Heute geht es mal wieder um Dino-Spuren – die waren hier ja schon öfters Thema. Heute aber geht es mal nicht um ein paper, das ich irgendwo gelesen habe, sondern um meine eigene Arbeit – ja ich habe mal wieder an Dinos geforscht.
Die Arbeit ist das Ergebnis eine Zusammenarbeit mit Peter Falkingham (einer unserer Studis an der TU Braunschweig hat auch noch mitgemischt) und basiert auf einer Veröffentlichung von ihm, die er vor ein paar Jahren geschrieben hat. Die Grundidee ist zunächst einmal sehr simpel: Stellt euch zwei Dinos (oder, wen ihr unbedingt wollt, andere Tiere) vor, die genau gleich aussehen, von denen der eine doppelt so lang ist wie der andere. Der Längere Dino ist dann acht mal so schwer wie der kleine (doppelt so lang, doppelt so breit und doppelt so hoch). Seine Füße aber haben nur die vierfache Fläche (sie sind doppelt so lang und doppelt so breit). Der Druck unter den Füßen des großen Dinos ist also 8/4=2 mal so groß wie der unter den kleinen Dinofüßen (denn Druck ist Kraft pro Fläche, und die Kraft ist die Gewichtskraft, also proportional zur Masse). Ein Boden, der weich genug ist, damit ein kleiner Dino (mit dem geringen Druck unter den Füßen) Spuren machen kann, ist dann möglicherweise für den großen Dino zu weich, und er würde dort tief einsinken und sich vielleicht nicht auf diesen Boden trauen.
Die Ausgangsfrage, die sich Peter stellte, war genau diese: Wie muss das Verhältnis von Bodeneigenschaften und Druckkraft sein, um Spuren hinterlassen zu können, die nicht zu tief sind (sonst würde das Tier sich auf diesen Boden ja vermutlich nicht drauf trauen) und auch nicht zu flach (sonst kann man von ihnen nicht mehr viel sehen). Man hätte das natürlich experimentell untersuchen können, aber solche Experimente sind vergleichsweise zeitaufwändig. Peter beschloss also, als Hilfsmittel den Computer zu nehmen, und die Entstehung von Fußabdrücken zu simulieren.
Seine Finite-Element-Modell (Finite Elemente (kurz FE) sind die Standard-Methode, um das Verhalten von Werkstoffen bei Belastung zu berechnen und mein tägliches Brot) war recht einfach, fast schon zu einfach. Er nahm an, dass der Fuß perfekt flach ist und dass er direkt auf dem Boden aufliegt und berechnete dann die Kraft, die zum Eindrücken in den Boden notwendig war. Effekte wie Reibung oder das Aufstauen von Material an den Seiten des Fußes (weil ja Boden unter dem Fuß weggedrückt werden muss) wurden in dieser Simulation vernachlässigt. Zudem wurde angenommen, dass der Boden ideal-plastisch ist – sobald eine bestimmte Spannung im Boden überschritten ist, verformt sich der Boden plastisch (wie Knetgummi) – größere Spannungen kann er nicht aufnehmen. (ExpertInnenhinweis: Das bezieht sich hier auf die von-Mises-Spannung, wie bei einfachen Plastizitätsmodellen üblich.)
Unter diesen einfachen Annahmen bekam er heraus, dass es nur einen sehr schmalen Druckbereich gibt, bei dem ein bestimmter Boden Spuren aufnehmen kann – ist der Druck geringfügig zu hoch, sinkt der Spurenmacher tief ein, ist er geringfügig zu niedrig, dann entstehen nur winzige Eindrücke. Natürlich war peter sich darüber im Klaren, dass das Modell eine Vereinfachung war – trotzdem fand er den Effekt interessant genug, dass er ihm einen Namen gab – Goldilocks-Effekt (Nach Goldlöckchen und den drei Bären, ihr wisst schon, da wo der Brei mal zu warm und mal zu kalt ist und nur einer genau richtig. Das Wort haben ja auch schon die AstronomInnen verwendet.) So etwa sah die Grafik aus, die Peter in seiner Arbeit verwendet hat (leicht modifiziert und farbig, weil ich sie für unser Poster adaptiert habe – auf dem Poster hatte ich noch ein paar Tyrannosaurier-Füße, die unterschiedlich tiefe Abdrücke hinterlassen, aber da ich den Fuß bei Jurassic Park geklaut habe, stelle ich den nicht ins Netz):
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