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StartseiteForschung aktuellWie der Klang von Sand seine Herkunft verrät02.10.2019

Akustische SpektroskopieWie der Klang von Sand seine Herkunft verrät

Der begehrte Rohstoff Sand wird immer knapper und illegaler Raubbau macht den betroffenen Regionen zu schaffen. Ein Forscherteam hat nun eine Methode entdeckt, den Sand seinem Herkunftsort zuzuordnen. Dabei spielen nicht etwa Farbe oder Körnchengröße eine Rolle - sondern sein Klang.

Von Magdalena Schmude

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Muscheln im Sand am Nordseestrand in Zandvoort (dpa)
Die Menge und Größe der Schalenteile und die chemische Zusammensetzung geben Aufschluss über die Herkunft von Sand (dpa)
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Saskia van Ruth arbeitet als Professorin für Lebensmittelechtheit an der Universität Wageningen. Eigentlich sucht sie nach Methoden, um die Identität und Zusammensetzung von Lebensmitteln nachzuweisen. Also zum Beispiel zu prüfen, ob ein teurer Arabica-Kaffee wirklich nur Arabica-Bohnen enthält und keine Beimischungen einer günstigen Sorte. Dazu, den Klang von Sand zu untersuchen, kam sie dabei eher zufällig:

"Wir suchen immer nach neuen Techniken, und weil akustische Signale noch nicht besonders viel genutzt wurden, haben wir angefangen, mit Kollegen aus Irland zusammenzuarbeiten. Die hatten eine Technik entwickelt, die BARDS genannt wird und auf einer akustischen Signatur von Lebensmitteln basiert. Sie hatten damit bisher Milchpulver getestet und wir haben das dann zunächst mit Salzen ausprobiert."

Die neue Spektroskopie-Technik basiert auf dem sogenannten Cappuccino-Effekt: Wenn man ein bisschen Kakao- oder Kaffeepulver in heißes Wasser gibt, umrührt, und dann mit einem Löffel gegen den Rand der Tasse klopft, verändert sich die Höhe dieses Tons, während sich das Pulver auflöst. Grund dafür sind Luftbläschen, die beim Auflösen im Wasser entstehen. Die Bläschen verändern kurzzeitig die physikalischen Eigenschaften der Lösung, unter anderem ihre sogenannte Kompressibilität. Diese Größe beeinflusst, wie schnell Schall durch die Flüssigkeit gelangt, und damit auch die Höhe des Tons, der beim Klopfen auf die Tasse entsteht und sich durch die Flüssigkeit ausbreitet. Bei der BARDS-Methode werden diese Veränderungen mit Mikrofonen aufgezeichnet und grafisch dargestellt. Sie funktioniert auch mit anderen löslichen Lebensmitteln wie eben Milchpulver oder Stärke. Als ein Mitglied des Teams aus Neugier vorschlug, Sand zu untersuchen, mussten die Wissenschaftler das Verfahren zunächst anpassen:

"Wenn man stattdessen Sand ins Wasser tut, löst der sich nicht auf. Er lag ja zuvor schon im Wasser, da ist alles Lösliche verschwunden. Aber zumindest der Sand von der holländischen Küste enthält außerdem noch fossile Materialien. Schalen von Muscheln und anderen Tieren. Und diese Schalen lösen sich auf, wenn man den Sand in Säure tut. Dabei entsteht Kohlenstoffdioxid und dieses CO2 kann man messen."

Zuordnung zu Herkunftsstränden

Ein Kollege aus ihrem Team sammelte Sandproben von neun Stellen entlang der holländischen Küste ein und untersuchte sie mit der akustischen Spektroskopie. Dabei wurde schnell klar, dass es deutlich erkennbare Unterschiede gibt:

"Sand aus dem Norden von Holland zum Beispiel enthält wenig Schalen, da sieht man keinen Ausschlag im Profil und hört keine große Veränderung der Tonhöhe. Wenn man dagegen Sand aus Zeeland nimmt, im Süden, sind deutlich mehr Schalen enthalten. Die lösen sich auf und es bildet sich CO2. Man sieht auf dem Bildschirm des Messgeräts, dass die Frequenz abfällt, und man hört die Tonhöhe sinken."

Außer der Menge der Schalen haben auch die genaue chemische Zusammensetzung, sowie die Größe der Schalenteile einen Einfluss darauf, wie schnell sich die Teile auflösen und wie viel Gas entsteht. All diese Faktoren zusammengenommen ergeben ein typisches Profil für Sand von verschiedenen Fundorten. Saskia von Ruths Team konnte so die neun Sandproben ihren jeweiligen Herkunftsstränden an der holländischen Küste zuordnen.

"Das war schon interessant. Sogar an der holländischen Küste, wo man eigentlich wenig Unterschiede erwarten würde, weil all der Quarz im Sand dort aus dem Rhein stammt, finden wir ziemlich einzigartige Profile auf nur zweihundert Kilometer Küstenlänge. Holland von einem anderen Land zu unterscheiden wird also wahrscheinlich ziemlich einfach sein."

Ein zweites Projekt ist derzeit in der Vorbereitung. Dabei soll unter anderem Sand aus Australien und von Hawaii untersucht werden.

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