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Astronomie|Physik Erde|Umwelt

Wanderdünen im Labormaßstab

Wie riesige Sicheln erheben sich Wanderdünen in der Sahara oder der Namib-Wüste in Namibia. Zehn bis hundert Meter lang und bis zu zehn Meter hoch wälzen sie sich Zentimeter für Zentimeter voran. Nun wollen französische Physiker die Gesetze genauer entschlüsseln, nach denen der Wind die einzelnen Sandkörner fortträgt und an bestimmten Stellen wieder absetzt. Da jedoch eine Wanderdüne schlecht in ein Physiklabor passt und Feldforschungen sehr aufwändig sind, entwickelten die Wissenschaftler nun erfolgreich ein Ersatzmodell aus winzigen Glaskügelchen in einem Wasserglas. Ihre Ergebnisse präsentieren sie im Fachblatt Physical Review Letters (Vol. 89, Art. Nr. 264301 ).

Nicht jedem Sandhügel in der Wüste steht eine Karriere als Wanderdüne ins Haus. Je nach Windstärke müssen sie einige zehn Meter lang sein. Denn nur bei einer ausreichenden Länge setzen sich die Sandkörner, die der Wind am vorderen flachen Anstieg aufgenommen hat, wieder am hinteren, steileren Ende ab. Wegen einer schnelleren Luftströmung an den Dünenrändern wird dort der Sand weiter getragen als im Zentrum. So können nach und nach Sicheldünen, so genannte Barchans, entstehen. Der Grund liegt in der Sättigung der Luftströmung mit Sand. Erst ab einer bestimmten Menge des mitgetragenen Sands kann ein Windstoß die Körner nicht mehr halten und lässt sie wieder zu Boden fallen.

Dieses grundlegende Prinzip konnten die Physiker von der Ecole Normale Supérieure in Paris nun in einem kleinen Wasserglas nachstellen. Wegen der deutlich höheren Dichte von Wasser gegenüber Luft schrumpfte auch die minimale kritische Länge einer Wanderdüne deutlich. Statt Sandkörner überließen sie winzige, 150 Tausendstel Millimeter kleine Glaskügelchen dem Spiel der Wasserwellen. Bereits nach kurzer Zeit beobachteten sie ähnliche Strukturen wie bei einer echten Wanderdüne. Mit einer Länge von ein bis zehn Zentimetern und einer Höhe von ein bis zehn Millimetern spiegelte die wässrige Düne aus Glaskugeln recht genau die Größenverhältnisse der wilden Vorbilder aus der Wüste wider.

Zwar bezweifelt Hans Herrmann, Physiker von der Universität Stuttgart, die Vergleichbarkeit der beiden Dünen-Systeme. Doch weitere Versuche mit der Laborglasdüne könnten wichtige Ergebnisse liefern, wie die Bewegung von Wanderdünen vielleicht durch Bäume oder Strauchgewächse beeinflusst werden könnte. Auf der Grundlage entsprechender Laborversuche könnten dann wichtige Hinweise für geeignete Strategien gegen eine starke Erosion oder ein anhaltendes Wüstenwachstum gewonnen werden.

Jan Oliver Löfken
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