Daniel Bonn baut eigentlich überhaupt nicht gerne Sandburgen. »Dafür braucht man Geduld, das ist nicht gerade meine Stärke«, sagt er. Trotzdem hat der Physiker in letzter Zeit Hunderte davon hochgezogen. Die wissenschaftlichen Gutachter des Magazins Scientific Reports hatten Bonn dazu verdonnert – ihnen reichten seine ausschließlich theoretischen Betrachtungen nicht.

Die Idee, das Rätsel Sandburg zu lösen, war Bonn viele Jahre zuvor bei einem Strandspaziergang gekommen. Dem Professor waren die Konstruktionen professioneller Sandburgbauer aufgefallen. Bis zu fünf Meter hoch türmte sich das krümelige Material. »Das war komisch«, sagt Bonn. »Laut dem damaligen Stand der wissenschaftlichen Literatur hätten Sandburgen nur eine Höhe von ungefähr 20 Zentimetern erreichen können.« Ganz offensichtlich hatte die Sandburg-Theorie gewaltige Lücken.

Bonn, Leiter des Van-der-Waals-Zeeman-Instituts für Experimentelle Physik in Amsterdam, rechnete nach: »Man muss die Elastizität quantifizieren, also wie das Material auf Verformung reagiert.« Er erstellte aus ebenjenem Elastizitätsmodul (abhängig von der Korngröße) sowie dem Radius der Grundfläche, der Dichte des Sandes und der Schwerkraft eine Formel für die kritische Höhe, ab der eine Säule aus Sand zu bröseln beginnt. Das Ergebnis: Die maximal mögliche Höhe wächst mit der Zwei-Drittel-Potenz des Radius. Im Klartext: Verdreifacht man den Radius der Grundfläche, kann man 32/3-mal so hoch bauen, also rund doppelt so hoch. »Diese Formel funktioniert sehr, sehr gut«, sagt er. Er schickte sie an Scientific Reports.

Natürlich geht es bei solchen Berechnungen nicht nur um Sandburgen. Zehn Prozent des Weltenergieverbrauchs würden für den Umgang mit feuchten Granulaten aufgewendet, schreibt der französische Physiker Jacques Duran in seinem Standardwerk Sables, Poudres et Grains: in der Bauindustrie, im Bergbau, in der Landwirtschaft. Rund 60 Prozent aller Rohstoffe werden als Pulver verarbeitet.

Auch Geologen interessieren sich für die mechanischen Eigenschaften krümeliger Anhäufungen. Ein Erdrutsch ist letztlich nichts anderes als ein Sandburgeinsturz. Um Frühwarnsysteme zu entwickeln, muss man genau verstehen, wie sich bröselige Materialien verhalten. Was ziemlich kompliziert ist: »Sand in einer Sandburg verhält sich wie ein Feststoff, Sand in einer Sanduhr wie eine Flüssigkeit«, erklärt Bonn. Entscheidend ist auch der Wassergehalt. Beim Sandburgbau wirkt das Wasser stabilisierend, indem es Kapillarbrücken zwischen den Sandkörnern bildet. Nach tagelangen Regenfällen aber kann festes Erdreich regelrecht davonfließen, Geologen sprechen von »Bodenverflüssigung«. »In Amsterdam etwa ist beim U-Bahn-Bau nasser Sand abgerutscht, weil man die Eigenschaften des Sandes nicht richtig einschätzen konnte«, sagt Bonn.

Theoretisch fanden die Gutachter seine Arbeit hochinteressant. Doch sie hatten einen Einwand: Der Forscher hatte überhaupt keine Experimente gemacht! Also musste der Physiker Sandburgen bauen, Hunderte, monatelang. Tatsächlich hat er, das gibt er gerne zu, die meisten davon seinen Mitarbeitern aufgedrückt. Besonders zwei ehemalige Doktoranden aus dem Iran, Maryam Pakpour und Mehdi Habibi, die inzwischen wieder in ihrem Heimatland arbeiten, haben ihm die Arbeit abgenommen. Adäquates Baumaterial fanden sie ohne Probleme: »Sie sind einfach mit dem Auto in die Wüste gefahren und haben den Kofferraum vollgeladen.« Natürlich habe man sichergestellt, dass der Wüstensand ähnliche Eigenschaften besitze wie der Nordseestrandsand, mit dem in Amsterdam experimentiert wurde.

Pakpour und Habibi vermischten Sand mit deionisiertem Wasser (Ionen hätten unerlaubt stabilisiert) und türmten ihn auf unterschiedlichen Grundflächen. Das machten sie jeweils so lange, bis die Säule zusammenbrach. Bonn hatte richtig gerechnet: Die Formel für die maximale Höhe stimmte, die experimentell untermauerte Sandburg-Studie wurde akzeptiert (Scientific Reports, doi: 10.1038/srep00549). Nebenbei zeigten die Versuche, dass ein Wassergehalt von einem Prozent optimal ist. »Die Festigkeit ist aber nicht sehr sensitiv«, sagt Bonn. »Sonst würde ja kein Kind je eine Sandburg hinbekommen.«

Die allerbesten Sandburgen könne man jedoch unter Wasser bauen, sagt der Physiker. Wegen des Auftriebs wiegt Sand unter Wasser weniger, sodass er sich auf der gleichen Grundfläche doppelt so hoch auftürmen lässt. Man braucht allerdings Spezialsand, der mit wasserabweisendem Stoff bedampft wurde. In einer Unterwassersandburg übernimmt dann die Luft die Bildung der Kapillarbrücken – vertauschte Rollen. In einem Aquarium haben die Amsterdamer Forscher einen Prototyp angefertigt. »Der war sehr stabil«, sagt Bonn. »Hat länger gelebt als die Fische.«

Sein Traum ist eine ganz besondere Sandburg an Land: ein fünf Meter hoher Nachbau des Kampanile von Pisa. »Ich muss nur noch die Formel anpassen, für die Neigung.« Den Bau des schiefen Sandturms werden natürlich andere übernehmen.

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