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Strukturbildung

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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

Alle Gegenstände und Medien, also auch Wasser, tendieren dazu die unter den gegebenen Umständen mögliche tiefste Lage einzunehmen. Dahinter steckt das natürliche Prinzip (2. Hauptsatz der Thermodynamik), soviel Energie wie möglich an die Umgebung abzugeben. Das Ergebnis wäre eine ebene Wasseroberfläche. Aber dazu kommt es im vorliegenden Fall gar nicht erst, weil der Behälter eine Öffnung hat, durch die das Wasser der gleichen Tendenz folgend in das nächst tiefere Becken fällt.
Aber selbst beim Fallen des Wassers gibt es eine Möglichkeit, Energie an die Umgebung abzugeben, indem die Oberfläche, zu deren Ausbildung verhältnismäßig viel Energie nötig ist, verkleinert wird. Doch auch dieser Prozess bleibt im Ansatz stecken, denn inzwischen hat das Wasser ein noch tieferes Becken erreicht.
Aber man kann immerhin erkennen, dass die fallende Schicht sich nach unten hin zusammenzieht mit der Tendenz Zylinderform anzunehmen. (Auch dazu würde es nicht kommen, wie ich in einem früheren Beitrag gezeigt habe).
Der nahezu freie Fall der Wasserschicht wird modifiziert durch Einflüsse der Ränder. Die sich beim schrägen Anstrom auf die Öffnungen aufwölbenden Wasserströme tendieren dazu, aus Trägheit ihre Richtung beizubehalten und führen in der unteren größeren Schale dazu, sich zu überkreuzen bevor sie abermals gestoppt werden und sich im Becken verwirbelnd zur nächsten Öffnung bewegen. Alle diese Vorgänge werden durch individuelle Einflüsse von Unregelmäßigkeiten an den Rändern u.Ä. überlagert und entsprechend modifiziert. Auf diese Weise entstehen naturschöne Wasserstrukturen.

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

Wie entstehen diese Strukturen?


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

Auf einer Wanderung in der Krummhörn traf ich auf dieses weiße Gans, die auf die Brücke zueilte, auf der ich eine kurze Rast einlegen wollte. Sie zeichnete dabei dieses schöne Wellenmuster ins Wasser, sodass ich sofort bereit war, meinen Proviant mit ihr zu teilen – jedenfalls im Verhältnis zu unseren Körpergewichten.
Weil Wasser transparent ist, kann man die Oberflächenstruktur nur dann erkennen, wenn das von ihr ausgehende Licht nicht einheitlich strukturiert ist, sondern aus farblich unterschiedlichen, hier im Wesentlichen hellen und dunklen Bereichen besteht. Das ist oft durch die Spiegelung prägnanter Wolken oder wie im vorliegenden Fall durch die Spiegelung des noch unbelaubten Geästs von Bäumen im Wasser gegeben.
Obwohl das Herannahen der Gans ganz leicht und unangestrengt wirkt, zeigt die Tiefe der Bugwelle, dass sie doch einige Energie investieren muss, um schnell zu einer Kompensation zu gelangen. Die Gans muss gute Erfahrungen mit Menschen gemacht haben, dass sie den Einsatz für lohnend erachtet.

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..

Ein Stein schafft sich ein naturschönes Ambiente

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

Himmelblaue Augen

Photo by Michael Morse on Pexels.com

Nur etwa 10% der Menschen haben blaue Augen. Damit ist gemeint, dass bei diesen Menschen die Ringblenden (Iris) um die Pupillen blau erscheinen, während bei 90% der Weltbevölkerung Brauntöne dominieren. Von den Blauäugigen leben die meisten Menschen im Ostseeraum. In Estland sind es sogar 99%. Warum das Braun derart dominant ist und das Blau vor allem im Norden vorkommt, kann man beispielsweise hier nachlesen. Entscheidend für die Seltenheit der blauen Augen ist, dass Blau rezessiv vererbt wird. Denn eigentlich ist das Blau der Augen gar keine Farbe. Jedenfalls gibt es im Auge keine blauen Pigmente. Der Effekt, der zu blauen Augen führt, tritt bei allen Menschen auf. Er wird allerdings meistens von den braunen Pigmenten überstrahlt, sodass er bei braunen Augen nicht zu sehen ist. Blaue Augen kommen daher nur dadurch zustande, dass sie kaum über braune Pigmente verfügen.
Dieser Blaueffekt fällt zwar nicht vom Himmel, hat aber mehr mit dem Himmelblau zu tun als man vielleicht vermutet. Dabei denke ich gar nicht so sehr an poetische Vergleiche, sondern knallharte physikalische Fakten. Es empfiehlt sich daher zunächst noch einmal kurz zusammenzufassen, wie es zum Himmelblau kommt.
Der Himmel beginnt auf der Erde. Denn das was wir vom blauen Himmel sehen, ist die transparente Luftschicht, die die Erde umgibt. Deren Blau fällt allerdings erst ab einer bestimmten Schichtdicke auf und tritt vor allem vor entfernten Bergen und dem pechschwarzen Weltall besonders in Erscheinung.
Die Färbung entsteht stark vereinfacht gesagt dadurch, dass der Blauanteil des Sonnenlichts an den Luftmolekülen wesentlich stärker gestreut (also aus der Einfallsrichtung des weißen Lichts abgelenkt) wird als die übrigen Farbanteile (Wellenlängen) insbesondere des langwelligen Rots. Deshalb sehen wir nicht nur Licht aus der Richtung der Sonne, sondern aus allen Richtungen. Diese sogenannte Rayleigh-Streuung führt zu einer für das Leben auf der Erde bedeutsamen indirekten Beleuchtung, deren Blau wir meist gar nicht als solches wahrnehmen.
Die Rayleigh-Streuung tritt aber nicht nur an den Luftmolekülen auf, sondern auch an winzigen Teilchen von der Größenordnung der Wellenlängen des sichtbaren Lichts in Flüssigkeiten (z.B. in Wasser, das mit ein wenig Milch versehen wird), Gasen und in Festkörpern. Auch die Iris bzw. die Regenbogenhaut unserer Augen enthält solche Streuteilchen. Diese bewirken, dass vor allem das kurzwellige blaue Licht gestreut wird, während das restliche Licht weiter eindringt und absorbiert wird. Mit anderen Worten: Die Ähnlichkeit blauer Augen mit dem Himmelblau betrifft nicht nur den gleichen Farbton, sondern auch den physikalischen Entstehungsmechanimus.
Übrigens: Die in der Abbildung zu erkennenden Strukturen in der Iris verweisen auf ein interessantes Strukturbildungsphänomen. Es führt dazu, dass jeder Mensch unabhängig von der Farbe seiner Augen, ein individuelles Muster vorweisen kann. Aber das ist eine weitere Geschichte, auf die ich später eingehen werde.

Spuren im Sand

Vielleicht wollte die Sammlerin (des Sandes, HJS) sich gerade den Lärm der verzerrenden und aggressiven Sinneseindrücke vom Leibe halten, den konfusen Wind des Erlebten loswerden, um endlich die sandförmige Substanz aller Dinge für sich zu haben, die Kieselstruktur des Seins zu berühren. Darum löst sie die Augen nicht von jenen Sänden, dringt mit dem Blick in eins jener Gläser ein, gräbt sich ihr Loch, versetzt sich hinein und liest die Myriaden von Nachrichten, die in einem Häufchen Sand stecken. Jedes Grau, das einmal in helle und dunkle, glitzernde und trübe, kugelförmige, polyedrische und flache Körnchen zerlegt worden ist, erscheint nicht mehr als grau oder beginnt überhaupt erst, uns begreiflich zu machen, was eigentlich grau bedeutet.
Derart das Tagebuch der melancholischen (oder glücklichen!) Sandsammlerin entziffernd, frage ich mich am Ende, was eigentlich in jenem Sand der zahllosen Wörter geschrieben steht, die ich mein Leben lang aneinandergereiht habe, in jenem Sand, der mir jetzt so fern von den Stränden und Wüsten des Lebens erscheint. Vielleicht können wir, wenn wir den Sand als Sand und die Wörter als Wörter betrachten, ein wenig besser begreifen, wie und in welchem Maße die zermahlene und zerfallene Welt darin noch ein Fundament und Modell finden kann.
*


* Italo Calvino. Gesammelter Sand. Essays. München 1995, S. 13f

Skurrile Eispodeste auf dem Baikalsee

VLADIMIRPB / GETTY IMAGES / ISTOCK

H. Joachim Schlichting. Spektrum der Wissenschaft 1 (2022), S. 60 – 61

Das Schöne ist eine Manifestation
geheimer Naturgesetze

Johann Wolfgang von Goethe (1749–1832)

Selbst bei lang anhaltenden tiefen Temperaturen kann die Eisdecke eines Sees allmählich schrumpfen. Das liegt an der Wärmestrahlung des Tageslichts. Aufliegende Steine schirmen diese unter sich ab, während das restliche Eis abgetragen wird. Sie finden sich daher schließlich auf einer Säule balancierend wieder.

In unseren Regionen trifft man auf einem zugefrorenen Gewässer zuweilen Steine, Blätter und Äste an, die sich in einer Mulde befinden, so als wären sie dort unter dem eigenen Gewicht eingesunken (siehe »Schmelzabdruck«). Der Eindruck trügt. Vielmehr absorbieren sie die direkte Sonnenstrahlung und erwärmen sich deswegen über den Gefrierpunkt hinaus. Bei nicht allzu tiefen Temperaturen entsteht zunächst Schmelzwasser und dann mit dessen Verdunstung eine passgenaue Mulde, die bei länger andauernder Sonneneinwirkung immer tiefer wird. Das Eis an sich ist weitgehend transparent und nimmt nur wenig Sonnenenergie auf. Es wird an unberührten Flächen in der Umgebung also kaum angegriffen.

Manchmal lässt sich aber eher das Umgekehrte beobachten, etwa bei lang anhaltenden tiefen Temperaturen auf schneefreien, zugefrorenen Seen wie dem Baikalsee in Sibirien. Dort sind Steine zwar auch von einer Mulde umgeben, aber statt darin zu liegen, scheinen sie vielmehr darüber zu schweben. Tatsächlich werden sie von einem schmalen Eispodest getragen, das aus der Vertiefung herausragt. Wegen der visuellen Ähnlichkeit zu meditativ genutzten Steintürmchen werden solche Fundstücke gelegentlich als Zen-Steine bezeichnet (siehe »Zen-Stein«).

Die Kontur der Zen-Steine erinnert an pilzartige Felsformationen, wie sie beispielsweise im türkischen Kappadokien zu bewundern sind (siehe »Feenkamine«). Solche »Feenkamine« entstehen, indem härteres Gestein, das auf weicherem liegt, an manchen Stellen die Erosion durch Wasser und Wind abschirmt und damit verzögert.

Es war bereits bekannt, dass die Erosion auch beim Entstehen der Zen-Steine eine wesentliche Rolle spielt. Bisher ließ sich allerdings nicht erklären, welcher Mechanismus bei derart tiefen Temperaturen das Eis so stark abträgt. Denn einerseits ist die direkte Sonneneinstrahlung jahreszeitlich bedingt sehr schwach, und zum anderen erfolgt die Strukturbildung der Zen-Steine unabhängig davon, ob und aus welcher Richtung die Sonne scheint.

Im Oktober 2021 haben die Physiker Nicolas Taberlet und Nicolas Plihon von der Universität Lyon das Problem gelöst. Sie konnten sowohl experimentell als auch anhand eines physikalischen Modells zeigen, dass die Erosion durch die Sublimation von Eis bewirkt wird. Beim Sublimieren einer Substanz geht diese direkt vom festen in den gasförmigen Zustand über. Das flüssige Stadium wird sozusagen übersprungen. Das ist kein ungewöhnlicher Vorgang – im Winter verschwindet Schnee selbst in unseren Breiten unter bestimmten Bedingungen, ohne zuvor flüssig geworden zu sein (siehe »Spektrum« 2/2020, S. 78). Ein solcher unmittelbarer Übergang geschieht außerdem beispielsweise beim festen Kohlenstoffdioxid, das umgangssprachlich bezeichnenderweise Trockeneis heißt und bei Umgebungstemperatur in einer stürmischen Reaktion gasförmig wird (siehe »Spektrum« 11/2009, S. 52).

Bei der Sublimation von Eis finden Schmelzen und Verdampfen gewissermaßen gleichzeitig statt. Daher muss die dazu nötige Wärme für beides auf einmal aufgebracht werden; obendrein ist beim Wasser jeweils relativ viel Energie dafür erforderlich. Woher stammt sie? Eis absorbiert Licht sichtbarer Wellenlängen kaum. Deswegen kommen fast ausschließlich die langwelligen Anteile des diffusen Tageslichts in Frage, das aus allen Richtungen einstrahlt.

Aus dessen Intensität lässt sich die Rate der Eiserosion durch Sublimation abschätzen. Dabei zeigt sich: Der Schwund geht sehr langsam vonstatten. Dabei schirmt ein auf dem Eis liegender Stein die unter ihm befindliche Fläche ab und schützt sie vor Verlusten. So senkt sich allmählich das Eisniveau außerhalb des Schattens, und der Stein bleibt auf einem Podest liegen. Dieses scheint aus der sinkenden Eisfläche herauszuwachsen und wird dabei der diffusen Strahlung des Tageslichts stärker ausgesetzt. Dadurch trifft die von überall kommende Wärme auch auf die zunehmend hohen Seiten der Eissäule, die zu einem immer schmaleren Stiel erodiert – der schließlich unter dem Gewicht des Steins bricht.

Taberlet und Plihon haben ihre Theorie durch Laborexperimente abgesichert. Sie führten sie in einer Vakuumkammer durch, wie sie zur Gefriertrocknung etwa von Lebensmitteln verwendet wird. Bei den dort herrschenden niedrigen Drücken und Temperaturen konnten die beiden Physiker die Sublimationsrate wesentlich erhöhen und damit die Erosionsdauer entsprechend verkürzen. Sie stellten die Geschehnisse auf dem Baikalsee gewissermaßen im Zeitraffer nach. Statt Steine verwendeten sie kleine Metallplatten. Diese wurden mit dem Schrumpfen der umliegenden Eisschicht in der Kammer schnell auf ein immer höheres und schmaleres Podest gehoben. Bei Versuchen mit Plättchen unterschiedlicher Art war der Effekt unabhängig vom Material. Insbesondere spielte die Wärmeleitfähigkeit des Stoffs keine Rolle.

Bei einem näheren Blick fällt auf: Ähnlich wie bei den eingangs genannten Blättern auf hiesigen zugefrorenen Flächen bildet sich unter den Zen-Steinen ebenfalls eine Mulde. Denn sie absorbieren – anders als Eis – auch Energie im sichtbaren Bereich des Tageslichts und geben diese als Wärmestrahlung an die Umgebung ab. Das erodiert die in unmittelbarer Nähe befindliche Eisfläche zusätzlich. Hier zu Lande bringt das die Unterlage üblicherweise zum Schmelzen, in Sibirien aber erhöht es wegen der sehr tiefen Temperaturen lediglich die Sublimationsrate.

Quelle

Taberlet, N. , Plihon, N.: Sublimation-driven morphogenesis of Zen stones on ice surfaces. PNAS 2021 Vol. 118 No. 40 e2109107118

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.

Miniaturvulkan

Nachdem der Cumbre Vieja auf meiner Lieblingswanderinsel La Palma ausgebrochen ist, sehe ich offenbar überall Vulkane, selbst im Asphalt, der von der Sonne zum Ausbruch bzw. Schmelzen gebracht wurde (siehe Foto).
Bei genauerem Hinsehen erkennt man aber, dass hier etwas ganz anderes passiert. Ein Stein, der auf einer vorher festen Bitumenschicht lag, sinkt in dem Maße ein, wie letzteres sich von der Sonne aufgeheizt flüssig wird. Interessant ist dabei, dass das Bitumen nicht einfach weich wird und sich plastisch verformt, sondern in eine strähnenartige Struktur übergeht.

Blaustich

Schmuck im Gespinst

Spinnennetze sind jetzt im Herbst wieder reichlich zu sehen. Vor allem deshalb weil die dünnen normalerweise meist übersehenen Fäden mit winzigen Tautropfen benetzt sind, die das Sonnenlicht reflektieren. Das im Foto abgebildete Gespinst fiel mir aber durch einen blauen Einschluss auf, der wie ein Schmuckstück aussieht. Ich habe leider nicht herausfinden können, worum es sich dabei handelt. Beute kann es kaum sein. Es fehlen die Details, die z.B. auf ein Insekt schließen lassen.

Die Schönheit im Innern einer Baumwurzel

Viele Dinge werden erst dann so richtig sie selbst, wenn sie aus einem nivellierenden Kontext herausgenommen werden. So auch in diesem Foto. Wer würde schon darauf kommen, dass es sich um einen Ausschnitt aus einer Baumwurzel handelt, die auf einem Wanderweg von den vielen Fußtritten ans Tageslicht gefördert und glatt getreten wurde. Von weitem ist es halt eine hölzerne Wurzel von Nahem ein naturschönes Muster.
Natürlich hat der Baum es mit seinen Wurzeln nicht darauf angelegt, ein Kunstwerk hervorzubringen – das entsteht ohnehin erst im Auge (oder sonstwo) des Betrachters – aber die durch die vitalen Vorgänge im Baum entstandenen und durch mechanische Einwirkung freigelegten Holzstrukturen üben losgelöst von diesen (ehemaligen) Funktionen einen ästhetischen Reiz auf den Betrachter aus.

Strömungen mit Pareidolien

Das Leben ist ein ständiges Fließen, das wir anzuhalten und in dauerhafte und festgelegte Formen zu bringen versuchen, und zwar innerhalb wie außerhalb von uns; denn wir selbst sind schon feste Formen, Formen, die sich zwischen anderen unbeweglichen Formen bewegen und deshalb dem Fluß des Lebens folgen können, bis er immer starrer wird und schließlich seine schon allmählich verlangsamte Bewegung ganz aufhört. Die Formen, mit denen wir in uns dieses beständige Fließen anzuhalten und festzulegen suchen, sind die Begriffe, die Ideale, denen wir treu bleiben möchten, sowie alle von uns geschaffenen Phantasiebilder, die Lebensumstände, die Stellung, in der wir uns einrichten möchten. Aber der Lebensfluß fließt in uns, in dem, was wir Seele nennen und was das Leben in uns ist, ständig weiter, nicht klar bestimmbar, unterhalb der Dämme und der Grenzen, die wir ihm aufzwingen wollen, indem wir uns ein Bewußtsein bilden und uns eine Persönlichkeit aufbauen. In manchen stürmischen Augenblicken stürzen allerdings alle diese unsere Formen unter dem Ansturm der Flut erbärmlich in sich zusammen. Aber auch der Teil des Flusses, der nicht unterhalb der Dämme und Grenzen dahinströmt, sondern den wir deutlich erkennen und den wir sorgfältig in die Kanäle unserer Gefühle, der Pflichten, die wir uns auferlegt haben, und der von uns selbst uns vorgezeichneten Gewohnheiten geleitet haben, schwillt manchmal so an, daß er über die Ufer tritt und alles über den Haufen wirft in der Natur.*


* Luigi Pirandello. Der Humor. In: Caos. Mindelheim 1987, S. 41f

Noch sind viele Blätter grün

Dieses vermutlich vorzeitig gefallene auf dem Boden liegende grüne Blatt hat ein zwiespältiges Verhältnis zum Wasser. Einerseits lässt es sich vom Wasser nicht flächendeckend benetzen, ist also nicht total wasserliebend (hydrophil). Andererseits stößt es das Wasser nicht völlig ab und erlaubt einzelnen Tropfen und Tröpfchen die Blattoberfläche zu bedeckten. Lediglich in den grabenartig vertieften Bereichen der Blattadern werden größere Benetzungsgebiete dadurch erzwungen, dass die Tröpfchen infolge der Schwerkraft die Vertiefung ausfüllen.
Während die größeren Wasserflächen das Grün des Blattes kräftig hervortreten lässt, wird es in den übrigen von Tropfen bedeckten Bereichen erheblich ausgeblichen. Denn insbesondere die kleineren Tröpfchen streuen ähnlich wie Nebeltröpfchen das auftreffende Licht und „verwässern“ das Blattgrün. Dadurch und durch die selbstähnliche Struktur der unterschiedlich großen Tropfen ergibt sich insgesamt eine naturschöne Struktur, die wert ist auch einem gefallenen Blatt eines Blickes zu würdigen.

Spirale 16 – Spiraltendenz in der Natur

Wir mußten annehmen: es walte in der Vegetation eine allgemeine Spiraltendenz, wodurch, in Verbindung mit dem vertikalen Streben, aller Bau, jede Bildung der Pflanzen nach dem Gesetz der Metamorphose vollbracht wird.

Die zwei Haupttendenzen also oder, wenn man will, die beiden lebendigen Systeme, wodurch das Pflanzenleben sich wachsend vollendet, sind das Vertikalsystem und das Spiralsystem; keins kann von dem andern abgesondert gedacht werden, weil nur eins durch das andere lebendig wirkt. Aber nötig ist es zur bestimmteren Einsicht, besonders zu einem Vortrag, sie in der Betrachtung zu trennen und zu untersuchen: wie denn eins oder das andere waltet, bald seinen Gegensatz überwältigt, bald von ihm überwältigt wird oder sich mit ihm ins gleiche zu stellen weiß, wodurch uns die Eigenschaften dieses unzertrennlichen Paares desto anschaulicher werden müssen.*.

Nicht immer sind die Spiralen leicht zu erkennen, so auch in diesem Bild.


* Johann Wolfgang von Goethe: Über die Spiraltendenz in der Vegetation. In: Naturwissenschaftliche Schriften. München 1981. S. 135

Eine benetzte Pusteblume am Morgen…

Eine auffallend schöne Pusteblume gewährt Einblick in ihr Inneres, weil sich wie auch immer eine Öffnung im weißen Ball gebildet hat. Abgesehen von der durch die radial angeordneten Samen samt ihrer Gleitschirme gegebenen schönen Struktur zeigt sich diese in einem filigranen Tröpfchengewand. In der kühlen Nacht hat die relative Luftfeuchte die 100%-Marke überschritten, sodass sich der überschüssige Wasserdampf verflüssigte. Das passiert aber nicht einfach so – es müssen kleine Keime vorhanden sein, an denen Wassertropfen ihren Ausgang nehmen. Damit ein Tropfen entsteht, beginnend mit einem fast unendlich kleinen Radius, muss ein fast unendlich großer Druck aufgebracht werden. Wenn aber eine geeignete winzigen Fläche, ein Keim, vorhanden ist, die als Teil des sich bildenden Tropfens fungiert, sind entsprechend geringere Drucke nötig, und die Tropfenbildung schreitet zügig voran. Das ist hier an den zahlreichen kleinen Verästelungen der Schirmchen bis tief ins Innere des luftigen Balls geschehen und führt zu einer interessanten Tröpfchentextur, die den ästhetischen Reiz der benetzten Pusteblume ausmacht. In dem Maße, wie sich die Sonne blicken lässt und die Temperatur, wieder ansteigt, verdampfen die Tröpfchen wieder. Die Schirmchen nehmen ihr gewohntes Aussehen an und sind damit wieder bereit zum Start…

Einige haben diesen Beitrag gestern bereits gestern Nacht gesehen. Ich hatte ihn aus Versehen publiziert, obwohl er noch nicht ganz fertig war. Ich bitte dies zu entschuldigen.

Natürliche und naturschöne Wohnhöhlen

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Naturschöne Wasserpfütze

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Eiskristalle wachsen sehen…

… klingt so ähnlich wie: Mäuse husten hören.
In diesen Tagen zeigt sich der Winter in all seinen Facetten. Jedenfalls jenen, die man dem Winter seiner Träume zuschreibt. Lässt man sich nicht zu sehr von dem Schnee blenden, kann man den Blick für das Kleine bewahren und schärfen, das sich oft im Verborgenen abspielt. In diesem Fall war ich auf ein Phänomen gefasst, als ich morgens durch die Balkontür blickend eine Temperatur von -6 °C im nicht geheizten Wintergarten ablas. Mir war klar, dass sobald ich die Tür von der mit Wasserdampf gesättigten Küche öffnete, die Scheiben im Wintergarten beschlagen würden. Sie taten es und vernebelten sofort den Blick auf den winterlichen Garten. Weiterlesen

Liebe zur Geometrie

In dem Maße, wie die Sonne immer tiefer sinkt, gewinnt das ansonsten wenig auffallende Schneefeld immer mehr an Profil. Wo bisher nur die von einer Schafherde abgeernteten Pflanzenreste in Form von toten Halmen zu sehen waren, sieht man sie nunmehr immer deutlicher aus kleinen gleichmäßig gerundeten Hügeln herausragen.
Die Hügel sind dabei, in Abstimmung mit der sinkenden Sonne ihre Schatten deutlich zu verlängern. Blaue Schatten – denn wo das Sonnenlicht nicht hinkommt, dominiert das Himmelslicht. Diese Schatten nehmen immer mehr die Form von Kegelschnitten an. Aber auch die Halme verlängern sich mit feinen Schattenlinien. Und da sie in der überwiegenden Mehrzahl auch mit der Spitze im Schnee eintauchen und so mit der Schneeoberfläche als dritter Seite Dreiecke bilden, liefern sie auch einen eigenen Beitrag zur Geometrie auf dem Schneefeld.
Dass die Halme mit einem Schneeberg umgeben sind, verdanken sie dem Schneegestöber von vor zwei Tagen. Der Schnee verfing sich an den Halmen und rundete sich in der Folgezeit durch verschiedene Prozesse zu ziemlich gleichmäßig geformten Hügeln. Die Hügel, aus denen kein Halm hervorlugt, haben schlichtweg den Kürzeren gezogen und diesen vollkommen in sich eingeschlossen.

Schneeverwehungen – Luftschlösser des Winters

Luft ist ein geheimnisvolles Medium. Zwar ist sie allgegenwärtig und wir brauchen sie zum Leben, aber wie sie sich verhält, wenn sie mal nicht steht – wer mag schon stehende Luft – bleibt uns wegen ihrer Unsichtbarkeit weitgehend verborgen. Andererseits kann ich mir nur schwer vorstellen, wie es wäre, wenn man die Luft sehen könnte und sei es auch nur so wie man das weitgehend transparente Wasser sieht.
Wie ich ausgerechnet zu dieser Zeit, da das Wasser in seiner festen Form und weißen Farbe in fast allen Bereichen die volle Aufmerksamkeit auf sich zieht, dazu komme über die Luft zu sinnieren? Ein Blick vor die Tür (jedenfalls zurzeit in unserer Gegend) gibt die Antwort. Die großen Schneemassen sind weit von einer gleichmäßigen Verteilung entfernt. Es gibt Bereiche, da sieht man schneefreien Boden, aber auch solche, an denen der Schnee meterhoch getürmt ist. Diese Schneeverwehungen sind aerodynamische Ausgeburten der bewegten Luft, des Sturms, der in den letzten Tagen den lockeren Schnee seinen mehr oder weniger turbulenten Bewegungen entsprechend dort aufgenommen und hier abgelegt hat.
Großen Einfluss auf die entstehende Struktur der Verwehungen haben Hindernisse, die die Luft kanalisieren – beschleunigen, abbremsen, in verschiedene Ströme aufteilen, in Turbulenzen treiben und das alles unter harten physikalischen Bedingungen, etwas der, die Luftdruckunterschiede den Umständen entsprechend minimal zu halten. Überhaupt sind die Luftbewegungen nichts anderes als Ausgleichsströmungen zwischen Gebieten hohen und niedrigerem Luftdruck, aber das auszuführen würde jetzt zu weit führen.
Wenn dann auch noch die Sonne scheint und die Schatten von Bäumen u.Ä. auf den Schnee fallen, kann man an den Krümmungen die Formen der Schneeverwehungen sehen, die ohne dies wegen der geringen Kontraste kaum und weniger eindrucksvoll zu erkennen wären.
Interessant sind dabei die Blaufärbungen der Schatten und Schattierungen. Das sind die Bereiche, in die das Sonnenlicht kaum oder gar nicht hinkommt und das Licht des blauen Himmels die Oberhand gewinnt.

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