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Wie im Kleinen ….

Rippeln und ihre Geheimnisse

Rippeln auf einer Düne © Edda Schlager

Um zu verstehen, wie sich meterhohe Dünen kilometerweit fortbewegen können, warum sie überhaupt entstehen und manchmal plötzlich wieder verschwinden, haben sich Wissenschaftler zunächst den kleinen Brüdern der Dünen zugewendet: Rippeln sind gleichmäßige Strukturen, die an der Oberfläche von Dünen auftreten, aber auch in flachem Wasser von seichten Flüssen oder Sandstränden.

Pfeffer im Wasser statt englische Küste

Bereits Anfang des 20. Jahrhunderts hatte die britische Physikerin Hertha Ayrton das grundlegende Prinzip der Rippelbildung im Küstensand erkannt. Nach einem Ausflug ans Meer ließen ihr die gleichmäßigen Sandhügelchen am Strand keine Ruhe. Durch Experimente mit Wasser und gemahlenem Pfeffer konnte sie schließlich den Ursprung und das Wachstum der Rippel erklären – und ihre Theorie gilt bis heute.

Wenn Wasser über raue Oberflächen strömt, bilden sich Turbulenzen, die den mitgeschleppten Sand auf den Hindernissen anhäufen. An glatten Oberflächen bilden zufällig mitgeschwemmte Körner die ersten Akkumulationskerne, an denen sich weitere Körner anlagern. Durch die Turbulenzen an den wachsenden Hindernissen, kann sich erst in einem bestimmten Abstand der nächste Hügel bilden. Die Rippel wachsen so lange, bis sie sich gegenseitig den Sand streitig machen. Durch das kontinuierlich strömende Wasser ist das Rippelmuster in steter Veränderung.

Räuberische Rippeln

Vor vier Jahren nahmen sich der dänische Physiker Ken Andersen und sein deutscher Kollege Joachim Krug des Problems des Rippelwachstums noch einmal an. Ein mit Sand und Wasser gefüllter Trog war ihr Versuchsaufbau. Indem sie den Trog tausendfach schüttelten, simulierten sie die regelmäßige Wellenbewegung des Wassers. Und siehe da: Es entstand ein stabiles Rippelmuster im Sand, das sich je nach Intensität und Frequenz, mit der der Trog geschüttelt wurde, veränderte. Mal entstanden zwischen wenigen Rippeln neue, mal „fraßen“ von vielen Rippeln einige die anderen auf.

Rippeln am Strand © Thorsten Hartmann GNU FDL

Ergebnis der Versuche war eine Universalformel, die das Wachstum von Rippeln und den Transport zwischen einzelnen Sandhügeln im Wasser mathematisch erklärt. „Räuberfunktion“ nennt sie Joachim Krug, weil sie beschreibt, wie viel Sand eine Rippel innerhalb eines bestimmten Wellenzyklus ihrem Nachbarn abspenstig macht. Mit der Computersimulation der deutsch-dänischen Forschergruppe lässt sich vorhersagen, wie sich unter bestimmten Bedingungen welche Art und Größe von Rippeln herausbilden. Entscheidend wichtig, wenn es beispielsweise darum geht, die Versandung von Flüssen zu prognostizieren, ist sich Andersen sicher.

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Ob Rippeln sowohl im Wasser als auch im Wind nach dem gleichen Prinzip entstehen, ob überhaupt die Wirkung von Wasser und Wind auf das gleiche Prinzip zurückgeht, konnten Andersen und Krug jedoch nicht klären.

Barchane unter Wasser

Barchane im Wasser © Hersen Pascal Lab. Phys. Statistique

Dass es Ähnlichkeiten gibt, legen die Ergebnisse eines französischen Forscherteams nahe. Die Physiker simulierten die Entstehung von Sicheldünen unter Wasser. Sicheldünen, oder so genannte Barchane, sind die häufigsten Dünen überhaupt. Sie sind halbmondförmig mit Hörnern, die stets in die vom Wind abgewandte Seite zeigen. Und sie sind sehr mobil, die typischen Wanderdünen.

In der Realität werden die Dünen bis zu zehn Meter hoch und bis zu einhundert Meter lang. Weniger als zehn Meter Länge haben sie jedoch nie. Kürzer seien die Dünen deshalb nie, weil sie eine gewisse „Sättigungslänge“ haben müssen, um überhaupt stabil zu bleiben und nicht wieder zu verschwinden, lautet die Theorie. Nur bei dieser Länge nimmt der Wind, wenn er über die Düne streicht, genau so viel Sand auf, wie er fallen lässt. Wäre die Düne kürzer, würde der Wind sie schnell wieder auflösen, weil mehr Sand abgetragen als abgelagert wird.

Bei den französischen Forschern nahmen schließlich Glasperlen die Stelle der Sandkörner ein, anstelle des Winds schüttelte man die Perlen im Wasser hin und her. Tatsächlich entstanden unter Wasser künstliche Barchane, exakt im Maßstab 1:1.000. Selbst Bewegung und Sättigungslänge entsprachen im Verhältnis denen der echten Vorbilder. Zumindest ein Grundprinzip zur Entstehung der Sicheldünen scheint damit gelöst.

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Stand: 24.11.2006

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

Dünen
Wandelnde Sandberge mit Geheimnissen

„Dann bauen wir ein neues Haus“
oder – Ein Dorf stellt sich der Gefahr

Berge aus Sand und Eis
Von Sand-, Strand-, Schnee- und Megadünen

Halb fest, halb flüssig
Die Physik des Sandes

Wie im Kleinen ....
Rippeln und ihre Geheimnisse

.... so im Großen?
Dünen auf Wanderschaft

Gefangener Wind
Überraschender Fund im Tagebau

Wie ein Düsenantrieb
Wenn Dünen singen

Treibsand
Es geht auch ohne Wasser

Kleines Dünen-ABC
Von Barchan bis Transversaldüne

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