Der Ton ist laut, tief und irgendwie gespenstisch. Der sonore Bass singender Dünen faszinierte schon den Entdecker Marco Polo, als er vor 700 Jahren die Wüste Gobi in der Mongolei durchquerte. Der Venezianer glaubte, die Stimme eines bösen Geistes zu vernehmen. Heutige Ohrenzeugen sagen, das Brummen erinnere an das "Omm" meditierender Yogis - oder an Klänge eines Kontrabasses.
Über eine Erklärung für das merkwürdige Phänomen streiten sich Physiker seit fast hundert Jahren. Das Phänomen, so viel ist klar, wird von kleinen Lawinen ausgelöst. Wenn eine Ladung Sand die steile, windabgewandte Flanke einer Düne hinunterrutscht, setzt nach einigen Sekunden ein mehrere Kilometer weit hörbares Brummen ein. Es kann bis zu eine Minute lang anhalten, nachdem die Lawine zum Stillstand gekommen ist.
Bislang hatten die meisten Forscher vermutet, dass der Ton direkt im rutschenden Sand entsteht, wenn die Sandkörner mit der gleichen Frequenz vibrieren. Die Tonhöhe wird dieser Theorie zufolge von der Größe der Sandkörner und der chemischen Beschaffenheit ihrer Oberfläche bestimmt. "Das erklärt aber nicht, warum nur wenige Dünen singen, und warum sie im Winter manchmal verstummen", sagt Nathalie Vriend vom California Institute of Technology in Pasadena.
Um dem Geheimnis des singenden Sandes auf die Spur zu kommen, hatte Vriend im vergangenen Sommer gemeinsam mit anderen Ingenieuren und Geowissenschaftlern eine 45 Meter und eine 11 Meter hohe Düne im Death Valley in Kalifornien untersucht. Davon berichten die Forscher jetzt im Journal Geophysical Research Letters.
Sie zeichneten die Dünentöne mit Mikrofonen auf, nahmen Bodenproben, blickten mithilfe geophysikalischer Verfahren ins Innere der Sandhaufen und versuchten sogar, das Singen künstlich auszulösen. Dazu rutschten fünf bis zehn Helfer gleichzeitig auf dem Hosenboden die 30 Grad steile Dünenflanke hinab. Die größere der beiden untersuchten Dünen ließ sich mit dieser Methode tatsächlich zum Klingen bringen.
Mit Schallempfängern in der Luft und im Boden (sogenannten Geofonen) fanden Vriend und ihre Kollegen heraus, dass das Lied dieser Düne mit einer Frequenz von 82 Hertz erklingt. Das entspricht etwa dem tiefen E einer klassischen Gitarre. Auch Obertöne des Grundtons drangen aus dem Sandhaufen. Sobald die rutschenden Helfer den flacheren Teil der Dünenflanke erreichten, erstarb das Dröhnen. Vriend und ihre Kollegen stellten auch fest, dass die Tonhöhe nicht von der Rutschgeschwindigkeit abhing: Schnelleres Rutschen verursachte lediglich ein lauteres Gebrumm.
Anschließend erkundeten die Forscher den inneren Aufbau beider Dünen durch seismische Experimente. Dafür erzeugten sie mit einem Fallgewicht künstlich kleine Erdbeben. Mit insgesamt 96 Geofonen registrierten sie die Echos der seismischen Wellen, die an den Grenzen zwischen zwei Sandschichten zurückgeworfen wurden.
Auf diese Weise entdeckten die Forscher eine 150 Zentimeter dicke Sandschicht an der Oberseite der Düne, in der sich die seismischen Wellen nur halb so schnell ausbreiteten wie in der Luft. In der Schicht bleiben akustische Wellen gefangen, ähnlich wie Lichtwellen in einem Glasfaserkabel. Unterhalb der Schicht verdoppelte sich die seismische Geschwindigkeit sprunghaft. "Das liegt daran, dass sich in der Tiefe mehr Feuchtigkeit befindet und dass die Sandkörner durch chemische Prozesse stärker aneinander haften", erläutert Vriend.
Durch den besonderen Aufbau der Dünen, sagt die Ingenieurin, bleiben die von Lawinen ausgelösten Schallwellen innerhalb der langsamen Schicht gefangen. Die hörbaren Töne werden dort wie im Resonanzkörper eines Musikinstruments verstärkt. Welcher Ton erklingt, hängt von der Dicke des Wellenleiters und den Schallgeschwindigkeiten des Sandes ab, berichten die Forscher. Die Größe der Sandkörner spiele hingegen keine Rolle. Bei der kleineren Düne fand sich ein ähnlich geschichteter Aufbau wie bei der großen Düne - allerdings war der Wellenleiter bei der kleinen Version offenbar nicht umfänglich genug, um Töne zu erzeugen.
Bei einem zweiten Besuch der Forscher im vergangenen Winter versagte die Düne ihren Zuhörern das gewohnte Konzert. Mit den seismischen Messungen stellten die Forscher nun fest, dass die Schallgeschwindigkeit in der Tiefe nicht mehr sprunghaft, sondern allmählich anstieg. "Wahrscheinlich verteilt sich im Winter Feuchtigkeit in der ganzen Düne, wodurch sich die Schichtung auflöst", berichtet Vriend. Der Wellenleiter war verschwunden - und mit ihm die Fähigkeit des Sandhaufens zu singen.
Ob die Erklärung von Vriend und ihren Kollegen die Dünen-Debatte nun beendet, bleibt abzuwarten. Die Belege für die Theorie sind nämlich noch relativ spärlich: Bislang wurden erst 3 der weltweit bekannten 33 singenden Dünen genauer untersucht.
Geophysical Research Letters, Bd. 34, S. L16306
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Foto : Die große Düne im kalifornischen Death Valley ist 45 Meter hoch und 120 Meter breit. Wenn sich an ihrem Hang Sandlawinen bilden, dann brummt sie.
