XLV. Ueber Beobachtung der atmosphärischen und terrestrischen Elektricität; von E. Romershausen. Mit einer Abbildung. Romershausen, über Beobachtung der atmosphärischen und terrestrischen Elektricität. Die wichtige Rolle, welche die Elektricität in dem gesammten Naturhaushalt spielt und insbesondere ihr Einfluß auf die organische Schöpfung, auf den Gesundheitszustand und das Gedeihen der vegetativen und animalischen WeltRomershausen's galvano-elektrischer Apparat zur Förderung der Vegetation und Fruchtbarkeit des Bodens etc. Marburg bei Elwert 1851. (Neue Einrichtung 1853.)„Die Heilkräfte der Elektricität und des Magnetismus.“ 2te Aufl. Marburg bei Elwert 1853. , ist nachgerade so allgemein anerkannt, daß es eine erfreuliche Erscheinung ist, wenn sich in neuerer Zeit wieder mehrere Naturforscher mit diesem Gegenstand beschäftigen. Vereinzelte Beobachtungen der wechselnden elektrischen Zustände, wie ich sie seit vielen Jahren gemacht habe, können nur von localem Interesse seyn und zu einer allgemeineren Uebersicht ihres Einflusses auf meteorologische Erscheinungen kann man nur durch eine eben so allgemeine Verbreitung dieser Beobachtungen wie die damit in naher Beziehung stehenden des Barometers, Thermometers und Hygrometers etc. gelangen. Dazu ist aber vor allem eine Verständigung über die geeignetsten Vorrichtungen erforderlich, um dieselben soviel als möglich vergleichbar zu machen und in gegenseitige Beziehung zu bringen. Hierüber scheinen nun immer noch sehr differente Ansichten zu herrschen, namentlich: ob zu diesen Beobachtungen feststehende oder bewegliche Apparate zu benutzen sind? Ich erlaube mir daher, als einen geringen Beitrag zur Erledigung dieser Frage, hier einige Erörterungen aus meiner langjährigen Beschäftigung mit diesem Gegenstande mitzutheilen und der öffentlichen Prüfung vorzulegen. Um im Folgenden verständlich zu seyn, muß ich einige allgemeine Bemerkungen vorausschicken, und inwieweit dieselben auf meiner zum Theil heterodoxen Ansicht über das Wesen und die Bewegungs- und Richtungsverhältnisse der Agentien beruhen, mich auf meine frühern Aufsätze in dieser Zeitschrift beziehen.Polytechn. Journal Bd. CXVII S. 321, Bd. CXXIV S. 416, Bd. CXXV S. 181, Bd. CXXVII S. 198. 1) Da allen materiellen Substanzen, nach Verhältniß ihrer Capacität, Elektricität inhärirt, so ist der Erdkörper, als Inbegriff derselben, die allgemeine Lagerstätte und der ursprüngliche Herd aller elektrischen Processe. 2) Die Elektricität wird in fortwährender Aufregung und Thätigkeit erhalten durch die in Folge der Sonnenstrahlung örtlich wechselnde Temperatur – durch Einwirkung des kosmischen Magnetismus und durch die unausgesetzten chemischen Processe im Innern und auf der Oberfläche der Erde etc.Polytechn. Journal Bd. CXXVII S. 210. 3) Diese freie terrestrische Elektricität strömt in unendlicher Schnelligkeit hin- und herfluthend zur Erhaltung und Herstellung des dynamischen Gleichgewichts fortwährend vom (+) zum (–) hin. Ihre Hauptlagerstätte ist, wie bei jedem mit freier Elektricität geladenen Körper, die Oberfläche; sie verdichtet sich, wie bei diesem, an den äußersten Hervorragungen derselben, an Berggipfeln, Felsecken, den Spitzen der Bäume, der Blätter, den Hervorragungen der Gebäude etc. und strebt daselbst bei höherer Spannung zu entweichen. 4) Da die Luft, bei ihrem geringen materiellen Gehalt, sehr wenig elektrische Capacität besitzt und im völlig reinen und trockenen Zustande einer der besten Isolatoren ist, so bildet sie unter diesen Verhältnissen eine die Erdkugel umgebende isolirende Hülle und sichert die terrestrische Elektricität gegen Zerstreuung. Die Luft ist aber nie völlig rein und trocken, sondern immer mehr oder weniger mit Gasen und leitendem Wasserdunst gemischt. Nach Verhältniß dieser Mischung dringt die gespannte Erdelektricität in die Atmosphäre ein; die aufsteigenden Dunstpartikeln wirken bei diesem Proceß ganz wie die Spitzen und vermitteln mehr oder weniger eine elektrische Ladung des Luftstroms. Auch möchte wohl die durch Atmosphärendruck an der Erdfläche condensirte Luft hierbei in Mitwirkung treten. 5) Die Erdkugel gleicht demnach bei ihrer fortwährenden elektrischen Thätigkeit (2) einem isolirten, mit freier Elektricität auftretenden Leiter. Wie dieser einen bestimmten, mit der Entfernung abnehmenden Wirkungskreis hat, so auch der Erbkörper. Da aber die Leitkraft der die Erde umgebenden Luft im verkehrten Verhältniß zu ihrer Trockenheit steht, so ist dieser elektrische Wirkungskreis derselben sehr veränderlich – bald sehr nahe auf die Erdoberfläche beschränkt und bald sich bis in die höchste Wolkenregion hin erstreckend. 6) Da sich nun ein jeder mit der Erde in unmittelbarer leitender Verbindung stehende Körper nach Verhältniß seiner Capacität in völlig gleicher Spannung mit derselben befindet, so kann er in diesem gebundenen Zustand keine sichtbare Wirkung nach Außen hin zeigen. Dieses muß aber sofort erfolgen, wenn er in diesem dynamischen Gleichgewichtszustande gegen die Erde isolirt und mehr oder weniger aus dem elektrischen Wirkungskreis derselben entfernt wird. Die durch die dominirende Erdspannung seither in gleicher Vertheilung (latent) gehaltene Elektricität eines solchen Leiters wird also mit der Entfernung aus dem Wirkungskreis derselben frei und tritt in selbstthätiger Wirksamkeit auf. Diese Art einer Elektricitätserregung scheint man seither nicht beachtet zu haben, ob sie gleich sowohl bei Beobachtung der Luftelektricität als auch bei vielen andern elektrischen Erscheinungen von wesentlichem Einfluß ist. 7) In Beziehung auf unsern hier vorliegenden Zweck wollen wir uns diese Erscheinung an beigefügtem bildlichen Schema anschaulich machen. Es sey: e der elektrisch thätige Erdkörper; Textabbildung Bd. 130, S. 196 k eine mit der Erde leitend verbundene, also in völlig gleicher Spannung befindliche Metallkugel; a die die Erde umgebende Atmosphäre bei mehr trockener Luftbeschaffenheit; d die zeitweilige Gränze des elektrischen Wirkungskreises der Erde. So lange die Kugel k mit e leitend verbunden ist, befinden sich beide in gleicher elektrischer Vertheilung und Spannung; die Elektricität von k ist durch die des dominirenden e gebunden und gehalten. Wird k in diesem eben bestehenden gleichen Spannungs-Verhältniß gegen e isolirt und senkrecht aufwärts nach a hin bewegt, z.B. über die zeitweilige Gränze d des elektrischen Wirkungskreises von e hinauf entfernt, so tritt die seither von e gebunden erhaltene Elektricität von k frei thätig, hier also positiv (ausströmend) nach Außen hinauf, und zwar immer nach Verhältniß der frühern Spannung und der Entfernung von e, wie dieses auch stets ein empfindliches Elektroskop nachweist, welches mit k leitend verbunden ist. Da nun aber k, während der Entfernung von e, durch fortdauernde Anziehung und Abstoßung der mehr oder minder feuchten Lufttheilchen immer einen Theil seiner frühern Elektricität verliert, so erscheint es bei seiner Herabbewegung und Annäherung zu e, in Beziehung auf die noch fortbestehende Spannung desselben, negativ (einströmend) gerichtet, wie auch dieses das Elektroskop anzeigt. Inwieweit bei dieser Erscheinung auch die sogenannte Vertheilung oder Fernwirkung von e Polytechn. Journal Bd. CXXIV S. 416. betheiligt ist, wage ich nicht zu entscheiden. Innerhalb der Gebäude, in Zimmern deren Wände und Decke nur eine leitende Fortsetzung der Erdspannung bilden, kann sich dieser Erfolg natürlich nicht zeigen. 8) Eine gleiche Erscheinung ergibt sich, wenn wir bei trockener Luftbeschaffenheit auf einem freien Raume einen längeren Leiter senkrecht aufstellen, welcher nahe bei e getrennt werden kann. In verbundenem Zustande ist er in gleicher Spannung mit e und die terrestrische Elektricität drängt sich, wie bei allen Hervorragungen, condensirend zur Spitze hin. Isoliren wir nun denselben unten gegen e, verbinden ihn daselbst mit einem empfindlichen Elektroskop und heben plötzlich die Verlängerung ab, so zeigt sich oft eine sehr lebhafte Elektricitätserregung. Dasselbe erfolgt auch in vermindertem Grade, wenn wir einen unter gleicher Spannung mit e befindlichen Leiter mit einem Metallcylinder verdecken, ihn isoliren und diesen plötzlich abheben, indem wir hier die nach bekanntem Gesetz auf der Außenfläche der Metallhülle condensirte Elektricität hinwegnehmen, also zwischen beiden eine elektrische Differenz veranlassen. 9) Alle diese Erscheinungen zeigen sich aber unter besondern Umständen in polar-entgegengesetzter Richtung, indem sowohl die veränderliche Beschaffenheit der Luft, als auch jede Veränderung der zeitweiligen elektrischen Dichtigkeit von e eine proportionale Veränderung in a erzeugt und so umgekehrt. 10) Je trockener und isolirender der Luftraum zwischen e und a ist, desto beschränkter ist der elektrische Wirkungskreis von e; je feuchter und leitender hingegen, desto weiter erstreckt sich dieser Wirkungskreis, oft bis in die höchste Luftregion, wo sich die elektrisch geladenen Dünste anziehen und zu Wolken verdichten. Jede Wolke ist daher mehr oder weniger elektrisch geladen. Es kann daher, namentlich bei Temperaturveränderungen, ein Zustand eintreten, wo a mehr als e geladen ist. Die Stromrichtung des Pfeils p ist alsdann die umgekehrte, also a positiv (ausströmend) und e negativ (einströmend) gerichtet. Diesen Zustand zeigen häufig schon die ersten niederfallenden und ableitenden Regentropfen, Schneeflocken etc. Bei fortdauerndem Niederschlag gleicht sich aber das elektrische Verhältniß zwischen e und a bald wieder aus, wobei wir oft momentane abwechselnd auf- und niedergehende Strömungen beobachten. Vereinigen und verdichten sich dergleichen elektrisch überladene Wolkenmassen, namentlich wenn zwischen e und a trockenere und isolirende Luftströmungen eintreten, so bilden sie gleichsam eine elektrische Batterie, deren gewaltsame Entladungen blitzend im Gewitter auftreten und diese Ausgleichung zwischen a und e herstellen. Auch hier zeigen sich meist zwischen beiden wechselnde Rückschläge. Hiernach leuchtet es nun auch ein, daß unter genannten Verhältnissen der zwischen e und a bewegte Körper k die polar entgegengesetzte Stromrichtung anzeigen muß. Wenn es nun auch der Raum nicht gestattet, hier die aus der veränderlichen elektrischen Beschaffenheit zwischen e und a hervorgehenden, vielfach verwickelten meteorologischen Erscheinungen näher zu erörtern, so werden doch diese wenigen Bemerkungen zur Erklärung der Veränderungen der atmosphärischen Elektricität in den verschiedenen Jahres- und Tageszeiten, bei andauernder Trockenheit oder Nässe, bei Nebel, Regen, Schnee und Hagel einstweilen zureichen. 11)Aus der seitherigen Darstellung geht nun von selbst hervor, daß alle zwischen e und a beweglichen und in den Luftraum erhobenen Apparate, nicht die vorhandene elektrische Labung der Atmosphäre, sondern nur den Grad der elektrischen Erregung eines mit der Erdelektricität in gleicher Spannung befindlichen und mit der Entfernung von e elektrisch frei auftretenden Leiters anzeigen. Hierher gehören also: Cavallo's in die Luft gestoßene elektrische Angelruthe – Volta's durch Verbrennung eines kohlenstoffhaltigen Körpers an der Auffangspitze an sich schon elektrisch erregte und daher unbrauchbare Wetterstange – die in die Luft geschossenen Pfeile verschiedener Einrichtung – Saussure's in die Luft geschleuderte Metallkugel und der neuerdings von Dellmann angegebene ApparatPoggendorff's Annalen Bd. LXXXIX S. 258. u.s.w. 12) Ich selbst benutzte in früheren Jahren solche bewegliche Apparate zur Beobachtung der Luftelektricität, wurde aber durch die bekannten instructiven Versuche Ermann's und Prechtl's auf die Nichtigkeit dieser Beobachtungen aufmerksam gemacht. Eine sorgfältige Wiederholung derselben mit einer sehr einfachen Vorrichtung im Freien überzeugte mich, daß bei gewöhnlich mehr trockener Luftbeschaffenheit ein jeder von der Erdfläche senkrecht aufwärts bewegte Leiter positiv und bei der Herabbewegung negativ erregt erscheint – daß aber bei einer mit der Erdfläche parallelen und langsamem FortbewegungVersuche, welche ich damals im Interesse der Jäger zur Erklärung des von ihnen sogenannten Brandes scharfschießender Gewehre anstellte, zeigten, daß auch ein in großer Geschwindigkeit parallel mit der Erdfläche bewegter Leiter, wahrscheinlich durch Reibung und Kompression der Luft, elektrisch motivirt wird; denn eine in dieser Richtung abgeschossene Flintenkugel, welche am Ziele eine isolirte, mit einem empfindlichen Elektroskop verbundene Kupferplatte traf, zeigte immer eine bedeutendere elektrische Erregung, als wohl der bloße Druck und Contact der Metalle veranlassen konnte. keine Elektricitätserregung stattfindet.Ermann scheint die Resultate seiner Versuche lediglich von der vertheilenden Wirkung des Erdkörpers abhängig zu machen; dieses widerspricht aber den bekannten Gesetzen einer solchen Vertheilung, und der eigentliche Grund dieser Erscheinungen ist offenbar der unter (6) angegebene. Andere Einwürfe Configliani's (Schweigger's Journal Bd. II S. 69) möchten sich wohl nach Obigem von selbst widerlegen. Auch zeigte mir ein öfterer Vergleich mit den Anzeigen eines feststehenden Apparats, daß beide fast niemals übereinstimmen. Ich benutze daher zur Beobachtung der Luftelektricität zwischen e und a seit mehreren Jahren eine solche ältere feststehende Franklin'sche Wetterstange, wie ich sie mit mehreren Verbesserungen in Poggendorff's Annalen Bd. LXIX S. 71 und Bd. LXXXVIII S. 571 angegeben habe. 13) Eine solche feststehende Borrichtung ist nach Obigem allein im Stande die wechselnde Ladung und Spannung des Luftraums in einer bestimmten Höhe über e anzuzeigen. Dazu ist aber erforderlich, daß die mit feinen Platinspitzen versehene Auffangstange über die Bedachung eines freistehenden Hauses zureichend hinausragt (3) und nebst ihrer Zuleitung zu dem Elektroskop aufs sorgfältigste gegen die Erde isolirt ist. Wenn nun auch die a. a. O. dargestellte Einrichtung dieses Apparats noch mehrfacher Verbesserungen fähig ist, so hat er sich doch bereits im praktischen Gebrauch zureichend bewährt.So sagt z.B. Dr. Guivartowsky (Bulletin de la Société Impériale des Naturalistes de Moscou 1849 p. 608) in seinen Observations faites à Moscou sur l'electricité, pendant l'épidemie cholerique: „J'employai un instrument qui se prête parfaitement à ce genre de recherches, l'electroscope de Romerhausen, donf la description se trove dans les Annales de Poggendorff T. LXIX pag. 71. Cet instrument, d'une sensibilité extrême, marque avec précision l'intensité et la nature de l'electricité atmosphèrique etc.“ Auch stimmen die chemischen Prüfungsmittel der Schönbein'schen, für das vegetative und animalische Leben wichtigen Ozonbildung nur mit den Anzeigen eines solchen feststehenden Apparats überein. 14) Es ist daher ein sehr übereiltes Urtheil, wenn Dellmann zur Empfehlung seiner beweglichen Vorrichtung den feststehenden Apparaten alle Brauchbarkeit abspricht und namentlich auch den von mir angegebenen seinem Tadel unterwirft. Wenn er dieser Vorrichtung unzureichende Isolirung und retardirte Ladung vorwirft, so hat er wohl nicht bedacht, daß eine absolute Isolirung eine Unmöglichkeit ist, daß aber jedenfalls ein solcher feststehender Apparat vollkommener isolirt werden kann als ein beweglicher. Namentlich möchte wohl seine sogenannte Sammelkugel (nach Obigem Zerstreuungskugel) während des Transports zu dem Elektroskop schon durch die Körpernähe einen bedeutenden Verlust erleiden. Hinsichtlich der scheinbar retardirten Ladung hat ihn wahrscheinlich der Umstand zu dem unverdienten Tadel verleitet, daß die bewegliche Vorrichtung allerdings fast immer eine bedeutende Elektricitätserregung anzeigt, während die feststehende bei der oft zeitweilig zwischen e und a bestehenden Gleichgewichtsvertheilung kaum merklich irritirt wird. Da aber nach Obigem jeder bewegliche Apparat, also auch der Dellmann'sche, zu der erforderlichen Beobachtung der elektrischen Beschaffenheit der Atmosphäre zwischen e und a völlig ungeeignet ist, so wird jede weitere Erörterung dieser differenten Ansichten überflüssig seyn. 15) Da indessen die veränderliche und rastlos thätige Erdelektricität allen elektrischen Processen zum Grunde liegt – da sie unstreitig auf alle mit der Erde leitend verbundenen Organismen vom wesentlichsten Einfluß ist und auch wir selbst dieser wechselnden Spannung unterworfen sind (3), indem sie auf unsern Gesundheitszustand, auf unser Nerven- und Gefäßsystem fortwährend einwirkt – und in Verbindung mit der Wärme, die Haupttriebkraft der Pflanzenwelt zu seyn scheint, also Gedeihen und Fruchtbarkeit von ihrer Einwirkung abhängig sind – so ist eine gleichzeitige Beobachtung derselben sehr wünschenswerth. Zu diesen Beobachtungen möchte nun wohl der übrigens sehr sinnreich construirte Apparat Dellmann's brauchbar seyn, wenn die Bedingungen erfüllt werden können, welche bei jeder solchen beweglichen Vorrichtung zu beachten sind. 16) 9. Die Errichtung eines solchen Apparats darf (nach 3 und 7) nicht zur Seite eines freistehenden Gebäudes, sondern muß über der höchsten Giebelspitze desselben angebracht werden, um die Seitenwirkung des Hauses zu vermeiden. Am besten wäre die Aufstellung desselben auf einer ebenen und völlig freien Fläche, deren Höhe über dem Meere ermittelt ist. Da aber diese Beobachtungen nicht bloß an bestimmten Tageszeiten vorzunehmen sind, sondern die oft plötzlich eintretenden und vorübereilenden Erscheinungen eine stete Aufmerksamkeit des Beobachters fordern, so ist die Anlage auf der Wohnung desselben vorzuziehen. b. Sowohl am höchsten Punkt der Erhebung, als auch am tiefsten der Herabbewegung, muß der bewegte Körper durch leitende Berührung der zu dem Elektroskop führenden und sorgfältigst isolirten Leitung den Grad der differenten Spannung anzeigen, da nur auf diese Weise die eigentliche Beschaffenheit der freien terrestrischen Elektricität ermittelt werden kann. c. Um mehrere Apparate dieser Art einigermaßen vergleichbar zu machen, müssen: α) die bewegten Körper von allgemein bestimmter Dimension und gleicher elektrischer Capacität und Tenacität seyn – also von demselben Metall; β) sowohl die Höhe über der Erdfläche, zu welcher der Körper erhoben, als auch die Geschwindigkeit seiner Bewegung müssen gleichförmig seyn; γ) die Temperatur, der Druck und Feuchtigkeitsgrad der Luft, wie auch die Windrichtung, müssen gleichzeitig bemerkt werden, da dieses in naher Beziehung zu der elektrischen Ladung der Atmosphäre steht, also auch den elektrischen Wirkungskreis der Erde modificirt. 17) Die Hauptschwierigkeit einer erfolgreichen allgemeinern Verbreitung dieser für Meteorologie und den gesammten Naturhaushalt hochwichtigen Beobachtungen der atmosphärischen und terrestrischen Elektricität, scheint mir in dem Mangel eines vergleichbaren mathematisch genauen Meßinstruments für schwache Elektricitätsgrade zu liegen. Die nach der verschiedenen Luftbeschaffenheit sehr veränderliche Schnelligkeit, womit freie Elektricität auch bei bestmöglicher Isolirung entweicht, ist das allgemeine, schwerlich zu besiegende Hinderniß. Indessen wollen wir die Hoffnung nicht aufgeben, daß auch dieses Hinderniß durch die neuerdings vereinten Bemühungen der Naturforscher noch beseitigt werden wird, umsomehr, da die Konsequenzen des scharfsinnigsten, auf wankende Thatsachen gegründeten Calculs oft mehr in die Irre, als zum Fortschritt führen.