Geschichte der Geowissenschaften: Ozeanographie

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Krümmel, 1886: Geoide - Kontinentalwelle

Krümmel (1886) veröffentlichte eine Begründung für die gravimetrischen Anomalien im Ozean und nennt die Wichtigkeit dieser Erkenntnis, um möglicherweise Tiefenmessungen auf dem gravimetrischem Prinzip vornehmen zu können.

Nach Gauss und anderen Wissenschaftlern war klar, dass die wirkliche Form der Erde schwer zu erfassen ist. Um 1870 wurde klar, dass die Erde auf Grund ihrer etwas unförmigen Gestalt einige gravimetrische Anomalien aufweist.

Es sollte erwähnt werden, dass um 1870 das Innere der Erde noch gänzlich unbekannt waren, auch Prozesse wie Subduktion oder den Aufbau der Ozeankruste kannte man nicht.

Die erste Berechnung eines Geoides gelang 1886.

Heute ist die Wissenschaft sehr viel weiter: Gravimeter  haben die Pendel ersetzt, die gewonnen Daten sind viel exakter, kein Vergleich mit 1880.

Heutzutage kennt man einige ozeanische Schwere-Anomalien, mit dem heute zumeist angewandtem Geoide können unterschiede bis zu 190 Metern im Meeresspiegelnivel auftreten, es werden Anomalien in den Gesteinen der Erdkruste, Asthenosphäre und vieleicht im Erdmantel genannt. 

Krümmel führt den Begriff "Kontinentalwelle"
in die Wissenschaft ein, ein Phänomen, welches die Masse der Kontinente Auswirkungen auf die Höhe des Meeresspiegel beschreibt.

Siehe Tiefenlotung durch Gravitation - Siemens

Originaltext in Deutsch, Krümmel (1886):
p. 27-32

Krümmel: Die Meerestiefen [p. 27-32]

Kapitel 2

Die Meerestiefen

Wir haben bereits im vorigen einen plausiblen Wert für das Areal der Meeres Räume gefunden wollen wir nunmehr das Volumen und die Masse derselben bestimmen so müssen wir uns zuvor über die Tiefe des Meeres orientieren.

1. Das Meeresniveau

Die Tiefenmessung können immer nur von der Oberfläche des Meeres aus vorgenommen werden diese Oberfläche das Meeresniveau ist nun aber keineswegs eine regelmäßige und einfache Erscheinung. Früher hat man solches wohl vorausgesetzt, indes mit Unrecht.

Wäre kein Land vorhanden so würde das Meer in seiner Oberfläche die ungetrübte Form eines um seine Achse rotieren des Himmelskörpers darbieten: Der Querschnitt desselben würde keinen Kreis sondern eine Ellipse vorstellen, deren kleiner Durchmesser durch die Rotationsachse von Pol zu Pol gegeben ist. Es würden also nicht alle Punkte diese Oberfläche gleich weit vom Mittelpunkt dieses aus Wasser bestehen den Planeten entfernt sein; sondern immer nur die unter derselben geographischen Breite gelegenen. Dagegen würden alle Punkte im Äquator weiter vom Erdmittelpunkt abliegen als die Punkte jeder anderen Breitenlage das sind alles selbstverständliche Folgerung.

Denken wir uns nun Kontinente in diese Wasserdecke eingeschaltet so wird dadurch in der Oberfläche des Meeres eine größere Veränderung bewirkt. Alle Körper ziehen aneinander an und zwar im richtigen Verhältnis zu ihrer Masse. Das Land ist zweieinhalb mal schwerer als das Wasser wird also wenn gleich Volumen ja aneinander gegenüberstehen das Wasser 2,5 Mal stärker anziehen als es selber von diesen angezogen wird. Das wird nun auch bei den Kontinenten der Fall sein. Jede Flüssigkeit stellt sich in ihrer Oberfläche in ein Niveau ein, welches dann auf sie einwirkenden Kräften entspricht und zwar so, dass dieses Niveau immer senkrecht zu einem darüber aufgehängt Lot verläuft. Währen keine Kontinente vorhanden, so würde das Niveau des Meeres sich nur noch der Schwerkraft und der Zentrifugalkraft richten. Ein aufgehängtes Lot würde also in unseren Breiten durch die Zentrifugalkraft von der Richtung nach dem Erdmittelpunkt ab und nach außen gezogen scheinen, was eben dann zur Folge hat, dass die Meeresoberfläche die Form eines Rotationsellipsoids annimmt.

Treten aber Kontinental Massen zwischen der Meeresfläche auf so ziehen auch sie das Lot ihrerseits an wie es in beistehender Zeichnung angedeutet ist. Die Meeresoberfläche stellt sich aber wieder senkrecht gegen das Lot ein wäre der anziehende Kontinent C nicht vorhanden, so wäre M - M´  die Niveaufläche des Meeres; durch den Kontinent erhält das Meer aber die neue Niveaufläche N – N´ so dass das Meer in unserer schematischen Zeichnung an der Küste um das Stück N´- M´ - tiefer wird. Diese Erscheinung wird nun ringsum die Kontinente herum auftreten und zwar umso ausgiebiger je flacher das Meer oder je massenhafter und höher der Kontinent ist.

Bei großer  Abwechslung und Mannigfaltigkeit in der Beschaffenheit der Festländischen Küstengebiete ist nur nicht zu verwundern, dass durch das Meeresniveau durch das Auftreten dieser sogen im Kontinental-Welle ein sehr komplizierte und regelmäßige und unregelmäßige Fläche wird, die im allgemeinen an der Küste weiter vom Erdmittelpunkt entfernt ist als im Freien offenen Ozean. Nirgends aber wird diese neue Niveaufläche eine nach außen hin konkave vielmehr sie bleibt sie unter allen Umständen eine konvexe die das Zentrum ihrer Krümmung in der Nähe des Erdmittelpunktes liegen hat.

Dass dieser Effekt der Anziehung des Meeres durch die Festländer keineswegs zu vernachlässigen ist haben neuere Berechnung ergeben. F. Bruns hat unter der vereinfachten Annahme dass ein schematischer Kontinent von Pol zu Pol zwischen zwei um 45° voneinander abstehenden Meridianen sich erstrecken und eine mittlere Größe von 300 m neben einem durchschnittlich 3000 Meter tiefen Ozean besitzen soll diese Niveau Abweichung zu 550m gefunden wenn man die tiefste Einsenkung der Niveaufläche über dem Meer der höchsten Anschwellung derselben im Inneren des dieses Kontinentes unter dem Äquator vergleicht.

Tatsächlich besitzen wir in den dem Sekundenpendel ein Instrument welches diese Abweichung direkt zur Anschauung bringt. Da nämlich das frei schwingende Pendel durch die Schwerkraft, das heißt die vom Erdmittelpunkt ausgehende Anziehung in Bewegung gesetzt wird diese Kraft aber sehr schnell abnehmen nimmt mit der Entfernung vom Erd-Zentrum so werden gleich lange Pendel nur dann wenn sie im gleichen Abstand von diesem Zentrum aufgehängt sind die gleiche Zahl von Schwingungen 24 Stunden vollenden können. Werden sie in größeren Abstand davon aufgehängt, so werden sie weniger, werden sie in kürzerer Entfernung aufgehängt, so werden Sie mehr Schwingungen in der gleichen Zeit zurücklegen.

Denken wir uns nun einen Erdkörper dessen Größe wir dadurch ausdrücken dass wir ihm mit einer Kugel von 6370 km Radius gleiches Volumen geben der aber dabei die Gestalt eines Umdrehungs-Ellipsoids besitzt in welchem der Abstand des Poles vom Erdzentrum um 1/ 289 kleiner ist als der Abstand des Äquators von diesem Zentrum, so ist es nicht schwer für alle beliebigen geographischen Breiten die Länge eines Pendels zu berechnen das genau in 24 Stunden 86.400 Schwingungen, also in jeder Sekunde eine vollendet das ist das Sekundenpendel.

Als man nun aber Pendel von der berechneten Länge in der verschiedenen Regionen der Erde schwingen lies, was durch die großen Expedition von Edward Sabine, Henry Foster Louis de Freyeinet, Duperrey, Lüdtke und anderen ausgeführt wurde, er gab sich ganz allgemein, dass das Sekundenpendel an den Küstenorten zu wenig auf der ozeanischen Insel aber zu viel Schwingung in 24 Stunden vollendete.
Damit war der Beweis für das Vorhandensein einer Kontinental-Welle geliefert.

Die Beträge und welche das wirkliche Meeresniveau von der dem berechneten normalen Niveau abweicht kann man sehr angenähert in Metern erhalten wenn man die Differenz der Schwingungszahl mit 119 multipliziert. So hat Lüdtke auf der Bonin Inseln südöstlich von Japan im Nordpazifischen Ozean liegen in 24 Stunden 11,83 Schwingungen mehr beobachtet als normal sein würde für die dortige geographische Breite. Daraus berechnet man eine Depression des Meeresspiegel an der an jener Stelle um 1400 Meter, Lifting nach einer genaueren Methode von 1310 m unter dem Niveau des normalen Ellipsoids ist diese ist freilich die extremste Abweichung vom normalen Niveau die man gegenwärtig kennt. Ozeanische Inseln Inseln zeigen etwa 2/3 dieses Betrages, wie Santa Elena bei welchem der Meeresspiegel 850 unter dem normalen Niveau liegt.

An den Küsten haben wir dagegen dem Meeresspiegel über dem Normal-Niveau:

- an der Mündung des Amazonas Flusses + 570 m
- bei Madras am Bengalischen Golf + 450m
- bei London + 120 m

So stellt sich das Meeresniveau als eine mächtig durch die eingelagerten Festland deformierte Fläche dar.

Diese denken die Geodäten sich unter den Kontinenten hindurch fortgesetzt und den so umgrenzten idealen Erdkörper nennen sie nach Listings [Johann Benedict Listing, 1871] Vorgang das Geoid. Auf diese Grundfläche also beziehen sich alle Höhenmessung auf dem Lande wie alle Tiefenmessung auf dem Meere.

Aus:  Krümmel (1886: Der Ozean.
De: Krümmel (1886): Der Ozean

Krümmel (1886): Der Ozean, Eine Einführung in die allgemeine Meereskunde. -  242 Seiten, 77 Abbildungen; G. Freytag, Leipzig. Eine Einführung in die allgemeine Meereskunde. [Sammlung W. Griem]

Die Abbildungen wurden mit einem HP Scanjet G3110 mit 600dpi eingescannt, danach mit Corel Draw - Photo Paint (v. 19) digital bearbeitet. Speziell Filter der Grau­stufenverbesserung, Elimination von Flecken sowie Ver­besserung der Schärfe wurden bei der Bildbearbeitung angewandt (W. Griem 2020).

Die Texte wurden mit einer Pentax Kr-3 II digi­talisiert und später mit ABBYY (v.14) ver­arbeitet und zur OCR vor­bereitet. Fraktur­schriften wurden mit ABBYY Fine Reader Online in ASCII umge­wandelt; "normale" Schrift­arten mit ABBYY Fine Reader Version 14.
Die Texte wurden den heutigen Recht­schreib­regeln teil­weise ange­passt, es wurden erläuternde und orien­tierende Zeilen ein­gefügt (W. Griem, 2020).

Text aus dem Buch die Ozeane von Krümmel, 1886: Eine Herausforderung für OCR Anwendungen.