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Rubrik: Wissenschaft

Warum Bimssteine schwimmen

Samstag, 3. Juni 2017, 14:48

Einige Steine können für Jahre im Wasser schwimmen und dort kilometerlange Trümmerfelder bilden, die über die Ozeane treiben. Jetzt haben Wissenschaftler herausgefunden, warum sie schwimmen und warum sie irgendwann versinken

Bimsstein

Quaderförmiger Bimsstein – die blaugrauen Flächen sind der Bimsstein, andere Farben stellen die verschiedenen Gaseinschlüsse dar, Grafik: © Berkeley Lab, UC Berkeley

Der langlebige Auftrieb dieser Steine kann Wissenschaftlern helfen, Unterwasser-Vulkanausbrüche zu entdecken und zu verstehen, wie der schwimmende Bimsstein als nährstoffreiches Medium dient, das Arten auf der ganzen Welt verbreitet. Darüber hinaus stellen schwimmende Bimssteine eine Gefahr für Schiffe dar, wenn sie an die Schiffsschrauben gelangen.

Satellitenbild

Auf diesem Satellitenbild sieht man eine größere Fläche treibender Bimssteine (in Beige) – aufgenommen über Tonga nach einem Vulkanausbruch in 2006, Grafik: © Jesse Alan/NASA Earth Observatory, Goddard Space Flight Center

Wissenschaftler am Department of Energy Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) haben Proben von leichten, glasigen und porösen vulkanischen Gesteinen, bekannt als Bimsstein, mittels eines speziellen Verfahrens geröntgt.

Den Wissenschaftlern war bekannt, dass Gasblasen ind den Poren der Bimssteine diese im Wasser schweben lässt. Sie fragten sich aber, wie die Gase für längere Zeiträume in den Steinen verbleiben konnten, was umso erstaunlicher ist, da die Gesteinsporen weitgehend offen und miteinander verbunden sind.

Im Labor beobachteten die Forscher, dass einige Bimssteine abends begannen abzusinken und tagsüber an der Oberfläche schwammen. Per Röntgenmikrotomographie untersuchten sie die Konzentrationen von Wasser und Gas in den Gesteinsproben bei unterschiedlichen Temperaturen.

Einschlüsse im Bimsstein

Konzentration von Flüssigkeiten und Gaseinschlüssen in Bimsstein, Abbildung: © X-ray microtomography at Berkeley Lab’s Advanced Light Source

Die Forscher entdeckten, dass die in den Bimssteinen gefundenen Gasabscheidungsprozesse mit der Oberflächenspannung, einer Wechselwirkung zwischen der Wasseroberfläche und der darüber liegenden Luft, zusammenhängen.

„Der Prozess, der dieses Schwimmen kontrolliert, geschieht auf der Skala des menschlichen Haares. Viele der Poren sind wirklich, wirklich klein, wie dünne Strohhalme, die alle zusammen aufgewickelt sind. So dominiert die Oberflächenspannung wirklich", erklärt Kristen E Fauria, Leiter der aktuellen Studie, die in der Zeitschrift Earth and Planetary Science Letters erschienen ist. Mit der Gasdiffusion – die beschreibt, wie Gasmoleküle Bereiche mit geringerer Konzentration suchen – erklären die Forscher den eventuellen Verlust dieser Gase mit der Folge, dass die Steine herabsinken.

Das in den Laborversuchen beobachtete Auf- und Abtauchen der Bimssteine führen die Wissenschaftler auf die Ausdehnung des eingeschlossenen Gases bei höheren Temperaturen zurück.

Auf Grundlage ihrer Studien konnten die Wissenschaftler eine Formel entwickeln, die voraussagt, wie lange ein Bimsstein in der Regel auf Grundlage seiner Größe schwimmt.

Infos: www.lbl.gov.

Link zur Studie: www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012821X16306896.

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