2.4.2.1 Sand im konstanten Wind
Frage:
Wer ist an den Sandriffeln an der Luft verantwortlich: Die Luft oder der Sand oder beide?
Man muss etwas weiter weg fahren, wenn man große unberührte Sandflächen finden will, zum Beispiel nach Leba an die polnische Ostseeküste, und auch dort muss man noch einige Kilometer vom Ort weg sein, um solche Bilder machen zu können:
Wind-Riffel superlang: nach konstantem und ungedreht abgeflautem Westwind, Blickrichtung Nord.
Betretene superlange Windriffel
Windriffel „geriffelt“
Windriffel „geriffelt“, man ahnt den Verwehungs-Übergang
Beriffelte Mikrodüne
Oase im Riffelmeer
Mikro-Dünen im Nieselregen
Interferenz der Mikro-Dünen mit den Riffeln bei Sonne. Spannend ist die geschwungene V-Form hinter dem unbeweglichen Hindernis!
Muschel im stürmischen Regen
Die Störungen scheinen voneinander „zu wissen“, es fängt an zu flimmern…
Im Physik-Journal las ich neulich (Physik Journal 15 (2016) Nr. 8/9 S. 22), dass es durch Diskretisierung eines Sandhaufens im Superrechner gelingen soll, „richtige“ Makro-Dünen von Sandriffeln im Wind zu unterscheiden, indem man einen Hopping-Effekt im Luftwirbel überm Riffel zulässt, und auf dem Mars entdeckte Zwischenformen (durch dünnere Luft mit höherer Geschwindigkeit fliegende Körner) theoretisch zu bestätigen (das soll dann mit den Wasser-Strömungs-Riffeln korrelieren – siehe dort).
Wir vereinfachen das für uns:
- Kommt der Sand ins Fliegen, weht er zu Dünen auf, so wie der Schnee das auch macht, bis er auf der Lee-Seite abstürzt und liegenbleibt (deshalb baut man ja die Schneezäune an den Straßen auf).
- Kommt der Sand nur ins Kullern oder Hüpfen, so bleibt er beim kleinsten Hindernis liegen und vergrößert dieses solange, bis es so hoch ist, dass sein Kamm weggeweht wird.
Sardinien-Süd: Der Sand fliegt die Düne hinauf, über die Riffel hinweg
Somit haben wir ein zweidimensionales Modell: Windrichtung und Höhe über Grund. Aber nun kommt’s: Wie kommt es zur seitlichen Ausbreitung in die dritte Dimension?
Wir nehmen an, dass viele Riffel-„Keime“ entstehen können. Sind sie zufällig „nebeneinander“ im Sinne der Windrichtung, können sie sich vereinen, sind sie es nicht, löschen sie sich aus, weil ja der Wind nicht nur „oben“ am Riffel mehr pfeift, sondern ein wenig auch rechts und links von ihm, denn da ist ja schließlich auch eine Krümmung der Oberfläche; die Lee-Situation tritt dort aber schon eher ein, weshalb dort auch eher etwas liegenbleiben kann, was also die Riffel in die Breite zieht, bis sie mit einem zufälligen Nachbarn irgendiwe „interagieren“ müssen!
Gesunder Menschenverstand und „First Priciples“
Es wäre nicht erklärbar, wenn es eine unendliche seitliche Fortsetzung der Riffel gäbe, und es wäre nicht erklärbar, wenn sie sehr kurz wären (ein Wirbel endet nur an einer Mediengrenze oder biegt sich weg oder weitet sich trichterförmig unter Abschwächung aus, aber er endet nicht abrupt im wirbelnden Medium). Da auch kleine Ringwirbel (torusförmige wie Rauchringe) nur im seitlichen Rhythmus oder gar nicht bestehen könnten, um ein Muster zu bilden, wenn sozusagen weitere Wirbelstraßen mit Achsen senkrecht zum Sand existieren müssten, wäre eine ursachenfreie Annahme gemacht, die erst recht gegen jede Vernunft verstieße.
So haben wir im „Ausschlussverfahren“ (wie bei Ratesendungen im Fernsehen) unserer Version der oberflächenparallelen und senkrecht zur Windrichtung an Unebenheiten zufällig entstehenden und dann kommunizierenden Wirbel (positive Rückkopplung oder Auslöschung und Neubildung) den Vorrang zu geben.
Ich plädiere dafür, ein Verhältnis von Riffel-Länge senkrecht zur Windrichtung („Korrelationslänge“) und Riffel-Abstand in Windrichtung („Wellenlänge“) zu bilden und die Stabilität der Situation durch dieses Verhältnis (Vielleicht „Aspektverhältnis“ analog zur Mikrosystemtechnik zu nennen? Das muss gut von der Amplitude oder dem Amplituden-Wellenlängen-Verhältnis – bei Wasserwellen „Steilheit S“ genannt – zu unterscheiden sein, das aus der unmittelbaren zweidimensionalen Dynamik folgt!) zu charakterisieren. Da gab es an der polnischen Ostsee Tage, wo dieses Verhältnis deutlich über 20 lag (im Mittel einer großen Fläche natürlich gemessen) und für Einzelobjekte sogar über 50. Normal liegt es nach meinen Beobachtungen bei 5 bis 8, noch kleinere bei wechselnden Winden bilden sich so schnell um, dass gar kein „richtiges“ Muster stabiler Wirbel entsteht.
Spannend sind die oben zu sehenden größeren Störungen, die sich in Windrichtung fortsetzen und das „Zusammenwachsen“ der Riffel erschweren, so dass die Versetzungen untereinander wieder ein Streifenmuster bilden können. Dort bilden sich offenbar bei einer Grenzgeschwindigkeit „Windbahnen“ aus, wo der „fliegende“ Übergang zur Dünenbildung passiert. Dazu passt auch, dass die Lee-Seite supersteil ausgebildet ist.
Antwort:
Qualitativ ist der Zusammenhang klar geworden: Beide (Luft und Sand) sind sowohl an der guten Längs-Struktur als auch an deren Quer-Begrenzung natürlich beteiligt. Die quantitative Modellierung steht hier aber noch aus…
Vielleicht habe ich ja eine Idee, wie ich meinem schmalbrüstigen Rechner ein Modell aufdrücken kann? Vielleicht doch nicht komplett diskretisiert, sondern stetig, aber mit Wirbeln als diskreten und selbstjustierbaren Strukturelementen? Mir schwant, dass auch hier ein Energie-Aspekt eine Rolle spielt, nämlich eine dynamische Minimierung der Reibungsenergieverluste.
Die Größen der Struktur sollten wieder aus der Gleichheit auf- und abbauender Ströme bestimmt werden können. Insgesamt wird ein gerichteter Transport stattfinden, die Riffel werden also wandern müssen. Mit diversen Parametern an einem Modell spielen zu können, muss wieder berauschend sein! (Und schließlich haben wir aus den dreidimensionalen zellulären Universen auch die algorithmische Erfahrung der unterschiedlichen Schnitt-Darstellungen von drei Raum- und einer Zeitdimension…)
Also: Bis später!
Kommentar abgeben