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30.07.10 · 14:54 Uhr

Video am Freitag: Das Geheimnis der Regentropfen

Kategorie: Naturwissenschaften  ·  Kommentare: 4

Mein heutiges Video am Freitag zeigt wieder einmal sehr schön, dass selbst die alltäglichsten Dinge, schaut man sie sich aus der Nähe an, noch Geheimnisse bergen. Eines davon gehört der Erosion durch Regentropfen.

Bisher ist nur unzureichend erforscht, wie genau die Bodenerosion funktioniert, wenn Regentropfen auf die Oberfläche prallen. Ein einzelner Regentropfen ist harmlos, aber, so die Wissenschaftler der Vanderbilt University in Nashville, Tennessee weiter:

...wenn Milliarden von Tropfen bei einem Wolkenbruch auf die nackte Erde fallen, schlagen sie wie Milliarden kleiner Hämmer und verdrängen Tonnen von Erdboden pro Hektar, die vom Oberflächenabfluss fortgeschwemmt werden.

Dieser mit splash erosion benannte Vorgang ist von entscheidender Bedeutung für die Landwirtschaft. Diese erste Phase der Erosion bedeute für die USA jährlich 27 Mrd. US-Dollar wirtschaftlichen Verlust. Umso wichtiger, dass dieser Prozess auch im Detail verstanden wird.

In einem Forschungsprojekt haben die Vanderbilt- und Arizona State University jetzt einen 50-jährigen Irrtum ausgeräumt in dem Verständnis, wie diese splash erosion funktioniert und ein theoretisches Modell erstellt, das darstellt, auf welche Weise die kinetische Energie des Regentropfen beim Aufprallen auf die Sandkörner übertragen wird und wie diese dann vom "Einschlagsort" weggeschlagen werden.

In einem Versuch wurden dabei mithilfe eines sechs Meter langen Rohres Tropfen auf eine Oberfläche mit Sandkörnern fallen gelassen und mit einer Hochgeschwindigkeitskamera aufgenommen. Der Versuchsaufbau war dabei so konzipiert, dass die Regentropfen ungefähr dieselbe Aufprallgeschwindigkeit wie in der Natur hatten. Das Ergebnis sieht man nun hier:

Was wurde dabei herausgefunden?
Wenn kleine Tropfen auf groben Sand fallen, so trafen sie ohne große Spritzer und verschwanden beinahe, ohne eine Spur zu hinterlassen. Ganz anders sieht es dagegen bei großen Tropfen auf feinem Sand aus. Fällt der Tropfen auf die Erde, dann flacht er ab und schiebt dabei eine Wolke von Sandkörnern vor sich her. Fast direkt danach gewinnt die Oberflächenspannung des Tropfens; er zieht sich wieder zusammen und hinterlässt einen kleinen "Einschlag-Krater".

Die großen Unterschiede der Ergebnisse in Abhängigkeit von der Tropfengröße sind dabei nicht überraschend, ist die Masse eines Regentropfens mit 5 mm Durchmesser 125 Mal höher als die eines 1-mm Regentropfens. Zusätzlich fallen große Regentropfen schneller, sodass 5 mm Tropfen die 50.000-fache Energie eines 1 mm Tropfens haben.

Mehr Untersuchungsergebnisse findet ihr im Journal of Geophysical Research in der Ausgabe vom 16. Januar 2007.

Damit macht das "Video am Freitag" Pause, in der zweiten Augusthälfte bin ich wieder da.

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Autor: Frank Abel· 4 Kommentare· Permalink· Trackback-URL

Tags: erosion· forschung· meteorologie· regentropfen· slow motion· splash erosion· vanderbilt· video· zeitlupe