Strand

Reflexionen über Reflexionen am Strand

Der Himmel war klar, die Luft kalt und wenig bewegt. Auf dem glatten Sand, über den Sperber ging, hatte das sich zurückziehende Meer eine hauchdünne Wasserschicht hinterlassen, auf der sich das Himmelsblau und die wenigen darauf vorüberziehenden Wolken spiegelten, und wie schon einmal war Sperber, als hätte ihn jemand auf den Kopf gestellt und als liefe er zwischen weißen Wolken hindurch über den Himmel. Wie durchsichtig der Boden unter seinen Füßen war! Während Sperber so ging, öffnete sich unter ihm eine grenzenlose Weite, und er sah geradewegs in die Unendlichkeit hinein.*

Wer reflektierend über den reflektierenden Strand in dem Bereich spaziert, der weder eindeutig dem Meer noch dem Land zugerechnet werden kann, erlebt den Himmel nicht nur über, sondern auch unter sich. Mit leicht geneigtem Kopf blickt sie oder er in weiten gespiegelten Raum, ohne befürchten zu müssen abzustürzen. Wenn sich irgendwo das Gefühl der unendlichen Weite einstellt, dann hier auf der dünnen Wasserhaut, die mit jedem Atemzug des Meeres in Form von auslaufenden Wellen immer wieder erneuert wird.

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Anne Weber. Tal der Herrlichkeiten. Frankfurt 2012, S. 214

Sandskulptur im Wechselspiel der Gezeiten

Als ich diese Sandskulptur zu Gesicht bekomme, ist sie noch in Bewegung. Sie liegt am Strand in einem Bereich der zunächst noch von den auslaufenden flachen Wellen überflutet wird. Wegen des ablaufenden Wassers wird sie aber immer weniger vom Wasser überflutet und fällt schließlich völlig trocken. Die Skulptur ist nunmehr vollendet, wenn man einmal davon absieht, dass sie in den nächsten Stunden den Sonnenstrahlen ausgesetzt ist.
Mich erinnert sie an eine geheimnisvolle schwarze Blume, die von den Gezeiten geformt wurde.
Der Strand besteht hier aus einer Mischung aus schwarzem und weißem Sand. Dabei geht der Farbunterschied mit einem deutlichen Unterschied in den übrigen physikalischen Eigenschaften einher. Denn der schwarze Sand ist deutlich schwerer, hat also eine größere Dichte als der weiße, sodass es je nach den äußeren Einwirkungen von Wind und fließendem Wasser zu Mischungs- und Entmischungsvorgängen kommt.
Auslöser für die Strukturbildung ist ein Stein, der im oberen Bereich der Sandblume zu erkennen ist. Er lenkt die wechselweise von unten und oben einfallende Strömung zu seinen beiden Seiten ab. Das führt je nach der Geschwindigkeit der sandbeladenen Wasserströme zu Vertiefungen und Ablagerungen, Mischungen und Endmischungen und als Ergebnis schließlich zu dieser Skulptur.
Jedenfalls habe ich diesen Blumengruß zu schätzen gewusst und in Gedanken und zu deren Unterstützung in Fotos mitgenommen, ohne dem realen Gebilde auch nur ein Härchen zu krümmen bzw. ein Körnchen zu verrücken. Dafür sorgt dann schon die nächste Flut.

Natürliche Bälle am Meeresstrand

Manche Menschen fühlen sich gestört durch die mehr oder weniger große Ansammlungen von vermeintlichem, stinkenen „Unrat“ an manchen Stränden des Mittelmeeres, von dem in den beiden Fotos Details gezeigt werden. Dabei handelt es sich um natürlicherweise entstandene, angeschwemmte Überreste von Meerespflanzen. Sie bestehen aus braunen, faserigen kurzen Ästchen, an denen oft noch Reste von länglichen Blättern haften, deren ehemaliges frisches Grün meist nur noch erahnt werden kann.
Es handelt sich um abgestorbene Bestandteile des Neptungrases (posidonia oceanica), das in flachen Bereichen auf dem Meeresgrund wächst. Das Gras ist mit einem Erdspross (Rhizom) im Boden verankert. Es wird zuweilen durch unterschiedliche Einwirkungen herausgerissen und landet irgendwann am Strand, wo es sich an bestimmten Stellen ansammelt.
Als ich diese Ansammlungen zum ersten Mal sah, dachte ich sie wären von beflissenen Reinigungskräften des Strands zusammengetragen worden, um danach abtransportiert zu werden. Das haufenweise Auftreten dieser erst auf den zweiten Blick gefälligen Pflanzenreste ist jedoch einem Selbstorganisationvorgang zu verdanken. Nehmen wir an, einige dieser faserigen Erdsprosse (untere Abbildung) haben sich zufällig ineinander verhakt. Für die anbrandenden Wellen ist es dann schon etwas schwieriger sie vor sich herzutreiben als einzelne Exemplare. Die Wahrscheinlichkeit, dass solche Einzelexemplare durch die unermüdlichen Wellenaktivitäten irgendwann einmal zu einer solchen Ansammlung  gelangen, sich dort verhaken und hängenbleiben, wird mit jedem Sproß größer. Denn die Voraussetzungen für eine Verhakung werden umso günstiger, je reichhaltiger die Ankopplungsmöglichkeiten werden. Und diese wachsen mit der Größe der Ansammlung. Fazit: Je größer der Haufen desto schneller das Wachstum. Oder wie schon in der Bibel zu lesen ist: „Wer da hat, dem wird gegeben“ (Matthäus 13:12).
In der Nähe der massenhaften Ansammlung der Erdsprosse, findet man häufig auffällig perfekt geformter Filzkugeln, deren Herkunft nicht unbedingt sofort mit den Sprossen in Verbindung gebracht wird. Trotz der farblichen Ähnlichkeit erinnert die Kugelform mehr an etwas Hergestelltes als an etwas Gewordenes. Und diese Differenz war für mich offenbar so groß, dass meine Hypothesen zunächst in weiter entfernten (im Nachhinein sehr abwegigen) Gefilden festen Grund suchten, als in den ganz in der Nähe befindlichen Seegrashaufen.
Hat man aber erst einmal begriffen, dass hier ein Zusammenhang besteht, kann es ohne fremde Hilfe gelingen, der Entstehung der Filzkugeln auf den Grund zu kommen. Denn ganz ähnlich wie das selbstorganisierte Wachstum durch Verhakungen an Land zu haufenweisen Ansammlungen von Erdsprossen führt, entstehen auf dem Meeresgrund, also dort wo das Neptungras wächst, auf ähnliche Weise diese merkwürdigen Filzbälle (linkes Foto).
Lange bevor die Erdsprosse das Land erreichen, können sie schon unter Wasser zum Spielball der Wellenbewegung werden. Nachdem sie auf diese Weise in einzelne Bestandteile zerfasert werden, kommen sie durch das rhythmische Hin- und Her der Wellen auf dem Boden immer wieder miteinander in Berührung. Dadurch wächst die Wahrscheinlichkeit sich ineinander zu verhaken. Nach einem ähnlichen Prinzip wie beim Wachstum der Haufen kompletter Sprosse am Meeressaum gilt auch hier: Je mehr Teile bereits ineinander verhakt sind, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit, dass weitere Teile eingefangen werden. Wegen der durch den Auftrieb verminderten Gewichtskraft der so entstehenden Filzaggregate, bleiben auch größere Exemplare unter Wasser kaum an einer Stelle liegen. Sie werden durch den anhaltenden Wellengang über den Meeresboden geschoben und nach einer gewissen Abrundung gerollt. Herausragenden Fasern werden dabei zunehmend abgewetzt oder ins Innere der entstehenden Kugel gedrückt, die dadurch weiter verfestigt wird. Der Einfang weiterer Pflanzenfasern wird dadurch schließlich immer unwahrscheinlicher. Außerdem nehmen die runden Gebilde aufgewirbelten Sand auf, wodurch sie immer fester und dichter werden. Es findet eine regelrechte Verfilzung statt und die in alle Richtungen gerollten Bälle nehmen eine immer perfektere Kugelform an.
Dass das Rollen von zunächst unförmigen Gegenständen zwangsläufig zu Kugeln führt, kennt man beispielsweise von der Herstellung von Knetgummikugeln: Ein Stück Knete wird zwischen den rotierenden Handflächen unter sanftem Druck gewalzt. Aber auch die kugelförmigen Perlen von Schmuckarmbändern entstehen aus ursprünglich unförmigen Bruchstücken in rotierenden Behältern gleichsam von selbst.
Aus dem abgestorbenen Neptungras kann nach neueren Erkenntnissen Dämmstoff gewonnen werden, das nicht nur eine hohe Wärmedämmung bewirkt, sondern auch ohne weitere Zusätze die gesetzlich vorgeschriebenen Bedingungen des Brandschutzes erfüllt. Ausschlaggebend dafür ist die silikathaltige Faserstruktur der Pflanze. Hinzu kommt, dass das Material frei ist von gesundheitlich bedenklichen Emissionen und Inhaltsstoffen.
Es sollte aber auch darauf hingewiesen werden, dass das Neptungrass ökologisch gesehen für das Mittelmeer überlebenswichtig ist. Es fungiert als eine Art Unterwasserwald, in dem das Wasser gefiltert und geklärt wird, und es bietet zahlreichen Tieren einen schützenden Lebensraum. Als Sauerstoffproduzent kann es u.A. auch als Kinderstube für Fische angesehen werden. Umso Besorgnis erregender ist es, dass das Neptungras bedroht ist. In den letzten 50 Jahren ist es in seinem Bestand aus mehreren Gründen (u.a. Klimaerwärmung) um 34% zurückgegangen. In manchen Regionen des Mittelmeeres werden daher bereits Schutzmaßnahmen ergriffen.
Den Touristen, die das Seegras oft als Verunreinigung ansehen, sei gesagt, dass das Seegras den Strand sogar schützt, indem es den Wellengang schwächt.  Sie sollten daher mehr die ästhetischen Aspekte z.B. in Gestalt der schönen runden Filzbälle in den Blick nehmen.

Die Welt stets tiefer als der Blick*

Wirklichkeit ist ein dynamischer Prozeß und entsteht in jedem Moment neu. Diese Einsicht kann durch die Betrachtung des auf die Zeitspanne der Belichtung der Kamera beschränkten Fotos visualisiert werden.
Allerdings zeigt die Erfahrung, dass dieser schon von Heraklit thematisierte Ablauf nicht mit konstanter Geschwindigkeit vonstatten geht.

* Philippe Jaccottet. Sonnenflecken, Schattenflecken. München 2015, S. 43

Grenzgänger

Es mag unterschiedliche Motive geben, am Saum des Meeres halb im flachen Wasser halb auf dem festen Land zu gehen und in diesem Fall die Stimmung zu genießen, die durch die tiefstehende und bald untergehende Sonne, das leise Rauschen des Meeres, den Kontakt der nackten Füße mit den Elementen und durch die frischen Gedanken… bei der einen oder dem anderen hervorgerufen wird.
Wir gehen auf der Grenze zwischen Wasser und festem Land, wir sind Grenzgänger – hier sogar im wörtlichen Sinn.
Ich will das hier nicht weiter vertiefen aber vielleicht mit einem Wort Georg Christoph Lichtenbergs (1742 – 1799) ein wenig herausfordern: Auf der Grenze liegen immer die seltsamsten Geschöpfe.

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.

Ein physikalischer Fußtritt

Wenn wir unseren Fuß auf festem, feuchten Sand am Meeressaum aufsetzen, machen wir eine auf den ersten Blick merkwürdig erscheinende Entdeckung: In dem Maße, wie wir den Druck auf den Boden steigern, breitet sich ein Hof nahezu trocken gelegten Sandes um den Fuß herum aus. Seine maximale Ausdehnung erreicht er, wenn der Fuß fest aufgesetzt ist. Hebt man ihn wieder an, so sammelt sich Wasser in der Delle, die wir in den Boden gedrückt haben. Sobald die Fußspur verblasst, verschwindet auch das Wasser wieder.
Mit dem Auftreten wird der Sand etwas zu den Seiten weggedrückt und dort aufgewölbt. Da die Sandkörner kleine Brücken bilden, die wie eine Torwölbung die Gewichtskraft nach den Seiten „ableitet“, wirkt diese nicht nur senkrecht nach unten, sondern auch zu den Seiten. Durch die unelastische Wechselwirkung verschieben sich die bis dahin maximal dicht gepackten Sandkörner gegeneinander. Dadurch wächst das Volumen zwischen ihnen und füllt sich mit Wasser aus den benachbarten Bereichen, so dass der „Wasserspiegel“ im darüber lagernden Sand absinkt. Die oberste Sandschicht wird gewissermaßen trocken gelegt. Nur so kann verhindert werden, dass ein Vakuum entsteht. Letztlich wird die dazu erforderliche Energie vom einsinkenden Fuß aufgebracht, der den Widerstand als angenehm empfundene Härte des Bodens zu würdigen weiß.
So weit so gut. Aber steht die im rechten Foto dargestellte Situation nicht im Widerspruch zu diesem Phänomen? Nein. Verglichen mit der dünnen Wasserschicht, aus der der Sand durch den Tritt gewissermaßen herausgehoben wird, ist der Hof wesentlich „trockener“.

Schönheit aus energetischer Sicht

Die beiden Steine sinken mit dem auf- und ablaufendem Wasser am Strand immer etwas tiefer in den Sand. Das geht langsam, die Natur hat Zeit. Infolge des immer wieder anströmenden Wassers wird der Stein unterspült und findet sich schließlich in einer kleinen Vertiefung wieder. Dieser Vertiefung strebt das im Sand gespeicherte Wasser zu. Aber es tut dies mit System. Nicht jede Wasserportion wählt ihren eigenen Weg, sondern den bereits von anderen gebahnten, wodurch ein kleines Rinnsal entsteht. Und dieses Rinnsal fließt in ein größeres und das größere Rinnsal in ein noch größeres. Warum so umständlich? Nur um dem Menschen einen naturschönen Anblick zu bieten? Das Wasser strebt auch hier wieder der tiefsten Stelle zu, weil dadurch Energie an die Umgebung abgegeben werden kann. Die bereits vorhandenen Rinnsale sind lokal gesehen die tiefsten Stellen.
Interessanterweise wird die Energie nicht irgendwie, sondern auf – ich möchte sagen – „ökonomische“ Weise abgegeben, indem pro Zeiteinheit so wenig Energie wie möglich an die Umgebung übergeht.
Das Ergebnis sind Strukturen, die in den meisten Fällen von den Menschen als geordnet oder ästhetisch ansprechend empfunden werden.

Eine physikalische Vertiefung dieser Überlegungen findet man hier.

Kooperation zwischen Kunst und Physik

Diese Sandstruktur ist am Strand entstanden, 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.

Aus weiß wird schwarz

Im Hintergrund sieht man im ablaufenden Wasser an der Nordseeküste futtersuchende Vögel. Merwürdigerweise hatten sich auf der rechten Seite weiße Vögel versammelt (rechtes Foto) und auf der linken schwarze (linkes Foto: zum Vergrößern klicken). Ich dachte zunächst an Zufall. Als ich aber am Wasser entlang nach rechts wanderte merkte ich, dass dabei in dem Maße wie ich vorankam die vorher weißen Vögel schwarz aussahen. Erst dadurch wurde mir klar, dass alle Vögel weiß waren. Sie erschienen mir dann schwarz, wenn ich gegen das Licht der untergehenden Sonne blickte (linkes Foto) und der Kontrast zwischen der hellen Umgebung und der Schattenseite der weißen Vögel so groß wurde, dass letztere schwarz erschien. Demgegenüber sah ich die Vögel in ihrer wahren Farben, wenn ich sie im vollen Sonnenlicht vor Augen hatte. Eigentlich klar, aber erst die unwahrscheinliche Wandlung von weiß nach schwarz machte mich stutzig.
Dieses Beispiel zeigt, wie leicht man zu Fehleinschätzungen kommen kann. Denn nicht immer wird man durch einen Widerspruch in der Wahrnehmung zu einem kritischen Blick veranlasst.

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.

Fundstück 10 – Holzvogel

Ob ich dieses Stück Holz wohl auch mitgenommen hätte, wenn ich darin keinen Vogel erkannt hätte? Schwer zu sagen. Ich finde es zwar auch ohne diese Pareidolie im Hinterkopf naturschön. Aber erst die Ähnlichkeit mit einem Vogel veranlasste mich diesem am Stand angeschwemmten Stück Holz Aufmerksamkeit zu widmen.

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.

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.

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

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.

Worte erschaffen Dinge…

Gegenstände existieren, sobald es Worte dafür gibt, die sie erschaffen.
Obwohl sich die Sprache u.A. aus dem Bedürfnis heraus entwickelt hat, die ursprünglichen Kommunikationsmöglichkeiten zu erweitern und zu präzisieren, trägt sie die Potenz in sich, Wirklichkeiten zu entwerfen und sie sich in der einen oder anderen Form anzueignen. Dazu gehört auch, dass die Grenzen der darin enthaltenen Möglichkeiten erkannt werden einschließlich eben dieser Erkenntnis…

Die im Foto abgebildete Kreation ist ein hybrides Gebilde, aus menschlicher und natürlicher Gestaltung hervorgegangen. Eine Spielerei am Strand am Tage und die darüber geschwappte Flut in der Nacht hinterließen dieses „natürliche Kunstwerk“.

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 →

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

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.

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.

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.

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 →

Rätselfoto des Monat Juli 2018

Warum sind die Fenster im Wasser blau?

Wer sich über die Architektur des Hauses wundert, dem sei gesagt, dass die Aufnahme in Fairbanks/Alaska entstand. 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 →

Züngelnde Wasserflammen am Strand

Wie jeden Tag hatten ihn seine Schritte zum offenen Meer geführt. Sein Blick war vor ihm auf den Boden gerichtet, wo das abfließende Wasser züngelnde Flammen in den Sand gezeichnet hatte. Die Rinnsale, am Ende fadendünn, mündeten in immer beitere Verästelungen, in den weiten, lodernden Flächenbrand des Ozeans…
Lass die Wasserflammen brennen, lass die Wasserflammen brennen. Einmal sagt das Feuer: Es ist gut.* Weiterlesen →

Konvergierende Grenzlinien

„Auf der Grenze liegen immer die seltsamsten Geschöpfe“, sagt Georg Christoph Lichtenberg (1732 – 1799). Dieser Satz fällt mir beim Blick auf die fluchtenden Grenzlinien ein, als ich von einer Sanddüne aus die Menschen am Saum des Meeres entlanggehen sehe und offenbar mehr oder weniger bewusst das Auf-der-Grenze-Spazieren“ genießen. Was von hier oben als gerade Linie aussieht ist, aus der unmittelbaren Nähe betrachtet ein rhythmisches Spiel der auf den Sandstrand auslaufenden Meereswellen, die von den Menschen je nach „Temperament“ entweder gerade gemieden werden oder deren Wechselbad man gerade genießen möchte. Weiterlesen →

Ästhetik und mathematische Regelhaftigkeit im Rahmen biologischer Musterbildung

Diese schöne Schnecke fand ich im warmen, seichten Wasser an einem Sandstrand des indischen Ozeans. Genau genommen handelt es nur um das Gehäuse eines Weberkegels, so heißt diese Textil-Kegelschnecke (Conus textile) und das ist auch gut so. Wäre der Weberkegel noch am Leben gewesen, hätte ich mich in Gefahr begeben, durch seinen Harpunenzahn vergiftet zu werden. Mit diesem jagt er nicht nur andere Schnecken, sondern verteidigt sich auch erfolgreich gegen Angreifer. Das durch den Zahn verabreichte Gift ist für Fische und kleine Säugetiere tödlich. Weiterlesen →

Filzbälle am Meeresstrand

An manchen Stränden des Mittelmeeres findet man ganze Bänke von pflanzlichen Überresten. Sie bestehen aus braunen, faserigen kurzen Ästchen, an denen oft noch Reste von länglichen Blättern haften, deren ehemaliges frisches Grün meist nur noch erahnt werden kann.
Es handelt sich um abgestorbene Bestandteile des Neptungrases (posidonia oceanica), das in flachen Bereichen auf dem Meeresgrund wächst. Weiterlesen →

Gemalte Gebirgslandschaften am Strand

Am Strand, dem Saum zwischen Wasser und Land, sollte man sich eine Zeitlang auf das ewige Hin- und Her des auflaufenden und ablaufenden Wassers einlassen. Dann bemerkt man vielleicht, dass die sich wiederholenden Vorgänge ähnlich aber nicht identisch sind. Jede neue Welle nimmt eine geringfügig andere Richtung ein als die vorhergehende und läuft unterschiedlich weit auf den Strand auf. Weiterlesen →

Spaziergang am Meer

Schlichting, H. Joachim. In: Spektrum der Wissenschaft 42/8 (2011), S. 54-55

Weil sich Wasser gern um Sandkörner legt, läuft man am Strand zuweilen wie auf einem befestigten Weg.

Ich meine nicht den Wüstensand,
Den Tummelplatz des wilden Hirschen;
Die Körner mein’ ich, die am Strand
Des Meeres unter mir erknirschen.
Ferdinand Freiligrath (1810 – 1876) Weiterlesen →