Sandabbau

Sand mit Rippelmarken

Sand ist ein natürlich vorkommendes, unverfestigtes Sedimentgestein, das sich aus einzelnen Sandkörnern mit einer Korngröße von 0,063 bis 2 mm zusammensetzt. Damit ordnet sich der Sand zwischen dem Feinkies (Korngröße 2 bis 6,3 mm) und dem Schluff (Korngröße 0,002 bis 0,063 mm) ein. Sand zählt zu den nicht bindigen Böden und stellt einen bedeutenden Rohstoff für das Bauwesen und die Glasindustrie dar.

Entstehung

Sandstrand: Mechanische Erosion

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 umso mehr gerundet und abgeschliffen, je länger der Transportweg ist. Dies ist allerdings kein linearer Prozess: Je runder und kleiner die Körner werden, umso 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.

Einteilung und Bezeichnungen

Quarzsand bei 200-facher Vergrößerung

Sand unter dem Elektronenmikroskop

In der Bodenkunde ist der Sandboden die grobkörnigste der vier Hauptbodenarten. Nach der im deutschsprachigen Raum bevorzugten Einteilung nach DIN 4022 werden folgende Korngrößeneinteilungen (Kornklasseneinteilung auf Grundlage des Äquivalentdurchmessers) unterschieden:

Sand (S)	Korngröße
Grobsand (gS)	0,63 - 2,0 mm
Mittelsand (mS)	0,20 - 0,63 mm
Feinsand (fS)	0,063 - 0,20 mm

In der Praxis findet man jedoch auch geringfügig andere Klassengrenzen und Bezeichnungen. Nachfolgende Aufzählung nennt weitere Begrifflichkeiten:

• Grobschluff und Sand werden nach der Einteilung nach Von Engelhardt seit 1953 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.
• Schlechtsortierte Sände mit hohem Feinanteil sind bindiger als gutsortierte, feine Sände bindiger als grobe: Sie nehmen – unabhängig von jeweiliger Korngröße und der Gesteinsart – mehr Wasser, aber auch mehr Bindemittel auf.
• Rundsände bestehen primär aus rundlichen Steinen (wie Geröll oder Kies), Kantige Sände aus ebensolchen Körnern (Bruch- und Brechsände). Scharfkantige Sände werden wesentlich kompakter, sowohl in der Sedimentation, wie in Baumaterialien, weil sich die Körner verkanten. Sie lassen sich aber schlechter Mischen, und belasten alle Werkzeuge enorm.

• 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.
• Flusssand ist ein feiner Sand mit abgerundeten Körnern, der in einem Fluss von der Strömung transportiert und dabei zerkleinert wurde und durch Reibung abgeschliffen ist. Er ist ausgewaschen und hat somit einen geringen Anteil an Schwebstoffen und an wasserlöslichen Stoffen. Er wird daher gern als Rohstoff in der Bauwirtschaft bzw. für die Betonherstellung verwendet. Fossile Flusssände nennt man Grubensand, sie werden in Sandgruben abgebaut und müssen meist noch gewaschen werden, weil sich tonige und organische Bestandteile wiederangereichert haben.
• Meeressand, durch Brandungsverwitterung entstandene Sände, die den Sandstrand aufbauen, aber auch verweht Dünen, sowie in großen Mengen den Meeresgrund bedecken.
• Bruchsand, natürliche scharfkantige Sände als Verwitterungsprodukt
• Quetschsand ist künstlich hergestellter Sand mit gebrochenen, scharfkantigen Körnern, siehe Gebrochene Mineralstoffe

Zusammensetzung

Mikrofossilien (Durchmesser der Sphären ca. 0,5 mm), Sandfraktion der organogenen Anteile aus einer 12000 Jahre alten Sedimentprobe vom antarktischen Kontinentalhang

Wind türmt Sandkörner aus Gipskristallen zu den charakteristischen weißen Sanddünen im White Sands National Monument in Neu-Mexiko (USA) auf

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 Widerstandsfähigkeit 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.

Verbreitung

Dünenlandschaft im Great Sand Dunes National Park (Colorado, USA)

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.

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

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.

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, ein Beispiel dafür ist der geplante Biotopverbund Sandachse Franken. Am Boden von Gewässern besiedeln Kleinstlebewesen das Sandlückensystem.

Verwendung

Modellierung einer Sandskulptur beim Sand World Festival 2003 in Lübeck-Travemünde

Ein ICE 3 stößt bei 300 km/h an zahlreichen Drehgestellen Bremssand aus

Sand bildet in vielen Wirtschaftszweigen eine grundlegende Rohstoffkomponente und ist daher von wesentlicher wirtschaftlicher Bedeutung. In erster Linie dient er als Baustoff im Tief-, Verkehrswege-, und Erdbau. Des Weiteren stellt Sand einen wesentlichen Zuschlagsstoff (Gesteinskörnung) bei Baustoffen wie Beton und Mörtel dar, der als gut formbare Masse, auch für die Innen- und Fassadenverzierung von Gebäuden verwendet wird. Im Bauwesen unterscheidet man Grubensande, Hüttensande, Bruchsande, Brechsande, Flusssande und Meeressande. Quarzreicher Sand ist zudem ein Rohstoff für die Zementherstellung.

Quarzsand wird auch als Strahlmittel beim Kugelstrahlen („Sandstrahlen“) eingesetzt. Als Ersatzmittel wird zunehmend feinkörniger Korund eingesetzt, da der Silikatstaub eine Silikose („Staublunge“) hervorrufen kann. Zudem eignet sich der Sand als Schleif-, Scheuer- und Poliermittel.

Quarzsand ist auch Grundstoff für die Glasherstellung.

Bei der Herstellung von elektronischen Bauelementen dient siliziumreicher Sand als Grundstoff für die Fertigung von Halbleitern. Mit Hilfe des so genannten Formsandes lassen sich im Metallguss-Verfahren Metallteile herstellen. In der Entwässerungstechnik ist Sand bedeutend als Filtermaterial in der Abwasserreinigung, zum Beispiel bei Retentionsbodenfiltern.

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. Für den Fremdenverkehr ist Sand eine besondere Attraktion, wenn es oberflächliche Sandvorkommen in Form von Sandstränden und Dünen an der Küste gibt. Zudem findet er als Gestaltungselement in der Landschaftsplanung, im Gartenbau, im Sportbereich und auf Kinderspielplätzen (Sandkasten) Verwendung. Gewisse Sandarten eignen sich als Baustoff für Sandskulpturen.

Vogelsand wird als Einstreu in Vogelkäfigen verwendet. Er dient unter anderem den Vögeln als Verdauungshilfe.

Schienenfahrzeuge verfügen meist über Sandstreuer zum Streuen von Bremssand zur Erhöhung des Reibungswiderstandes zwischen Rad und Schiene bei Lokomotiven. Streusand wird im Winter zur Erhöhung des Reibungswiderstandes bei Glatteis eingesetzt.

In der Vergangenheit (17. oder 18. Jahrhundert) wurde Sand als Schreibsand (auch Streusand genannt) zum Trocknen der schreibnassen Tinte verwendet, später aber durch Löschpapier ersetzt.

In Sanduhren rieselt trockener Sand durch eine kleine Öffnung.

Nasser Sand wird an Stränden zum Bau von Sandburgen verwendet.

Sandsäcke dienen als provisorischer Hochwasserschutz und als Schutz vor Geschossen im militärischen und zivilen Bereich.

Quietschender Sand

Quietschender Sand (engl. squeaky sand) ist ein geologisches Phänomen, das an Sandstränden auftritt. Sand kann unter gewissen Bedingungen bei jedem Schritt unter den Füßen quietschen.^[1] Das Phänomen ist ähnlich dem Singenden Sand. Dieser wird in der Literatur allerdings nicht in Bezug auf Schritte an Sandstränden, sondern in Zusammenhang von Wind in Sandwüsten beschrieben. Die Geräusche von Quietschendem Sand sind ganz andere als beim Singenden Sand.

Quietschenden Sand findet man an Stränden auf allen Kontinenten der Welt (vielleicht mit Ausnahme der Antarktis). Nötig ist ein nichtbindiger Boden. Quietschender Sand tritt nur bei bestimmten Arten von Sand (Silikate, carbonatfrei von Kalk, etc.) und einer bestimmten Korngröße (etwa 150-500 Mikrometer), auf. Der Sand muss in einer geschichteten, so genannten "gestörten Lage" (hervorgerufen z.B. durch Wind) liegen. Zudem spielt die Feuchtigkeit eine Rolle. Der Sand muss auch gut verwittert, die Oberflächen der Sandkörner glatt und abgerundet sein.

Das Quietschen des Sandes entsteht durch mechanische Beanspruchung: Wenn man über ihn läuft, entstehen Druck und Reibung. Die quietschenden Geräusche werden also von der Reibung der Sandkörner hervorgerufen.

Im Südosten von Australiens wurde ein Strand nach dem quietschenden Sand benannt: Squeaky Beach.

Geräusche von quietschenden Sand auf dem Kotogahama Beach in Nimacho, Japan

Rund um den Sand

• Der Reibungswinkel von Sandkegeln hängt von der Beschaffenheit der Körner ab.
• Durch Blitzeinschlag in Sand kann Fulgurit, ein natürliches Glas entstehen.
• Sandfänge in Fließgewässern und Kläranlagen dienen dem Rückhalt schwerer Stoffe.
• Sandhose bezeichnet durch einen begrenzten Luftwirbel aufgewirbelten Sand, großflächig spricht man von Sandsturm.
• Der Sandmann im deutschsprachigen Volksmythos streut den Kindern beim Einschlafen Sand in die Augen. Das Fernseh-Sandmännchen wurde daraus abgeleitet.
• Sandrosen sind natürliche Kristallgebilde aus Gips oder Baryt.
• Die Wärmeleitung von Sand hängt von seiner Feuchtigkeit ab, siehe Temperaturleitfähigkeit.

„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 3-922508-95-2

Einzelnachweise

1. ↑ Erlebniszentrum Naturgewalten in List auf Sylt. www.windstaerke-sylt.de. Abgerufen am 16. April 2009.

Weblinks

• Die Verwendung von Sand und Kies als Rohstoff für den Straßen und Tiefbau
• Von der Sandphysik bis zu den Sandgirls, ein breites Kompendium über viele Sand-Themen
• Sand-Sammlung von Daniel Helber
• Yet Another Sand Collector--Derzeit weltgrößte virtuelle Sandsammlung von Frank Winger