Zekerheid over drijfzand

Wie in drijfzand belandt en vastzit, kan zich beter niet verroeren. Maar angst voor kopje-ondergaan is er ongegrond, zo ontdekten Amsterdamse fysici.

Het drijfzand in de overvolle beker heeft een vies kleurtje en blubbert over de rand. Het oogt als een compacte derrie, stevige onappetijtelijke vla, maar dat is schijn. Toen promovenda Asmae Khaldoen er de tekenfilmfiguur Tazmanian Devil op zette, afkomstig uit een Happy Meal van McDonald's, zakte die ineens voor driekwart weg. Maar kopje-onder ging het poppetje niet.

Drijfzand is omgeven door mythes. Wie erin wegzakt, moet zich niet verroeren. Op eigen kracht loskomen is er niet bij. En als derde: verzwolgen raken en verdrinken is een reëel gevaar. Om deze mythes op waarheid te toetsen, deed een groep Amsterdamse fysici op initiatief van Daniel Bonn en Erika Eiser experimenteel onderzoek aan drijfzand. Vandaag staan de uitkomsten in Nature. Bewegen blijkt inderdaad een slecht idee, jezelf bevrijden is een zeer zware opgave, maar in drijfzand verdrinken gaat niet.

Nat drijfzand – niet te verwarren met droog drijfzand in de woestijn – is een mengsel van zand, water, klei en zout. Zand maakt maar 40 volumeprocent uit; voor de rest bestaat drijfzand uit water, een paar procent klei en een weinig zout. Bonn nam drijfzand mee uit Iran, het geboorteland van zijn vrouw. ,,Toen de douane informeerde wat dat te betekenen had'', aldus de hoogleraar vanuit Parijs, ,,zei mijn vrouw dat ze op het graf van een familielid graag Iraanse grond wilde storten.''

De experimenten zijn uitgevoerd in het Van der Waals-Zeeman Instituut en het Van `t Hoff Institute for Molecular Sciences, beide op het Roeterseiland in Amsterdam. Basis vormden een beker drijfzand, een schudmachine en instrumenten om eigenschappen als viscositeit (stroperigheid) en elasticiteit te bepalen. Maar eerst is met röntgenapparatuur gekeken naar de interne microstructuur van het drijfzand. Die is uitermate fragiel. Klei, aanwezig als minuscule plaatjes die veel kleiner zijn dan de zandkorrels, blijkt essentieel. Elektrostatische effecten in die kleiplaatjes geven het water een grotere viscositeit. Zo wordt voorkomen dat de zandstructuur onder invloed van het eigen gewicht spontaan in elkaar klapt.

Wanneer op drijfzand kracht wordt uitgeoefend, door erop te gaan staan, stort het in. De klei raakt vloeibaar, de viscositeit klapt met een factor miljoen omlaag en ineens zak je weg. Er treedt een fasescheiding op in water en zand, het zand bezinkt en voor je het weet is je voet ingesloten. Bonn: ,,Het is net Franse yoghurt. In het bekertje is het een stevige substantie maar als je gaat roeren raakt het vloeibaar.''

Eenmaal weggezakt, zit je voet muurvast. Om los te komen moet er water in de poriën tussen de zandkorrels komen en omdat die korrels bij drijfzand zo klein zijn, lukt dat nauwelijks. Je voet optillen vergt een kracht zo groot als het gewicht van een auto. Bonn: ,,Het beste kun je proberen je voet om je enkel te draaien. Dan kan er water stromen in de opening tussen voet en drijfzand en kost het minder kracht je los te trekken.''

Kun je in drijfzand kopje onder gaan en verdrinken? Proeven met aluminium kogeltjes wezen uit dat deze in rust door het drijfzand gedragen werden. Maar zodra de Amsterdamse trilmachine hard genoeg stond, stortte de structuur van het drijfzand in en kletterden de bolletjes naar de bodem. Bij materiaal van een gram per kubieke centimeter, de dichtheid van mens en dier (en die van Tazmanian Devil op de foto), bleef het zaakje halverwege in het drijfzand steken. Verdrinken is dus geen optie.

Vanwaar de verdrinkingsmythe? Bonn: ,,Die zou wel eens zijn oorsprong kunnen vinden in de locaties waar je drijfzand aantreft. Vooral bij de monding van een rivier zijn de omstandigheden voor drijfzand gunstig. Zit je daar vast, en wordt het vloed, dan verdrink je alsnog. In het water.''

Inmiddels is in Amsterdam ook geëxperimenteerd met eigen fabricaat drijfzand. Het bewaren luistert nauw. ,,Als het te veel is uitgedroogd'', zegt Erika Eiser, ,,plakken de kleiplaatjes aan elkaar en raakt het drijfzand dood.''

De interesse van het Amsterdamse team, waar ook hoogleraar fysische chemie Gerard Wegdam deel van uitmaakt, reikt overigens verder dan drijfzand. Ook onderzoek naar de stabiliteit van kleiige bodems staat op de rol. Bonn: ,,We kijken naar quick clays, combinaties van louter water en klei. Die kunnen aanleiding geven tot plotsklapse desastreuze aardverschuivingen.''

    • Dirk van Delft