Von fließendem Wasser verursachte Erosion rundet Objekte nicht nur ab, sondern kann auch einzigartige Formen mit scharfen Spitzen und Kanten bilden. Das hat ein Forschungsteam der New York University herausgefunden. Die Ergebnisse, welche in der neuesten Ausgabe des Journals Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) erscheinen, enthüllen die unerwarteten Wege, wie Erosion Landschaften und künstliche Materialien beeinflussen kann.
Der Einfluss der Erosion wird von Umweltschützern und Geologen weitgehend anerkannt, aber weniger klar ist, wie die Naturelemente – vor allem Wasser und Luft – arbeiten, um Land, Felsen und künstliche Strukturen zu gestalten, was oft in ungewöhnlichen Formationen resultiert.
“Der Hauptfokus dieser Studie war es zu verstehen, wie und warum Erosion diese komischen Formen macht”, erklärte Leif Ristroph, ein Postdoktorand am Courant Institute of Mathematical Sciences der New York University und einer der Co-Autoren der Studie.
Um diesen Fragen nachzugehen, erdachten die Forscher ein Experiment, das im Applied Mathematics Laboratory des Courant Institute durchgeführt wurde, um natürliche Erosion nachzubilden. Darin versenkten die Forscher Ton – als Bälle oder Zylinder geformt – in einem 4,5 Meter langen Wassertunnel. Der Apparat wurde entwickelt, um einen beständigen, gleichmäßigen Wasserstrom zu erzeugen, der den Wissenschaftlern erlauben würde zu beobachten, wie Erosion ein gesamtes Objekt formt.
Was sie herausfanden war, dass Wasser als eine Scherkraft gegen Objekte agiert – einer Nagelfeile nicht unähnlich -, was sie in bestimmte Formen bringt. Von einem Tonball ausgehend, scherte das fließende Wasser die Seiten weg und brachte einen Kegel mit einer spitzen Vorderseite hervor. Ebenso wurde der Tonzylinder in eine dreieckige Form gebracht. Die Forscher versuchten dann, diese Ergebnisse zu bestätigen, indem sie das Experiment in einem Computermodell nachbildeten. Diese Ergebnisse stimmten mit den experimentellen Ergebnissen überein und zeigten in einer Computersimulation, wie die Form aufrechterhalten wurde, wenn der Körper wegerodierte.
“Wasser wirkt tangential zu den Oberflächen von Objekten und krammt Material ab, um diese einzigartigen Formen zu erzeugen”, erklärte Ristroph. “Gewissermaßen arbeitet es wie ein Bildhauer, der Materialien auf natürliche Weise in neue Formen modelliert.”
Die anderen Co-Autoren der Studie waren Matthew Moore, ein Postdoktorand am Courant Institute, die Courant Professoren Stephen Childress und Michael Shelley, sowie Jun Zhang, ein Professor am Courant Institute und dem Department of Physics an der New York University.
Die Forschungsarbeit wurde durch Zuschüsse vom U.S. Department of Energy (DE-FG02-88ER25053) und der National Science Foundation (DMS-1103876, MRI-0821520) unterstützt.
(THK)
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