Sand

  Sand ist ein natürlich vorkommendes, unverfestigtes Sedimentgestein mit einer Korngröße von 0,063–2 mm.

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Entstehung

    Sand entsteht durch die physikalische und chemische Verwitterung anderer Gesteine. Ursprüngliches Ausgangsmaterial sind magmatische und metamorphe Gesteine (z. B. Granit), aus denen typischerweise die Kristalle der mineralischen Bestandteile herausgelöst werden.

Durch die Schwerkraft, durch Wind und Wasser werden die Körner transportiert und dabei sowohl durchmischt als auch sortiert. Da die der Verwitterung und der Abnutzung beim Transport ausgesetzte Oberfläche stark vergrößert ist, können deren Kräfte jetzt besser ansetzen, so dass sich auch die Mineralzusammensetzung des Sandes und die Form der Körner vergleichsweise rasch ändern. So entstehen aus größeren Körnern kleinere, indem sie entlang der Kristallgrenzflächen gespalten oder durch Zusammenstöße der Körner untereinander kleinere Körner herausgebrochen werden. Einige Mineralien (vor allem mafische Minerale) werden unter Witterungseinfluss schnell chemisch umgewandelt und abgebaut, so dass ihr Anteil an der Gesamtmenge des Sandes deutlich abnimmt.

Durch mechanische Einflüsse beim Transport ändert sich die Form der Einzelkörner; generell werden Ecken und Kanten um so mehr gerundet und abgeschliffen, je länger der Transportweg ist. Dies ist allerdings kein linearer Prozess: Je runder und kleiner die Körner werden, um so widerstandsfähiger sind sie gegen weitere Veränderungen. Untersuchungen ergaben, dass häufig ein Transportweg von Tausenden von Kilometern nötig ist, um Sandkörner mittlerer Größe auch nur mäßig zu verrunden.

Beim Transport entlang von Flussläufen können diese Weglängen nur selten erreicht werden, und auch die stetigen Bewegungen in der Brandungszone eines Strandes reichen in den meisten Fällen nicht aus, um die Rundung von Sandkörnern zu erklären, besonders, wenn der Sand hauptsächlich aus widerstandsfähigem Quarz besteht. Der weitaus größte Teil des auf der Erde vorkommenden Sandes stammt daher aus Sandsteinen und hat somit schon mehrere Erosionszyklen hinter sich: Sand wird abgelagert (sedimentiert), überdeckt durch andere Sedimente, verfestigt sich, und die Körner werden durch Bindemittel miteinander verkittet (Diagenese). Wenn die Gesteine nach einer tektonischen Hebung wieder der Erosion ausgesetzt sind, werden die Einzelkörner freipräpariert und beim folgenden Transport wieder ein wenig weiter abgerundet, und es schließt sich ein weiterer Zyklus an. Selbst wenn man eine Zyklusdauer von 200 Millionen Jahren annimmt, so kann ein heutiges, gut gerundetes Quarz-Sandkorn durchaus zehn Erosionszyklen und damit fast die halbe Erdgeschichte durchlaufen haben.

Als Sonderfall ist Sand zu sehen, der aus den Überresten abgestorbener Lebewesen gebildet wurde, z. B. Muscheln oder Korallen. In geologischen Zeiträumen betrachtet, ist dieser Sand sehr kurzlebig, da die Einzelkörner während der Diagenese normalerweise so stark verändert werden, dass sie nach einer erneuten Heraushebung und Erosion nicht mehr in ihrer ursprünglichen Form in Erscheinung treten können.

Zusammensetzung

  Die mineralische Zusammensetzung von Sand kann je nach Ort sehr stark variieren. Der Großteil der Sandvorkommen besteht allerdings aus Quarz (Siliciumdioxid SiO₂), denn er ist nicht nur häufig, sondern auf Grund seiner Härte (7 auf der 10-stufigen Mohs'schen Härteskala) und seiner chemischen Widerständigkeit besonders verwitterungsbeständig.

Es sind aber auch andere Sandtypen möglich. Zum Beispiel besteht der feine, weiße Sand am Strand von Koralleninseln aus zermahlenen Korallenskeletten, und damit überwiegend aus Calciumcarbonat (CaCO₃). Bekannt ist auch der grüne Sand von den Stränden Hawaiis, der seine Farbe durch das vulkanogene Olivin erhält. Feinkörnig verwitterter Basalt sorgt für schwarzen Sand, der vor allem aus mafischen Mineralen besteht. Nach der Zusammensetzung des Sandes unterscheidet man beispielsweise:

• Muschelsand, der aus mehr oder minder gerundeten Partikeln von Molluskenschalen besteht,
• Korallensand, der aus den kalkigen Resten der Korallen besteht und überall auf Koralleninseln vorkommt
• Vulkanischer Sand, der entweder aus Lava entstand, die durch die Kraft fließenden Wassers oder den Wellenschlag am Ufer größerer Gewässer erodiert wurde oder der sich in Form von vulkanischer Asche unmittelbar bei Vulkanausbrüchen bildete.

Einteilung und Bezeichnungen

In der Bodenkunde ist der Sandboden die grobkörnigste der vier Hauptbodenarten. Nach der im deutschsprachigen Raum bevorzugten Einteilung nach DIN 4022 (1955) werden folgende Korngrößenbereiche unterschieden:

Kornklasseneinteilung auf Grundlage des Äquivalentdurchmessers

In der Praxis findet man jedoch auch geringfügig andere Klassengrenzen. Grobschluff und Sand werden der Einteilung nach von Engelhardt (1953) folgend als Psammite bezeichnet.

Gröberer Sand heißt in Norddeutschland „Grand“, eine Bezeichnung, die auch in der Einteilung nach von Engelhardt für einen Korngrößenbereich verwendet wird, der den größten Teil der Grobsand- und der Feinkiesklasse der DIN-Norm umfasst. Sande, die hauptsächlich aus Körnern einer Korngröße bestehen, nennt man "gut sortiert"; entsprechend sind "schlecht sortierte" Sande solche, in denen ein breites Korngrößenspektrum vertreten ist. Flugsand nennt man den infolge seiner Reinheit, seiner geringen Korngröße und seiner guten Sortierung durch den Wind besonders leicht beweglichen Sand. Bei großflächigem Auftreten tritt er oft in Form von Dünen in Erscheinung.

Geringbindige Sande können bei geringer Wasserzugabe „verflüssigt“ werden und sind dann unter dem Begriff Treibsand bekannt.

Quetschsand ist künstlich hergestellter Sand mit gebrochenen, scharfkantigen Körnern.

Verbreitung

    Sand kommt in mehr oder weniger großer Konzentration überall auf der Erdoberfläche vor. Es gibt jedoch deutliche Unterschiede in der Verbreitung, die von Faktoren wie Ausgangsgestein, Klima, Erdgeschichte und Transportmedium abhängen. Im Hochgebirge ist Sand eher nur vereinzelt zu finden, wenn man von den Moränen von Talgletschern und den Ablagerungen der Fließgewässer absieht. Im Mittelgebirge und im Flachland wird Sand dagegen häufig von mäandrierenden Flüssen transportiert und sedimentiert. Auch am Grund von Seen gibt es teils mächtige Sandablagerungen. Von Sandbänken und Überschwemmungsflächen kann der Sand ausgeblasen und über weite Stecken transportiert werden (äolischer Transport), wie überhaupt das Fehlen einer geschlossenen Vegetationsdecke das Angreifen des Windes begünstigt. So ist für viele Menschen der Begriff „Wüste“ mit dem Bild von Dünen verbunden, und tatsächlich sind große Teile der Sahara und der Namib sowie die westasiatischen Wüsten als sog. Sandwüsten von Sand geprägt (wenn er auch nicht immer in Form von Dünen auftritt). In den kalten Klimazonen sind weite Sandflächen in der Umgebung von Vorlandgletschern und Inlandeis zu finden, die man als Sander bezeichnet. Die Schmelzwässer der Inlandeisschilde der letzten Eiszeiten sind beispielsweise verantwortlich für den Sandreichtum Norddeutschlands und insbesondere Brandenburgs. Nennenswerte Sandablagerungen gibt es auch, wo Flüsse unter Bildung eines Deltas ins Meer münden. Der Sand wird dann durch küstenparallele Strömungen weiter verteilt und tritt als Strand und Sandbank in Erscheinung. Schließlich werden große Mengen an Sand auf den Kontinentalschelfen abgelagert, von wo aus Teile durch Suspensionsströme in die Tiefsee-Ebenen getragen werden.

Generell lässt sich auch sagen, dass es dort besonders große Sandvorkommen gibt, wo Sandstein an der Oberfläche ansteht und somit als Ausgangsmaterial dient. In Gebieten mit großräumiger Bedeckung durch Kalkstein hingegen herrscht meistens chemische Verwitterung vor: das Gestein wird gelöst und weist den typischen Formenschatz des Karstes auf; Kalksand hat unter diesen Bedingungen aufgrund seiner großen Oberfläche nur eine geringe Lebensdauer. So lässt sich beispielsweise die weitgehende Abwesenheit von Sandstränden an der kroatischen Küste erklären, denn sowohl die Küste selbst als auch große Gebiete des Landesinneren sind ausschließlich durch Kalkgestein geprägt (dinarischer Karst). Weiterhin spielt die chemische Verwitterung auch in den kontinentalen, immerfeuchten Tropen eine bedeutende Rolle, und auch hier sind aus diesem Grund größere Sandvorkommen eher selten.

Abtragung durch Sand

Durch Wind bewegter Sand und andere feinkörnige Sedimente können nach dem Prinzip des Sandstrahlgebläses an Gesteinsformationen Korrasion (Windschliff, Winderosion) bewirken und charakteristische, mitunter bizarre Erosionsformen, beispielsweise Windkanter, Pilzfelsen oder Yardangs, herausbilden.

Sand als Lebensraum

Sandlandschaften sind nicht gleichbedeutend mit toten und kahlen Landschaften, wie z. B. die "klassische" Wüste. Im Sand gedeihen u. a. der Strandhafer (Ammophila Host.), die Sandsegge (Carex arenaria L.), der Sandhafer (Avena strigosa) und die Quecken (Agropyron Gärtn.).

Sandlandschaften bieten vielen Pflanzen und Tieren einen Lebensraum, beispielsweise auf der Sandachse Franken. Am Boden von Gewässern besiedeln Kleinstlebewesen das Sandlückensystem.

Bodenbildung auf Sand

Reiner Sandboden gehört in Mitteleuropa zu den am wenigsten fruchtbaren Bodenarten, da er hierzulande zum allergrößten Teil aus Quarz besteht. Minerale, die bei ihrer Verwitterung Nährstoffe freisetzen bzw. speichern können, stehen deshalb kaum zur Verfügung. Als Boden entwickeln sich daher bevorzugt Podsole oder podsolige Braunerden. Oft wird er daher forstwirtschaftlich genutzt und trägt meist Kiefernwälder, wie in Brandenburg. Auch Heidekraut ist an die trockenen Standorte sehr gut angepasst und deshalb vom Menschen in die sandigen Landschaften eingeführt worden. Ursprünglich standen jedoch auch hier die weitverbreiteten Buchen- oder Eichen-Birken-Mischwälder.

Verwendung

    Weiterhin ist Sand für folgende Bereiche von wirtschaftlicher Bedeutung:

• Als Füllsand im Tiefbau, zur Verfüllung von Gruben und zur Modellierung von Böschungen im Straßenbau.
• Als Grundstoff für die Glasherstellung
• Quarzreicher Sand ist ein Rohstoff für die Zementherstellung
• Sand ist ein wesentlicher Zuschlagsstoff bei Baustoffen wie Beton und Kalkmörtel
• Als Fugenfüller bei Pflastersteinen und Gehwegplatten
• Stuck ist eine sandhaltige, gut formbare Masse, die als Werkstoff für die Innen- und Fassadenverzierung von Gebäuden verwendet wird
• Siliziumreicher Sand dient als Grundstoff für die Herstellung von Halbleitern
• Als Schleif-, Scheuer- und Poliermittel
• Quarzsand wird als Strahlmittel beim Kugelstrahlen („Sandstrahlen“) verwendet. Als Ersatzmittel wird zunehmend feinkörniger Korund eingesetzt, da der Silikatstaub eine Silikose („Staublunge“) hervorrufen kann
• Als Formsand beim Metallguss
• Da Sand ein verhältnismäßig großes Porenvolumen hat, sind unterirdische Sand- und Sandsteinvorkommen wichtig als Speichermedium für Trinkwasser, Erdöl und Erdgas; oberirdisch kann Sand auch als Ölsand wirtschaftliche Bedeutung haben
• In der Entwässerungstechnik ist Sand bedeutend als Filtermaterial in der Abwasserreinigung, zum Beispiel bei Retentionsbodenfiltern
• Für den Fremdenverkehr ist Sand eine besondere Attraktion, wenn es oberflächliche Sandvorkommen in Form von Sandstränden und Dünen an der Küste gibt
• Vogelsand wird als Einstreu in Vogelkäfigen verwendet. Er dient unter anderem den Vögeln als Verdauungshilfe.
• Als Gestaltungselement in der Landschaftsplanung, im Gartenbau, im Sportbereich und auf Kinderspielplätzen (Sandkasten)
• gewisse Sandarten können als Baustoff für Sandskulpturen dienen.
• Schienenfahrzeuge verfügen meist über Sandstreuer zum Streuen von Bremssand zur Erhöhung des Reibungswiderstandes zwischen Rad und Schiene bei Lokomotiven
• als Streusand zur Erhöhung des Reibungswiderstandes bei Glatteis
• in der Vergangenheit (typisch 17. oder 18. Jahrhundert) als Schreibsand (auch Streusand genannt) zum Trocknen der schreibnassen Tinte (später wurde Löschpapier benutzt)

„Sand“ in Redewendungen

Eine Reihe von Redewendungen benutzen das Wort „Sand“ als rhetorische Figur. Auffällig ist dabei, dass der Sandbegriff meist negativ besetzt ist:

• Jemandem Sand in die Augen streuen für „jemanden täuschen“
• Etwas in den Sand setzen für „einen Misserfolg verursachen“
• Sand im Getriebe für „einen gestörten Ablauf“
• Wie Sand am Meer für „unzählbar große Anzahl“
• Den Kopf in den Sand stecken für „eine Gefahr nicht sehen wollen“ oder „frühzeitig aufgeben“
• Auf Sand gebaut sein für „eine unsichere Grundlage haben“
• Im Sande verlaufen für „ein ergebnisloses Ende“

Literatur

• Raymond Siever: Sand. Ein Archiv der Erdgeschichte. Verlag Spektrum der Wissenschaft ISBN 3922508952

Siehe auch

Fulgurit, Haftreibung, Reibungswinkel, Sandbank, Sandburg, Sander, Sandfang, Sandhose, Sandmann, Sandrose, Sandsack, Sandstein, Sandsturm, Sanduhr, Treibsand, Wärmeleiteigenschaften