Strukturen der Natur
Strukturen in der Natur haben die Menschen seit jeher fasziniert: Wind, Wasser, Hitze, Frost - sie alle hinterlassen Spuren und Strukturen in Felsen, Sand oder auch Schnee. Manche dieser Prozesse dauern nur kurze Momente und verschwinden mit der nächsten Flut oder einem Windstoß. Andere dauern Jahrtausende.
Mit ihrer Detailaufnahmen in Schwarzweiß und Farbe schärft die Fotoausstellung den Blick für solche Phänomene und vermittelt Hintergrundinformationen zu deren Entstehungsprozessen. Dabei wird zum Beispiel deutlich, dass es sich bei dem Titelfoto nicht um eine Ölspur in einem Gewässer handelt: Dieser ölig erscheinende schillernde Film besteht aus Kleinstorganismen wie Bakterien und Hefepilzen. Er bildet sich in Bereichen, in denen Luft und Wasser zusammentreffen. Diese Mikroorganismen vermehren sich bei einem Überschuss an Nährstoffen in Gewässern sehr stark. Je nach ihrer Zusammensetzung ändert sich die Farbe dieser Kahmhaut genannten Schicht.
Wind
Windrippel in der Wüste
Diese wellenförmigen Strukturen bilden sich ab einer Windgeschwindigkeit, die in der Lage ist, Sandkörner mitzureißen. Ausgangspunkt sind Unebenheiten oder kleine Hindernisse wie Steine oder Sandanhäufungen, an denen andere Sandkörner hängenbleiben. Je größer das Hindernis, umso mehr Sandkörner lagern sich an. Auf der dem Wind abgewandten Seite herrscht ein niedrigerer Druck, durch den sich kleine Wirbel bilden, die zu einer Vertiefung im Sand führen. Ab einer gewissen Höhe wird die Windströmung im oberen Bereich der Kuppe so stark, dass Sandkörner zum „Springen“ (Saltation) gebracht und weiterbewegt werden. Beim Aufprallen auf der Oberfläche stoßen sie weitere Sandkörner an, die sich in kurzer Entfernung ablagern, sodass sich eine neue Rippel bilden kann.
Dünenbildung
Dünen bilden sich bei vegetationsarmem Untergrund an Hindernissen, wo bewegter Sand gezwungen wird, sich abzulagern, ohne vorher verfestigt zu werden. Im Windschatten von Hindernissen wie trockenen Ästen lagern sich zu Beginn Sandkörner schildförmig ab (Zungenhügel). Sie bilden den Ausgangspunkt für weitere Sandablagerungen, durch die allmählich eine Düne entstehen kann. Im Gegensatz zu solchen „gebundenen“ Dünen können „freie“ Dünen (Wanderdünen) durch den Wind weiterbewegt werden. Die Form der jeweiligen Dünen hängt davon ab, ob eine bestimmte Windrichtung vorherrscht oder wechselnde Winde auftreten.
Windrippel in vulkanischer Asche
Sandablagerungen im Windschatten von Hindernissen
Unter dem Einfluss des Windes lagert sich Sand im Windschatten von kleinen Unebenheiten oder Hindernissen ab. Durch Luftfeuchtigkeit oder leichten Regen verfestigen sich diese Strukturen und bilden sich weiter heraus, wenn der sie umgebende Feinsand weggeblasen wird
Kryokonit-Ablagerungen auf Gletscher
Mit dem Wind werden verschiedene mineralische und organische Materialien auf Eis- und Schneeflächen abgelagert. Diese können von Waldbränden, Abgasen aus Kohlekraftwerken und der Erdgasförderung oder auch von Vulkanausbrüchen stammen. Diese dunklen Staubauflagen speichern die Wärme des Sonnenlichts stärker und fördern das Abschmelzen des darunter liegenden Eises oder Schnees. Außerdem siedeln sich an diesen Staubauflagen Bakterien an, die schnell florierende Biofilme bilden. Das erhöht die Menge dunklen organischen Materials auf dem Eis und fördert damit die Erwärmung durch absorbiertes Sonnenlicht.
Pilzfelsen
Bei diesen Pilzfelsen in der algerischen Sahara handelt es sich ursprünglich um vulkanisches Material (Magma), das im Vulkanschlot unter der Erdoberfläche aus Sandstein erstarrt ist (Intrusion). Über viele Jahrtausende wurde das weichere Gestein durch Wasser und Wind erodiert, sodass die härteren Schlote übrigblieben. Doch auch sie werden durch Wind und Sand geformt.
Wasser
Wasserrippel am Strand
Diese Strukturen am Strand werden vom Wechselspiel der vordringenden Wellen und dem zurückfließenden Wasser gebildet. Im Gegensatz zu Windrippel, die bei konstanter Windrichtung auf der Windschattenseite stärker abfallen, sind Wasserrippel gleichmäßiger gebildet. Da die Wasserströmung über dem Meeresboden immer hin und her die Richtung ändert, wird der Sand abwechselnd von der einen und dann von der anderen Seite aufgehäuft.
Strandablagerungen bei Ebbe
Mit der Brandung wird abgestorbenes und zerkleinertes organisches Material, z.B. von Seegraswiesen, mit dem Wellengang am Strand angespült. Während gröberes Material und auch Müll im Spülsaum abgelagert werden, können sich feinere und damit leichtere Anteile in Rinnsalen ablagern, die vom abfließenden Meereswasser gebildet werden. Setzt die Ebbe ein, bleiben diese Strukturen bis zur nächsten Flut erhalten.
Fließstrukturen an Quellhorizont
Am Rande einer mit vulkanischem Feinmaterial bedeckten Ebene dringt Wasser aus einer wasserführenden Schicht an die Oberfläche. An den Hauptaustrittsstellen entstehen rinnenförmige Vertiefungen, die in flache Fließstrukturen übergehen.
Sandstrukturen nach Wasserverdunstung
Diese Strukturen in feinkörnigem Material sind dadurch entstanden, dass stehendes Wasser schrittweise verdunstet ist und sich das Sediment dabei jeweils in kleinen Terrassen absetzen konnte.
Wabenverwitterung
Diese kugel- bis nierenförmige Felsstrukturen, die an Bienenwaben erinnern, können eine Größe von wenigen Zentimeter bis zu mehreren Metern haben. Sie kommen in meist grobkörnigen Gesteinen vor, insbesondere Graniten, Gneisen, Grauwacken und Sandsteinen. Die genauen Ursachen, die zu dieser Form der Verwitterung führen, sind noch nicht abschließend geklärt. Offensichtlich spielen sowohl Prozesse der physikalischen als auch der chemischen Verwitterung eine Rolle. Offensichtlich fördert der Salzgehalt der Luft die Kernverwitterung von innen nach außen, bei der im Gestein enthaltene Bindemittel wie z. B. Kalk oder Kieselsäure gelöst und durch Wasser fortgespült oder durch Wind herausgeblasen werden. Übrig bleiben verfestigte Verwitterungsrinden.
Karren Verwitterung
Als Karren bezeichnet man schmale, meist parallel verlaufende Rillen, vorwiegend im Kalkgestein von Karstgebieten (Rillenkarren). Das Gestein wird dabei durch Regenwasser gelöst. Kluftkarren sind meistens größer und entstehen durch die allmähliche Erweiterung von Gesteinsklüften durch Auslaugung. Dabei verbindet sich Regenwasser mit Kohlenstoffdioxid aus der Luft, sodass Kohlendioxid entsteht.
Hangerosion und -rutschung
Starke Niederschläge, ein oberflächennah aufgetauter Untergrund sowie Lücken an einem ursprünglich mit Grasvegetation bedeckten Hang haben dazu geführt, dass der Hang ins Rutschen gekommen ist und sich Erosionsrinnen bilden konnten. An einem Hindernis hat sich der Strom des herabfließenden Wassers geteilt und einen pilzförmigen Bodenrest stehen lassen, der noch einen Eindruck von der Mächtigkeit des weggespülten bzw. abgerutschten Bodens vermittelt.
Pilzfelsen am Meer
Pilzfelsen können nicht nur vom Wind (wie z.B. in der Sahara), sondern auch durch fließendes Wasser geformt werden. Die typische Form entsteht dadurch, dass am Fuß des Felsens die Strömung und damit die Erosion stärker ist. Fallweise kann auch die chemische Zusammensetzung des Gesteins ein wichtiger Faktor sein, wenn der obere Teil der Verwitterung und Erosion besser standhält. Das Foto zeigt den Kannesteinen auf der Insel Vågsøy in Norwegen.
Rinnenerosion
Zeitweilig sehr starke Niederschläge in ansonsten recht trockenen und vegetationsarmen Gebieten führen dazu, dass Hänge aus wenig widerstandsfähigem Material durch Erosionsrinnen stark zergliedert werden und für die Landwirtschaft nicht genutzt werden können. Daher werden sie auch als sog. Badlands
(= schlechte Ländereien) bezeichnet.
Erdpyramiden
Erdpyramiden können sich in windgeschützter Lage an relativ steilen Hängen bilden, an denen regelmäßig oberflächlich abfließendes Regenwasser tiefe Furchen in einen feinkörnigen und nur gering verfestigten Untergrund fräsen können. Dort, wo Blöcke aus Festgestein das feinkörnige Material im Untergrund vor Regen und Erosion schützen, erodiert dieses deutlich langsamer, sodass im Laufe der Zeit steile, turm- oder kegelförmige Erosionsformen entstehen. Die windgeschützte Lage dafür sorgt, dass Regen nur direkt von oben fällt und die Erdpyramiden nicht von der Seite her treffen und den Erosionsprozess verstärken kann.
Kälte
Schmelzwasserstruktur im Eis
Die einfallende und dabei wandernde Sonnenstrahlung führt an Eisbergen sowie Hängen von Gletschern dazu, dass sich Schmelzwasser bildet und in parallel verlaufenden Rinnen senkrecht abfließt. Dort, wo das Schmelzwasser ins Meer oder in Gletscherkanäle fließt, entsteht dabei eine wellenförmige Struktur.
Kryokonit-Löcher im Eis
Dunkle Partikel wie kleine Steine führen dazu, dass sich dort das umgebende Eis schneller erwärmt und schmilzt. Dadurch können diese Hohlformen auf der Eisoberfläche entstehen. In diesen Vertiefungen lagert sich bevorzugt neuer Staub ab, sodass es zu einem sich selbst verstärkenden Effekt kommt. Tiefe Löcher und Rinnen erleichtern es dem anfangs oberflächlich abfließenden Schmelzwasser, in das Eis einzudringen und über sog. Gletschermühlen bis auf den Grund des Gletschers abzufließen. Unter dem Eis kann sich dadurch ein Wasserfilm bilden, der das Abfließen des Gletschers beschleunigt.
Haareis
Unter bestimmten Bedingungen kann sich an Totholz Haareis (oder auch Eiswolle) bilden. Hierzu gehören einerseits eine höhere Luftfeuchtigkeit und Temperaturen knapp unter 0° C. Außerdem müssen im Holzkörper, vor allem in den Holzstrahlen (radial nach außen verlaufenden dünnwandige Zellen), die fadenförmigen Zellen (Myzelien) eines winteraktiven Pilzes, der rosagetönten Gallertkruste, entwickelt sein. Deren Stoffwechsel mit Sauerstoff produziert Gase, die das im Holz vorhandene Wasser nach außen pressen. Beim Austreten des Wassers aus den Poren im Holz beginnt dieses zu gefrieren. Durch das sich im Holz bei Kälte weiter ausdehnende Wasser und die durch den Stoffwechsel der Pilzzellen gebildeten Gase dringt weiteres Wasser nach außen und gefriert. So entstehen dünne Eisfäden. Gefriert das Wasser auch im Holz, hört das Wachstum der Eishaare auf.
Horizontal wachsende Eiskristalle
Bei sehr niedrigen Temperaturen enthält die Luft sehr wenig Wasserdampfgehalt. Die noch vorhandene Restfeuchte kann dann direkt vom gasförmigen in einen festen Zustand übergehen – ohne den Zwischenschritt der Verflüssigung (direkte Sublimation). Dabei bilden sich in der Luft nadelförmige Eiskristalle, die nach einiger Zeit auf die Erdoberfläche absinken und dort größere Eisnadeln bilden.
Frostmusterböden
Beim Gefrieren des im Boden enthaltenen Wassers nimmt dessen Volumen zu. Die dabei entstehenden Druckkräfte setzen die Bodenteilchen in Bewegung. Bei Böden, die aus sehr verschiedenem Material bestehen, setzt eine Sortierung nach Korngröße ein: Zuerst gefrieren die aus Feinerde bestehenden Stellen, die sich durch die Ausdehnung des Volumens des gefrorenen Wassers leicht ausdehnen. Gröbere Steine werden durch diesen Frostschub beiseitegeschoben. Dadurch entstehen Rund- oder Vieleckformen.
Frostsprengung
In Gesteinsrisse und -poren eingedrungenes Wasser dehnt sich bei Temperaturen unter 0° C um 9 % aus. Diese Volumenvergrößerung und der dabei gebildete hohe Druck ermüden das Gestein durch wiederholte Frost-Tau-Zyklen. Diese vergrößern schrittweise bestehende Risse. Die Frostsprengung wirkt am stärksten an der Gesteinsoberfläche, kann aber auch bis in die oberen Dezimeter wirken. Die dabei abbrechenden kantigen Bruchstücke werden als Frostschutt bezeichnet.
Wandernder Felsbrocken
Derartige Schleifspuren ohne offensichtliche Fremdeinwirkung sind auch aus der Racetrack Playa im Death Valley im Osten Kaliforniens bekannt. Lange gaben sie der Wissenschaft Rätsel auf. Inzwischen ist belegt, dass dort ein Wechselspiel aus Wasser, Eis und Wind die Steine wandern lässt: In kalten Nächten gefriert das seichte Wasser. Unter Sonneneinwirkung zerspringt die wenige Millimeter dicke Eisschicht, sodass Schollen auf einem hauchdünnen Film aus Schmelzwasser driften und auch schwere Steine mit sich führen können.
Im Fall des abgebildeten Felsbrockens handelt es ich um eine Lavabombe, die bei einem Vulkanausbruch in Island durch die Luft geschleudert wurde und in einer von vulkanischem Material (Lapilli) bedeckten Ebene landete. Dieses Material ist eher wasserdurchlässig. Daher ist anzunehmen, dass dieser Felsbrocken vom Wind über eine ursprünglich verschneite und dann unter Einfluss von Regen verharschte glatte Fläche geschoben worden ist.
Hitze
Trockenrisse in trocken gefallenem See
Trockenrisse entstehen dadurch, dass sich die Schichtoberflächen von Ton und Lehm bei großer Trockenheit zusammenziehen. Dabei entstehen Muster von Vielecken, so zum Beispiel aus dem schlammigen Sediment eines ausgetrockneten Sees. Die Form der Trockenrisse hängt davon ab, wie oft das Material eingetrocknet ist. Beim ersten Mal entsteht ein rechtwinkliges, bei mehrfachem Wechsel von Austrocknung und erneuter Durchfeuchtung ein fünf- bzw. sechseckiges Muster von Rissen.
Trockenrisse in vulkanischem Sediment
In vulkanischen Gebieten treten vielfach schwefelhaltige Gase mit Wasser an die Oberfläche und lagern dort Vulkanschlamm aus vulkanischer Asche, Ton oder anderen feinen Partikeln ab. Durch die Erdwärme trocknet dieses Material und wird spröde. Austretende schwefelhaltige Gase schlagen sich als gelbe Schwefelablagerungen nieder.
Marmorierte Strukturen in Schlammtopf
In aktiven Geothermalgebieten kann kochend heißes Wasser zusammen mit Wasserdampf und schwefelhaltigen Gasen an die Oberfläche gelangen. Diese Säure greift das Gestein stark an und zersetzt mit dem heißen Wasserdampf die mineralischen Bestandteile. Die dabei entstehenden Schlammtöpfe
haben meistens eine weiße bis graue Farbe, können aber auch durch das Vorkommen bestimmter Mineralien dunklere Spuren aufweisen. Beim blubbernden Ausströmen des Wasserdampfes entstehen vielfältige marmorierte Strukturen.
Trockenrisse in Solfatarenfeld
In Solfataren Gebieten 100 °C bis zu 250 °C heiße Gase aus, die hauptsächlich Schwefelwasserstoff, Kohlenstoffdioxid und Wasserdampf enthalten. Versiegt der Nachschub an Wasserdampf, trocknen die Schlammtöpfe aus und bilden Trockenrisse.
Geologische Kräfte
Basaltsäulen
Basalt ist ein sehr widerstandsfähiges vulkanisches Gestein. Basaltsäulen können entstehen, wenn die vom Vulkan ausgestoßene basaltische Lava sehr langsam erstarrt. Dabei zieht sich die Lava zusammen, sodass sich Risse und Spalten bilden können. Dabei bilden sich nicht selten meterlange Basaltsäulen senkrecht zur Abkühlungsfläche, idealerweise mit einem fünf- oder sechseckigen Querschnitt.
Stricklava
Während die sog. „Aa-Lava“ (auch basaltische Brockenlava und Blocklava genannt) eine schlackenartige und rissige Oberflächentextur besitzt, zeichnet sich die „Pahoehoe Lava“ nach dem Erkalten durch eine relativ glatte Oberfläche aus. Dadurch erklärt sich auch der aus dem Hawaiischen Begriff, der soviel wie „Barfußlava“ bedeutet. Diese Lava besitzt einen geringen Kieselsäuregehalt, ist dünnflüssig und fließt sehr schnell. Wird die Fließgeschwindigkeit langsamer, bildet sich an der Oberfläche der Lava eine Art Haut, unter der die dünnflüssige Lava weiter abfließt, während die abgekühlte Oberfläche gestaucht wird. Da die Fließgeschwindigkeit in der Mitte eines solchen Lavastroms höher ist als an den Rändern, werden die Wülste dort stärker verschoben.
Faltung in Tiefengestein
Metamorphe Gesteine sind unter hohem Druck und/oder Temperatur in der Erdkruste veränderte Gesteine, bei deren Umwandlung der feste Zustand beibehalten wurde (Metamorphose). Die allgemeine chemische Zusammensetzung des Gesteins ändert sich dabei nicht. Die dazu erforderlichen Kräfte stehen mit Verschiebung der Platten der Erdkruste und der Entstehung von Gebirgen in Zusammenhang. Bei einer Metamorphose, die sich unter hohem Druck vollzieht, werden die Mineralkörner im Gestein entsprechend der Richtungen ausgerichtet, aus denen jeweils der größte Druck erfolgte. Das so veränderte Gesteinsgefüge kann dadurch vielfältige Formen von Faltungen annehmen, die oft parallel verlaufen (Ptygmatische Falten). Das in Westgrönland aufgenommene Foto zeigt Gesteinsschichten, die zu den ältesten auf der Erde gehören.
Faltung in Tiefengestein, Norwegen
Versteinertes Holz
Im Erdzeitalter des Jura bedeckten ausgedehnte Wälder die Erde. Dies war auch im nördlichen Argentinien der Fall. Vor ca. 65 Millionen Jahren verwüstete jedoch vulkanische Tätigkeit das Waldgebiet und bedeckte es mit Materialien, die reich an Mineralsalzen waren. Die darin enthaltenen Silikate drangen in die umgestürzten Bäume ein und versteinerten sie (Prozess der Verkieselung). Dort, wo das vulkanische Deckmaterial heute durch Erosion abgetragen ist, kommen versteinerte Stämme wie zum Beispiel von Araukarien zutage, deren versteinerte Rinde noch gut erhalten ist.