Latte Macchiato und der hydrodynamische Prozess

So einfach wie dieses Geschehen aussieht, genau versteht man die Vorgänge bislang nicht. Dabei wurde die nach den Physikern Claude Louis Marie Henri Navier (1785–1836) und Sir George Gabriel Stokes (1819–1903) benannte Navier-Stokes-Gleichung, die Grundgleichung der Strömungsmechanik, bereits vor über 150 Jahren aufgestellt.

 

Doch sie ist von so komplexer Struktur, dass bis heute keine allgemeingültige Lösung der Gleichung bekannt ist. Das Interesse daran ist so gross, dass das Clay Mathematics Institute in Cambridge (Massachusetts) eine Million Dollar für die Entdeckung einer solchen Lösung ausgeschrieben hat. Natürlich geht es den Forschern dabei nicht um den Latte Macchiato. Die Strömungsmechanik spielt in vielen Naturwissenschaften eine wichtige Rolle. Ihre Gesetze beschreiben so unterschiedliche Phänomene wie die Explosion massereicher Sterne, die Dynamik von Lavaflüssen oder die Strömungen in den Ozeanen.

 

Aber eben auch die Vorgänge im Übergangsbereich zwischen Espresso und Milch im Latte Macchiato. Denn dort kann man bereits kurz nach dem Eingiessen beobachten, wie Schichtungen entstehen, die sich deutlich voneinander abheben. Dieser Effekt wird in der Strämungsmechanik Layering genannt. Er tritt dann auf, wenn neben einem Temperaturunterschied auch ein Konzentrationsgefälle eines oder mehrerer gelöster Inhaltsstoffe existiert. Denn Temperatur und Konzentration bestimmen die Dichte einer Flüssigkeit.

 

 

Auf den ersten Blick ist nicht verständlich, warum der nach dem Eingiessen vorliegende Zustand in Bewegung gerät. Sofern der Barista sauber gearbeitet hat, ist der Espresso etwas wärmer als die rund siebzig Grad Celsius heisse Milch. Da bei diesen Temperaturverhältnissen letztere dichter ist als der darüberliegende Kaffee, sollte der Zustand stabil sein. Dass dem nicht so ist, beruht auf der Temperaturdifferenz zwischen der Flüssigkeit im Glas und der Luft des umgebenden Raums. Sowohl Espresso als auch Milch kühlen an der Glaswand ab und sinken nach unten. Damit kommt eine Kreisbewegung, eine so genannte Konvektion, in Gang. Von der Mitte des Glases strömt warme Flüssigkeit zum Rand, die sich abkühlt, nach unten sinkt und so weiter. Der zusätzliche Einfluss der Konzentration auf die Dichte sorgt dafür, dass die Flüssigkeit nicht bis zum Boden des Glases absinkt, sondern dass sich eine vertikale Abfolge von Konvektionszonen ausbildet. Deren genaue Anzahl ist von den physikalischen Eigenschaften der Flüssigkeit abhängig. Die Konzentration von Espresso in den Schichten nimmt dabei von oben nach unten ab. Dadurch ergibt sich, von der Seite betrachtet, das charakteristische Schichtungsbild. Da die Bewegung von zwei Faktoren, nämlich Temperatur- und Konzentrationsgefälle, angetrieben wird, spricht man auch von Doppeldiffusion.

 

Am Ende der Konvektion und Doppeldiffusion bleibt ein optisch eher uninteressanter Milchkaffee, der zweifelsohne aber noch seine geschmacklichen Reize hat.