Wer einmal tief in einen Sektkelch geblickt hat, kennt sie: jene gerade und gleichmäßig aufsteigenden Reihen von Gasbläschen. Das nicht alle Blasen in Wasser und anderen wässrigen Flüssigkeiten so gleichmäßig aufsteigen, ist ein Problem, das schon den genialen Forscher, Künstler und Ingenieur Leonardo da Vinci (1452-1519) beschäftigte: Je größer die Blasen, so lehrt die Beobachtung, desto unregelmäßiger der Aufstieg; die Blasen trudeln dann in Zickzack- oder spiralförmigen Bahnen der Oberfläche entgegen. Aber warum?
Tatsächlich gab es bis dato keine plausible Erklärung für dieses Phänomen. Nun haben zwei Forscher einen neuen Vorstoß gewagt, "Leonardos Paradoxon", wie das seltsame Verhalten von Blasen auch genannt wird, zu entzaubern. Ihre Erkenntnisse veröffentlichten Miguel Ángel Herrada von der spanischen Universität Sevilla und Jens G. Eggers von der britischen University of Bristol in der renommierten Fachzeitschrift "Proceedings of the National Academy of Sciences" (PNAS).
Ab knapp zwei Millimetern fangen Blasen an zu torkeln
Zum einen konnten die Forscher bestimmen, ab welcher Größe die Bahnen von Blasen instabil werden. Demnach darf eine Blase einen Durchmesser von 1,852 Millimeter nicht überschreiten, wenn sie schnurgerade aufsteigen will. Alles, was größer ist, unterliegt Kräften, die die Blase verformen und sie aus der Bahn werfen.
Während man früher geglaubt habe, dass die Verwirbelungen im "Kielwasser" der Blase für deren kaum berechenbare Bahn verantwortlich seien, so schreiben die Forscher, konnten sie nun einen bislang unbekannten Mechanismus aufdecken. Demnach sei es neben weiteren physikalischen Effekten vor allem die Wechselwirkung zwischen der Strömung und der Form der Blase, die deren torkelnde Bahn bestimme.
Stark vereinfacht gesagt: An der Oberseite einer "zu großen" Blase bildet sich eine "Delle", die sowohl die Aufstiegsrichtung als auch die -geschwindigkeit verändert. Um diese Delle herum fließt das umgebende Wasser schneller, der Druck nimmt ab. Die Blase nimmt nun aufgrund des Druckunterschieds wieder ihre ursprüngliche Form an – und das Spiel beginnt von Neuem. Zumindest gilt das für zickzackförmige Bahnen. Bei spiralförmigen ist es ein bisschen komplizierter.
Was das Genie da Vinci vermutlich nicht verblüfft hätte: Die Erkenntnisse – so hoffen es zumindest die beiden Forscher – bieten Anwendungsmöglichkeiten von der chemischen Industrie bis hin zur Umweltforschung.
