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Sand

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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.

Lichtreflexionen am Strand

Es ist, als ob das Meer ein- und ausatmet. Dabei fließen Wellen den Strand hinauf und wieder hinab. In der im Foto festgehaltenen Situation hat sich das Wasser gerade zurückgezogen, bevor es wieder einen neuen Versuch startet, das Land zu erobern – im typischen Rhythmus des akustisch untermalten Auf- und Abschwellens.
Im Licht der Sonne ist die Grenze zwischen trockenfallendem Strand und dem Wasser ein mehr oder weniger breiter heller Streifen, der sich hier wie eine schwankende Diagonale durch das Bild zieht. In diesem Streifen ohne eindeutige Zugehörigkeit sind die Sandkörnchen noch so nass, dass jedes von ihnen das Licht in die Richtung reflektiert, die durch die Orientierung der spiegelnden Flächen vorgegebene Richtung wird. Bei so vielen Teilchen wird auch auf engstem Raum eine darunter sein, die Licht in unsere Augen lenkt, so dass es fast so aussieht als würde die Fläche als Ganzes spiegeln.
Auf dem nahezu trockenen Strand gibt es nach dem kurzfristigen Rückzug nur noch einzelne benetzte Flächen auf den Steinen, die zufällig so orientiert sind, dass wir das gespiegelte Licht sehen. Einen Schritt weiter würde es zwar auch nicht viel anders aussehen, aber dann sind es andere Flächenelemente, die uns das Sonnenlicht zuschicken.
Im flachen Wasser sind es zum einen wieder die benetzten Steine und einige Wellenflanken, die uns das Licht zuspiegeln. Hinzu kommen auf dem Wasser driftende weiße Schaumfladen, die das Licht diffus in alle Richtungen reflektieren (links unten).
Das Wasser ist ansonsten blau. Nicht weil Wasser an sich blau ist – dazu ist die Wasserschicht viel zu dünn, als dass man seine Farbe sehen könnte. Aus dem Alltag weiß man, dass die üblichen Schichtdicken von wenigen Dezimetern noch völlig farblos erscheinen. Vielmehr reflektiert es das aus fast allen Richtungen blaue Himmelslicht.

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.

Rätselfoto des Monats Juli 2021

Was hält die Burg zusammen?


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Wind und Wellen als künstlerische Gestalter

Hier einmal wieder eine der Skulpturen, die von Wind und Wellen am Strand geschaffen wurden, nachdem eine Sturmflut einen Teil des gewachsenen Bodens ins Meer gespült hat und nur eine längliche Insel zurückließ. Der Boden bestand aus mehreren Lagen weißen und schwarzen Sandes, die durch wechselnde Winde geschaffen wurden (siehe früherer Beitrag). Den anschließend etwas ruhiger anbrandenden Wellen blieb nur noch, diesen Brocken etwas gefühlvoller zu bearbeiten und zu der naturschönen Skulptur zu gestalten, die im Foto zu sehen ist.
Eindrucksvoll sind daran insbesondere die Höhenlinien, die durch die Wechsel der weißen und schwarzen Sandlagen möglich wurden. Da der anfängliche Brocken in mehreren unterschiedlichen Winkeln angeschnitten wurden, zeigt er ein vielfältiges 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 Wasserstrukturen, die (auf dem Foto natürlich eingefroren) einen Eindruck von den leichten Strömungen des seichten Wassers vermitteln, das 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 Sandstruktur ist im Überflutungsbereich eines Sandstrands entstanden. Sie wird von einem dünnen Waserfilm umspült, der aus den Ausläufern der an den Stand anbrandenden Wellen hervorgeht. Winzige Wellen zeugen vom fließenden Wasser. Die Tagesringe des etwa 50 cm langen Sandgebildes gehen auf die Ebbe- und Flutzyklen zurück, die an ihm zehren und an seiner Substanz knabbern. Sie tun dies aber in einer erstaunlich geordneten Weise, indem ein nahezu konzentrisches (mir fehlt ein besseres Wort) Gebilde entsteht.
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. Weiterlesen

Wo bleibt das Wasser stehen

Schauen sie mal dort, wo das Wasser aufläuft . . . Es läuft den Strand hinauf und bleibt dann stehen . . . Da, genau der Punkt, an dem es stehenbleibt, es dauert nur einen Augenblick, sehen Sie, genau, da zum Beispiel . . . Sehen sie, daß es nur einen Augenblick lang anhält und dann versickert, wenn man diesen Augenblick doch festhalten könnte . . . Wenn das Wasser stehenbleibt, genau diesen Punkt, dieses Kurve . . . Das ist es, was ich erforsche. Wo das Wasser stehenbleibt.*

In vielen Fällen kann man den Augenblick festhalten. Das Wasser hinterlässt eine Spur an der Stelle, wo es stehenbleibt, zunächst noch glänzend, dann versickernd und stumpf werdend. Diese Spur besteht aus winzigen leichten Sandkörnern – sofern nicht noch leichtere Verunreinigungen im Spiel sind.
Oft sind die Spuren noch viel auffälliger und erwecken – aus dem jeweiligen Kontext herausgerissen – den Eindruck einer Gebirgslandschaft, die einem dreidimensional entgegenzutreten scheint.


* Alessandro Baricco. Oceano Mare – Das Märchen vom Wesen des Meeres. München 2001, S. 39

Wellenlandschaften – Sandwellen

Sandwellen (Sandrippel) werden wie Wasserwellen vom Wind erzeugt und in Bewegung gehalten. Anders als die Wasserwellen gehen sie jedoch in einen Dornröschenschlaf über, solange der Wind eine Ruhepause einlegt. Das ist dann die Zeit, die vielfältigen oft ästhetisch ansprechenden Muster zu bewundern. Oft sind diese so schön, dass ich kaum darauf zu treten und darüber zu gehen wage.  Doch der nächste Wind kommt bestimmt und bringt Ähnliches wenn auch nicht dasselbe wieder hervor. Deswegen wird es mir nie langweilig, durch Dünenlandschaften zu wandern.
Die Ähnlichkeit der Sandrippel mit Momentaufnahmen von Wasserwellen ist erstaunlich, hat man es doch mit völlig unterschiedlichen Medien zu tun: In einem Fall mit einer Flüssigkeit und im anderen mit einem Festkörper in Form winziger Steinchen, die sich weder anziehen noch abstoßen aber dennoch gemeinsam in subtiler Kooperation etwas Naturschönes hervorbringen. Auch wenn das Fließen und Strömen beiden Substanzen gemein ist, verdankt sich die Entstehung der Wellen  unterschiedlichen physikalischen Mechanismen.

Sandrippel – Gestalt gewordene Antagonismen

Während die Sandkörner infolge der Erdanziehungskraft stoisch und unnachgiebig nach unten tendieren, werden sie vom Wind der Unberechenbarkeit des Wettergeschehens entsprechend immer wieder aufgescheucht, sodass ein bewegtes Wechselspiel der Kräfte zu jenen wunderschönen Rippelsystemenen führt, die man diesen regellos erscheinenden antagonistischen Wirkungen gar nicht zugetraut hätte. Die Choreografie der tanzenden Sandkörner steht nicht etwa in den Sternen, sondern wird von den Naturgesetzen im Zusammenspiel mit dem Zufall bestimmt. Die Rippel sind keine endgültigen Gestaltungen der Oberflächen der Dünen.Sie sind vielmehr in ständiger Bewegung, auch wenn sich zu Zeiten der Windstille Schüttwinkel einstellen, die in voller Übereinstimmung mit den charakteristischen Merkmalen der Sandkörner eine unerschütterliche Dauerhaftigkeit suggerieren. Zum Glück für den Anblick – bis sich der Wind erneut erhebt und abermals einen Streit mit der Wirkung der Schwerkraft vom Zaune bricht.
Besonders eindrucksvoll finde ich das im Foto abgebildete Rippelszenario, bei dem der obere Teil einiger Rippel wie von einer Walze plattgedrückt erscheint. Die granulare Beschaffenheit des Sandes steht in krassen Widerspruch zum Eindruck, dass es sich hier um eine plastische Masse handeln könnte. Ursache ist ein neu erfachter Wind aus einer anderen Richtung, der mit schmirgelnder Sandlast, die Spitzen der Rippel des Vortages abschleift.

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Gestaltende Bewegung – bewegende Gestaltung

Jede von der Bewegung geschaffene Gestalt
erhält sich mit der Bewegung.
Wenn Wind weht,
ebnet er den Sand ein,
und siehe, wie dieser Sand
seine Wellen bildet,
und bemerke,
um wievieles er sich später
bewegt als der Wind; u
nd tue desgleichen beim Wasser
und beachte die Unterschiede zwischen Wasser und Sand.

Leonardo da Vinci (1452 – 1519)

 

Das Foto wurde in einer Sandwüste aufgenommen. Vorausgegangen war ein Sandsturm, der die Oberfläche der Dünen völlig umgestaltete.
Die durch Störungen der Luftströmung verursachten Krümmungen in der Rippelstruktur suggerieren so etwas wie eine grabenförmige Vertiefung im Sand. Dies ist jedoch eine optische Täuschung. Der Untergrund ist weitgehend flach. Man erkennt das auch daran, dass die Sandrippel an der rechten Seite sich schon rein mechanisch nicht an einer fast senkrechten Wand halten könnten.
Von solchen Täuschungen wird aber in der Malerei Gebrauch gemacht, um Dreidimensionalität darzustellen.

Stillleben mit zwei Kieselsteinen oder Strukturbildung am Strand

So still wie es auf dem Foto erscheint war es nicht, als ich bei Sonnenuntergang diese ästhetisch ansprechende und physikalisch interessante Aufnahme machte. Denn die Steine liegen am leicht geneigten Meeresufer im Einflussbereich der ein- und auslaufenden Meereswellen.
Indem sie dem fließenden Wasser einen Widerstand entgegensetzen, beeinflussen sie die Strömung und führen zu einer interessanten Struktur. Das von oben zurückströmende Wasser wird um die Steine herum gezwungen und dabei beschleunigt. Es geht also etwas turbulenter zu, dass Sand mitgerissen wird und eine Vertiefung entsteht. Hinter den Steinen vereinigen sich die Strömungen und werden wieder langsamer. Dadurch sedimentiert der mitgerissenes Sand.
Weil der Sand an diesem Strand aus einer Mischung aus leichten hellen und schweren schwarzen Körnern besteht, setzen sich als erste die schwarzen Körner ab und hinterlassen eine entsprechend eingefärbte Spur, die durch lokale Verwirbelungen beeinflusst wird.

Auch optisch ist die Situation interessant. Das von rechts einfallende rötliche Licht der tiefstehenden Sonne gibt dem an sich weiß-schwarzen Sand einen leichten roten Teint. Ähnlich ergeht es der der Sonne zugewandten Seite des rechten Steins. Alles was im Schatten liegt nimmt jedoch eine leicht blaue Färbung an. Bei den schwarzen Steinen ist dies sehr deutlich. Auch der Schatten, den sie werfen ist leicht bläulich. In diesen vom Sonnenlicht nicht beleuchteten Bereichen wird allein das blaue Himmelslicht reflektiert. Der Kontrast macht den Unterschied sehr deutlich.

Sandstrukturbildung mit Zuschauer

Beim morgendlichen Wandern durch die Sanddünenlandschaft kämpfe ich mit dem Gemisch aus schwarzen und hellen Sandkörnern, die einzeln völlig harmlos sind, als größeres Kollektiv aber zumindest äußerst beschwerlich werden können. Beim Aufstieg an der steilen Leeseite einer Düne werden die Sandkörner durch kleinste Einwirkungen zu kollektiven Abwärtsbewegungen animiert, die mich – der ich mich auf ihnen abstütze – gleich wieder ein ganzes Stück weit mit nach unten nehmen (siehe Foto).
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Schattenlinien

…bisweilen scheint der Sand den Schatten aufzutrinken, der als Stundenzeiger über meine Tage hinstreicht…

Jean Prévost (1901 – 1944)

 

Ein Traktoren-Tanzplatz?

„Was das hier wäre?: „Na, ein Traktoren-Tanzplatz; unverkennbar.“ Denn die grobgeperlten, geriffelten, profilierten, conti-gesohlten Spuren überschnitten, kreuzten, ringelwurmten, walzten, derart um- & durcheinander, daß es rational-rationell schwerlich mehr zu erklären war: „Gleich hinter Mitternacht, wenn sich der träge Nordbär umgekehret, mach sie sich los: brummldieknubbldiebrapp“

Hat Arno Schmidt recht?


* ArnoSchmidt (1914 – 1979). Kühe in Halbtrauer. Berlin; 1990, S. 88

Wege 18: Imaginäre Wege in der Wüste

Ein nahezu monochromes Gemälde eines zum Horizont gehenden Weges. Er führt auf ein Gebirge zu, dessen Struktur nahezu übergangslos in einem mit Mammatuswolken verhangenen Himmel übergeht.
Solche Gedanken gingen mir durch den Kopf, als ich in einer Sandwüste pausierend die vielfältigen, ästhetisch ansprechenden Strukturen etwas näher betrachtete. Weiterlesen

Pflanzliche Muster im Wüstensand

Eisblumen am Fenster oder auf der Pfütze scheinen pflanzliche Strukturen nachzuahmen. Denselben Eindruck kann man von bestimmten Mustern im Wüstensand gewinnen. So langweilig einzelne Sandkörner auch sein mögen, in großer Anzahl Wind und Wetter ausgesetzt bringen sie zuweilen wahre Kunstwerke hervor, insbesondere dann, wenn der Sand aus einer Mischung aus dunklen und hellen Sandkörnern besteht. So blieb ich vor einiger Zeit einigermaßen erstaunt und fasziniert vor der etwa 50 cm langen natürlichen Sandkomposition stehen, für die eine Pflanze Modell gestanden haben könnte (siehe Foto). Es kann sich hier gewiss nicht um das Ergebnis des blinden Zufalls handeln. Ebenso wenig kann man sich vorstellen, dass jemand ein Puzzle mit vielen Millionen Teilen gelegt hat, um der Wüste die Ahnung eines Blumenstraußes zu vermitteln.
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Sedimentierte Zeit in einem Lackfilm

Das Foto zeigt einen Lackabzug aus einer Kiesgrube. Dabei handelt es sich um einen naturgetreuen, wenn auch spiegelverkehrten Ausschnitt aus geologischen Ablagerungen in lockeren Sedimenten. Neben den Ablagerungsschichten sind größere Bereiche von Eisenfällungen zu sehen. In dem Lackfilm sind die Struktur und die Textur eines vertikalen Schnitts durch den Boden bis in mikroskopische Details aufbewahrt. Im vorliegenden Fall haben wir es mit saalezeitlichen Sanden zu tun, die einen Einblick in die bis etwa 300000 Jahre zurückliegende Kaltzeit gewährt, als die norddeutsche Tiefebene vereist war.
Anders als ein Foto ist ein Lackfilm eine zwar sehr dünne aber reale 3D- Kiesschicht, mit kleinen Erhebungen und Vertiefungen. Man kann sie auch mit den Händen ertasten und neben dem optischen auch einen haptischen Eindruck der Erdgeschichte gewinnen. Damit hat man die tatsächliche Entstehungsgeschichte zwar auch nicht unbedingt verstanden aber wenigstens begriffen.

Dieser Lackfilm hängt bei mir gerahmt zu Hause als Naturkunstwerk an der Wand und erinnert mich auch an meine Kindheit, als wir in nahe gelegenen Kiesgruben, die steilen Wände fein säuberlich freilegten und uns über die schönen Strukturen erfreuten. Als mein Sohn klein war glaubte er darin eine alte Landkarte zu erkennen. Auf eine gewisse Weise hatte er sogar recht.

Sand des Meeres unermeßlich
den noch kein Linné nach seinen Gestalten geordnet hat.

Georg Christiph Lichtenberg (1742 – 1799)

Fundstück 5 – Rippelpferd

In manchen chaotisch strukturierten Rippelfeldern in der Wüste findet man zuweilen Muster, die oft der Sache nicht angemessene aber hartnäckige Assoziationen auslösen. Als ich dieses Foto einordnete fand ich es ganz normal, es mit Rippelpferd zu bezeichnen, genau durch diese Assoziation wurde es aus dem Einerlei des chaotischen Kontexts herausgehoben. Solche Pareidolien kennt man zur Genüge aus anderen Bereichen. Man denke nur an den Erlkönig.
Gerda Kazakou hat mich vor einiger Zeit angesichts eines ähnlichen Fotos auf eine tiefere Metaphorik aufmerksam gemacht, mit der Novalis seine „Lehrlinge zu Sais“ beginnt:

Mannigfache Wege gehen die Menschen. Wer sie verfolgt und vergleicht, wird wunderliche Figuren entstehen sehn; Figuren, die zu jener großen Chiffernschrift zu gehören scheinen, die man überall, auf Flügeln, Eierschalen, in Wolken, im Schnee, in Kristallen und in Steinbildungen, auf gefrierenden Wassern, im Innern und Äußern der Gebirge, der Pflanzen, der Tiere, der Menschen, in den Lichtern des Himmels, auf berührten und gestrichenen Scheiben von Pech und Glas, in den Feilspänen um den Magnet her, und sonderbaren Konjunkturen des Zufalls, erblickt. In ihnen ahndet man den Schlüssel dieser Wunderschrift, die Sprachlehre derselben, allein die Ahndung will sich selbst in keine feste Formen fügen, und scheint kein höherer Schlüssel werden zu wollen. Ein Alkahest scheint über die Sinne der Menschen ausgegossen zu sein. Nur augenblicklich scheinen ihre Wünsche, ihre Gedanken sich zu verdichten. So entstehen ihre Ahndungen, aber nach kurzen Zeiten schwimmt alles wieder, wie vorher, vor ihren Blicken*.


Novalis: Dichtungen und Fragmente. Leipzig 1989, S. 162

Wind, Sand und Struktur

Die wie ineinander geschobene Keile wirkenden schiefen Ebenen aus Sand beeindrucken nicht nur durch ihre fast lineare Geometrie, sondern auch durch ihre Festigkeit und ästhetische Qualität. Was mich jedoch noch stärker fasziniert ist die Tatsache, dass dieses Gebilde aus winzigen höchst unterschiedlicher Sandkörnchen, die in der Schlichtheit, mit der sie untereinander wechselwirken (nichts als Stöße und rollende Abgänge) kaum zu überbieten sind, zu solchen Strukturen führen. Denn die einzige äußere Einwirkung ist der Wind, der die Teilchen vor sich hertreibt und durch die bereits bestehende Dünenwelt ganz erheblich in Turbulenzen gerät.
Da ich an verschiedenen Stellen in diesem Blog auf die unterschiedlichsten Aspekte des Wüstensandes hingewiesen habe, möchte ich mich hier auf die physikalisch bedingte Ästhetik beschränken und auf die feinen Rippel hinweisen, die auf jeden der im Bild gezeigten Hänge einen eigenen Charakter haben. Anders vermag ich es nicht zu umschreiben. Ich meine damit, dass die Rippel, obwohl keiner dem anderen gleicht, auf ein und demselben Hang ähnlich aussehen – so wie sich die Blätter eines Baumes ähneln. Von einem Hang zum anderen unterscheiden sie sich jedoch erheblich – so wie das Eichenblatt vom Buchenblatt.
Die Ursache für diese hangspezifischen Unterschiede liegt in der unterschiedlichen Struktur der Winde begründet, die hier durch die Wechselwirkung mit den Dünen, ihrer Größe, Neigung, ihrer Anordnung im Gesamtensemble der Dünen entsprechend modifiziert werden. Die Grob- und Feinstrukturen des Sandes und des Windes entsprechen sich gewissermaßen, wie sich Prägestempel und geprägte Münze entsprechen, obwohl sie ansonsten völlig verschieden in Aussehen und Funktion sind.

Teepause

In der Pause, während ich

vor der Flamme wartete,
fiel mir plötzlich ein,

etwas Endgültigem zu entraten;
das Wasser begann gerade

zu kochen, der Kessel heult
gleichmäßig wie eine Siren.

Aber als ich den Tee aufgoß,
waren schon die Möglichkeiten,

ungeheuer, wieder vergessen;
im quirlenden Dampf verfing

sich mein Blick, bis er verschwand,
und ich erkannte noch, wie präzis

der Sand durch die Enge rann.*

Und jetzt noch die obligatorische Frage: Wie kommt es zu den Nebelschwaden und den Farben darin?


*Henning Ziebritzki (*1961)

Sisyphus V – kinetische Kunst im Phaeno

Diese Aufnahme aus dem Science Center Phaeno in Wolfsburg zeigt eine Momentaufnahme eines kinetischen Kunstwerks. Es besteht darin, dass eine Stahlkugel über eine Fläche mit lockerem, trockenen Sand rollt. Sie hinterlässt dabei eine Rollspur, die dadurch zustande kommt, dass der Sand zu den Seiten weggedrückt wird. Der Lauf der Kugel und damit das dreidimensionale Muster der entstehenden Spur wird durch Computerprogramme gesteuert, die vor allem nach ästhetischen Gesichtspunkten erstellt wurden. Das Kunstwerk besteht sowohl im jeweiligen augenblicklichen Abbild wie in der Bewegung, die dieses Abbild kontinuierlichverändert. Weiterlesen

Volcanes diminutos en la playa

H. Joachim Schlichting. Investigación y Ciencia 6 (2019) Curiosidades de la física

Las mareas pueden provocar la formación de agujeros y pequeños montículos en la superficie de la playa. El fenómeno obedece al flujo del aire a través del sistema capilar que esconde la arena.
Cuando baja la marea y el agua se retira, la zona más alejada de la orilla queda repleta de agujeros y pequeñas protuberancias cónicas. El fenómeno se debe al flujo del aire por los capilares que forma la arena bajo la superficie.
En algunas playas, cuando caminamos sobre la zona del terreno que durante la bajamar se encuentra alejada del agua, a veces parecerá que estemos andando sobre algodones. Nuestros pies se hundirán profundamente en la arena y podremos comprobar que, al contrario de lo que suele ocurrir mucho más cerca de la orilla, allí no se ha creado una superficie firme.
Más aún, en esas partes blandas del terreno podremos ver con frecuencia un buen número de agujeros, así como verdaderas protuberancias, como si se tratase de pequeños volcanes. Y si tomamos del suelo un puñado de arena, con cuidado para no aplastarla, nos encontraremos con una especie de «espuma»: una estructura salpicada de cavidades de distintos tamaños. ¿A qué se debe este fenómeno?

Capilares subterráneos
Si observamos el fenómeno durante varios días, podremos comprobar que la responsable de esta filtración de aire a través de la arena es la marea. La arena consta de granos de forma irregular que solo se tocan en algunos puntos, por lo que dejan entre medias un sistema de capilares interconectados. Cuando el agua se filtra desde arriba, desplaza con su peso el aire contenido en esos capilares. Sin embargo, este no podrá escapar indefinidamente hacia abajo, ya que antes o después se encontrará con el nivel freático del agua subterránea, la cual ya habrá llenado los espacios vacíos inferiores. Así pues, cuando sube la marea, el agua empuja el aire y lo dirige hacia arriba (véase la ilustración).
Lo anterior hace que aumente la presión del gas, ya que los estrechos capilares oponen resistencia a la circulación. Se trata de un fenómeno parecido al que tiene lugar cuando intentamos expulsar el agua de una jeringuilla que contiene en su interior una burbuja de aire: el pistón comprimirá la burbuja de manera considerable. Expuestas a una presión semejante, las delgadas corrientes de aire que circulan bajo el suelo se unirán tan pronto como entren en contacto y, antes o después, prorrumpirán en la superficie.
Cuando eso ocurre, aparecen agujeros en algunos sitios del suelo y, en otros, pequeños abultamientos cónicos, los cuales se formarán siempre que la capa superior posea partes herméticas (y que, por tanto, impidan el paso del aire). Ambas estructuras dan lugar a la «espuma de arena» que mencionábamos al principio, y cuando baje la marea podremos verla con claridad. Si seccionamos cuidadosamente los conos con un cuchillo, nos convenceremos de que realmente existen cavidades bajo las protuberancias.
Cuando sube el nivel del mar, a veces es posible apreciar la manera en que el rítmico ir y venir de las olas inunda los agujeros y los deja libres de nuevo. Justo en el borde del agua, donde la profundidad es de tan solo unos pocos centímetros, pueden verse cómo salen burbujas de los agujeros anegados. La bajada de la marea vuelve a drenar el sistema capilar, ahora lleno, y las grandes cavidades. Ello reduce la presión y hace que se absorba aire; entretanto, a veces aparecen nuevos agujeros.

Fundstück 3 – Sandrippelpisten

In den ansonsten zumindest abschnittsweise gleichartigen Rippelfeldern auf Sanddünen findet sich manchmal wie aus heiterem Himmel ein ziemlich gerader Einschnitt, der ein relativ ebenes Feld in zwei Hälften teilt und sich mit einem besonderen Profil hervortut. Es muss etwas mit der Dynamik der durch den Wind transportierten Sandkörnchen zu tun haben. Ich habe manchmal halbstundenweise den Sandsturm über mich ergehen lassen (die Duschwanne war anschließend ebenfalls durch Andeutungen eines Strömungsmusters verziert), um die Bewegungen der wie Nebel über die Dünenflächen huschenden Sandschwaden zu beobachten. Da gab es dann beispielsweise von zwei Seiten kommende Schwaden, die auf einer Sandebene aufeinander prallten und wie von einer unsichtbaren Wand reflektiert wurden. Möglicherweise sind solche geraden Rippelstreifen derartigen Wechselwirkungen zu verdanken.

Filigrane Sanddächer in der Wüste

Einfach gesagt, besteht die Sandwüste aus zahlreichen hellen und dunklen in Größe und Form geringfügig voneinander abweichenden Körnchen. Ihre Wechselwirkungen beschränken sich darauf, dass sie sich stoßen und reiben. Dennoch vermögen sie auf diese Weise erstaunlich reichhaltige und ästhetisch ansprechende Strukturen hervorzubringen, die wir bereits an zahlreichen Stellen dieses Blogs in Wort und Bild gewürdigt haben (z.B. hier und hier und hier und hier und hier und hier und hier und hier und hier und hier ). Weiterlesen

Geheimnisvolle Minivulkane am Strand

Der aus hellen und dunklen Körnern bestehende Sand des Strands von Maspalomas (Gran Canaria) wird durch die Einwirkungen von Wind und Wasser ständig gemischt und auch wieder entmischt. Eine Entmischung in  getrennte Schichten hellen und dunklen Sands  wird beispielsweise durch Winde bewirkt, die über einen längeren Zeitraum aus einer bestimmten Richtung wehen. Dabei spielen die unterschiedliche Dichte der Sandarten eine wesentliche Rolle.
Wenn sich die Windrichtung ändert oder der geschichtete Sand den Wirkungen von Ebbe und Flut ausgesetzt ist, entstehen wieder andere Muster, bei deren individueller Ausgestaltung zufällige Einflüsse von Bedeutung sind und unter dem menschlichen Blick zu Pareidolien führen.
Wenn man aber auf einfach geometrische Gebilde stößt, wie etwa die in dem Foto zu sehenden Kreis- und Ringgebilde, fällt es schwer darin rein zufällige Hervorbringungen zu sehen. In der Tat liegt ihnen ein komplexes Geschehen zugrunde. Wie bereits an anderer Stelle ausfühlicher beschrieben, handelt es sich um waagereche Schnitte durch kleine wenige Zentimeter hohe abgerundete Sandkegel, die von der letzten Flut zurückgeblieben sind. Der durch das auflaufende Wasser ansteigende Grundwasserspiegel hat dazu geführt, dass die in den Kapillarsystemen des trockenen Sands enthaltene Luft ausgetrieben und durch Wasser ersetzt wurde. Dabei ist eine Art unterirdisches Flussnetzwerk entstanden, allerdings in drei Dimensionen, in dem sich die winzigen Wasserströme vereinigen und schließlich zur Oberfläche vordringen. Durch die nach oben hin verdrängte Luft wird an bestimmten Stellen die oberste Sandschicht zu Sandkegeln aufgeblasen. Sie bleiben aufgrund ihrer gewölbeartigen Bauweise in den meisten Fällen auch dann erhalten, wenn der Druck nachlässt und das Wasser sich bei Ebbe wieder zurückzieht. Das trockengelegte Kapillarsystem wird dabei wieder weitgehend durch Luft gefüllt.
Sofern diese minivulkanartigen Kegelbauten, die oft an Hervorbringungen von kleinen Tieren erinnern, bis zur nächsten Flut überleben, werden sie durch das auf- und ablaufende Wasser abgetragen, sodass wie bei einem Kegelschnitt die Sandschichtung in Form von Ringen sichtbar wird (Foto). Man findet diese Ringsysteme vorwiegend am äußersten Wassersaum des Hochwassers.
Wenn das nächste Hochwasser nicht so weit reicht, bleiben oft ganze Felder derartiger Sandpusteln erhalten. Wie stark dieser Bereich mit Luft „aufgeblasen“ wurde, merkt man daran, dass es sich in diesen Gebieten anfühlt, wie auf Watte zu laufen. Man sinkt mit den Füßen relativ tief in den luftdurchwirkten Sand ein. Das vermittelt den Strandwanderern, denen nicht an ein schnelles Vorankommen gelegen ist, ein angenehmes Gefühl der Leichtigkeit und Luftigkeit unter den Füßen. Schnelleres Laufen wird allerdings anstrengend im krassen Unterschied zum ansonsten festen sandigen Untergrund in der Nähe des Wassers.

 

Dunas musicales

H. Joachim Schlichting. Investigación y Ciencia 3 (2019) Curiosidades de la física

Cuando las capas de arena de una duna se deslizan, los granos pueden oscilar de forma colectiva y producir sonidos sorprendentes. La causa última del fenómeno sigue intrigando a los físicos.

La primera vez que visité una extensa playa que hay cerca de Burdeos, me sorprendió notar que, al caminar hacia la orilla, cada uno de mis pasos se veía acompañado de un chirrido relativamente agudo. No sabía que la arena seca pudiera producir sonido por el mero hecho de pisarla. Al fin y al cabo, parece difícil concebir un medio más simple que el que forman los granos de arena. Sin embargo, esos chirridos no son más que una pequeña muestra de un inmenso repertorio de sonidos posibles.
Desde tiempos inmemoriales los cronistas han relatado cómo, en muchos desiertos de arena y paisajes de dunas, los movimientos de la superficie, como los que tienen lugar en un alud, van acompañados de curiosos sonidos. En algunos casos, estos pueden ser ensordecedores y llegar a prolongarse durante varios minutos. Dependiendo de su frecuencia y volumen, quienes los han oído han hablado de cantos, silbidos, zumbidos, bramidos, gruñidos, aullidos o rugidos, y los han comparado, entre otras cosas, con el estrépito de un trueno o, en clave más moderna, con el ruido de un avión rasante.
Hoy tales afirmaciones pueden precisarse en términos de decibelios y de hercios: en la superficie de las dunas se miden intensidades acústicas de hasta 110 decibelios, mientras que las frecuencias varían entre 50 y casi 800 hercios. Ello hace que, en ocasiones, el sonido pueda escucharse a diez kilómetros de distancia.
Resulta comprensible que tales señales acústicas, aparentemente caídas del cielo del desierto, aterrorizasen en su día a los viajeros y suscitaran fantasiosas especulaciones sobre su origen. Ya en el siglo XIII, Marco Polo hablaba de los espíritus malignos del desierto del Gobi, que llenaban el aire «con sonidos de instrumentos musicales de todo tipo y, a veces, también con el ruido de tambores y armas». Más tarde, otros visitantes del desierto volverían a describir el fenómeno, como hiciera Charles Darwin en su Viaje del Beagle, de 1839.
Aunque pronto se comprendió que el mecanismo de acción fundamental eran los aludes, se ignoraban las condiciones concretas bajo las cuales llegaba a producirse el estruendo. De hecho, los físicos no comenzaron a estudiar el fenómeno con detalle hasta hace algunas décadas y, hoy por hoy, siguen persistiendo algunas incógnitas…

PDF: Dunas musicales

Von Sanddünen und Sandrippeln

In der nächsten Zeit werdet ihr hier in unregelmäßigen Abständen kleine Episoden aus der Wüste vorfinden, in die ich mich kürzlich für einige Zeit verbannt hatte, um für den angehenden Winter mit der Aufnahme von Sonnenenergie etwas vorzusorgen. Weiterlesen

Fundstück 1 – Magnetischer Wüstensand

Die „Wüste“ von Maspalomas (Gran Canaria) zu durchqueren, kann eine ganz schön sandige Angelegenheit sein, insbesondere wenn ein Sandsturm dabei ist, die Dünen von den Spuren der Touristen zu säubern und nach seinem Gusto umzugestalten. Dabei entstehen immer wieder neue Muster aus schwarzem und hellem Sand, der ständig durchmischt und auch wieder zu ästhetisch ansprechenden Schwarzweißbildern entmischt wird (oberes Foto). Weiterlesen

Zufall? Zufall!

Bei physikalischen Untersuchungen von Wüstensandproben, hatte ich mehrere Blatt Papier mit kleinen Sandproben versehen. Als der Hund meiner Tochter mich stürmisch begrüßen wollte, versuchte ich zu retten, was zu retten war. Hinterher zu meinen Sandproben zurückkehrend, hatte sich das Exemplar mit dunklen Sandkörnern zu einer Pareidolie verschoben. Zunächst glaubte ich meinen Augen nicht zu trauen, denn der Sandhund schaute mich intensiv aus hellen Augen an und erinnerte mich irgendwie an einen Se(e)hhund:-).
Das brachte mich natürlich dazu. wieder einmal über den Zufall nachzudenken. Letztlich fiel mir aber nur ein Satz von Friedrich Engels ein dass nämlich, „… das Zufällige einen Grund hat, weil es zufällig ist, und ebenso auch keinen Grund, weil es zufällig ist“.
Da die Pareidolie nicht nur merkwürdig, sondern m.E. auch schön ist, erscheint sie hier.

Erlebte Perspektive grotesker Schatten

Wenn man am Morgen kurz nach Sonnenaufgang bei Sonnenschein in den Sanddünen wandert, wird man nicht nur durch die Strukturen belohnt, die der Wind in der Nacht aus der Mischung der hellen und dunklen Sandkörnchen gebildet hat, sondern auch durch die vielfältigen Schatten, die von einer Düne auf die folgenden geworfen wird und dadurch ein ganz anderer Eindruck erweckt wird als bei bedecktem Himmel oder hochstehender Sonne.
In einer solchen Situation wird man nicht selten vom eigenen Schatten überrascht, insbesondere dann, wenn er ungewöhnliche Formen annimmt. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn er sich über mehrere Dünen erstreckt und  auf diese Weise geknickt und zerschnitten wird, wenn er auf eine Schräge fällt, die gerade dem Einfallswinkel des Sonnenlichts entspricht oder sogar gespensterhaft auf dem Treibsand zu sehen ist. Weiterlesen

Wind, Sand und Struktur

Das Walroß und der Zimmermann,
Spazierten hier am Strand
Und weinten herzlich über den
Entsetzlich vielen Sand:
„O weh und ach!“ so seufzten sie,
„Der Sand nimmt überhand!“
„Wenn sieben Mägde sieben Jahr
Hier täglich siebenmal kehren,

Ob sie dann wohl“,
das Walroß sprach,
„Den Strand vom Sand entleeren?“
Wohl schwerlich“,
sprach der Zimmermann
Und weinte heiße Zähren. Weiterlesen

Wasser wie Quecksilber auf trockenem Boden

Seit langem wundere ich mich darüber, dass entgegen sonstiger Erfahrungen der ausgetrocknete Boden im Garten oder anderswo sich weigert, das Wasser gewissermaßen lustvoll aufzunehmen, das ihm nach der langen Trockenheit nunmehr großzügig zugeführt wird. Das Wasser läuft über den trockenen Boden hinweg wie Quecksilber über eine glatte Oberfläche, will sagen: Der Boden ist wasserabweisend, hydrophob. Das widerspricht anderen Erfahrungen: Ist der Boden auch nur ein wenig feucht, nimmt er das zugeführte Wasser begierig auf. Auch trockener Sand am Strand oder in der Sandkiste liebt das Wasser, ist hydrophil.
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Natürliche Linien

Dieses Foto lebt von seinen Linien. Sie sind von ganz unterschiedlicher Art. Sehr auffallend sind die Schattenlinien, die das Sonnenlicht von den Gräsern in den Sand zeichnet. Man kann sie von den Urbildern kaum unterscheiden mit denen sie ein einheitliches Ensemble bilden. Einige Tiere haben linienartige Spuren im Sand hinterlassen. Sie befinden sich am Ende dieser Spuren, wo immer es sein mag. Weiterlesen

Rätselhafte Spuren

Weißt du, was schön ist, hier? Schau: wir gehen und lassen alle diese Abdrücke im Sand zurück, und sie bleiben bestehen, ganz deutlich und ordentlich. Aber wenn du morgen aufstehst, wirst du auf diesen großen Strand schauen, und nichts wird mehr da sein, kein Abdruck, kein anderes Zeichen, gar nichts. Das Meer löscht alles aus in der Nacht. Die Flut versteckt alles. Als wäre nie jemand hier entlanggegangen. Als hätten wir nie existiert. Wenn es einen Ort auf der Welt gibt, an dem du meinen könntest, du seiest nichts, dann ist es dieser Ort hier. Nicht mehr Land, noch nicht ganz Meer. Kein unechtes leben, kein echtes Leben. Es ist die Zeit. Zeit, die vergeht. Weiter nichts.* Weiterlesen

Rätselfoto des Monats Oktober 2018

Wie kommt es zu diesen Strukturen auf einem Waldweg?


Erklärung des Rätselfotos des Monats September 2018

Frage: Was ist zu sehen und wie kommt es zustande?

Antwort: „Das kleinste Haar wirft seinen Schatten“, sagt Goethe. Ich zeige hier, dass dies nicht nur für kleinste Haare gilt, sondern auch für kleinste Sandkörnchen. In der im Foto festgehaltenen Situation stand ich kurz unterhalb des spitzen Kamms einer hohen Sanddüne, über die ein mittelstarker Sandsturm hinwegfegte Man blickt auf den Sandteppich, der über die Dünenspitze hinweg geblasen wird. „Teppich“ ist vielleicht nicht der richtige Ausdruck, Seidentuch wäre angemessener. Denn das Sanddtuch ist semitransparent. Man schaut durch die „Maschen“ hindurch auf weitere im Schatten liegende Dünen, die allerdings nur schemenhaft zu erkennen sind (Zur Vergrößerung auf Bild klicken). Das granulare Seidentuch ist aber andererseits so massiv, dass es meinen Schatten auffangen kann, wie man an der direkten Fortsetzung der Beinschatten erkennt. Ohne dies wären der kurze Schatten der Beine auf dem beleuchteten Teil der Düne und der Schatten des Kopfes, der in den beleuchteten Teil der Flanke einer der folgenden Dünen hineinreicht, ohne sichtbare Verbindung und man sähe nur einen durchgehenden dunklen Schattenbereich.
Es ist früh am Morgen. Die Sonne ist gerade erst aufgegangen und die Schatten sind noch lang. Sie sind so lang, dass sich die perspektivische Verkürzung deutlich bemerkbar macht und bereits andeutet, dass noch längere Schatten (wie die von Bergen) schließlich unabhängig von der tatsächlichen Form des Schattengebers dreieckig werden.
Ein ganz ähnliches Foto ist in einem früheren Beitrag zu sehen. Die Situation war aber eine ganz andere.

 

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