Erosion im Zeitraffer: Physiker finden Formel für die Struktur von Kieselsteinen

Zu Milliarden liegen sie in Flussbetten, Stränden und Kiesgruben. So sehr sich all diese meist flachen Kieselsteine ähneln, sind sie doch immer unterschiedlich. Französische und amerikanische Forscher gingen nun der Formgebung der Steine genauer auf den Grund.

Kieselsteine
Kieselsteine

Straßburg (Frankreich)/Pennsylvania (USA) - In der Fachzeitschrift "Physical Review Letters" veröffentlichen sie ein mathematisches Modell, mit dem sich die Häufigkeit bestimmter Strukturen bestimmen lässt. Sie unterstützten ihre Abschätzungen mit Erosions-Experimenten an "künstlichen" Kieseln aus Ton. Die Ergebnisse können ein wertvolles Werkzeug für Geologen liefern, um die Herkunft und Geschichte von Steinfunden leichter zu bestimmen.

"Über Fotos analysierten wir die verschiedenen Stadien der Erosion", schreiben Carlos Marques von der Universität Straßburg und seine Kollegen von der University of Pennsylvania. In ihrem Experiment beschleunigten sie den Erosionsvorgang, der sonst Jahrhunderte braucht, auf wenige Stunden. Diesen "Zeitraffer" eines sonst langwierigen natürlichen Prozesses verwirklichten die Wissenschaftler mit rund fünf Millimeter dicken Rohsteinen aus weichem Ton. Diese schleuderten sie in einer drehbaren Schale mehrere hundert Male. Unabhängig von den ursprünglichen Formen -- Dreiecke, Quadrate oder Fünfecke -- brachen immer kleinere Ecken ab und eine annähernd runde Steinstruktur bildete sich aus.

Wurden flache Kieselsteine bisher nur ganz grob durch das Längenverhältnis von Längs- zur Querachse beschrieben, können Marques und Kollegen die verschiedenen Formen nun exakter einordnen. Die Verteilung der abgerundeten Seiten eines Kiesels folgt demnach einer glockenförmigen Wahrscheinlichkeitskurve, in der Fachsprache eine Gausskurven-ähnliche Verteilung. Mit dieser mathematischen Beschreibung wollen die Forscher nun dem Ursprung von Kieseln leichter auf die Schliche kommen. So könne allein durch die Struktur der Steine bestimmt werden, ob sie in einem Flussbett oder durch die Wellen eines Meeres erodierten und so zu ihrer einzigartigen Form gelangten. Geologen müssten sich dann nur noch die Geometrie eines Kieselsteins betrachten, um auf langfristige Vorgänge von geologischen Abläufen zurückschließen zu können.