Lava, Magma, Sternenstaub

Chemie im Inneren von Erde, Mond und Sonne

Georg Schwedt

• Verlag: Wiley-VCH
• Jahr: 2013
• ISBN:
  9783527670055
• Auflage: 1
• Thema: Naturwissenschaften
• Thema: Chemie

Mehr als 9000 Meter tief im Erdinneren Genau 9101 Meter schaffte der Tiefbohrer in Windischeschenbach, dann versagte er aufgrund der großen Hitze von mehr als 300 Grad. Welche Schichten im Erdinneren stecken und wie diese beschaffen
sind, das analysiert Georg Schwedt hier höchst anschaulich. Er reist entlang der "Deutschen Vulkanstraße", und ganz nebenbei erfahren die Leser zum Beispiel, dass sie sich bei einer Hornhautbehandlung mit Bims die Füße mit dem Vulkangestein Magma schrubben. Unendliche Weiten oder die Chemie der Planeten Wie setzt sich der Schweif eines Kometen zusammen oder welche chemischen Bestandteile finden sich auf Sonne und Mond? Die Chemie der Planeten ist zwar schwer zu erforschen, aber dafür spannend und faszinierend – ranken sich doch um Venus, Saturn oder Mars Mythen aus alter Zeit und verbanden doch schon die Babylonier die Venus, den hellsten Wandelstern, mit den Göttinnen.
Aristoteles und Galileo Galilei: Wie alles anfing Dieses Buch bietet die neusten Erkenntnisse über Erde und Universum, gleichzeitig aber auch einen sehr unterhaltsamen Rückblick auf die Anfänge der Wissenschaftsgeschichte. Von Aristoteles, der um 334 v. Chr. eine Theorie über die Kugelgestalt der Erde entwickelte, bis zu Galileo Galilei, der 1616 wegen seines Eintretens für das heliozentrische Weltbild von der Inquisition angeklagt wurde, entsteht hier ein buntes, spannendes Bild, das große Lust auf
Wissenschaft macht.

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Einleitung

1.1 Frühe Ansichten über das Erdinnere

In der antiken Naturphilosophie gilt der von etwa 610 bis nach 547 v. Chr. lebende Anaximander als derjenige, der erste Gedanken zur Struktur der »Erdkugel« äußerte.

Anaximander war ein Schüler des Thales von Milet (um 625 bis um 547 v. Chr.). Thales sah die Erde als eine auf dem Meer schwimmende Scheibe, woraus er auch die Erklärung für Erdbeben ableitete. Anaximander entwickelte bereits eine Kosmogenese, und zwar in seiner Schrift Über die Natur (um 550 v. Chr.), die als erstes griechisches Buch zur Naturphilosophie bezeichnet wird. Nach seinen Vorstellungen entstand der Kosmos aus einer Urmasse in Form eines feuchtkalten Kerns mit trockener heißer Hülle. Diese Hülle zerfiel in schlauchförmige Ringe, deren Löcher den Eindruck von Gestirnen hervorriefen. Der Kern jedoch trocknete zur bewohnbaren Erde aus. Die Gestalt der Erde beschrieb Anaximander als rund, gewölbt und in der Art eines steinernen Säulensegments einem Zylinder ähnlich. Wir Menschen stünden auf einer der Grundflächen.

Der um 483 bis 425 v. Chr. lebende Empedokles aus Akragas (heute Agrigent auf Sizilien), Philosoph, Naturforscher, Arzt und Politiker, welcher auch die Grundlagen der ersten Elementlehre von Aristoteles schuf, erweiterte die frühen Ansichten von der Erde durch seine Erfahrungen mit den vulkanischen Erscheinungen Siziliens: Er nahm als erster methodisch vorgehender Beobachter eine feuerflüssige Beschaffenheit des Erdinneren an.

Erst 2000 Jahre später entwickelten zwei bedeutende Philosophen und Naturforscher in einer Philosophie der Erde auch differenzierte Vorstellungen vom Erdinneren.

Der Philosoph, Mathematiker und Naturforscher René Descartes (1596–1650), aus einem alten Adelsgeschlecht stammend, erhielt seine Ausbildung am renommierten Jesuitenkolleg La Flèche. Von 1613 bis 1617 studierte er Jura, Literatur, Mathematik und Philosophie in Paris. Im Dreißigjährigen Krieg war er ab 1618 in Diensten der Armeen des Moritz von Nassau (Prinz von Nassau-Oranien) und des Kurfürsten Maximilian von Bayern. 1625 bis 1629 lebte er in Paris, danach in Holland, wo er den größten Teil seiner Werke verfasste. 1649 folgte er einer Einladung Königin Christines von Schweden nach Stockholm, wo er bereits vier Monate später an den Folgen einer Lungenentzündung verstarb.

Abb. 1: Darstellungen zum Aufbau der Erde nach Descartes aus seinem Werk »Principia philosophia«, 1644 (Erläuterungen im Text).

Im vierten Teil seines Werks »Principia philosophiae« (1644) beschreibt Descartes die Erde und auch ihre Entstehung aus seiner Sicht. Danach bestand die Erde, wie auch die Sonne, anfangs nur aus Lichtmaterie, die im Innersten der Erde noch zu finden ist (I). Dieser Kern ist von einem dichteren Körper (M) umgeben. Über die Entstehung der Erde schrieb Descartes:

»Diese beiden inneren Regionen der Erde gehen indessen uns wenig an, weil bis jetzt niemand zu ihnen gelangt ist. Es bleibt bloß die dritte Region (A) und wir werden später zeigen, dass daraus alle Körper, welche uns hier umgeben, entstehen konnten.«

In seiner »Geschichte der Geophysik« (erschienen 1999) ergänzt der Braunschweiger Geophysiker Walter Kertz (1924–1997) dazu folgendes Zitat:

»Dabei handelt es sich um Materieteilchen, die von vielen Ätherkügelchen umgeben sind. Die sich bewegenden Ätherkügelchen stoßen die dichteren Materieteilchen nach unten. So bildet sich der dichtere, harte und dunkle Körper C. B dagegen ist dünn, flüssig und durchsichtig – wir würden ihn als gasförmig bezeichnen …«

(Unter »Äther« verstand Descartes ein alles erfüllendes Medium, in das man sich die Materie eingebettet vorstellte.) Die Kruste (E) beschrieb Descartes als von Poren und Spalten durchzogen. Die Erwärmung durch die Sonne habe bewirkt, dass Materie nach oben gestiegen sei, wodurch die Kruste (E) an Dicke zugenommen habe. Darunter sei ein verdünnter Raum (F) entstanden, zu dessen Füllung ja nur dünne Materie aus B zu Verfügung stehe. Somit spanne sich die Kruste (E) wie ein Gewölbe über D und F. Weiter heißt es bei Descartes:

»Wenn wir nun bedenken, dass unter den Körpern B und F die Luft verstanden wird, unter C die innerste dickste Kruste der Erde, aus der die Metalle entstehen, unter D das Wasser und endlich unter E die äußere Erde, welche aus Steinen, Ton, Sand und Schmutz gebildet ist, so wird man leicht unter dem über die Bruchstücke 23 und 67 überragenden Wasser die Meere, unter den andern nur sanft gelehnten und von Wasser nicht bedeckten Bruchstücken 89 und v × die Flächen der Ebene und unter dem mehr aufgerichteten wie 12 und 94 v die Berge erkennen.«

Am Ende relativiert Descartes allerdings seine Einsichten (oder besser Ansichten) vom Entstehen und Aufbau unserer Erde:

»Wenn man auch vielleicht auf diese Weise erkennt, wie alle Naturkörper hätten entstehen können, so darf man daraus doch nicht folgern, dass sie wirklich so gemacht worden sind. Denn derselbe Künstler kann zwei Uhren fertigen, die beide die Stunden gleich gut anzeigen und sich äußerlich ganz gleichen, aber innerlich doch aus sehr verschiedenen Verbindungen der Räder bestehen, und so hat unzweifelhaft auch der höchste Werkmeister, Gott, alles Sichtbare auf mehrere verschiedene Arten hervorbringen können, ohne dass es dem menschlichen Geiste möglich wäre zu erkennen, welches der ihm zur Verfügung stehende Mittel er hat anwenden wollen, um sie zu schaffen. Ich gebe diese Wahrheit bereitwilligst zu, und ich bin zufrieden, wenn die von mir erklärten Ursachen derart sind, dass alle Wirkungen, die sie hervorzubringen vermögen, denen gleich sind, die wir in den Erscheinungen bemerken, ohne dass ich mir deshalb den Kopf zerbreche, ob diese auf diese oder eine andere Weise hervorgerufen sind.«

Auch der Polyhistor Athanasius Kircher (1602–1680) beschäftigte sich ausführlich mit dem Aufbau der Erde. Kircher wurde am 2. Mai 1602 (am Tag des St. Athanasios, griechischer Kirchenvater, um 295 bis 373) in Geisa bei Fulda geboren. 1618 fand Kircher als Novize Aufnahme im Kollegium von Paderborn, wo er 1620 mit dem Studium der scholastischen Philosophie begann. Während des Dreißigjährigen Krieges musste er 1622 beim Herannahen des Herzogs Christian von Braunschweig fliehen. In Köln setzte er sein Philosophiestudium fort und schloss es dort 1623 ab; anschließend studierte er in Koblenz klassische Literatur und lehrte an der dortigen Jesuitenschule Griechisch. Ab 1625 lehrte er in Heiligenstadt Mathematik, Hebräisch und Aramäisch. Bei einem Besuch des Kurfürst-Erzbischofs von Mainz (wahrscheinlich Johann Schweikard von Kronberg, 1553–1626, oder dessen Nachfolger Georg Friedrich von Greiffenklau, 1573–1629) demonstrierte Kircher seine Begabung für mechanische Erfindungen und beeindruckte durch bewegte Bühnenbilder und ein Feuerwerk. Man verdächtigte ihn der schwarzen Magie, bis er offenlegte, wie seine Vorführungen funktionierten. 1628 wurde er zum Priester geweiht. Nach weiteren Lehrtätigkeiten in Würzburg, Speyer und Mainz gelangte er auf der Flucht vor den protestantischen Truppen Gustav Adolfs nach Avignon. 1633 erhielt er einen offenbar unwillkommenen Ruf nach Wien auf die Position eines habsburgischen Hofmathematikers in der Nachfolge von Johannes Kepler (gest. 1631). Da eine Reise durch Deutschland gefährlich war, wählte er einen Umweg über Italien. Mit dem Schiff über Marseille und Genua kam er nach Rom. Dort erhielt er den Befehl, im römischen Jesuitenkolleg zu bleiben und die Hieroglyphen zu studieren; daraufhin blieb er in Rom bis an sein Lebensende.

Abb. 2: Porträt von Athanasius Kircher 1664. Lateinischer Text in der Übersetzung: »Maler und Dichter sagen vergeblich: hier ist er: sein Antlitz und sein Name sind auf der ganzen Erde bekannt.«

Von dort aus unternahm er ab 1636 eine Reise nach Sizilien als Beichtvater von Landgraf Friedrich von Hessen-Darmstadt, Landesvater von Kirchers Geburtsort, zum Katholizismus bekehrt und später sogar zum Kardinal erhoben. Unterwegs beschäftigte er sich vor allem mit Naturwissenschaft, etwa der Entstehung einer Fata Morgana, der Zoologie und vor allem der Vulkanologie. In Syrakus versuchte er herauszufinden, ob es Archimedes möglich gewesen sein konnte, römische Schiffe mithilfe eines Hohlspiegels und der Sonnenstrahlen in Brand zu setzen. Bevor die Reisegesellschaft ihre Rückreise im März 1638 antreten konnte, brachen der Ätna und der Stromboli aus. Es gab ein Erdbeben und Kircher wurde Zeuge des Untergangs der Insel Euphemia. Alle diese Naturerscheinungen beschäftigten ihn sehr, und als bei der Ankunft in Neapel auch noch der Vesuv auszubrechen drohte, ließ sich Kircher in den Krater abseilen.

Nach Rom zurückgekehrt, wurde er zum Mathematikprofessor am Collegium Romanum (Gregoriana) ernannt. Diese Stelle hatte er bis 1648 inne, danach ließ er sich von seinem Amt beurlauben, um sich intensiv seinen Werken widmen zu können. Aufgrund seines Rufes besuchten ihn zahlreiche Gelehrte, er erhielt Briefe und Materialien aus der ganzen Welt. Er baute ein Museum aus Artefakten, naturgeschichtlichen Merkwürdigkeiten und wissenschaftlichen Geräten auf, für das ihm eine große Halle – das Museo Kircheriano – zur Verfügung gestellt wurde. Kircher starb am 27. November 1680 in Rom. Er gilt als bedeutender Polyhistor seiner Zeit. Seine zahlreichen Werke beschäftigen sich mit Mathematik, Physik, Chemie, Geographie, Geologie, Meteorologie, Astronomie, Biologie, Medizin, Sprachen, Philologie und Geschichte.

Abb. 3: Titelkupfer zu »Mundus subterraneus« (Amsterdam 1665). Gottes Hand hält eine Kette, an welcher die Erde aufgehängt ist, ausgesetzt den Einflüssen von Sonne und Mond.

1665 erschien Kirchners Hauptwerk Mundus subterraneus (Unterirdische Welten; 2. Band 1678, Amsterdam). Aus den auf der Reise nach Sizilien und am Vesuv gesammelten Beobachtungen entwickelte er darin eine erste Theorie von der Beschaffenheit des Erdinneren. Das Erdinnere, schrieb er, sei von kontinuierlich bewegten Kanälen durchzogen, die gelegentlich auch als Sicherheitsventile dienten. Ebenso vermutete er im Erdinneren Kanäle aus Wasser. Beide Phänomene seien im Zusammenspiel mit dem Wind für die geologischen und meteorologischen Ereignisse verantwortlich. Insgesamt entwickelte er in seinem Werk das Denkmodell einer von Gott geschaffenen unterirdischen Welt. Er beschreibt sie in 12 »Büchern« (Kapiteln), aufgeteilt auf zwei Bände. Die Zahl Zwölf deutet auf die Harmonie und Vollkommenheit der Welt hin. Obwohl es sich in erster Linie um ein geologisches Textbuch handelt, enthalten die beiden reich illustrierten Bände Kapitel über Schwerkraft, Mond und Sonne, Sonnenfinsternisse, Meeresströmungen, Salzstöcke, Fossilien, Gifte, Metallurgie, die Entstehung von Insekten, eine astrologische Medizin und die Kunst der Feuerwerke. Kirchers Werk war zwar in Latein verfasst, aber doch so allgemeinverständlich gehalten, dass es in seiner Zeit weite Verbreitung fand. Hauptanliegen des Autors war es, das Wirken der Elemente Feuer, Wasser und Luft an der Erdoberfläche und im Erdinneren darzustellen. Er berichtete über die Vorgänge der Erosion und eine erste Theorie der Gesteinsbildung durch Feuer. Wie Descartes und auch Leibniz glaubte er an ein Zentralfeuer im Erdkern, bestärkt durch die Berichte der Bergleute, dass es mit zunehmender Tiefe wärmer wird. Dieses Zentralfeuer bilde Sekundärfeuer in den Spalten, welche die Erde durchziehen. Manchmal würden diese Sekundärfeuer an die Oberfläche treten, dann entstünden Vulkane. (Zu Kirchers Ansicht über Mond und Sonne s. Kap. 3.6 bzw. 3.7). – J. Godwin stellt in seinem Buch »Athanasius Kircher. Ein Mann der Renaissance und die Suche nach verlorenem Wissen« (1979, deutsche Ausgabe 1994) fest, dass Kirchners Vorstellungen und Erklärungen zum Erdinneren, zu geologischen und auch meteorologischen Phänomenen angesichts der Beobachtungsmöglichkeiten seiner Zeit keineswegs eine schlechte Lösung gewesen sind.

Abb. 4: Unterirdische Feuer aus dem »Mundus subterraneus« von A. Kircher (1678, I, S. 180): Ein Zentralfeuer unterhält in Spalten viele Sekundärfeuer. Treten sie zutage, so bilden sich Vulkane.

1.2 Vom geo- zum heliozentrischen Weltbild

Aristoteles, der neben Pla...

Inhaltsverzeichnis

• Decken
• Inhalt
• Titelseite
• Copyright
• Vorwort
• 1 Einleitung
• 2 Reisen zum Mittelpunkt der Erde
• 3 Reisen in das Universum
• Glossar geochemischer Fachbegriffe
• Glossar astronomischer Fachbegriffe
• Quellen und weiterführende Literatur
• Personenverzeichnis
• Sachverzeichnis