Der trockene Fußabdruck im nassen Sand

Wer träumt nicht davon jetzt bei strahlendem Sonnenschein barfuß am Sandstrand entlang zu laufen und das Rauschen der Wellen zu genießen? Ein wunderbares Gefühl, wenn der Sand unter den Füßen knirscht. In dem nassen Sand kurz vor dem Wasser können wir auch unsere ganz persönlichen Fußabdrücke hinterlassen. Bei genau so einem Fußabdruck ist dem Ein oder Anderen vielleicht schon mal etwas aufgefallen. Der komplett nasse Sand scheint durch das Auftreten um den Fuß herum zu trocknen und auch der Fußabdruck selber sieht trockener aus, als der Rest des Sandes. Doch wie kann das sein? Wo kann das Wasser im nassen Sand denn hin?

Diese Frage wird durch die Porosität beantwortet, eine Eigenschaft von Schüttungen oder Haufen aus vielen Partikel – in diesem Fall Sand. Die Porosität ist ein Maß dafür, wie viel Hohlraum zwischen den Partikeln einer Schüttung liegt. Porosität 0% bedeutet man hat ein massives Medium, in dem keine Luft eingeschlossen ist. Je höher die Porosität, desto mehr Hohlraum befindet sich in einem Haufen oder einer Schüttung.

Doch was hat die Luft zwischen Partikeln jetzt mit der Feuchtigkeit des Sandes zu tun? – Das Wasser des Meeres kann in genau diesen Hohlraum zwischen den Sandkörnern fließen und macht den Sand damit nass. Bei trockenem Sand befindet sich Luft zwischen den Körnern.

Wenn man jetzt über den nassen Sand läuft, der ab und zu von einer Welle überspült wird, muss man sich vorstellen, dass dieser Sand da schon viele Tausend Jahre liegt und immer wieder von Wellen glatt gespült wurde. Die vielen Sandkörner hatten also genug Zeit sich optimal anzuordnen. D.h. den Abstand zwischen den einzelnen Körnern und somit auch den Hohlraum dazwischen so gering wie nur möglich zu halten. Die Porosität ist somit minimal. Kleiner kann sie bei Sand nicht werden. Ganz nebenbei: Wenn man davon ausgehen würde, dass alle Sandkörner perfekte Kugeln wären und alle die gleiche Größe hätten, wäre der Wert für diese minimale Porosität 0,26 – also 26%. Die Kugelform könnte näherungsweise sogar stimmen, aber nicht alle Sandkörner sind gleich groß. Damit wird die Porosität sogar noch geringer, da sich kleinere Sandkörner in die Hohlräume zwischen größeren Körnern schieben können und somit den Gesamthohlraum verringern.

Auf diese optimale Anordnung von Sandkörnern, dessen Hohlraum komplett mit Wasser gefüllt ist, setzt man nun einen Fuß und übt somit eine Kraft aus, die die Ordnung des Sandes zerstört. Man könnte meinen durch das Drücken von oben wird der Sand noch zusätzlich verdichtet und die Porosität müsste abnehmen. Diese Annahme ist allerdings falsch, da der Sand ja bereits in einer optimalen Anordnung ist und sich somit der Hohlraum durch eine Störung – in diesem Fall unser Fuß, der auf den Sand auftritt – nur vergrößern kann. Eine Verringerung ist ja nicht mehr möglich.

Der Hohlraum zwischen den Sandkörnern und somit auch die Porosität werden also erhöht, die Menge an Wasser, die sich dort befindet bleibt aber gleich, solange keine neue Welle kommt. Wenn mehr Zwischenraum zur Verfügung steht, also Wasser vorhanden ist, bedeutet das, dass auch Hohlraum mit Luft gefüllt wird. Und wie oben bereits erwähnt ist der Sand, dessen Hohlraum mit Luft gefüllt ist, trockener Sand.

Durch die „Zerstörung“ der optimalen Anordnung des Sandes durch unseren Fußabdruck schaffen wir also eine kleine Schicht trockeneren Sand um unseren Fuß herum. Spätestens mit der nächsten größeren Welle ist dieser anschauliche Beweis der Porosität von Sand allerdings auch schon wieder zu Nichte gemacht.

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