Vom Wert des Sandes

Um zu veranschaulichen, dass etwas im Überfluss vorhanden ist, haben Menschen schon vor Jahrtausenden den Vergleich mit dem Sand am Meer verwendet. Bereits das Alte Testament ist reich an Beispielen dafür.
05.05.2017, 00:00
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Vom Wert des Sandes
Von Jürgen Wendler

Um zu veranschaulichen, dass etwas im Überfluss vorhanden ist, haben Menschen schon vor Jahrtausenden den Vergleich mit dem Sand am Meer verwendet. Bereits das Alte Testament ist reich an Beispielen dafür. Sand gilt als Allerweltsgut, und nicht nur das: Mit ihm wird das Gegenteil von fest, sicher oder solide verbunden. Wenn etwas zum Scheitern verurteilt ist, ist es auf Sand gebaut. Solche Redensarten täuschen darüber hinweg, dass Sand ein wertvolles Naturmaterial ist, das nur in begrenzten Mengen zur Verfügung steht. Ob Beton, Glas oder Solarzelle: Für ihre Herstellung wird Sand benötigt. Gewonnen wird Sand unter anderem im Meer, das auch wegen anderer Rohstoffe immer mehr Begehrlichkeiten weckt. Ohne Sand gäbe es weder Dünen oder Sandstrände noch die ästhetisch ansprechenden Sandrippel, die eindrucksvollen Muster aus Erhebungen und Furchen im Sand, die besonders an der Küste und in Wüstengebieten anzutreffen sind und fast so aussehen, als hätten Wellenberge und -täler des Meeres eine Entsprechung am Boden gefunden. Die Frage, wie Sandrippel entstehen, hat Wissenschaftler schon vor langer Zeit beschäftigt. Heute gibt es für sie andere Gründe, sich mit dem Thema Sand zu befassen. So haben Forscher des Max-Planck-Instituts für marine Mikrobiologie in Bremen neue Studien veröffentlicht, die unterstreichen, wie wichtig Sand für Lebewesen und Stoffkreisläufe auf der Erde ist.

Geowissenschaftler verwenden den Ausdruck Sand, wenn es sich um Gesteinsmaterial handelt, bei dem die Körner eine ganz bestimmte Größe haben, nämlich zwischen 0,063 und zwei Millimetern. Sind die Körner größer, sprechen sie von Kies, sind sie kleiner, von Schluff oder – wenn sie extrem klein sind – von Ton. Sandkörner entstehen, wenn Gestein verwittert, also dadurch, dass unter dem Einfluss von Wind und Regen sowie aufgrund des Wechselspiels von Kälte und Wärme Bestandteile aus dem Gestein herausgelöst werden. Auch chemische Reaktionen oder Pflanzenwurzeln, die das Gesteinsgefüge lockern, können bei der Verwitterung eine Rolle spielen. Das Ausgangsmaterial für Sandkörner ist häufig Quarz, das heißt Siliziumdioxid, eine Verbindung aus Silizium und Sauerstoff. Nach Sauerstoff ist Silizium das zweithäufigste Element in der Erdkruste.

Für Solarzellen wird nach wie vor am häufigsten Silizium verwendet. Dieses Element ist ein Halbleiter, das heißt ein Material, dessen elektrische Leitfähigkeit mit zunehmender Temperatur stark ansteigt. Bei tiefen Temperaturen wirken Halbleiter isolierend. Die erste Solarzelle ist 1954 in den USA vorgestellt worden, zu einer Zeit, als die Anfänge der technischen Nutzung von Sand bereits Jahrtausende zurücklagen. „Nimm 60 Teile Sand, 180 Teile Asche aus Meerespflanzen, fünf Teile Kreide, und du erhältst Glas“, heißt es auf einer Tontafel aus der Bibliothek des assyrischen Königs Ashurbanipal, der im siebten vorchristlichen Jahrhundert lebte. Im einfachsten Fall besteht Glas auch heute noch aus jenen Rohstoffen, die sich bereits in den ersten Glaserzeugnissen finden: Quarzsand, das heißt Sand, der fast ausschließlich Quarzkörner enthält, Soda, Pottasche und Kalk.

Noch früher als die Herstellung von Glas begann die von Beton. Beton ist ein Gemisch aus grobkörnigem Material wie Sand oder Kies, Bindemitteln wie dem aus Kalkstein und Ton hergestellten Zement und Wasser. Die Phönizier, ein Seefahrervolk des Altertums, das unter anderem auf dem Gebiet des Libanons und Syriens lebte, vermischten gebrannten Kalk als Bindemittel mit vulkanischem Gestein und schufen so ein Material, das nach der Zugabe von Wasser sowohl an der Luft als auch unter Wasser hart wurde. Die Römer der Antike erreichten den gleichen Effekt dadurch, dass sie Kalk mit sandiger Vulkanasche vermengten. Zusammen mit Sand und Kies machten sie daraus einen wasserdichten, besonders harten Beton.

Wie Inseln und Dünen entstehen

Die runde Form vieler Sandkörner erklären Fachleute damit, dass sie über große Zeiträume von oftmals vielen Millionen Jahren äußeren Einflüssen ausgesetzt waren. Flüsse tragen solche Körner ins Meer. Wellen sorgen dafür, dass sie sich an Küsten ablagern und zum Beispiel Strände bilden. Die Ostfriesischen Inseln Borkum, Juist, Norderney, Bal­trum, Langeoog, Spiekeroog und Wangerooge sind entstanden, weil sich aufgrund der Bewegung von Wind und Wasser Sand ablagern konnte. Ganz anders dagegen die Situation bei den Nordfriesischen Inseln und den Halligen: Bei ihnen handelt es sich um die Überreste von Landmassen, die bei Sturmfluten auseinandergerissen worden sind. So gibt es die Insel Sylt in ihrer heutigen Gestalt erst seit einigen Hundert Jahren.

Die Dünen vieler Küstengebiete sind dadurch entstanden, dass sich vom Wind fortgetragene Teilchen abgelagert haben. Auf der Seite, die direkt dem Wind ausgesetzt ist, der sogenannten Luvseite, werden Sandkörner den Hang hinaufgetrieben. Die kleineren Körner gelangen dabei in der Regel ganz nach oben. Vom Dünenkamm fallen Sandkörner auf der windabgewandten Seite, der Leeseite, herunter. Dass manche Dünen wandern, liegt an der langsamen Bewegung der Sandkörner in leewärtiger Richtung. Dabei fallen immer wieder neue Sandkörner über den Dünenkamm und lagern sich auf der Leeseite ab. Mit anderen Worten: Die Luvseite wird abgetragen, und auf der Leeseite kommt neues Material hinzu, sodass sich die Düne im Ganzen verschiebt.

Sandrippel begegnen unter anderem Strandbesuchern, die sich unmittelbar am Wasser aufhalten. Ihre Entstehung verdanken sie der Wellenbewegung des Wassers. Die englische Physikerin, Mathematikerin und Elektroingenieurin Hertha Ayrton (1854 bis 1923) veranschaulichte dies mit einfachen Experimenten. So stellte sie ein Becken, in dem sich Wasser und Sand befanden, auf runde Hölzer und bewegte es hin und her. Durch die dabei entstandene Wellenbewegung bildeten sich nach und nach quer zur Bewegungsrichtung der Wellen Sandrippel. Die dafür verantwortlichen Strömungsverhältnisse machte sie mithilfe von gemahlenem Pfeffer sichtbar. Ausgangspunkt der Rippelbildung sind Hindernisse am Boden. So können sich kleinere Sandkörner im Schutz eines größeren sammeln und Erhebungen bilden. Mit der Strömung werden Körner den Sandrücken hinaufgetrieben und lassen ihn weiter wachsen. Und selbst auf der Seite der Erhebung, die der Strömung abgewandt ist, werden Sandkörner hinaufgespült. Verantwortlich dafür ist der Umstand, dass wegen des über die Erhebung strömenden Wassers auf der Rückseite ein Gebiet mit niedrigerem Druck entsteht, in das Wasser hineingesaugt wird. Die Folge ist ein Wirbel, eine der Hauptströmung entgegengesetzte Strömung, die die Sandkörner am Fuße der Erhebung mitreißt.

Während in der Tiefsee meist schlammige Böden zu finden sind, ist der Meeresgrund im Bereich der Kontinentalränder häufig von Sand bedeckt. Soeren Ahmerkamp und David Probandt vom Bremer Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie haben gemeinsam mit anderen Forschern untersucht, was dies für die Bakterien im Boden der Nordsee bedeutet. In zwei Veröffentlichungen in den Fachjournalen „Limnology and Oceanography“ und „Environmental Microbiology“ beschreiben die Wissenschaftler, wie sich der Sauerstoff, der dank der Durchlässigkeit der Sandschicht mit dem Wasser in tiefere Bereiche gelangt, auf die Aktivität der Mikroorganismen auswirkt.

Sandrippel und Bakterien

Eine wichtige Rolle spielen nach den Erkenntnissen der Experten die Rippel. „Durch die ständigen Veränderungen der Rippel und die wechselnden Gezeitenströme ist der Sand ein sehr dynamischer Lebensraum, der sich ständig verändert. Sauerstoff ist mal mehr, mal weniger vorhanden; mal dringt er mehrere Zentimeter tief in den Sand ein, und mal bleibt er an der Oberfläche – daran müssen sich die Mikroorganismen im Sand anpassen“, sagt Ahmerkamp. Die Bakterien verarbeiten Kohlenstoff und Stickstoff, spielen also eine wichtige Rolle für Stoffkreisläufe auf der Erde. Stickstoff ist unter anderem in Düngemitteln enthalten. Von Flüssen wird er ins Meer getragen. Den Bakterien ist zu verdanken, dass viele auf menschliche Aktivitäten zurückgehende Stoffe im Boden gebunden bleiben.

Wenn mithilfe von Saugbaggern Sand und Kies aus dem Meer gewonnen werden, etwa für den Küstenschutz oder die Betonherstellung, hat dies nicht nur für Bakterien Folgen. Aufgewirbeltes Material kann sich andernorts ablagern; unter Umständen werden dadurch Seegräser, Korallen oder andere Lebewesen geschädigt. Immer häufiger wurde zuletzt die Befürchtung laut, dass Sand zu einem knappen Gut werden könnte. Er entsteht zwar immer wieder neu, aber der weltweite Bedarf ist gewaltig. Von sichtbaren Folgen des Sandabbaus wird unter anderem aus Spanien und Marokko berichtet. Dort, so heißt es, seien viele Strände geschrumpft.

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