Strukturbildung

Pareidolie im Holz

Der Wald hat heute viele seiner Geheimnisse verloren. Hänsel und Gretel sind ebenso verschwunden wie Rotkäppchen und der Wolf. Bevor Bäume absterben werden sie abgeholzt. Wälder sind meist aufgeräumt. Man darf kaum noch vom vorgezeichneten Weg abweichen. In unserem Wald gibt es Hinweisschilder auf „Kein Weg“, eine doppelte Paradoxie. Denn einerseits muss nicht eigens auf etwas hingewiesen werden, was nicht ist. Andererseits ist ein Weg nicht einfach weg, wenn man es mit einem Hinweisschild behauptet.
Aber man kann sich behelfen. Wälder und Bäume haben bestimmte Geheimnisse behalten. Sie sind voll von Pareidolien, also Strukturen, die visuell meist ohne unser Dazutun mit anderen Bedeutungen belegt werden. Man muss lediglich eine Bereitschaft mitbringen, solche Umdeutungen gegen das eigene Denken zuzulassen. Ein Beispiel ist der im Foto abgelichtete Baumstumpf. Er bekommt plötzlich ein Gesicht und zwar eines, das in der Lage ist, den derzeitigen Zustand des Waldes nonverbal zum Ausdruck zu bringen.

Trockenrisse und Landgewinnung

Obwohl Trockenrisse heute mehr als Symbol für ausgetrocknete Gewässer und durch Trockenheit verlorenes Ackerland wahrgenommen werden, ist ihnen aufgrund von naturschönen Mustern oft ein ästhetischer Reiz nicht abzusprechen. Im vorliegenden Fall handelt es sich sogar um ein Beispiel, bei dem Land gewonnen wird. Das Foto ist am Wattenmeer in Ostfriesland aufgenommen worden. Es zeigt nicht nur, dass schlammartiger Boden ausgetrocket wird, sich daher zusammenzieht und in einzelne Erdschollen zerreißt. Darüberhinaus erkennt man, dass sich die Schollen nach oben krümmen, weil sie dort schneller austrocknen als unten und dadurch auf der Oberseite stärker schrumpfen als an der weniger trockenen Unterseite.
Im vorliegenden Fall rollen sich sogar mehrere dünne Schichten auf. Sie verweisen auf eine Periodizität während ihrer Entstehung, bei der in mehreren Überschwemmungen Sedimente abgelagert wurden.
Weitere Beiträge zu Trockenrissen findet man hier und hier und hier und hier und hier.

Im Stein lesen lernen

Was nie geschrieben wurde, lesen, wer möchte das nicht, wer möchte nicht in allem Wahrnehmbaren wie in einem Buch lesen? Jeder Stein, jeder Fuchs, jede Brücke wäre Buchstabe, Silbe oder Wort und es gälte, diese Elemente zu einem Satz, vielleicht zu einer Frage, zusammenzufügen. Vielleicht besaßen wir diese Fähigkeit bis zu einem gewissen Grad, und sie ist uns im Laufe der Jahrtausende abhanden gekommen.*

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* Anne Weber. Besuch bei Zerberus. Fankfurt 2004, S. 65

Ein Loch in den Wolken – hole-punch-cloud

Manchmal entstehen Löcher in der Wolkendecke, die den Durchblick auf den darüber liegenden Himmel erlauben, der oft wiederum bewölkt ist. Diese Löcher mögen verschiedene Ursachen haben. Aber wenn sie plötzlich auftreten, kann es sich wie im vorliegenden Fall um eine Hole-punch-Wolke handeln. Dieses Phänomen soll angeblich selten auftreten. Ich habe offenbar das Glück es schon mehrere Male erlebt zu haben. Wer sich für ihre komplizierte Entstehungsgeschichte interessiert kann sich in einem früheren Beitrag informieren. Fotos von unterschiedlichen Formen findet man hier.

Supercilium – Augenbrauenwolke

Wolken sind faszinierende Gebilde. Jede sieht anders aus. Sie lassen sich aber hinsichtlich ihrer physikalischen und meteorologischen Merkmale klassifizieren. Kürzlich hatte ich zur Kenntnis genommen, dass Im Jahr 2017 die Weltorganisation für Meteorologie 12 Überarbeitungen des Internationalen Wolkenatlas angenommen hat. Darunter befindet sich auch die Einführung eines neuen zusätzlichen Wolkenmerkmals, der Asperitas. Und schon gibt es überzeugende Belege dafür, dass ein zusätzliches neues Wolkenmerkmal, das „Supercilium“, ebenfalls für die Aufnahme in den Atlas in Betracht gezogen werden sollte. Supercilium sind kurzlebige Wolkenmerkmale, die in turbulenten Luftströmungen über und meist im unmittelbaren Windschatten von Bergen auftreten können.
Ich habe vor einigen Jahren dieses Foto einer Wolkenformation gemacht, die bisher in der Kategorie „Ungewöhnliche Wolkenformationen“ abgespeichert war. Vielleicht gehört sie ja zzu dieser Kategorie Supercillium. Sie erinnert jedenfalls mehr an Augenbrauen als manche andere im Internet zu findende Wolken unter dieser Rubrik. Wie auch immer, der Anblick ist selten, naturschön und stimmungsvoll.

Bewegung in der Felswand

Als ich vor dieser aus einem Felsen mit einer überdimensionalen Säge herausgearbeiteten glatten Wand stand, hatte ich kurzfristig den Eindruck, das Steinpaar im rechten Drittel würde sich über den holprigen Hangweg von einer zur anderen Erhebung hüpfend nach links unten bewegen. Zugegeben – eine Täuschung. Aber vielleicht bewegt er sich ja tatsächlich, wenngleich dem Kontext entsprechend geologisch langsam 😉 , also mit einer Geschwindigkeit von derselben Größenordnung in der der Fels selbst entstanden ist. Man könnte die Szenerie aber auch als Dornröschenschlaf ansehen, das wäre wesentlich poetischer und würde die naturschöne Ansicht kongenial begleiten.

Fallende Gewänder aus Stein

Textilien, die man in bestimmter Weise „fallen“ lässt, „werfen“ Falten, die einem bestimmten „Fallprinzip“ gehorchen und vermutlich daher oft als ästhetisch ansprechend empfunden werden. An solche Textilien – Kleider, Vorhänge – musste ich denken, als ich in einer südfranzösischen Tropfsteinhöhle diese in vielen Jahrhunderten entstandenen Strukturen bewunderte. Sie sind Tropfen für Tropfen zur allmählichen Entfaltung gebracht worden, indem jeder Tropfen seinen Weg fand, bis er verdunstete und die gelösten Mineralien zurückließ. Man geht davon aus, dass die Tropfsteine nur etwa um einen Millimeter in zehn Jahren wachsen. Entscheidend ist dabei vor allem die Menge des tropfenden Wassers.
Gelenkt wird ein solcher langwieriger Prozess nicht durch einen innewohnenden Plan, sondern durch Zufall und Notwendigkeit. Dabei spielt das natürliche Prinzip, unter den gegebenen Umständen stets soviel Energie wie möglich an die Umgebung abzugeben, eine entscheidende Rolle. Würde der Prozess unter den gleichen Randbedingungen noch einmal ablaufen, so ergäbe sich zwar ein ähnliches aber nicht das gleiche Muster.

Frostiges Kunstwerk

Dies ist eine zugefrorene Wasserpfütze mit einer ursprünglich sehr wilden Topologie. Als sie mit Wasser volllief, ragten nur noch einige Relikte des Untergrunds aus dem Wasser heraus. Auf dem Foto ist das der hellbraune zerklüfte Teil. Der ihn umgebende dunkelbraune Bereich bildet eine Art Tableau, das vom Wasser gerade noch bedeckt war bevor der Frost einsetzte. Und als das Wasser dann gefror und die gesamte Pfütze bis auf den hellbraunen Teil mit einer Eisschicht überzog, war der dunkelbraune Bereich fest mit der transparenten Eisschicht überdeckt und verbunden. Unter der übrigen Eisschicht konnte man den noch mit Wasser gefüllten tieferen Teil des Pfützenbodens sehen, der eine ähnliche Braunfärbung aufwies wie das Tableau. Soweit die Szenerie einige Stunden nach Einbruch des Frostes.
Am nächsten Tag zeigte sich dann die im Foto dargestellte Szenerie. Der helle Bereich besteht aus einer Eisschicht, die keine Berührung mehr mit dem Wasser hat, auf der sie ursprünglich entstanden ist. Sie kann daher auch nicht dicker werden. Vielmehr überdeckt sie einen Hohlraum über dem weitgehend im Boden versickerten Wasser. Durch die hohe Luftfeuchte unter dieser Eisschicht bildete sich auf deren innerer Seite ein Reifbelag, durch den die Eisschicht undurchsichtig wurde.
Die Strukturen in dieser weißen Eisschicht sind darauf zurückzuführen, dass das Wasser wegen unterschiedlicher Wassertiefen und demzufolge unterschiedlich langer Versickerungszeiten andere Verläufe der Reifbildung bewirkt wurden.
Wegen der Unförmigkeit der dreidimensionalen Pfützenmorphologie entstand keine einheitliche Eisfläche, die vielleicht zum Glitschen geeignet gewesen wäre, sondern ein zweidimensionales Natur-Kunstwerk (Oxymoron!), das es meines Erachtens wert war fotografiert und hier gezeigt zu werden.

Weiß und bunt – mineralisch und botanisch

Man könnte auch sagen Eis und bunt. Denn die weißen Pflanzen, die sich hier als Alternative zur Botanik aufspielen, sind Kristalle aus Eis. Interessanterweise haben sie sich an den Resten der botanischen Pflanzen niedergelassen, so als würden sie nur das fortsetzen, was die grünen Pflanzen zurzeit der Kälte wegen weitgehend ruhen lassen müssen. Sie wetteifern auf diesem Foto mit den bunten Farben auf dem zu Matsch marginalisierten und dann gefrorenen ehemaligen Bach. Farbgeber ist eine andere uns wenig vertraute aber dafür zur organischen Welt gehörende Lebenform: Bakterienkolonien. Sie existierten hier schon vor dem Frost als Biofilm, in einer dünnen Kahmhaut, die die Bakterien auf dem Wasser bildeten. An den schönen Interferenzfarben kann man erkennen, dass diese Haut sehr dünn ist (Größenordnung: Wellenlänge des sichtbaren Lichts). Ob die Tierchen trotz der Erstarrung zu einer Eisschicht noch leben und die Frostphase lebend überstehen, konnte ich auf die Schnelle nicht herausfinden.

Eiskunst auf der Wasserpfütze

So manche zugefrorene Wasserpfütze (hier ein Ausschnitt) besticht durch oft naturkünstlerische (ich weiß – ein Oximoron) Muster, die in einer ziemlich direkten Weise das visualisieren, was schon vorher irgendwie da war, bevor die Temperatur unter den Gefrierpunkt sank. Will man dennoch beschreiben, was bei der Übersetzung der Beschaffenheit der Pfütze von einer hohen in eine tiefe Temperatur passierte, so muss man sich auf wesentliche Aspekte beschränken. Dazu zählen die Beschaffenheit des matschigen Untergrunds der Pfütze, die Geschwindigkeit, mit der Wasser versickert (vermutlich an den verschiedenen Stellen unterschiedlich), die Temperaturschwankungen, die Luftfeuchte, die Bedeckung des Himmels… Und selbst wenn man diese Aspekte alle in Betracht zieht, könnte wohl kein Computerprogramm die Entwicklung dieses Musters vorherberechnen. Wir kennen zwar die Naturgesetze, die bei dieser Entwicklung im Spiel sind, aber Details und insbesondere sensitive Punkte, bei denen es durch winzige Unterschiede zu qualitativ völlig anderen Strukturbildungen kommen kann, haben wir grundsätzlich nicht im Griff. Um es etwas pauschaler zu sagen: Der Zufall spielt oft mit dem Zünglein an der Waage.
Dennoch, einige typische Entwicklungen beim Zufrieren der Pfütze können zumindest im Prinzip physikalisch beschrieben werden. Wer sich dafür interessiert, sei auf frühere Beiträge verweisen, z.B. hier und hier und hier und hier und hier und hier und hier)

Von der Lust Eis zu kratzen…

Nicht immer ist das Eiskratzen an zugefrorenen Autoscheiben ein Vergnügen. In diesem Fall war es anders. Ich konnte nämlich beim Beseitigen der Eisschicht meine Augen auf dem mit naturschönen Eiskristallbändern verzierten Dach weiden lassen. Ähnliche Formen hatte ich bislang nur selten und zwar meistens auf Fensterscheiben gesehen.
Beim Anblick dieser dendritischen Muster schlich mir eine (für einen Physiker nicht gerade schmeichelhafte) Frage durchs Gemüt: Greift die Natur bei der „Auswahl“ ihrer Motive manchmal in die falsche Schublade? Waren diese Strukturen nicht eigentlich den Fichten und Tannen vorbehalten?

Strukturiertes Eisschmelzen

Eis schwimmt auf dem Wasser. Denn anders als bei vielen anderen Stoffen nimmt die Dichte von Wasser mit abnehmender Temperatur bis 4° C zwar zu, danach wird sie jedoch wieder geringer. Kaum auszumalen, wenn es diese Anomalie des Wassers nicht gäbe. Daher schmilzt eine Eisschicht auch meistens über der sie tragenden Wasseroberfläche. Wenn die feste Eisschicht jedoch wie im vorliegenden Fall in einer Regentonne verkeilt ist und am Aufsteigen als Ganzes gehindert wird, bildet sich über dem Eis eine Wasserschicht.
Das Eis schmilzt unter dem Wasser und bietet ein interessantes Szenario, wenn man sich denn die Zeit nimmt, dies zu beobachten. Man kann zwar wegen der Transparenz des Wassers kaum etwas direkt sehen, aber einige Vorgänge erlauben Rückschlüsse auf den komplexen Schmelzvorgang. So kann man beispielsweise an der Bewegung von Schmutzpartikeln erschließen, was sich in der Wasserschicht tut.
Im vorliegenden Fall haben sich die komplexen Bewegungen in den Eiskörper „eingebrannt“, was an den mehr oder weniger regelmäßigen Kanälen zu erkennen ist. Die Kanäle zeugen von wärmeren Wasserströmen, die das Eis lokal zum schmelzen bringen und dadurch kälter geworden zur Oberfläche aufsteigen.
In der Mitte sieht man eine ins Eis geschmolzene Mulde, in der sich Schmutz gesammelt hat. Da das Sonnenlicht kaum vom Eis absorbiert wird, wohl aber der dunkle Schmutz, hat sich dieser erwärmt und lokal zu einer stärkeren Abschmelzung geführt.

So schön, dass ich nicht darauf zu treten wage…

Die Spuren im Sand zeugen von der Komplexität des vorangegangenen Sandsturms zum Zeitpunkt als dieser sich beruhigt hatte und diesen Anblick hinterließ. Natürlich lässt sich daraus nicht die Struktur der Luftströmungen ablesen, denn wir haben hier ja nur das Muster des Zusammenwirkens von willenlosen Sandkörnern, die nicht viel mehr als ihre Größe, Dichte (Farbe) und Gewichtskraft einzubringen hatten.
Es ist kein Chaos im Sinne von stochastischer Zufälligkeit entstanden, sondern ein wohgeformtes, von teilweise entmischten hellen und dunklen Sandkörnern untermaltes ästhetisch ansprechendes Rippelfeld.
Ich zögerte auch dann noch, es zu betreten, als das Foto bereits im Kasten war, um es nicht zu zerstören. Diese Hemmung ist natürlich nicht frei von Irrationalität, denn für wen sollte es erhalten bleiben? Die Wahrscheinlichkeit, dass sich in der nächsten halben Stunde jemand hier her verirrt und der sich auch noch von den Strukturen angesprochen gefühlt hätte, war äußerst gering. Außerdem hätte danach der immer noch gemächlich über die Rippel streichende Wind vermutlich schon wieder Neues hervorgebracht.

Das Paar

Sanddünen – wie kleine Gebirgsketten

Das Foto zeigt die Leeseite einer Sanddüne, an der durch welche Einflüsse auch immer einige Sandlawinen abgingen, die bei ihrem Abgang weitere Minilawinen auslösten. Das ganze führte dann zu einer naturschönen Struktur, die an karge Gebirgsketten erinnert, wie man sie zuweilen vom Flugzeug aus beobachen kann.

Herbstblätter, die sich selber malen

Diese Blätter sind das Ergebnis eines Prozesses, der sowohl aus künstlerischer als auch aus physikalischer Perspektive betrachtet werden kann. Er spielt in der modernen Kunst unter dem Begriff der Décalcomanie zum Beispiel in der Malerie von Max Ernst eine wichtige Rolle und stellt im Rahmen der Nichtlinearen Physik ein Beispiel des Viskosen Verästelns zweier Fluide dar – hier der Luft und der Ölfarbe.

Dies ist nur ein Beispiel der Phänomene, mit denen wir uns im Rahmen der heute in Neustadt (Weinstraße) stattfindenden ganztägigen Fortbildung zu Kunst und Physik befassen.
Die Welt unter physikalischer oder künstlerischer Perspektive zu sehen, ist das Ergebnis eines mehr oder weniger langwierigen Sozialisierungsprozesses. Als maßgebliche kulturelle Aktivitäten tragen umgekehrt u. A. sowohl die Kunst als auch die Physik auf je spezifische Weise zur Ausbildung des Weltbildes der Menschen eines Kulturkreises bei. Es lassen sich vielfältige Wechselwirkungen auf unterschiedlichen Ebenen beobachten. Sich dies an einschlägigen Beispielen bewusst zu machen, ist eines der wesentlichen Anliegen dieser Fortbildung.
Des Weiteren wird gezeigt, wie Künstler von jeher bewusst oder unbewusst physikalisches Wissen bei der Realisierung ihrer Werke ausgenutzt und oft Phänomene dargestellt haben, die die Physik mehr oder weniger stark betreffen. Es wird exemplarisch gezeigt, dass die Kenntnis bereits einiger elementarer physikalischen Zusammenhänge die Wahrnehmung von Kunstwerken vertiefen und das Verständnis für Kunstwerke erweitern kann.

Physikalische Erklärung der sich selber malenden Herbstblätter.

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.

Vom Winde verweht…

Es ist früh am Morgen an der Spitze einer Sanddüne. Die Sonne fällt flach auf die Leeseite der Düne während der Wind von der anderen Seite kommend frische Sandkörnchen heranbläst, die die Spitze spitz halten. Durch irgendwelche Inhomoginitäten hat sich ein Grat mit zwei Ecken gebildet. Diese fokussieren zwei dünne aber verhältnismäßig heftige mit Sandkörnern versetzte Luftströme, die aus dem leeseitigen Abhang zwei längliche Mulden heraus „fräsen“. Die paarweise Anordnung der Mulden und die Schattierungen machen aus bloßen Löchern einen naturschönen Anblick.

Strukturbildung beim Wasserfall

Sandlawinen am Dünenhang

Wenn Sanddünen einen kritischen Schüttwinkel erreichen, genügt nur wenig mehr an Sandzufuhr oder durch äußere Störungen, um kleinere oder größere Lawinen auszulösen, sodass der Schüttwinkel wieder ein unterkritisches Maß erreicht. Die Sandabfuhr in einer Lawine erfolgt nicht irgendwie, sondern kollektiv und (selbst)organisiert, was sich oft in ästhetisch ansprechenden naturschönen Mustern zeigt, wie auch in diesem Foto.
An den Sandstrukturen ist zu erkennen, dass die von oben gestarteten Hauptlawinen sich zum Ende hin verästeln und ein grobes dendritisches Muster bilden, bevor sie zum Stillstand kommen. An der unteren Grenze, durch die Sandbereiche leicht unterschiedlicher Färbung (oben eher hell, unten eher dunkel) getrennt werden, ist zu erkennen, dass vorher schon eine oder mehrere größere Lawinen abgegangen sein müssen.
Der Sand besteht aus dunklen und hellen Körnern, die sich in ihrer Dichte unterscheiden. Sie zeigen daher beim Abgang ein dementsprechendes unterschiedliches Verhalten. Die schwereren (dichteren) schwarzen Sandkörner rollen ein Stück weiter als die hellen und rahmen auf diese Weise die Strukturen mit einer dunklen Umrandung ein. Ohne dies wäre die Strukturierung kaum zu sehen gewesen.
Als ich die „eingefrorenen“ Lawinen entdeckte, zeichneten sie sich überdies durch eine erstaunliche Stabilität aus. Versuche, neue Lawinen auszulösen oder die alten wieder auf Trapp zu bringen misslangen. Der Grund war, dass die obere Sandschicht in der kühlen Nacht durch kondensierenden Wasserdampf feucht geworden war und die Sandkörnchen durch Kapillarkräfte miteinander „verklebt“ wurden, so wie man es von Sandburgenbau kennt.

Rätselfoto des Monats August 2022

Erklärung des Rätselfotos des Monats Juli 2022

Frage: Was hält die Tropfen fest?

Antwort: Damit ein Tropfen an einem Blatt haftet, muss er mit diesem eine gemeinsame Grenzfläche ausbilden, womit eine Abweichung von der Kugelgestalt einhergehen würde. Auf dem vorliegenden Foto lässt sich jedoch eine solche Abweichung kaum entdecken.
Dieser scheinbare Widerspruch wird dadurch gelöst, dass die Tropfen keinen direkten Kontakt mit einer flächenhaften Blattoberfläche haben, sondern mit kleinen Härchen, die bei manchen Pflanzen vor allem auf der Unterseite der Blätter vorhanden sind. Diese Härchen sind hydrophil, ziehen Wassertropfen an und werden von diesen umschlossen, ohne dass sie dadurch merklich deformiert würden und daher der Kugelgestalt ziemlich nahe kommen.
Man mag darüber staunen, dass der Tropfen durch eine derart kleine gemeinsame Fläche gehalten wird. Das Erstaunen hängt einmal mehr damit zusammen, dass unsere Anschauung im Bereich mittlerer Dimensionen geprägt wurde. Bei so kleinen Tropfen, mit denen wir es hier zu tun haben, ist die die Schwerkraft bestimmende Masse sehr klein im Vergleich zur Oberfläche, durch die die Adhäsionskraft bestimmt wird (Flächen-Volumenrelation). Das nehmen wir offenbar als Missverhältnis wahr.

Strähnen im Sand

Das Foto zeigt eine Momentaufnahme eines scheinbar bewegten Vorgangs. Aber die wirbelnde Strömung wurde nicht erst durch die Fotografie stillgelegt. Sie war es schon vorher. Man blickt nämlich auf die letzten Spuren des durch anbrandende und am Sandstrand auslaufende Wellen in ein quasigeordnetes Bündel von Sandsträhnen überführten Ensembles.
Die Strähnen sind nämlich schon lange getrocknet, das Wasser ist mit der Ebbe schon weit entfernt und dennoch sieht es so aus, als habe sich das Geschehen in dem aus hellem und dunklem Sand gestalteten Muster verewigt. Wer schafft es das nachzumachen?

Natürliche Wasserfarben

Auch die Natur malt zuweilen mit Wasserfarben. Dazu tragen vor allem die grünen und gelben Blätter sowie der durch die Lücken im Blätterdach der Bäume leuchtende blaue Himmel bei, die sich hier im bewegten Wasser eines kleinen Baches spiegeln. Dies ist nur eine Augenblicksaufnahme, die in genau dieser Form wohl kaum wieder zu sehen sein wird, egal wie lange man warten würde. Das heißt nicht, dass sich das fließende Wasser völlig zufällig verhält. Denn die Struktur der Sohle des Baches und die Geschwindigkeit des fließenden Wassers ändern sich nur sehr langsam. Aber das System des fließenden Baches ist chaotisch, will sagen es besitzt viele sogenannte sensitive Punkte, an denen benachbarte Wasserteilchen weit auseinander getrieben werden können, sodass ihre Bahnen nicht einzeln, sondern nur als Ganzes als „berechenbar“ angesehen werden können. Dieses äußert sich auch in den weitgehend ähnlichen Strukturen, die sich in dem Foto zeigen. Sie sind in – sagen wir – einer Minute zwar nicht exakt dieselben aber insofern gleichartig, als man den Eindruck hat, stets das gleiche Bild vor Augen zu haben – einen wohlstrukturierten Ausschnitt aus einem munter dahin plätschernden Bach.

Farben fließenden Wassers

Wasser ist transparent. Jedenfalls, wenn man kleine Mengen betrachtet: ein Glas Wasser, einen Eimer Wasser, Tropfen… Aber schon bei einer gefüllten Badewanne deutet sich eine meist grünliche Eigenfarbe des Wassers an. Dennoch können auch dünne Wasserschichten mit Farben durchwirkt sein, wie das Foto zeigt. Aber es sind von der Umwelt geliehene Farben. So erscheint die glatte Fläche in der Mitte des Fotos blau, weil hier die Wasseroberfläche so orientiert ist, dass der blaue Himmel spiegelnd in die Augen reflektiert wird. An anderen Stellen blickt man auf den mit grünen Pflanzen marmorierten Grund. Die Farben werden zudem durch das Fließen und der dadurch bedingten endlichen Zeitauflösung bei der Wahrnehmung bzw. Fotoaufnahme modifiziert. Bei günstigen Lichtverhältnissen ist fließendes Wasser auch immer ein Kaleidoskop von Farben.
Die Eigenfarbe reinen Wassers ist übrigens blau, was man allerdings erst bei sehr großen Wasserschichten wahrnehmen kann.

Schattenhafte Transparenz

Nach der Blüte des einjährigen Silberblatts bilden sich die Samen in einem talerförmigen Gehäuse. Hier sind sie im Gegenlicht der Sonne als dunkle Schatten zu sehen, die wie mit einer Nabelschnur an einem Versorgungsring angeschlossen sind. Interessant und naturschön.

Sandseile am Strand

Wind und Wasser formen den Sand am Strand und in den Dünen oft zu merkwürdigen Rippeln. Im vorliegenden Fall (Foto) glaubte ich in der schon nahenden Dämmerung sich langsam auflösende armdicke Seile vorzufinden, die hier irgendjemand abgelegt hat. Schnell wurde jedoch klar, dass – wie im einzelnen auch immer – die gestaltenden Kräfte der Natur auch dieses vermeintlich vom Menschen erdachte Muster in ihrem Repertoire hat.

Die Schönheit des Wüstensands

Wer sagt die Wüste sei öd und leer, der kennt nicht die ganze Wahrheit. Die Sandwüste bestehend aus Myriaden von Sandkörnern, die in ihrer Schlichtheit und scheinbaren Nichtigkeit kaum zu überbieten sind, die durch die Finger rinnen und sich scheinbar allenfalls an den Partnerkörnern stoßen können, bringen oft durch Wind und Wellen „beflügelt“ faszinierende Strukturen und Muster hervor. Ich kann mich bei Wanderungen in Wüsten oder auch nur in begrenzten Dünenlandschaften oft kaum sattsehen an naturschönen Anblicken. Sie stellen darüber hinaus oft Rätsel über ihre Entstehung und temporäre Stabilität dar, die nicht selten ungelöst bleiben müssen. Allenfalls lassen sich Teilaspekten physikalisch aufklären. Das habe ich in der Vergangenheit an vielen Stellen in diesem Blog getan. Diesmal lasse ich die Strukturen einmal physisch, physikalisch und gedanklich völlig unangetastet…

Vom lockeren Sand zum festen Gestein

Die beiden Fotos sind keine 200 m voneinander entfernt aufgenommen worden und doch trennen sie geologische Zeiträume. Das linke Foto ist gerade mal ein oder zwei Tage alt, nachdem die Struktur durch einen Sandsturm aus dunklem und hellem Sand geschaffen wurde. Das rechte Foto deutet auf eine ganz ähnliche Entstehungsgeschichte hin, aber es ist kein lockerer Sand mehr sondern festes Gestein, das hier als Element eines Gehweges mit Mörtel verfugt wurde. Vermutlich ist es in einem nahe gelegenen Steinbruch gefördert worden, nachdem durch welche erdgeschichtlichen Vorgänge auch immer eine Versteinerung der ehemaligen Dünenlandschaft stattgefunden hat, die der heutigen sehr ähnlich gewesen sein muss.
Für mich ist es ein merkwürdiges Gefühl, diese beiden Strukturen, die sich offenbar nur in der Festigkeit unterscheiden, hier in trauter Gemeinsamkeit vorzufinden, als wäre es das Natürlichste von der Welt: Alles ist nach wie vor da, nur die Zeit ist weg.

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.

Morgensonne gespiegelt im Waldbach

Wegen der noch tiefstehenden Sonne lag bei diesem Morgenspaziergang der Wald noch weitgehend im Schatten. Hier und da gab es einen hellen Sonnenfleck, der wegen des Kontrasts die Details des Waldbodens überstrahlte. Erst wenn man näher kam und die Augen sich auf die Helligkeit einstellen konnten, war alles zu erkennen. Einer dieser Sonnenflecken fiel auf den Waldbach und dessen bewegtes Wasser reflektierte das Licht spielgelnd in die Augen. Da der Spiegel in diesem Fall aus einer bewegten, teils stationären, teils sich verändernden welligen Oberfläche bestand, wurden die gespiegelten Gegenstände entsprechend deformiert. Hinzu kommt, dass sich wegen der Transparenz des Wassers auch noch Details des Untergrunds mit einmischen, sodass sich bewegte Bilder ergaben, von denen das Foto eine Momentaufnahme zeigt.
Auch wenn man nicht wüsste, welcher Gegenstand in dieser Aufnahme gezeigt wird, düfte intuitiv klar sein, dass wir es nicht mit einem zufallsgenerierten Szenario zu tun haben, sondern mit dem Anblick eines real ablaufenden Vorgangs.

Vorschau auf den Farn

In diesen Nächten kommt der Frost nochmal zu seinem Recht und beeindruckt am Morgen mit den in der Nacht fertiggestellten Kunstwerken. Soll damit der Entwicklung in der Botanik Nachdruck verliehen werden? Jedenfalls sieht es mir auf der rechten Seite des Fotos so aus, als sollte hier ein Farnblatt entstehen. Als Display wird die randvolle Regentonne benutzt. Der ganz in der Nähe vorhandene Teich wurde gemieden. Dessen Wärmekapazität ist wegen der Größe des Wasserreservoirs einfach zu groß, um an der Oberfläche Temperaturen von 0° C zu ermöglichen.

Wellenmuster einer eiligen Gans

Optische Täuschung auf der Straße

Als ich einen Spaziergang auf einer ziemlich ramponierten Asphaltstraße unternahm, den Blick in die Ferne schweifen ließ und auf die Straße nur deshalb achtete, um nicht zu stolpern, geriet ich plötzlich ins Stolpern. Es lag zwar kein Grund vor, denn die Straße war an der Stelle nicht schlechter als anderswo, aber sie trug eine „Zeichnung“ die tief in unsere abendländische Wahrnehmung integriert ist. Die wie auch immer durch den Einfluss von Witterung und Benutzung entstandenen Riefen verliefen gerade so, wie man es gelernt hat eine Kuhle auf einem Blatt Papier eine Kuhle zu zeichnen: lauter zum Zentrum hin (dort wo es am tiefsten sein sollte) schwungvoll gezogene Linien.
Es ärgerte mich schon ein wenig, dass ich mich in der vertrauten räumlichen Welt (unbewusst) von Riefen auf einer weitgehend ebenen Fläche dermaßen täuschen ließ. So wäre es beinahe dazu gekommen, dass mich nicht ein reales, sondern ein eingebildetes Hindernis zu Fall gebracht hätte. In welcher Welt lebe ich eigentlich?
Noch ein Wort zur dunklen Färbung des Asphalts. Auch dabei handelt es sich nicht um einen echten Unterschied zur hellen Färbung. Das Wasser eines kurz vorher niedergegangenen Regens hat sich in den Riefen länger gehalten als im übrigen Bereich. Denn die Verdunstungsrate ist überall gleich. Nasse Stellen pflegen dunkler und farbintensiver zu sein als helle, das hatten wir früher schon einmal diskutiert.

Strukturen aus dem Untergrund

Was ist auf diesem Foto zu sehen? Hochzüngelnde Flammen in ungewöhnlichen Farben. Oder merkwürdige Pflanzen die dem Licht entgegen streben? Mit solchen Fragen könnte ich diesen Beitrag beenden und das Foto als eine Art naturschönes Kunstwerk stehenlassen. Oft tue ich das.
Aber eines meiner wesentlichen Anliegen ist es zu erklären. In diesem Fall geht es mir darum zu zeigen, was man in seiner Umgebung sehen kann, wenn man es nicht übersehen würde. Unsere Netzhäute werden nämlich wesentlich öfter von sehenswerten und ästhetische ansprechenden Dingen belichtet als man denkt. Sehen muss gelernt werden.
Die hier zu sehenden Gebilde sind Wasserströme, die langsam aus dem feuchten Sanduntergrund hochquellen und aufgrund unterschiedlicher Strömungsbedingungen (zentrale Strömung = meist schnell, Randströmung = meist langsam) den aus schwarzen und weißen Sandkörnern bestehenden Untergrund zu natürschönen Gebilden umgestalten. Diese Gebilde variieren in der Höhe nur um wenige Zentimeter, sind also weit von der Höhe entfernt, die uns (vielleicht nur mir?) das Foto vorgaukelt.
Die Aufnahme wurde an einem vielbesuchten Strand gemacht, der zur Landseite hin eine gewisse Steigung besitzt und erst kurz vorher die Gezeitenflut hinter sich gelassen hat. Vermutlich strömt nunmehr – vom Druck des auflastenden Wassers befreit – das Untergrundwasser nach oben. Für mich ist es jedenfalls ein naturschöner Anblick. Nicht weit von dieser Stelle entfernt beobachtete ich merkwürdige Minivulkane, die ebenfalls eine ästhetische und – wenn man so will – wissenschaftliche Seite haben..