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Sedimentation

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Mischen und Entmischen

Man geht oft davon aus, dass Systeme, die unkontrolliert aufeinander treffen, in einen Zustand höherer Unordnung übergehen. Salz und Zucker sind ein bekanntes Beispiel. Es ist schwierig sie wieder zu entmischen. Ähnliches passiert, wenn sich nach einem starken Regenschauer Mulden im Boden mit Wasser und den vom ihm mitgeführten Teilchen füllen. Es entsteht je nach der Art und Reichhaltigkeit der Teilchen ein oft schmutziges Gemisch.
Wartet man jedoch ab bis der Schauer vorbei ist und das Wasser schließlich versickert/verdunstet ist, dann erlebt man häufig, dass dabei eine neue Ordnung entstanden ist. Im vorliegenden Fall ist die ehemalige Pfütze von einem weißen Rand umgeben und im Innern haben sich die meisten anderen Schwebe- und Sinkstoffe zu einem dunklen Teppich versammelt. Die Mischung von hellem Sand und dunklen meist organischen Teilchen, die man in der Umgebung vorfindet, hat sich im ehemaligen Bereich der Pfütze entmischt. Beim Einströmen des Wassers ist der schwere Sand weitgehend liegen geblieben, während die leichteren oft sogar schwimmfähigen anderen Bestandteile vom Wasser in die Mitte transportiert wurden und dort beim Verschwinden des Wassers liegen geblieben sind.
Und das liegt nicht daran, dass die Pfütze (nahezu) Herzform hat.

Versteinerte Sandrippel eines urzeitlicher Meeresbodens

In unserer Nähe gibt es einen verlassenen Steinbruch. Jedenfalls sieht man hier an Stellen, die noch nicht wieder der Vegetation anheimgefallen sind, interessante Gesteinsformationen, die  Einblicke in eine Zeit vermitteln als hier noch Meeresboden war. Dieser ist infolge erdgeschichtlicher Umwälzungen zu Stein geworden und fällt schon dadurch besonders auf, dass er nicht mehr eben sondern ziemlich windschief liegt. Schaut man sich die freien Flächen genauer an, so entdeckt man dünne Sedimentschichten, die nur locker miteinander verbunden sind. Man kann sie teilweise mit einem stabilen Messer abheben. Im vorliegenden Fall handelt es sich um einen Ausschnitt des Meeresbodens in Strandnähe, an dem man sogar noch die durch die Wasserwellen erzeugten ehemaligen Rippel erkennen kann. Sie sind den an den heutigen Meeresküsten anzutreffenden Strukturen ganz ähnlich.

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.

Dünenlandschaft von der Natur gemalt

Das Foto scheint auf den ersten Blick so etwas wie eine Wüstenlandschaft darzustellen, in der die Dünen in unterschiedlicher Formation und Größe gestaffelt erscheinen. Einzig der dicke dunkle Rand mit dem die Dünen wie einem dunklen Stift nachgezeichnet zu sein scheint könnte dagegen sprechen. Zwar ist der Gedanke an eine Wüste nicht ganz von der Hand zu weisen, aber der Bezug ist ein anderer. Es handelt sich nämlich um eine Platte festen Sandsteins, die aus dem verfestigten Gestein herausgesägt wurde. Dieser Sandstein besteht aus abgelagerten Sandkörnern, die vor etwa 75 – 125 Millionen Jahren im Bereich des heutigen Südwestens der USA zusammen gebacken und unter dem Einfluss von Wasser auf natürliche Weise zementiert und verfestigt wurden. Die goldfarbenen Maserungen sind vermutlich dadurch entstanden, dass sich im Wasser gelöstes Eisenoxid niederschlug. Ein eisen- und wasserhaltiges Gemisch verschiedener Eisenoxide wie Goethit, Lepidokrokit und andere hydratisierte Eisenoxide (Limonit) bildeten außerdem die Basis des natürlichen Zements. Die dunklen Linien sind hoch konzentrierte Ausfällungen von Eisen.
Ich habe dieses schöne Stück vor allem aus ästhetischen Gründen auf einer Mineralienbörse erstanden.

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)

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.

Steine: Die Dinos waren hier…

Saurierfährten_rv… und haben Spuren hinterlassen. Wenn man vor der fast senkrecht hochragenden Wand steht und die erstaunlich gut erhaltenen Fährten aus einer unvorstellbar fernen Zeit vor Augen hat, werden die Geschichten von den Dinosauriern unversehens ziemlich real. Weiterlesen

Das Schicksal einer Pfütze

Abbildung 2brvSchlichting, H. Joachim. In: Spektrum der Wissenschaft  10  (2015), S.56 – 57

Die ästhetischen Rissmuster in ausgetrocknetem Sediment entstehen beim Zusammenspiel ganz unterschiedlicher physikalischer Vorgänge.

»Und Risse schlitzen jählings sich
und narben am grauen Leib«
August Stramm (1874 – 1915)

Während eines kräftigen Regenschauers landen an tiefer gelegenen Stellen mit dem fließenden Wasser auch Erde und andere Stoffe, die den Boden bedecken. Eine schlammige Pfütze entsteht. Das strömende Nass schiebt das Baumaterial dafür jedoch nicht nur mechanisch vor sich her. Durch Oberflächenkräfte verleibt sich das Wasser einen Teil der benetzten Körnchen gewissermaßen ein. Die Partikel überziehen sich mit einer Flüssigkeitsschicht, weil sie hydrophil sind – für eine solche Substanz ist es energetisch günstiger, eine Grenzschicht mit Wasser zu bilden als mit Luft. Dahinter steckt ein bedeutendes Prinzip der Natur, wonach Vorgänge von selbst so ablaufen, dass möglichst viel Energie frei wird.

Spielende Kinder nutzen diese Zusammenhänge unwissentlich beim Bau von Sandburgen. Gibt man Wasser zum Zuckersand, so benetzt es so viel Oberfläche wie möglich. Das klebt die Körner zusammen – es entsteht eine zusammenhängende Substanz.

PDF: Das Schicksal einer Pfütze

Vom Meeresboden zum Gebirgsfelsen

Aufgefaltetes-SedimentgesteEine Wanderung auf dem Hermannsweg im Teutoburger Wald bei Bad Iburg bot mir vor einigen Tagen diesen Anblick eines entblößten Felsabschnitts. Wer denkt bei einer Bergwanderung schon an den Meeresgrund? Das System der parallelen Gesteinsschichten zeigt, dass wir es hier mit Sedimentgestein zu tun haben, das sich etwa 92 Millionen Jahren (Oberkreide) gebildet hat, als diese Region noch von Meeren bedeckt war. Durch tektonische Bewegungen wurden die Sedimentgesteinsschichten zu einem Gebirge aufgefaltet. Einen fast senkrecht aufgerichteten Teil dieser Platten haben wir hier vor Augen.

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