Terra X: Rätselhafte Phänomene

ZDF: Sonntag, 28. April, und Sonntag, 5. Mai 2024, 19.30 Uhr

ZDFmediathek: beide Folgen ab Mittwoch, 24. April 2024, zehn Jahre lang

Rätselhafte Phänomene – Springfluten und Polsprünge

Rätselhafte Phänomene – Vulkane und Geisterbäume 

Sonntag, 28. April 2024, 19.30 Uhr

Die Lagunenstadt Venedig ist vor allem dafür bekannt, dass sie immer wieder von verheerendem Hochwasser heimgesucht wird. Umso rätselhafter erscheinen Meldungen wie im Februar 2023, dass Venedigs Kanäle trockenlaufen. Ein höchst seltsames Phänomen, für das es aber eine überraschend einleuchtende Erklärung gibt.

Am Amazonas dagegen liefern Wassermassen ein beeindruckendes Szenario: Jedes Jahr im Frühjahr werden zweimal am Tag riesige Wassermengen vom Atlantischen Ozean in die Flussmündung gedrückt. Die "Pororoca", eine gewaltige Welle, treibt und bricht flussaufwärts und reißt alles mit sich, was ihr in den Weg kommt. Im März und April treffen sich die mutigsten Wellenreiter aus aller Welt im Mündungsgebiet des Amazonas, um sie zu reiten.

Manche Naturwunder könnten auch zur Bedrohung für den Menschen werden: Die Forscherinnen und Forscher des Deutschen Geoforschungszentrums bei Potsdam treiben besonders Unregelmäßigkeiten des Erdmagnetfeldes um. Das Erdmagnetfeld ist der größte und wichtigste Schutzschild der Erde – und seit Beginn der systematischen Messungen nimmt die globale Feldstärke ständig ab. Doch warum ist das so? Könnte es gar zu einer Umpolung kommen? Und welche Folgen könnten damit verbunden sein? Das versuchen die Potsdamer Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler herauszufinden. Neben der wichtigen Abschirmfunktion hilft das Erdmagnetfeld einigen Lebewesen auch bei der Orientierung, wie die Wissenschaft herausgefunden hat. Fledermäuse und Monarchfalter sind hierfür zwei Beispiele. 

Wie kunstvoll und gleichsam rätselhaft die Kräfte der Natur wirken, zeigt sich im Hochgebirge an einem der trockensten Orte der Erde: In den extremen Höhen der Atacama, auf über 4.000 Metern, entstehen seltsame, bis zu fünf Meter hohe Eisformationen. Sie werden Penitentes oder Büßereis genannt, weil sie an Mönche in Büßerkutten erinnern. Ihre Entstehung war lange Zeit ungeklärt. Inzwischen haben Forscher das komplexe Zusammenspiel physikalischer Prozesse bei ihrer Entstehung entschlüsselt.

Sonntag, 5. Mai 2024, 19.30 Uhr

Der Vesuv bei Neapel ist einer der bekanntesten Vulkane der Welt und gilt zugleich als einer der gefährlichsten in Europa. Seit 80 Jahren ruht der mächtige Riese. Aber wie lange wird diese Phase anhalten und wird es wieder zu einer großen Explosion kommen, wie im Jahr 79 n. Chr., als die antike Stadt Pompeji zerstört wurde? Antworten darauf glauben Wissenschaftler der ETH Zürich jetzt in Kristallen des Minerals Granat entdeckt zu haben.

Der Materialforscher Admir Masic ist dem Geheimnis des antiken römischen Betons auf der Spur. Ihn fasziniert vor allem die lange Haltbarkeit des Opus Caementitium. Am renommierten MIT in Boston hat er das Material eingehend untersucht und dabei eine verblüffende Entdeckung gemacht: Ein bisher kaum beachtetes Phänomen steckt hinter dem Geheimnis der Haltbarkeit. Würde diese Herstellungsmethode in der modernen Bauindustrie Anwendung finden, könnten Bauwerke sehr viel länger halten.

Der Monolake in den USA ist ein extrem salzhaltiger und für Fische und alle Wirbeltiere tödlicher See – und zeitweise trotzdem ein faszinierend lebendiges Ökosystem. Dafür sorgt unter anderem eine kleine Fliege, die sich optimal an das Milieu des Natronsees angepasst hat. Dank einer Luftblase, die sich um ihren Körper bildet, kann sie regelmäßig auf minutenlange Tauchgänge gehen.

Ebenso erstaunlich sind die sogenannten Geisterbäume, Albinos, die keine Photosynthese betreiben und trotzdem wachsen. Es scheint, die umliegenden Bäume haben einen guten Grund, sie am Leben zu halten.

Wie das Erdmagnetfeld bei der Orientierung hilft
Nicht nur Zugvögel spüren das Kraftfeld der Erde – auch Fledermäuse nutzen die Polarität des Magnetfeldes auf der Suche nach einem Winterquartier. Der innere Kompass des Monarchfalters, der zur Überwinterung von Nordamerika bis in die mexikanische Sierra Nevada bis zu 4.000 Kilometer zurücklegt, unterscheidet zwischen "polwärts" und "äquatorwärts“. Auch Wale scheint auf ihren Wanderungen das Erdmagnetfeld als Richtungsweiser zu dienen. Neue Forschungen deuten darauf hin, dass geomagnetische Stürme ihre Navigationsfähigkeiten beeinträchtigen und für Strandungen verantwortlich sein können. Und noch ein Meeresbewohner orientiert sich am Erdmagnetfeld: Meeresschildkröten. Sie kehren zur Eiablage immer wieder an den Strand zurück, an dem sie selbst aus dem Ei geschlüpft sind. Die Tiere erkennen offenbar charakteristische Muster des Erdmagnetfeldes und speichern sie ab. So finden sie nicht nur an den Ort ihrer Geburt zurück, sondern orientieren sich auch auf ihren langen Wanderungen durch die Ozeane daran.

Wie Polarlichter entstehen
Tanzende Lichter, die in den Polarregionen für grünblaues Dauerfeuerwerk sorgen: Sonnenwinde sind für das magische Naturphänomen der Polarlichter verantwortlich. An den Polen liegen die "Mündungstrichter" der Magnetfeldlinien der Erde und bieten weniger Schutz. Dort können die geladenen Teilchen in die Erdatmosphäre eindringen und erzeugen durch den Zusammenstoß vor allem mit Sauerstoffatomen die faszinierenden Leuchterscheinungen. Bei besonders starken Eruptionen und Sonnenwinden sind die magischen Lichter manchmal sogar in niedrigeren Breitengraden wie England, Dänemark oder Deutschland zu sehen. Dort durchstoßen sie das Erdmagnetfeld in größeren Höhen und treffen statt auf Sauerstoff- vor allem auf Stickstoffatome. Diese lassen die Lichter violett erstrahlen.

Wie außergewöhnliche Eisformationen in der Atacama-Wüste in Chile zustande kommen
In extremer Höhe – auf über 4.000 Metern – entstehen an einem der trockensten Orte der Erde seltsame, bis zu fünf Meter hohe Eisformationen. Sie werden Penitentes oder auch Büßereis genannt – sie erinnern an Mönche in Büßerkutten. Der Wind, von dem man zunächst annahm für die Form verantwortlich zu sein, spielt bei ihrer Entstehung nur eine begrenzte Rolle. Ein komplexes Zusammenspiel physikalischer Prozesse ist der Baumeister dieser eisigen Spitzen: Scheint Sonnenlicht auf Schnee, absorbiert der Schnee die Wärme. Unter der Oberfläche entstehen höhere Temperaturen als außen, wo zugleich kühlender Dunst aufsteigt. In Senken und Mulden wird mehr Wärme absorbiert, wodurch auch höhere Temperaturunterschiede entstehen. Der Schnee schmilzt und die Oberfläche bricht ein, während die Ränder, an denen die Feuchtigkeit nachts zu Eis wird, stehen bleiben – und so entstehen die bizarren Spitzen.   

Welches Bauverfahren aus der Antike die Bautechnik der Zukunft revolutionieren könnte
Die Zeit scheint den Prachtbauten der Römer nichts anhaben zu können. Der Grund? Die Zusammensetzung des römischen Betons. Das sogenannte Opus Caementitium ist eine Mischung aus Vulkangestein, Sand, Sandstein, zerbröselten Ziegeln – und Kalk, der in speziellen Öfen gebrannt wurde. Kalkeinschlüsse finden sich in allen antiken römischen Mauern, und lange Zeit dachte man, diese Kalkklümpchen seien das Resultat von schlampigem Mischen. Doch ein Experiment am MIT in Boston, bei dem mit Zutaten aus Italien das Opus Caementitium nachgebaut wurde, zeigt: Sobald Risse in diesem speziellen Beton entstehen – zum Beispiel durch eindringende Feuchtigkeit wie Regenwasser –, reagieren die Kalkklümpchen, lösen sich und kristallisieren in den Hohlräumen wieder zu Carbonaten. Innerhalb von zwei bis drei Wochen verschließen sich so die Risse wieder. Zudem reagiert der Kalk auch mit den vulkanischen Bestandteilen und verstärkt den Beton zusätzlich. Dieses Verfahren der antiken Bautechnik könnte die Zukunft des Betonbaus revolutionieren, denn erste Belastungstests zeigen: Die Druckfestigkeit des neuen Betons nach römischen Vorbild kann mit herkömmlichem Beton mithalten.

Warum die Blaue Grotte dieses überirdische Blau hat
Lange Zeit konnte sich niemand erklären, woher das magische Licht in der Blauen Grotte auf Capri kam. Aber es gibt eine einfache physikalische Erklärung: Der Großteil des Sonnenlichts strahlt nur indirekt in die Höhle. Unter dem kleinen Grotteneingang befindet sich eine zweite, große Öffnung unter Wasser, durch die Licht in die Höhle gelangt. Das Wasser wirkt dabei wie ein Filter, absorbiert die roten und gelben Anteile und lässt nur kurzwelliges blaues Licht durch.

Was es mit dem "Jacuzzi der Verzweiflung" im Golf von Mexiko auf sich hat
Im Norden des Golfs von Mexiko liegt ein kleiner Kratersee auf dem Meeresgrund. Er hat einen Durchesser von 30 Metern und ist ca. 3,70 Meter tief. Das darin enthaltene Wasser ist ein toxisches Chemikaliengebräu voller Methan und Schwefelwasserstoff. Forscher haben diese Zone "Jacuzzi der Verzweiflung" genannt, denn sie ist tödlich für fast jeden, der sich hineinverirrt. Für fast jeden: An diesem "Todespool" leben Muscheln und Würmer in symbiotischer Beziehung mit Bakterien. Und diese Bakterien ziehen ihre Energie aus dem Methan und Schwefelwasserstoff, das den Salzpool für andere so tödlich macht.

In der ZDFmediatek sind alle weiteren sechs Folgen "Rätselhafte Phänomene" zu sehen.

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