Warum ist der Fußabdruck im nassen Sand kurzzeitig trocken?
Irena Kampa
Wenn man bei einem Strandspaziergang den Fuß in den feuchten Sand stellt, hellt sich der Sand in einem Bereich rund um den Fuß auf. Das ist ein Zeichen, dass der Sand trockener wird. Hebt man den Fuß an, kehrt die dunkle Färbung schnell zurück.
Fußabdrücke im Sand
Dieses Phänomen hat mit einer besonderen Eigenschaft von Sand zu tun: der sogenannten „Dilatanz“. Im Sand befinden sich zwischen den einzelnen Sandkörnern kleine Hohlräume. Diese sind bei feuchtem Sand mit Wasser gefüllt. Das Wasser wirkt wie ein Schmiermittel, sodass es für die Körner recht leicht ist, sich in einer dichten Packung anzuordnen. Der Sand unmittelbar am Ufer hat, bevor man darauf tritt, die maximal mögliche Packungsdichte. Das bedeutet auch, dass die Poren sehr klein sind. Übt man jetzt mit dem Fuß Druck von oben aus, werden die Sandkörner in tieferen Lagen seitlich bewegt. Das liegt daran, dass die Kraft über die brückenförmige Anordnung der Körnchen zur Seite abgeleitet wird (siehe Sanduhr im Infokasten). Die dichte Packung wird aufgerissen und die Poren zwischen den Körnern vergrößern sich. Das Wasser fließt von oben in diese Poren hinein. Der Sand in der obersten Schicht verliert Wasser und trocknet somit. Hebt man den Fuß hoch, ordnen sich die Sandkörner langsam wieder in die dichteste Packung an oder es fließt Wasser vom umgebenden Sand nach, sodass die Oberfläche wieder feucht wird.
Sand
Die „Physik der granularen Materie“ beschäftigt sich mit dem kollektiven Verhalten kleiner, fester Partikel, wozu auch Sand zählt. Es handelt sich hierbei um einen recht jungen Forschungsbereich, weswegen noch viele Phänomene nicht endgültig erklärt sind.
Fußabdrücke im Sand
Da die Sandkörner sehr unterschiedlich geformt sind, passen sie nicht ganz genau aneinander. Es sind immer Hohlräume zwischen den Körnchen vorhanden. Der Sand bildet um diese Poren ein bogenförmiges Netzwerk. Wirkt eine Kraft auf den Sand, wird sie, ähnlich wie beim Kuppeldach einer Kirche, zu den Seiten abgeleitet. Da bei einer Sanduhr die Glaskolben diese Kraft abfangen, wirkt auf die Sandteilchen am Glashals nicht die gesamte Gewichtskraft des darüberliegenden Sandes. Aus diesem Grund rieselt der Sand in einer Sanduhr unabhängig von der Sandsäulenhöhe immer mit derselben Geschwindigkeit.
Füllen sich die Poren mit Wasser, wird der Sand fest, weil die Oberflächenspannung des Wassers die Sandkörnchen quasi zusammenklebt (Kohäsion). Ohne diesen Effekt wäre es nicht möglich, Sandburgen zu bauen. Ist aber zu viel Wasser vorhanden, wirkt es wie ein Schmiermittel und es bildet sich ein fließfähiger plastischer Sandbrei. Ist dieser Sand frisch aufgeschüttet worden, sind die Poren also noch relativ groß, dann können die einzelnen Sandkörnchen durch eine Erschütterung ihre Verbindung untereinander völlig verlieren. Kurzfristig wird der Sand flüssig, was auch als Treibsand bekannt ist.
Quelle: https://www.weltderphysik.de/thema/hinter-den-dingen/trockener-fussabdruck/
