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Physik:Wie die spitzen Felsen in Südchina entstanden

Dossier: Steinwälder

Löst man Zucker mit Wasser auf, bilden sich unter bestimmten Bedingungen spitze Strukturen.

(Foto: NYU's Applied Mathematics Lab/NYU's Applied Mathematics Lab)

Forscher haben den Prozess der Felsen-Entstehung nachgestellt - mithilfe von Zucker.

Nationalparks auf Madagaskar und Borneo oder das Unesco-Weltnaturerbe Shilin in Südchina: Sie sind berühmt für ihre vielen markanten Felsnadeln, die an steinerne Wälder erinnern. Mithilfe von Zucker haben US-Forscher nun einen Mechanismus entdeckt, der die Entstehung dieser Felstürme erklärt. Das Prinzip stellt das Team um Michael Shelley und Leif Ristroph von der New York University im Fachmagazin PNAS vor.

Demnach formen sich solche Gebilde durch einen simplen natürlichen Prozess, wenn Felsen aus wasserlöslichem Gestein wie etwa Kalkstein unter Wasser stehen. Geomorphologische Studien haben bereits ergeben, dass die Steinwälder auf Madagaskar, Borneo und in Südchina im Laufe ihrer Entwicklung vollständig oder teilweise überflutet waren.

Um den Prozess zu simulieren, nutzten die Forscher eine Stange aus erstarrtem Zuckerguss. Weil Zucker viel stärker wasserlöslich als Kalkstein ist, läuft dieser Prozess innerhalb von Stunden statt in erheblich längeren geologischen Zeiträumen ab. Zu Beginn des Experiments steht eine Zuckerstange in einem Wasserbecken ohne Strömung. Wenn sich die ersten Zuckerteile aus der Stange lösen, erhöhen sie an diesen Stellen die Dichte des Wassers - und dieses sinkt durch die Schwerkraft nach unten. Durch das absinkende Wasser entsteht eine Strömung, die die Lösung des Zuckers noch verstärkt. Und weil diese Strömung senkrecht verläuft, löst sich der Zucker verstärkt an den Seiten der Zuckerstange, und es entsteht eine scharfe Spitze.

In einem zweiten Experiment zeigten Shelley, Ristroph und Kollegen, wie die Felsnadeln aus einem kompletten Felsblock herausgewaschen werden können. Dazu brachten sie an der Oberfläche eines Zuckerblocks ein paar Einkerbungen an. An diesen Stellen beschleunigte sich das Lösen des Zuckers im Wasser, und es entstanden senkrechte Schächte, die sich nach und nach mit anderen Schächten verbanden. Dazwischen formierten sich zunächst Zuckerstangen, die sich dann zu spitzen Zuckernadeln weiterentwickelten.

"In Experimenten erreicht der Krümmungsradius der Spitze schließlich einige zehn Mikrometer", schreiben die Forscher. Sie können sich deshalb vorstellen, dass der von ihnen gefundene Mechanismus auch dazu dienen könnte, extrem spitze Gegenstände herzustellen.

© SZ/dpa/cvei
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