Hier ist der Grund, warum die geometrischen Muster in Salzpfannen weltweit so ähnlich aussehen.

Von Death Valley über Chile bis nach Iran bilden sich in Playas ebenso große Polygone aus Salz - und unterirdische Flüssigkeitsströme könnten der Schlüssel zur Lösung des seit langem bestehenden Rätsels sein.

Geometrische Formen wie Fünfecke und Sechsecke bilden sich spontan in einer Vielzahl geologischer Umgebungen. Getrockneter Schlamm, Eis und Gestein brechen oft in Polygone, aber diese Muster neigen dazu, dramatisch in Größe zu variieren.

Warum sind also alle Playas so hartnäckig ähnlich? Die Antwort liegt im Untergrund, schlagen Physikerin Jana Lasser und Kollegen am 24. Februar in Physical Review X vor. Mit raffinierten mathematischen Modellen, Computersimulationen und Experimenten am Owens Lake in Kalifornien verband das Team, was sie an der Oberfläche sahen, mit dem, was darunter vor sich geht.

"Flüssigkeitsströmungen und Konvektion im Untergrund können einzigartig erklären, warum sich die Muster bilden", sagt Lasser von der Technischen Universität Graz in Österreich.

Diese 3D-Annäherung war der Schlüssel zur Erklärung der Universalität von salzigen Polygonen.

Salzpfannen entstehen an Orten, an denen Regen selten ist und es viel Verdunstung gibt (SN: 12/5/07). Grundwasser, das an die Oberfläche dringt, verdunstet und hinterlässt eine Kruste aus Salz und anderen Mineralien, die im Wasser gelöst waren. Am auffälligsten führt dieser Prozess zu niedrigen Kämmen aus konzentriertem Salz, die die Playa in Polygone teilen: meistens Sechsecke mit einigen Fünfecken und anderen geometrischen Formen.

Der Salztyp variiert von einer Playa zur anderen. In einigen Playas dominiert Tafelsalz oder Natriumchlorid, aber andere haben mehr Sulfitsalze. Und die Salzkrusten selbst variieren in der Dicke von einigen Millimetern bis zu mehreren Metern. Diese Variation scheint der Grund zu sein, warum bisherige Versuche, die Muster der Playas zu beschreiben, gescheitert sind.

Ob die Krusten meter- oder millimeterdick sind, weisen Salzpfannen Polygone auf, die 1 bis 2 Meter groß sind. Frühere Modelle auf Basis von Rissen, Ausdehnung und anderen Phänomenen, die beschreiben, wie Schlamm und Gestein brechen, produzieren hingegen Polygone mit Größen, die je nach Krustendicke variieren.

Wenn Grundwasser von der Oberfläche verdunstet, konzentriert es das Salz im verbleibenden Grundwasser. Dieses salzige Wasser, jetzt dichter und schwerer, sinkt ab und zwingt anderes, weniger dichtes Wasser nach oben. Lasser und Kollegen zeigten, dass im Laufe der Zeit die Zirkulation, bekannt als Konvektion, dazu neigt, die absteigenden Strahlen salzigeres Wasser in ein Netzwerk vertikaler Blätter zu drücken. Die Oberfläche über diesen Blättern sammelt mehr Salz, so dass dort dicke Salzkämme wachsen. Dünne Salzkrusten bilden sich dazwischen, wo weniger salziges Wasser aufsteigt und spontan die charakteristischen Polygone bildet, die von Playas auf der ganzen Welt geteilt werden.

Die von den Forschern verwendeten Gleichungen beschreiben die relative Salinität des Grundwassers, den Druck innerhalb der Flüssigkeit und die Geschwindigkeit, mit der das Wasser zirkuliert. Computersimulationen, die die volle Komplexität des 3D-Problems umfassten, begannen ohne Salzkruste oder Polygone und produzierten etwas, das sehr nach echten Playas aussieht.

"Dieses Strömungsmodell macht viel mehr Sinn als ein Modell, das ignoriert, was unter der Oberfläche vor sich geht", sagt Physiker Julyan Cartwright vom spanischen Nationalen Forschungsrat, der in Granada tätig ist und nicht an der Forschung beteiligt war.

Tests am Owens Lake halfen dem Team, das Modell zu überprüfen und zu verfeinern. "Physik ist so viel mehr als nur vor einem Computer zu sitzen", sagt Lasser, "ich wollte etwas machen, das Experimente einbezieht."

Der See trocknete in den 1920er Jahren aus, als Wasser nach Los Angeles umgeleitet wurde. Die abgelagerten Minerale auf der verbleibenden Salzpfanne umfassen große natürliche Konzentrationen von Arsen, das mit dem von Wind aufgewirbelten Staub wegbläst und ernsthafte Gesundheitsgefahren schafft. Unter anderem wurde Salzlauge auf den Seeboden gepumpt, um zu versuchen, eine stabilere Salzkruste zu schaffen (SN: 11/28/01). Dieses menschliche Eingreifen gab den Forschern die Möglichkeit, ihre Ideen auf kontrollierte Weise zu testen.

"Das ganze Gebiet ist zerstört", sagt Lasser, "aber für uns war es die perfekte Forschungsumgebung."

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