singender Sand
englisch: "singing sand" oder "booming sand"

Sanddünen, die zeitweilig weithin hörbare Klänge verursachen, haben Wüstenreisende vermutlich schon seit Jahrhunderten nachhaltig beeindruckt. Die manchmal sogar Minuten andauernden Geräusche werden mit rollendem Donner, dem Klang galoppierender Pferde oder niedrig fliegender Propellerflugzeuge verglichen und können eine Lautstärke von bis zu 100 dB erreichen. Selbst Marco Polo und Charles Darwin weisen in ihren historischen Berichten auf derartige Beobachtungen hin. Auf einer japanischen Internetseite (Linktipp 1) wird über ein traditionelles historisches Fest in China berichtet, bei dem die Einwohner einer Ortschaft gemeinsam einen Sandberg hinabrutschten, um so die besonderen Klänge auszulösen. Heute wird das Phänomen allgemein mit dem Begriff "singender Sand" umschrieben.

Dass die Dünen-Klänge anscheinend von abrutschenden Sandlawinen erzeugt werden, formulierte einer der Väter der modernen Wüstenforschung, der Engländer R. A. Bagnold, bereits 1966 (The shearing and dilation of dry sand and the "singing" mechanism). Doch offensichtlich erfordert die Geräuschentwicklung spezielle Gegebenheiten. Denn obwohl der Lawinenabgang auf steilen Dünenflanken zu den normalen Fortbewegungsmechanismen der meisten Sanddünen gehört, zeigt nur eine kleine Zahl der bekannten Dünen das beeindruckende Klang-Phänomen.

In den 70er und 80er Jahren waren amerikanische Geowissenschaftler bemüht, geologische Unterschiede zwischen singenden und nicht-singenden Dünen im Westen der USA zu erarbeiten (Link 2). Dabei stellten sie fest, dass die besten "musikalischen" Qualitäten bei Sanden mittlerer Korngröße und guter Sortierung zu finden sind, die eine gute Rundung der Körner sowie glattpolierte Kornoberflächen aufweisen. Hohe Dünen mit besonders steilen Flanken produzierten nach Beobachtungen der Wissenschaftler die besten Klänge. Weitere Voraussetzung: extreme Trockenheit des Sandes. Berichtet wurde, dass bereits minimale Feuchtigkeitsgehalte von unter 1% die Geräuschentwicklung drastisch reduziert.
Unlängst griffen französische Physiker das Thema erneut auf - diesmal sogar mit beachtlicher Resonanz in den Medien (Link 6,7). Mit Hilfe von Frequenzmessungen auf Dünen und Laborexperimenten, die sie mit Sand von singenden marokkanischen Dünen durchführten entwickelten sie ein physikalisches Modell, dass die Geräusch-Mechanismen näher beschreibt (Link 4,5).
Aufgrund ihrer Untersuchungsergebnisse waren sich die Physiker sicher, dass sich eine singende Lawine nicht wie ein starres Gleitbrett verhält, sondern dass die Geräuschentwicklung auf Bewegungen der einzelnen Körner innerhalb einer Lawine zurückgeht.
Wenn sich eine Lawine aus trockenem Sand hangabwärts bewegt, kommt es ständig zu kleinen Kollisionen. Zum einen prallen die rollenden Sandkörner ab und zu aufeinander, zum anderen treffen Partikel der Sandlawine auf Sandkörner der unbewegten Unterlage. Alle diese Bewegungen verursachen kleine Erschütterungen und Geräusche, allerdings mit unterschiedlichen Frequenzen. Das Ergebnis ist ein hochfrequentes Rauschen, das Sandlawinen generell auszeichnet. Das ist der Normalfall.
Das Besondere am singenden Sand ist aber nun, so folgerten die Physiker, dass sich die Sandkörner beim Abgleiten offensichtlich nach kurzer Zeit synchron, wie im Gleichschritt bewegen. Die winzigen Einzeltöne summieren sich dabei auf einer bestimmmten Frequenz zu einem gewaltigen Ton, der dann auch als seismische Erschütterung in der Düne erfassbar ist. Die Ursache der synchronen Bewegung der Körner vermuten die Wissenschaftler in einem akustischen Resonanz-Effekt innerhalb der Lawine.
Mit Messungen auf verschiedenen singenden Dünen konnten sie belegen, dass deren Tonfrequenz mit der Größe der Sandkörner variiert (kleine Korngröße --> höhere Frequenz). Und ein weiterer entscheidenden Faktor wurde bei den Experimenten offensichtlich: die Oberflächeneigenschaften der Sandkörner. Nach einer Reihe von Laborversuchen "verstummte" der marokkanische Sand. Wüstensande weisen bekanntlich häufig eisen- und manganhaltige Überzüge auf (daher die rötlich-braune Färbung der Sande). Die Vermutung lag daher nahe, dass die im Labor getesteten Sande durch die ständige Reibung bei den Experimenten ihre Überzüge ganz oder teilweise verloren hatten - und damit auch ihre musikalischen Fähigkeiten.
Linktipps 1: www.bigai.ne.jp/~miwa/
2: www.schweich.com/sbdA.html
3: www.pmmh.espci.fr/~andreotti/SongOfDunes.html
4:
5:
www.arxiv.org/vc/nlin/papers/0412/0412047v1.pdf
www.arxiv.org/PS_cache/nlin/pdf/0412/0412047.pdf
6: www.wissenschaft.de/wissen/news/257682.html
7: http://idw-online.de/pages/de/news58135