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R6SCH: Unsere heutige tCenntnis yon der Tiefengliederung der Erde.

der Oase Tozeur u n d dem Schott t r i t t diese Vegetation zu fast geschlossenem Salzsumpf zusammen, indem der Aeluropus mit den Salicorniastr~tuchern zusammen das Bild dominiert. Da die Salicornien erst im SpXtsommer blfihen, war nicht zu bestimmen, ob auBer der gew6hnlichen Salicornia fruticosa auch andere Arten wie Salicornia radicans und SMicornia lignosa beigemischt waxen. Bei der Durchquerung des Schotts fanden wir an beiden E n d e n sozusagen als Pioniervegetation Bfische von Limoniastrum Guyonianum. Die Bfische halten den Sand auf, werden dadurch selber begraben, wachsen wieder durch usw. So ist die Landschaft yon meterhohen Hfigeln durchsetzt, die ans Sand und Limoniastrum bestehen.

Bew~sserung. Zum Sehlul3 muB noch yon dem grol3en WechseI gesprochen werden, den das Wasser in ein solches Wfistenbild bringt. Wie erw~thnt, wirkt das Wasser ungemein ausgleichend, es ffihrt n6rdliche T y p e n welt in den Sfiden. Das %Vasser ist so sehr der Lebensnerv der Ivlenschen jener Gegenden, dab es ganz in ihren Dienst genommen wird n n d yon wilder Sfigwasservegeta±ion kaum die Rede ist, aul3er an den ungefaBten, intermittierenden Bgchen, den Wadis. Um Sbeitla finder m a n in den Wadis Oleandergebfisch, ein mediterranes

wDie Natttr-

issenschaften

Hartlaub, das am \¥asser in die sfidlichen Steppen eindringen, kann. Durch Bew~sserung k a n n die mediterrane Olive fief in die Steppenwfisten hinein angebaut werden. Am ausgedehntesten haben dies die Franzosen u m Sfax herum getan, aber auch noch sfidlicher his Graiba, man kann sagen soweit Halfasteppe geht, I m EIalfaland bei Sbeitla stehen die Ruinen wunderbarer r6mischer Tempel, die waren sicher nicht zu" Ehren des Halfagrases erbaut, dort b a t t e n die RSmer grol3artige Bew~sserungsanlagen yon Olivenkulturen. I n der Steppenwiiste ist das Bild ein anderes. Die wasserhaltigen Stellen sind durch die Dattelpalme charakterisiert. Es sind die Oasen, die intensiv bewirtschaftet werden. Es werden Pfirsiche gebaut, Aprikosen, Feigen, Granat~tpfet, Reben, Wintergemtise, Getreide, aber der Kernp u n k t der ganzen Oasenkultur bleibt immer die Dattelpalme, die mit ihren graugriinen hartlaubigen Wedeln auch zum mediterranen Hartlaub geh6rt, das dem feuchten Standoff entsprechend in anderen geographischen Gegenden dominiert. Palmenoasen trafen wir in dem groBen Gebiet, das auf der Karte mit weniger als 2o cm Nierderschlag angegeben ist; sie geniet3en wenig Wasser yon oben, abet viel yon unten. Den Ful3 im Wasser, die Krone im Feuer, heigt es ja yon der DattelpMme.

Unsere heutige Kenntnis yon der Tiefengliederung der Erde ~). Von SIEGFRIED R6sc~, Heidelberg. Das Problem des inneren Baues der Erde i s t eines der reizvo!lsten und folgereichsten in der Gesamtheit der Naturwissenschaften. Sind doch die versehiedensten W'issenszweige daran interessiert: so die Geologie, die AufkI~trung erhoff% fiber das ~Vesen der endogen-dynamischen Vorg~tnge der Erde, fiber die Fragen der Schrumpfungsund Unterstr6mungstheorie, der Gebirgsbildung, der Horizontalverschiebungen yon Krustenteilen und andere Probleme; auch die Erscbeinungen des Vulkanismus und der Erdbeben k 6 n n t e n auf dedukti~ce Basis gestellt werden; die Physik k a n n wichtige Aufsehlfisse erwarten fiber experimenteI1 unzug~tngliche Verh~ltnisse: Druck u n d Temperatur grol3er Massen, und fiber das Verhalten der Stoffe dazu; selbst die Atomtheorie kann Wertvolles lernen; und nicht zuletzt w~re die Geogonie u n d damit wohl auch die Kotmogonie einen guten Schritt weitergefSrdert, k6nnte m a n die sicherlich im E r d i n n e r n deutlich gesehriebene kosmische Geschichte des Planeten Iesen. Umgekehrt aber k6nnen gerade alle die gen a n n t e n Wissenschaften dazu beitragen, dutch 1) Die folgenden Darlegungen sind aus einem Vortrage entstanden, den der Verfasser im Kolloquium des Geologischen Ins~ituts der Universit~t Heidelberg am 17. Juni t9~4 gehalten hat. ]:)as Verzeichnia der wichtigsten benutzten Literatur ist am Ende abgedruckt.

theoretisehe Erwggungen, durch Beobaehtungen und experimentelle Forschung und Messung unser Wissen vom Erdinnern und seinen Eigenschaften zu f6rdern. Nach den hieran beteiligten Wissensgebieten gliedert sich der vortiegende Aufsatz in folgende Abschnitte: I. Dichte- u n d Festigkeitsbestimmungen; II. Temperatur, Druck und Aggregatzustand; III. Seismische Forschung; IV. Petrographisch-chemische l)berlegungen; V. Radiologie; VI. Geogonie. I. Die Erde ist in erster N~herung bekanntlich als eine Kugel anzusehen. Wir brauchen hier im allgemeinen die geringen Abweichungen yon dieser Form nieht zu berficksichtigen; hinsichtlich aller zu erw~thnenden Eigenschaften k6nnen wir KugeIsymmetrie annehmen, auBer bei der Zentrifugalkraft u n d den yon ihr abhhngigen Gr6Ben; ffir diese gelten naturgem~B die Gesetze der Rota±ionssymmetrie. Zur Ermittelung der mittleren D i c h t e 0~, der Erde gibt es verschiedene Methoden, die alle die Bestimmung der Gravitationskonstanten / zur Grundlage haben. Es ist n~mlich die Anziehungskraft der Erde auf 2 Arten ausdrfickbar: einmal nach der Definitionsgleiehung der Kraft Ms P = m • g , wenn m die angezogene Masse, g die

Heft 42. ]

RhSCH: Unsere heutige Nenntnis v o n d e r Tiefengliederung der Erde.

I~. IO, Z9~:4

Beschleunigung bezeichnet; andererseits als ,,Cou2~.m

lombsche"

Kraft

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r = mittlerer Erdradius);

(2ff = Erdmasse,

die Masse M der E r d -

kugel aber ist M = 4 ~ ~ ra (fiir das Ellipsoid 3 4~r ¢ ~ a a ( i _ ~ ) , w e n n a der Radius 3 des Aquators, ~ die E x z e n t r i z i t ~ t -~- -----e, e der a polare Radius der E r d e ist); es wird s o m i t : w~ire M =

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Auf der r e c h t e n Seite ist bier nur / unbekannt, denn g kann d u r c h Messung an verschiedenen P u n k t e n der Erdoberflgche gefunden werden; seine genaue B e z i e h u n g znr E r d e ist gegeben /M ./ 3~ ] durch g = a~ - ~ + ~ -- 2 + flsin~ ~ ] ' worin fl =

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m~ a Fliehkraft ? g~ - - Schwere a m A q u a t o r ' ~ die geographische Breite eines Ortes ist. Diese Gleiehung grtindet sich auf das Ctairotsche T h e o r e m (Lit. 5)

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ist "4on Forschern wie LEGENDRE, ROCHt~, I-IELMF,RT und anderen beschritten worden, einige ihrer R e s u l t a t e sind in n e b e n s t e h e n d e r Fig. I graphisch dargestellt. Aus den F o r m e l n (Lit. I, 5) erhXlt m a n fiir die D i c h t e i m E r d m i t t e l p u n k t e t w a den \X?ert I o - - I 2 . Fiir den G r u n d der h6heren I n n e n dichte sind zungchst zwei D e u t u n g e n m6glich; doch gegen die eine, die A n n a h m e einer D r u c k v e r d i e h t u n g der Gesteine, spricht die hierzu viel zu geringe Kompressibflit~it derselben. Will m a n andererseits Anreicherung framer schwererer EIem e n t e n a c h innen a n n e h m e n , so k o m m t m a n bet k o n s e q u e n t e r D u r c h f i i h r u n g des Gedankens zu einem Schalenbau, der innen m i t der Dichte 22, 5 (Iiir Osmium) b e g i n n t nnd auBen m i t o.,0o0o9 (fiir Wasserstoff) endet. Dies ist nun zwar ein ganz rohes Schema, Wie schon ein Blick auI die uns b e k a n n t e n Gesteine zeigt, doch ist das Prinzip in erster N~iherung zutreffend. ~Vie es zu modifi-

J~quator),

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~-" J M ] ' das seinerseits wieder

aus der P o t e n t i a l t h e o r i e und d e m Greenschen Satze h e r v o r g e h t ; der letztere stellt eine Beziehung dar zwischen d e m Oberfl~chenintegral und d e m R a u m integral eines K6rpers, im vorliegenden Fatle zwischen d e m Schwereverlauf auf der Oberfl~che und d e m P o t e n t i a l der y o n der Oberflache umschIossenen Massen. Die e x p e r i m e n t e l l e n M e t h o d e n zur B e s f i m m u n g yon / sind die m i t der Drehwage, B e o b a c h t n n g v o n L o t s t h r n n g e n an Bergen, deren Masse sich berechnen lgBt, Pendelmessungen, Bes t i m m u n g e n m i t der W a g e u . a . Die R e s u l t a t e geben als beaten M i t t e h v e r t ~ = 5,5 e g r - c m -a. N u n ist a b e t die D i c h t e der nns b e k a n n t e n E r d kruste, ngmlich die der Silicatgesteine, gleich 2,8; also IoIgt zwingend, dab im I n n e r n der E r d e die D i c h t e gr6ger ist als aul3en. Die Z u n a h m e der D i c h t e k a n n aber verschiedenen Gesetzen folgen, sie k a n n stetig oder s p r u n g h a f t sein. I m ersteren Falle k a n n m a n y o n d e m erwtihnten Clairotschen T h e o r e m ausgehen, das j a eine Beziehung gibt zwischen d e m Schwereverlauf in radialer R i c h t u n g (und d a m i t d e m der Diehte), der A b p l a t t u n g und der U m d r e h u n g s g e s c h w i n d i g k e i t % oder m i t anderen W o r t e n zwischen der A n o r d n u n g der Massen i m Innern, der F o r m der E r d e und der R o t a t i o n s g e s c h w i n d i g k e i t l~,Ian h a t n u n F n n k t i o n e n gesucht, die bei gegebenem ¢o den Schwereverlauf darstetlen und zur Kontrolle den b e k a n n t e n "vVert der A b p l a t t u n g berechnen lassen; dies war m n so eher ansfiihrbar, als die in F r a g e k o m m e n d e n Integr~l~ und Differential-Gleichungen eine Reihe von Neben- und R a n d b e d i n g u n g e n erfiillen mtissen, so das h y d r o s t a t i s c h e Gleichgewicht der Erde, die m i t t l e r e und die Oberil~ichendichte der Erde, die Mondbewegung, die Pr~zession u . a . Dieser V/eg

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Fig. L Diehteverlauf mit der Tiefe bet Annahme yon kontinuierlichem Anwaehsen. zieren ist, werden wir sp~iter (Kap. IV) sehen. W i r werden fibrigens b a l d Anzeiehen kennenlernen, die fiir eine sprunghafte Ander.ung der Dichte in radialer R i c h t u n g sprechen. -Die Featiykeit ~, das ist der W i d e r s t a n d gegen F o r m ~ n d e r u n g , kann bet der E r d e bisher nach drei Methoden. e r m i t t e l t w e r d e n : I. durch B e o b a c h t u n g der P o l h 6 h e n s c h w a n k u n g e n , aus deren Periode der Festigkeitskoeffizient berectmet wird; 2. d u t c h B e o b a c h t u n g yon H o r i z o n t a l p e n d e l n u n t e r d e m Einfluf3 der Gezeitenkr~ifte yon Sonne und Mond, wobei die Gr6Be des Ausschlages des leichtbeweglichen Pendels die Nachgiebigkeit (Deformation) des U n t e r g r u n d e s u n d d a m i t dessen F e s t i g k e i t anzeigt; 3- d u t c h t3eobachtung yon Erdbebenwellen, deren Geschwindigkeit u n t e r a n d e r e m yon der Festigkeit abhgngt. Der so erh~ltliehe durehschnittliche W e f t der Festigkeit ist d e m yon Stahl vergleichbar, ngmlich e t w a #t = 2o • lO 11 D y n (fiir Sta,hl ist p = 8 ; i o n Dyn). A u c h fiir die Festigkeit wird eine ~hnliche F o r m der Z u n a h m e n a c h innen a n g e n o m m e n wie bei tier Dichte, so dab Kir die E r d r i n d e etwa 1/s, flit den K e r n das 3fache If5

R6sc~: Unsere heutige Kenntnis yon der Tiefengliederung der Erde.

870

dieses Wertes folgt (Lit. 5)- Der Kompressionsmodul K, der den Widerstand gegen Volum/inderung angibt, zeigt einen ganz ~thnlichen Verlauf (liar Stahl ist K 16 • IO 11 Dyn). ==

II. Anzeichen ftir eine T e m p e r a t u r - S t e i g e r u n g nach dem I n n e r n der Erde zu sind der Vulkanismus and die geothermische Tiefenstufe; auch Iolgt aus rein physikalischen l~lberlegungen sowie aus dem Vergleieh der Erde mit kosmischen Verwandten das gleiche. DaB die W&rmez'ufuhr dutch die Strahlung der Sonne ftir die Erde schon in geringer T i d e yon wenigen Metern verschwindend klein wird, haben schon die Beobachtungen franz6sischer Forscher im 17. Jahrhundert n n d die Untersuchungen FO~JRI~RS (1822) gezeigt (Lit. 6), welch letztere ja bekanntlich auch fiir die Mathematik von fundamentaler Bedeutung wurden (Lit. IO). Messungen in Bergwerken a n d bet T u n n e l b a u t e n hubert dagegen ergeben, dab in den zug&nglichen Tiefen eine Zunahme tier Temperatur n m I ~ ffir je 25--33 m Tiefe herrseht. Die bet vulkanischen Ausbrtichen zutage gef6rdertefi Stoffe haben eine

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[ Die Natut[wisaenschaften

drostatischen Verh<nissen rechnen dfirfen, mit der T i d e nach einem quadratischen Gesetze anwachsen, wegen der steigenden Dichte abet mug er st&rker zunehmen. Der Anstieg betr5gt auf3en etwa 27oAtm./km, im Zentrum erreicht der Druck die H6he -con etwa 3 " Io6 kg/cm2Unsere Kenntnis yon den tangentialen Druckverh~ltnissen stiitzt sich auf interessante Berechnungen amerikanischer Forseher; so zeigte ])AVISON (Lit. 7 u n d 12), dab die Abkiihlungsgeschwindigkeit in einer bestimmten Tiefe (yon beil~ufig i i 6 km) ein l\{aximum babe (Fig. 3a), u n d da hieryon die Spannungs- bzw. Druckzust&nde in tangentiMer Richtung abh~ngen (hat eine &uBere Kugelschale A gr6Bere Abkfihlungsgeschwindigkeit als eine innere B, so herrscht in A st~rkere Schrumpfungstendenz als in B, also Spannung, kiihlt sich A langsamer ab, so treten darin pressende Kr~ifte auf), so ergib~ sich der Verlauf dieser Verh~iltnisse mit der Tiefe: nur die ~uBerste Zone der Erde yon etwa 8 km Dicke hat Druckkr~fte, n u r

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Fig. 2. Tiefenverlauf der Temperatur nach neueren Annahmen. Durchschnittstemperatur yon I IOO bis 14oo °. Fiir die H6he der Temperatur des Zentrums aber h a b e n . wir keinerlei sichere Anhaltspunkte. Extrapoliert m a n nach obigem Wert, so ergibt sich fiir den E r d m i t t e l p u n k t eine Temperatur yon mehreren IOO ooo ° (Fig. 2a). Dieser Weft ist absurd, n n d m a n sah sich so gezwungen, eine allm&hliche Abnahme des Temperaturgradienten nach i n n e n anzunehmen. So veranschlagt WI~C~ERT (Lit. 2) das T e m p e r a t u r m a x i m n m auf 3ooo ° (Fig. 2b) und denkt sich den Zuwachs etwa ether geometrisehen Reihe folgend. V. M. GOLDSC~MIDT dagegen k o m m t (Lit. 23) zur Anna.hme wesentlich Meinerer Temperatur (Fig. 2c), die mit IlOO--15oo ° schon in geringer Tiefe erreicht sein und bis zum Zentrum k o n s t a n t bleiben soll, da er die Quelle der W&rme, wovon sp&eer (Kap. ¥ ) noch gesprochen wird, in den radioaktiven Stoffen sieht, die aber in den EuBeren Teiten der Erde stark angereiehert sind, so dab yon da an nach innen der thermische Gradient = o gesetzt werden muB. Betrachten wir die Druekverh<nisse des Erdk6rpers, so mi~ssen wir den radial gerichteten Belastungsdruck und etwaige tangentiale Spannungen unterscheiden. Der Belastungsdruek wiirde in ether homogenen Erde, da wir sieherlich mit by-

Kom,&'es,.~on

Fig. 3- Verlauf der Abk~hlungsgeschwindigkeit (c~) und der tangentialen Spannung (5) mit der Tiefe. Nach F. v. WOLFF, Der Vulkanismus, 13d. I, 19, 1913.

bier ist Faltnng, Gebirgsbildung mSglich; n u r bis zu etwa 1/10 des Erdradius treten Tangentialkr~iite auf; dies best~tigt die oben erw/ihnte Berechtigung, ffir das iibrige Innere hydrostatische Berechnungen anzustellen. O. FISHER zeigte, dab die Tiefe der ,,spannungslosen Fl~iche" mit der Abkiihlungszeit atlm~hlich zunimmt (Ref. in Lit. 12). Was die Wirkung des Druckes auf die Gesteine betrifft, so sind noch die Versuche yon ~R. D. ADAMS erw~ihnenswert, die ergaben, dab Hohlr&ume im Gestein sieh M s - z u 2 o - - 3 o k m Tiefe (entspreehend 55oo--8oooAtm. Belastungsdruck) halten k6nnen, ohne sich zu schlieBen (Lit. 12). ldber den A g g r e g a t z u s t a n d des Erdinnern ist wenig Bestimmtes zu sagen. Der Schmelzpunkt der Silicatgesteine liegt nach Do~L¢~R (Lit. 8) bet Atmosph&rendruck etwa im IntervaI1 yon I I oo-- 15oo °, bet gr613erem Druck j edenfalls hSher. Es fund sich tibrigens, dab sialische ~) Gesteine durchweg einen um 2--3oo ° h6heren Schmelzp u n k t haben als simatisehe l) (Lit. 12). Bet Aufbau a) Die Ausdrt~cke Sial nnd Sima gehen auf ED. SuEss zuri~ck und bezeichnen das Vorherrschen der Elemente Silizium-Ahminium bzw. Silizium-Magnesium in verschiedenen Tiefenlagen.

Heft 42, 1 17. Io. I924j

R6sc/-I: U n s e r e

heutige Kenninis

der Erdschale aus derarfigem Material kam WIEC~ERr zur Annahme, dab bet ether Tieie yon etwa Ioo--3oo km (Iooo--2ooo °) eine Zone liege, die schmelzfliissiges i%iaterial enth~ilt, "and zwar k6nnen anfangs noch feste sialische Bestandteile in flfissigem Sims bestehen. Bet gr6Berer Tiefe wird der Druck derart fiber die Temperatur tiberwiegen, dab bet etwa 3oo km Tiefe das Material Ms ,,druckfesi" bezeichnet werden muB. Dieser Ausdrnck soll bier einen vom festen grunds~tzlich verschiedenen Aggregatzustand bezeichnen, da die Stoffe wohl meist oberhalb der kritischen Temperatur sich befinden. Auch fiir die innersten Teile der Erde wurde meist die Bezeichnung ,,druckfest" oder ,,drnckstarr" gebraucht; zur klareren Unterscheidung wurde hierfiir kiirzlicla im Heidelberger geologischen I n s f i t u t der Ausdruck ,,s~ikularfliissig" eingefiihrt. I n diesem Zustande scheinen die Stoffe gegenfiber kurzperiodischen St6rungen (z. ]3. Erdbebenwellen) und Diehtebeanspruchung wie elastische K6rper (,,Iest") sich zu verhalten, bet s~kularer B.eanspruehung (Isostasie, Abplattung infolge Anderung der Winkelgeschwindigkeit) wie Flfissigkeiten, hinsichtlich der t3eweglichkeit (Diffusion) wie Gase. I~brigens liegen die Verh~iltnisse, wenn man sich an die Goldschmidtsche Temperaturkurve h~lt, weft plansibler als nach der Wiechertschen Auffassung, da hierbei vielleicht die schmelzfliissige Zone vermieden werden kann, was mit den n u n m e h r zu besprechenden Beiunden der Seismologen besser ha.rmoniert. Einen guten Vorschlag zur L6sung des Problems des Aggregatzus±andes macht G. LI~CK (Lit. IT), indem er als AggregatzustXnde n u t ,,krystallisiert" und ,,amorph" gelten l~iBt, ifir die elasfischen K o n s t a n t e n n u r die Teilchengr6Be bzw. deren Packungsdichte verantwortlich macht, wobei er sich aui die Berechnungen EDDINGTONS (Lit. 9) StfitzL III. Hinsichtlich der Arbeitsmethoden der Seismotogie sei auBer aui Lit. 4 und 5 auf die beiden Aufs~tze Lit. 14 und I8 verwiesen; bier set n u r kurz gesagt, dab m a n erfahrungsgem~B mehrere Wellenarten unterscheidet: longitudinale sog. P - ~Vellen, transversal schwingende S.-Wellen, beide vom Herd, dem Hypozentrum (Fig. 4) ausFig. 4. Aussehen der Erd- gehend, und am Epizenbebenstrahlen im Erd- trum entstehende, an der k6rper. H = t-Iypozen- ErdoberfI~che laufende trum (I-Ierd), E = Epizentrum, D = EpizentraI- L-WellenI). Diese 3 Arten distanz, ~ = Energenz- unterseheiden sich auch winkel, 3I Erdzentrum. dnrch ihre Geschwindig=

t) Gute anschauliche Zeichnungen flit diese Verh~ltnisse sind in Lit. 17 zu finden.

yon

der Tiefengliederung der Erde.

87I

keit, und zwar n i m m t diese ab in der Reihenfolge P, S, I). Fig. 5 zeigt dieseVerh/il±nisse. Aus der Form der Kurven konnte man schlieBen, dab die Geschwin/60~

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EpizentFald/~tanz0/~Mggame/ern Fig, 5. Laufzeitkurven fflrP-, S-, L-Strahlen und fflr die Differenz S--P. (Werte nach M A m m A , Naturw. 51. 192o.)

digkeit sich mit der Tie/e ~tndert, in die die Wellen eintauchen, und daraus folgt gem~B der Elastizit~tstheorie, dab sich mit der Tiefe die Dichte und

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Fig. 6. Verlauf der Strahlengeschwindigkeit yon Erdbebenwellen mit wachsender Tiefe. die elastischen Eigenschaften ~indern, Es stehen n~mlich die Geschwindigkeiten v in diesen ]3eziehungen zu den genannten Eigenschaften:

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und ~ = O v } ,

R6scn: Unsere heutige Kenntnis yon der Tiefengliederung der Erde.

872

wenn K den Widerstand gegen Kompression (die Inkompressibilit~t), # den gegen Gestalt~nderung, e die Dich~e bezeiehnen. Fiir verschiedene Tiefen ergaben sich, da m a n die nligef~hre Form der ,,Erdbebenstrahlen" (senkrecht zur ~Arellenfl~ehe) und so ihre L~nge bestimmen kann, die auf Fig. 6 gezeicbneten Werte (nach Lit. 5); Fig. 7 gib~ die Werte ffir Dichte 0, Kompressionsmodul K u n d Festigkeit 12 als F u n k t i o n e n der Tiefe, wie sie sich aus den. neuesten Daten seismologischer Untersuchungen berechlien (nacla Lit. I). Die IKurven zeigen deutlich, daG bei I2o, I2oo und 29o0 km

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Fig. 7. RadialverlauI der Dichte ~, der Inkompressibilit/~ K und der Starrheit /~ nach den neuesten seismischen Bestimmungen. Tiefe Grenzfl~chen sind, an delien sich die physikalische Besctiaffenheit stark ~ndert, dab hier DiskontinuitXteli vorliegen. Innerhalb der dutch sie begrenzten R~ume scheint die Materie ziemlich homogen zu sein bzw. sich stetig zu Xndern. ViMleicht sind die Zonen aber auch sekulidXr noeh unterteilt. Da an jeder derartigen Grenzfl~ehe ein Teil der Wellenintensit~t reflek~iert wird, so konnten aus diesen Reflexionswellen, die auch im Seismogramm zu erkennen sind, die Diskontinuit~tsfl~chen in ihrer Lage ebenfalls bestimmt werdem IV. l~ber den stofflichen Aufbau der Erde haben wir bisher n u t erfahren, dab wit einen Zonenbau uns denken mfissen, derart, dab augen eine leichte Rinde, umfassend die Wasserstoffhiille, .StickstoffSauerstoff-Atmosph/~re, HydrosphXre und Lithosphere, liegt, dab dann eine von schwerereli Stoffen gebildete Zwischenzone folgt, die etwa voli i2oo

Die Naturwts~enschaften

bis 2900 km Tiefe reicht, sodann ein schwerer Kern. Dieser Kern darf wohl Ms aus Schwermetallen, vorwiegend Eisen, bestehend gedacht werden. Griinde hierffir sind auger Dichte- n n d Festigkeitsverlauf die groge Zahl yon Eisenmeteoriten, das magnetische Feld der Erde, eventuell auch die groBe Rolle des Eisens im Sonnenspektrum. XYas fiber die einzelnen Tiefenzonen in stofflicher Hinsicht noch ausgesagt werden kann, soll nunmehr besprochen werden. Die Erscheinungen des Vulkanismus lassen naturgem~g wichtige Schltisse zu auf die Zusammensetzung der Lithosphere, des ~uBeren Steinmantels der Erde. Das ftir uns hier wiehtigste Ergebnis der Vulkanologie ist die auf Arbeiten yon H. 1RosE~Busc~ (Lit. 3o) sieh griindende, yon FR. BECXE (19o3) durchgeffihrte Gliederung der Erstarrungsgesteine in eine spezifisch leichte Alkalireihe (atlantische Sippe) und eine schwerere Kalkalkalireihe (pazifische Sippe), yon denen sich sparer zeigte, dab sie wohl auch verschiedenen Magmentiefen angeh6ren, wobei die Gesteine der zeitlich Xlteren Kalkalkatireihe einer tieferen Lage elifsprechen. Dies Ergebnis s t i m m t mit dem mitgeteil~en Dichteverlauf wohI fiberein. Hinsichtlich der Magmenherde ist noch keine vS!lige EinstLmmigkeit erreicht: m a n kann innerhalb der ~uBeren starren Kruste der Erde lokale ,,periphere" Herde annehmen, vermag aber gewisse-Erscheinungen, wie eben die regionale Sippenverwandtschaft, nicht zu erkl~ren; diese wiirde leicht aus der Annahme einer tieferliegendeli Zentral-Herdzolie foIgen. Aus diesem Dilemma ffihren vielleieht die ~Iberlegungen V. M. GOLDSCHMIDrS (Lit. 24), der eili Urmagma annimmt, und ffir die verschiede~en Differentiatiolien .der Magmen die jeweiligen physikochemischen ]3edingungeli, das Milieu, verantwortlich rnacht. Er kommt damit zur Aufstellung entwicklungsgeschiehtlicher Reihen ffir Magmenst~mme, die sehr vielversprechend sind. I n gewissem Umfange kann m a n fibrigens auch Schlfisse auf die chemisch-petrographische Tiefengtiederung der Erde ziehen dnrch Vergleieh mit vulkanischen Erseheinu~gen anderer Himmelsk6rper, so der Sonnenprotuberanzen, der petrogTaphischen Besehaffenheit der Mondoberfl~ehe, die aus deren Polarisationswinkel (33°I7 ') als hauptsa~chlieh vulkanischen G1/~sern (trachitischeml Vitrophyr) entspreehend erkannt wurde (Lit. 2), der Meteoriten, deren Stammk6rper sieherlich auch vulkanisEhen Ursprungs war. V. M. GOLDSCttMIDT u n t e r n a h m es (Lit. 23, 25, 26), auch ffir die ~iefer als das Sial (Lithosphere) liegenden Schalen bestimmte Aussagen zu machen. Es sei gestattet, zuerst die ~lteren Arbeiten im Znsammenhang, zum SchluB des Kapitels erst die ,,geochemischen Verteilungsgesetze" zu besprechen, obwohl diese fundamentate Schriit atles andere in sich schlieBt. Hinsichtlich der auf das Sial zungchs± folgenden Zone zwischela i20 und 1200 km Tiefe geht GOLD-

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R6scH: Unsere heutige Kenntnis von der Tiefengliederung der Erde.

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:~7. xo. ~9243

SCI~MXOT aus yon den wichtigen Untersuchungeu P Z ~ T I ESKOLAS (Lit. 22) fiber den EMogit. Aus diesen ergab sieh, dab der Eklogit, ein Gemenge yon Omphacit und totem Granat, ein nur bei hohem Druck stabiles Gestein ist, das bet Druckentlastung eine allm~thliche Umwandlung lb. die ,,Hornfels-, Amphibolit- und Grtinschiefer-Fazies" durchmacht (deshalb findet m a n auch niemals Ektogit in Gebieten, die schon seit dem Archaikum der Oberfl~chenregionen der Erde angeh6ren); da n u n Eklogit ein etwa u m 15% kleineres Volumen einnimmt als die..ihm entsprechenden Gabbros, such im Vergleich zum Durchschnittsmagma dichter ist, so ist seine vorzugsweise Bil, dung in groBer Tiefe gem~B d e m Prinzip yon L~ C~A~EI~I~ wohl verst~ndlich. Mit steigendem Druck w/~chst die Krystallisationstemperatur des Eklogits. Diese VerhXltnisse machen es GOLDs c ~ I O ~ wahrscheinlich, dab die Silicatzone yon i2o--12oo km nicht, wie friiher angenommen wurde, in fliissigem Zustande set, sondern aus EMogitgestein bestehe, das eine feste, komprimierte Form der Silicatstoffe darstellt. Dies harmoniert ja such mit den oben dargelegten Annahmen fiber den Aggregatzustand. I m Eklogit, dessen spez. Gewicht etwa 3,6-- 4 betrXgt, is~ iibrigens eine Anzahl sehr dichter Mineralien beheimatet, wie Diamant, Pyrop, einige Pyroxenarten; auch dies spricht fiir die geschilderte Auffassung. Es seien hier zum Vergleich die Analysen yon Opdalit, einem Gestein, das der Durchschnittszusammensetzung der sialischen Lithosphfire am n~chsten kommt, und ftir EMogit, also fiir Sial und Sima, gegeben:

nehmen; die Schale kann vielleicht in sich noch wetter differenziert sein. Fiir die Entstehung dieser Schale sind wohl Entmischnngsvorg~nge in der iIiissigen Phase und Absinken fester Erze aus dem Steinmantel verantworttich zu machen. Die Frage, ob man fiir diese ExtremverhXltnisse, wie sie Druck und Temperatur in ihrem Wechselspiel bier bieten, Stabilitbtsbetrachtungen chemischer Art iiberhaupt ai~stellen dart, mug vorerst often bleiben; doch scheinen wohI solche Stoffe am plausibelsten, die ztie einfachst gebauten Molektile oder, besser gesagt, die kleinsten Molekularvolumina haben. Ob aber diese Oxyde und Sulfide nebeneinander bestehen k6nnen, ohne miteinander zu reagieren, bleibt unentschieden. Dab der n u n folgende eigentliche Erdkern (mit einem Radius yon etwa 35ookm) aus reinen Schwermetallen besteht, dart als ziemlich sichergestellt gelien. Einige Griinde wurden bereits oben genannt. I n engem Zusammenhang hiermit stehen n u n noch Resultate, die TA~MANN (Lit. 31, auch ref. in 13) bet Schmelzversuchen yon Gemischen aus Silicaten und freien Metallen erhielt. Sie zeigen, dab nur dann die Schmelze in chemischem Gleichgewicht ist, wenn das freie Metall edler (leichter reduzierbar, stXrker elektronegativ) ist als das an die Kiesels~ure gebundene Metall; fiir unser Problem bedeutet dies, dab aus der Silicathtille allmb.hlich alle edeln MetMIe ausgewandert sind und sich, der Schwerkraft iolgend, wegen ihrer durchweg hohen Dichte im Erdinnern angereichert h aben. So werden wohl I~etalle wie Pt, Os, Ni, Mo, Co, Fe u . a . bedeutend st~irker als auBen vertreten sein. An Eisennaeteoriten (Siderolithen, Pallasiten) lassen sich diese Verh~Itnisse analog sehr sch6n

II SiO~ ] TiO~ ! AleOe I FeeO~ t FeO I MnO l~g° I c~o !N~ol K~o Opdalit~) . . . . Eklogit~) . . . .

u00 Iv~°~

62,25 0,94 I5,I5 0,96 4,49 0,07 3,92 1 4,47 3,30 3,50 0,57 o ! 6 46,26 0,28 14,45. 4,41 I 5,82 I -- 11,99 t11,66 2,45 t,5i 1,1o .

Zwischen den beiden Grenzen yon 12oo und 29oo km, also z~ischen den Silicatgesteinen und d e m Metallkern, vermutete m a n bisher ein der jeweiligen Dichte entsprechendes Gemisch yon Silicaten und metallisehem Nickeleisen. Doch h~tlt es G O L D S C ~ I D T wegen des grol3en Dichteunter-

schiedes (3,8 und 7,8) fiir unm6glich, daf3 in dem starken Schwerefeld der Erde ein solches Gemisch sich haltert k6nne, zumal diese Zone-wohl den ,,Iliissigsten" Zustand darstellt, die Teilchen hier die leichteste Bewegtichkeit haben. Man ist also gen6tigt, in dieser Region Mineralien anzunehmen, die schwerer sind Ms die schwersten Silicate, abet leictlter Ms die Schwermetalle, sis solche erweisen sich die Sulfide und Oxyde der Schwermetalle. I n der Hauptsache k6nnen wir in dieser Sulfid-Oxydschale Troilit, Magnetit, Chromit, Rutil, Titaneisen und ghnliche Verbindungen an~) Nach ROSENBUSCI~-OsANN:Gesteinslehre, 4.Aufl. 1922. 2) Nach P. ESKOLA: The mineral facies of rocks. I92o.

B~o i s

cl

o,o6 0,o4 0,06 -

best~tigen. Obrigens weist GOLDSCII~tIIDTdarauf hin, dab eine derartige T r e n n u n g nach der Dichte durchaus nicht bei jedera Himmelsk6rper anzunehmen ist, sondern an ein betrgchtIiches Schwerefeld gebunden ist, und er belegt dies durch die Struktur vieler kleiner Meteoriten (Lit. 25). Von einem ganz anderen Gesichtspunkt geht P. NI~GLt (Lit. 29) an das Problem der Erdchemie heran, indem er sehr fruchtbare Beziehungen zwischen der Erdanatyse und dem periodischen System der Elemente finder. K6nnen solche Versuche quantitativ zuverlgssige Aussagen bisher n u t far die Lithosphgre machen, so sind sie doch such in sch~tzender Form weitgehend in die T i d e ausdehnbar und k6nnen da, wetter gefestigt, recht bedeutsame Resultate geben. Es handelt sich da zungchst um die Darstellung der Clarke-Washingtonschen Tabelle, der Bauschanalyse der guBersten 16 km Erdkruste (Lit. 21, 33)/ aus der sich einige bemerkenswerte Tatsachen ergebel~, set es, dab man direkt die Prozentzahlen gegen die Ordnungszahlen der Elemente auftrgge, wie es bier

R6se~I: Unsere heatige Kenntnis yon der Tiefengliederung der Erde.

874

(Fig.8) geschehen ist, oder set es, dab m a n dieProzentzahl dutch das Atomgewicht dividiert, also gewissermal3en die relative Zahl der Atome angibt: m a n sieht vor allem, dab die h6ehste vorkommende Atomnummer, die noch wesentHch in 13etracht kommt, 26 ist, was unter anderem damit in Beziehung steht, dab die Dichte ungeI~hr mit der A t o m n u m m e r fortschreitet. D a n n pr~gt sich deutlich in der I~urve eine Periodizit~t mit der Periodenzahl 6 aus; n u t H macht eine Ausnahme, d a n n aber fotgen 8, 14, 2o, 26 sehr regelm~J3ig. NIGGLI glaubt auch aus anderen Griinden, die Elektronenzahl 6 als wichtig ftir den Atombau ansehen zu kSnnen, doch sind zu den Bohr-Rutherfordschen Modellen keine Beziehungen zu erkennen. Es ist zu vermuten, dal3 in tier H~ufigkeit der Elemente fiir die Erde Ms Gesamtsystem eine Abh~ngigkeit nicht vom Elektronenbau, sondern yon der Stabilit~t des Kernes besteht, mit anderen Worten yon der radioaktiven Lebensdauer der Ele50

Die Naturwis~enschaften

Grund der verschiedenen Literaturangaben die prozentuale Zusammensetzung der inneren Schalen darzustellen; dieser kann keinen Anspruch auf Endgfiltigkeit machen noch Schliisse auf GesetzmXBigkeiten sicher zulassen, zeigt aber immerhin das Fortriicken des ,,Schwerpunktes" nach rechts, zu h6heren Atomnummern. Das Fehlen der h6ehstzahligen Elemente ist auf ihren raschen Zerfall zuriickzufiihren, das Abbrechen der Reihe bet Uran = 92 daraui, dab bet der Kernladungs~ a n d ElektronenzahI 92 die innerste Elektronenbahn infolge ihrer Kernn~he unstabil wird. Weiterhin ist ein Vergleich der Gliederung in ,,petrogene und metallogene" Elemente mit dem periodischen System sehr interessant (Lit. 34 und 29, wo auch eine hierauf bez~gli,~he Tabelle des per. Systems zu linden ist). Erstere sind solche, die in Form yon Oxyden oder als Silicate die ~uBeren Erdschichten beherrschen, w/~hrend die metallogenen Elemente gediegen oder als Sulfide, Selenide, Arsenide usw. den tiefsten Zonen ange-

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Fig. 8. Prozen~uale Zusammensetzung der Opdalitzone.

Fig. 9. Prozentuale Zusammensetzung der Eklogitzone.

mente. Denn seit man die RadioaktivitXt yon Ifalium und R u b i d i u m kennt, neuerdings auch die verschieden leichte ZerstSrbarkeit der At0me dutch kiinstliche Eingriffe erkennt, ist wohl Grund zu der Annahme, dat? alien Elementen eine bestimmte Stabilit~t zukommt, die nicht unbegrenzt ist. Und vielleicht kann gerade aus der H/~ufigkeit der Elemente, die ja gem~g den Gesetzen des radioaktiven Zerfalls proportional der Halbwertszeit ist (unter der Voraussetzung M!erdings, dab radioaktives Gleiehgewicht herrsche), auf diese Zerfallszeit geschlossen werden. Es existiert zur Zeit Itir die meisten Elemente noeh kein anderes Mittel, die Kernsfabitit~± zu bestimmen oder zu berechnen. Wie gesagt, w~re dazu alterdings eine Bauschanalyse der gesamten Erde n6tig, denn die Verteilung der Elemente in die verschiedenen Tiefenzonen, deren oberste wit ja n u t kennen, ist noch anderen Gesetzen unterworfen. Zu ether solchen Gesamtanalyse abet ist n6tig, dab wit die Zusammensetzung jeder einzelnen Schale k e n n e n ; hierzu sind n u r die' ersten Tastversuche mSglich. Es ist aui Fig. 9 - - I I der Versuch gemacht, aui

h6ren. I m periodischen System zeigt sich init wundervoller Klarheit, dab fast durchweg die petrogenen Elemente den Hauptreihen, die metallogenen den Nebenreihen angehSren, Die Ursaehe ft~r diese Ordnung liegt nach NmGLI (Lit. 29) darin, dab die Atomvolumina (Wirkungssph~ren) bet den Elementen der Nebenreihen wesentlich Meiner sind als die ~hnlicher Elemente der Hauptreihen (Lit. 28), diese Sfoffe also eine ,,kondensiertere" Form der Materie bilden und darum tieferen Gebieten angeh6ren, yon dort k6nnen sie durch magmatische 13ewegungen nach oben mitgenommen werden und so oberfl~chliche Erzlagerst~tten bilden. Die normale Tiefenlage ist also nicht einfach durch die Dichte gegeben, sondern

h~Lngt vom Atomvolumen ab; diese Gesetzm~13igkeit ist auch auf Fig. I I zu erkennen, wo allerdings die 2. und 3- Nebenreihe etwas iiberhOht sind. Eine Reihe solcher Regelm~tBigkeiten ist in den letzten Jahren gefunden worden, die dentHche Beziehungen zum Atombau zeigen (siehe z. B. Lit. 19 und 32). So treten z. t3. bet Meteoriten fast nur glemenge mit gerader A t o m n u m m e r auf, was

R6scH: Unsere heutige Kenntnis yon der Tielengliederung der Erde.

H e f t 42. ] 17, IO. I924 j

tibrigens auch aus Fig. 8--1o abgelesen werden kann.

I n jfingster Zeit sind n u n yon V. M. GOLDSCI~MIDT die ersten t-Iefte fiber fortlaufende grol3ztigig angelegte Bearbeitung der geochemisdhen Probleme erschienen (Lit. 26), in denen alle bisherigen Erfahrungen, insbesondere auch der Meteoritenkunde und Hfittentechnik, zusammengefal3t werden. Entsprechend den 4 Tiefenzonen AtmosphXre, Silicatmantel, Sulfid-Oxydzone, Metallkern, teilt GOLDSCI~MIDT die Elemente ein in atmophile, lithophile, chalkophile und siderophile, u n d e r ordnet n u n systematisch in sorgf~ltiger Arbeit jedes Element diesen Gruppen ein und zeigt die Beziehungen des Auftretens zum Atombau und LFe

O

875

kommen des jetzigen Zustandes der Erde mitwirkten; 2. Ms Mittel zur Altersbestimmung der Erde (es sind ja die Helium-Blei-Methoden sowie die Methode der pleochroitischen HSfe bekannt); 3. ffir Probleme der Gebirgsbildung, die JOLY durch seine 13bertegungen stark angeregt hat (Lit. 37); 4. ftir den Warmehaushalt der Erde. Diese Seite ist es, die uns hier vor allem interessiert. W~hrend HELMHOLTZ (Lit. 35), in der Erkenntnis, dab die rein chemische Verbrennungsw~rme Ms W~rmequelle bei der Sonne unzureichend sei, die Verdichtungsw~rme heranzog, zeigte sich sparer, dab auch diese nicht ausreicht, den gewaltigen Strahh n g s v e r b r a u c h der Sonne zu decken. Seit man n u n erkannte, dab die yon radioaktiven Stoffen ausgehenden Strahlen beim Auftreffen auf Materie ihre Bewegungsenergie in W~rme umsetzen, und diese Strahlungsw~rmequelle ganz unabh~ngig vom Milieu ist, hat m a n mit Erfolg versucht, diese Erkenntnis zur Erklgrung der Sonnenw~rne zu Rate zu ziehen. Auch die ErdwXrme muB dutch diese Vorg~nge mitbedingt sein, denn man fand bei alien Gesteinen der Erdkruste zwar an sich kleine,

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A_A 1o

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80

90

Fig, io. lProzentuale Zusarnmensetzung der Sulfid-Oxyd-Schale.

100

Fe

abet in ihler Gesamtheit und durch ihre Konstanz, respektable Mengen radioaktiver Substanzen, so dab sich z. t3. ftir Uran bei Annahme der ~uBeren Konzentration durch die gauze Erde hindurch die Menge yon 6 . Io 1~ Tonnen berechnete. Da die hieraus sich ergebenden Werte der %V~rme n u n so groB sind, dab der W~rmestrom dutch die Ober-

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---> Fig. t i .

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Ondtzungazahlea

60

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8O

aO

Prozentuale Zusammensetzung des Metallkernes.

die Bedeutung der Isomorphiebeziehungen. Es ist, besonders Mar in der Atomvolumenkurve der Elemente, deutlich zu erkennen, dab alle siderophilen Etemente solche mit kleinsten Atomvolumen sind, dab die lithophilen fast durchweg auf den absteigenden, die chalkophilen auf den aufsteigenden Asten der Kurve liegen. Die Arbeiten bieten noch sehr viele interessante Einzelheiten. V.

Die Bedeutung der Radioaktivitb& ffir die Geologie ist eine vierfache: i. kosmogonisch, indem sowohl der Zerfall der Elemente als aueh nach neueren ~berlegungen (Lit. 36 ) der Aufbau schwerer Elemente aus leichten zum Zustande-

fl~che nach auBen etwa ioo mal gr6Ber sein mt~Bte, oder die Temperatur im I n n e r n rasch steigen mfiBte, was beides der Erfahrung widerspricht, so folgt daraus die schon oben erw~hnte Tatsache, dab der Gehalt an radioaktiven Stoffen sich anf die ~Lul3ere Kruste der Erde beschr~Lnkt oder nach innen vielleicht exponentiell abnimmt. Damit stimmen auch die Beobachtungen an Meteoriten, die fiir Steinmeteoriten einen der Erdkruste ~hnlichen, far Eisenmeteoriten fast keinen oder keinen Gehalt an diesen Stoffen ergaben. DaB lokale Anreicherungen dieser Elemente eine wesentliche Temperatursteigerung erzeugen, ergab sich anzweifelhaft im Simplontunnel. Es ist somit sicher, dab ffir die W~rmewirtschaft der Erde die Radio-

876

R6SCH: Unsere heutige Kenntnis yon der Tiefengliederung der Erde.

a k t i v i t ~ t eine w e s e n t l i c h e Rolle spielt, un-d die G o l d s c h m i d t s e h e F o r m des T e m p e r a t u r v e r l a u f e s gewinnt damit sehr an Wahrscheinlichkeit. VI. F a s s e n w i t n u n z u s a m m e n , was w i t a n T a t s a c h e n fiber d e n B a n d e r E r d e e r f a h r e n h a b e n . W i t h a b e n e i n e n s c h u l i g e n B a u a n z u n e h m e n , derart, d a b u m e i n e n i m s/ikularfltissigen Z u s t a n d bef i n d l i c h e n K e r n aus s c h w e r e n M e t a l l e n sich z h n ~ c h s t eine S c h a l e aus s c h w e r e n O x y d e n u n d Sulfiden, u m diese w i e d e r d e r S i l i c a t m a n t e l d e r E r d e legt. D e r l e t z t e r e i s t i n sich d i f f e r e n z i e r t in eine innere. Schale k o m p r i m i e r t e r Silicate y o n h 6 h e r e r D i c h t e u n d eine ~uBere, s p e z i f i s c h leicht e r e Lithosph~ire, in S i m a u n d Sial. E s h e r r s c h t also eine p h y s i k a l i s c h e n n d c h e m i s c h e S o n d e r u n g . Die T e m p e r a t u r , d e r D r u c k , die D i c h t e , die F e s t i g k e i t , die I n k o m p r e s s i b i l i t ~ t n e h m e n n a c h i l m e n zu, i e t z t e r e d r e i s p r u n g h a f t . D i e G l i e d e r u n g in 3 H a u p t z o n e n e n t s p r i c h t ganz den VerhMtnissen in der metallurgischen P r a x i s , wo sich b e i m SchmelzprozeB die drei k a u m m i s c h b a r e n K o m p o n e n t e n : Schlacke, S t e i n u n d MetaI1, b i l d e n (Lit. 26 u n d 31). Diese T a t s a c h e d e r Trennung nach chemischen Affinit~tsbeziehungen u n d D i c h t e , die w o h l a m b e a t e n i m flfissigen Zus t a n d e m 6 g l i e h i s t (bei G a s e n i s t die Diffusionsg e s e h w i n d i g k e i t zu groB, b e i F e s t k 6 r p e r n die inhere Reibung), im Verein mit dem Temperaturv e r l a u f m a c h e n ffir die E n t s t e h u n g s g e s c h i c h t e d e r E r d e die a l t e H y p o t h e s e d e r A b k f i h l u n g a u s d e m G l u t f l u B s e b r w a h r S c h e i n l i c h . Die P r o b l e m e d e r Geogonie s i n d in d e n l e t z t e n J a h r e n s t a r k a n g e r e g t u n d g e f 6 r d e r t w o r d e n ; es s t e h e n d a z u 2 W e g e often : die B e h a n d l u n g e i n e r s e i t s d e r m i k r o k o s m i s c h e n , andererseits der makrokosmischen Fragen. Unter ezsteren ist die M 6 g l i c h k e i t zu v e r s t e h e n , aus d e n G e s e t z e n des A t o m b a ues die B i l d u n g d e r E l e m e n t e , sei es d u t c h A u f b a u a u s E l e k t r o n e n , H - u n d H e K e r n e n , o d e r d u r c h A b b a u d e r grSBten A t o m e , d a n n w e i t e r h i n die E n t s t e h u n g d e r Molekfile u n d K r y s t a l l e , d a m i t die E n t s t e h u n g d e r a n o r g a n i s c h e n W e l t z n e r k l ~ r e n ; dieser W e g b i e t e t n o c h viel Arbeit, d o c h sind die v o r h a n d e n e n E r f o l g e r e c h t ermutigend. M a k r o k o s m i s c h d a g e g e n k a n n die G e o g o n i e d e m groBen P r o b l e m d e r K o s m o g o n i e u n t e r g e o r d n e t w e r d e n ; a u c h b i e r ist, d u r c h s t a t i s t i s c h e M e t h o d e n in .Verbindung mit spektroskopischen Unters:uchungen einerseits, d u r c h t h e o r e t i s c h e E r w ~ g u n g e n fiber T h e r m o d y n a m i k , S t r a h l u n g s d r u c k (Lit, 38, 39) usw. a n d e r e r s e i t s , s c h o n viel geleistet w o r d e n , so d a b d e r n o r m a l e V e r l a n f e i n e r S t e r n e n t w i c k l u n g i n groBen Zfigen w o h l b e k a n n t ist (RussELL). Die sehr w i d h t i g e A r b e i t y o n M. N. SAI~A ( L i t . 4 I) e r g a b fibrigens d a s a u c h b i e r s e h r interessante Resultat, dab wit keinen Hinderungsg r u n d ffir die A n n a h m e h a b e n , d a b w o h l alle S t e r n e a u s d e n gleiehen E l e m e n t e n a u f g e b a u t sind wie u n s e r e E r d e ; dad.urch w i r d d a s k o s m o g o n i s c h e Bild r e c h t w e s e n t l i c h v e r e i n h e i t t i c h t .

Die Naturwissenschaften

Benutzte Literatqzr :

Da der vorliegende Aufsatz keineswegs eine ersch6pfende. Behandlung, sonderu iaur einen gedr~ngten Uberblick geben will, so k a n n auCh das Literaturverzeichnis n u r zur ersten Orientierung dienen. In vielen der Werke ist auf weitere Quellen verwiesen. Zu I:

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Heft 42. ] ~7. IO. zge4J

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Z u V:

35" HELMHOLTZ, H. v., Entstehung des Planetensystems. Vortrag 1871. 36. M~I~NER, L., Die Bedeutung der Radioaktivit~t f~r kosm. Prozesse. Zeitschr. f. angew. Chem. 1923, 2. 37. M~3LLER, J., Aus neueren Forschungen zur Physik und Chemie der Erde. Zeitschr. f. angew. Chem. 1924 , 15. Z u V1 (anl3er i i , 26, 3I): 38. EDDL'CGTOI% A . S . , Das Strahlungsgteichgewicht der Sterne. Zeitschr. f. Physik 7, 351- 192I. 39. E~DEN, R., Physikal. Zeitschr. 1922, S. 49o. 4o. G R I ~ u. HERZSXLD, Die chemische Valenz als Energiefrage. Zeitschr, f. angew. Chem. 1924, 18. 41. SAHA, M. N., Theorie der physikalischen Erscheinungen bei hohen Temperaturen. Zeitschr. f. Physik 6, It. I. 1921. 42. SCI~XI~ER-GRA~F, Astrophysik. Berlin 1922. 43. W~I~BERa, A. v., Die Entstehung der anorgan. Welt. Bet. d. Senckenb. Ges. 53, Frankfurt 1923 . 44- W~S~PHAL, W., l)ber das Vorkommen und den Zustand der Elemente in Sonne und Fixsternen (Ref. fiber SAHA). Naturwissenschaften 1921, H. 43.

Besprechungen. BORNEMANN, F., Kohlens/iure trod Pflanzenwachsturn. 2. Auflage. Berlin, Paul Parey, 1923. 318 S. und 12 Abbildungen. 15 × 23 cm. Preis 5 Goldmark. Professor F. ]~ORNE~IANN gibt in einem im Verlage von PAt,L P A ~ Y erschienenen Buche eine LTbersicht fiber das Problem der Kohlens~uredfingung. Die M6glichkeit einer Steigerung des Pflanzenwachstums durch erh6hte Xohlens~nrezufuhr ist besonders dutch die Beobaehtungen und Versuche der tetzten Jahre klargestellt worden. Die Nutzbarmachung dieser Erkenntnis Ifir die Praxis ist zunXchst noch eine umstrittene Frage. Professor ]3ORNt~IANN glaubt an die M6glichkeit dutch die gewonnenen Erkenntnisse und Erfahrungen die Ertr~ge des deutschen Kulturlandes wesentlich heben zu k6nnen. Die Leser dieser Zeitschrift seien zun~chst kurz fiber das Problem orientiert. Unsere Kenntnisse fiber den Assimilationsvorgang sind verh~ltnism~Big jungen Ursprungs. Die ersten Beobachtungen fiber die Abscheidung yon Sauerstoff durch die Pflanze wurden in der Mitte des 18. Jahrhunderts gemaeht. Diese Beobachtungen stehen unter dem Einflug der teteologischen Weltanschauung der damaligen Zeit und fassen in erster Linie die ffir den Mensehen nfitzliehe Reinigung der Luft dutch die Pflanze ins Auge. ING~mOUSZ gelangt zum Resultat, dab yon der Eiche bis zum Kraut keine Pflanze umsonst w~chst und sogar die Giftpflanze, welche anscheinend keine besonderen Vorzfige besitzt, sich auch an der nfitzlichen Arbeit der Luftreinigung beteiligt. Die Rolle des t(ohIendioxyds in diesem ProzeB wurde erst yon LI~Bm, dem leidenschafeliehen Bek~mpfer der alten I~umustheorie, in ihrer vollen Bedeutung erkannt. L~ngere Zeit sah man die Bedingungen der XohlensXureern~Jarung als gegeben und nicht modifizierbar an. Gelegentlich wurden wohl Berechnungen angestetlt tiber den Kohlens~urehaushalt der Natnr, welche jedoch stets zu den beruhigenden Ergebnissen fflhrten, dab die Pflanzen bei dem in der Lnft vorhandenen Gehalt yon 0,30/oo CO~ nie Mangel an I~:ohiens~ure leiden wfirden. PFEtrIeER war noch 1872 der Ansicht, dab die Pflanze dutch kohlens~urereichere Luft in ihrem Wachstum gesch~digt werde, und einen anor-

malen t-tabitus ann~hme. Einige Jahre sp~ter freilich stellt gerade PF~FF~R die Hypothese auf, dab in frtiheten Erdperioden die Luft aIler X¥ahrscheinlichkeit nach reicher an Kohlens~ure war und sucht in diesem Urnstand die Erkl&rung ffir die fippige Flora vorgesehichtlicher Epochen, der wit unsere Xohlenlager verdanken. Es beginnen Versuche die PfIanzen unter hOherem Kohlens~uredruck assimilieren und wachsen zu lassen und es wird beobachtet, dab eine Luft welche 5 - - l O % Kohlens~ure also etwa das Ioofache des normalen Gehaltes enth~lt in optimaler Weise auf den Assimilationsvorgang einwirkt. Der Kohlens~uregehalt der Atmosphere ist im allgemeinen keinen betr&chtlichen Schwankungen unterworfen. Er f~llt selten unter 27 pro ioo ooo Volumen Luft, steigt nicht h~ufig fiber 32, und betr> im Mittel etwa 29. Dies ist nicht ohne weiteres erkl~rlich, denn im Kohlenstoffkreislauf steht dem weehselnden Verbrauch der grfinen Pflanze eine gleichfalls wechselnde Zufuhr dutch verschiedenartige Oxydationsprozesse organischer Substanzen entgegen. Tats~chlich haben Messungen ergeben, dab der Kohlens~uregehalt in der warmen Jahreszeit, fiber dichten Pflanzendecken im allgemeinen etwas niedriger ist, wie in der kalten Jahreszeit und fiber stark yon Menschen oder Tieren bewohnten PI~tzen. Dutch die Verbrennung der aus frfiheren Erdperioden angeh~uften Kohlenmassen w~re eine allm~hliche Anreicherung unserer Atmosphere an KohlensXure denkbar, um so mehr als gleichzeitig ein Abbau der groBen Moore vor sich geht. LAwns h a t berechnet, dab z. B. fiber EngIand der Kohlens~uregehalt der Atmosphere sich in 3 Jahren verdoppeln mfiBte, wenn nicht andere Umst~nde regulierend eingriffen. LAWES sucht die Erkt~rung Ifir die Best~ndigkeit des Kohlens~uregehaltes in den Prozessen des tierisehen und pflanzlichen Lebens in den Meeren. Die Mtere Hypothese yon SCHL()SING sieht die Ursache in der abwechselnden Bildung yon Carbonaten und Bicarbonaten in den Meeren, in Abh~ngigkeit yon dem fiber demselben ruhenden Nohlens~uredruck. REINAU nimmt an, dab der verh~ltnismf~Big konstante Kohlens~uregehalt der Luft yore Vegetationsprozel3 abh~ngig