Studentische Monatszeitung für Duisburg, Essen und das Ruhrgebiet

WISSENSCHAFT

Auf dem Boden der Tatsachen

Staub war nie spannender. [Foto: pixabay]

23.11.2020 13:03 - Julia Segantini

Staub ist nur zum Wegwischen gut? Nicht wenn es nach Dr. Eric Josef Ribeiro Parteli von der Fakultät für Physik der Universität Duisburg-Essen (UDE) geht. Er erforscht, wie und warum sich Sand und Staub bewegt und was das für die Erdoberfläche bedeuten könnte. Im Interview mit unserer Redakteurin Julia Segantini erklärt er außerdem, wie das mit dem Klima zusammenhängt. 

ak[due]ll: Wie unterscheidet sich Staub von Sand und wieso ist er so interessant? 

Dr. Eric Parteli: Staubpartikel sind ungefähr zehn mal kleiner als Sandkörner. Bei mir geht es vor allem um natürlichen Staub aus der Wüste.

Was den Staub so interessant macht? Die Partikel tauschen viele Substanzen und Chemikalien mit der Atmosphäre aus. Spannend sind aber nicht nur diese Wechselwirkungen. Staub kann für den menschlichen Körper gefährlich sein, je nachdem welchen Staub man einatmet oder ob der Staub in die Hydrosphäre, also in Seen und Flüsse, gelangt.

Das größte Problem ist, dass der Staub das Klima beeinflusst, man aber noch nicht genau weiß, wie. Ganze Lehrstühle beschäftigen sich hauptsächlich mit dieser Frage. Einerseits schützt Staub in der Atmosphäre die Erde vor Sonneneinstrahlungen. So wirkt Staub wie ein Schirm, die Erde wird kühler. Die Gegner dieser Idee sagen, dass Staub den Treibhauseffekt verstärken kann. Diese Frage interessiert uns weniger. Wichtig für unsere Forschung ist erst einmal, wo der Staub herkommt. Wir schauen uns also die Emissionsrate für Staub an: Wie viel Staub gelangt vom Boden in die Luft? 

ak[due]ll: Sie möchten die Flugwege und Interaktion von fliegenden Teilchen berechnen. Wie geht das?

Parteli: Wir entwickeln Simulationen, wie der Wind sich dicht über dem Boden bewegt. Wichtig ist für uns dann: Wie interagieren die Staubteilchen miteinander? Sie bilden nämlich Agglomerate, also Klümpchen. Das hat damit zu tun, dass sie so klein sind. Bei Sand ist das anders. Diese Teilchen liegen einfach da, verhalten sich also anders als Staub nicht kohäsiv. Alles auf der Erde hat eine bestimmte Anziehungskraft. Nur bei sehr großen Gegenständen passiert nichts, weil die Schwerkraft überwiegt. Bei den kleinen Staubpartikeln ist die Schwerkraft aber so gering, dass die Anziehungskraft dafür sorgt, dass sie aneinander kleben. 

The Big Staub Theory

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Denken Sie zum Beispiel an die Wollmäuse unter Ihrem Bett. Diese Kräfte versuchen wir zu simulieren. Diese Modelle zu entwickeln ist sehr komplex. Staubpartikel können nämlich alle möglichen Formen, von länglich, rund, eckig bis sternförmig, annehmen. Dann die Anziehungskräfte zu berechnen, ist gar nicht so einfach. Zumal es auch noch zu elektrostatischer Aufladung kommt – ob vor dem Transport durch den Wind oder währenddessen, das müssen wir auch herausfinden. 

ak[due]ll: Wie verteilen sich sich Sand und Staub in der Umwelt?

Parteli: Für den Wind ist es viel leichter, Sand zu transportieren als Staub. Das liegt daran, dass Staub gut an Gegenständen haftet, Sand nicht. Damit wären wir wieder bei der Anziehungskraft. Weil Staub so gut haftet, bleibt er gern auf dem Boden, auch bei starkem Wind. Sogar turbulente Wirbel reichen in der Regel nicht aus, um die Staubketten vom Boden in die Luft zu schleudern. Sandteilchen haften nirgendwo und werden sofort mitgerissen. Wenn Sandteilchen in der Luft sind, passiert etwas Interessantes: Sie bewegen sich in nahezu ballistischen Bahnen. 

ak[due]ll: Ballistisch? Das kenne ich eher von Waffen. 

Parteli: Ja genau! Denken Sie an eine Kanonenkugel, die nach x Metern wieder auf den Boden fällt. Sandkörner werden vom Wind beschleunigt. Aber dann fallen sie wegen der Schwerkraft irgendwann wieder auf den Boden, wie in einer Kurve. Sie prallen auf den Boden und transferieren einen Teil der Energie. Dann gibt es eine richtige elektrostatisch bedingte Staub-Explosion. Davon gibt es im Internet auch Fotos. Diese Energie kann dann die Staubketten lösen. Die haften ja eigentlich aneinander. Wenn sie aber bombardiert werden von diesen viel schwereren Sandkörnern, brechen die Ketten. Diese leichteren Fragmente können dann vom Wind in die Luft geschleudert werden. Und das kann den Forschern, die sich mit dem Klima beschäftigen, wiederum wichtige Daten liefern.

ak[due]ll: Sie beschäftigen sich auch mit der Evolution der Erde. Was heißt das? 

Parteli: Wenn Sand und Staub abgetragen werden, verändert sich die Erdoberfläche über Tausende und Millionen von Jahren. Das heißt, die Sanddünen, die erst da waren, sind jetzt dort. Auch das ist wichtig für die Klimamodellierer. Ein wichtiges Element sind da auch die biogenen Krusten, die zum Beispiel aus Algen und Cyanobakterien bestehen. Die helfen dem Boden, sich noch mehr zu stabilisieren, der bewegt sich dann also nicht mehr. Auch das müssen wir berücksichtigen.

Außerdem müssen wir überlegen, unter welchen Bedingungen es effizient ist, diese Krusten zu benutzen, um die Desertifikation, also Wüstenbildung, zu bekämpfen. Das ist ein großes Problem und betrifft viele arme Länder der Welt. Das kann man auf unterschiedliche Art bekämpfen, zum Beispiel eben mit Krusten, mit Bepflanzung der Gebiete oder mit Windschutzzäunen. Sand und Staub sollen sich akkumulieren, also anhäufen, und zwar da, wo sie sind, statt sich weiter zu transportieren. 

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