Quelle: Mindener Tageblatt, 7.2. 2004
Treibsand
verwandte Begriffe: Schwimmsand, Fließsand, ® Sandmuren

In Abenteuerfilmen ist es ein beliebtes, für Hochspannung sorgendes Szenario: Menschen, die im Treibsand einsinken und erst in letzter Sekunde gerettet werden (oder gar nicht, wenn es sich um Bösewichte handelt). Geologisch lässt sich das Phänomen Treibsand relativ einfach erklären. Voraussetzung sind Sandschichten, die gewisse Bedingungen erfüllen.

Kritische Schichten haben einen sehr hohen Feinkorn-Anteil (d.h. sie bestehen überwiegend aus ® Schluff, Feinsand bis Mittelsand), sind wassergesättigt und weisen eine ganz lockere Packung der Sandkörner auf. Solche Eigenschaften haben oft Sedimente, die von großen Flüssen nahe ihres Mündungsbereiches abgesetzt wurden (m.a.W. Deltaablagerungen). Werden solche Sandschichten durch irgendeinen Anlass in Schwingung versetzt, kann sich der Sand regelrecht verflüssigen, ein Prozess, der auch als Liquifizierung (engl. liquefaction) bezeichnet wird. Zur Destabilisierung kann es schon ausreichen, wenn Menschen gefährdete Bereiche betreten.

Ausgangssituation

Verflüssigung

Endzustand

Bei einer Erschütterung drückt das Wasser die Sandkörner quasi voneinander weg und vermindert so die Reibung zwischen der Körnern. Im Extremfall verlieren diese sogar gänzlich ihren Kontakt und "schwimmen" kurzzeitig im Wasser (siehe Grafik oben, mittleres Bild). Das Korngerüst hat dann keinerlei Stützwirkung mehr und das Sand-Wasser-Gemisch verhält sich nun ähnlich wie eine Flüssigkeit. Objekte, die sich auf dem Sand befinden, sinken in diesem Moment unweigerlich ein. Sobald die Erschütterung endet, setzt sich der Sand langsam in einer dichteren Packung wieder ab, während das überschüssige Wasser abfließt.


zum Video: 
Treibsand in einer Kiesgrube
Im kleinen Maßstab kann man dem Phänomen auch auf den Spülfeldern in Kiesgruben begegnen (Foto links). Ein Spülfeld ist ein Bereich am Rand eines Kiesteiches, über den das Wasser aus der Kieswäsche zurück in den Teich geleitet wird. Dieses Wasser führt feine Sedimentpartikel mit, die sich dann ähnlich wie in einem natürlichen Delta ablagern. Deswegen finden sich hier auch stets Schilder mit der Aufschrift: Betreten verboten - Lebensgefahr.
Dramatische Auswirkungen haben naturgemäß Erdbeben, wenn große Gebiete mit gefährdeten Ablagerungen durchgeschüttelt werden. Dabei können, wie Beispiele aus Japan zeigen, selbst mehrstöckige Häuser im Sand einsinken.

rechts: Kippung von Häusern bedingt durch Treibsand-Effekte während des Erdbebens von Niigata (Japan) 1964. Quelle: Nichols & Buchanan, Geol Surv. Circular 690/1974.



A. Khaldoun, E. Eiser, G. H. Wegdam, D. Bonn
Rheology: Liquefaction of quicksand under stress.
Nature 437, 635-635 (29 Sep 2005)
Nochmals zurück zum Film. Die Gefahr, bei einem Fußmarsch über eine Treibsand-Fläche unvermittelt bis über den Kopf gänzlich im Sand zu versinken, ist aus wissenschaftlicher Sicht wenig realistisch, wie auch Wissenschaftler der Universität Amsterdam unlängst berichteten (siehe Zitat links). Dem steht der Auftrieb des menschlichen Körpers entgegen. Das Problem gestaltet sich etwas anders. Wer einmal nur bis zu den Knien im Treibsand eingesunken war, hat die Erfahrung gemacht, dass es selbst dann nahezu unmöglich ist, sich allein zu befreien. Zu groß ist der Zusammenhalt und die Saugwirkung der wieder abgesetzten Sandschicht über den Füßen. In einer abgelegenen Gegend könnte Hilfe tagelang ausbleiben. Um vieles größer ist noch die Gefahr, bei Ebbe in einem den Gezeiten unterworfenen Watt- oder Flußabschnitt stecken zu bleiben und dann von der zurückkehrenden Flut überrascht zu werden. Diese Situation fordert immer wieder Opfer, siehe Zeitungsausschnitt oben links.

Trockener Treibsand ?
Unlängst machten Experimente niederländischer Physiker Schlagzeilen, in denen sich trockener Sand ähnlich wie eine Flüssigkeit zu verhalten schien. Mittels eines Luftstromes, der durch ein perforiertes Behältnis mit feinstem Sand (Schluff) geblasen wurde, konnte eine sehr lockere Packung der Sandschicht erreicht werden. Anschließend versank ein herabfallender, metallgefüllter Ball in dem Material und erzeugte manchmal eine regelrechte aufspritzende Fontäne.
Angesichts ihrer Ergebnisse spekulierten die Forscher, dass Luftwirbel in der Wüste Sand in einer ähnlich lockeren Packung absetzen könnte, dass sogar Menschen, Kamele oder Fahrzeuge darin versinken könnten - wie in Abenteuer-Filmen gern dargestellt.
Veröffentlicht in Nature, Vol. 432, 9. Dezember 2004, pp 689-90
Linktipp: www.wissenschaft-online.de/abo/ticker/768039

Allerdings sollte bei der Übertragung der Laborexperimente auf die Wüsten-Dimension ein Aspekt bedacht werden: in der geringmächtigen Sandschicht im Labor spielt das Eigengewicht des Sandes keine große Rolle. Anders im Wüsten-Massstab. Bei einer 2-3 Meter hohen Sandschicht, die für das komplette Versinken einer Person mindestens erforderlich wäre, lastet auf dem unteren Teil des Sandpaketes leicht ein Gewicht von 3-4 Tonnen. Ob unter dieser Auflast eine solch lockere Packung der Sandkörner wie im Labor hergestellt überhaupt noch stabil sein kann, erscheint zumindest problematisch.