Das Geheimnis von Floridas kanonenkugelfressendem spanischen Fort

Das Geheimnis liegt in den Mauern.

Als die Spanier noch Florida regierten, näherte sich 1702 eine englische Flotte aus dem kolonialen Carolina Castillo de San Marcos, einer spanischen Hochburg am Atlantik.

Das Fort bewachte die Handelswege des spanischen Reiches sowie die umliegende Stadt St. Augustine, und die Engländer wollten diesen politisch und wirtschaftlich wichtigen Außenposten für sich selbst führen. Unter der Führung von Carolinas Gouverneur James Moore ließen die englischen Boote ihre Anker fallen und belagerten sie.

Aber selbst nach fast zwei Monaten voller Kanonenkugeln und Schüsse gaben die Mauern der Festung nicht nach. Tatsächlich schienen sie die britischen Kanonenkugeln zu "verschlucken", die dann in den Stein eingebettet wurden. Wie genau die Mauern dies taten, blieb für die nächsten drei Jahrhunderte ein Rätsel.

Normalerweise erzeugt eine Kanonenkugel lange, tiefe Risse im Stein, die vom Zentrum des Aufpralls ausgehen und eine Struktur katastrophal beschädigen. Dies war eindeutig nicht der Fall für die Mauern rund um Castillo de San Marcos. Die Wände bestanden aus Coquina - Sedimentgestein, das aus komprimierten Schalen abgestorbener Meeresorganismen gebildet wurde - und wurden durch den britischen Angriff kaum beschädigt. Wie ein Engländer es beschrieb, "wird der Stein nicht splittern, sondern der Kanonenkugel weichen, als würdest du ein Messer in Käse stecken."

Die Briten nahmen ihren Zorn auf St. Augustine, dessen Bewohner sich im Castillo versteckten. "Die Engländer haben die Stadt übernommen, aber sie konnten das Fort nie einnehmen", sagt die Historikerin Susan Parker vom Flagler College in St. Augustine. "Also haben sie den größten Teil der Stadt niedergebrannt, als sie gegangen sind." Sie versuchten 1740, die Festung wieder einzurichten.

Castillo San Marcos ist das älteste Mauerwerk Fort in den USA und eines von nur zwei solchen Bauwerken in der Welt, die mit Coquina hergestellt wurden. Während seines aktiven Lebens wurde es, auch dank seines ungewöhnlichen Baumaterials, nie gewaltsam erbeutet. Es wurde 1900 von der Liste der Befestigungsanlagen gestrichen und 1924 zum US-Nationaldenkmal erklärt.

Im Jahr 2015, mehr als 300 Jahre nach dem Bau des Forts, führte ein Team von Materialwissenschaftlern der University of Florida und der US Army eine Untersuchung der physikalischen Eigenschaften von coquina durch, um zu verstehen, wie es Stoßbelastungen standhält. An der Spitze des Teams stand Phillip Jannotti, ein Wissenschaftler am Army Research Laboratory des Combat Capabilities Development Command.

„Ich bin ungefähr eine Stunde von San Marcos entfernt aufgewachsen, also bin ich ein paar Mal dorthin gegangen“, sagt Jannotti, der als Kind von der Festung verliebt war und sich nun mit dem dynamischen Verhalten von Materialien befasst. Jahre später im Jahr 2013, als Jannotti an seiner Promotion arbeitete. Im Maschinenbau bei Professor Ghatu Subhash an der Universität von Florida wurde Subhashs Tochter Sanika, eine Schülerin, neugierig auf die ungewöhnliche Stärke der Wände. Sie schlug vor, ein Experiment durchzuführen, um die Absorptionseigenschaften von Coquina zu untersuchen.

Jannotti und der Sanika Subhash kauften im Souvenirladen von Castillo de San Marcos ein paar kleine Coquina-Proben und schossen mit einer Geschwindigkeit von 110 bis 160 Meilen pro Stunde auf sie. Die Idee war, die Kollisionsbedingungen eines Kanonenschusses nachzuahmen, wenn auch in Miniatur. Die Forscher verwendeten auch eine Hochgeschwindigkeitskamera, die 200.000 Bilder pro Sekunde aufnahm, um zu visualisieren, wie die Coquina-Proben auf diese Stöße reagierten. Sie führten ähnliche Tests mit anderen Materialien durch, nämlich Sandstein und Strukturschaum, um ihre Eigenschaften mit denen von Coquina zu vergleichen.

Ursprünglich als Sommerexperiment geplant, dauerte ihre Arbeit zwei Jahre, in denen Sanika lernte, die Experimente durchzuführen und die Ergebnisse zu interpretieren, während Jannotti seinen Doktortitel abschloss. und wechselte in seine Position in der Armeeforschung, wo er das Projekt fortsetzte.

Am Ende dieser zwei Jahre zeigten ihre Ergebnisse, dass Coquina zwar eher wie Sandstein aussieht, sich aber eher wie Schaum verhält.

Sandstein wird aus Steinkörnern gebildet, die zu einer harten, aber spröden Struktur zusammengeklebt sind. Wenn Projektile auf Sandstein treffen, zerbrechen diese überraschend empfindlichen Verbindungen und verursachen Splitterrisse in alle Richtungen. Mehrfache Treffer würden schließlich zum katastrophalen Versagen des Materials führen. Risse würden sich im ganzen Stein ausbreiten und kleine Felsbrocken würden herausschießen - und dann würde das gesamte Stück zerbröckeln. In einem Kampfszenario bedeutete dies, dass Sandsteinmauern in Schutt und Asche gelegt würden.

Im Gegenteil, Coquina hatte eine seltene Fähigkeit, mechanische Beanspruchungen aufzunehmen, die von seiner locker verbundenen inneren Struktur herrührten. Obwohl die kleinen Muschelstücke, aus denen die Coquina besteht, seit Tausenden von Jahren aufeinander gestapelt und ineinander gepresst werden, sind sie nicht zusammengeklebt, sodass sie sich ein wenig bewegen können.

Als eine Kanonenkugel in die Wände der Kokille von Castillo de San Marcos prallte, zerdrückte sie die Granaten, auf die sie direkt traf, aber die umgebenden Partikel wurden einfach neu gemischt, um Platz für den Ball zu schaffen. "Coquina ist sehr porös und seine Schalen sind schwach miteinander verbunden", sagt Jannotti. "Es wirkt fast wie natürlicher Schaum - die Kugeln sinken ein und verlangsamen sich langsam."

Es ist nicht klar, ob die Spanier von den Eigenschaften von Coquina gewusst hatten, als sie die Mauern bauten, und den Stein aus dem nahe gelegenen Steinbruch im heutigen Anastasia State Park abgebaut haben. Aber sie lernten die Absorptionseigenschaften des Materials zu schätzen. Als sie die einzigartigen Fähigkeiten von coquina erkannten, nutzten sie die Festungsmauern zum Üben der Ziele.

Die US-Armee hat keine unmittelbaren Pläne für die Verwendung auf dem Schlachtfeld des Felsens, aber die Forscher schrieben, dass "das Verständnis der aus dieser Studie gewonnenen Coquina verwendet werden kann, um neue leichte, explosionssichere Materialien zu entwerfen und zu entwickeln." Die von Jannotti, Ghatu Subhash und Sanika Subhash durchgeführten Forschungen helfen uns, die Geschichte und Ausdauer eines der bekanntesten Forts der US-Geschichte besser zu verstehen.