocknen, wird in der Nacht vom Frost überrascht. Das feuchte bräunliche Sediment spendet immerhin so viel Wasser, dass es zu diesen kunstvollen Eiskristallmustern kommt.
Merkwürdigerweise bleibt das Muster fast so wie es ist erhalten, obwohl die reinen Eiskristalle dabei sind, sich in der Sonne zu verflüchtigen (sublimieren) und zum Zeitpunkt der Aufnahme schon gar nicht mehr zu sehen sind.
Die ziemlich homogene Beigefärbung kommt dadurch zustande, dass sich während der wässrigen Phase der Pfütze zuerst die groben und dann die ganz feinen Teilchen der lehmhaltigen Erde auf den Boden abgesetzt und diesen lückenlos belegt und gleichsam lackiert haben.

Pfützen und Teiche sind auch an anderen Stellen in der einen oder anderen Hinsicht Gegenstand dieses Blogs (siehe z.B. hier und hier und hier und hier und hier und hier und hier und hier und hier und hier und hier und hier und hier) und ideale „Spielwiesen“ für künstlerisch und physikalisch Interessierte – und für Kinder.

Glänzender Schmutz

Sediment_WasserpfützeDer Schmutz ist glänzend,
wenn die Sonne scheinen mag.

Johann Wolfgang von Goethe

Wenn eine Wasserpfütze durch Verdunstung und Versickern trockenfällt, hat sich auf dem freiwerdenden Boden einiges getan. Die im Wasser suspendierten Schmutzteilchen und Sandkörner haben sich gesetzt und zwar in einer an einen Siebevorgang erinnernden Weise. Zuerst sedimentiern die gröberen und schwereren Teilchen, dann die mittelgroßen und schließlich die kleinen, ganz feinen – in nahezu kontinuierlicher Abfolge. Das hat zur Folge, dass der oberste Belag des Boden aus feinsten Teilchen besteht, die die Oberfläche nahezu wie ein Lack versiegeln. Die Schicht ist so glatt, dass sie auch im bereits wasserfreien Zustand auf Hochglanz poliert erscheint. Erst wenn diese Schicht völlig ausgetrocknet ist, entsteht eine matte und hellere Färbung.
Auf dem Foto haben auf der noch nicht ganz verfestigten Oberfläche einige Käfer und andere Insekten ihre Spuren hinterlassen, die für einen diesbezüglichen Spurensucher einige Informationen über die Tierchen und ihr Verhalten bieten.

Bei Licht besehen

schmutzreflexe_dscf0911-jpgDer Schmutz ist glänzend,
wenn die Sonne scheinen mag.

Johann Wolfgang von Goethe

Schmutz und Dreckwetter, und das auf dem Weihnachtsmarkt. Man rettet sich von einer halbwegs trockenen Insel zur nächsten. Doch schaut euch das, was ihr mit den Füßen zu meiden versucht, mit den Augen etwa genauer an. Hat das dreckige Pflaster nicht auch etwas sehr Schönes, machen die Lichtreflexe daraus nicht ein unfreiwilliges Kunstwerk? Als ich das entdeckte, tastete ich mich genauso vorsichtig von einer Insel zur nächsten. Aber irgendwie war mir, dass ich es nicht tat, um meine Schuhe zu schonen, sondern weil ich es nicht wagte, ein Kunstwerk mit Füßen zu treten.

Kunst unter der Eisdecke

Eis-auf-Pfützen_0008Schlichting, H. Joachim. Spektrum der Wissenschaft  12  (2015), S. 56 – 57

Statt einfach nur spiegelglatt zu werden, bilden frierende Wasserflächen oft seltsame Strukturen – geformt durch die wechselhaften Bedingungen in dieser sehr speziellen Umgebung.

Sie schafft ewig neue Gestalten;
was da ist, war noch nie,
was war, kommt nicht wieder –
alles ist neu, und doch immer das Alte

Johann Wolfgang von Goethe (1749 – 1832)

Im Winter bereiten frisch zugefrorene Wasserpfützen besonders Kindern ein Vergnügen. Unter ihrem Stampfen bricht das Eis mit einem krachenden Geräusch und legt eine matschige Brühe frei. Die meisten Eltern dürften sich dabei über die verschmutzten Schuhe ärgern, doch mich betrübt mehr die Zerstörung der oft verborgenen Skulpturen. Denn diese sind häufig ästhetisch ansprechend und fordern die physikalische Intuition heraus: Eine zufrierende Wasserpfütze zeigt eine beeindruckende Formenvielfalt wie kaum ein anderer Phasenübergang vom flüssigen in den festen Zustand. Das steht im krassen Widerspruch zur schlichten Schulweisheit, wonach Wasser bei Unterschreiten des Gefrierpunkts von null Grad Celsius erstarrt und in Eis übergeht. Es ist dann eine an Glas erinnernde feste Substanz – und sonst nichts.

Schon bei der eigenen Herstellung von Eiswürfeln im Gefrierschrank kann man einige Überraschungen er­leben. Sei es, dass sie manchmal mit zapfenförmigen Auswüchsen versehen sind, oder, dass heißes Wasser erstaunlicherweise oft schneller erstarrt als kaltes. Von all dem ist im Physikunterricht üblicherweise nicht die Rede. Dabei handelt es sich bei den Phänomenen nicht etwa um bloße Launen der Natur. Zwar spielt der Zufall bei der Kristallbildung eine wesentliche Rolle, aber er ist eingebunden in zwangsläufige Vorgänge, und diese lassen sich im Prinzip physikalisch erschließen. Dazu reicht nicht immer der bloße Anblick der Muster aus; oft braucht man Kenntnisse über die Vorgeschichte. Und manchmal kommt man nicht umhin, die Pfütze zumindest teilweise zu dekonstruieren, indem man etwa eine Eisscholle heraustrennt, um die Unterseite genauer zu untersuchen. …

PDF: Kunst unter der Eisdecke

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