Was der Klang des Sandes verrät

Skurrile Entdeckung: Wer wissen will, woher ein Sand stammt, muss ihm nur zuhören. Denn wenn man eine Sandprobe in Säure gibt, entsteht ein je nach Zusammensetzung einzigartiges Geräusch, wie Forscher herausgefunden haben. Diese akustische Signatur erlaubt es, eine Sandprobe eindeutig einem bestimmten Herkunftsstrand zuzuordnen. Das könnte künftig beispielsweise helfen, illegalen Sandabbau aufzudecken.

Sand ist ein begehrter Rohstoff: Für die Baubranche ist er unverzichtbar und auch als Rohmaterial für Glas und Halbleiter werden die Körnchen gebraucht. Doch auch wenn der Sand an Stränden oder in der Wüste im Überfluss vorhanden scheint – als Rohstoff geeigneter Sand ist weltweit knapp. Dadurch kommt es vielerorts zu ungeregeltem und oft illegalem Raubbau, der für die betroffenen Regionen schwere Folgen haben kann.

Das Problem dabei: Selbst wenn man illegale Händler erwischt, ist es oft fast unmöglich, die Herkunft ihres Sandes ohne erheblichen Aufwand zweifelsfrei nachzuweisen.

Makroaufnahme von Strandsand aus Kalifornien – er besteht aus ganz unterschiedlichen Komponenten. © Mark Wilson/ gemeinfrei

Auf den Sand hören

Eine ebenso skurrile wie verblüffend einfache Lösung könnten nun Saskia van Ruth von der Universität Wageningen und ihre Kollegen gefunden haben. Denn sie haben entdeckt, dass sich Sand verschiedener Herkunft auch akustisch unterscheiden lässt. Der je nach Herkunftsort einzigartige Klang entsteht jedoch nicht beim Darüberlaufen oder durch den Wind wie bei den singenden Dünen, sondern beim Auflösen des Sands in Säure.

Das Prinzip dahinter: Rohsand besteht oft nicht aus reinem Siliziumdioxid, sondern ist mit Kalkpartikeln gemischt. Diese stammen beispielsweise aus zermahlenen Muschelschalen, Korallenskeletten und anderen kalkhaltigen Relikten von Meeresorganismen. Der Anteil und die Zusammensetzung dieser Kalkbeimischungen sind je nach Meeresgebiet und Strand verschieden, wie van Ruth und ihre Kollegen erklären.

Verräterisches Blubbern

Genau dies kann man sich zunutze machen: Gibt man den Sand in Säure, löst sich der Kalk auf. Dabei wird Kohlendioxid in Form unzähliger kleiner Bläschen frei. „Die Carbonat-Komponenten der Schalen und die Morphologie der Schalenfragmente führen dazu, dass beim Auflösen und der damit verbundenen Freisetzung von CO2 spezifische Muster entstehen“, erklären die Forscher. Je nach Sandtyp erzeugt die Ausgasung dadurch Blubbergeräusche verschiedener Intensität und Dauer.

Wie spezifisch das akustische Profil dieses Blubberns ist, haben van Ruth und ihr Team nun mithilfe einer speziellen Analysemethode untersucht, der sogenannten „Broad Acoustic Resonance Dissolution Spectroscopy Analysis“ (BARDS). Dabei zeichnen hochempfindliche Spezialmikrofone das leise Blubbern der aufsteigenden Gasblasen während des Säurebads der Sandkörner auf. In ihrem Test verglichen die Forscher Sandproben von neun verschiedenen holländischen Stränden.

Eindeutige akustische Signatur

Das Ergebnis: Das „Blubberkonzert“ war tatsächlich so spezifisch, dass sich Sandproben damit ihrem Herkunftsstrand zuordnen ließen. Weil selbst der Sand benachbarter Strände eine leicht andere Zusammensetzung und Größe der Körnchen hat, konnten die Forscher über den Vergleich der akustischen Profile seine Herkunft ermitteln. „Das spezifische Muster erlaubt es uns, die Quelle des Sandes zu bestimmen – mithilfe von multivariaten statistischen Methoden“, so die Forscher.

Der Sand selbst verrät demnach, woher er stammt. „Dem Sand zuzuhören enthüllt interessante Informationen über seine Identität und seinen Ursprung, wie unsere Studie belegt“, konstatieren van Ruth und ihr Team. Damit könnte sich auch eine ganz neue Möglichkeit eröffnen, beispielsweise die Herkunft von illegal abgebautem und gehandeltem Sand zu ermitteln. (Applied Acoustics, 2019; doi: 10.1016/j.apacoust.2019.04.026)

Quelle: Science News, Applied Acoustics