Gesundheit: Überwindung der Schwerkraft: Tränen, die aufwärts fließen

Im Traum können wir uns in die Luft erheben und wie ein Vogel fliegen. Um die Schwerkraft aber wirklich mit Muskelkraft zu überwinden, bräuchte unsereins 30 Meter lange Flügel aus feinster Folie und leichtestem Gestänge. Dazu ein gutes Training und möglichst wenig Bauch. Die Schwerkraft zieht alles unweigerlich zu Boden.

Das erlebt man nirgends so eindrucksvoll wie vor einem Wasserfall. Der Anblick der niederprasselnden Wassermassen etwa in Iguazú im Süden Brasiliens ist Schwindel erregend. Doch man stelle sich einmal vor, dasselbe Wasser flösse ebenso schnell in entgegengesetzter Richtung: nach oben. Der Kopf beginnt sich zu drehen. Aber Forscher haben dies nun tatsächlich beobachtet. Im Kleinen. An ihrem kurzen Abhang, einer speziell präparierten Oberfläche, lief das Wasser tropfenweise nach oben. So schnell, dass es pro Sekunde eine Strecke von bis zu anderthalb Metern aufwärts strömen kann.

Völlig unvertraut ist uns dieses Phänomen nicht. Auch in einem Gefäß kriecht manchmal ein Tropfen entgegen der Schwerkraft an der Wand ein wenig nach oben. Und zwar umso stärker, je besser die Flüssigkeit an der Oberfläche des benetzten Gefäßes haftet. Dazu kommt es, weil sich die Moleküle in der Flüssigkeit und die des Wandmaterials gegenseitig anziehen (Adhäsion). Diese Anziehung lässt sich durch die Wahl der Oberfläche manipulieren. Andererseits verbinden sich auch die Moleküle der Flüssigkeit gerne miteinander (Kohäsion) und bilden so die bekannten Tröpfchen.

Der Chemiker Manoj K. Chaudhury von der Lehigh Universität in den USA und seine Kollegin Susan Daniel machten sich dies zunutzte. Sie manipulierten eine wasserliebende Siliziumscheibe, indem sie darauf wasserabweisende Moleküle verteilten. Hierzu ließen sie einen winzigen Tropfen Alkyltrichlorsilan über der Siliziumscheibe verdunsten. Das meiste Silan sammelte sich in der Mitte der Scheibe, nach außen hin wurde seine Konzentration immer geringer.

Doch noch ein weiteres Gefälle sollte die Wanderung des Wassers von innen nach außen unterstützen. Die Wissenschaftler kühlten die Scheibe mit einer Flüssigkeit, die unter der Oberfläche entlang lief. Am Rand war die Scheibe kälter als innen. Nun verfolgten sie, was passierte, wenn heißer Dampf über die so präparierte Siliziumscheibe strömte.

Auf der Scheibe bildeten sich kleine Wassertröpfchen. Sie wanderten nach außen, in die wasserliebende, kühlere Schicht. Dort trafen sie auf immer neue Tröpfchen, die in der kältern Zone in noch größerer Zahl entstanden waren. Sie vereinten sich mit den anderen auf ihren Weg zu immer größeren Gebilden, die zudem immer schneller liefen. Neue Tropfen folgten nach. Mit Hilfe eines Videofilms konnten die Forscher eine Geschwindigkeit von bis zu 1,5 Metern pro Sekunde ermitteln. Ein derart scheller Aus- und Aufwärtsstrom war bisher noch nie beobachtet worden.

Denn wenn sich ein Tropfen nach vorne bewegt, verformt er sich auch. Dadurch entstehen Druckunterschiede, die der weiteren Vorwärtsbewegung in der Regel entgegenwirken. Auch Manoj K. Chaudhury hatte sich in früheren Experimenten diesem Widerstand beugen müssen. Bei der neuen Anordnung hatten er und Susan Daniel die Oberflächenspannung geschickter variiert. Der Tropfen wurde bei seiner Bewegung so gekrümmt, dass ihn die Druckunterschiede noch weiter nach vorne trieben.

Die Forscher hoffen, die neuen Erkenntnisse künftig in industriellen Prozessen einsetzen zu können, bei denen es etwa darum geht, Wärme mit Hilfe von Wasser abzuführen. Die Iguazú-Wasserfälle werden wir vorerst allerdings nicht aufwärts strömen sehen.