Wissen Salzwüsten-Waben: Sogar für „Star Wars“ attraktiv

Jana Lasser bei der Feldstudie für die TU Graz in der Salzwüste im kalifornischen Death Valley.
Jana Lasser bei der Feldstudie für die TU Graz in der Salzwüste im kalifornischen Death Valley.

Wie aus einer anderen Welt wirken die wabenförmigen Muster, die oft in Salzwüsten unter anderem im Death Valley (USA) und in Bolivien vorkommen. Forscher haben die Entstehung der Muster untersucht.

Rund um den Globus bilden sich in Salzwüsten wabenförmige Muster, etwa im Badwater Basin des Death Valley in Kalifornien oder im Salar de Uyuni in Bolivien. Die rätselhaften Salzstrukturen ziehen jährlich Zehntausende Besucher an. Auch als Filmkulisse werden sie genutzt, beispielsweise in „Star Wars: Die letzten Jedi“; im Film dienten die außerirdisch anmutenden Muster des Salar de Uyuni in Bolivien als Szenerie für den Wüstenplaneten Crait.

Warum sich diese Muster bilden, war bislang unbekannt. Vermutet wurde, dass die Salzkruste der Wüste austrocknet und sich Risse bilden, aus denen die Muster wachsen. Ein anderer Ansatz erklärt die Musterbildung damit, dass die Salzkruste kontinuierlich wächst und sich aus Platzmangel aufwölbt und damit die Muster bildet. Keine dieser Erklärungen kann jedoch die gleichbleibende Größe – ein bis zwei Meter – und wabenförmige Form der Muster begründen.

Von Neugier getriebene Grundlagenforschung

Eine möglicherweise plausiblere Erklärung liefert nun Jana Lasser vom Institute of Interactive Systems and Data Science der Technischen Universität (TU) Graz gemeinsam mit Forschern aus Deutschland und England: Im Fachmagazin „Physical Review X“ beschreiben sie, dass Wärmeströmung (Konvektion) von salzhaltigem Wasser im Untergrund für die wabenförmige Ausbildung verantwortlich sei. Auch die gleiche Größe der Waben und die Geschwindigkeit, mit der die Muster wachsen, lasse sich darauf zurückführen.

„Das ist ein tolles Beispiel für von Neugier getriebene Grundlagenforschung. Die Natur gibt uns ein offensichtliches und faszinierendes Rätsel auf, das unsere Neugier anregt und uns dadurch dazu auffordert, es zu lösen – auch ohne direkte weitere Anwendungsmöglichkeit im Hinterkopf“, sagt Jana Lasser.

Wissen aus Physik und Geowissenschaften kombiniert

Um diesem Rätsel der Natur auf die Schliche zu kommen, haben sie und ihre Kollegen Wissen aus der Physik und den Geowissenschaften kombiniert und das Phänomen aus mehreren Richtungen untersucht: „Wir haben unter anderem in Laborexperimenten beobachtet, wie sich salzhaltiges Wasser in sandigen Böden bewegt. Und in zwei Feldstudien in Kalifornien haben wir die Muster in der Natur beobachtet und Proben gesammelt, um zu zeigen, dass die Strömungen im Untergrund mit den an der Oberfläche sichtbaren Mustern zusammenhängen“, berichtet sie.

Die in Experimenten, Simulationen und Feldstudien zusammengetragenen Hinweise deuten laut Forscherteam alle auf eines hin: Der treibende Mechanismus für die Musterbildung ist durch Wärmeströmung ausgelöste Zirkulation von salzigem Wasser im Boden unter der Salzkruste. Die Salzwüsten, in denen diese Muster auftreten, seien nämlich keineswegs knochentrocken. Im Gegenteil: Das stark salzhaltige Grundwasser reiche oft bis direkt unter die Salzkruste. Wenn das Wasser dann in der heißen Sommersonne verdunste, bleibe das Salz zurück. Dadurch werde das Grundwasser direkt unter der Oberfläche salzhaltiger und damit schwerer als das frischere, darunterliegende Wasser.

Es entstehen sechseckige, wabenförmige Muster

Überschreite dieser Unterschied im Salzgehalt eine Schwelle, fange das salzigere Wasser nahe der Oberfläche an, nach unten zu sinken, während von unten frischeres Wasser aufsteige. „Ähnlich wie warmes und kaltes Wasser, das durch Wärmeströmung in Heizkörpern zirkuliert, bilden sich im Untergrund Strömungsrollen von salzigem und weniger salzigem Wasser“, erläutert Jana Lasser.

Durch die Anordnung mehrerer Felder nebeneinander im Boden würden diese „zusammengedrückt“ und ergäben sechseckige, wabenförmige Muster, an deren Rändern sehr salzhaltiges Wasser nach unten sinke. An Stellen mit besonders hohem Salzgehalt kristallisiere auch an der Oberfläche vermehrt Salz aus. „Die entstehende Kruste bildet mit der Zeit die erhöhten Buckel und Kanten aus, die das wabenförmige Salzmuster ergeben“, so die Grazer Wissenschaftlerin.

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