Star Trek und die Geologie: Leben, Jim. Aber nicht wie wir es kennen

„Der Weltraum, unendliche Weiten. Wir schreiben das Jahr 2200. Dies sind die Abenteuer des Raumschiffs Enterprise, das mit seiner 400 Mann starken Besatzung 5 Jahre unterwegs ist, um fremde Galaxien zu erforschen, neues Leben und neue Zivilisationen. Viele Lichtjahre von der Erde entfernt dringt die Enterprise in Galaxien vor, die nie ein Mensch zuvor gesehen hat.“

In der Folge "Horta rettet ihre Kinder" (1967) landet die Crew der Enterprise auf den Planeten Janus VI wo die Sternenflotte eine Bergbaukolonie betreibt. Janus VI ist laut der Klassifikation im Star Trek Universum ein Typ E-Stein-Eisen-Planet, reich an Metallen wie Gold, Uran, Platin, Cer und Pergium, ein fiktives Element. Eine relativ junge Welt, um die 1,3 Milliarden Jahre alt, ohne sichtbare Atmosphäre und anscheinend ohne einheimische Lebensformen. Allerdings werden die Bergleute, nachdem sie tief in das Planeteninnere eingedrungen sind, plötzlich von einem grauenhaftem Monster angegriffen. Spock, der wohl sein geologisches Einfühlungsvermögen anwendet, vermutet schon bald, dass es sich bei dem Wesen um eine Lebensform handeln könnte, die auf Silizium basiert.

"Das Leben wie wir es kennen, basiert gewöhnlich auf den verschiedensten Kombination von Kohlenstoffverbindungen. Aber es könnte auch etwas existieren mit ganz anderen Elementen. Mit der Grundlage Silizium.“

 

Auf der Erde beruht das Leben, so wie wir es kennen, auf Kohlenstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff mit Spuren von Kalium, Calcium, Magnesium, Eisen, Phosphor und Schwefel.
Kohlenstoff ist auf der Erde ein idealer Ausgangsstoff für Leben da er unter  terrestrischen Temperaturbedingungen stabile und komplexe Moleküle bilden kann. Verbindungen zwischen Kohlenstoff-Kohlenstoff, Kohlenstoff-Sauerstoff und Kohlenstoff-Wasserstoff sind außerordentlich stark, die Moleküle sind aber gleichzeitig gut in Wasser löslich. Moleküle die in einer Flüssigkeit frei beweglich sind, sind eine wichtige Voraussetzung für einen funktionierenden Stoffwechsel.

Silizium ist sehr häufig auf der Erde wird aber kaum von terrestrischen Lebensformen genutzt. Mikroorganismen wie Kieselalgen und Strahlentierchen nutzen Silaffine (kurze Peptide die zur Stabilisierung verwendet werden) und amorphe Silizium-Hydrogele um ihre filigranen Schalen aufzubauen. Unter höheren Organismen sind nur Kieselschwämme in der Lage Silizium zu verwenden. Allerdings nutzen diese Organismen Silizium nur für Schalen und Stützelemente, es spielt keine  Rolle in ihrem Stoffwechsel.
Theoretisch könnte Silizium aber auch für Gewebe, Organe und sogar einen alternativen Stoffwechsel verwendet werden.  Das Element findet sich im Periodensystem neben Kohlenstoff und weist einige chemische Ähnlichkeiten auf.  Silizium bildet wie Kohlenstoff stabile Bindungen mit sich selbst und Elementen wie Kohlenstoff, Germanium, Stickstoff, Phosphor, Sauerstoff und Schwefel.

„Eine Siliziumknolle, davon gibt´s Millionen da Unten, leider sind sie wertlos."
„Immerhin ist es eine geologische Kuriosität! Pures Silizium!“
„Einige Spurenelemente, aber hören sie, sie sind doch nicht hergekommen um Steine zu suchen."

Solche Silane können große Moleküle bilden, Ketten, Röhren und Schichten, die in einem hypothetischen Organismus verwendet werden könnten um einen Zellkörper aufzubauen.

Allerdings sind diese Verbindungen unter terrestrischen Bedingungen den Kohlenstoff-Molekülen unterlegen. Silizium ist sehr reaktionsfreudig und verbindet sich gern mit Sauerstoff. Eine hypothetische Silizium-Lebensform würde Probleme mit der Atmosphäre der Erde haben, die bis zu 21% aus Sauerstoff besteht. Der Körper der Silizium-Lebensform würde langsam von den Gasen und Wasser in unserer Atmosphäre zersetzt werden. In der Star Trek Folge wird erwähnt das die fremde Lebensform, die sich selbst Horta nennt, aus einer Sauerstofffreien Umgebung, tief im Inneren des Planeten verborgen, stammt. Tatsächlich könnten Silizium-Moleküle in einer reduzierenden und trockenen Atmosphäre funktionieren. 

Ein weiteres Problem für Silizium ist Wasser. Während reines Silizium mit Wasser reagiert, sind Wasserstoff-Silizium Verbindungen schwer löslich. Ein Stoffwechsel kann so nicht funktionieren, es braucht daher eine geeignete Alternative. Als ein solches alternatives Lösungsmittel könnte flüssiges Methan und Ethan verwendet werden. Aber gibt es Planeten auf (oder in) denen Kreaturen wie die Horta überhaupt existieren könnten? Wir müssen nicht weit reisen um eine solche Umgebung tatsächlich zu finden. Die Oberfläche des Saturnmonds Titan ist so kalt, um die -200°C, das sich das auf der Erde gasförmige Methan verflüssigt und Seen und Flüsse bildet. Silizium-Moleküle sind relativ kälteunempfindlich, theoretisch könnte ein solcher Stoffwechsel in einer solchen Umwelt tatsächlich funktionieren.

Ob allerdings tatsächlich eine auf Silizium basierende Lebensform irgendwo da draußen exisitiert, das steht in den Sternen...
 

Geologische Katastrophen und das Aussterben von Arten

Das Aussterben einer Art gehört zur Geschichte des Lebens auf der Erde. 99% aller Arten die in den letzten dreieinhalb Milliarden Jahre hier gelebt haben sind auch wieder ausgestorben. Von in prähistorischen Zeiten ausgestorbenen Arten bleiben nur Knochen und Fossilien übrig, in historischen Zeiten kommen Abbildungen und Beschreibungen und in modernen Zeiten auch Photos dazu (das erste Buch mit Tierphotographien wurde 1844 veröffentlicht). Seit 400 Jahren beobachtet man eine Zunahme der generellen Aussterberate bei Säugetiere, Reptilien und Vögel. Oft spielt dabei der Mensch eine Rolle, aber auch geologische Katastrophen können eine Art an den Rand des Aussterbens bringen … und darüber hinaus.
 

Das Aussterben des Atitlántaucher (Podilymbus gigas) am See von Atitlán (Guatemala) wurde durch die Naturforscherin Anne LaBastille (1935-2011) sehr detailliert dokumentiert. Neben anthropogenen Ursachen führte auch ein Erdbeben zum Aussterben dieser Vogelart.

Abb.1. Der Atitlántaucher, Bild aufgenommen von David G. Allen.

Die lokale Industrie und der Tourismus übernutzten den See und führten zu weitreichenden Habitatzerstörung. Vor allem der Schilfgürtel, Brutgebiet des Wasservogels, wurde zerstört. Die Population des Atitlántaucher begann daher ab 1958 stetig zurückzugehen. Im Februar 1976 gab es in Guatemala ein schweres Erdbeben. Bei diesem Beben brach das Seebett, und ein unterseeischer Abfluss sorgte dafür, dass sich der Wasserspiegel um über 6m senkte. Das letzte Reservat für den Taucher lag nun auf dem Trockenen, der Schilfgürtel vertrocknete und starb rasch ab. Versuche neue Schilfgürtel anzulegen schlugen fehl. Bis 1980 waren 60 % des Schilfgürtels am See vernichtet worden. 1983 war der Bestand der Taucher auf 32 Tiere gesunken.  1989 zählte man nur noch zwei Exemplare. Als diese beiden verbliebenen Vögel auch verschwanden, wurde der Atitlántaucher offiziell für ausgestorben erklärt.
 
Steinschlag führte fast zum Aussterben der Lord Howe Island Baumhummer (Dryococelus australis). 

Abb.2. Der Baumhummer.

Wenige Exemplare überlebten rund um einen einsamen Melaleuca-Busch in der beinahe senkrechten Felswand der Pyramide von Ball, ein 562m hoher erodierter Vulkanschlot der sich 600km vor der Küste Australiens mitten im Pazifik erhebt. Der Baumhummer wurde 1920 zum letzten mal auf der Lord Howe Insel beobachtet. 44 Jahre später bemerkten einige Kletterer ein seltsames totes Insekt während eines Besteigungsversuch der Ball-Pyramide. In 2001 machten sich zwei Zoologen auf der Suche nach einem lebenden Exemplar. In 200m Höhe fanden sie den besagten Busch mit 24 Exemplare des Baumhummers. Aufgrund der kleine Population ergab sich eine langwierige Diskussion ob man einige Exemplare für die Wissenschaft und eventuelle Nachzucht sammeln könnte. Nach zwei Jahren wurde schließlich beschlossen zwei Pärchen zu entnehmen - zum Schrecken der Forscher hatte sich aber ein Felssturz in der betreffenden Felswand ereignet. Glücklicherweise hatte dieser den Myrtenheiden-Busch gerade noch verschont.
 
In der Vergangenheit lebte auf der Karibischen Insel von  Martinique eine Art von Riesenmaus - Megalomys desmarestii die im Jahre 1654 durch den französischen Naturforscher Jean-Baptiste Du Tertre beschrieben wurde, der sich dabei auch auf indigene Kochrezepte für einheimische Arten beruft. 

Abb.3. Präparat von der Karibischen Riesenmaus.

Bis 1890 war die Art generell häufig, aber Jagd, Habitatzerstörung und Konkurrenz mit eingeschleppten Arten (vor allem Jagd durch Mangusten) führte zu einer drastischen Abnahme der Population. Kleinere Gruppen überlebten an den Hängen des Berges La Pelée - einen ruhender  Vulkan. Im April 1902 erwachte der Vulkan. Am 8 Mai 1902 kam es zu einem verheerenden Ausbruch mit pyroklastische Strömen, dabei wurde die Hafenstadt St. Pierre völlig zerstörten, möglicherweise 40.000 Menschen kamen dabei um. Die Abhänge des Vulkans waren völlig verwüstet worden und kein Tier hatte dort überlebt. Spätere Expeditionen konnten keine Spuren der Riesenmaus mehr auf Martinique finden. Der Ausbruch des La Pelée hat möglicherweise das Aussterben dieser Art besiegelt.

Das 7.8M Erdbeben das am 14 November Neuseeland erschütterte forderte zwei Menschenleben und verursachte großen Schaden, darunter zahlreiche Massenbewegungen und Felsstürze. Huttons Sturmtaucher (Puffinus huttoni) oder auch kaikoura titi ist ein Vogel der entlang der Küste von Kaikoura brütet. Der Vogel gräbt Bruthöhlen in den steilen Abhängen der Kaikoura Küste und in den nahen Bergen. Die Art wird seit 1960 als gefährdet betrachtet, da verwilderte Schweine und Hermeline die Brut zerstören, und die einzigen zwei noch existierenden natürlichen Brutkolonien könnten durch das Erdbeben  stark in Mitleidenschaft gezogen worden sein. Bei einem Vorbeiflug wurde bemerkt das die größere der beiden Kolonien teilweise durch eine Rutschung verschüttet worden ist, wobei nicht nur die Bruthöhlen zerstört wurden sondern auch zahlreiche brütende Vögel getötet worden sind. 25% der Population des Sturmtauchers könnte so umgekommen sein. Auch könnten die Tiere ihre Brutkolonie auf lange Zeit hin verloren haben. Ein schwerer Schlag für diese Art die sich in den letzten Jahren relativ erholt hatte. 

Abb.4. Huttons Sturmtaucher.
 
Literatur:
 
FULLER, E. (2014): Lost Animals - Extinction and the Photographic Record. Princeton University Press: 240

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.

Tiere im Sagensschatz des Bergbaus

Die schwierige Suche nach Erzadern, neben geologischen Kenntnissen zählt auch jede Menge Glück dazu, führte dazu das das einfache Volk sich den Bergsegen in den Alpen nur durch zauberkundige oder unheimliche Kräfte erklären konnte - manchmal in der Gestalt von Tieren.

In zahlreichen Sagen wird die Erzader einer Person durch übernatürliche Wesen oder Kräfte zum ersten Mal aufgezeigt, wie gutgesinnte Berggeister. Daneben gibt es auch Sagen die als Helfer die zauberkundigen Venedigermandl (italienische Bergleute) angeben. Eine dritte Variante schließlich gibt Tiere als Erstentdecker an. 

Tiere spielen in mancher Sage zur Gründung eines Bergwerks eine wichtige Rolle, vor allem in der Steiermark, Tirol und im Salzburgischen Land. Meist sind es Pferde, Ochsen, Ziegen oder Jagdwild die mehr oder weniger zufällig eine Erzader anzeigen. Laut Sage wurde das Erz von Schwaz in Tirol duch eine wilden Stier entdeckt, der mit seinen Hörnern das Erdreich aufwühlte und die Erzader so bloßlegte. Die selbe Sage erzählt man sich über die Entdeckung des Kupfers bei Prettau. In Brixlegg (ebenfalls in Tirol) wird eine Grube „Geyer“ genannt, da laut Überlieferung einst ein Jäger in einem Geiernest lauter Erzbrocken fand und so das Erzaufkommen erst bekannt wurde. 

In einer Variante dieser Sage wirft ein Hirte einer störrischen Kuh einen Stein hinterher. Ein Berggeist, der zufällig vorbeikommt ruft daraufhin aus „Halt Bua! Da Stoan gilt mehr als d´Kuah!!“ Es stellt sich heraus das der Stein aus Erz oder Gold besteht. Selbst Paracelsus, der sich als Mediziner und Alchemist für Metallurgie und Bergbau interessierte, erwähnt diese Sage in einem Schreiben um 1603.

 

Abb.1. Der Teufel, erkennbar an seinen Ziegenfüßen, übergibt Knappen das Geheimnis einer reichen Erzader – zum Preis ihres Seelenheils. Aus der „Schweizer Bilderchronik des Luzerner“ des Diebold Schilling (1513).

Auch über das Ende eines Bergwerks wird oft in Zusammenhang mit Tieren berichtet. Einst, so die Sage aus Halle, zogen die verzogenen Knappen von Schwaz nach einem ausgiebigen Gelage einem zufällig vorbeikommenden Ochsen aus Jux die Haut bei lebendigen Leibe ab. Die Knappen fuhren danach in die Stollen ein, aber die Strafe für ihre Frevel folgte bald. Die Berggeister erwürgten jeden einzelnen von Ihnen und die Stollen füllten sich mit Wasser. Noch heute fließt ein Rinnsal aus dem ehemaligen Bergwerk, noch immer blutrot gefärbt (vielleicht eine Anspielung an Erzauscheidungen aus dem Grubenwasser). Diese Sage ist in Nord- und Südtirol in verschiedene Varianten, die sich hauptsächlich in den grausamen Details unterscheiden (so wird zusätzlich noch Salz auf den Wunden des Tieres gestreut), recht verbreitet.

Abb.2. Hans Holbein d.J., Bergbau in den Alpen (Mitte 16. Jh.).

Literatur:

PETZOLDT, L. (1990): Knappentod und Güldenfluss“ zu den Bedingugen bergmännischer Folklore in Tirol. In AMMANN, G. „Silber, Erz und Weisses Gold, Bergbau in Tirol“ Innsbruck.

Carl von Linné und sein schwieriges Verhältnis zu Fossilien

Carl von Linné  (1707-1778) ist berühmt für die Einführung der binären Nomenklatur mit Gattungs- und Artname und der Klassifizierung alles irdischen Lebens. Weniger bekannt ist das er auch Mineralien als Regnum lapideum in seinem Werk „Systema Naturae" (1735) behandelt und eine Einteilung nach äußeren Merkmalen, besonders der Kristallform, vorschlägt.

 

Abb.1. Carl von Linnés "Systema Naturae", Ausgabe von 1770, mit einer Tafel die verschiedene Kristallformen zeigt.

Fossilien wurden dagegen eher stiefmütterlich behandelt. Das berühmte Skelett eines Riesensalamanders teilt er als Homo diluvii testis den Anthropolithen (Menschenstein) bzw. Zoolithus Petrifactum (von zoon= Geschöpf oder Gestalt und lithos=Stein) zu. 

Die Bezeichnung spricht dafür das Linné Fossilien als Steine, die nur dem Äußeren nach Tieren ähneln, betrachtet und er teilt sie auch dementsprechend den „echten Steinen und Mineralien“ zu. Vor Linné hatten einzelne Naturforscher Fossilien bereits als versteinerte Lebewesen gedeutet, aber dank Linnés Arbeit und Autorität  wird diese Erkenntnis  fast weitere 100 Jahre brauchen um sich endgültig durchzusetzen.

Mikroorganismen in der Erdkruste

"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 (80-130°C), giftige Seen (pH 2-11, Picrophilus bei pH 0.7), lebendig begraben in Tiefseesedimente oder in Wassertaschen von Eis und Schnee entdeckt. Nanoarchaeum equitans ist die kleinste bekannte Lebensform, immer aufsitzend auf Ignicoccus, ist es von den schwarzen Rauchern der Tiefsee beschrieben. In der südafrikanischen Mponeng-Mine wurden Mikroorganismen in 2.800m Tiefe in 60°C heißen, uralten Grundwasser gefunden. Der Bacillus infernus lebt in Gesteinsklüften aus einer Tiefe von 5.278m und theoretisch könnte Leben bis in einer Tiefe der Erdkruste von 3 bis 10km existieren, wo die Temperaturen noch unter 113-120°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 werden und Acetat kann seinerseits zu Methan abgebaut 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, Wasser-Molekülen und Gas 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

Die Geologische Eroberung der Alpen: II. - Vom Gamsgebirg zu erforschter Wildnis

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.  Konrad Gessner war begeisterter Botaniker der Berge, in 1551 veröffentlicht er "Historiae Animalium" (4 Bände 1551-58 und 5 Band 1587). In 1555 ersteigt er den Pilatus (2.128m) und veröffentlicht seine Erfahrung im Werk "Descriptio Montis Fracti Juxta Lucernam".
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...

Der "Serapistempel" in der Geschichte der Geologie

Drei Säulen, am Eingang zu einem ehemaligen römischen Markt im italienischen Städtchen von Pozzuoli, spielten eine wichtige Rolle in der Geschichte der Geologie. Es sind eher unscheinbare Ruinen,  wären da nicht bis in über 7m Höhe seltsame Fraßspuren im Stein - Spuren von Bohrmuscheln. Bohrmuscheln leben im nahen Mittelmeer, doch wie ist es möglich das sie ihre Bohrgänge in die Säulen frästen - dazu müssten die Säulen zunächst auf dem Festland gebaut worden sein, dann untergetaucht und anschließend wieder emporgehoben worden sein.

Die Säulen von Pozzuoli, fälschlicherweise auch als Säulen des Serapistempels bezeichnet, sind insgesamt 48, die höchste noch erhaltene Säule ist 12m hoch, die Bohrgänge erstrecken sich in einem Gürtel zwischen 3,6 und 6,3m. Die Markthalle stand bis ins Jahre 205 n. Chr., verfiel danach und wurde bis in einer Höhe von dreieinhalb Meter von Schutt bedeckt. Sie wurde zumindest einmal von Meerwasser bedeckt, danach angehoben und steht heute wieder teilweise unter Wasser.

 

Abb.1. Grundriss der römischen Markthalle von Pozzuoli, Schema einer Säule und veraltete Rekonstruktion der Absenkung und Hebung in den letzten 2.000 Jahren, aus MEDWENITSCH 1967. 

Zwischen 1830-33 publizierte der schottische Geologe Charles Lyell sein Werk "Principles of Geology", in dem er argumentierte, das die Oberfläche der Erde nicht durch plötzliche (zumeist unbekannte) katastrophalen Ereignisse geformt worden war, sondern durch die graduelle Wirkung von auch heute beobachtbaren Phänomenen. Die Säulen von Pozzuoli waren ein wichtiges Argument für die Theorie des "Aktualismus" - so wichtig, dass sie in Lyell´s Werk sogar auf den Innenumschlag abgebildet wurden, die erste Abbildung im gesamten 3-bändigen, Werk. Die Bohrmuschelgänge bewiesen nicht nur gewaltige vertikale Erdbewegungen in der Vergangenheit (mindestens bis zu 7m), sondern das die Säulen dabei aufrecht stehen blieben wies darauf hin, dass diese Bewegungen langsam, aber konstant, abliefen. Lyell konnte sogar die Ursachen dieser tellurischen Bewegungen in Pozzuoli erklären. Erst um 1538 war bei einer Eruption der 123m hohe Schlackenkegel des Monte Nuovo entstanden, die Gegend war eindeutig vulkanisch noch aktiv und durch Aufstieg von unterirdischem Magma angehoben worden. 

Allerdings war dies nicht die einzige Arbeitshypothese.

In 1786 hatte Johann Wolfgang von Goethe Pozzuoli besucht und als überzeugter Anhänger des Neptunismus, für den vulkanische Aktivität nur ein unbedeutendes lokales Phänomen war, war die Rolle die Lyell dem Magma bei der Bewegung der Erdkruste - vielleicht gar bei der Entstehung von Bergen - zubilligte ein rechter Dorn im Auge. Er schlug daher eine alternative Erklärung vor. Die Bohrmuscheln hatten demnach in Lagunen gelebt, die zeitweise durch Schutt aufgestaut worden waren, wobei auch die Ruinen des Serapistempels überflutet worden waren. 

 

Abb.2. aus J.W. von Goethe "Tagebuch der italienischen Reise 1786".

Allerdings verlor der Neptunismus zunehmend an Bedeutung, da immer mehr Hinweise darauf schließen ließen das vulkanische Aktivität eines der wichtigsten Elemente der Erddynamik waren.
 
Was Lyell noch nicht wissen konnte, die Bewegungen die durch aufsteigendes Magma verursacht werden sind überraschend schnell und erfolgen unregelmäßig. Neueste Datierungen deuten hin, dass die Säulen zwischen dem 5. und 15. Jahrhundert dreimal (nicht nur einmal wie in den älteren Rekonstruktionen) für einige Jahrzehnte ins Wasser tauchten und dann wieder emporgehoben wurden. Auch der Mechanismus der Bewegungen ist komplizierter als gedacht. Austeigendes Magma hebt  nicht etwa den Boden an, sondern Fluide aus dem Magma erhitzen das Grundwasser, das sich daraufhin ausdehnt und den Boden anhebt. Da die Grundwasserleiter sich über eine große Fläche erstrecken, kann das Wasser aber auch rasch wieder abströmen und der Grund senkt sich (geologisch gesehen) rasch wieder.

Literatur:

MEDWENITSCH, W.(1967): Zur Geologie der süditalienischen Vulkane Exkusionsführer. Mitteilungen der Geologischen Gesellschaft in Wien. Band 59, Heft 1: 120 +Farbtafeln
RUDWICK, M.J.S. (2008): Worlds before Adam - The Reconstruction of Geohistory in the Age of Reform. The University of Chicago Press: 614.

Geo-Mythologie: Die Goldameisen des Herodot

In allen Kulturen spielten - vor allem vor dem Aufkommen des naturwissenschaftlichen Weltbildes - mündliche Überlieferungen eine wichtige Rolle um Naturerscheinungen zu erklären. Es gibt drei Stufen von Erzählungen:

• Märchen sind reine Fantasiegeschichten, die sich weder zeitlich noch lokal festmachen lassen.
   
• Legenden beinhalten einen wahren Wert, darüber hinaus enthalten sie aber auch eine religiöse Komponente, klassische Beispiele sind Geschichten von Heiligen, die mit vorbildhaften Lebensläufen oder Wunder der religiösen Bedeutung der Erzählung Nachdruck verleihen.
   
• Sagen und Mythen enthalten einen höheren Realitätsanspruch, es spielen Menschen, Orte und Gegebenheiten der jeweiligen Zeit eine Rolle. Oft haben sie ihren Ursprung in einer verbürgten historischen Begebenheit.

Die Geo-Mythologie versucht geologischen Phänomene oder Ereignisse, die hinter einem Mythos stehen könnten, zu ergründen und die Geschichte hinter einer Sage zu erforschen.

 "Allemsig müsst ihr sein, ihr Wimmelscharen; nur mit Gold herein! Den Berg lasst fahren!"
- so singt der Chor der goldsammelnden Ameisen im Faust - Der Tragödie zweiter Teil (1825-31). Autor und Geologe Johann Wolfgang von Goethe greift hier in seinem Werk eine sehr alte Sage auf.
 

Bereits der Grieche Herodot (~490-424 v. Chr.) berichtet über goldsammelnde Ameisen, von wo der Mythus rasch in die  griechische und römische Kultur übergeht, z.B. beim römischen Naturforscher Plinius d. Ä. (~23-79 n. Chr.). Laut Herodot gibt es in einem abgelegenen Landstrich von Indien Ameisen, kleiner als Hunde, aber größer als Füchse, die beim Graben ihrer Baue und Nester auch Gold zutage fördern. Während den heißesten Stunden des Tages verkriechen sich die Ameisen in ihren Bauten, die Einheimischen nutzen die Gunst der Stunde und sammeln das goldhaltige Gestein, müssen aber auf der Hut sein, da die Ameisen, falls sie den Diebstahl bemerken, sofort die Verfolgung aufnehmen würden. 

Wahrscheinlich hat Herodot selber diese Erzählung vom griechischen Geografen Hekataios von Milet (560-480 v.Chr.) übernommen. Über byzantinische und karolingische Quellen erreicht der Mythus schließlich das Mittelalter und reicht sogar bis in die Neuzeit (z.B. scheint er noch bei Georgius Agricola, 1494-1555, auf). 

Über den eigentlichen Ursprung dieser Sage wurde lange gerätselt. In 1799 formulierte Graf von Veltheim eine erste Theorie um den seltsamen Vergleich zwischen Ameisen und Füchse zu erklären. Im ehemaligen Tartarenreich (Grenzgebiet von Tibet und China) wuschen Gefangene das Gold nicht mit den üblichen Gamsfell, sondern mit Fuchsfellen aus dem Schlamm. Die Füchse wurden nahe der Minen regelrecht gezüchtet und ihre zahlreichen Baue hätten einem Beobachter wahrscheinlich an die zahlreichen Zugänge eines Ameisennest erinnert.
 

Eine andere Erklärung liegt möglicherweise in einem Übersetzungsfehler. In Der altaischen Sprache, die in goldhöffigen Gebieten des Himalaya gesprochen wird, klingt die Bezeichnung für Murmeltier ähnlich dem Sanskrit für Ameise bzw. Gold (!). Die Beschreibung von grabenden Murmeltieren, die vielleicht goldhaltigen Sand zutage brachten, könnte so zum Bild von der goldgrabenden Ameise geführt haben. Auch wird im Persischen das Murmeltier als "Bergameise" bezeichnet, und Herodot könnte einfach diese Bezeichnung übernommen haben.
Tastächlich konnte der französische Ethnologe Michel Peissel, unterwegs im Hindus-Gebiet, in den 90' Jahren beobachten wie Murmeltiere (Marmota borak) in goldhaltigen Sand ihre Grabtunnel anlegten und die Einheimischen versicherten ihm, dass man im Auswurfsmaterials Gold finden konnte.
 

Doch es scheint, dass im Mythos von goldgrabenden Ameisen doch noch ein Körnchen Wahrheit steckt.
 
"Ant Hill Garnets" sind nach der Fundmethode benannt und stammen vorwiegend aus Arizona. Die Ameisen dort transportieren die Granate, die sie beim Graben ihres Baues im Sediment vorfinden, außerhalb ihres Baus und so an die Oberfläche, wo Regen sie am Fuß des Ameisenhügels zusammenschwemmt. Auch wenn Ameisen in der Lage sind große Lasten zu transportieren, umgraben sie größere Steine und selektieren Körner die ungefähr bei einem Gewicht um 1 Karat (0,2g) liegen. Ameisen als Prospektoren wurden auch dazu benutzt um Lagerstätten von Diamanten und Olivin (interessant als Indikator für Kimberlit-Gänge, die Diamanten-führend sein können) aufzufinden - und anscheinend können sich die emsigen Arbeiter auch für Goldnuggets interessieren.


 
Nicht nur Geologen, auch Archäologen können von grabenden Tiere profitieren. Maulwürfe graben bis zu 200 m lange Gänge und erreichen eine Tiefe unter der Erdoberfläche von bis zu 1m. Als 2008 der deutsche Archäologe Günther Wieland im Grösseltal (Baden-Würtemberg) Maulwurfshügel untersuchte, fand er im Auswurf Schlacken von Eisenerzen. Eine anschließende Grabung konnte keltische Verhüttungsöfen, um die 2.500 Jahre alt, nachweißen. Von Maulwürfen zutage gebrachte rotgefärbte Erde kann durch Hitzewirkung von Feuer und Öfen stammen, Holzkohlestücke können auf eine Kulturschicht hinweisen.
Allerdings gilt eine Einschränkung - Maulwürfe bevorzugen nicht zu feuchte und zu trockene Böden.
 
Literatur: 

OKROSTSVARIDZE, A.; GAGNIDZE, N. & AKIMIDZE, K. (2014): A modern field investigation of the mythical “gold sands”of the ancient Colchis Kingdom and “Golden Fleece” phenomena. Quaternary International, In Press: 9
REIMER, T. (2005): Kleiner als Hunde, aber größer als Füchse. Die Goldameisen des Herodot. Nodus Publikationen, Münster : 292

Lug, Betrug und jede Menge falscher Spuren

Versteinerte Kopulierenden Frösche?

Es ist eine der klassischen Anekdoten aus der Frühzeit der Paläontologie: Im Jahre 1725 wurden dem Professor der Medizin und Leibarzt des Bischofs von Würzburg, Dr. Johann Bartholomäus Adam Beringer (1667-1738), einige seltsame Stein zugespielt. Auf den Steinen waren klar erkennbar die Umrisse von Tieren, Pflanzen und unbekannten Wesen zu sehen - Beringer wusste sofort dass dies eine besondere Entdeckung war - ein Wunder dar Natur, vielleicht gar eine göttlichen Schöpfung. Er versprach den drei Burschen, die die ersten Steine angeblich gefunden hatten, für jeden weiteren Stein eine reiche Belohnung. Schon nach kurzer Zeit hatte er eine große Sammlung angelegt, die auch entsprechend der Bedeutung publiziert werden sollte. Im Jahre 1726 veröffentlichte Beringer eine Monographie mit 14 Kapiteln und 21 Druckplatten, die die 204 schönsten Stücke abbildeten - die "Lithographia Wirceburgensis". Doch dann wurde der Schwindel aufgedeckt - zwei Kollegen von Beringer,  der Mathematiker Jean Ignace Roderique (1697-1756) und der Theologe Johann Georg von Eckhardt (1664-1730), hatten die Figuren von den drei jungen Burschen in die Steine ritzen lassen und anschließend Beringer untergejubelt. Dieser hatte die plumpen Fälschungen nicht erkannte und als echte Fossilien angesehen! Ein Gelehrter mehr dem Aberglauben zugetan als der reinen Wissenschaft!
Beringer verbrennt daraufhin verbittert all die Exemplare der "Lithographia Wirceburgensis" und zerstört die Druckplatten, Roderique und Eckhardt mussten die Stadt verlassen aufgrund ihres unehrenhaften Betrugversuchs.

Fast jeder Student der Geowissenschaften kennt diese oder eine ähnliche Version des Mythos der "Würzburger Lügensteine" - mehr als 400 Lesesteine aus Muschelkalk die mit höchst seltsamen Figuren verziert sind. Allerdings deutet vieles darauf hin, dass diese Geschichte selbst eine Fälschung aus dem 19. Jahrhundert ist.

Es ist nicht ganz klar wenn Beringer die ersten Steine erhalten hat. Er selbst behauptet dass dies im Mai 1725 geschehen ist bzw. er die Steine sogar selbst entdeckt hat! Auf jeden Fall beauftragte er zwischen Juni und November desselben Jahres die Gebrüder Hehn, den Burschen Kerl Zänger und eine vierte Person, die unbekannt geblieben ist, mit der "Ausgrabung" von weiteren Steinen.
Beringer beginnt sofort mit der Beschreibung der ersten Fundstücke, bestellt die Druckplatten für die geplante Monographie und publizierte bereits im Oktober 1725 eine kurze Stellungsnahme zu den Funden (bzw. der Tradition der Zeit folgend eine Vorbericht zum geplanten Buch). Bereits jetzt werden die Funde angezweifelt, allerdings präsentierte Beringer den Skeptikern verschiedene Berichte von Augenzeugen, die bei der Ausgrabung der Steine auf dem Hügel nahe Würzburg sogar dabei gewesen sein wollen. Von Eckhardt und später Roderique sollen die angebliche Fundstelle begutachten. Sie finden zwar keine Steine, allerdings auch keine Beweiße eines Betrugs oder Täuschung. 

Um den weiteren Verlauf der Geschichte besser zu verstehen, muss man sich den damaligen aktuellsten Wissenstand zu Fossilien vergegenwärtigen. Die Entstehung von Fossilien wird generell noch als Wunder angesehen. Erst 1669 hatte der Däne Niels Stensen eine Abhandlung publiziert in der zumindest nachgewiesen wird dass Fossilien anscheinend versteinerte Lebewesen sind (wobei der Prozess der Versteinerung unklar bleibt). Daraufhin deuten einige wenige Gelehrte die Fossilien als Reste der Lebewesen die durch die Sündflut verschüttet wurden - allerdings bleiben magisch-metaphysische Erklärungen, wie eine formgebende (göttliche?) Kraft im inneren der Erde, hoch im Kurs. 

Beringer behauptet niemals dass die Würzburger Lügensteine echte Fossilien - also versteinerte Lebewesen gemäß der Sündflut-Theorie - sind, sondern deutet die Meißelspuren (!) auf einigen von Ihnen als direkte Spuren des Eingreifens einer göttlichen Macht. Damit bleibt er sogar im Bereich der damaligen "klassischen Wissenschaft" und wird keineswegs als weltfremder Spinner abgetan.

Im Frühjahr 1726 erhält Beringer tatsächlich einige Steine die von Roderique stammen. Beringer wird ertappt, allerdings führt er eine gewieften Schachzug aus: diese Steine mögen Fälschungen sein, allerdings sei damit nicht bewiesen dass die vorherigen Steine (die lange vor der Ankunft von Roderique in Würzburg aufgetaucht waren) ebenfalls Täuschungen sein müssen. Er ist selbstbewusst genug um sogar einen Prozess gegen die "Verleumdungen" anzustreben (der erst nach dem Druck der "Lithographia Wirceburgensis" enden wird). Die vier Burschen werden befragt, geben allerdings nur zu die Steine an Beringer verkauft zu haben - die Herkunft der Steine bleibt im Dunkeln. Allerdings erlebt Beringer eine kleine Niederlage: zwar wurde nicht nachgewiesen dass die Steine gefälscht wurden, allerdings wird diskutiert dass ähnliche Steine - im Gegensatz zu Beringers Versicherungen - von Menschen hergestellt werden können.
Die "Lithographia Wirceburgensis" wird gedruckt und ist ein großer Erfolg, allerdings nicht der absolute Gottesbeweis wie von Beringer erhofft.

Alle beteiligten Personen litten nicht besonders unter dem so genannten Skandal. Roderique verlässt Würzburg freiwillig im Jahre 1730 und arbeitet als hochangesehener Verleger, Eckhart´s Rolle beschränkte sich auf das Begutachten der angeblichen Fundstelle und Beringer rührt die Druckplatten seiner Monographie nicht mal an - im Jahre 1767 erscheint sogar eine zweite Auflage.
Es konnte nie eindeutig geklärt werden wer die Lügensteine des Jahres 1725 hergestellt hatte. Die Ausführung ist professionell und die gewählten Motive waren damals wohl nur gelehrten Personen geläufig (vor allem die Meerstiere). Es gab kein Hinweis dass gegen Beringer intrigiert wurde - allerdings bleibt anzumerken dass eine der involvierten Personen tatsächlich ein Motiv gehabt hätte. 
Beringers Gottesbeweis durch die eingeritzten Figurensteine war seinem Gönner, dem Bischof von Würzburg gewidmet - eine große Ehre wenn es denn wahr gewesen wäre. Beringer hatte die Mittel, die Kontakte, die Möglichkeit und bestimmt das Wissen um einen solchen großangelegten Fälschungsfall auf die Beine zu stellen. Es spricht einiges dafür, dass der größte Trick von Beringer nicht auf seine, sondern auf unsere Kosten gegangen ist…

Literatur

BEHRINGER, J.B.A. & HUEBER, G.L. (1726): Litographiae Wirceburgensis, ducentis lapidum figuratorum, a potiori insectiformium, prodigiosis imaginibus exornatae specimen. Würzburg 1726. Scan by www.BioLib.de
NIEBUHR, B. & GEYER, G. (2005): Beringers Lügensteine: 493 Corpora Delicti zwischen Dichtung und Wahrheit. Beringeria Sonderheft 5, Teil II: 188
NIEBUHR, B. (2006): Wer hat hier gelogen? Die Würzburger Lügenstein-Affaire. Fossilien 1/2006: 15-19

Können Tiere Erdbeben voraussehen?

 Zusammenfassung des ursprünglichen Artikels von Scientific American
"Can Animals Sense Earthquakes?"

Einer der frühesten Berichte die von einem "unnatürlichen" Verhalten von Tieren vor einem Erdbeben berichten, stammt vom römischen Historiker Aelian, der in 373 vor Christus über die Zerstörung der Stadt Helike berichtet: 5 Tage vor dem Erdbeben flüchtete ein langer Zug aus Ratten, Wiesel, Schlangen und Insekten aus der Stadt. In den folgenden Jahrhunderten folgen immer wieder Geschichten mit ähnlichem Ablauf: unerklärliches oder unruhiges Verhalten von Tieren bald darauf gefolgt von einer Katastrophe. 

 Abb.1. Viele Zeitungen (hier P.M. 6/2003), Dokumentation und vor allem Internetseiten publizieren gerne die Idee das Tiere Erdbeben vorausahnen können (am liebsten mit einem paranormalen Sinn, der ihnen praktischer weise auch andere zukünftige Katastrophen verrät), allerdings sind meistens die ins Feld geführten Ereignisse oder Anekdoten schlampig zusammengetragen und die Argumente fußen auf falsch verstandener Wissenschaft.

Eine besonders lange Tradition verbindet Tiere und Erdbeben im alten China und Japan (letzteres importierte teilweise auch Mythen vom chinesischen Festland). Nach japanischer Tradition ist der Verursacher von Erdbeben ein riesiger Katzenwels, auf dessen Rücken die japanischen Inseln liegen, allerdings gibt es auch ältere Legenden die Katzenwelse als warnende Vorboten von Erdbeben darstellen, bzw. indem der Wels die gefürchteten Wasserdrachen verspeist auch Erdbeben verhindern kann.
Laut alten Berichten wurde tatsächlich vor den großen Erdbeben von Tokio in 1855 und 1923 ein seltsames Verhalten der Katzenwelse beobachtet: diese sonst trägen Fische schwammen aufgeregt an der Wasseroberfläche und waren somit leichte Beute für die Fischer. Auch vor dem Erdbeben von Tohoku im April 2011 soll laut Erzählungen von Fischern die Fangmenge von Tintenfischen Monate vor dem Erdbeben ungewöhnlich hoch gewesen sein, allerdings weisen Marinbiologen darauf hin dass eher die ungewöhnlich milden Temperaturen in diesem Zeitraum eine Rolle spielten.

In 1970 veröffentlichten chinesische Behörden ein Leitfaden in dem ungewöhnliches Verhalten von 58 Tierarten beschrieben wurde, und das als Vorwarnzeichen für ein Erdbeben gedeutet wurde. Besonders von Nagetieren, Fledermäusen und Schlangen wurde angenommen dass sie besonders sensibel auf drohende Gefahr reagierten (Abb.2. & 3. Nach 1970 publizierten die chinesischen Behörden verschiedene Schautafeln auf denen ungewöhnliches Verhalten von Tiere vor einem Erdbeben dargestellt wurden: Pferde werden unruhig und lassen sich kaum beruhigen, Nagetiere wie Ratten werden am helllichten Tag in offenen Räumen beobachtet oder flüchten und Fische sind dermaßen unruhig, dass sie aus dem Wasser springen).

Im Februar 1975 wurde beobachtet wie Schlangen aus ihren Winterschlaf-Verstecken krochen und im Freien erfroren. Die zuständigen Behörden beschlossen die Stadt Haicheng zu evakuieren. Tatsächlich ereignete sich am 4. Februar 1975 ein Erdbeben, mehr als 1.000 Personen wurden getötet, aber im Verhältnis zu der dicht besiedelten Region wurde diese Zahl als großer Erfolg der "Tierprognose" angesehen. Allerdings ereignete sich nur ein Jahr später ein Erdbeben, das mehr als 600.000 Opfer verursachte. Anschließende Untersuchungen ergaben dass es Berichte über ungewöhnliches Tierverhalten gegeben hatte, sich aber Niemand in den Behörden dafür zuständig gefühlt hatte.
Noch bei den Erdbeben von Virginia in diesem Jahr berichteten die Zeitungen ausgiebig über das seltsame Verhalten der Tiere im Zoo von Washington - einige kletterten auf Bäume Augenblicke bevor das Erdbeben von dem Zoopersonal gefühlt wurde. Großes Medienecho fand auch die Geschichte der Kröten die das Erdbeben in L´Aquila am 6. April 2009 "vorhergesehen" hatten.

Das Problem mit dieser (lange noch nicht vollständigen) Liste ist ihr anekdotenhafter Charakter - die meisten ungewöhnlichen Verhaltensweisen der Tiere  sind im Nachhinein niedergeschrieben worden. Es lässt sich kaum überprüfen ob das Verhalten dass von so vielen Beobachtern als ungewöhnlich empfunden wurde, auch unter anderen Umständen, also ohne Erdbeben, als bemerkenswert angesehen worden wäre. Viele Anekdoten werden auch völlig aus dem Zusammenhang von leichtgläubigen Journalisten wieder und wieder zum besten gehalten: die chinesische Stadt von Haicheng war berühmt-berüchtigt für vergangene Erdbeben, die Evakuierung wurde bereits im Dezember 1974 vor allem wegen der Monate lang spürbaren Vorbeben beschlossen, allein in den letzen 72 Stunden vor dem 4. Februar erfolgten mehr als 500 Vorbeben. Die Schlangen reagierten keineswegs aus heiterem Himmel auf ein unerklärliches Ereignis, aber auf die starke seismische Aktivität.

Allerdings lassen diese Anekdoten immerhin zu, dass wir eine Hypothese aufstellen: Gibt es geophysikalische Prozesse vor einem Erdbeben die von Tieren wahrgenommen werden können und auf die sie reagieren?

Es gibt sicherlich nicht spezielle Sinnesorgane die nur auf ein mögliches Erdbeben ausgerichtet sind - es hätte wenig evolutionärer Sinn, vor allem für kleine oder territoriale Tiere die von einem großräumigen Erdbeben sowieso nicht flüchten könnten (da wären Sinne gegen Steinschlag oder Bergstürze schon sinnvoller).

Glaubt man der Literatur kann das ungewöhnliche Verhalten von Tiere vor einem Erdbeben grob in zwei Kategorien eingeteilt werden: kurzfristige Reaktion -Sekunden bis Stunden- und langfristige Reaktionen, Tage bis Wochen vor dem Ereignis.

Für kurzfristige Reaktionen gibt es verschiedene Erklärungsversuche, die sich auf die unterschiedliche Geschwindigkeit von Erdbebenwellen stützen. Primäre Wellen sind im Schnitt 1,6x schneller als die stärkeren Sekundärwellen. Von vielen Tieren ist bekannt dass sie Vibrationen oder Infraschall wahrnehmen können, besonders Elefanten sind bekannt dafür dass sie Infraschall als Kommunikationsmittel einsetzen und langwelligen Frequenzen über ihre Füße wahrnehmen können. Weiters ist es möglich dass Tiere hören (immer im Bereich von Infraschall) wenn sich z.B. ein Tsunami nähert, da Schallwellen in der Luft um einiges schneller sind als die Materiewellen im Wasser.

Langfristige Reaktionen sind um einiges schwieriger zu erklären.
Fische und Vögel können Änderungen in elektrischen und magnetischen Feldern wahrnehmen. Es wurde vorgeschlagen, dass piezoelektrische Effekte in unter Spannung stehenden Gesteinen zu Variationen im lokalen Erdmagnetfeld führen, allerdings sind die gemessen Veränderungen sehr gering.
1993 schlug der deutsche Physiker Friedemann Freund vor, dass bestimmte Tiere wie Schlangen auf Infrarotstrahlung reagieren, die von bestimmten Gesteinen ausgesendet werden wenn sie unter hohen Belastungen stehen. Tatsächlich konnten großräumige Variationen im Infrarotbereich während des Erdbebens vom 21 Jänner 2001, dass die indischen Stadt Bhuj traf, gemessen werden.
Die "p-Hole-Theory", ebenfalls von Friedemann formuliert, beruht auf die Beobachtungen von starken elektrischen Entladungen in Form von Erdbebenleuchten vor einem Erdbeben. Piezoelektrische Effekte, wie sie früher oft vorgeschlagen wurden, sind viel zu schwach um diese Entladungen zu erklären. Die p-Hole-Theory schlägt einen effektiveren Mechanismus vor, bei dem geladenen Fehlstellen in den Kristallgittern der Minerale Sauerstoffatome ionisieren. Diese Ionen werden ins Grundwasser abgegeben oder gelangen in die Atmosphäre wo sie das Erdbebenleuchten verursachen.
In 2010 und 2011 publizierten Zoologen mithilfe dieser Arbeitshypothese einen Erklärungsversuch für das anscheinend unerklärliche Verhalten der Kröten in einem künstlichem Speicherbecken in der Nähe des Epizentrums des Erdbebens von L´Aquila. Die freien Sauerstoffionen hätten die Wasserchemie der Quellen und Zuflüsse verändert und die empfindlichen Amphibien hätten auf diese Veränderungen der Wasserchemie reagiert.

Abb.4. Die Beobachtungen von GRANT et al. wenige Tage vor und nach dem Erdbeben von L´Aquila am 6. April 2009. Die Untersuchungen hatte eigentlich die Aufgabe das Paarungsverhalten der gemeinen Kröte (Bufo bufo) zu untersuchen, allerdings verschwanden die Kröten plötzlich und tauchten erst nach dem Erdbeben und mit Vollmond wieder auf.  Um ihre Arbeitshypothese zu untermauern nutzte Grant Störungen in der Ionosphäre aus, die möglicherweise mit der Freisetzung von geladenen Sauerstoffatomen aus dem Untergrund zusammenhängen. Nach dem vorgeschlagenen Szenario fallen Störungen in der Ionosphäre mit der verstärkten Freisetzung von Ionen zusammen, die sich durch geophysikalische Prozesse im Untergrund bilden Die freigesetzten Ionen beeinflussen wiederum die Wasserchemie und den Lebensraum  der Kröten. Die Kröten reagierten daher indirekt auf geophysikalische Prozesse verursacht durch die Ansammlung von tektonischen Stress, der schließlich mit dem Erdbeben am 6. April freigesetzt wurde.

Es muss gesagt wurden dass dies alles hypothetische Mechanismen sind, die nur teilweise im Labor - unter kontrollierten Bedingungen - beobachtet wurden. Die meisten "Tierversuche" während eines Erdbebens erfolgten, wie der Fall mit den Kröten, durch Zufall. Es kann nicht ausgeschlossen werden dass die Tiere auf andere Umweltfaktoren reagierten, wenn zufällig das Erdbeben erfolgte. Die wenigen Fälle bei denen ein Erdbeben während einer Beobachtungsreihe in einem Labor erfolgte sind widersprüchlich: manche Wissenschaftler sprachen von Veränderungen im Verhalten, viele beobachteten gar nichts oder sprechen von einem "ungewöhnlichem" Verhalten, dass allerdings im kompletten Widerspruch zu anderen "Beobachtungen" steht. Möglicherweise auch eine Folge der Frage was man überhaupt als ungewöhnliches Verhalten klassifizieren sollte.

Rein physiologisch scheint es möglich dass bestimmte Effekte vor einem Erdbeben erfolgen können (aber nicht müssen, wie Vorbeben oder Änderungen des Grundwassers, die bei weitem nicht bei allen Erdbeben beobachtet wurden) die auch von Tieren wahrgenommen werden könnten - allerdings ist nicht klar ob Tiere auf diese Variationen auch mit deutlichen Veränderungen ihres Verhaltens reagieren. Bis zur Klärung dieser Fragen können Tiere allein nicht als "Prognose" für das Erdbebenrisiko herangezogen werden.

Literatur:

BHARGAVA, N.; KATIYAR, V.K.; SHARMA, M.L. & PRADHAN, P. (2009): Earthquake Prediction through Animal Behavior: A Review. Indian Journal of Biomechanics: Special Issue NCBM 7-8: 159-165
GRANT, R.A. & HALLIDAY, T. (2010): Predicting the unpredictable; evidence of pre-seismic anticipatory behaviour in the common toad. Journal of Zoology 281(4): 1-9
GRANT, R.A.; HALLIDAY, T; BALDERER, W.P.; LEUENBERGER, F.; NEWCOMER, M.; CYR, G. & FREUND, F.T. (2011): Ground Water Chemistry Changes before Major Earthquakes and Possible Effects on Animals. Environmental Research and Public Health 8: 1936-1959
IKEYA, M. (2004): Earthquakes and Animals: From Folk Legends to Science; World Scientific, London: 295
KIRSCHVINK, J.L. (2000). Earthquake Prediction by Animals: Evolution and Sensory Perception, Bull. Seism. Soc. Am. 90(2): 312-323
SCHNYTZER, Y. (2011): Animal Modeling of Earthquakes and Prediction Market. Working paper
TONG, K. (1988): Abnormal Animal Behavior and the Prediction of Earthquakes. Master Thesis Dep. Earth Sciences Northeastern Illinois University.

WALKER, B. (1982): Earthquake. Planet Earth. Time Life Books: 154