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Strukturbildung

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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.

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.

Strukturbildung im kalten Schnee

In unserer Gegend schneit es seit Tagen bei einer Temperatur von mindestens – 7 °C. Der Schnee ist „trocken“ wie Sand. Jedenfalls lässt er sich nicht zu Schneebällen formen. Er zerfällt krümelig, auch wenn man sich mit warmen Händen noch so bemüht. Der Schnee wird somit zum leichten Spielball des Windes, der ihn wie nichts vor sich hertreibt, verwirbelt und zu aerodynamisch geformten Verwehungen auftürmt. Weiterlesen

Metamorphose

Metamorphosis
When water turns ice does it remember
one time it was water?
When ice turns back into water does it
remember it was ice?*

 

 


* Carl Sandberg. The Complete Poems of Carl Sandburg. San Diego 1970, p. 734

Strukturen im Schnee

Nach dem kurzen Schneeintermezzo in diesem (bei uns bisher ausgebliebenen) Winter möchte ich noch das im Foto eingefangene Phänomen  nachtragen.
Wenn Schnee zu einer Zeit fällt, in der der Boden noch nicht gefroren und die Lufttemperatur in der Nähe des Gefrierpunkts ist, gibt es die Chance interessante Phänomene zu entdecken. Eines dieser Phänomene ist auf dem Foto zu sehen. Als ob die Natur einen Sinn für ästhetische Gestaltung selbst im Bereich von gepflasterten Gehwegen entfalten würde, werden hier die dünnen Fugen zwischen den Pflastersteinen deutlich mit einem relativ hohen Schneewulst überbrückt und in vielen Fällen auch noch dunkel nachgezeichnet. Weiterlesen

Pfützeneis – wie gemalt

Pfützen haben einen schlechten Ruf, weil sie meist mit Schmutz und Nässe in Zusammenhang gebracht werden. Dabei lässt man sie meist links liegen und verpasst zahllose Momente, in denen man entzückt wäre von der naturschönen Seite dieser zufällig entstandenen und auch nur begrenzte Zeit existierenden Miniteiche.
Vor allem wenn sie zufrieren, überziehen sie sich nicht einfach mit einer glatten Schicht à la Fensterscheibe. Vielmehr probieren sie in Abhängigkeit von den physi(kali)schen Umweltbedingungen und in Übereinstimmung mit den Naturgesetzen, die unterschiedlichsten Muster aus. Dabei spielen zufällige Einflüsse wie lokale Schwankungen der Temperatur, Geschwindigkeit mit der das Wasser versickert, Verschmutzungsgrad etc. eine nicht zu unterschätzende Rolle. Weiterlesen

Eismuster auf der Regentonne

In die Röhre zu gucken ist ja eigentlich negativ konnotiert. Schon vor einigen Tagen konnte ich ein Gegenbeispiel bringen. Diesmal haben wir eine Röhre in Form einer Regentonne. Sie ist immer wieder für Überraschungen gut – auch im Winter. Wenn es gefroren hat, schaue ich als erstes in die grüne Tonne. Vor einigen Tagen war sie wieder von einem sehr schönen Eismuster bedeckt – so schön, dass ich nicht wagte Wasser für die Blumen zu entnehmen. Am Vorabend hatte ich die Tonne noch einmal inspiziert und da ahnte ich bereits, dass es am Morgen etwas Schönes zu sehen geben würde. Vom Rand her trieben bereits einzelne lange Eiskristalle über die Wasseroberfläche, so als würden Claims für verschiedene Muster abgesteckt. Ein Ausschnitt der nächtlichen Frostaktivitäten ist im Foto zu sehen.

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

Fraktale Verästelungen auf Walnüssen

Unser Walnussbaum hat in diesem Jahr sehr viele Nüsse produziert, die zur Zeit am warmen Kamin geknackt und verzehrt werden. Da wir es mit der Säuberung der Nüsse nicht so gründlich vorgegangen sind, wie man es bei gekauften wohl erwartet, bieten sich oft Anblicke wie auf diesem Foto. Sie zeigen vermutlich Reste der Versorgungsgefäße, durch die die spätere „erwachsene“ Nuss innerhalb einer später abfallenden weichen Hülle aufgepäppelt wurde. Es scheint so etwas wie eine Miniplazenta zu sein. Jedenfalls stelle ich mir das so vor. (Biologen*innen mögen mich da ggf. korrigieren.).
Von der Struktur her haben wir hier wieder das von Adersystemen, Einzugsbereichen von Gewässern u.ä. bekannte Bild fraktaler Verästelungen (vgl. z.B. hier und hier und hier und hier und hier und hier und hier).

Wellenlandschaften – Sandwellen

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

Sandrippel – Gestalt gewordene Antagonismen

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

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Im Bilde sein

…Bilder sind das einzige, wodurch das Unfassbare zu uns spricht, nur durch Bilder schlüpft es in uns hinein.
Nur wer die Dinge im Bilde besitzt, dem gehören sie zu.*


* Erhard Kästner. Zeltbuch von Tumilat. Frankfurt 1983, S. 84

 

Gestaltende Bewegung – bewegende Gestaltung

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

Leonardo da Vinci (1452 – 1519)

 

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

Stillleben mit zwei Kieselsteinen oder Strukturbildung am Strand

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

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

Sandstrukturbildung mit Zuschauer

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

An einem fließenden Bach zu sitzen kann sehr entspannend und wohltuend sein. Man hört das gleichmäßige Murmeln unterbrochen von einzelnen hellen Klängen, man sieht die Wellenmuster, die erst dadurch ihre eigene Form preisgeben, dass sie die Umwelt reflektieren, und nimmt den typischen Geruch wahr, der durch zerspringende Bläschen als Aerosole in der Luft verteilt werden…
Im vorliegenden Fall sah ich außerdem eine quasistationäre Figur. Sie wurde durch die Reflexion der schattigen Umgebung auf der zwar gewellten aber weitgehend glatten Oberfläche hervorgebracht und von mir als Abbild einer Person in einem langen Gewand wahrgenommen. Obwohl sie im fließenden Wasser gewissen Schwankungen unterworfen war, blieb sie als solche erkennbar. Das weist auf ziemlich stabile stationäre Vorgänge im Wasserstrom hin – zumindest für die Zeitdauer der Beobachtung -, die nur durch kleine Fluktuationen leichten Schwankungen unterworfen waren. Später sah ich auf dem Foto eine weitere winzige Person… Manchmal ist man halt empfänglich für Pareidolien.

Sonnenmalerei – Samaria I

Das Sonnenlicht lässt sich durch optische Vorgänge wie Reflexion, Brechung, Beugung u.ä. ohne weitere Einwirkung in farbige Strukturen verwandeln, die man dem ansonsten langweilig weißen Licht kaum zutraut. Im Anschluss an den Künstler Paul Konrad Hoenich (1907 – 1997), der sich vor allem mit reflektiertem Sonnenlicht befasst hat, ordne ich diese Strukturen (siehe Abbildung) der Sonnenmalerei zu. Hoenich weist darauf hin, dass der Künstler bei der Technik der Sonnenmalerei „die Art und Qualität der Projektion (des Sonnenlichts) bestimmt, die einzelnen Bilder aber nicht im voraus festlegen kann.“
Im vorliegenden Fall habe ich einen Schnitt durch ein mit Hilfe eines CD-Rohling erzeugtes Axicon auf einem weißen Blatt Papier aufgezeichnet.

Dünenlandschaft von der Natur gemalt

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

Mustergültige Interferenzen

Manchmal zeigt sich die Natur von ihrer experimentellen Seite. Ein in eine Vogeltränke geratenes, zappelndes Insekt macht diese zu einer Wellenwanne*, wie man sie vielleicht noch vom Physikunterricht her kennt. Das Insekt schlägt vergeblich mit den Flügeln, um sich aus dieser bedrohlichen Situation zu befreien. Obwohl ihm sicher nicht dazu zumute ist, erzeugt es dadurch ein ebenso ästhetisch ansprechendes wie physikalisch interessantes Wellenmuster.
Dieses Muster ist die Überlagerung der beiden Wellensysteme, die durch die phasengleich mit konstanter Frequenz wie die Tupfer einer Wellenwanne auf und ab bewegten Flügel hervorgerufen werden. Weiterlesen

Musterbildung in der Regentonne

Gestern bot sich mir beim Blick in die Regentonne der (ausschnitthaft) in dem Foto dargestellte Anblick. Es sah aus wie ein Werk der abstrakten Kunst, was sich zudem auch noch in langsamer Bewegung befand. Typische Strömungsfiguren, wie man sie beispielsweise zuweilen bei Algenbefall auf Seen und Teichen beobachten kann prägen das Bild. Es sind deutlich zwei verschiedene Bereiche auszumachen. Weiterlesen

Von Enten und Wellen

Diese Ente scheint das Muster ihrer Rückenfedern auf mir unerklärliche Weise in ihrem Kielwasser zu reproduzieren, wenn auch in umgekehrter Richtung. Wie macht sie das nur?
Diese wohl eher einer Pareidolie entsprechende Übereinstimmung ist wohl eine der vielen Launen der Natur oder unserer Wahrnehmung. Aber auch schon das V-förmige Muster, das sie hinter sich her zieht, ist interessant genug, denn es hat einige universelle Eigenschaften. Weiterlesen

Pflanzliche Muster im Wüstensand

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