Aus diesem Grund sehen die geometrischen Muster in Salzwüsten weltweit so ähnlich aus

Salzseen auf der ganzen Welt – wie diese im Badwater Basin im Death Valley, Kalifornien – bilden Polygone ähnlicher Größe.

Rudy Sulgan/The Image Bank/Getty Images Plus

Von Matthew R. Francis

5. April 2023 um 7:00 Uhr

Vom Death Valley über Chile bis zum Iran bilden sich in Playas auf der ganzen Welt ähnlich große Salzpolygone – und unterirdische Flüssigkeitsströme könnten der Schlüssel zur Lösung des seit langem bestehenden Rätsels nach dem Warum sein.

Geometrische Formen wie Fünfecke und Sechsecke bilden sich spontan in den unterschiedlichsten geologischen Umgebungen. Getrockneter Schlamm, Eis und Gestein bilden oft Risse in Polygonen, aber diese Muster variieren in der Regel stark in der Größe.

Warum sind sich alle Playas so dauerhaft ähnlich? Die Antwort liegt unter der Erde, schlagen die Physikerin Jana Lasser und ihre Kollegen den 24. Februar in Physical Review

„Flüssigkeitsströme und Konvektion im Untergrund können auf einzigartige Weise erklären, warum sich die Muster bilden“, sagt Lasser von der Technischen Universität Graz in Österreich.

Dieser 3D-Ansatz war der Schlüssel zur Erklärung der Universalität von Salzpolygonen.

Salzwüsten bilden sich an Orten, an denen es kaum regnet und viel verdunstet (SN: 05.12.07). An die Oberfläche eindringendes Grundwasser verdunstet und hinterlässt eine Kruste aus Salzen und anderen Mineralien, die im Wasser gelöst waren. Am auffälligsten ist, dass dieser Prozess zu niedrigen Graten aus konzentriertem Salz führt, die die Playa in Polygone unterteilen: meist Sechsecke mit ein paar vereinzelten Fünfecken und anderen geometrischen Formen.

Die Art des Salzes variiert von Playa zu Playa. In einigen Playas dominiert Speisesalz oder Natriumchlorid, in anderen gibt es jedoch mehr Sulfitsalze. Und die Salzkrusten selbst sind zwischen einigen Millimetern und mehreren Metern dick. Diese Variation scheint der Grund dafür zu sein, dass frühere Versuche, die Muster der Playas zu beschreiben, scheiterten.

Unabhängig davon, ob die Krusten meter- oder millimeterdick sind, weisen Salzpfannen Polygone mit einem Durchmesser von 1 bis 2 Metern auf. Frühere Modelle basieren auf Rissen, Ausdehnungen und anderen Phänomenen, die beschreiben, wie Schlamm und Gestein brechen. Stattdessen entstehen Polygone mit Größen, die je nach Krustendicke variieren.

Wenn Grundwasser an der Oberfläche verdunstet, reichert es Salz im verbleibenden Grundwasser an. Das salzige Wasser, das jetzt dichter und schwerer ist, sinkt und drückt anderes, weniger dichtes Wasser nach oben. Lasser und Kollegen zeigten, dass die als Konvektion bekannte Zirkulation im Laufe der Zeit dazu neigt, die herabsinkenden Schwaden salzigeren Wassers in ein Netzwerk vertikaler Schichten zu drücken. Auf der Oberfläche über diesen Schichten sammelt sich mehr Salz an, so dass dort dicke Salzwälle entstehen. Dazwischen bilden sich dünnere Salzkrusten, in denen weniger salzhaltiges Wasser aufsteigt, wodurch spontan die charakteristischen Polygone entstehen, die Playas auf der ganzen Welt aufweisen.

Die von den Forschern verwendeten Gleichungen beschreiben den relativen Salzgehalt des Grundwassers, den Druck innerhalb der Flüssigkeit und die Geschwindigkeit, mit der das Wasser zirkuliert. Computersimulationen, die die volle Komplexität des 3D-Problems berücksichtigten, begannen ohne Salzkruste oder Polygone und erzeugten etwas, das echten Playas sehr ähnlich sieht.

„Dieses strömungsdynamische Modell macht viel mehr Sinn als ein Modell, das ignoriert, was unter der Oberfläche passiert“, sagt der Physiker Julyan Cartwright vom spanischen Nationalen Forschungsrat, der in Granada ansässig ist und nicht an der Forschung beteiligt war.

Tests am Owens Lake halfen dem Team, das Modell zu verifizieren und zu verfeinern. „Physik ist so viel mehr als nur das Sitzen vor einem Computer“, sagt Lasser, „und ich wollte etwas machen, das Experimente beinhaltet.“

Der See trocknete in den 1920er Jahren aus, als das Wasser nach Los Angeles umgeleitet wurde. Zu den abgelagerten Mineralien auf der verbliebenen Salzwüste gehören große natürliche Konzentrationen an Arsen, das mit dem vom Wind aufgewirbelten Staub weggeblasen wird – was zu ernsthaften Gesundheitsrisiken führt. Neben anderen Sanierungsmaßnahmen wurde Sole auf den Seegrund gepumpt, um eine stabilere Salzkruste zu schaffen (SN: 28.11.01). Dieser menschliche Eingriff gab den Forschern die Möglichkeit, ihre Ideen kontrolliert zu testen.

„Das ganze Gebiet ist zerstört“, sagt Lasser, „aber für uns war es die perfekte Forschungsumgebung.“

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J. Lasser et al. Salzpolygone und Konvektion poröser Medien. Physical Review X. Online veröffentlicht am 24. Februar 2023. doi: 10.1103/PhysRevX.13.011025.

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