Kun je verdrinken in drijfzand?

Hoe zit het met die rare eigenschappen van drijfzand? Dat je er plotseling in kunt wegzakken en sneller wegzinkt naarmate je meer worstelt?

Een waarschuwingsbordje voor drijfzand bij Leeuwarden.
Een waarschuwingsbordje voor drijfzand bij Leeuwarden. Foto ANP / Hollandse Hoogte / Anton Kappers

Drijfzand – een mengsel van klei, zand en water – heeft wonderlijke fysische eigenschappen. Het ene moment is het hard, het volgende moment vloeibaar als pap. Maar kun je erin verdrinken, zoals het paard Artax in die dramatische scène in Het oneindige verhaal?

Het korte antwoord is ‘nee’. Drijfzand weegt ongeveer 2 kilo per liter. Dat is twee keer zoveel als de dichtheid van een mens. Een mens (of paard) bestaat grotendeels uit water en weegt iets meer dan een kilo per liter. De wet van Archimedes schrijft dan voor dat een mens hooguit tot zijn middel in drijfzand zal zakken en dan zal blijven ‘drijven’. De opwaartse kracht in het drijfzand houdt het lichaam namelijk op dat punt in evenwicht. Net zoals een ijsberg die blijft drijven met 89 procent van zijn volume onder water: de dichtheid van ijs (0,917 kilo per liter) gedeeld door de dichtheid van zout water (1,026).

Kralen

Maar hoe zit het dan met die rare eigenschappen van drijfzand? Dat je er plotseling in kunt wegzakken, sneller wegzinkt naarmate je meer worstelt, en vervolgens vast komt te zitten met je voeten?

Precies daarover schreven vier natuurkundigen van de Universiteit van Amsterdam in 2005 een artikel in het tijdschrift Nature. De titel luidde: ‘Liquefaction of quicksand under stress’, oftewel: de fluïdificatie – het vloeibaar worden – van drijfzand onder druk. Als eersten combineerden zij een theoretisch betoog met drijftests in een laboratorium. Niet met mensen, overigens, maar met kralen.

„Drijfzand wordt geleidelijk hard”, vertelt Daniel Bonn, hoogleraar complexe vloeistoffen aan de UvA en hoofdauteur van het Nature-artikel. „Maar niet zoals de asbak die je vroeger kleide. Meer zoals Franse yoghurt, of een Danoontje.”

Als je zo’n bakje omkeert op je bord, zo legt Bonn uit, dan behoudt de yoghurt zijn vorm, als een puddinkje. Behalve als je er eerst in roert: dan stroomt de yoghurt weg zodra je het bakje omkeert. „Dat komt doordat er in de yoghurt een netwerk is gevormd van melkeiwitten”, vertelt Bonn. „Door te roeren maak je dat kapot.”

Trappelt

De kleideeltjes in drijfzand gedragen zich ook zo, aldus de hoogleraar. Naarmate het drijfzand zich zet, vormen de platte kleideeltjes een nette structuur in het materiaal, bijeengehouden door elektrostatische krachten. „Een soort kaartenhuis”, zegt Bonn. „Dat kaartenhuis houdt de zanddeeltjes in het drijfzand op hun plek. Maar onder invloed van druk stort dat kaartenhuis in elkaar.” Het mengsel wordt opeens duizend keer zo vloeibaar en de zanddeeltjes zakken snel naar beneden.

Daarom zak je dus plotseling weg in drijfzand als je er je gewicht op zet. En hoe meer je trappelt, hoe vloeibaarder het wordt. Maar waarom komen je voeten dan toch vast te zitten? „Vlak onder je voeten is het drijfzand nog hard. Op die harde laag verzamelt zich het zand dat naar beneden is gezakt. En zo komen je voeten vast te zitten in dikke modder.”

Je voeten daaruit lostrekken kost evenveel kracht als het optillen van een kleine auto, berekenden de Amsterdammers. Dat lukt je niet zonder hulp. „Dat is dus het echte gevaar van drijfzand: dat je niet meer loskomt”, aldus Bonn. „Niet zozeer dat je verdrinkt. Niet in het drijfzand, tenminste. Hooguit in het water van opkomend getij.”

Wekelijks zoekt de redactie wetenschap het antwoord op een veelgestelde vraag. Ook een vraag? durftevragen@nrc.nl