Rippel EarthCache

Rippel verändern ständig ihre Form, die Ursache dafür sind die Strömungen und Wellen im Meer und am Strand, verursacht durch die Gezeiten und den Wind.

Ihre Erklärung ist gar nicht so einfach, so schreibt etwa James Trefil in seinem empfehlenswerten Buch „Physik im Strandkorb“, dass jeder Forschungsbeitrag, den er darüber gelesen habe, folgende Anmerkung erhielt: „Das ist meine Ansicht über die Ursachen von Rippeln, doch die Autoren X, Y und Z haben jeweils eine eigene, andere Theorie“.

Oder: "Sandrippel sind eines der bekanntesten Beispiele für Selbststrukturierung in der Natur", sagt Prof. Ingo Rehberg von der Universität Bayreuth, "und es nervt den Physiker, dass er das Rätsel des Sandes noch nicht versteht".

Das Problem daran ist, dass Sand, auch in Verbindung mit Wasser, keine Flüssigkeit und auch kein Festkörper ist, er ist halt ein Granulat, so etwas wie eine vierte Form des Zustandes von Körpern neben gasförmig, flüssig und fest. Trotzdem versuche ich mal eine einfache Erklärung, so wie sie mir ausreicht. Ich beziehe mich dabei hauptsächlich auf die Forschungen der englische Physikerin Hertha Ayrton von 1910. Sie simulierte die Entstehung von Rippeln mit mehreren eigentlich einfachen Versuchen: Ein Aquarium mit Sand und Wasser wurde gleichmäßig hin- und herbewegt, die Strömungen machte sie mit gemahlenem Pfeffer sichtbar. Die Versuche bescherten ihr Ruhm und Ehre: Als erste Frau durfte sie ihre Arbeit über die Rippelmuster vor der Royal Society vortragen. Ihren Originalvortrag kann man hier sehen: http://cwp.library.ucla.edu/articles/ayrton/Ayrton_ripple/ripple.html

Nun hier meine Erklärung des Phänomens anhand meiner kleinen Zeichnung (siehe unten). Das Wasser strömt von links über eine kleine Anhebung, und die gibt es immer irgendwo im Watt. Dadurch werden Sandkörner auf der linken Seite an der Anhebung angelagert (Pfeil 1). Hinter dem höchsten Punkt (= Grat) bildet sich ein Wirbel im Uhrzeigersinn, wie auf der Zeichnung zu sehen. Dieser Wirbel an Hindernissen ist übrigens auch der Grund dafür, dass Flugzeuge fliegen, weil an ihren Tragflächen diese Wirbel für den Auftrieb sorgen, führt hier aber zu weit. Unser Wirbel gräbt sich sozusagen rechts in den Boden ein und wirft Sand von rechts auf die Anhebung (Pfeil 2), die dadurch höher wird. Gleichzeitig gibt es aber auch die Strömung oberhalb des Grates, die nicht „wirbelt“ und Sand nach rechts wirft (Pfeile 3). Dadurch bildet sich rechts von unserer Anhebung eine neue Anhebung, dadurch kommt es zu den gleichmäßigen Rippelmustern.

Aus der Beschreibung geht hervor, dass die Rippel immer senkrecht zur Strömungsrichtung liegen. Der Geologe unterscheidet zwei Arten von Rippeln: die oszillierenden Rippel (auch Gezeitenrippel genannt) und die Strömungsrippel. Erstere haben einen symmetrischen Querschnitt, da sie immer dann entstehen, wenn sich die Strömungsrichtung ständig ändert, während die Strömungsrippel ein asymmetrisches Profil haben, sie findet man z.B. in Flüssen. Erstaunlicherweise gibt es bei uns im Watt beide Arten, siehe obige Collage. Es gibt übrigens auch noch vier deutsche Earthcaches über Rippel, aber alle handeln von versteinerten Rippeln aus Urzeitmeeren, trotzdem geologisch sehr interessant, einfach „Rippel“ in die Geocachingsuchmaschine eingeben.

Logbedingung 1:

a) Ihr geht bei Ebbe zu den oben angegebenen Koordinaten und macht ein Foto von dem Stein und den ihn umgebenden Rippeln, möglichst mit demselben Ausschnitt und demselben Winkel wie mein Bild unten. Falls euch mein Bild nicht zur Verfügung stehen sollte, fotografiert bitte von oben in einem Winkel von ca. 45° in Richtung Nordwest, so dass der Stein in der unteren Hälfte des Fotos mittig zu sehen ist. Falls der Stein aus irgendwelchen Gründen weg sein sollte: egal, macht einfach so ein Foto von den Rippeln. Dieses Bild ladet ihr zusammen mit eurem Logeintrag hoch.

b) Bestimmt die aktuelle Windrichtung.

c) Untersucht bitte die Rippel um den Stein herum genau und bestimmt dadurch die Strömungsrichtung, die ihr bitte mit angebt. Dazu bestimmt ihr, wie oben schon angedeutet, die Richtung der ja (fast) parallel verlaufenden Rippel in der Nähe des Steins, die Senkrechte dazu gibt dann die Strömungsrichtung an (Nord = 0°, Ost = 90° u.s.w.). Hilfreich könnte dabei noch die Information sein, dass bei Strömungsrippeln die der Strömung zugewandte Seite (Luv) flach und die Leeseite eher steil ist.

d) Vergleicht euer Foto mit dem des Vorloggers und beschreibt die Unterschiede bzgl. der Rippel, z.B. Form, Größe, Ausrichtung u.s.w..

a) Wiederholt den Versuch von Hertha und dokumentiert euer Ergebnis mit einem Foto. Dazu braucht man kein Aquarium, es geht auch mit kleineren Gefäßen. Auf meinem etwas unscharfen Foto unten habe ich z.B. eine der klassischen Small-Click-Cachedosen genommen. Jetzt braucht ihr noch ein bißchen Sand (ca. 2 cm Höhe) und darüber etwa 2 cm Wasser. Am besten vorher noch die Schwimmstoffe durch mehrmaliges Waschen entfernen und dann gleichmäßig horizontal in Längsrichtung hin und her schieben. Das Ergebnis hängt insbesondere von der Art des Sandes ab, Maurersand geht z.B. nicht. Ich habe mir den Sand vom nächstgelegenen Volleyballfeld "geliehen".

b) Im Log beschreibt ihr bitte recht genau eure Erfahrungen bei dem Experiment, vergleicht eure Rippel mit denen im Watt und gebt an, welche der beiden Arten von Rippeln bei euch entstanden sind.

Viel Spaß und Erfolg dabei wünscht euch butjebu!