Salzring im Nudelwasser

Drei Physiker treffen sich zum Abendessen. So startete die Geschichte einer neuen Forschungsarbeit, über die das Forschungsteam im Fachmagazin „Physics of Fluids“ berichtet. Nach einem gemeinsamen Essen bemerkten sie einen Salzring im Topf und fragten sich, wie genau er entsteht und was ihn beeinflusst. Anschließend planten sie eine Reihe von Experimenten und fanden heraus: Mehrere Faktoren spielen für den Salzring eine Rolle – etwa die Menge der zugegebenen Körner, ihre Größe und der Füllstand des Topfs.

Für ihre Versuchsreihe wechselten Mathieu Souzy und sein Team von der Küche ins Labor. Dort verwendeten sie anstelle eines Kochtopfs voller Nudeln ein würfelförmiges Glasbecken mit 50 Zentimeter langen Seiten. In das Becken gaben sie zunächst Wasser bei Raumtemperatur und schütteten in den Versuchen millimeterkleine Glaskügelchen aus Borosilikat in das Wasser.

Salzring am Boden

Dabei haben Souzy und sein Team verschiedene Parameter verändert und beobachtet, wie sich das auf die Ablagerung am Boden des Gefäßes auswirkt. Sie machten mehrere Effekte aus, die eine Rolle spielen: Zum einen erzeugt ein einzelnes Partikel eine kleine Strömung, wenn es durch die Schwerkraft zu Boden sinkt. Diese Strömung beeinflusst den Fluss des umgebenen Wassers. Lässt man mehrere Kügelchen ins Wasser fallen, reißen die Strömungen nicht nur das Wasser, sondern auch benachbarte Teilchen mit. Im Experiment sanken sie daher schneller zu Boden als es ein einzelnes Teilchen tun würde. Zudem drückte das im Sog mitgerissene Wasser die Kügelchen nach außen, sodass eine ringförmige Ablagerung entstand.

Nicht immer entsteht ein Ring

Neben der Partikelanzahl haben die Forschenden auch den Wasserstand im Gefäß variiert. Da die Kügelchen dann einen längeren Weg bis zum Boden zurücklegen, verteilen sie sich und sinken weiter voneinander entfernt zu Boden. Die Strömungen, die von ihnen ausgehen, wirken sich dann kaum mehr auf andere Kügelchen aus. Wenn sie dann absinken, bildet sich keinen Ring mehr, sondern sie verteilen sich gleichmäßig auf einer Kreisfläche am Boden des Gefäßes.

Auch die Durchmesser und das Gesamtvolumen der hineingegebenen Teilchen spielte eine Rolle: Je größer sie waren und je höher ihr Gesamtvolumen, desto größer der Ring. Die beiden Faktoren beeinflussen sich allerdings auch gegenseitig. Waren die Kügelchen im Vergleich zum Gesamtvolumen aller Teilchen zu groß, lagen verhältnismäßig wenige Teilchen vor. Dann hatte die Strömung der einzelnen Teilchen keinen Effekt mehr auf die benachbarten Teilchen und es bildete sich kein Ring mehr.

Das Team um Mathieu Souzy betont, dass diese Ergebnisse über Nudelwasser hinaus weitreichende Anwendungen haben können. Bei der Entsorgung von kontaminierten Abfällen in Flüsse und Meere etwa kann es entscheidend sein zu verstehen, wie die Feststoffe sich in den Flüssigkeiten verhalten und ablagern.