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Granulare Materie: Trockener Treibsand

Auf Sand bauen kann gefährlich werden, auf Sand treten auch: Ist der Untergrund gut durchfeuchtet, kann sich der so vermeintlich feste Boden als Treibsand entpuppen. Bei Trockenheit dagegen sollte nichts passieren - von wegen.
Trockener Treibsand
Die Szene gilt als ebenso unvergesslich wie unwahrscheinlich: Lawrence von Arabien, im Film dargestellt von Peter O'Toole, verliert auf grausame Weise einen seiner Diener – der Junge versinkt in einer Düne in Treibsand. Unwahrscheinlich deshalb, weil Treibsand kein trockenes, sondern ein feuchtes Phänomen ist: Der Untergrund ist wassergesättigt und hält daher die Körner locker in der Schwebe. Die Oberfläche kann tückischerweise trocken wirken, gibt bei Druck aber nach, weshalb ein Mensch durchaus einsinken kann, wenn er eine solche Stelle betritt. Ohne Wasser jedoch sitzt Sandkorn an Sandkorn, und regelrechte Kraftnetzwerke sorgen für einen guten Halt – so gut, dass auch Häuser darauf sicher stehen.

Doch sollte man ja nie zu sicher sein. So rüttelt jetzt ein Tischtennisball an der nassen Grundlage des Treibsandes: Detlef Lohse von der Universität im niederländischen Twente und seine Kollegen haben ihn in trockenem Sand versenkt, und das bis in etliche Zentimeter Tiefe. Aber wie?

Trockener Treibsand | Kaum losgelassen, versinkt der Ball blitzschnell im sandigen, aber luftig gepackten Untergrund. Den Abschluss bildet ein spektulärer Jet.
Nun, die Wissenschaftler hatten von unten Luft in ihr Sandgefäß gepustet, die Düse abgestellt und dann gewartet, bis sich die winzigen Körnchen wieder gesetzt hatten. Die kurze Fönkur hatte einiges durcheinander gewirbelt, weshalb die Dichte der Körnerpackung nachher statt der üblichen 55 bis 60 Prozent nur noch 41 Prozent betrug – das System war also reichlich luftig. Dann setzten die Forscher mit aller Vorsicht an einem Bindfaden einen Tischtennisball mit Bronzepartikeln im Innern auf der Oberfläche ab und verbrannten den Faden, um jegliche Erschütterung zu vermeiden.

Und schwupps, war er weg: Kaum war der Halt gelöst, verschwand der Ball in wenigen Millisekunden im Sand – ganz ohne Spritzer. Stattdessen schoss nach hundert Millisekunden plötzlich heftig ein Sandstrahl in die Luft. Und irgendwann später kam dann noch das Bäuerchen der mitgesogenen Luftblase hinterher.

Abhängigkeit von der Masse | Einen Sandjet gibt es erst ab einer Masse von 28,5 Gramm (rote Punkte). Die endgültige Tiefe hängt ebenfalls direkt von der Masse ab (graue Punkte).
Als das Team um Lohse den Ball wieder ausbuddelte, musste es über zwanzig Zentimeter tief graben – mehr als das Fünffache des Balldurchmessers. Die endgültige Eindringtiefe hängt dabei offenbar linear von der Masse der Kugel ab, stellten die Forscher fest, indem sie einen winzigen, starren Messstab an ihrem Sinkobjekt befestigten und mit verschiedenen Gewichten experimentierten. Den spektakulären Sandjet gibt übrigens erst bei entsprechend schweren Jungs von mehr als 28,5 Gramm.

Könnte sich die Szene in Lawrence von Arabien also doch so abgespielt haben? Schon möglich, meinen die Wissenschaftler: Wenn in der Wüste sehr feiner Sand vom Wind aufgewirbelt und woanders abgelagert wird, könnten ähnliche Bedingungen entstehen wie im Laborsandkasten, nur in größerem Maßstab. Da wäre dann auch genug Platz und Tiefe, um ganze Menschen zu verschlingen. Von Freilandversuchen hierzu sollte man aber wohl eher absehen.

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