03.05.2018

Dynamik der Zwergdünen

Schlüssiges Modell für die Entstehung seltener Megarippel-Strukturen im Wüstensand.

Bläst der Wind Sandkörner durch die Wüste, entstehen zentimeter­kleine Rippel und gewaltige Dünen. Wie es zur Entstehung von Megarippeln zwischen diesen beiden Extremen kommt, war bislang ungeklärt. Wissen­schaftler der Universität Leipzig und der Ben-Gurion University of the Negev in Israel haben das in gemein­samen Forschungen heraus­gefunden. Sie konnten auch klären, wie man aus der Struktur und Dynamik von Megarippeln und verwandten Forma­tionen auf dem Mars Rückschlüsse auf die Klima­geschichte ziehen kann.

Abb.: Wüstensand kann drei verschiedene Strukturen ausbilden: Rippel, Megarippel und große Dünen. (Bild: H. Yizhaq)

Sandwüsten sind alles andere als glatt. Ähnlich wie auf Wasserober­flächen erzeugen turbulente Winde kleine Rippel und deutlich größere Wellen, die Dünen. Einem internationalen Team von Geomor­phologen und Physikern ist es nun gelungen, den Mechanismus einer dritten Klasse von Sandwellen zu klären. „Diese eigen­tümlichen Megarippel, die aussehen wie große Rippel, entzogen sich bisher hartnäckig allen Erklärungs­versuchen und sogar einer syste­matischen phänomeno­logischen Charak­terisierung“, sagt Klaus Kroy vom Institut für Theo­retische Physik der Univer­sität Leipzig. Erst eine grund­sätzlich neue Betrachtungs­weise, die die vermeint­lichen Riesen­rippel als Minidünen inter­pretiert, bringe nun Ordnung in die Daten und eröffne neue Möglich­keiten für geomor­phologische Analysen und Anwen­dungen in der Ferner­kundung. „Mit diesem Schlüssel könnte es nun auch gelingen, die in diese Sandforma­tionen einge­schriebene Klima­geschichte zu entziffern“, erklärt Kroy.

Die Hinter­gründe werden verständ­lich, wenn man die Besonder­heiten der Entstehung der Mega­rippel genauer unter die Lupe nimmt: Turbulenter Wind erzeugt nicht nur Wellen im Sand, sondern sortiert zugleich auch dessen Körner nach ihrer Größe. Feine Körnchen fliegen weiter, gröbere bleiben zurück. Daher enthalten gewöhn­liche Dünen, deren Sand über viele Kilometer vom Wind trans­portiert wurde, normaler­weise fast nur Sandkörner iden­tischer Größe. Dagegen finden sich in Mega­rippeln sehr unter­schiedliche Korngrößen. Besonders in Erosions­phasen werden die feinen Körner schnell abge­tragen, und die gröberen sammeln sich allmäh­lich an der Ober­fläche des Sandbettes. Dann setzt ein spezieller Transport­vorgang ein: Einschläge hoch­fliegender feiner Sand­körnchen können die gröberen Körner in winzigen Schritten vorwärts treiben. Deren drastisch verrin­gerte Sprung­länge bedingt aber eine gleicher­maßen redu­zierte Größe der ent­stehenden Dünen. Es entstehen Mini­dünen.

Die Wissen­schaftler belegen die neue Inter­pretation von Megarippeln als grob­körnige Zwerg­dünen auch durch markante morpho­logische und dyna­mische Ähnlich­keiten von Mega­rippeln und normalen Sanddünen. Diese waren offenbar wegen des enormen Größen­unterschieds bislang niemandem aufgefallen. „Eine wichtige Schluss­folgerung aus unserer Arbeit ist, dass Megarippel außer­ordentlich sensibel auf Schwankungen der vor­liegenden Korngrößen­verteilung und der vorherr­schenden Windstärke reagieren“, erläutert Marc Lämmel. Das erkläre, warum Mega­rippel bei schwachem Wind nicht wachsen und durch Stürme schnell abgetragen werden. Was bisher nur als Hindernis für syste­matische Feld­studien galt, erweise sich nun als interes­sante Eigen­schaft: Megarippel sind daher vorzüg­liche Archive vergan­gener Segre­gations- und Wachstums­phasen. „Ähnlich wie Jahres­ringe von Bäumen müsste die Schichtung der Körner beispiels­weise in verstei­nerten oder extra­terrestrischen Megarippeln Klima­geschichte erzählen. Die voll­ständige Entzifferung der Sprache des Sandes dürfte zwar noch etwas Mühe bereiten, aber schon der nächste Strand­aufenthalt bietet eine gute Gelegen­heit, damit anzu­fangen“, sagt Kroy.

U. Leipzig / JOL

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