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Strukturgeologie und Mittelalterlicher Bergbau

May 2, 2015, 9:34 am
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„Auf die Schwingung und Verflachung der Erzgänge in Gruben muß man mit Fleiß aufmerken, wieviel in einem Klafter in geradem Seiger herauskommt.“
Notä Piechl des Georg Grandtegger, 1731

„In allen Bergwerksangelegenheiten, vor alle aber im Schinen, soll er geschickt und verständig sein. Er muß sich in seinem Amt jederzeit mit guten, geeigneten Stühlen, Waagen, Schnüren und Kompassen, Stäben und Klaftern, die zu jeden Schin notwendig sind, versehen, damit er First- und Sohleisen, auch Teil- oder Abschneidend Eisen, über Tage festlegen und in der Grube richtig bringen und ziehen mag.“
Beschreibung der Anforderungen und Aufgaben des Schiener (Vermessers) im „Schwazer Bergbaubuch“.
 
Das "Schwazer Bergbuch" ist eines der wichtigsten und schönsten Dokumente über das mittelalterlichen Bergbauwesen. Angefertigt im frühen 16. Jahrhundert sollte es das Interesse am (in jener Zeit kriselnden) Bergbau wach halten, zehn Kopien bzw. spätere Ausgaben sind noch erhalten. Es ist zwar ein weniger „technisches“ Werk als das beinahe zeitgleich entstandene "De re metallica libri XII", behandelt aber ausführlicher die Struktur und Personal und beleuchtet die sozialen Auswirkungen eines gewinnbringendes Bergwerks. 

Eine der beschriebenen Tätigkeiten innerhalb eines Bergwerks war die des Schiener. Der Schiner (auch Schiener) oder Markscheider war der Vermessungstechniker des mittelalterlichen Bergbaus.
 
Abb.1-3. Die Tätigkeit des Schieners laut dem Schwazer Bergbaubuch, dargestellt bei der Arbeit mit Messlatte und Kompass. Er trägt weites ein "Arschleder", ein nützlicher Schutz des Hinterteils bei der Arbeit unter Tage.
 
Hauptsächlich musste er die Gruben vermessen, um die Schürfkonzessionen und deren -einhaltung zu überwachen, er diente auch als Gutachter um eventuell Streitigkeiten zwischen verschiedenen Gruben zu klären. Allerdings gab es auch technische Anwendungen.
 
Um die Bewetterung zu verbessern wurden zwischen verschiedenen Gruben auch Durchschläge (Verbindungen) gegraben, es war daher auch im Interesse der Bergleute den genauen Verlauf der Stollen innerhalb des Berges zu kennen. Die Messgenauigkeit war hoch genug das entgegenkommende Stollen um kaum einen Meter abwichen.
 
Um den Verlauf eines Stollen zu definieren benötigte man Länge, Richtung und Neigung. Die Länge wurde mittels Knotenschüre oder Bergstab, und mit einer guten Portion Augenmaß, bestimmt. Die Neigung wurde mittels einen aufgehängten Klinometers (Abb.5.) mit der Hilfe von Schnüren,  bestimmt. Die Richtung wurde ebenfalls mit Schnüren und einem Kompass bestimmt (Abb.6.).
Abb.4. Die Schiener bei der Arbeit, Miniatur aus einer Grubenkarte aus dem 18. Jahrhundert. Zu seinen Arbeitsgeräten gehörten Schnüre, Stäbe, Hängekompaß, Setzkompaß, Klinometer, Abstechen (Winkelgerät) und Quadrant.
Abb.5. Hängekompass aus dm 18. Jahrhundert.
Abb.6-7. Grubenkompass für das Einmessen des Verlaufs von Erzgängen aus dem 19. Jahrhundert und in einer Abbildung aus dem Schwazer Bergbaubuch, zusammen mit dem Schiner.

Aber auch die Bestimmung und die Einmessung von geologischen Strukturen konnte von Interesse für die Bergleute sein. 

Hartes Gestein konnte viel Widerstand leisten, der Vortrieb mit Fäustel und Meißel war auf wenige mm je Schicht, vielleicht maximal einen halben cm pro Tag, beschränkt. In standfesten Gestein musste der Stollen allerdings nicht unbedingt abgestützt werden und erhielt  ein bequemer zu durchschreitendes, eher rechteckiges Profil, mit ebener Firstfläche und mehr oder wenige geradlinigen Ulmen (Abb.8.).  In gebrächem Gebirge wurde eine Spitzbogenfirste, von der man sich höhere Stabilität erhoffte, angewendet.
Abb.8. Mittelalterlicher Stollen des Prettauer Kupferbergwerks.

Bewegungsflächen, Störungen und Scherzonen im Gestein bildeten natürliche Auflockerungszonen, in denen der Vortrieb des Stollens wesentlich einfacher war und bis zu 10x schneller. Aus klüftigen Gestein konnten größere Stücke herausgeschlagen werden, bei weniger klüftigen Gestein muste mit schweren Gerät mühsam Block für Block herausgestemmt werden. 
Allerdings musste in Störungszonen auch der Stollen besser abgestützt werden, daher vergrößerte sich auch der Stollenquerschnitt, um Platz für die zusätzlichen Stützbauten zu schaffen. 

Trotz diesen Mehraufwands in der Sicherung des Tunnels lohnte es sich den Stollen bevorzugt entlang von Scherflächen oder entlang von lithologischen Grenzen anzulegen - die mittelalterlichen Stollen folgen daher oft tektonischen Strukturen. Außerdem konnte entlang von Scherflächen auch ein möglicher tektonischer Versatz oder Zerscherung des Erzkörpers rechtzeitig erkannt werden und der Stollenverlauf dementsprechend korrigiert werden. Um die Lagerung des Erzkörpers abzuschätzen wurden auch mehrere Stollen zeitgleich im Berg vorgetrieben.  Auf Grubenriss-Karten aus dieser Zeit erkennt man daher oft ein seltsames Zick-Zack-Muster der Stollen, das jedoch in der Tektonik des Gebirge begründet ist. Aus diesen Grubenkarten sollten sich im Laufe der Zeit die erstes echten geologische Karten entwickeln.
 
Auch noch nach  dem Aufkommen von Schwarzpulver im Bergbau im 17. Jahrhundert spielten die tektonischen Verhältnisse des Gebirge eine Rolle. Die Position der Sprenglöcher an der Ortsbrust war von der jeweiligen Lage der Inhomogenitätsflächen abhängig und auch heute noch spielen geologische Strukturen eine bedeutende Rolle im Tunnelbau (Fortsetzung folgt).
 
Literatur:
 
JONTES, G. (2007): Das Schwazer Bergbuch als Quelle zur Montanvolkskunde. Geo.Alp, Sonderband 1.: 63-71
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Erzpflanzen, des Geologen beste Freunde

May 6, 2015, 10:15 am
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"Denn der Bergmann muß in seiner Kunst die größte Erfahrung besitzen, so daß er erstlich weiß, welcher Berg oder Hügel, welche Stelle im Tal oder Feld nutzbringend beschürft werden könne, oder ob er auf die Schürfung verzichten muß."
"Zwölf Bücher vom Berg- und Hüttenwesen", I. Buch

Bereits prähistorische Prospektoren müssen gewisse Hinweise an der Oberfläche, die auf verborgene Schätze in der Tiefe hinweisen können, aufgefallen sein. Verwitterungsresistente Gesteine, die Erz enthielten, wie z.B. Dolomit, konnten als Härtlinge morphologische Landschaftsformen ausbilden. Auch Aufschlüsse in Bachbetten, Erosionsrinnen und Hangrutsche, auffallende Färbung des Gesteins, „Lesesteinkartierung“ in Hangschutt unter Felswänden, chemische Ausfällungen in Bächen, der metallische Geschmack von Quellen sowie Wachstumsanomalie oder bestimmte Pflanzenarten im Gelände können auf Erzadern hinweisen. 
Abb.1. Eine Quelle, der metallische Geschmack des Wassers, aber vor allem der (Rost-)rote Schlamm und die Eisenoxid-Krusten weißen auf einen hohen Eisenanteil im Gestein hin.

Das Lesen dieser Hinweiße schien Unkundigen oft geheimnisvoll, ja wurde sogar mit Hexerei gleichgesetzt.
 
Im Alpenraum spielen Sagen um die geheimnisvollen Venedigermandl eine große Rolle. Diese anscheinend italienischen Erzsucher besaßen große Kenntnisse, aber auch zauberhafte Utensilien wie den Bergspiegel, mit denen sie sozusagen in den Berg hineinschauen konnten. Der Ursprung dieses sagenhaften Werkzeugs ist nicht ganz geklärt. Vielleicht beruht es auf die Fähigkeiten der Prospektoren, aufgrund Verfärbungen oder Strukturen an einer (glatten) Fels- oder Bergwand, auf Erzadern zu schließen.
Klüfte, die Kristalle enthalten können, werden oft durch die geradlinige Verteilung von Pflanzenpolstern angezeigt. Da Klüfte wassergängig sind, dringen Wurzeln in sie hinein und Pflanzen können austreiben.
Diese Wissen wurde im Mythos oft als Hexerei, oder zumindest mit Hilfe von zauberhaften Gegenständen zu erreichen, verklärt.

Tatsächlich listet bereits Georgius Agricola in seinem Textbuch  "De re metallica“ auf, wie die natürlichen Hinweise auf Erzadern im Gelände zu finden und zu beurteilen zu sind – darunter auch bestimmte Pflanzen.

„Schließlich muß man auf die Bäume achten, deren Blätter im Frühling bläulich oder bleifarben sind, deren Zweigspitzen vornehmlich schwärzlich oder sonst unnatürlich gefärbt sind ... auch wächst auf einer Linie, in der sich ein Gang erstreckt, ein gewisses Kraut oder eine gewisse Pilzart ... dies sind die Hilfsmittel der Natur, durch die Gänge gefunden werden“

Kümmerwuchs von Pflanzen, verursacht durch die Toxizität bestimmter Schwermetalle und Erze, wurde auch von anderen Gelehrten beschrieben, so listet Georg Grandtegger um 1731 bei der Beschreibung des Prettauer Kupfer-Bergwerks auf:

„Wenn das Gras oder die Kräuter auf der Erde nicht die rechte Farbe haben oder vor der Zeit verdorren und wenn die Erde kein Gras trägt, so ist das ein Zeichen, daß darunter Erz zu finden ist.“

„Findet man Bäume in einem Wald, die ihr Laub vor der rechten Zeit färben oder Mißbildungen in den Wipfeln aufweißen, so ist das ein Zeichen, daß darunter Erz zu suchen ist.“

„Findet man alte Baumstöcke in der Erde, die ganz dürr und noch frisch sind, so ist das ein Zeichen von Erz."

„Wenn eine Wassergisse ein Gebirge abbläst, soll man schauen, ob ein Baum samt der Wurzel umgefallen ist. Er deckt oft Erz ab.“

Der deutsche Arzt und Botaniker Johannes Thal (1542-1583) beschreibt in seinem "Sylva Hercynica" die Frühlings-Sternmiere Minuartia verna als Pflanze die wiederholt an erzhöffigen Standpunkten vorkommt. Der Italiener Andrea Cesalapino beschreibt die heutzutage treffend bezeichnete Steinkraut-Art Alyssum bertolonii von Serpentinit-Vorkommen im Bereich des Tiber, eine der ersten publizierten Geobotanischen Beobachtungen. Allerdings wird oft noch kein Zusammenhang zwischen Gestein und Vegetation hergestellt, sondern der Humusgehalt der verschiedenen Böden wird als bestimmender Faktor des Pflanzenwuchs angenommen.
Im Verlauf des 18. Jahrhundert werden weitere Erzpflanzen und sogar Erzflechten beschrieben. In 1789 bemerkt der Naturwissenschaftler Heinrich Friedrich Link (1767-1851),

„...dass die Pflanzen, die auf trockenem Kalkboden vorkommen, von den anderen, die auf feuchtem tonigem Boden entstehen, verschieden sind.“

Der französische Naturforscher Jean-Ètienne Guettard, auf der Suche nach medizinisch interessanten Kräutern, bemerkte eine Verteilung der Pflanzen auf bestimmte Gesteinsarten. In 1780 publizierte er mit diesen Daten in seinem „Atlas et Description Minéralogiques de la France” eine der ersten, wenn auch vereinfachte, geologische Karte.

Aber erst der österreichische Arzt und Botaniker Franz Unger (1800-1870) stellt in seinem 1836 publizierten Werk "Über den Einfluß des Bodens auf die Verteilung der Gewächse" einen direkten Zusammenhang zwischen Vegetation, Boden und Gestein fest. Er billigt den chemischen Eigenschaften des Bodens eine entscheidende Rolle zu und unterscheidet Kalkpflanzen und Tonschiefer- oder Kieselpflanzen. Bereits zwei Jahre später veröffentlicht G. F. Ruehle ein umfangreiches Verzeichnis von "kalksteter" und "urgebirgssteter" Arten im Alpenraum. Um 1882 wird schließlich der Begriff Erzpflanzen, um 1926 "Schwermetallpflanzen“ bzw. um 1963 „Metallophyten“ eingeführt, also Pflanzen die hohe Metallkonzentrationen im Untergrund tolerieren.

Häufig ist in unmittelbarer Umgebung von Erzlagerstätten die Bodenchemie verändert, durch Sulfide oder Schwermetalle verseucht oder der Boden sehr nährstoffarm. Es kann daher in diesen Bereichen zu Kümmerwuchs, schütteres Gras oder das Fehlen von anspruchsvollen Baumarten wie Lärche, Tanne und Buche, kommen.
Metallophyten oder Zeigerpflanzen und spezielle Pflanzenassoziationen können direkt auf Erzspuren im Boden hinweisen, selbst bei schlechten Aufschlussverhältnissen. Wichtige Erzpflanzen, die auch der Geologe kennen sollte, sind das Taubenkropf-Leimkraut (Silene vulgaris und - inflata), die Schaumkresse (Arabidopsis halleri), das Stiemütterchen (Viola sp.), die Grasnelke (Armeria sp.) und die Frühlingsmiere (Minuartia sp.).
Abb.2.Viola sp., in unmittelbarer Nähe zur oben gezeigten Quelle, ein weiterer Hinweiß auf erzhaltiges Gestein im Untergrund.
 
Literatur:

BRAUN-BLANQUET, J.(1928): Pflanzensozologie - Grundzüge der Vegetationskunde. J. Springer Verlag: 330
EMMER, B. & HAFELLNER, J. (2005): Zur aktuellen Vegetation auf Abraum- und Schlackenhalden historischer Kupferbergbaue in der Montanstufe der Niederen Tauern und der Eisenerzer Alpen (Steiermark, Österreich). Mitt. naturwiss. Ver. Steiermark. Bd.134: 121-152
IMHOF, T. (2011): Kristallsuche. Valmedia: 139
PUNZ, W. (2004): Von den Erzpflanzen zu den Metallophyten. Jb. Geol. B.-A., Bd. 144(1): 101-104
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Krieg, Tod und Hungersnot - Vulkane und die „böse Zeit“

May 20, 2015, 7:02 am
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Die Kleine Eiszeit war durch ein generelles kühleres Klima gekennzeichnet. Kaltes und nasses Wetter war die Regel, dazu kam es im 17.-18. Jahrhunderts wiederholt zu Extremwetterereignissen, die ihrerseits zu Missernten führten.
Der deutsche Schriftsteller Wilhelm Raabe verarbeitet in seinem Roman „Die Chronik der Sperlingsgasse“ (1854) diese Zeit und schreibt:

„Auf der Ferne liegen blutig dunkel die Donnerwolken des Krieges, und über die Nähe haben Krankheit, Hunger und Not ihren unheimlichen Schleier gelegt – es ist eine böse Zeit.“

 
Abb.1. Vier Dinge verderben ein Bergwerk - Krieg, Tod, Teuerung und Unlust - Darstellung aus dem Schwazer Bergbaubuch (1556). Tatsächlich folgten auf viele historische Vulkanausbrüche klimatisch instabile Zeiten, die wiederum eng mit Kriegen, Hungersnöte, Seuchen und Revolten zusammenfallen.

Spielten dabei Vulkane eine Rolle?

Anfang Juni 1783 brachen die isländischen Vulkane Hekla und Laki aus, die Wolken aus vulkanischen Gase und Asche wurden selbst in Mitteleuropa bemerkt, da sie die Sonne verdunkelten. Der folgende Winter 1783/84 war besonders hart mit ergiebigen Schneefällen, plötzliches Tauwetter Anfang März verursachte Überschwemmungen entlang der deutschen Flüsse. Das wechselhafte Wetter verursachte überall Ernteausfälle und Not.

Anfang April 1815 brach der Tambora auf der Indonesischen Insel Sulawesi aus, eine der stärksten Eruption in historischen Zeiten. Schwefeldioxid aus dem Vulkan verband sich mit der Luftfeuchtigkeit zu Schwefelsäure-Aerosole, die jahrelang in den höheren Schichten der Atmosphäre verbleiben sollten und die Sonneneinstrahlung, und somit das Wetter, erheblich beeinflussten.
Prompt spielte im folgenden Jahr das Wetter verrückt. Aus dem Königreich Württemberg wird aus dem Jahre 1816 berichtet, das „Mai und Juni fast täglich Regen und Gewitter, sodass die Äcker versoffen und Weinberge rutschten.“ Das nasse Wetter führte zu erheblichen Ernteeinbußen.
Zeitzeugen berichten von großer Not und Teuerung der Lebensmittel, es wurde sogar Mäusefleisch als Nahrung verkauft. Das Brot wurde immer kleiner, teurer und schlechter, aus Hafer und Kleie gebacken und mit Brennessel und Heublumen gestreckt. Bier wurde so teuer das es für lange Zeit überhaupt nicht mehr gebraut wurde. Die Sterblichkeit stieg deutlich an und 1817 wütetet eine Typhusepidemie im Tiroler Raum.
In Tirol war das Wetter mit 58 Regentagen extrem feucht, 1816 wurden im Sommer nur sieben schöne Tage gezählt und es schneite wiederholt ins Tal hinab. Es war der kälteste Sommer seit 1777, seit Beginn der Temperaturmessungen, mit einem Durchschnittstemperatur von 14,3°C (4,9°C kühler als der heutige Durchschnitt). Der folgende Winter war hart und der Schnee blieb weit bis in den Mai 1817 auf den Feldern liegen. Aber im Laufe des Jahres stabilisierte sich das Wetter und zum Glück war die Ernte ausreichend.

Abb.2. Historische Vulkanausbrüche und Klimaveränderungen rekonstruiert aus Grönländischen Eisbohrkernen (nach GAO et al. 2008, SCHMINCKE 2004, BÜNTGEN et al. 2011).

Aber zwischen August 1852 und Mai 1853 brach der Ätna auf Sizilien aus und wieder kam es zu Problemen mit der Grundversorgung. Der Groschenkipf, ein Semmel aus Weizenmehl der für einen Groschen zu haben war, schrumpfte zwischen 1849 und 1854 auf unter die Hälfte. 

Diese Hungersnot war auch eine der letzten in Europa die auf klimatischen Ursachen zurückzuführen ist. 
Die großen Hungersnöte des 20. Jahrhunderts fallen zeitlich mit den großen Weltkriegen zusammen, hier spielte jedoch der menschliche Wahnsinn die entscheidende Rolle. Das Klima erlaubte normale Ernteerträge, aber die Ernte wurde für die Soldaten beschlagnahmt, während die Versorgung der Zivilbevölkerung immer schwieriger wurde. Armeen zerstörten Felder und Wiesen, Arbeitskräfte gingen verloren, Lasttiere getötet oder geschlachtet – der technisch geführte Krieg sollte noch auf Jahre hinaus große Not verursachen.

Literatur:
 
BÜNTGEN, U. et al. (2011): 2500 Years of European Climate Variability and Human Susceptibility. Science Vol. 331: 578-582 
GAO, C.; ROBOCK, A. & AMMANN, C. (2008): Volcanic forcing of climate over the past 1500 years: An improved ice core-based index for climate models. Geophysical Research Letters: Vol.113: 1-15
MILLER, G.H. et al (2012): Abrupt onset of the Little Ice Age triggered by volcanism and sustained by sea-ice/ocean feedbacks. Geophysical Research Letters: In press
SCHMINCKE, H.-U. (2004): Volcanism. Springer, Berlin-Heidelberg: 324
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Elektrische Erdbeben

May 21, 2015, 6:25 am
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Vor dem 18. Jahrhundert wurden Erdbeben gerne als Erschütterungen von unterirdischen Explosionen erklärt. Eine anscheinend nicht zu weit hergeholte Erklärung. Eine Explosion schien die Beobachtung des Hamburger Konsul in Lissabon, Christian Stoqueler, der das starke Erdbeben von 1755überlebt hatte, zu erklären:
 
„Zuerst hörten wir ein Rumpeln, wie das Geräusch einer Kutsche, es schwoll immer mehr an, bis es so laut war, wie der Lärm der lautesten Kanone, sofort danach spürten wir den ersten Erdstoß.“
 
Es war bekannt das hochreaktive Minerale, wie Salpeter, Eisen und Wasser, in der Erdkruste vorhanden waren. Wenn diese durchgemischt wurden, zum Beispiel durch einen Erdrutsch, kam es zur Explosion. Auch wurde  angenommen das schwefelige Dämpfe durch Spalten und Höhlen zogen, trafen diese auf erzhaltiges Gestein, genügte ein Funke um das hochexplosive Gemisch zu zünden.
 
„Wie man ein ein künstliches Erdbeben hervorruft. Man nehme 20 Pfund Eisenspäne, füge gleich viel Pfund Schwefel hinzu. Man knete das Ganze mit ein wenig Wasser zusammen….[] ...vergräbt man drei bis vier Fuß tief unter der Erde. Nach sechs oder sieben Stunden wird sich der vorhergesagte Effekt einstellen: Die Erde erzittert, sie bricht auf, und Feuer und Qualm treten aus.“ 
aus einem Lehbruch des französischen Chemikers Louis Lemery, um 1700.
 
In 1756 erkundete der Arzt und Naturgelehrte William Stukeley (1687-1765) die Kohlemine von Whitehaven und stellte fest:
 
„Die Erde besteht im Allgemeinen aus solidem Fels, vielleicht mit kleinen Spalten. Diese Öffnung genügen aber nicht, dass Dämpfe sich so unter der Erde ausbreiten können, um Erdbeben auszulösen. Außerdem gibt es keine Minen für Schwefel, Nitrat oder anderes entzündliches Material in England.“
 
Stukeley schlug als Alternative vor, das Erdbeben durch Elektrizität verursacht werden. Erdbeben, so Stukeley, würden sich bevorzugt in trockenen Ländern oder nach langen Dürren ereignen. In Stukeleys Theorie waren Wolken elektrisch geladenen Körper (1749 hatte Benjamin Franklins sein berühmtes Experiment mit den elektrisierten Drachen, den er in Gewitterwolken steigen ließ, durchgeführt) – fehlten sie, wie während einer Dürre, konnte Elektrizität nicht von der Erde in den Himmel abgeleitet werden und sammelte sich an bis zur Erdbeben-Entladung an.
Elektrizität verursachte auch die Symptome die bei vielen Erdbebenopfer beobachtet wurden:
 
„Kopfschmerzen, hysterische oder nervöse Störungen, Koliken. Einige Frauen hätten eine Fehlgeburt erlitten, andere seien sogar gestorben.“
 
Der anscheinend plausible elektrische Ursprung von Erdbeben wurde bald darauf eine der beliebtesten Erklärung für Erdbeben.
Abb.1. Zeitgenössische Darstellung des Erdbebens von Kalabrien (1783), dieses Ereignis wurde heiß diskutierte zwischen den Anhängern der Elektrizitätstheorie und den Anhängern die Erdbeben als unterirdische Explosionen erklärten.
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Kunst & Geologie: Eduard von Grützner - Der Mineraloge

May 22, 2015, 5:26 am
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Eduard von Grützner wurde am 26. Mai 1846 in ärmliche Verhältnisse in der schlesischen Stadt Groß-Karlowitz geboren. Früh wurde das Talent und Interesse des Buben an Naturwissenschaften geweckt. Für den Dorpfarrer mußte er Bilder aus bekannten Reiseberichten abpausen und er erlangte Zugang zu reichhaltig ausgestatteten Bibliotheken. Herbst 1864 wurde ihm ein Studium an der Kunstakademie München vermittelt. 
Grützner wurde durch seine Porträts bekannt und wohlhabend, darunter Porträts des Mineralogen Paul von Groth, oder Werke mit dem Titel „Der Geologe“ oder „Mineraloge mit Brille“ (um 1923).

Grützner fertigte mit 14 Jahren auch eine handgeschriebene und handgezeichnete Kopie des Standardwerks „Lehrbuch der Krystallkunde“ (1852) des Mineralogen Rammelsberg an, wahrscheinlich im Auftrag des Dorpfarrers. Allerdings ist bekannt das der Bub auch Eier, Schmetterlinge und Mineralien sammelte. Die Abbildungen der Kristalle sind ohne Vorzeichnung mit Hand gezeichnet, die Kristallwinkel der Zeichnungen entsprechen fast genau den Winkeln in den originalen Kristallzeichnungen - eine beachtliche Leistung und Zeichen des Talents des 14-jährigen.

 
Literatur:
 
SCHRÖDER, H.-P. (2009): Eduard von Grützners Ausflüge in die Mineralogie. LAPIS Nr.9: 40-43
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Die Geburt und der Tod von Kontinente

June 2, 2015, 11:47 am
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Wenn Alfred Wegener seinen Superkontinent Pangäa vorschlug, war der Mechanismus der Kontinente bewegen konnte noch unbekannt. Es war allerdings bekannt das Gebirge aus Meeressedimenten gebildet wurde. 

Am 6. Juni 1924 suchte der Geologe Noel Ewart Odell nach Fossilien von marinen Lebewesen, auf 8.100 m Seehöhe in der Nähe des letzten Lagers auf dem höchsten Berg der Erde – Mount Everest. Am selben Tag versuchten die beiden Bergsteiger Sandy Irvine und George Mallory den Gipfel zu erreichen, beide kamen aber bei diesem Versuch ums Leben. Odell wird später den jungen John Tuzo Wilson in die Geologie einführen. Wilson wird wiederum den Wilson-Zyklus beschreiben, wie aus Meeresbecken durch Einengung Gebirge geformt werden, diese werden wiederum abgetragen um neue Sedimente in neue Meeresbecken zu bilden.

  
Mit den ersten detaillierten Karten des Ozeanboden erkannte man das die ozeanische Kruste nicht eine glatte, regelmäßige Oberfläche war, sondern komplexere und größere Gebirge aufweisen konnte als das Festland. Vor allem die Mittel-Ozanischen-Rücken, oder kurz MOR, waren interessant, da geologische Strukturen links und rechts von diesen großen Brüchen wie eine Art Barcode verteilt waren. Geologen Harry Hammond Hess schlug vor das entlang von dem MOR Magma hinaufgedrückt wird, dabei werden die Plattengrenzen links und rechts auseinandergedrückt und eventuelle Strukturen, wie Lavaflüsse, in zwei Teile zerbrochen. 

Der Mechanismus der den Wilson-Zyklus antreiben konnte war gefunden. Da MOR relativ ortsfest sind, es bekannt ist das kontinentale Kruste zu leicht ist um in den Erdmantel einzutauchen und tektonische Bewegungsraten konstant sind, kann man aus diesen Faktoren die zukünftige geologische Entwicklung der Erde abschätzen.

   
Einer der Ersten der aus den tektonischen Bewegungen aus der Vergangenheit die Zukunft vorherzusagen versuchte war der Geologe Robert S. Dietz in 1970. Die Küstenlinie von Kalifornien wird von der berühmt-berüchtigten San Andreas Störung bestimmt. Es handelt sich dabei um eine große Seitenverschiebung, bei der Bewegungen von bis zu 17cm im Jahr auftreten können.  Aufgrund der vergangenen Bewegungen entlang dieser Störung, schlug Dietz vor, das sich Los Angeles in einigen Millionen Jahre entlang der Küste nach Norden hin bewegen würde, um mit San Francisco zu verschmelzen und seine Reise Richtung Alaska fortzusetzen.
Auch die sonnigen Tage am Mittelmeer sind gezählt, falls Afrika weiter, wie heute, nach Norden in Richtung europäisches Festland drückt, wird das Meer in 50 bis 60 Millionen Jahre verschwinden und sich ein gewaltiges Faltengebirge aufwerfen.

Da ozeanische Kruste schwer ist und in den Mantel abtaucht, kann ein ozeanisches Becken nicht unbegrenzt groß werden. In 50 Millionen Jahre werden die Ränder des Atlantiks beginnen abzutauchen, die amerikanische kontinentale Kruste wird nachgezogen werden und der Atlantik wird beginnen sich zu schließen, um in 200 Millionen Jahre mit Afrika zusammenzustoßen und einen neuen Superkontinent bilden. Ein weiterer großer Wilson-Zyklus wird dann abgeschlossen sein.

Nach modernen Schätzungen bleiben der Erde noch weiteren 2-3 Wilson-Zyklen diesen Maßstabes. Die Plattentektonik, der Motor der Erde, wird schließlich zum Erliegen kommen, aufgrund der Abnahme der Inneren Erdwärme und -energie und Verlust von Wasser als Schmiermittel der Plattenbewegungen. Die letzten großen Kontinente werden dann von der Erosion langsam abgeschliffen werden.
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Kunst & Geologie: Vulkane und Emotionen

July 11, 2015, 12:52 pm
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Als Konsul in Frankreich, von 1776-1785, bemerkte Benjamin Franklin im Jahre 1783 einen bläulichen Nebel, der sich nicht auflöste und offensichtlich nicht wie normale Wolken aus Wasserdampf bestand. Franklin bemerkte auch das der Nebel Einfluss auf die Atmosphäre hatte, da er die damals außerordentlich kalten europäischen Winter auf die Dämpfung des Sonnenlichts durch den Nebel zurückführte. Unter anderem waren es diese kalten Winter und folgende Hungersnöte die im Juli 1789 zur Stürmung der Bastille in Paris und der französischen Revolution führte.
 
Im Juni 1783 war die Laki-Spalte auf Island ausgebrochen und es waren die fein verteilte Asche und vulkanische Gase die Franklin beobachtet hatte. Vulkane und ihre atmosphärischen Auswirkungen beeinflussten nicht nur die Geschichte sondern auch die Kunst (und nicht nur als beliebtes Malobjekt).
 
Ein Spaziergang in der Abenddämmerung inspirierte den Norwegischen Künstler Edvard Munch (1863-1944) zu seinem berühmten Gemälde "Der Schrei" (1893).  Das leuchtende Rot im Hintergrund der Figur verstärkt noch den Eindruck der Verzweiflung. Munch selbst schreibt
 
"Ich ging entlang der Straße lang, zusammen mit zwei Freunde - wenn die Sonne sank - und plötzlich verfärbte sich der Himmel Blutrot - und ich fühlte mich überwältigt von der Melancholie  ...[]… Wolken wie Blut und Zungen aus Feuer lagen über die blau-schwarze See und der Stadt. ...[] ... Ich fühlte einen großen, unendlichen Schei durch mich aufsteigen.“
 
Außergewöhnliche Sonnenuntergänge waren öfters sichtbar im Spätherbst über Oslo in den Jahren 1885-92, wie auch in anderen Gegenden rund um den Globus.

„Seit drei Tagen geht die Sonne, wenn sie denn zu sehen ist, zehn Grad über dem Horizont in schillernden Grün auf. Während ihrer Wanderung am himmelt nimmt sie ein wunderschönes Blau an, das immer leuchtender wird, so als ob Schwefel brennt … selbst im Zenit  strahlt sie blau, schimmert von blaßblau bis hellblau, ähnlich dem Mondlicht … Beim Sonnenuntergang, können wir dasselbe Farbenspiel beobachten, diesmal in umgekehrter Reihenfolge.“
Beschreibung in einer ceylonesischen Zeitung vom 17. September 1883.

Am 27. August 1883 hatte sich die vulkanische Insel von Krakatoa in Indonesien selbst in die Luft gesprengt, eine der heftigsten vulkanischen Eruption in historischen Zeiten. Der fein verteilte vulkanischen Staub des Vulkans, die die höheren Schichten der Atmosphäre erreichte, verteilte sich in nur 4 Monate auf über 70% der Erdoberfläche und verblieb über Jahre hinweg in den Luftschichten. Bei Sonnununtergang streuten die Aschepartikel das Sonnenlicht dermaßen, das es zu einer regelrechten Farbexplosion am Himmel kam - ein Himmel der auch Munch inspirierte.

Abb.1. Das Abendglühen über London im November 1883, aus SYMONS, G.J. (1888): The Eruption of Krakatoa, and subsequent phenomena.
SYMONS, G.J. (1888): The Eruption of Krakatoa, and subsequent phenomena. - See more at: http://historyofgeology.fieldofscience.com/2010/08/august-27-1883-krakatoa-day-world.html#sthash.suRMDEmS.dpuf

Das Phäonomen war nicht neu. Ein anderer Maler, William S. Turner (1775-1851), war so beeindruckt von den Sonnenuntergängen in den Jahren 1815/16 das er eine ganze Reihe von Gemälden, die einfach die wechselnden Farben - Rot, Orange, Violett -  des Abendhimmels zeigten, malte. Tatsächlich war im April 1815 auf Indonesien der Tambora ausgebrochen, die heftigste vulkanische Eruption in modernen Zeiten. Auch hier führte vulkanische Asche zu weltweit beobachtbaren Wetter- und Lichtphänomene, die Naturgelehrte wie auch Künstler rätseln ließen, wobei jeder nach seiner Art – der Wissenschaftler mit der sachlichen Beschreibung der Phänomen, der Künstler mit seinem emotionalen Abbildungen – sie zu begreifen und darzustellen versuchte.
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Tunnel und Stollen - Der lange Weg zum Sieg über den Berg

July 17, 2015, 12:16 pm
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„Jeder, der in den Hochlagen unserer Gebirge vor der Aufgabe gestanden hat, frisches Material für wissenschaftliche Bearbeitung zu gewinnen, kennt die großen Schwierigkeiten, die ihm der oft viele eter dicke Verwitterungsgürtel entgegensetzt. In tieferen Lagen des Hochgebirges und in den Mittelgebirgen überall bedeckt Almboden und Waldvegetation das Land, den anstehenden Felsuntergrund verhüllend; der aufnehmende Geologe wird an spärliche Aufschlüsse gewiesen sein und mit Freude jede Gelegenheit wahrnehmen , die ihm neue und wertvolle Einblicke in den Erdkörper ermöglicht. Solche Gelegenheit werden für ihn diejenigen sein, wo große technische Eingriffe in das Innere der Erde vorgenommen werden: Tunnelbauten, Stollenanlagen, Straßen- und Eisenbahneinschnitte; doch auch alle anderen kleineren Unternehmungen, wie Steinbrüche und dergleichen werden ihm hochwillkommene Gelegenheiten zur Gewinnung tiefer Einblicke sein, die er um so lieber nutzen wird, je seltener in dem betreffenden gebiete natürliche Aufschlüsse zur Verfügung stehen.“
Hradil, G. „Ueber kristalline Gesteine und Gesteinstechnik“

Abb.1. Der Bau des Mont-Cenis-Tunnels zwischen Italien und Frankreich.

Neben rein geologischen Aspekten, haben Tunnel und Stollen auch sehr praktische Anwendungen. Bereits in der frühen Bronzezeit wurden Stollen und Schächte angelegt für den Abbau von Kupfererz. In Nordtirol wurde ein 25m langer Schacht auf ein Alter von 2.800 datiert. Die aufwendigen Anlagen für Erzabbau und –schmelze weisen darauf hin, das hier professionelle Minenarbeiter am Werk waren. Knochenreste zeigen weites an, das die Bergleute gut versorgt wurden, mit Fleisch von Schwein, Schaf, Ziege und Rind (wobei Ochsen auch als Zugtiere verwendet werden konnten).
 
Im Altertum wurden neben Minen auch Stollen für die Wasserversorgung angelegt, so in Mykene um 1.200 v. Chr. Und in Jerusalem um 1.000 v. Chr. 

Überraschenderweise war der konventionelle Vortrieb, mit Hammer, Meißel und Muskelkraft noch weit bis ins 17.Jahrhundert gängig. Erste Versuchssprengungen wurden erst 1627 durchgeführt. Der 1679-1681 ausgeführte Malpas-Tunnel in Frankreich war der erste durch Sprengungen aufgefahrene Verkehrstunnel. 
Hydraulische Bohrer und Tunelbaumaschinen kamen um 1860-70 auf. 
Abb.2. Tunnelbohrmaschine um 1881.

Erste große Tunnel in Lockergestein, wie die Unterfahrung der Themse in London, wurden um 1850 in Angriff genommen. 

 
Franz von Rziha verfasste in 1872 das umfassende „Lehrbuch der gesammten Tunnelbaukunst“ und führte mit der „Gesteinsclassification für Tunnelbauten“ die sieben Gesteinsklassen ein die auch heute noch oft im Tunnelbau zur Anwendung kommen, um das Gebirge nach geotechnischen Gesichtspunkten hin einzuteilen – denn mineralogisches Gestein ist nicht gleich geotechnisches Gestein.
 
„Es giebt, um thatsächliche Beispiele anzuführen, Kalk- und Sandsteine, die vom Mineralogen mit einem und demselben Härtegrad belegt und von ihm in ein und dieselben Klasse gereiht werden, welche aber der Gewinnungsarbeit so verschiedenartige Aufwand abringen, dass jene Fälle nicht selten sind, wo die Gewinnungskosten in einem Falle noch einmal so viel, als in dem anderen betragen.“
 
1857 wurde am Mont-Cenis-Tunnel zwischen Frankreich und Italien zum ersten Mal hydraulische Bohgeräte eingesetzt und in 1867 erfand Alfred Nobel das Dynamit, das sicheren Sprengstofftransport und Sprengungen im Berg ermöglichte.
 
 
Literatur:
 
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Die Geologische Eroberung der Alpen: II. - Vom Gamsgebirg zu erforschter Wildnis

August 1, 2015, 10:15 am
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Bis weit ins Mittelalter wurden Gebirge als schreckliche und gefährliche Orte – mit Steinschlag, Lawinen, Unwetter – angesehen. 
 Alles das über der Wald- und Almgrenze lag wurde als "Eisgebirge" oder „Gamsgebirg´“ angesehen und einer „Müßt´… schon a narreter Teufel sein, dass er da umasteigat“ (Mitt. DÖAV, 1917). Wenn es nicht sein musste wurden große Höhen daher nicht aufgesucht, auch wenn sie nicht unberührt waren – Hirten, Händler, Kräutersammler, Mineraliensucher und Jäger suchten immer wieder Pässe und vielleicht auch Gipfel auf.
 
Abb.1. Auf der Gemsjagd, aus "Die Alpen in Natur- und Lebensbilder" (1861).

Als geistiger Vater des Alpinismus gilt der Italienische Dichter Francesco Petrarca (1304-1374), der in 1336 anscheinend den Mont Ventoux bestieg und das Vorhaben mit den Worten „Nicht die Berge wollt ihr kennen lernen, sondern auch selbst..[]“ begründete.
 
Der Berg als interessanter und harmonischer Ort wurde durch das Gedicht „Die Alpen“ (1729) des Schweizer Dichter und Naturforschers Albrecht von Haller (1708-1777) populär. Erste Spekulationen über die Naturgeschichte der Berge wurden schon um 1561 mit dem Werk "De montium origine", des Valerius Faventies, veröffentlicht. Aber erst Zeitgenossen Hallers, wie Sebastian Münster (1489-1552), Johannes Stumpf (1500-1566),  Konrad Gessner (1516-1565)  und Johann Jakob Scheuchzer (1672-1733) beschreiben Gebirge naturwissenschaftlich, besonders die Tierwelt und im Fall von Scheuchzer auch die Geologie. Horace-Bénédict de Saussure (1740-1799) fasst seine naturwissenschaftliche Beobachtungen die er während der Besteigung des Mont Blanc im Juli 1789 gesammelt hat in seinem „Voyages dans le Alpes“ zusammen.
 
Abb.2. Anonymer Druck  der Saussure´s Abstieg vom Mont Blanc zeigt.

Louis Agassiz (1807-1873), Édouard Desor (1811-1882) und Karl Vogt (1817-1895) betreiben naturwissenschaftliche Forschung auf und um Gletschern, wobei Desor in 1839 den Gletscherfloh entdeckt und Moränenlandschaften untersuchte. Oswald Heer (1809-1883) publiziert verschiedene Arbeiten und beschäftigt sich auch als einer der Ersten mit der höhenabhängigen Verbreitung der Tierarten ( „Geographische Verbreitung der Käfer in den Schweizer Alpen, besonders nach ihren Höhenverhältnissen“).

Die Alpen waren von den Naturwissenschaftlern erobert worden...
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Streitgespräch um den Bergbau

September 17, 2015, 11:51 am
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Abb.1. Silber-Bergwerk vo Schneeberg, Schwazer Bergbaubuch um 1556.

„Die Erde trägt ja Jahr für Jahr Früchte, mit denen sie alle Lebewesen ernährt und erhält. All das gilt letzten Endes nur einem: allein um des Menschen willen bringt sie das alles hervor. Aber mit dieser Güte nicht zufrieden, dringt der Mensch in die Eingeweide seiner Mutter ein, er durchwühlt ihren Leib, verletzt und beschädigt alle inneren Teile. So zerfleischt er schließlich den ganzen Körper und lähmt dessen Kräfte völlig … Ihre Gier nach Silber geht ja so weit, daß sie alles, auch die schwersten Gefahren auf sich nehmen. Sie graben und mühen sich und machen Nachtschichten; weder bei Tage noch bei Nacht gönnen sie sich Ruhe. Sie meiden das segenspendende Licht des Himmels und kriechen hinab in die finstere schmutzige Tiefe der Erde.“ 

„Die Erde jedoch, die den Namen einer Mutter des Menschen für sich in Anspruch nimmt und immer ihre Mutterliebe im Munde führt, versteckt und verbirgt es zutiefst in ihrem Inneren, so daß sie ersichtlich eher den Namen einer Stiefmutter als den einer wirklichen Mutter verdient…. Daß alles Erz zum Nutzen der Menschen wächst, weshalb es denn nötig ist, zu suchen und dem mit größter Sorgfalt nachzuspüren, was uns deine Gnade gespendet hat, die Erde aber aus Mißgunst verborgen hält.“ 

Streitgespräch aus „Judicium Jovis“ (Das Urteil des Jupiter) von Paul Schneevogel, wahrscheinlich um 1485-90. In einem fiktiven Rechtsstreit diskutieren Mutter Erde und der Mensch vor den versammelten Göttern die Notwendigkeit des Bergbaus. Das Urteil des obersten Richters – Jupiter selbst – bemerkt lapidar:

„Es ist die Bestimmung der Menschen, daß sie die Berge durchwühlen; sie müssen Erzgruben anlegen...Ihr Leib aber wird von der Erde verschlungen, durch böse Wetter erstickt...“ 

Literatur: 

BAYERL, G. (2013): Technik in Mittelalter und Früher Neuzeit. Konrad Theiss Verlag, Stuttgart: 199
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Von den Untiefen der Meere zu den Gipfeln der Welt

September 19, 2015, 11:46 am
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Auf die Frage wieso er den Mount Everest bezwingen wolle, soll George Mallory mit dem berühmten Satz "Weil er da ist" geantwortet haben, aber es gab auch praktische Gründe  "Für die Steine vom Gipfel für die Geologen…"

George Mallory  versuchte zusammen mit Sandy Irvine am 6. Juni 1924 den Gipfel des Everest zu erreichen – beide verschwanden in den Wolken und wurde nie wieder lebendig gesehen. Zeitgleich suchte einer ihrer Kollegen, Geologe Noel Ewart Odell (1890-1987), unterhalb des Gipfels auf 8.000m nach Fossilien.

Der Kalkstein vom Gipfel des Mount Everest ist von mariner Herkunft, er besteht aus Fossilien  - wie er allerdings dorthin kommen konnte blieb bis zur modernen Entdeckung der Plattentektonik ein geologisches Rätsel.
Die Basis des höchsten Gipfels der Erde besteht aus hellem Granit, auf dem eine Abfolge von Sedimenten folgt. Die untere Everest Serie besteht zumeist aus metamorphen Schiefern mit eingeschalteten Kalkstein-Bändern. Es folgt das berühmte „Gelbe Band", das aus metamorphen Kalksteine und Kalk-Silikatfelsen besteht. Der Gipfelaufbau des Mount Everest wird schließlich von ordovizischen fossil-führenden Kalksteinen und Megeln geprägt. 

Abb.1. Der Himalaya ist beinahe doppelt so hoch wie die Alpen, viele Gipfeln beider Gebirgszüge bestehen aus ehemaligen marinen Sedimenten, aus dem Berghaus-Atlas (1845-1862).

Fossilien die auf Berge gefunden wurden waren nichts neues. Bereits Leonardo da Vinci (1452-1519) beschreibt Fossilien aus den Bergen der Toskana und merkt an das sie dorthin nicht mittels der Sintflut transportiert worden sein konnten, da sie in Lebensstellung gefunden wurden. Allerdings war seine Ansicht, die er nie publizierte, eher die Ausnahme als die Regel und das nicht nur zu seiner Zeit.
Die erste Nennung von Fossilien aus Dolomiten geht zurück in das Jahr 1741 – laut Sitzungsprotokoll vom 18. August desselben Jahres erwähnt der Stadtphysikus von Innsbruck, Franz Ferdinand von Giuliani (1701-1762), in seinem Vortrag  „Dissertatio de Fossilibus universalis Diluvii“ mehrmals Muscheln aus dem Pustertal  bzw. Pustertaler Bergen. Da das Pustertal in Südtirol selbst von metamorphen Gesteinen geprägt wird, bezieht sich diese Ortsangabe wohl eher auf die südlicher liegenden Dolomiten. Giuliani diskutiert die Fossilien auf den Bergen als eindeutige Überreste der biblischen Sündflut. Erst im Laufe des 18. und besonders im 19. Jahrhunderts werden Fossilien als marine Organismen gedeutet und es wird klar das eine weltweite, auch eine biblische,  Flut niemals die höchsten Gipfel der Erde bedecken könnte.
 
Abb.2. Geologischer Schnitt des Matterhorns, im Jahre 1868 vom Italienischen Bergbauinspektor Felice Giordano angefertigt. Hier sind marine Sedimente teilweise tektonisch überfahren worden.

Nun wurden marine Sedimente auf Gipfeln durch die Bewegungen der Erde erklärt. Leopold von Buch (1774-1835) schlug vor das vulkanische Intrusionen große Blasen auf der Erdkruste bildeten - Blasen die wir Berge nennen. Von Buchs Theorie wurde von englischen Geologen nicht allzu ernst genommen, vor allem als Charles Lyell nachweißen konnte das verschiedene Lavaflüsse verschieden geneigt waren - wie sollte das möglich sein falls ein Berg sich von einem einzelnen "Erhebungspunkt" aus bildete? 
Eine alternative, überaus erfolgreiche Theorie besagte das große Stücke der Erdkruste von unter dem Meeresspiegel nach oben geschoben wurden, zeitgleich sanken gewisse Abschnitt ab. Der österreichische Geologe Eduard Suess (1831-1914) erklärte sogar Meeres-Untiefen, die Kontinente umgeben, als solche Senkungszonen (Diese Abschnitte sind tatsächlich die Tiefseerinnen die durch die Subduktion der ozeanischen Kruste unter die kontinentale Kruste entstehen).

 
Abb.2. Handgezeichnete Karte der Erde mit den primären Kernen der Kontinenten - Überreste der früheren Erdkruste einer größeren Erde, aus E. Suess "Das Antlitz der Erde".

Die vertikalen Bewegungen bzw. Absenkungen der Erdkruste sollten durch das langsame Abkühlen der Erdkugel, und damit verbunden ein Schrumpfen des Erdvolumens, verursacht werden. Diese Kontraktionstheorie konnte aber nicht die unregelmäßige Verteilung von Gebirgen und Ozeanen erklären - bei einer konstant schrumpfenden Erde sollten diese zufällig und daher regelmäßiger verteilt sein. Es brauchte eine bessere Erklärung…

Literatur:

SEARLE, M. (2013): Colliding Continents: A geological exploration of the Himalaya. Oxford University Press: 438
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Erdexpansion, oder die Geschichte der "wachsenden Erde"

September 24, 2015, 12:59 pm
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„daß unser Erdkörper ehedem im Brande gestanden, da die meisten Felsengebirge über die Oberfläche der Erde empor getrieben worden,“
Heinrich Gottlob von Justi „Geschichte des Erdkörpers aus seinen äußerlichen und unterirdischen Beschaffenheit hergeleitet und erwiesen" (1771)
 
Im Laufe des 19. Jahrhunderts wurde es klar das die Erdkruste keine statische Hülle der Erde, sondern etwas höchst Dynamisches ist, wie sonst konnten Sedimente mit Fossilien von Meeresorganismen selbst auf die höchsten Gipfel geschoben werden?  

Eine der seltsameren Theorien diese geologischen Besonderheiten zu erklären ist die Erdexpansion-Hypothese. Bei der Erdexpansion werden die Spreizungszonen der Mittel-Ozeanischen Rücken akzeptiert, Subduktionszonen sollen aber – wörtlich - „ein Mythos“ sein. Folgerichtig, da Erdkruste immer neu entsteht aber keine in den Mantel zurückgelangt, muss der Erdball wachsen.
 
Auf die Idee kam man hauptsächlich durch paläontologische und paläogeographische Hinweise. Zwischen 1959 und 1977 publizierten die Geologin Marie Tharp (1920-2006) und der Ozeangraf Bruce Charles Heezen (1924-1977) die ersten detaillierten Meeresbodenkarten und entdeckten die Mittel-Ozeanischen Rücken (MOR), die die Grenzen tektonischer Platten bilden. In 1962 publizierte Harry Hess (1906-1969) einen der wichtigsten Artikel in der Geschichte der Geologie überhaupt, er schlug vor das entlang der MOR Magma aufsteigt und dabei die beiden aneinanderstoßenden Platten zur Seite gedrückt werden – der Mechanismus der Bewegung der tektonischen Platten und Auseinanderbrechen des Urkontinents Pangäawar gefunden. Allerdings war nicht klar ob und wie die Platten in den Erdmantel eintauchen, möglich wäre das sie übereinander geschoben werden - eine nicht ganz unrealistisch Vorstellung - so rutscht tatsächlich die Farallon-Platte zunächst unter den Nordamerikanischen Kontinent entlang, sinkt allerdings schließlich in den Erdmantel ab wie moderne seismische Untersuchungsmethoden zeigen. Eine extreme Variante der Idee das Platten nicht in den Mantel absinken ging so weit das man annahm das Platten nebeneinander zu liegen kommen und daher notwendigerweiße mehr Fläche einnehmen.

So soll laut Erdexpansions-Modell Pangäa die gesamte Kruste der Erde vor 200 Millionen Jahre darstellen. Neue Kruste die entlang der MOR gebildet wird drückte Pangäa auseinander, aber da keine Subduktion stattfindet vergrößerte sich der Umfang des Planeten! Die Hypothese schien einige geologische Rätsel zu erklären. In 1956 schlug Laszlo Egyed, Professor am Geophysikalischen Institut von Budapest, vor das Meeresspiegelschwankungen in der Vergangenheit durch die Veränderung des Erdradius zu erklären sind, bzw. als im Devon die ersten Landmassen aus dem Urmeer tauchten (weil sich die Krümmung und die Oberfläche der Erde änderte, die Wassermenge aber nicht), entwickelten sich auch die ersten Landtiere.
 
Allerdings gibt es ein großes Problem mit dieser Idee - es ändert sich ja nicht nur die Oberfläche der Erde, die größer wird, sondern auch das Volumen des Erdkörpers - mit was sollte dieses zusätzliche Volumen denn bitte schön gefüllt werden? Mechanismen die die Erdexpansion erklären könnten sind deshalb rar und nicht ganz überzeugend - Umwandlung von Mineralphasen durch veränderte Druck- und Temperaturen, fortschreitende Abschwächung der Schwerkraft (und so Dichte der Erde), Raum-Zeit Expansion… 

Neben dem Fehlen des Mechanismus zeigen Satellitenmessungen auch die Bewegung der Platten in horizontale, aber nicht vertikale Richtung – zurzeit scheint die Erde also nicht (wirklich) mehr zu wachsen. Auch scheinen Subduktionszonen nicht ganz ein Mythos sein, Tiefseerinnen, die Verteilung von Erdbebenherde, metamorphe Gesteine die zunächst subduziert und dann wieder exhumiert wurden, lassen darauf schließen das Erdkruste tatsächlich in den Erdmantel abtaucht. 

Wir befinden uns im Jahre 2015 n.Chr. die ganze Erdwissenschaftler-Gemeinschaft ist von der Plattentektonik überzeugt... Alle Wissenschaftler? Nein! Ein von unbeugsamen Gelehrten bevölkerte Gemeinschaft hört nicht auf, dem Eindringling Widerstand zu leisten...
Noch im Mai 2001 wurde in Deutschland ein Kolloquium zu Ehren von Ott Christoph Hilgenberg (1896-1976), ein Ingenieur der die Erdexpansion in Deutschland populär zu machen versuchte, abgehalten und In 2003 und 2004 folgten weitere, auch internationale, Tagungen.

Abb.1. Das Erbe von Hilgenberg wurde vom Ingenieur  Klaus Vogel übernommen, der im Laufe der Zeit zahlreiche Globen einer um 20% kleineren Erde bastelte, neben seinen Basteleien hatte er aber wenig Fakten vorzuweißen. Das Bild zeigt ihn zusammen mit dem  australischen Geologen Warren Cray, ebenfalls prominenter Anhänger der Erdexpansion.

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Mikroorganismen in der Erdkruste

October 19, 2015, 12:29 pm
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"Die Unsterblichen ... wir stellen ihren Namen auf die Probe!" 

Abb.1. Flechten wie Toninia candida sind hart im Nehmen und gewinnen Nährstoffe oft von blanken Gesteinsflächen, dies ist aber nichts im Vergleich zu dem was einige Mikroorganismen tief in der Erdkruste leisten.

Das Leben auf der Erde ist zäh, besonders wenn es die Form von Mikroorganismen annimmt. Bakterien wurden bereits in kochenden Quellen, giftige Seen oder in Wassertaschen von Eis und Schnee entdeckt. Der Bacillus infernus lebt in Gesteinsklüften aus einer Tiefe von 5.278m und theoretisch könnte Leben bis in einer Tiefe der Erdkruste von 5 bis 12km existieren, wo die Temperaturen noch unter 120°C liegen. 

Diese Organismen leben in einer Umgebung die kaum vorstellbar ist. Sonnenlicht ist nicht vorhanden und damit Photosynthese ausgeschlossen, hydrothermale Fluide können kaum durch das dichte Gestein zirkulieren und vor allem mangelt es Nährstoffe. Doch es gibt eine beinahe unerschöpfliche Energiequelle selbst im härtesten Granit.
 
Durch radioaktiven Zerfall der Granit-Komponenten (vor allem des Urans in den Glimmern) entsteht Strahlung die Wassermoleküle in Wasserstoff und Sauerstoff aufspaltet, der Wasserstoff kann wiederum von den Mikroorganismen zu Acetat (Kohlenstoff-Wasserstoff-Sauerstoff-Verbindungen) umgewandelt wird und Acetat kann seinerseits zu Methan umgewandelt werden. Jeder dies Schritte liefert zwar wenig, aber doch genügend Energie um über die Runden zu kommen. 
An frischen Bruchflächen des Gesteins ist die Reaktionsfreudigkeit zwischen den Mineralkörnern und Wasser-Molekülen besonders groß. Entlang von Störungszonen könnten sich somit ideale Habitate für Mikroorganismen ausbilden. Dies könnte eine interessante Beobachtung an Mineralquellen im sächsischen Kurort Bad Brambach erklären. Nach einer Reihe von Erderschütterungen wurde eine wesentliche Zunahme der Methankonzentration im Wasser beobachtet. Möglicherweise zerbrach der Granit, die frischen Bruchflächen lieferten genug „Nahrung“ für die Bakterien, die bereits im Gestein vorkommen, um wieder aktiv zu werden, wachsen und sich vermehrten. Dabei entsteht das Methan als Abfallprodukt das sich im Wasser löst und durch die Quellen an die Oberfläche gelangt.

Literatur:
 
KEHSE, U (2007): Das Leben der anderen. Bild der Wissenschaft 06/2007: 54
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Kunst & Geologie: Klimawandel in der Kunst

October 25, 2015, 9:42 am
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Seit den 1960er Jahren wird versucht Gemälde als Klimaarchive zu verwenden. Bilder können zwar keine quantitativen Klimadaten liefern, sie liefern aber eine Übersicht über vergangene Klimaveränderungen. So zeigen urzeitliche Felsbilder in der Sahara Tiere die nur in einer Savannen-ähnliche Landschaft vorkommen können, sowie schwimmende Menschen, ein Hinweis darauf das in der Vergangenheit dort feuchtere Zeiten geherrscht haben müssen.
 
Lange Zeit waren Malerei und Kunst mehr auf den Menschen als seine Umwelt bedacht. Erst mit der holländischen Landschaftsmalerei im 17. Jahrhundert wurde die realitätsnahe Darstellung der Landschaft und Natur üblich. Es ist daher verlockend diese Bilder herzuziehen um die Umwelt und Landschaft  in diesen Zeitepochen zu rekonstruieren. Allerdings werden in diesen Bilder oft Bildkompositionen verwendet - auch wenn einzelne Elemente real sind, werden diese in eine idealisierte Landschaft zusammengestellt. Die Gemälde, bei aller Liebe zum Detail, ist den künstlerischen und gesellschaftlichen Formen unterworfen.
 
So sind auch viele Gemälde die Schnee und Eis in der britischen und niederländischen Landschaft zeigen oft als Hinweis für die mitteleuropäische Kleine Eiszeit gedeutet worden. Diese Periode ungünstiger Klimaverhältnisse, ungefähr vom 13. zum 18. Jahrhundert, ist mittels paläoklimatischer Daten relativ gut gesichert, allerdings können die Klimadaten nicht direkt auf das gesellschaftliche Leben und Kunst zur damaligen Zeit übertragen werden. Künstler wie Pieter Bruegel der Ältere (1525-1569) und Caspar David Friedrich (1774-1840) stellen tatsächlich in ihren Bildern Eislandschaften dar, allerdings sind diese oft nicht auf bestimmte Jahre festzumachen und neben diesen Bildern existieren auch zahlreiche die nichts mit Kälte zu tun haben. 

Abb.1. Die Jäger im Schnee, um 1565, als Monatsbild stellt es eine idealisierte Winterlandschaft dar und ist ein Teil einer Serie die verschiedene Jahreszeiten darstellen soll.

Vor allem Pieter Bruegel  scheint die Winterlandschaft erst in seinen späten Jahren, ab 1560, entdeckt zu haben.
 
Der italienische Künstler Giuseppe Arcimboldo (1527–1593) war Hofmaler von Kaiser Rudolf II, berühmt geworden durch seine eigentümlichen Porträts, wo der Monarch als heidnischer Fruchtbarkeitsgott, zusammengesetzt aus den Gaben der Natur, dargestellt wird. Wollte der Auftraggeber mit diesen seltsamen Bildern die Unfruchtbarkeit des Landes, verursacht durch das kalte und nasse Wetter, symbolhaft vertreiben? 

Abb.2."Die Erde" von Giuseppe Arcimboldo, um 1570. Verursachte die Kleine Eiszeit Mangel durch das kalte Wetter und Depressionen wegen den trüben Tagen und stellte sich Rudolf II. deshalb so gerne als strahlender Fruchtbarkeitsgott dar? Eine etwas gewagte These.

Auch hier kann das Bild nicht auf kalte, harte (Klima-)Daten reduziert werden, die Gesellschaft und Interessen des Auftraggebers, die Erfahrung und Weltanschauung  des Künstlers, spielten bei weitem die bedeutendere Rolle bei der Auswahl der darzustellenden Objekte.

Literatur:

BEHRINGER, W. (2007): Kulturgeschichte des Klimas - Von der Eiszeit bis zur globalen Erwärmung. C.H. Beck-Verlag, München: 352
HÜTTL, R. (ed.) (2011): Ein Planet voller Überraschungen / Our Surprising Planet - Neue Einblicke in das System Erde / New Insights into System Earth. Springer Verlag: 316
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Edelsteine und fremde Kulturen: Metamorphe Mineralien der Südsee

November 7, 2015, 8:14 am
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„Ihr sollt gen Süden fahren, um einen neuen Kontinent zu entdecken […] für den Fall, Ihr findet Minen, Mineralien oder kostbare Steine, so sollt ihr Proben jeder Art mitnehmen.“  so lautete einer der Aufträge der englischen Admiralität im Jahre 1768 an James Cook (geboren am 7 November 1728-1779), Kapitän der „Endeavour“, unterwegs in die Südsee. Ein Jahr später setze Cook als erster Westlicher seinen Fuß auf Neuseeland. 

Doch Neuseeland war nicht unbewohnt und seine mineralischen Schätze schon seit Jahrhunderte Teil der Maori-Kultur. So wurde Perlmutt aus den Schalen von Meeresmuscheln gewonnen und zur Verzierung der Kriegskanus, genannt "Waka", verwendet, wie auch den traditionellen Schnitzereien an den Wohnhäusern.
Aus weniger noblen, dafür aber harten, Gesteinen wurden Steinkeulen hergestellt. Cook notiert pflichtbewusst „Beile oder Äxte – teils aus einem harten schwarzen Stein, teils aus einem grünen Talkschiefer [gefertigt]. Für kleinere Arbeiten und Schnitzereien benützen sie […] Bruchteile aus Jaspis.“ Mit den Werkzeugen aus harten Gestein fertigten die Maori auch Schmuck an, vor allem die begehrten „Hei-Tiki“, die traditionell aus Jade bzw. dem Mineral Nephrit (bei den Maori als "Pounamu", "Kawakawa" oder "Inanga" bekannt) oder Bowenit ("tangiwai") hergestellt wurden und ebenfalls mit Perlmutt verziert werden konnten. Die Flüsse in die diese Mineralien aufgelesen wurde, wurden bezeichnenderweise „Te Wai Pounamu“ genannt – Pounamu-Wasser. 

Abb.1. Darstellung einer Maori mit traditionellen „Hei-Tiki“, Gemälde des österreichische-tschechischen  Künstlers Gottfried Lindauer (1839-1926). Die „Hei-Tiki“ stellten mythische Urahnen dar und symbolisierten Heirat und Fruchtbarkeit. 

Nephrit ist eine Amphibolit-Varietät, ein zähes Gestein durch die Verzahnung der einzelnen Mineralfasern. Bowenit ist eine Antigorit-Varetät, vor allem in Serpentiniten vorkommend, bei denen es sich um metamorph umgeprägte bzw. alterierte ultramafische Gesteine handelt.
Beide Mineralien wurden auf der Südinsel von Neuseeland gefunden, hier stehen metamorphe Ophiolithe an, aufgeschuppte Decken von basischen Gesteinen die während der Gebirgsbildung der Neuseeländischen Alpen emporgehoben wurden.
 
Literatur:
 
Varia (2015): Das Themenbuch -Edelstein. Sonderband der Mineralientage München.
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Kunst & Geologie: Die Pracht der Steine

November 9, 2015, 12:07 pm
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Ursprünglich bezeichnete eine Daktyliothek eine Sammlung von Fingerringen, diese Bedeutung wurde aber vor allem in der Renaissance auch auf Sammlungen von geschnittenen Steinen, wie Gemmen und Kameen, ausgeweitet. Die Schmucksteine passten bei einigen dieser Sammlungen auch auf speziellen Ringen, die wie ein normaler Ring am Finger getragen werden konnten.

Abb.1. Titelseite der „Dactyliotheca“, um 1601, neben dem Sammler (vielleicht der Autor Abraham Gorlaeus selber?) sieht man die offene Daktyliothek mit den ovalen Vertiefungen für die einzelnen Gesteinsproben.
 
Mit Glyptotheken verstand man eine Sammlung geschnittener Schmucksteine (Glypten).
 
Lithotheken oder Gesteins-Bibliotheken waren Sammlungen geschnittener und polierter Gesteine, die vor allem lehrreich sein sollten. Eine Variante davon sind Tische mit Einlegearbeiten verschiedenster Gesteine (oder versteinerter Dung...), zu denen oft auch ein Katalog der verwendeten Gesteine beigefügt war.

Abb..2. Gesteins-Bibliothek mit polierten Proben aus Tirol, 19. Jahrhundert.
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Kunst & Geologie: Im Wein liegt Geologie

November 13, 2015, 2:44 pm
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„Auf der rechten Seite des Kalterersees wächst auf sonnigen Hügeln dürren Kalkgesteins der berühmte von ihm genannte Wein, der mildeste und öhlreichste in Südtirol, mehr rot als weiss, in Flaschen abgezogen mit den Weinen des griechischen Archipels um den Vorrang streitend, wesentlich verschiedene von dem, was sich oft in der Nähe und Ferne seinen Namen anmasst.“
Beda Weber "Das Land Tirol" (1838)
 
Abb.1. Weinernte, Fresko im italienischen Schloss Buonconsiglio, um 1400.

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Kluft, Spalte...oder Störung?

November 16, 2015, 1:42 pm
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Eine Kluft ist ein Trennungsbruch der entsteht wenn ein Gestein auf eine Beanspruchung spröde reagiert, also bricht. Alternativ könnte man sie auch als Bruch, Fuge, Riss oder Ruptur bezeichnen, ein kaum verwendeter Begriff ist Diaklas, für eine senkrecht zur allgemeinen Schieferung stehende Kluft.

Genau genommen kommt es bei einer Kluft zu keiner Lageveränderung der Bruchflächen. Ist eine Kluft offen spricht man von Spalte (bzw. gefüllt mit Gesteinszerreibsel), wenn es darin zu einer Auskristallisation kommt spricht man von Adern oder Gänge (Alpine Mineralküfte sind daher eigentlich keine Klüfte), bei magmatischen Intrusionen spricht man von Dyke oder vulkanischen Gang und schließlich, kommt es zu seitlichen Bewegungen, ist es geologisch gesehen eine Störung.
 
Klüfte sind von besonderen geologischen und praktischen Interesse und können verschiedene Ursachen haben, Druckentlastung bei Plutoniten (Exfoliation), Schrumpfungsrisse (bei Vulkaniten), tektonischer Stress kann zur Ausbildung eines Kluftsystem oder Kluftnetz führen,  also Kluftscharen mit unterschiedlicher Orientierung (zumeist mehr oder weniger senkrecht zueinander stehend).
 
Abb.1. Kluftsystem, bestehend aus sich verschneidenden Kluftscharen (Gruppen von orientierten Einzelklüften) in Radiolarit, Madonie (Sizilien), typische tektonische Klüfte in spröden Gestein.
Abb.2. Basaltsäulen in den Dolomiten, durch Abkühlung und Schrumpung entstehen regelmäßig angeordnete Klüfte.
Abb.3. Dike in den Dolomiten, das verwitterungsanfällige vulkanische Gestein erodiert langsam, aber schneller als der umgebende Riffkalk, zurück bleibt ein Hohlraum.

Abb.4. Kluft oder Spalte? Trennfläche in Marmor mit Kluftletten - Hinweis auf eine Bewegung entlang der Fläche, also eine Störung?
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Kunst & Geologie: Die Magie des Karfunkelsteins

November 21, 2015, 1:04 pm
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"Der Granat ist ein roter Stein, doch nicht wie der Rubin, weil dessen Röte wie eine rote Flamme und ohne Schatten ist [...] Und dieser Stein entsteht im Orient [...] Wenn er geschliffen und poliert wird, dann offenbaren sich sein Glanz und seine Klarheit."
Aristoteles, Über die Steine (322 v. Chr.)
 
Der griechische Philosoph Theophrastos von Eresos (371-287 v. Chr.) beschreibt Granate als "antrax" (Kohle), wohl vom feuerroten Glanz des Almandins oder Spessartins inspiriert. Der moderne Begriff Granat wird von Albertus Magnus (1200-1280) eingeführt, in 1270 beschreibt er diese Minerale als "granatus", Korn,  wohl aufgrund der abgerollten kubische Kristalle die oft in Sedimenten gefunden werden können. Almandin ist kein seltenes Mineral, kommt er doch in metamorphe wie auch magmatische Gesteine vor, relativ hart sticht er durch seinen Glanz und seine auffällige rote Farbe hervor und spielt eine wichtige Rolle im Laufe der Zeit und Kulturen.
 
Abb.1. Granat-Glimmerschiefer aus der Abfolge des Tauernfensters.

Der Almandin, eine der begehrtesten Granat-Varietäten, verdankt seinen Namen Plinius dem Älteren, Naturforscher der während des Ausbruchs des Vesuvs im Jahre 79 sein Leben verlor. Plinius beschreibt diese Varietät als "carbunculus alabandicus"– carbunculus war ein allgemeiner Name für eine ganze Reihe roter Minerale, wie Granat und Rubin, alabandicus  bezieht sich auf die Stadt von Alabanda, Kleinasien, in der heutigen Türkei, berühmt für ihre geschliffenen Edelsteine und wichtiger Handelsplatz für Almandin.

Schon in ägyptischen Zeiten, 2.000 v. Chr., war er ein beliebte Schmuckstein. Der rote Glanz des Almandins wurde mit Blut und der Sonne in Verbindung gebracht und ihm wurden mannigfaltige magische Eigenschaften zugeschrieben, war er doch gleichermaßen wirksam gegen Dämonen wie auch Gifte. Es verwundert nicht das auch der Karfunkelstein eine wichtige Rolle in Märchen und Sagen spielt. Im Ostgotenreich (489-553) war Almandin ein begehrter Schmucksteine, er wurde sogar aus dem dem fernen Indien importiert. 

Abb.2. Bibel verziert mit Gold, Smaragd, Saphir und Granat, um 600.

Noch weit bis ins 19. Jahrhundert galten Granate als Edelsteine des kleinen Mannes, da die Lagerstätten in Europa wie der Spessart oder die Alpen leicht auszubeuten waren.
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Kunst & Geologie: Film-Geologie

November 22, 2015, 9:30 am
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Landschaften und ihre geologischen Besonderheiten können eine wichtige Rolle in Filmen spielen. Was wäre der Western ohne Monument Valley oder Goldfieber? James Bond ohne tropische Insel inklusive Superbösewicht-Versteck im aktiven Vulkan? Die Gefährten ohne die Hochebenen und dem Schicksalsberge?  

Die Szenen der „Herr der Ringe“  Trilogie (2001-2003) wurden in Neuseeland gedreht, der Vulkan Ngauruhoe spielt dabei den Schicksalsberg und Mount Owen die weiten Prärien des Tales von Dimrill Dale, östlich der Schicksalsberge, den Neuseeländischen Alpen im wahren Leben.



Spätestens seit diesen Filmen ist Neuseeland unter Filmmachern legendär. So ersetzt der Vulkan Mount Taranaki und die umgebenden Wälder kurz mal Mount Fuji im Film „Last Samurai“ (2003).
Nicht das erste Mal das fremde Landschaften für klassische Gegenden einspringen. Das eindrucksvolle Training des Batman (2008) wurde nicht im Himalaya, wie der Film weismachen will, sondern in einem anderen geologischen Traumgegend gefilmt, am Svínafellsjökull in Island.



„Sieben Jahre in Tibet“ (1997) wurde in den südamerikanischen Anden gedreht, geologisch gesehen ist ein Gebirge entlang einer Subduktionszone ziemlich etwas anderes als die Kontinent-Kontinent Kollision im Himalaya, aber funktioniert trotzdem für die Stimmung des Films.
Die alten Winnetou Verfilmungen wurden aus Kostengründen nicht in Amerika, sondern im Karstgebiet des ehemaligen Jugoslawien gefilmt. Zwei große Klassiker des Spaghetti-Western, „Spiel mir das Lied vom Tod“ (1968) und für eine „Handvoll Dollar“ (1964), wurden in Spanien aufgenommen. 

Exotischer geht es in Filmproduktionen mit entsprechendem Budget zu - „Jäger des verlorenen Schatzes“ (1981) spielt tatsächlich in der Schlucht von Petra, die antike „aus dem Fels herausgeschlagenen Stadt“ in Jordanien.
 
In der (geschichtlich sehr freien) Comicverfilmung "300" spielt die geologisch bedingte Engstelle des Thermopylen Pass eine wichtige Rolle.



Eingeengt zwischen hohen Bergen und dem Meer konnte eine Vorhut von Spartanern an dieser Engstelle den Marsch der Perser lang genug hinauszögern um Gegenwehr weiter Inland zu organisieren, die hohen Berge und das Einfallen zum Meer hin sind durch tektonische Störungen bedingt. Der eigentliche Filmlandschaft wurde allerdings komplett am Computer erschaffen. 

In verschiedenen Bergsteigerfilme spielt natürlicherweise der Berg eine tragende Rolle - „Everest“ (2015) wurde am Schnalstaler Gletscher in Südtirol gefilmt und in „Cliffhanger“ (1993) ersetzt der Lagazuoi in den Dolomiten die amerikanischen Rocky Mountains.
Abb.1. Die Tofane vom Lagazuoi (2.700m)aus gesehen, einmal im Film und einmal in der Realität - bestehend aus deutlich gebankten Hauptdolomit.

Neben der Schönheit oder Einzigartigkeit des Drehorts oder Location, spielen natürlich auch Erreichbarkeit eine Rolle - so ist der Gipfel des Lagazuoi, im Gegensatz zum Berg im Film, der mühsam vom Helden erklettert werden muss, ganz einfach mittels Seilbahn für Jedermann erreichbar.

Terrestrische Landschaften können auch für fremde Planeten herhalten, wenn auch etwas getrickst werden kann."Prometheus" (2012) kann tricktechnisch vor allem mit seinen Landschaftsaufnahmen überzeugen, hier wurden Szenen aufgenommen in Island und Jordanienmittels Computer zusammengefügt.
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