Der Ursprung der mysteriösen Wabenmuster, die in Salzwüsten auf der ganzen Welt zu finden sind

Salzwüsten gehören zu den extremsten und unwirtlichsten Orten der Erde und ihre bizarren und jenseitigen polygonförmigen Strukturen ziehen jedes Jahr Hunderttausende von Touristen an.

Sie kommen unter anderem im Badwater Basin des Death Valley in Kalifornien und im Salar de Uyuni in Chile vor, wo sie als Kulisse für den Wüstenplaneten Crait in „Star Wars: Die letzten Jedi“ dienten.

Jetzt konnte ein Team von Forschern der Nottingham Trent University und der TU Graz in Österreich den Ursprung dieser Muster und ihre ikonische Form und Größe erklären. Die Forschung wird in der Zeitschrift veröffentlicht Körperliche Überprüfung X.

Früher wurde vermutet, dass die Salzkruste der Wüste austrocknet und sich Risse bilden, um die herum die Muster wachsen. Eine andere Hypothese besagt, dass die Salzkruste kontinuierlich wächst und sich aufgrund von Platzmangel verbiegt und die Muster bildet.

Keine dieser Erklärungen berücksichtigt jedoch die konstante Größe – immer ein bis zwei Meter – und die Wabenform.

Eine plausiblere Erklärung liefern nun Forscher, die beschreiben, wie die Konvektion von salzhaltigem Wasser im Untergrund für die wabenartige Bildung der Salzmuster verantwortlich ist.

Auch die konstante Größe der Merkmale und die Geschwindigkeit, mit der die Muster wachsen, seien darauf zurückzuführen, heißt es.

Um diesem Rätsel der Natur auf den Grund zu gehen, kombinierte das Team die Forschungsgebiete Strömungsdynamik aus der Physik und Geomorphologie aus den Geowissenschaften und untersuchte das Phänomen aus mehreren Richtungen.

Sie beobachteten in Laborexperimenten, wie sich salzhaltiges Wasser in sandigen Böden bewegt, und analysierten in numerischen Simulationen die Längenskala der Muster unter verschiedenen Bedingungen. In zwei Feldstudien in Kalifornien beobachteten sie die Muster in der Natur und sammelten Proben, um zu zeigen, dass die Strömungen im Untergrund die an der Oberfläche sichtbaren Muster widerspiegeln.

Sie waren die erste Forschungsgruppe, die in einem Video festhielt, wie das Salzmuster wächst.

Die Erkenntnisse, die die Forscher in Experimenten, Simulationen und Feldstudien gesammelt haben, zeigen alle ein konsistentes Bild.

Der treibende Mechanismus für die Musterbildung ist die Konvektion oder Zirkulation von Salzwasser im Boden unter der Salzkruste. Die Salzwüsten, in denen diese Muster vorkommen, sind keineswegs knochentrocken und das stark salzhaltige Grundwasser reicht oft bis direkt unter die Salzkruste. In diesen Wüsten würde man das Wasser schnell mit der Hand graben, obwohl es viel zu salzig wäre, um es zu trinken.

Wenn diese Sole dann in der heißen Sommersonne verdunstet, bleibt das Salz zurück. Dadurch wird das Grundwasser direkt unter der Oberfläche salziger und damit schwerer als das frischere Wasser, das noch darunter lauert. Ist dieser Salzgehaltsunterschied hoch genug, beginnt das salzhaltigere Wasser nahe der Oberfläche nach unten zu sinken, während frischeres Wasser von unten nach oben steigt.

Ähnlich wie heißes und kaltes Wasser durch Konvektion in Heizkörpern zirkuliert, bilden sich im Untergrund Konvektionsrollen aus salzhaltigem und weniger salzhaltigem Wasser.

Eine einzelne Konvektionsrolle hätte eine kreisförmige Form, die das von der Rolle eingeschlossene Volumen maximiert, während ihr Umfang minimiert wird. Entstehen jedoch viele Konvektionswalzen nebeneinander im Boden, werden sie aneinander „gequetscht“ und erzeugen sechseckige, wabenartige Muster, an deren Rändern stark salzhaltiges Wasser absinkt.

An Orten mit besonders hohem Salzgehalt kristallisiert auch mehr Salz an der Oberfläche aus. Im Laufe der Zeit bildet die resultierende Kruste die erhabenen Buckel und Kanten, die das wabenförmige Salzmuster erzeugen.

Erstautorin Dr. Jana Lasser von der TU Graz sagte: „Dies ist ein großartiges Beispiel für neugiergetriebene Grundlagenforschung. Die Natur stellt uns vor ein offensichtliches und faszinierendes Rätsel, das unsere Neugier weckt und uns dadurch dazu anregt, es zu lösen – auch ohne direktes Weiter Möglichkeit der Anwendung im Auge.“

Neben der Befriedigung der Neugier hilft ein Verständnis der Topographie von Salzwüsten bei der Vorhersage, wie viel mineralreicher Staub von den Oberflächen der Salzwüsten gelöst und in die Atmosphäre gewirbelt wird. Dieser Staub wiederum spielt eine wichtige Rolle bei der Wolkenbildung und dem Transport von Mineralien in die Ozeane.

Dr. Lucas Goehring, außerordentlicher Professor für Physik an der School of Science and Technology der Nottingham Trent University, sagte: „In Salzwüsten sieht man als erstes – fast das einzige, was man sieht – ein endloses Flickenteppich aus Sechsecken und anderen geordneten Formen 50 Millionen Touristen haben diese Muster allein im Death Valley besucht, und die fantastische Landschaft verlangt nach einer Erklärung.

„Was wir gezeigt haben, ist, dass es eine einfache, plausible Erklärung gibt, die jedoch unter der Erde verborgen ist. Die Oberflächenmuster spiegeln das langsame Umkippen von Salzwasser im Boden wider, ein Phänomen, das den Konvektionszellen ähnelt, die sich in einer dünnen Schicht aus bilden kochendes Wasser.

„Obwohl der schöne Wind über Salzwüsten weht, ist er eine Hauptquelle für atmosphärischen Staub, und unsere Ergebnisse werden dazu beitragen, solche Prozesse in Wüstenumgebungen zu verstehen.“

An der Studie waren auch das Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation in Göttingen, die University of Southampton, die University of Leeds, die Universität Göttingen und die Oxford University beteiligt.