Niederländische Forscher haben herausgefunden, warum Gebäude und Denkmäler in salzhaltiger Luft schneller verwittern: Das Salz bildet in winzigen Poren im Stein Kristalle, die beim Wachsen einen enorm hohen Druck auf die Porenwände ausüben. Dieser Druck beträgt etwa das fünfzig- bis sechzigfache des Drucks in einem Autoreifen und schwächt auf Dauer die Steinstruktur. Über die Arbeit des Teams um Klaas Kopinga von der Technischen Universität Eindhoven berichtet der Online-Dienst der Fachzeitschrift Science.
Die Theorie der wachsenden Kristalle ist nicht neu: Nach der Vorstellung von Wissenschaftlern gelangen dabei Salze aus der Umgebung im Regenwasser gelöst in die Steinporen, wo sie sich als winzige Kristalle absetzen. Je mehr Salz das Wasser in die Poren trägt, desto mehr wachsen die Kristallkeime ? bis sie an die Porenwände stoßen. Jedes weitere Wachstum vergrößert nun nicht mehr die Kristallgröße, sondern erhöht den Druck innerhalb des Kristalls und auf die Porenwände. Die Folge: Der Stein wird mürbe, und es platzen mit der Zeit immer mehr Bruchstücke ab. Die Bestätigung dieser Theorie scheiterte jedoch bislang daran, dass es nicht gelang, den Druck innerhalb der Poren zu messen.
Kopinga und seine Kollegen wählten nun für ihre Messungen einen Umweg, um die Druckerhöhung indirekt nachzuweisen. Sie nutzten dazu die Tatsache aus, dass ein hoher Druck nicht nur die Haltbarkeit des Steins, sondern auch andere Eigenschaften beeinflusst, darunter die Löslichkeit des Kristallsalzes im Wasser. Je höher der Druck nämlich ist, desto schwieriger wird es für gelöste Salzteilchen, sich auf einem bereits gebildeten Kristall abzulagern. Infolgedessen steigt die Löslichkeit des Salzes im Wasser.
Genau dieser Effekt zeigte sich, als die Forscher ein poröses Glasstück in eine Salzlösung tauchten: In Anwesenheit des Glasstücks war das Salz besser löslich als ohne das Glas. Demnach bilden sich in den Poren tatsächlich die hohen Drücke aus, schließen die Wissenschaftler. Es gelang ihnen sogar, diese Drücke zu messen: Bei Porengrößen von sieben bis zehn Millionstel Millimeter herrschte ein Druck von bis zu 13 Megapascal. Das übersteigt die Bruchfestigkeit der meisten Baumaterialien um etwa das vierfache, berichtet Science. Die Forscher hoffen nun, mithilfe ihrer Ergebnisse Gebäude und Denkmäler besser vor dem schädigenden Einfluss salzhaltiger Luft schützen zu können.
Die Originalarbeit der Forscher erscheint in der Fachzeitschrift Physical Review Letters (Bd. 94, S. 075503).
ddp/wissenschaft.de ? Ilka Lehnen-Beyel
