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Felssensationen: Geboren unter Druck

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Naturwunder in Bewegung Das Geheimnis der Steinbögen

Warum bleiben manche Tore aus Sandstein stehen, während andere einstürzen? Forscher haben die Naturwunder belauscht: Die filigranen Brücken bewegen sich unentwegt - im Rhythmus der Tageszeiten.

Menschen bestaunen die kuriosen Naturwunder aus Sandstein. Wasser, Wind und andere Kräfte der Verwitterung haben filigrane Steinbögen geschaffen, die Jahrtausende überdauern. Irgendwann aber stürzen sie ein: Im Canyonland Nationalpark in Utah etwa kollabierten 43 Sandsteinbögen seit 1977.

Die Parkwacht sucht eine Möglichkeit, die Stabilität der Steintore zu diagnostizieren. Forscher haben nun eine Horchmethode entwickelt, mit der sich gefährdete Brücken erkennen lassen könnten. Die Messungen offenbarten, dass die fragilen Felsbrücken erstaunlich stark in Bewegung sind, berichten Experten um Alison Starr von der University of Utah im Fachblatt "Geophysical Research Letters" .

Vibrationssensoren an den Naturwundern in Utah zeigen, dass die Brücken permanent schwingen, ohne dass man es sieht: rauf und runter, seitwärts und mit verdrillten Bewegungen. Der Wind setzt sie in Bewegung, aber auch Sonnenwärme: Im Tagesverlauf schwillt das Gestein in der Wärme deutlich an. Die Brücke hebt sich, sie versteift - und schwingt dadurch schneller, schreiben die Forscher.

Wie halten sich die Dinger so lange?

Nachts sacke der Bogen ab, die Vibrationen erlahmten. Einen ähnlichen Rhythmus erlebten die Naturwunder im Laufe der Jahreszeiten. Veränderungen der Vibrationen könnten einen bevorstehenden Kollaps ankündigen, meinen Starr und seine Kollegen.

Die imposanten Kreationen der Natur gaben weitere Geheimnisse preis, als andere Wissenschaftler jüngst klären wollten, wie sich die fragilen Gebilde stabilisieren, so dass sie Jahrtausende erhalten bleiben. Wie die Geologen um Jiri Bruthans von der Universität Prag in der Zeitschrift "Nature Geoscience" schrieben , steigert die Last des Gesteins ab einem bestimmten Schwellenwert den Zusammenhalt der einzelnen Sandkörner.

In einem Kommentar im gleichen Fachblatt  schrieb Chris Paola von der University of Minnesota in Minneapolis von "Selbstorganisation vom Feinsten": "Bruthans und seine Kollegen präsentieren nicht mehr und nicht weniger als einen herrlichen und eleganten gestalterischen Mechanismus für eine herrliche und elegante Landschaftsform."

Unter Druck

Um die bizarren Gesteinsformen - etwa die Felsbögen im Arches National Park im US-Staat Utah oder im Elbsandsteingebirge - zu erklären, hatten Forscher etliche Faktoren überprüft, etwa Wärme, Frost, Salz, Wasser, Wind, Risse oder biologische Prozesse.

In Laborversuchen testeten sie die Eigenschaften von zementierten und unzementierten Sandsteinarten. Als zementiert werden verfestigte Gesteine bezeichnet. Minerale im Wasser verkitten die Körner des Sediments wie Klebstoff. Der Analyse nach waren unzementierte Sandsteinwürfel zwar zunächst stabil, lösten sich aber beim Eintauchen in Wasser rasch auf.

Wurden solche Sandsteinwürfel jedoch unter vertikalem Druck in Wasser getaucht, lösten sie sich nur bis zu einem bestimmten Grad auf und blieben dann stabil. "Anfangs ist der vertikale Druck auf das Relief relativ gering, wegen der großen Verteilung der vertikalen Last auf die Fläche", schreiben sie. Das Ausdünnen des Würfels erhöhe aber den Druck auf die verbleibende Form - eine filigrane Steinstruktur bleibt stehen. Ohne Druck hingegen zerfalle das Material.

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boj
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