Das Geheimnis der Erdbebenlichter - Gelöst ?

Mulder: Sie glauben so fest an ihr Wissenschaft, Scully. Aber die Dinge, die ich gesehen habe gibt es in ihrer Wissenschaft gar nicht.
Scully: Nichts kann im Widerspruch zur Natur existieren, sonder nur im Widerspruch zu dem, was wir darüber wissen. Und an dem Punkt werden wir anfangen. Dort gibt es Hoffnung.
Akte X, 1996

Erdbebenlichter sind seltsame Leuchterscheinungen die kurz oder während eines Erdbebens auftreten sollen und unterschiedlich beschrieben werden - von weiß-rötlich-blauen diffusem Licht zu Wolken oder Streifen an Himmel zu konkreten "Lichtkugeln"  mit rötlich-weißer Farbe. 

Dokumentiere Augenzeugenberichte reichen mehrere hundert Jahre zurück. Der Irische Ingenieur Robert Mallet (der die seismischen Zonen im Mittelmeer erkannte) publizierte zwischen 1851 und 1855 einen Katalog in dem er solche Leuchtphänomene sogar bis zurück ins Jahr 1606 vor Christus datierte (wobei er Beschreibungen von "Feuersäulen" als Erdbebenleuchten interpretierte). Der frühe Geologe James Hutton berichtet von einem Erdbeben um 1888 bei Christchurch (Neuseeland), wo verschiedene "Leuchterscheinungen" beobachtet wurden - wobei Hutton allerdings keinen Zusammenhang zwischen beiden Phänomene  sieht. 

Der Italienische Naturforscher Ignazio Galli verfasst um 1910 schließlich eine erste Klassifizierungsmethode für Erdbebenlichter.
 

Da lange Zeit jedoch nur Geschichten vorlagen, wurden Erdbebenlichter von Seismologen mehr als Folklore denn als reales Phänomen angesehen.
 

Im Jahre 1973 präsentierte der japanische Geologe Yutaka Yasui neben einer Sammlung von Augenzeugenberichten allerdings erstmals Fotos, die rote und blaue Farbstreifen am Himmel über der japanischen Stadt von Matsushiro zeigten und die zeitgleich mit einem Schwarm kleinerer Beben auftraten. Weitere Fotos folgten, so dass zumindest die Existenz von Erdbebenlichtern heutzutage als gesichert angenommen werden kann. 

Abb.1. Einige der seltenen Fotografien die als echt angesehen werden, Erdbebenlichter beim japanischen Vulkan Kimyo, aufgenommen im September 1966 und die erste publizierte Fotografie des japanischen Geologen Y. Yasui - die Bilder wurden während einer Serie von Erdbeben zwischen 1965-1967, die die japanische Präfektur Nagano trafen, aufgenommen.

Allerdings scheinen Erdbebenlichter nicht unbedingt mit einzelnen Erdbebenereignissen zusammenzuhängen. Leuchtphänomene wurden hunderte Kilometer entfernt vom Epizentrum des Erdbebens und auch Monate vor dem eigentlichen Ereignis beobachtet. 

Bereits sieben Monate vor dem Erdbeben von L´Aquila (6. April 2009) wurden seltsame Lichterscheinungen am nächtlichen Himmel beobachtet bzw. sogar fotografiert, wobei eine große Anzahl sich allerdings im Nachhinein als Planet Venus entpuppten. Als wahrscheinliche "echte" Erdbebenlichter blieben immerhin Berichte von diffusen Wolken, Flammen und Blitze, sowie "Feuersäulen" während des eigentlichen Erdbebens, übrig.

Abb.2. Angebliches Erdbebenlicht das 30 Kilometer südlich von L´Aquila aufgenommen wurde, beinahe ein Jahr (!) vor dem eigentlichen Erdbeben. Das Bild zeigt die andere tyische Erscheinungsform die Erdbebenlichter annehmen können, als "schwebende Feuerkugeln", aus FIDANI 2010.
 
Zurzeit gibt es noch keine befriedigende Erklärung wie es zu diesen Erscheinungen kommen könnte. Die plausibelste klingende Arbeitshypothese nimmt an, dass es sich um einen elektromagnetischen Effekt handelt. Dazu würde passen, dass Augenzeugen von Störgeräuschen bei Funkverbindungen berichten und sogar elektrische Glocken von Telefonen bei Erdstößen zu läuten beginnen bzw. ein Knistern in der Luft zu hören ist. Elektrische Felder oder geladene Teilchen regen - so die Theorie - Luftmoleküle an, das resultierende Plasma erscheint dem Augenzeugen als Leuchterscheinung.
 

Eine jetzt veröffentlichte Studie (THERIAULT et al. 2013) hat die wesentlichen Beobachtungen und Theorien zu diesen Erdbebenlichtern nochmals zusammengefasst und das Verhältnis tektonische Störungen - Leuchterscheinungen untersucht.
 

Gesteine sind normalerweise Isolatoren und leiten keinen elektrischen Strom der nötig ist um ein Feld aufzubauen oder Ionen zu erzeugen. Werden Gesteine unter Druck gesetzt, bzw. bei tektonischen Bewegungen verformt, kommt es zu einem piezoelektrischen Effekt der einen schwachen Stromfluss erzeugen kann. Allerdings ist dieser Stromfluss vernachlässigbar klein.
 

Der deutschstämmige Physiker Friedemann T. Freund publizierte in 1993 die "p-Hole-Theory" die eine effektivere (wenn auch hypothetische) Möglichkeit beschreibt.
Durch tektonische Verformung kommt es zu Gitterfehlstellen in den Quarzkristallen von Gesteinen. Diese Fehlstellen konzentrieren sich entlang der Kristalloberfläche, wo diese "elektrischen Löcher" vorbeiziehende Atome ionisieren. Diese so gebildeten freien Ionen wandern entlang von Störungszonen zu Oberfläche, wo sie aufsteigen und letztendlich die Luftmoleküle ionisieren können - ein Plasma entsteht.

Dazu würde passen das Leuchterscheinungen - so die neue Studie - eher an steilstehenden Störungssysteme (die vielleicht die vertikalen Bewegung der Ionen erleichtert) und an kristallinen (quarzreichen) Gesteinen gebunden zu sein scheinen. Die Leuchterscheinungen treten bevorzugt entlang von Störungssystemen auf, wie sie in Grabenbrüchen und bei Seitenverschiebungen zu finden sind. Im Jahre 1911 wurde zum Beispiel ein Erdbeben bei Ebingen von Leuchterscheinungen begleitet, die sich entlang des östlichen Abhangs des Rheingrabens und im kleineren Hohenzollern Graben konzentrierten.
 

Die Studie scheint einige Punkte früherer Theorien zu bestätigen, ist aber bei weitem nicht eindeutig. 

Wie die Autoren selbst einräumen, ist es schwer von mündlichen Beschreibungen allein eindeutig zu bestimmen, ob es sich um ein "echtes" Erdbebenlicht handelt oder um etwaige Fehlinterpretationen durch den Augenzeugen (z.B. Sterne, Brände, gewöhnliche UFO). Erdbebenlichter werden auch sehr (zu sehr?) unterschiedlich beschrieben, von einfachen diffusen Verfärbungen zu Kugelblitzen zu Feuersäulen, möglicherweise werden hier unterschiedlichste Phänomene, die nichts mit seismischer Aktivität zu tun haben, in einen Topf geworfen. 

Weiteres scheint es seltsam, das ein Phänomen das in Zusammenhang mit Zusammenpressen von Gesteinen steht, gerade in tektonischen Regimes auftreten soll, die durch divergente Kräfte gekennzeichnet werden.
 

Literatur:
 

FIDANI, C. (2010): The earthquake lights (EQL) of the 6 April 2009 Aquila earthquake, in Central Italy. Nat. Hazards Earth Syst. Sci. 10: 967-978
TRAUFETTER, G. (2003): Blitze aus dem Boden. Der Spiegel 42: 204-207

Das Geheimnis der Geißberger

"Noch starrt das Land von fremden Zentnermassen;
Wer gibt Erklärung solcher Schleudermacht?
Der Philosoph, er weiß es nicht zu fassen,
Da liegt der Fels, man muß ihn liegen lassen,
Zuschanden haben wir uns schon gedacht. –
Das treu-gemeine Volk allein begreift
Und läßt sich im Begriff nicht stören;
Ihm ist die Weisheit längst gereift:
Ein Wunder ist's, der Satan kommt zu Ehren."

Mephistopheles in Goethes "Faust - Der Tragödie zweiter Teil" (1832)

In weiten Teilen Europas und Nordamerikas können einzelne, große Blöcke gefunden werden, deren Gesteinsart sich stark von der Umgebung unterscheidet wie z.B. Granitblöcke die auf Sedimentgestein aufliegen. 

Mythen und Legenden ranken sich um diese seltsamen verirrten Blöcke.  Einst – so eine der unzähligen Geschichten - versprach ein habgieriger Bauer dem Teufel seine Seele, falls der es schaffe in nur eine Nacht eine Mauer um seine Ländereien zu errichten. Der Leibhaftige machte sich flugs an die Arbeit, und schon bald wurde dem Bauer Angst und Bange und er bereute seine törichte Wette. Er rannte zum hiesigen Pfarrer, der zum Glück guten Rat wusste. Gerade als der Teufel den letzten Felsblock heranflog und am Horizont bereits die Morgenröte heranbrach, läutete er die Kirchenglocke und dem Teufel entglitt vor lauter Schrecken der Felsblock, der vom Himmel stürzte - und da liegt er noch heute.

In Skandinavien wurden die Findlinge als “Wurfsteine der Riesen“ bezeichnet. Um Grenzstreitigkeiten aus dem Weg zu räumen bewarfen sich die Trolle (die laut norwegischen Legenden schon mal haushoch wurden) schon mal mit Felsbrocken oder bauten (Moränen-)Wälle um sich zu schützen.

Tatsächlich rätselten auch angesehene Naturforscher lange Zeit was es mit den erratischen Blöcken denn nun auf sich hatte. Die frühesten Beschreibungen von Findlingen stammen vom Historiker Karl Nicolaus Lange (1670-1741) und dem Mediziner Lars Roberg (1664-1742), die sich allerdings darauf beschränkten die Blöcke als seltsame Sehenswürdigkeiten in ihren Reiseerzählungen zu erwähnen.

Die Schweizer Mediziner und Naturforscher Louis Bourget (1678-1740) und Moritz Anton Cappeler (1685-1769, der auch ein viel beachtetes mineralogisches Werk publizierte) ließen die Steine einfach vom Himmel fallen*. Der Geologe JeanAndré Deluc (1727-1817, der auch den Begriff Geologie in den allgemeinen Gebrauch als Wissenschaft der Erde einführte) und der Ingenieur Johann Esaias Silberschlag (1721-1791) vermuteten das heftige unterirdische Gaseruptionen die Blöcke durch die Luft schleudern konnten. Der Französische Naturforscher Dolomieu (1750-1801) erklärte die Verteilung der Blöcke als Reste einer erodierten Gesteinsfläche.

Der Schweizer Naturforscher Gottlob Sigmund Gruner (1717-1778) publizierte zwischen 1760 und 1762 sein Werk „Die Eisgebirge des Schweizerlandes“ wo er richtigerweise den Herkunftsort der rätselhaften Felsblöcke, die überall in den Alpenvorland gefunden wurden, in den Alpen selbst vermutete (er bezeichnet die Blöcke als  Geißberger, da sie aus den Geißbergen stammen). 

Der Schweizer Naturforscher Horace Benedict de Saussure (1740-1799) formulierte daraufhin eine der überzeugendsten Erklärungen – eine gewaltige Flut, vielleicht auch die biblischen Flut –hatte die Blöcke aus den Bergen mitgerissen und sie auf den flachen Ebenen abgelagert. Diese Hypothese passte zu den Beobachtungen von zeitgenössischen Überflutungen die durch Ausbrüche von Gletscherseen große Schäden in den Alpentälern verursachten. Im Winter 1817/18 brach ein 2 Kilometer langer und 60 Meter tiefer Stausee aus, der durch einen Eisfächer des Giétroz-Gletscher aufgestaut worden war. Im Sommer 1818 brach der Fluss Dranse abermals durch den natürlichen Damm und noch im 44 Kilometer entfernten Rhonetal fand man große Granitblöcke die die Flut mitgerissen hatte. 

Abb.2. Der Naturforscher Escher von der Linth (1767-1823) zeichnet im Jahre 1818 den natürlichen Eis-Staudamm der die Dranse aufstaute als Beispiel dafür wie plötzliche und heftige Sturzluten im Gebirge entstehen können.

Der große Geologe Leopold von Buch (1774-1853) war einer der wichtigsten Anhänger dieser „Fluthypothese“ und blieb es auch bis zu seinem Lebensende. Die  weite Verbreitung der Findlinge erklärte er durch den Ausbruch großer Seebecken in den Alpen, die Flut beförderte Blöcke ins Alpenvorland. Die Verbreitung bestimmter Gesteinsarten erklärte er durch Strömungsänderungen in der schlammigen Flut (heute werden die verschiedenen Herkunftsorte der Findlinge benutzt um Einzugsgebiete und Ausdehnung der ehemaligen Gletscher zu rekonstruieren). 

Um 1830 kam eine abgeänderte Version der Fluthypothese auf – da klar wurde das besonders große Findlinge auch von einer noch so gewaltigen Flut nicht bewegt werden konnten und sich auch die Hinweise auf ehemalige Klimaveränderungen häuften, nahm man an das die Blöcke in Eisbergen eingefroren waren. Stieg das Wasser, schwammen die Eisberge obenauf, sobald sie schmolzen lagerten sich die Blöcke ab.

Abb.3. aus Bristow, H.G. (1872): The world before the deluge zeigt eine der gängigen Hypothesen um die erratischen Blöcke zu erklären. Nachdem klar wurde dass auch Flutwellen schwerlich in der Lage sind besonders große Findlinge zu transportieren, wurde als Alternative die Eisdrifthypothese formuliert - Eis um die Blöcke würde es dem Wasser wesentlich erleichtern die schweren Steine zu transportieren.

*(die Lenape- oder Delaware-Indianer vom Gebiet der großen Seen in Nordamerika kennen Findlinge als "pamachapuka" - die Steine vom Himmel)

Literatur:

SEIBOLD, E. & SEIBOLD, I. (2003): Erratische Blöcke-erratische Folgerungen: ein unbekannter Brief von Leopold von Buch von 1818. Int. J. Earth Sci. (Geol. Rundschau) 97: 426-439

Die Geheimnisvolle Genese des Granits

"Im Inneren des Erdballs hausen geheimnisvolle Kräfte, deren Wirkungen an der Oberfläche zutage treten: Als Ausbrüche von Dämpfen, glühenden Schlacken und neuen vulkanischen Gesteinen, als Auftreibungen zu Inseln und zu Bergen."
Alexander von Humboldt

Am Ende des 19 Jahrhunderts, nach dem ide(ge)ologischen Sieg des "Plutonismus", wurde klar das magmatischen Gesteinen aus der  "feurigen Tiefe der Erde" stammen mussten. Allerdings ergab sich jetzt ein neues Problem - die große Gesteinsvarietät - von dunklen "basischen" Basalten zu hellen "sauren" Granitgestein - war schwer mit einer vergleichbaren Varietät im Erdinneren zu erklären.

Abb.1. Beispiel von "Brixner Granit" - links Pegmatitgang mit großen (hier chloritisierten) Glimmerplättchen und derben Quarzaggregat, rechts - typisches Granitgefüge mit kleinen Kristallen von Feldspat, Quarz und Glimmer.

Eine gängige Idee zur damaligen Zeit war, dass sich die verschiedenen magmatischen Gesteine durch Aufschmelzung bereits vorhandener Gesteine bildeten - vor allem die seltsame Zusammensetzung und Verbreitung des Granits (der zumeist auf Kontinenten gefunden wird) schien damit erklärbar. Der französische Geologe P.T. Virlet d´Aoust prägte in 1847 sogar den Begriff "Granitisierung" um diese Denkschule zu charakterisieren. Alle Granit-Varietäten (die sich deutlich von den "basaltischen" Gesteinen des Erdmantels unterscheiden) bildeten sich durch mehr oder weniger starke Aufschmelzung und chemischen Austausch in festem Zustand (Metasomatose) von anderen Gesteinen. Allerdings hatte diese Hypothese zwei große Schwachpunkte:

-    Eine graduelle Diffusion von Elementen zwischen Schmelze und aufzuschmelzendes Gestein konnte nicht die oft scharfe Grenze zwischen Granit und Umgebung erklären.
-    Die benötigten Energiemengen erschienen außerordentlich hoch und die Diffusion im teilweise aufgeschmolzenen oder gar festen Gestein vernachlässigbar klein.

Eine alternative war die "Magmatisierung", die davon ausging das unterschiedliche Schmelzen unterschiedliche Gesteine ausbilden konnten, wobei das erwähnte Problem der "Variabilität" durch unterschiedliche Ansätze überwunden wurde.

Der deutsche Chemiker Robert Wilhelm Bunsen (bekannt durch den "Bunsen-Brenner") schlug in 1851 vor das es grundsätzliche nur zwei Magmatypen auf der Erde gab - den basischen "Pyroxenit" und den sauren "Trachyt", die aus verschiedene Tiefen der Erdkruste aufsteigen. Dabei kann es zu einer Mischung der beiden Magmatypen kommen, die somit auch die restlichen intermediären Lavatypen bilden können ("Über die Processe der vulkanischen Gesteinsbildung Islands").
 

Abb.2. Idealisierter Querschnitt durch die Erdkruste, aus Emile With "L´Ecorce terrestre" (1874), die die damalige Vorstellung des schaligen Erdaufbaus gut darstellt. Konzentrische Schalen aus unterschiedlichen Magmatypen konnten laut einigen Geologen die unterschiedliche chemische Zusammensetzung von Vulkangesteinen erklären - je nachdem wo die Wurzelzone eines Vulkans lag dominierten basische oder saure Eruptivgesteine.

Diese Hypothese schien durch die Entdeckung von Andesiten und Daciten in den San-Juan-Bergen (Colorado) bestätigt zu werden. Der amerikanische Geologe Larsen beschrieb hier in 1938 große Plagioklas-Kristalle die in einer feinkörnigen Matrix mit völlig unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung eingebettet waren. Für Bunsen schien es klar dass die Kristalle nachträglich in die Laven eingemischt wurden.

Geologe Charles Darwin hatte auf seine fünfjährigen Reise um die Welt am Bord der "Beagle" viel Zeit und viele Gelegenheiten um vulkanische Gesteine zu studieren und über sie nachzudenken:

"Die größten Schwierigkeiten die Geologen erfahren, wenn sie versuchen die Zusammensetzung der vulkanischen und plutonischen Gesteine zu vergleichen, kann, so denke ich, überwunden werden, wenn man, wie ich glaube, annimmt dass die meisten plutonischen Massen zu einem gewissen Zeitpunkt, und in einem gewissen Ausmaß, ihre verhältnismäßig schweren und leicht lösbaren Elementen verloren haben, die [dann] die Trapp- und Basaltlaven bilden."
"Geological Observations on the Volcanic Islands" (1844)

Hier schlägt Darwin eine erste Art von magmatischer Differentiation vor. Kristalle fällen sich aus dem Magma aus und sinken der Schwerkraft folgend auf den Grund der Magmakammer, die restliche Schmelze verarmt an gewissen Elementen die in diese Kristalle eingebaut wurden. Damit können sich aus einem Stamm-Magma unterschiedlichen Schmelzen und Gesteine bilden.

Einen entscheidenden Schritt im Verständnis von magmatischen Gesteinen gelang durch die Experimente von Norman Levi Bowen (1887-1956). Bowen wurde in 1887 in Kingston (Ontario, Kanada) geboren, studierte zunächst auch in Kanada, wechselte dann aber zum Massachusetts Institute of Technology wo er Arthur L. Day kennenlernte. Day war Direktor am Geophysikalischen Labor in Washington und sehr an den mineralogischen Bildungen und Reaktionen in magmatischen Gesteinen interessiert. 
Er schlug Bowen daher vor das Verhalten von Feldspat in Schmelzen zu untersuchen. Day wußte (auch aufgrund der Expeditionen und petrographischen Beobachtungen des deutschen Mineralogen Wolfgang Sartorius Freiherr von Waltershausen, 1809-1876) das Plagioklas zumeist ein Mischkristall zwischen den Endgliedern Anorthit und Albit ist, war aber darin gescheitert den Verlauf der Schmelzkurve dieser Mischung zu bestimmen. Dank elektrischer Heizöfen, genauen Temperatursonden und neuartiger Analysemethoden (z.B. dem "quenching", bei den die Proben rasch abgekühlt werden und danach analysierte werden können) konnte Bowen das Phasendiagramm des Plagioklas-Feldspats schließlich in 1913 publizieren.

 

Abb.3. Phasendiagramm der Plagioklase aus der Originalarbeit von Bowen ("The melting phenomena of the plagioclase feldspars", 1913). Dieses Diagramm erklärt wie sich beim Abkühlen durch kontinuierliche Reaktionen zwischen Kristall und Schmelze der Chemismus von Kristall und Schmelze verändern können. Wird nun der Kristall oder die Schmelze aus diesem System abgeführt, verändert sich der Ausgangschemismus  - neue Kristalle und Gesteine können sich aus dieser "neuen Schmelze" bilden. Das Diagramm kann auch umgekehrt gelesen werden - werden Kristalle erhitzt entsteht zunächst eine Schmelze mit unterschiedlicher Zusammensetzung.

Bowen war restlos davon überzeugt das allein fraktionierte Kristallisation bzw. fraktionierte Aufschmelzung die Genese von magmatischen Gesteinen erklären konnte.

Allerdings hatten auch die Hypothese der "Magmatisierung" und die weiterentwickelte Hypothese der Kristall-Fraktionierung einige schwerwiegende Schwachpunkte:

-    Um die beobachteten Volumen an Granit zu erklären benötigte man ungefähr das 9-fache an basaltischem Stamm-Magma, da die Fraktionierung ein sehr ineffizienter Vorgang ist.
-    Wieso sind Granitintrusionen nur auf den Kontinenten verbreitet? Fraktionierung sollte überall auf der Erde stattfinden können.

"Das merkwürdige liegt nicht in den gegenwärtigen Meinungsverschiedenheiten der Petrographen über den Ursprung des Granits, sondern darin, daß wir überhaupt so leidenschaftlich und starr an Meinungen festzuhalten vermögen, die sich gegenseitig ausschließen."
M. Walton (1955)

Abb.4. Feinkörnige Granit-Intrusion (rechts) in verfalteten Gneis (links). Der Gneis wurde dabei teilweise aufgeschmolzen es bildeten sich Taschen mit weißlichen Schmelzresten, während in der eigentlichen Schmelze große Plagioklase auskristallisierten. Ein späterer Pegmatit-Gang durchschlägt beide Gesteine.

Heutzutage wird ein intermediäres Modell bevorzugt um die große Variabilität innerhalb der magmatischen Gesteine zu erklären -  die verschiedensten Mechanismen spielen dabei eine Rolle:

-    Genese von Stamm-Magmen durch partielles Aufschmelzen der Gesteine des Erdmantels (Herkunft der Basalte) oder der unteren Erdkruste (dies würde die Verteilung der Granite erklären).
-    Die klassische fraktionierte Kristallisation wie sie von Bowen vorgeschlagen wurde (wobei allerdings nicht nur die Schwerkraft und Dichteunterschiede wie von Darwin gedacht, sondern auch Magmaströmungen und die Topographie der Magmakammer eine Rolle in der Ausscheidung und Ansammlung von verschiedenen Kristallen und Restschmelzen spielen).
-    Entmischung im schmelzflüssigen Zustand
-    Mischung von Magmen unterschiedlicher Herkunft, ungefähr so wie sie Bunsen vorschlug
-    Assimilation und Aufschmelzung von weiteren Fremdgestein beim Aufsteigen des Magmas durch die Erdkruste (weiterer wichtiger Mechanismus um die Genese und Verbreitung von Granit zu erklären)

Literatur:

HÖLDER, H. (1989): Kurze Geschichte der Geologie und Paläontologie - Ein Lesebuch. Springer Verlag, Heidelberg: 243
YOUNG, D.A. (2002): Norman Levi Bowen (1187-1956) and igneous rock diversity. From OLDROYD, D.R. (ed.); The Earth Inside and Out: Some Major Contributions to Geology in the Twentieth Century. Geological Society, London, Special Publications Nr. 192: 99-111

Mohs Härteskala

Talk - Gips - Calcit - Fluorit - Apatit - Feldspat - Quarz - Topas - Korund - Diamant, eine Reihenfolge die den meisten Studenten der Erdwissenschaften geläufig sein sollte, gehört sie doch zur Grundausstattung unbekannte Minerale dank ihrer relativen Härte (Talk als das weichste, Diamant als das härteste natürliche Mineral) zu bestimmen.
 

Entwickelt wurde diese Härteskala von Carl Friedrich Christian Mohs, (links, Lithographie von Joseph Kriehuber, 1832) geboren am 29. Januar 1773 in Gernrode (damals Grafschaft Anhalt-Bernburg) in einer gutbürgerlichen Familie. Mit 6 Jahren wurde er eingeschult und beendete seine Klasse als Zweitbester. Eine Zeitlang arbeitete er im väterlichen Betrieb als Kaufmann, Ende April 1796 schrieb er sich jedoch an der Universität Halle  ein, wo er sich für Mathematik, Physik und Chemie begeisterte. Er setzte seine Studien an der Bergakademie Freiberg fort, wo er ein Schüler des berühmten Abraham Gottlob Werner (1749-1817) wurde. Werner, der im Jahre 1787 eine "Kurze Klassifikation und Beschreibung der verschiedenen Gesteinsarten" publiziert hatte, arbeitete an einer Gesteinsbestimmung die - ungewöhnlich für die damalige Zeit - Gesteine und Minerale "aus ihrer aeußerlichen Beschaffenheit leicht zu erkennen, von einander zu unterscheiden, und anderen kenntlich zu machen" identifizieren sollte.
 

Mohs wurde durch den praktischen Ansatz von Werner stark geprägt - so publizierte er in 1804 seine Erfahrungen als Grubenvorarbeiter in den Erzgruben des Harzes als ein Art Leitfaden zur Gesteinsbestimmung, der sich hauptsächlich an Studenten der Geowissenschaften wandte.
In 1802 nahm Mohs einen Auftrag in Wien an, bei dem es um die Neuordnung der Mineraliensammlung des holländischen Bankiers Jacob Friedrich van der Nüll ging. Hier bemerkt er gravierende Mängel in den vorherrschenden Bestimmungsschlüsseln für Mineralien, die zumeist aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung unterschieden wurden. In 1804 publiziert er daher einen eigenen Schlüssel unter dem Titel "Über die oryktognostische Classification nebst Versuchen eines auf blossen äußeren Kennzeichen gegründeten Mineraliensystems."
 

Mohs wandte nicht nur generelle physikalische Eigenschaften (wie Farbe, Dichte und Härte) zur Mineralienbestimmung an, sondern maß der Kristallstruktur eine große Rolle zu - er unterschied 6 "Klassen": rhomboedrische (hexagonal) - pyramidale (tetragonal) - prismatische (orthorhombische) - tessulare (kubische) -monokline - sowie trikline. Mohs unterschied schließlich drei (Haupt)Klassen mit 19 Ordnungen und 183 Spezies von Mineralien.

Abb.2. Quarz-Stufe, Mohs-Härte 7,  trigonal-trapezoedrische Kristallklasse.
 

 Abb.3. Calcit-Stufe, Mohs-Härte 3, trigonale Kristallklasse - zwei klassische Beispiele wo die Härte (bestimmt mittels einer Taschenmesserklinge, Quarz lässt sich nicht ritzen, Calzit dagegen schon) ein wichtiges Unterscheidungskriterium ist.

In 1812, als Professor am Joanneums in Graz, publizierte er einen weitere Leitfaden zur Mineralienbestimmung - er war davon überzeugt dass Mineralogie - als Lehre der eigentlichen Minerale, nicht des Gebirges, wie es die damaligen Geologen verstanden - als eigenständige Wissenschaft bestehen musste. In dieser Zeit erstellte er auch eine vorläufige Härteskala, die er aber nie in dieser ersten Form publizierte. Nach 1818 übernahm Mohs die ehemalige Stelle Werners an der königlich-sächsischen Bergakademie Freiberg.
 

Zwischen 1822-1824 publizierte Mohs schließlich seine endgültige und berühmte Härteskala im Buch "Grund-Riß der Mineralogie". 

Er kombinierte seine Lehrtätigkeit an verschiedenen europäischen Institutionen mit ausgedehnten Reisen - während einer Studienreise zu den italienischen Vulkangebieten im Jahre 1839 verschlechterte sich plötzlich sein Gesundheitszustand. Er verstarb am 29. September in Agordo (Venetien) nach sechswöchiger Krankheit. Er wurde neben dem katholischen Friedhof (Mohs war Protestant) von Agordo begraben, erst 26 Jahre wurden seine sterblichen Überreste nach Wien gebracht (seinen letzten Arbeitsplatz). 1888 wurden die Gebeine abermals exhumiert und vom evangelischen Matzleinsdorfer Friedhof in einem Ehrengrab auf dem Zentralfriedhof überführt.
 

Literatur:
 

HÖLDER, H. (1989): Kurze Geschichte der Geologie und Paläontologie - Ein Lesebuch. Springer Verlag, Heidlberg: 243
WAGENBRETH, O.(1999): Geschichte der Geologie Deutschland. Georg Thieme Verlag: 264

Löss-Geolog(i)e

In April 1834 stellte der Britische Geologe Charles Lyell seine Untersuchung über eigenartige lehmige Sedimente, die im Rheintal verbreitet waren und allgemein als "Löss" bezeichnet waren, vor. Die Bezeichnung Löss wurde das erste Mal vom Geologen Karl Cäsar von Leonhard (1779-1862) in 1823-24 benutzt um einen bräunlichen Silt in der Gegend von Heidelberg zu beschreiben. Die Entstehung dieses eigenartigen Sediments war kontrovers diskutiert von den Geologen der damaligen Zeit. 

Ganz im Geiste des Aktualismus, den Lyell vertrat, schlug er vor das der fossile Löss - ähnlich wie die rezenten Auensedimente im Rheintal - von Wasserströmungen sortiert und abgelagert worden war.
Diese Interpretation schienen Fossilien von Süßwasserschnecken, die er  1845 während einer Reise in den  Vereinigten Staaten von Amerika im Mündungsgebiet des Mississippi bemerkte, zu bestätigen. Außerdem fand er im amerikanischen Löss Knochen von Eiszeittieren, damit schien zumindest das "Post-Pliozäne" (Eiszeit) - Alter dieser Sedimente  bestätigt.
 

Eine der ersten Karten die Löss-Ablagerungen darstellte wurde zwischen den Jahren 1850-1865 aufgenommen. 

Abb.1. Die "Geologische Übersichtskarte der Österreichisch-Ungarischen Monarchie" (1867-1871). Löss (teilweise als nicht gnauer definierter "Lehm" eingezeichnet) Ablagerungen sind in gelb und hellgrünen Tönen ausgehalten.

Das damalige Kaiserreich der Habsburger umfasste große Teile Mitteleuropas und es lag im Interesse der zentralen Regierung die Verbreitung von Rohstoffe zu kenne - trotz der Tatsache das Pleistozäne Sedimente nicht Schwerpunkt waren, wurden diese dennoch relativ genau kartiert.

Franz von Hauer (1822-1899) war ausgebildeter Geologe der eine Zeitlang als Bergbauingenieur gearbeitet hatte, aber ab 1846 als wissenschaftlicher Berater des Kaiser- und königliches montanistisches Museum rasch Karriere machte (er war eines der Mitglieder die den Geologischen Dienst begründeten).
Die großmaßstäbliche Kartierung des Habsburger Kaiserreichs wurde vom Direktor des Geologischen dienst Wilhelm von Haidinger (1795-1871) initiiert und Hauer führte die Arbeiten nach 1866 weiter. Um die Kartierung zu vereinheitlichen publizierte Hauer in 1875 den Leitfaden "Die Geologie und ihre Anwendung auf die Kenntnis der Bodenbeschafftenheit der österr-ungar. Monarchie" in dem er Löss als fruchtbaren Boden pries. 

Die geologische Karte die 1867 schließlich veröffentlicht wurde war eine der genauesten bis dahin, 102 geologische Formationen wurden unterschieden (frühere Karten umfassten gerade mal 22 Farben) und eine die die Verbreitung von Löss am genauesten darstellte. Andere Quartär-Einheiten umfassen interessanterweise die Pleistozänen "Diluviale Schotter und Sand" und Löss, die Alluvialen (heute Holozän) Formationen umfassten "Torf", "Kalktuff", "Flugsand" und "Alluvium" - die Bezeichnung Diluvium-Alluvium stammen noch aus einer Zeit als eine "globalen Flut" noch als geologische Möglichkeit angesehen wurde (wobei die klassische Eiszeit-Theorie um diese Sedimente zu erlären erst in jenen Jahrzehntene allgemen diskutiert und akzeptiert wurde).

Zur Genese von Löss orientiert sich Hauer an Lyell´s Interpretation - zumindest das Ausgangsmaterial von Löss ist limnischer Natur, wobei fluviatile oder äolische Umlagerung sicher stattgefunden hat.

Erst mit den Geologen P.T. Virlet d´Aoust (1800-1894) in 1857 und vor allem mit der Beschreibung der gewaltigen Löss-Ebenen in China Seitens von Ferdinand von Richthofen wurde eine (rein) äolische Genese von Löss als geologisch möglich akzeptiert. Von 1868 bis 1872 hatte Richthofen sieben Reisen durch China und umliegende Länder unternommen und veröffentlichte seine geologisch-geographischen Beobachtungen unter dem Titel "Ferdinand von Richthofen´s Tagebücher aus China" in 1877.

Abb.2. Moderne Karte der Lössablagerungen in Europa, nach HAASE et al. 2007.

Abb.3. Sahara-Staub verdeckt den Alpenhauptkamm (Aufnahme am  4 August), Feinstaub wurde dabei von einer Schönwetterfront von der Sahara über das gesamte Mittelmeer transportiert - die mächtigen fossilen Staub/Lössablagerungen in Europa sind immer noch ein (kleines) geologisches Rätsel - solche mächtigen Ablagerungen lassen sich nur durch die Annahme von großen Abrasionsflächen (Eiszeit-Tundra ?) erklären, von wo Windsyteme kontinuierlich Sedimente aufnehmen  und neu umlagern konnten.
 

Literatur:

DOTT, R.H. (1998): Charles Lyell´s debt to North America: his lectures and travels from 1841 to 1853. In: BLUNDELL & SCOTT (eds) Lyell: the Past is the Key to the Present. Geological Society, London, Special Publications: 143: 53-69
FRECHEN, M. (2011): Loess in Europe. Quaternary Science Journal. Vol. 60(1): 3-5
GAUDENYI, T. & JOVANOVIC, M. (2011): franz Ritter von Hauer's work and one of the first loess map of Central Europe. Quaternary International 234: 4-9
HAASE,D.; FINK,J.; HAASE, G.; RUSKE, R.; PECSI, M.; RICHTER, H.; ALTERMANN, M. & JÄGER, K.D. (2007): Loess in Europe - its spatial distribution based on a European loess Map, scale 1:2,500,000. Quaternary Science Reviews 26: 1301-1312

Feuer und Wasser

Bereits im 18. Jahrhundert war das italienische Fassatal bekannt für seine Mineralstufen, die in zahlreiche Kuriositätenkabinette der Zeit bewundert werden konnten. Die erste wissenschaftliche Monographie wurde allerdings erst 1811 vom italienischen Geologen Gian Battista Brocchi (1772-1826) veröffentlicht. "Memoria mineralogica sulla Valle di Fassa. - ...mineralogische Abhandlung über das Thal von Fassa in Tirol..." wurde ein großer Erfolg und unter anderem ins Deutsche und Französische übersetzt. 

Abb.1. Beim Fassait handelt es sich um ein kontaktmetamorphe Diopsid-Varietät, die in den Kontaktaureole der Intrusionen des Monzoni-Komplex gefunden werden kann.
 

Doch das Fassatal sollte bald darauf für eine geologische Unmöglichkeit berühmt-berüchtigt werden. In 1820 beschrieb der Geologe Graf Giuseppe Marzari-Pencati (1779-1836) die stratigraphischen Verhältnisse des Tales - dabei entdeckte er an der Lokalität "Canzoccoli", oberhalb des Dorfes Predazzo, das Kalkstein neben Granit (eigentlich ein Monzonit-Syenit) auftrat.

Abb.2. und 3. Die Lokalität "Canzoccoli" von Predazzo aus gesehen und eine geologische Skizze um 1846. Der Syenit (rechts) steht in engen Kontakt mit dem Kalkstein (links) und wird von letzteren über- wie auch unterlagert (Carta Geologica Foglio 22 "Feltre")

   

Dies war nach der damaligen vorherrschenden Lehre des Neptunismus unmöglich, der alle Gesteine als Absatzgesteine eines "Urmeeres" interpretierte und Granit als ältestes Gestein lange vor Kalkstein ausgefällt worden sein musste. Der Neptunismus wurde vom französischen Diplomat und Naturwissenschaftler Benoît de Maillet (1656-1738) begründet, der in seinem posthumen Werk "Telliamed" (1748) Fossilien beschrieb, die hoch in den Bergen gefunden wurde. Maillet schlussfolgerte daraus, dass die gesamte Erde einst bis zu den höchsten Gipfel von einem Urmeer bedeckt war, aus dem die Gesteine sedimentierten.

Die dominierende Rolle des Neptunismus im Mitteleuropa des 19. Jahrhunderts wird oft auf die "dogmatische" Lehre des Inspektors der Bergakademie, Abraham Gottlob Werner (1749-1817), zurückgeführt. Tatsächlich beeinflusste Werner eine ganze Geologengeneration (seine Schüler umfassten unter anderem Leopold von Buch und Alexander von Humboldt), allerdings fußte seine Hypothese auch auf genaue (leider aber auch beschränkte) Naturbetrachtung und erschien den meisten Gelehrten der damaligen Zeit als schlüssig. In seinem Werk "Kurze Klassifikation und Beschreibung der verschiedenen Gesteinsarten" (1787) erarbeitet er ein Klassifikationsschema für Gesteine, das hauptsächlich von ihrer Schichtabfolge und Lagerung ausging, und dabei auch vermutetes Alter und Bildungsbedingungen berücksichtigte.

Abb.4. Darstellung durch den Künstler Johannes Kentmann der Basaltsäulen des Burgberges von Stolpen (Lausitz-Sachsen) im Werk "De omni rerum fossilium genere,...()" (1565) von Konrad Gesner. Dieser Aufschluss wurde bereits 1520 erwähnt, als Carolus von Miltitz ein Handstück des Basalts nebst einen Begleitbrief an Friedrich den Weisen sandte. 1546 nutzt Georgus Agricola in seinem "De Natura Fossilium" den Namen "Basalt" zum ersten mal für diesen Aufschluss und ersetzt damit den älteren Begriff  - eingeührt von Plinius - "Basanit".
Die Darstellung der Basaltsäulen als Kristalle macht deutlich, dass die Idee der Neptunisten von Gesteinen, als Produkte ausgefällt von Wasser, eine lange Tradition hatte.

Nach Werner konnte die Schichtabfolge im Gelände durch einen ehemaligen Weltozean erklärt werden. Nach der Bildung der Erde aus einem kosmischen Nebel formte sich ein fester Kern, der von einer Hülle einer wässrigen Lösung umgeben war. Aus dieser Lösung fällten sich nach und nach Kristalle aus, die absedimentierten und die verschiedenen Gesteinsarten bildete - zuerst Granit, der zumeist ganz unten anzutreffen ist, gefolgt von Gneis, Schiefer, Basalt und schließlich Kalkstein und andere "Sedimentgesteine" Als beispielhaftes Profil beschrieb er 1788 in "Bekanntmachungen einer von ihm am Scheibenberger Hügel (eine Lokalität im Erzgebirge - Sachsen) über die Entstehung des Basalts gemachte Entdeckung" eine Abfolge von horizontalen Schichten aus tertiären Sanden, Tongesteine, Konglomerate, Hyaloklastite ("Peperit") und Basaltdecken. Werner vermutete, dass diese horizontale Abfolge weltweit Gültigkeit hatte -  und auch die "symmetrische" Lagerung der Alpen sollte damit erklärbar sein.

Weiters waren aktive Vulkane in Europa nur von Süditalien bekannt - deren Eruptionen zwar spektakulär, aber Auswirkungen und Ablagerungen räumlich stark beschränkt waren. Flutbasalte und große Intrusionen, z.B. wie sie in Island auftreten, waren den meisten Gelehrten der damaligen Zeit noch weitgehend unbekannt. Tatsächlich stimmten die meisten Geologen der damaligen Zeit Werner zu - Magmatische Aktivität war zu schwach, um die großräumigen Landschaften der Erdkruste zu erklären.

Giuseppe Marzari-Pencati war ein typischer Naturalist seiner Zeit, der sich zunächst mit Botanik befasste und nach ausgedehnten Reisen in ganz Europa (unter anderem Süditalien mit seinen Vulkanen) um 1802 der Geologie zuwandte. Als Aufseher für die Österreich-Ungarische Monarchie verschlug es ihn um 1806 in die Bergbaugebiete des damaligen Tirols. Vielleicht beeinflusst von seiner Erfahrung mit Vulkanen, war er überzeugt davon das magmatischer Aktivität eine bedeutende Rolle in der Genese von Gesteinen zukommen musste.
Um 1820 publizierte er einen Artikel im "Nuovo Osservatore Veneziano" über die Lokalität "Canzoccoli", wo er das gleichzeitige Auftreten eines kristallinen Syenits (auch als Monzonit bezeichnet) neben einem weißen, homogenen Kalkstein - als "Predazzite" bezeichnet -beschrieb.

Abb.6. Handstücke von "Predazzite", eigentlich ein kontaktmetamorpher Kalk-Marmor.

Pencati behauptete, dass Predazzit eigentlich keine eigene Gesteinsart, sondern ein durch hohe Temperaturen umkristallisierter Kalkstein war - dies bedeutet nicht nur das der Kalkstein vor dem Eindringen des geschmolzenen Syenit bereits vorhanden gewesen sein musste (also älter als der Syenit war), sondern das Ausfällung aus einer Lösung bei der Bildung dieser Gesteine keine Rolle gespielt hatte. 

Zwei Jahre später besuchte Leopold von Buch Predazzo um eine neptunistische Erklärung für die ungewöhnlichen Lagerungsverhältnisse zu finden. Er schlug zunächst einen Bergrutsch vor, der die ursprünglichen horizontalen Schichtungen verstellt und verfälscht hatte, allerdings waren die Gesteine ungestört und der Übergang von Syenit zu Kalkstein war keine scharfe Grenze, sondern ein Übergang mit einer ausgeprägten Kontaktaureole (der metamorphe Predazzit).

Abb.7. Zahlreiche Geologen besuchten das Dorf Predazzo um die geologischen Verhältnisse von plutonischen und sedimentären Gesteinen mit eigenen Augen zu sehen.

Die Idee einer magmatischen Genese der Gesteine war nicht neu. 1788 schlug der Schottische Geologe James Hutton vor, dass magmatische Gesteine in geschmolzenen Zustand in die Erdkruste eindrangen und kristalline Schiefer durch Erdwärme umgewandelte ehemalige Sedimentgesteine waren. Charles Lyell übernahm diese Hypothese in seinem einflussreichen Werk "Principles of Geology" (Erstausgabe 1830-33). Allerdings sollte der Streit ob Magma die einzigen Quelle von Gesteinen sein kann bis weit nach 1890 dauern.

Abb.8. und 9. Magmatische Gänge ("Serpentinit") durchschlagen "umgewandelten Kalkstein" der in Kontakt zu einer Intrusion von "Granit" liegt (aus "Geo-Mineralogische Skizzen über einige Täler Tirols", 1848). Diese Aufschluss-Skizze (und realer Aufschluss) beweißt verschiedene Alter und Phasen der Gesteinsbildung - von sedimentärem Riffkalkstein zu kleinräumigen ladinischen Basalt-Gängen und groß-maßstäblichen Granit-Intrusionen des Monzoni-Komplex (228-237 Millionen Jahre alt).

Literatur:

AVANZINI, M. & WACHTLER, M. (1999): Dolomiti La storia di una scoperta. Athesia - Bolzano: 150
DELLANTONIO, E. (1996): Geologia delle Valli di Fiemme e Fassa. Museo Civico Geologia e Etnografia - Predazzo: 72
LOOK, E.-R. & FELDMANN, L. (Hrsg.)(2006): Faszination Geologie – Die bedeutendsten Geotope Deutschlands. E. Schweizerbart´sche Verlagsbuchhandlung, Stuttgart: 179
WAGENBRETH, O.(1999): Geschichte der Geologie Deutschland. Georg Thieme Verlag: 264

Die Flutwelle von Vajont

Zusammenfassung des ursprünglichen Artikels von Scientific American
"October 9, 1963: Vajont"  

Am späten Abend des 9. Oktober 1963 löste sich vom Abhang des Monte Toc ein Gesteinsscholle mit mehr als 250.000.000 Kubikmeter Volumen - der darunter liegende Stausee wurde mit mehr als 400m Material aufgefüllt, das plötzlich verdrängte Wasser verursachte eine über 200m hohe Flutwelle die mehr als 2.000 Menschen tötete.