Auf die Frage, warum Meerwasser schäumt und Süßwasser nicht, gab es bis dato noch keine exakte Antwort. Jahrzehntelang wunderten sich Fachleute, warum Luftbläschen im Meerwasser so stabil sind. Durch experimentelle Beobachtungen konnten Physiker dieses Rätsel nun lösen. Beobachtungen der Verschmelzung von Luftblasen in Wasser erklären, warum gelöstes Salz diesen Prozess verlangsamt und zu Schaum führt.

In der am 8. September 2023 veröffentlichen Arbeit bei „Physical Review Letters“ wird beschrieben, wie die Kräfte zwischen den im Salzwasser befindlichen Ionen dazu führen, dass das Wasser zwischen den Luftbläschen nur langsam abfließen kann. Das verhindert, dass die dünne Schicht einfach wegströmt. Die Ionen verzögern sozusagen den Zusammenprall der Bläschen erheblich, indem sie die Lebensdauer des dünnen Flüssigkeitsfilms zwischen den Bläschen verlängern.

Nanoscale Transport during Liquid Film Thinning Inhibits Bubble Coalescing Behavior in Electrolyte Solutions

Luftblasen, die in reinem Wasser aufgewirbelt werden, können leicht zusammenfließen. In Meerwasser oder anderen Flüssigkeiten, die gelöste Verunreinigungen enthalten, verschmelzen die Blasen jedoch viel langsamer, weshalb solche Flüssigkeiten oft einen dauerhaften Schaum bilden. Jetzt glaubt ein Team von Ingenieuren, die grundlegende Ursache für diesen Unterschied gefunden zu haben: subtile Kräfte, die durch Elektrolyte entstehen, d. h. mobile Ionen, die entstehen, wenn sich Stoffe in Flüssigkeiten auflösen. Bei einer Kollision zwischen zwei Blasen verringern diese Kräfte die Geschwindigkeit, mit der die Flüssigkeit, die die Blasen trennt, abfließen kann, erheblich. Dieses Verständnis, so die Forscher, erklärt, warum Schäume in salzigem Meerwasser so leicht entstehen.

In reinem Wasser verhielten sich die Blasen wie starre Kugeln, die sich ohne Formveränderung näherten und dann bei Kontakt miteinander verschmolzen. Bei Blasen in verschiedenen Elektrolytlösungen vollzog sich der Verschmelzungsprozess jedoch auffallend anders und in zwei Phasen. Zunächst wuchsen die Blasenoberflächen näher zusammen, wie in reinem Wasser. Sobald sich der Abstand jedoch auf etwa 40 Nanometer (nm) verringerte, flachten sich die „Vorderkanten“ der sich nähernden Oberflächen ab, als ob eine abstoßende Kraft vorhanden wäre. Diese Abflachung verzögerte die Blasenverschmelzung um 2 bis 14 Millisekunden, wie Experimente mit einer Auswahl von Elektrolyten und Blasen unterschiedlicher Größe ergaben. Die Forscher fanden heraus, dass bei einer Schichtdicke von 30-50 nm ein Unterschied in der Elektrolytkonzentration zwischen der Schicht und dem Rest der Flüssigkeit besteht. Dieser Unterschied erzeugt ein kleines Oberflächenspannungsgefälle und eine damit verbundene Kraft, die den Ausfluss der Flüssigkeit aus dem Film verlangsamt.