Wissenschaftler der New York University simulierten die chemischen und mechanischen Vorgänge
Steinwälder – spitze, baumähnliche Felsformationen, die man in Regionen in China, Madagaskars und woanders findet – sind ebenso majestätisch wie geheimnisvoll. Sie sehen aus, als hätten unbekannte Kräfte ihnen die Form gegeben. Ein Team von Wissenschaftlern der New York University hat nun eine Erklärung für die Entstehung dieser natürlichen Strukturen gefunden.
Die Forschungsergebnisse können künftig auch bei der Herstellung von Strukturen mit scharfen Spitzen helfen, zum Beispiel den Mikro-Nadeln für Diabetiker oder Sonden für die Medizin.
Die Wissenschaftler konnten durch eine Reihe von Simulationen und Experimenten zeigen, wie fließendes Wasser ultra-scharfe Spitzen in Landformen schnitzt. Die Studie beleuchtet auch einen Mechanismus, der das Vorherrschen von solchen Strukturen im Karst erklärt – eine Topographie, die durch die Auflösung von Gesteinen wie Kalkstein entstanden ist.
In mehreren Simulationen spielten die Wissenschaftler die Situation anhand von Felsgipfeln auf Zuckerbases in Wasserbehälter nach und imitierten so lösliche Gesteine etwa in einem Karstgebirge. Besonders interessant war, dass sie keine virtuellen Strömungen anlegen mussten – der Prozess der Auflösung des Gesteins erzeugte seinerseits genau die Strömungen, die für die Entstehung der Spitzen notwendig sind.
Die Laborexperimente an realen Modellen bestätigten die Erkenntnisse aus den Simulationen. Die Autoren folgerten, dass in der Natur dieselben Vorgänge ablaufen – wenn auch viel langsamer. Wenn das Wasser sich später zurückzieht, zeigen sich die Steinwälder.
Koautoren der Studie waren Leif Ristroph, außerordentlicher Professor am Courant Institute of Mathematical Sciences der New York University, Jinzi Mac Huang, zum Zeitpunkt der Forschung Doktorandin an der NYU, und Joshua Tong, zum Zeitpunkt der Studie Student an der NYU. Zum Forschungsteam gehörte auch Michael Shelley, Professor am Courant-Institut.
Quelle: New York University
Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS)
(17.09.2020)
