Friedrich Alexander Freiherr von Humboldt – „Philosoph der Erde“

"Auf das Zusammenwirken der Kräfte, den Einfluss der unbelebten Schöpfung auf die belebte Thier- und Pflanzenwelt, auf diese Harmonie sollen stets meine Augen gerichtet sein."
Alexander von Humboldt (1799)
 

Friedrich Alexander Freiherr von Humboldt (1769-1859) stammt aus einer angesehenen und reichen Familie. Bereits als Jugendlicher interessierte er sich für Naturbeobachtung und sammelte unter anderem Mineralien. Finanziell unabhängig, konnte er sein weiteres Leben vollständig der Wissenschaft widmen - besonders angetan hat ihm dabei die "Construktion des Erdkörpers".
 

1787 begann er auf Druck seiner Mutter ein Studium der Staatswirtschaftslehre in Frankfurt, wechselte aber in 1789 zu Physik und Chemie in Göttingen. In 1790 publizierte er seine erste größere Publikation mit dem Titel "Mineralogische Beobachtungen über einige Basalte am Rhein". Neben einigen frühen Forschungsreisen in Europa schloss er ein Studium der Handelsakademie in Hamburg ab. In 1791 besuchte er die Bergakademie in Freiberg, die neben Theorie auch praktische Erfahrung im Bergwerk anbot. Hier erarbeitete er ein Werk über die Pflanzen - die "Florae Fribergensis Specimen" - die im Licht der Grubenlampen wachsen konnten. Zwischen 1792 und 1797 arbeitete er weiter als Bergmeister und Bergassesor in verschiedenen Bergwerken des Fichtelgebirges und Frankenwald.
Beauftragt die dortigen Bergwerke zu modernisieren, stellte er einen gravierenden Mängel fest. Die Gruben wurden meist von ungelernte Bergleute und Tagelöhner betrieben, es fehlten daher technische Kenntnisse, z.B. um Wasserableitungen für gefluteten Stollen zu bauen oder den Verlauf der Erzgänge im Gebirge abzuschätzen. Er förderte daraufhin die Schaffung von frei zugängliche Bergschulen in Goldkronach, Arzberg und in Steben um die Bergbaukultur wieder aufleben zu lassen, weiteres eine Zusammenlegung und Rationalisierung von verschiedenen Gruben zu größeren Bergwerken.
Die Bergwerke arbeiteten daraufhin wieder mit Gewinn und Humboldt erreichte in 1795 das Amt des Oberbergrats. Neben seiner Arbeit vergaß er nie die Wissenschaft, so entdeckte Humboldt in 1797 die magnetischen Eigenschaften der Serpentinit-Gebirgskuppe am Haidberg bei Zill. Er schreibt auch über seinen „reger Wunsch, ehe [er] Europa auf mehrere Jahre [verlässt], brennende Vulkane zu sehen“. Humboldt plante eine größere Expedition außerhalb Europa, allerdings hielten ihn familiäre Verpflichtungen zurück.

In selben Jahr wo er diesen Wunsch äußerte verstarb auch seine Mutter - Humboldt war nun finanziell komplett unabhängig und frei sich einen großen Kindheitstraum zu erfüllen: eine ausgedehnte Forschungsexpedition in die Tropen.

Vor der eigentlichen Expedition reiste Humboldt innerhalb Europa um sich in verschiedenen naturwissenschaftlichen Sammlungen zu dokumentieren. Ende April 1798 lernte er dabei den französischen Botaniker Aimé Jacques Alexandre Bonpland (1773-1858) kennen. Zusammen reisten sie weiter nach Spanien, von wo sie sich zuerst nach Afrika, und als dies nicht ging, nach Amerika einschiffen wollten. Da die bürokratischen Formalitäten einige Zeit in Anspruch nahmen, erforschten sie nebenbei die inneren Hochflächen von Spanien. Im Juni 1799 war es soweit und sie schifften sich nach Venezuela ein. Während eines Zwischenstopps auf Teneriffa bestiegen sie den Pico de Teide, der ersten aktiven Vulkan den Humboldt untersuchte. In den fünf Jahren die die Expedition dauern wird wird Humboldt noch weitere Vulkane besteigen und untersuchen, außerdem interessierte er sich für die Minen- und Salinenbetriebe der Neuen Welt.

 

Abb.1. Die Vulkane der Anden, aus "Historia general de las cosas de Nueva España" (1540-85).

In den Anden bestiegen Humboldt und Bonpand im November 1801 den Puracé, später den  Paramos von Pasto. Schlechtes Wetter verhinderte den Aufstieg zum Galeras (ein unter Vulkanologen berüchtigter Vulkan). Im Januar 1802 scheiterte erneut eine Besteigung der beiden Vulkane Antisana und Cotopaxi, den mit 5.897m höchsten aktiven Vulkan der Erde. Dreimal bestieg er den aktiven Pichincha (4.784m) in Equador. Am Tag nach Humboldt´s letzter Rückkehr erschüttert ein Erdbeben die am Fuße des Berges gelegenen Stadt Quito und Humboldt wird der Zauberei verdächtigt.

 

Abb.2. Von Humboldts Zeichnung des Vulkan Pichincha mit seinem Grat und einer Serie von Kratern.

Ende April 1802 erstieg er den erloschenen Vulkan Rucu-Pichincha und Ende Mai 1802 blickte er in den Krater des Guagua-Pichincha. Im Juni 1802 scheiterte der Aufstieg zum Tunguráhua und kurz vor dem Gipfel des 6.200m hohen Chimborazo mussten die improvisierten Bergsteiger umkehren.

Abb.3. Porträt von Alexander von Humboldt, Julius Schrader, um 1859. Im Hintergrund erkennbar der Chimborazo und Cotopaxi - die Vulkane der Anden beeinflussten nicht nur die geologische Weltanschauung von Humboldt, sondern auch seine Arbeiten über die Verteilung der Pflanzen, von Humboldt wird als Begründer der Pflanzengeographie und Ökologie gefeiert.

Im März 1803 kletterte Humboldt während seiner Durchreise in Mexiko auf den Jorullo, ein Vulkan der erst 1759 ausgebrochen war. Es folgten noch einige andere Gipfel vulkanischen Ursprungs in der Umgebung von Mexiko-Stadt.
 
Im August 1804 kehrt Humboldt nach Europa zurück. Schon ein Jahr später reist er, zusammen mit Leopold von Buch (1774-1853) und Joseph Louis Gay-Lussac (1778-1850), nach Italien über Rom bis nach Neapel, wo sie mehrmals den Vesuv besteigen und am 12. August 1805 einen großen Ausbruch beobachten. 

Abb.4. Der Ausbruch des Vesuvs am 18. August 1805, Gemälde von E.M. Korneev (1780-1839).

Humboldt hatte unter Abraham Gottlob Werner (1749-1817) Geologie studiert und war zunächst wie dieser Anhänger des Neptunismus - eine geologische Bewegung die behauptete das alle Gesteine durch Sedimentation aus einem Urmeer entstanden waren, auch Granit und Laven, und Vulkane nur durch lokale Glutherde gespeist werden.  Auch die Vulkane der Anden interpretiert er zunächst als lokale Phänomene, möglicherweise durch die dortigen unterirdischen Kohleflötze gespeist. 

Ab 1809 mehren sich Hinweise auf die geologische Rolle von Vulkane, vor allem mit der Untersuchung der fossilen Feuerberge der französischen Auvergne. Im September 1822 besuchte Humboldt zusammen mit Leopold von Buch das Dorf Predazzo im Fassa-Tal um den seltsamen Kontakt zwischen Granit und Kalkgestein, der dort an einer Felswand aufgeschlossen ist, zu untersuchen. Granit überlagert hier teilweise den metamorphen Kalkstein. Laut der Idee das sich alle Gesteine durch Sedimentation bilden war diese Geometrie unmöglich, Granit sollte die älteste Schicht sein, stets überlagert von jüngeren Gesteinen, wie Kalkstein (Humboldt reißt allein weiter um erneut den Vesuv zu besuchen). Er beginnt nun vollends am  Neptunismus zu zweifeln und schließt sich der Bewegung der Plutonismus an -  aufgeschmolzenes Magma bildet im Erdinneren große Plutone an Granit, an der Erdoberfläche führt schnelle Abkühlung zu feinkörnigen Laven. Humboldt bemerkt auch die Verteilung der Vulkane in Amerika und auf der Erde allgemein, die eine Kette formen. Vulkane, so Humboldt, sind über ein verzweigtes Netzwerk an vulkanischen Schloten mit der Magmakammer im Erdinneren verbunden und können große Landstriche formen. Er nimmt auch an das Vulkanschlote sich dort bilden können, wo große Störungen die Erdoberfläche geschwächt haben. Auf jeden Fall ist Vulkanismus nicht lokal beschränkt, sondern ein globales Phänomen.
 

Abb.5. Die Verteilung von vulkanischen Phänomenen, Karte aus dem Berghaus-Atlas (1845-1862), als Beilage zu Humboldts Lebenswerk "Kosmos" gedacht.

In 1823 tat er sein Umdenken über Vulkane mit dem Vortrag "Ueber den Bau und die Wirkungsart der Vulkane in verschiedenen Erdstrichen" kund.

Humboldt wird an die 50 Jahre lang an seinem Lebenswerk - den "Kosmos" - arbeiten, in dem er die unbelebte Natur mit der belebten in Zusammenhang stellt. Von Humboldt sah Lebensformen als Teil eines komplexen Netzwerks an, voneinander abhängig wie auch beeinflusst von der Umwelt. Eine Philosophie die in einem Satz zusammengefasst werden könnte: "Im Inneren des Erdballs hausen geheimnisvolle Kräfte, deren Wirkungen an der Oberfläche zutage treten". 

Abb.6. Profil durch di Anden, aus dem Berghaus-Atlas (1845-1862), als Beilage zu Humboldts Lebenswerk "Kosmos" gedacht. In diesem Profil erreicht Humboldts Philosophie ihren Höhepunkt: die Geologie der Vulkane, die Klimata verschiedener Höhenstufen, die Exposition und Neigung der Topographie - alles Faktoren die die Vegetationsgürtel beeinflussen - ihrereseits können die Pflanzen abiotische Faktoren wie Luftfeuchtigkeit und Niederschlag beeinflussen - die Natur als vernetztes "Ganzes".

Literatur:

EGERTON, F.N. (2009): A History of the Ecological Sciences, Part 32: Humboldt, Nature's Geographer. Bulletin of the Ecological Society of America: 253-282
HUBMANN, B. (2009): Die großen Geologen. Marix-Verlag: 192
WULF, A. (2015): The Invention of Nature: Alexander von Humboldt's New World. Knopf Publisher: 496

Ein Geologe im Land der Bestie

Im Jahre 1751 besuchte der Mediziner Jean-Etienne Guettard die französische Auvergne, bekannt für ihre kegelförmigen Berge die einfach nur die Puys genannt werden und der Sage um eine menschenfressende Bestie.

Guettard hatte in seiner Jugend seinen Großvater, ein Apotheker, bei der Suche nach Heilkräutern geholfen. Er hatte dabei beobachtet das gewisse Pflanzen nur auf Böden mit einer bestimmten mineralogischen Zusammensetzung vorkommen, eine Beobachtung die sein Interesse an der Geologie weckte. Später diente er als Naturforscher dem Grafen von Orléans und so verschlug es ihn in dieser wilden Gegend.

Die Auvergne und umliegende Provinzen sind durch einsamen Moore und Sümpfe, aus denen einsame, kegelförmige Hügel aufsteigen, und steilen Klippen mit seltsamen, säulenförmigen Gesteinsformationen gekennzeichnet. Manche hielten diese seltsamen sechseckigen Säulen für versteinerte Bambus-Wälder oder riesige Kristallformationen. Die regelmäßigen Säulen wurden von den einheimischen einfach „Roche Tuiliére“ genannt, Dachziegel-Steine, da sie abgebaut wurden um die Dächer abzudecken oder Mauern zu errichten.
 

Im Sommer 1764 tauchte im Gévedaun, das an der südlichen Grenze der Auvergne anschließt, eine menschenfressende Bestie auf, der kein Jäger gewachsen schien. Im schwierigen, sumpfigen Gelände waren Treibjagden beinahe unmöglich und die Bestie von Gévedaun, wie sie nur genannt wurde, versteckte sich anscheinend gerne in den engen Schluchten die im harten Gestein eingeschnitten waren. Zwischen 1764 bis 1767 terrorisierte die Bestie die gesamte Gegend und tötete mindestens 116 Kinder und Frauen.  Erst als 1767 im Wald von Teynazére ein großer Wolf geschossen wurde hörte das Töten auf.

Aber zurück zu Guettard, der seine Reise unbeschadet überlebte und auch noch die damalige Geologie gehörig auf den Kopf stellen sollte. Seine Aufmerksamkeit wurde bei Vichy von einem dieser seltsamen Steine -  den „Roche Tuiliére“ - angezogen. Er erkannte das das dunkle Gestein eine überraschende Ähnlichkeit zu einer Gesteinsprobe des Ätna, die er im Naturalienkabinett des Grafen gesehen hatte, aufwies. Guettard erfragte bald das das Gestein bei Volvic (ein Name der sich vom römischen „volcani vicus“, Dorf am Vulkan!, ableitet) abgebaut wurde. Er reiste dorthin und erkannte den Steinbruch als alten, fossilen Lavafluss aus Basalt. Mehr noch, er konnte den Fluss bis zu einem Vulkankrater aus Asche und Schlacke zurückverfolgen. Nach der Rückkehr nach Clermont-Ferrand, der Hauptstadt der Auvergne mit ihrer schwarzen Kathedrale, und mit Hilfe eines einheimischen Führers bestieg er den mehr als 500m hohen Puy de Dome. 

Sie waren umgeben von kegelförmigen Bergen die aber alle einen Krater am Gipfel aufwiesen – Guettard war sicher das es sich dabei um eine Kette von nun erloschenen Vulkane handelte, die aber in der Vergangenheit mehrmals ausgebrochen waren. In 1752 publizierte er seine Beobachtungen und um 1771 fertigte ein anderer Amateurforscher, Nicholas Desmarest, eine detaillierte Karte an, in der er die Vulkane und Lavaflüsse der Auvergne kartierte.
Die angeblichen Bambus-Fossilien waren Basaltsäulen, die entstehen wenn sich die Lava abkühlt und Schrumpfungsrisse das Gestein in regelmäßige Sechsecke zerbrechen lässt. Interessanterweise nahm Guettard selbst an, das es verschiedene Arten von Basalt gibt, so gibt er für die Basaltsäulen noch einen sedimentären Ursprung an – möglicherweise verwirrten ihn die verschiedenen Farben und Verwitterungsalterationen die alte Basaltablagerungen annehmen können. Erst Desmarest erkennt ihre wahre Natur, auch wenn es noch bis in die Anfänge des 19. Jahrhunderts dauern wird bis die vulkanische Entstehung von Basalt allgemein von den Geologen akzeptiert wird.

Karte von Desmarest mit der Topographie der Auvergne, gut erkennbar die Vulkankegel, vor allem mit der Bergkette der Puys am oberen rechten Rand, und die zungenförmigen Lavaflüsse.

Die damaligen Naturforscher überraschte diese Karte mit zwei wichtigen Erkenntnissen. Erstens waren vulkanische Phänomene viel weiter verbreitet als damals angenommen. Da im damaligen Europa nur die aktiven Vulkane in Süditalien gut bekannt waren, war angenommen worden das vulkanische Kräfte bei der Gestaltung der Erdoberfläche nur eine untergeordnete Rolle spielten. Jetzt aber erkannte man das ganze Gebirge (die Kette der Puys zum Beispiel) und Landschaften durch Vulkane gestaltet werden konnten. Weiters waren diese Vulkane in einer geologischen Vergangenheit aktiv und von der Mächtigkeit der Ablagerungen zu schließen auch wiederholt – Vulkane waren also sehr alte geologische Kräfte, die unablässig die Erde gestalteten.

Eduard Suess und die Geologie der Alpen

Eduard Suess (1831-1914) war ein österreichischer Geologe der viele der noch heutigen Grundprinzipien des tektonischen Aufbaus der Alpen erkannte und beschrieb. 

Eduard Suess im Jahre 1869, nach einem Stich von Josef Kriehuber.

Nach dem Studium fand er seine erste Anstellung im Mineralogischen Hof-Cabinet (Vorläufer das Naturhistorischen Museums) in Wien. Später kartierte er in der Schweiz und begründete im Sommer 1856 die „alpine Geologische Gesellschaft“ die „das ganze Rückgrat von Europa, von Lyon bis Wien“ studieren sollte, allerdings waren die Behörden nicht sonderlich erfreut über internationale Zusammenarbeit (die Revolutionsjahre 1848/49 waren noch nicht vergessen) und so wurde es leider  nichts aus der geplanten Gesellschaft.
 

Zusammen mit dem Geologen Franz von Hauer (1822-1899) arbeitet Suess an einem Profil der Alpen. Hier erkannte er wichtige geologische Unterschiede zwischen den Alpen und der böhmischen Masse (ein Mittelgebirge im Osten von Österreich). 1875 publizierte er „Die Entstehung der Alpen“ in diesen Büchlein beschreibt er den Zusammenhang der Alpen mit den Dinariden und Karpaten, die durch „mehr oder minder horizontale und gleichmässige Gesamtbewegung...“ aufgerichtet wurden. Suess erkannte das die Gebirge und Gebirgsrümpfe in Europa zu mindestens drei verschiedene Gebirgssysteme gehörten, in Struktur und im Alter zu unterscheiden – die Alpen mit den Pyrenäen im Westen und den Dinariden und Karpaten im Osten zum Alpinen System, die Gebirgsrümpfe auf der spanischen Halbinsel, Frankreich und die Böhmische Masse zum Variszischen System und die Britischen Mittelgebirge zusammen mit den Gebirgen Skandinaviens zum Kaledonischen System.

Er dehnte seine geologischen Ansichten schließlich auf die gesamte Erde aus, die er in seinem 3-bändigen Werk „Das Antlitz der Erde“ (1883-1909) beschrieb.

Geologische Gliederung Europas nach Suess 1893 mit Einteilung in kaledonische, variszische und alpine Gebirgssysteme.
 

Literatur:
 

HOFMANN, T. (2014): Ein herrliches Hochgebirge,…! Eduard Suess – Geologe mit Weit- und Überblick. Bergauf 04-2014: 73-75

Kunst & Geologie: Leonardo da Vinci, Felsen und Erosion

Erste exakte Darstellungen von Felsformationen in Bildern findet man bei Renaissance-Künstler Giovanni Bellini (1437-1516) und Leonardo da Vinci (1452-1519), wobei bei Ersteren weniger die Wissenschaft als die Symbolik im Vordergrund stand. Für Bellini steht die Natur für Gottes Werk, eine so genaue Darstellung wie möglich sollte daher Gottes Schaffen lobpreisen. 

Abb.1. Giovanni Bellini, Ekstase des heiligen Franziskus, um 1485.

Da Vinci studierte die Natur aus Interesse an ihr und wandte einige seine Beobachtungen und Entdeckungen für seine Bilder an. Die Flüchtigkeit und das Fließen des Wasser hatte es ihm besonders angetan. Da Vinci erkannte die erodierende Kraft des Wassers „Es möchte, wenn es ihm möglich wäre, die Erde in eine vollkommen sphärische Form verwandeln“.  Wasser spielt in seiner Erd-Philosophie die Rolle des Blutes im menschlichen Körper:
 

„Wir können also sagen, die Erde habe ein triebhaftes Leben, ihr Fleisch sei das Erdreich, ihre Knochen seien die zusammenhängenden Schichten der Gestein, aus denen sich die Berge zusammensetzen: ihre Knorpel seien die Tuffsteine, ihr Blut seien die Wasseradern. Der Blutsee, der das Herz umgibt, ist gleich dem Weltmeer. Das Atmen geschieht beim Menschen durch das Anwachsen und Abnehmen des Blutes in den Adern, und ebenso bei der Erde , durch den Zufluß und Rückfluß des Meeres; die Lebenswärme der Welt kommt vom Feuer, das in der ganzen erde verbreitet ist, und der Sitz des triebhaften Lebens befindet sich in den Gluten, die an verschiedenen Stellen der Erde ausströmen, in Heilbädern und Schwefelquellen und Vulkanen, wie etwa Mongibello (Ätna) auf Sizilien und vielen Anderen Orte.“
Codex Leicester
 

Es existieren fünf Skizzen die Da Vincis Studien zu Felsklippen beinhalten. Die stark zerklüfteten Felsen sind durch Wind und Wetter, Regen und Frost aufgelockert und ein Bach hat eine tiefe Schlucht in das Massiv gegraben. 

Abb.2. Studie von Felsklippen.

In seinen fertigen Bildern stellt Da Vinci kaum nur eine Landschaft dar, allerdings tauchen geologische Beobachtungen im Hintergrund seiner Porträts auf. Hinter der Mona Lisa sieht man einen See. Dieser könnte auf seine Entdeckung beruhen das der Fluss Arno bei Florenz einst durch Felsriegel zu einem See aufgestaut war (oder auch nur inspiriert durch den See von Iseo).

 

Abb.3. Da Vinci, das Arno-Tal in Vogelperspektive.

Da Vinci stellt die erodierende Kraft des Wassers in seiner Felsengrottenmadonna dar. Das Gebirge scheint bis zum Hintergrund hin vom Wasseradern aufgelöst worden zu sein, beinahe zerfressen. Hier stellt Da Vinci seine Vorstellung vom Erdinneren dar, so schreibt er auch in seinem Codex Atlanticus "Ganz große Flüsse laufen unter der Erde." Vielleicht wurde das Gemälde auch durch die  Erforschung einer realen Höhle, wie sie Da Vinci selbst beschreibt, inspiriert:

„Gezogen von meinem gierigen Verlangen …, süchtig, die große Fülle der verschiedenen und seltsamen Gestaltungen der kunstfertigen Natur zu sehen, kam ich nach einigem Umherwandern zwischen den düsteren Felsen zum Eingang einer großen Höhle, vor dem ich eine Weile verwundert stehen blieb, weil ich nichts von ihr wusste. Mit gebeugten Rücken, die linke Hand auf das Knie stützend und mit der rechten die gesenkte, gerunzelte Stirn überschattend, streckte ich mich immer wieder nach vorn, bald hierhin und bald dorthin, um auszumachen, ob drinnen etwas zu erkennen sei.  Aber daran wurde ich durch die tiefe Dunkelheit gehindert, die dort herrschte. Nachdem ich so eine Weile dagestanden hatte, wurden zwei Gefühle in mir wach, nämlich Schauder und Begierde: Schauder vor der düster bedrohlichen Höhle und Begierde zu erforschen, ob dort im Inneren etwas Staunenswerte zu finden sei...“

Abb.4. Felsgrottenmadonna, um 1495–1508

Literatur:

SCHNEIDER, N. (2009): Geschichte der Landschaftsmalerei – Vom Spätmittelalter bis zur Romantik. Primus-Verlag: 214

Die Walthersche Faziesregel

In 1791 schlug der berühmte Chemiker Antoine Laurent de Lavoisier (1743-1794) vor das sich die Küste von Frankreich, genügend Zeit und Eintrag von Sand durch Flüsse vorausgesetzt, langsam Richtung tieferes Wasser verlagern müsste. Dies sollte man auch in den Sedimenten sehen, Tiefwasserablagerungen sollten sukzessive von Sandablagerungen, typisch für einen Strand, überlagert werden.
 

Aber erst Johannes Walther (1860-1937) wandte dieses aktualistische Prinzip konsequent auf die geologische Vergangenheit an und formulierte die moderne Faziesregel - bei ungestörter Schichtung können Fazies übereinander liegen die zeitgleich nebeneinander liegen. Zum Beispiel bei einem Anstieg des Meeresspiegels und  Vorrücken des Meeres, kommt es zu einer Transgression der Tiefwasser-Fazies die die Strandfazies überschüttet und überlagert – Fazies die rezent räumlich getrennt nebeneinander liegen kommen daher in einem geologischen Profil übereinander zu liegen. Der Begriff Fazies wurde vom Schweizer Geologen Amanz Gressly (1814-1865) eingeführt, der ihn als "Summe aller primären organischen und anorganischen Charakteristika einer Ablagerung an einem Ort", oder einfacher gesagt - Gesamtheit der Merkmale eines Gesteins, die durch die Ablagerungsort beeinflusst werden – definierte.
 

Walther war von kränklicher Gesundheit und musste mehrmals die Schule abbrechen, privat aber an Naturwissenschaften interessiert lernte er den Geologen Adolf von Koenen (1837-1915) und interessierte sich ab da auch für  Erdgeschichte. Walther arbeitete zunächst als Landwirt, aufgrund seines wissenschaftlichen Enthusiasmus wurde er trotz fehlendem Abitur an der Universität Jena aufgenommen, wo er  Botanik, Philosophie und Zoologie studierte. Nach der Promotion in 1882 studierte er Geologie und Paläontologie in Leipzig und München. Er fand eine Anstellung als Dozent in Neapel, wo er die Gelegenheit hatte die Sedimente des Golf von Neapel zu studieren. Im Sommer 1884 kartierte er zusammen mit Edmund von Mojsisovics (1839-1907) die Nördlichen Kalkalpen. Walther verglich die Verteilung der Gesteine im rezenten Golf von Neapel mit den fossilen Gesteinen der Kalkalpen bzw. die Rolle von kalkabscheidenden Organismen im Aufbau von Sedimentgestein. Rezente wie fossile Kalkriffe bleiben eines seiner Steckenpferde, studiert er sie doch in den folgenden Jahren in Ägypten, Sinai, Indien und Sri Lanka. Er bereist Zentralasien und schließlich in 1914 Australien.
 

Walther war der Erste, der beobachtbare Sedimentationsprozesse (vor allem im marinen Bereich) der Gegenwart anwandte um die Sedimentationsprozesse in  der Vergangenheit zu verstehen, vor allem in seinem Werk "Einleitung in die Geologie als historische Wissenschaft" führte er diese Vorgehensweise, die auch heute noch in der modernen Geologie angewendet werden kann, zu ihrer Vollendung.

Abb.1. Der Rosengartens (Dolomiten) zeigt beispielhaft das Übereinanderliegen und Verzahnung verschiedener Fazies - über eine horizontale Karbonatplattform (Contrin-Formation) liegen Tiefseeablagerungen der Buchenstein-Formation, diese werden von links nach rechts von Riffschutt der Schlern-Formation überschüttet.

Abb.2. Profil gezeichnet von Mojsisovics von Mojsvar, 1879.
 

Literatur:
 

HUBMANN, B. (2009): Die großen Geologen. Marix-Verlag: 192

Erdexpansion, oder die Geschichte der "wachsenden Erde"

„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 Pangäa war 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.

Von den Untiefen der Meere zu den Gipfeln der Welt

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

Die Geburt und der Tod von Kontinente

Als Alfred Wegener seinen Superkontinent Pangäa vorschlug, war der Mechanismus der Kontinente bewegen konnte noch unbekannt. Es war allerdings bekannt das Gebirge aus Meeressedimenten gebildet wurden. 

Am 6. Juni 1924 suchte der Geologe Noel Ewart Odell (1890-1987) nach Fossilien von Meereslebewesen, 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 (1908-1993) in die Geologie einführen. Wilson wird wiederum den Wilson-Zyklus beschreiben, wie aus Meeresbecken durch Einengung Gebirge geformt werden, diese dann wiederum abgetragen werden 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 symmetrisch verteilt waren. Geologe 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 gleiche 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 35mm 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 absinkt, 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.

Erzpflanzen, des Geologen beste Freunde

"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. Pflanzen mit tiefgreifenden Wurzeln die auf Klüften vorkommen sind zum Beispiel die Edelraute, die Primel und verschiedene Steinbrech-Arten.
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.

Carl von Linné (1707-1778) bemerkte das Pflanzen gewisse Ansprüche an ihren Lebensraum stellen und Alexander von Humboldt gilt als Wegbereiter der Pflanzengeographie und stellte Pflanzen und ihre Verbreitung mit abiotischen faktoren (Klima, Boden) her.
 
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.

Georg Ernst Wilhelm Crome (1781-1831) publizierte in 1812 "Der Boden und sein Verhältnis zu den Gewächsen" als Leitfaden für Bauern und Förstern. 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

Strukturgeologie und Mittelalterlicher Bergbau

"Vermittelst seines bei sich habenden Perg Geists das Perg Männlein beschwören, Unnd aus Irrer Anntworth Clüfft und Geng, im Gebürge erfahrn...“
Beschreibung eines gewissen Hanns Aufinnger, der um 1607 behauptetet mittels eines Wurzelmännchens mit den Berggeistern in Kontakt treten zu können.

„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. Seine Vermessungen und genaue Karten waren so wichtig das bei unsauberen Arbeiten dem Markscheider Strafen angedroht wurden, von einer Geldbuße bis hin zu Gefägnis.
 

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 Knotenschnüre 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. Die Abbildungen der Mundlöcher des Stollens auf alten Grubenkarten können auch Hinweiße auf die Auszimmerungsart und somit Charakter des anliegenden Terrains geben.

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).
 

Literatur:
 

JONTES, G. (2007): Das Schwazer Bergbuch als Quelle zur Montanvolkskunde. Geo.Alp, Sonderband 1.: 63-71