Vor dem alten Ägypten formte die Natur Sphinxen. Hier ist, wie

Die Große Sphinx von Gizeh könnte möglicherweise von Wüstenwinden geformt worden sein, lange bevor sie jemals von menschlichen Händen berührt wurde.

Mysteriöse Wüstenformationen namens Yardangs können einer sitzenden Löwen erstaunlich ähnlich sehen - so sehr, dass einige Forscher glauben, dass ein löwenähnlicher Yardang später von den alten Ägyptern zu einer Sphinx herausgearbeitet wurde. Die grundlegenden Zutaten für diese ungewöhnlichen Felsformationen sollen recht einfach sein, berichten Forscher in der Novemberausgabe der Physical Review Fluids. Wissenschaftler konnten handgroße, sphinxähnliche Yardangs aus Tonklumpen in einem Wassertunnel zuverlässig formen, solange zwei grundlegende Bedingungen erfüllt waren: gleichbleibende vorherrschende Winde und ein Ausgangsklumpen, der eine Mischung aus leicht erodierbaren und widerstandsfähigeren Teilchen enthielt.

"Das kam völlig überraschend", sagt Geomorphologin Elena Favaro von der Open University in Milton Keynes, England, die nicht an der Studie beteiligt war. Die Wissenschaftler sind sich nicht genau sicher, wie Yardangs entstehen, aber sie kommen in Wüstengebieten vor, in denen Winde freiliegenden Fels zu langen, stromlinienförmigen Rücken erodieren. Die Studie, so sagt Favaro, ist "ein sehr inspirierter Ansatz, um das Problem" der Entstehung von Yardangs zu untersuchen.

Neugierig darauf, wie die Natur sphinxähnliche Yardangs erzeugt, beschloss der angewandte Mathematiker Leif Ristroph von der New York University, die Frage in sein Labor zu bringen. Er und sein Team erforschen, wie natürliche Formen wachsen und sich verändern, indem sie Jahrtausende der Erosion in Experimente packen, die einige Stunden dauern. Sie tun dies in einem Wassertunnel, der normalerweise verwendet wird, um den Flüssigkeitsfluss um starre Objekte wie Flügel zu untersuchen.

"Was wir tun, was das Gerät ein wenig missbraucht", sagt Ristroph, "ist, Dinge wie ein Stück Eis hineinzutun und zu sehen, wie es seine Form ändert" - oder "in diesem Fall einen Klumpen Schlamm".

Das Team unterzog ihren Wassertunnel Hunderten von schlammigen Versuchen. Jedes Mal begannen sie mit einem steifen Tonpaste, formten sie zu einem Ausgangsklumpen, steckten den Klumpen mit Stücken aus hartem Plastik ein, um härtere Teile von natürlichem Gestein darzustellen, und warfen die Klumpen in den Wassertunnel, um unter einem konstanten Wasserwind erodiert zu werden.

Ihre Einrichtung produzierte zuverlässig sphinxähnliche Mini-Yardangs. Die anfängliche Form des Klumpens und die Platzierung der harten Plastikteile spielten nicht wirklich eine Rolle, solange sich die Plastikteile in der Luvhälfte befanden.

Um den Strömungsfluss um sphinxähnliche Formen aus Ton, die durch Wasser herausgearbeitet wurden, zu visualisieren, stellten die Forscher 3D-gedruckte Repliken der resultierenden Formen her und überzogen sie mit mit fluoreszierender Farbe durchsetztem Ton. Eine dieser Repliken wird hier von der Seite und von oben gezeigt. Die Strömungen um den Mini-Sphinx werden durch stromaufwärts eingespritztes Fluoreszeindye, das wirbelnde Filamente erzeugt, die um das Objekt herumwirbeln, sichtbar gemacht.

Aber da die Sphinxen schnell auflösten, musste das Team kreativ werden, um Bilder von den Strömungsverläufen zu machen, die sie geformt haben. Die Forscher scannten ihre Mini-Yardangs und druckten 3D-wiederverwendbare Kunststoffmodelle der Formen aus. Vor jedem Experiment überzogen sie die Kunststoffmodelle mit einer dünnen Schicht Ton, der mit fluoreszierender Farbe durchsetzt war.

Im Wassertunnel ermöglichte der leuchtende Ton den Forschern, die verwirbelnden Strömungen um den Klumpen nachzuverfolgen. Dies enthüllte einige Muster, an denen das Team nun mathematisch arbeitet, darunter eine turbulente "Mähne" von Wirbeln, die sich vom Hinterkopf der Sphinx abzeichnet und eine abfallende, katzenartige Wirbelsäule bildet. Ob Zentimeter-große Klumpen im Wasser etwas über landschaftsgroße Felsen aussagen, die durch Wind erodiert werden, ist eine Frage, auf die Ristroph hofft, dass die neue Studie die Geomorphologen zur Beantwortung verleiten kann.