QLÜ CKAU F Berg- und Hüttenmännische Zeitschrift
zeitweilig zugleich
DER BERGBAU
Zeitschrift d e s V ereins D e u ts c h e r B ergleute im N S B D T . u n d fo lg e n d e r V erb än d e:
Verein für die b e rg b a u l ic h e n In te re ss e n in E s s e n • T e c h n i s c h e r Ü b e rw ach u n g s -V erein Essen • B ezirksgruppen Steinkohle n
bergbau Ruhr, A achen, Saar, O berschlesie n, Nie ders chle sien, Mitteld eutsc hla nd un d N ie dersachsen der W ir ts c h a fts g ru p p e Bergbau • B e z irk s g ru p p e Sieg en d e r W ir t s c h a f t s g r u p p e B erg b au • Schriftw alter: B erg ass esso r C. P O M M E R , für den wirtschaftlichen Teil Dr. H. MEIS, E sse n ; S c h riftw a ltu n g für Schlesien: P ro f e sso r Dr.-Ing. G. S PA CK ELER , Breslau,
für S ü d o s t e u r o p a Dr. I. K. T U R Y N , Wien
Heft 39/40 Essen, 2. Oktober 1943 79. Jahrgang
Seite GLIMMERT, F ritz un d H ein rich G u s ta v S T E I N M A N N :
Vom K o h l e n s t o f f ... 449 B URG HO LZ, R u d o lf: Ein f ü r den B e rg b a u n e u a r t ig e s
e le ktroakustisches S p r e c h v e r s t ä n d i g u n g s g e r ä t . . 453 ANTHES, H a n s : E le k t ris c h e r A ntrieb d e r G r o ß a r b e i t s
maschinen im B e r g b a u ... 459 U M S C H A U : Die E n t e i g n u n g von B e r g s c h a d e n s
verzichts gelä nde - Alte U rteile un d neue G ed an k en -
Seite g ä n g e — W e g e zur E n erg ie e in sp a r u n g — B eo b a c h tu n g e n der M ag n etisch e n W a r t e n der Westfä lischen B e rg g e w e rk s c h a ft s k a s s e im Juli 1943 . ... 463 W I R T S C H A F T L IC H E S : Eisen und Kohle in P eru . . 465 P atentbericht, Z e i t s c h r i f t e n s c h a u ... 466 P e r s ö n lic h e s ... 468 V D B .-N a c h r i c h t e n ... 468
Kohlen- und Koksaufbereitu
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1. L e ic h te r Lauf, 2. W e n ig e und u n e m p fin d lic h e T e ile , 3. E in fa c h e r Z u sa m m e n b a u , 4. P rä z is e A u sfü h ru n g 5. S ta u b s ic h e re r L a b y rin th a b s c h lu ß , 6. G e rin g e A nzahl d e r S c h m ie ru n g e n p ro J a h r, 7. Lange L e b e n s d a u e r.
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zeitw eilig zugleichDER BERG B AU
Heft 39/40 E s s e n , 2. O k t o b e r 1943 79. J a h r g a n g
Vom Kohlenstoff.
Von D r .‘ F ritz G u m m e r t u n d Dr. Heinrich G usta v S t e i n m a n n , Essen.
»Die Kohle ist die V oraussetzung f ü r beinahe alles, w as es ü b e rh a u p t a u f d e r W e lt gibt«.
H e r m a n n G ö rin g . Die Rolle des K o h len sto ffs für das o rg an isch e Leb en .
U nte r den 90 E lem en ten , aus denen un se r e E r d r i n d e mit ihren Meeren u n d ih r e r L ufth ülle a u fg e b a u t ist, steht mengenmäßig d e r K o h le n sto ff — C — an 13. Stelle. Sein Vorkommen in dem uns ein ig erm aß en zugänglichen Teil ider E rd ri n d e w i r d a u f etw a 1/1000 G ew ichtsanteil g e schätzt. F ü r das organische Leben, w elch es sich praktisch auf einer Schale von n u r w enigen M etern Stärke abspielt, also fü r alles, w as da w ächst, kreucht u n d fle u g t, ist C gleichwohl d e r w ic hti gste G r u n d s t o f f .
Das w ä re se lbst d e r F a ll, w enn das Leben sich n u r als Aufbau org a n isc h e r Substanz vollzöge, denn alle W esen, ob Tier o d e r Pflanze, bestehen in d e r T ro c k e n su b s ta n z zu rd. der H ä lft e aus C, w ä h r e n d sich in die änderte H älfte viele Ele m ente teilen. Doch ist A u fb au ohne A bbau des Organischen sch w er v o rs te llb a r, weil nichts v erm o d ern würde; man könnte etw a an eine A rt s t ä n d ig langsam wachsenden M o o s p o lste rs den ken . W ie sich dies in den deutschen W o r t e n »Wesen« u n d »Verwesen« a u s p r ä g t, g e hört zum Leben, so wie w ir es verste hen, w e s e n s n o t w e n d i g das Wechselspiel zwischen Leben u n d Tod. A ber auch andere E n e rg ie le is tu n g e n als das eig entliche W achsen sind mit dem Leben n o tw e n d ig verk n ü p ft.
Sowohl d e r A ufbau o r g a n isc h e r Substan z als auch der Abbau und die hierbei fr e iw e r d e n d e E n e rg ie b eru h en nun gerade a u f dem dem C eigentüm lic hen Str eben, die v e r schiedenartigsten V erb in d u n g e n m it sich selbst u nd a n d eren Elementen einzugehen. Alle ü b rig e n E lem ente können etw a 15000 V erbin dungen bilden, die noch nicht alle d a r g e s te l lt worden sind, vom C sind jedoch rd . 4 0 0 0 0 0 V erb in d u n g en schon bekannt. »Die F äh ig k eit des K ohlenstoffs , W a s s e r stoff und S a u e rs to ff n e b e n e in a n d e r in w ech seln d s ten V er
hältnissen u n d F o rm e n zu binden, ist von h ö ch ster Ber deutung f ü r die org a n isc h e W e l t . . . . Nach seinen I r r fahrten im Pflanzen-, Tie r- u n d M en s c h e n k ö rp e r ers cheint der Koh lenstoff im m er w ie d e r als K ohle ndio xyd u nd dringt in dieser fl üchtigen G e s ta l t überallhin, w o neue chemische A b en teu er seiner w a rte n . Die harm onische V er
einigung vieler son s t n u r g e tr e n n t a u f t r e t e n d e r chem ischer Fähigkeiten f i n d e t sich blo ß an d e r einen, eben vom Kohlenstoff b e setzten Stelle des p eriodische n S y s t e m s 1.«
Organische S ubstanz w ir d a u fg e b a u t d ad u rch , d aß d e r Kohlensäure ( C 0 2) d e r A tm o s p h ä re C entr issen w i r d u nd das C mit W a s s e r ( H 20 ) K o h lenhydrate, z. B. T r a u b e n zucker (CcH 120 6) b ildet nach d e r G r u n d s a t z f o r m e l : Kohlensäure + W a s s e r + E n e r g ie = K o h le n h y d r a t + S a u e r stoff od e r g e n a u e r z. B . :
44 g C 0 2 + 18 g H 20 + 112 kcal ^ 30 g C 6H 12O e + 32 £ 0 2 Das ist — einmal von links, einmal von re chts gele sen — die wichtigste G r u n d f o r m e l d e r Chemie des Lebens. Aus Bestandteilen eines G ases u n d ein er F lü s sig k eit en ts teh t demnach ein f e s te r Stoff.
Die nötige E n e rg ie , die hie r in Kalo rien a u s g e d r ü c k t ist, liefert f a s t auss ch ließ lich das S o nnenlicht; zu diesem Aufbau ist n u r die g r ü n e Pflanze fähig. Es ist zw ar zu u n
1 E tw a s a b g e ä n d e rte s Z ita t von A. S t o c k , z it. in K. B o r e s c h : K reis
lauf d e r S to ffe in d e r N a tu r. F. H o n c a m p : H an d b u ch d er P flan zen ern ä h ru n g , B erlin 1931, I, S. 297.
seren Lebzeiten d e r technisch ü beraus bed eu tsam e Schritt gelu ngen, den Stickstoff d e r Luft in V erb in dungen einzu
fangen ; den A ufb au von K ohle hydraten aus C 0 2 in seinem A bla uf im O rg a n is m u s h a t man je doch nicht einmal im Laboratoriu m sversuch nachzuahmen vermocht.
Aus dem K o h l e h y d r a t C 6H 120 6 = Traubenzucker bildet sich nun m it den eigene n Energie quellen des O r g a nismus F e t t durch V errin g e ru n g des O-Anteils sowie E i w e i ß hauptsächlich da durc h, daß Stickstoff — N — in die Ver bin dungen einbezogen wird.
W ä h r e n d C 0 2 energetis ch w irkungslos ist, z. B. so g ar zum Feuerlösc hen g eb rau ch t w erd en kann, haben C O H und C O H N -V erb in d u n g en ein energetisches G efä lle zu 0 O 2 hin.
W ir d etwa T ra ubenzucker verbrannt, so ents te ht außer W ass er C 0 2, un d es w ir d die v o rh e r eingehe imste Sonnen
energie in G e sta lt von W ärm e o d e r so nstigen Leistungen frei. Dieser V o rg a n g spielt sich ab bei schneller V e rb re n n u n g mit o ff e n e r Fla m m e, ab e r auch bei d e r V erw esung u n d bei d e r A tm u n g von Pflanze u n d Tie r, d. h. beid e
mal bei la n g s a m e r V erb ren n u n g ohne offene Flam m e, also mit erheblich g e ri n g e re r Reaktionsgeschwindigkeit.
Bei einer solch einseitigen B etra chtu ng vom S ta n d punkt d e r Chemie des C u nd des E nergie um satzes besteht d a s Leben von P flanze u n d T ie r aus 2 gek oppelten, aber gleich wohl w esensv erschieden en P rozessen:
1. dem W e r d e n u n d Vergehen, d. h. dem stofflichen A ufbau u nd A b b au des Einzelwes ens.
Beim A ufb au ist zwischen Pflanze und T ie r zu un te r
scheiden. Die Pflanze baut sich im Sonnenlicht g e w is s e r
maßen se lbst auf, und Zwar zunächst nach der obigen Form el ( P h o t o s y n th e s e od e r Assimilation); Mensch und T ie r d a g e g e n brau ch en als N a h r u n g ausschließlich f e r t i g e C -V erb in dungen, de mnach unm ittelb ar P flanzen o d e r durch den M agen von P flan zen fres sern g e w a n d e lte pflanzliche Masse. Im T o d e v erhalte n sich w ieder Pflanzen u n d Tie re gleich, die F o rm el ist von rechts nach links zu lesen.
2. g e h ö r t zu m Leben a b e r auch eine d a u e r n d e A u f r e c h t e r , h a l t u n g d e s L e b e n s g e t r i e b e s , also Lei
stungen der M us keln, des Hirns, d e r Sinne, d e r Ran ken, das W ä rm e g e fä lle g e g e n ü b e r der U m g e b u n g , N a h r u n g s v erarb eitu n g , A b w e h r von K ran k h eiten usw . Die Energ ie hierzu liefert st ä n d ig d e r A b b au von C -V erb in d u n g en in G e g e n w a r t von O zu C O a: die F o rm el ist w ied er r ü c k w ärts zu lesen. Erm ö g lich t w ird dieser P ro z e ß bei Tier un d Pflanze durc h die A tm ung. Die g e m ä ß 1. aufgebauten C -V e rb in d u n g e n s ta m m e n aus dem eigenen K örp er, wie bei allen g rü n e n Pflanzen, o d e r sie w erd en in F o rm von N a h r u n g z u g e fü h r t, wie bei allen T iere n, den Pilzen und a n d eren nic ht chlorophyllhaltigen Pflanzen. In nerhalb der Lebensz eit d e r einzelnen W esen spielt sich dem nac h eine Art s t ä n d i g e n W e r d e n s u n d V e rg e h e n s ab. Will man künstlich den A u fb au zu Lasten der C -A u sa tm u n g fö rdern, so hat man d afü r zu so r g e n , d aß w e n ig E nergie g eb rau ch t wird. D a ru m s p e r r t man z. B. M astg eflügel auf möglichst kleinem Rau m ein.
Fü r be id es, A u fb au u n d A bbau des Einzelwesens, so w ie für die d a u e r n d e n L e b e n s ä u ß e ru n g e n spielt unte r den E lem en ten C die w ic htigste Rolle: C liefert nicht nur den H a u p tb e s t a n d te i l der Bausteine so ndern auch der A n
tr ie b sk r a ft.
Ein e la n d l ä u f i g e Ansicht, wonach T ie re S a u ers to ff ein- u n d K oh len säu re ausatmen, die Pflanzen d a gegen sich u m g e k e h r t v erh alten , ist se h r einseitig formuliert. Sie trifft nur zu für die tierische A tm u n g und die pflanzliche P h o t o -
449
450 G l ü c k a u f /9. Jahrgang, H eft 39 40 Synthese, sie vern achlässigt, d aß auch die Pflanzen genau
wie die Tie re atm en, nur daß im T ag eslich t die C-Auf- nahm e g r ö ß e r ist als die C -A usatm ung.
Sehen wir uns diese Dinge n äher an u nd n ehm en wir zu nächst den Mens chen vor:
Als tä glic he N a h ru n g für einen erw ach sen en Arbeiter kann man etw a rechnen mit
g c 400 g K o h le n h y d ra te n = 187
100 g Eiweiß = 54
60 g F e t t = 46
= 287
Das entspricht einer j ä h r l i c h e n A u fn ah m e von 105 k g C. Rech net man noch 10 o/0 der K o h le n h y d ra te als u n v e r
dauliche R ohfa ser mit 7 k g C hinzu, so n im m t ein Mensch im J a h r 112 kg C auf, also erheblich m ehr, als sein d u r c h schnittliches G e sa m tg e w ic h t betr ägt. D a der C-Anteil beim E rw achsenen etw a 1 5 - 2 5 k g ist, so bedeute t dies, daß der Mensch etw a 6 mal soviel jährlich an C zu sich nim m t, als sein K ö rp erg ew ich t an C enthält. U n te r der V o rau ssetzu n g , d aß das G ew icht w e d e r zu- noch abnim m t, w e rd e n von den jährlich 112 k g C a b g e g e b e n durc h A tm u n g rd. 100 k g C, d e r Rest in Kot u n d H arn.
Auch in d e r Zeit des A ufb aues ü b e rs te ig t die E n e rg ie le istung wesentlich die G ew ichtszunahm e. F ü r das e r s t e L e b e n s j a h r gilt etw a folgendes:
kg C N a h r u n g s a u f n a h m e ... 26
G e w ic h tsz u n a h m e (insges. 6,5 kg) 1 A u sa tm u n g , Kot un d H a rn . . . 25
W eitaus der g r ö ß t e Teil des C w ird also v e ra tm e t, nur ein kle iner Bruchteil dient dem Aufbau.
F ü r ein ein jäh riges S c h l a c h t s c h w e i n sind die Zahlen etw a folgende:
kg C Jährliche N a h r u n g ... 340
F leisch an satz (insges. 130 kg) . 20 A u s a tm u n g , Kot u n d H a r n . . 320
für eine a u sg e w a c h se n e M i l c h k u h im J a h r d e r S chla ch
t u n g :
kg C J äh r lich e N a h r u n g ... 2500 1 Kalb ( G e b u r t s g e w i c h t 40 kg) . 7 2000 1 M i l c h ... 133 A u s a t m u n g ... 2000 Kot un d H a r n . . .■ ... 360 2500 Fleisch, L e d e r (f rü h e r v o rh a n d e n ) 100
Es ist ersichtlich, welch g r o ß e Rolle die A u f r e c h t e r h a l t u n g d e s L e b e n s g e t r i e b e s g e g e n ü b e r d e m A u f b a u , d e m W a c h s e n d e s M e n s c h e n u n d T i e r e s spielt. Bei se h r bew eglichen T iere n ist die V e r a tm u n g noch g r ö ß e r ; d e r Sperling soll fast das lOOfache seines K ö rp e r
gew ic hte s jährlich veratmen.
Wie liegen die D inge bei den P fla n z e n ? Leider sind sie bis h eu te n u r w en ig g e k lä r t, o b w o h l es sich um F ra gen handelt, die für Landw irts chaft und G ärtn er ei von g r ö ß t e r B e d e u tu n g s i n d 1. Es scheint bein ahe so, als o b sich die Fachle ute innerlich ge g e n den Befund s t rä u b te n , daß die g rü n e n Pflanzen C O s nicht nur bei der Assimilation auf
nehm en, sondern auch bei der A tm u n g abgeben. Man ist fr oh, wenn u n te r vielen W o rt e n auch einige greifbfare Zahlen zu finden sind: es sollen im D urchschnitt 3 0 - 4 0 o/o2 d e r am T a g e au fg e b a u te n A ssim ilatio n sp ro d u k te ve ra tmet w erden. Danach e rg ä b e sich — w ie d e ru m in C g e re c h n e t —
je ha: —- .
W i n t e r r o g g e n (V egetations zeit 11 M o n a t e ): kg C S u m m e der g eb ild eten Sub stan z . . . . 5500 ab züglich V e r a tm u n g (35 % ) ...1900
= K örner 2000 kg = 600 kg C S troh 5000 kg = 2000 kg C
W urzeln 1,666 kg = 1000 kg C 3600
1 E. R e i n a u : P ra k tisc h e K o h len säu red ü n g u n g , B erlin 1927. »D as V e r
h ä ltn is zw ischen Ab- und Z unahm e, m e ß b ar am C O g-A ustausch, ist p ra k tisc h f ü r die P flan z en erzc u g u n g von g r ö ß te r B ed eutung, so daß es w o h l den S chw eiß ein ig e r D o k to ra rb e ite n und noch ein g eh en d ere n U n tersu ch u n g en w e rt w äre.«
2 K. W e t z e l : G ru n d riß d er allg em ein en B o tan ik , B erlin 1940. K.
B oresch, K re isla u f d e r S to ffe in d e r N atu r, in F. H oncainp, H d b . d.
P fla n z e n e rn ä h ru n g B erlin 1931 I, S. 303, g ib t jed o ch n u r 5 —10 »/o an.
Z u c k e r r ü b e n (V egeta tio nszeit 7 M o n a te ):
Sum m e der gebildeten S ubstanz . . . 5600 abzüglich V e ra tm u n g (25 % ) ... 1400
■ = Rüben 30 000 kg = 3200 kg C
B lä tte r 25 000 kg = lOOU kg C 4200 Die V e r a tm u n g ist im Falle der Z u c k e rrü b e mit ihrem ch arak teristisch en S p ä th e r b s tw a c h s t u m be so n d e r s niedrig an genom m en.'
So unzulä nglic h un se r e K enntn is se auf diesem Gebiet auch sind, so ist klar, daß — u m g e k e h r t wie bei T ie r und Mensch — bei den g rü n e n Pflanzen der A ufbau und nicht die E n e rg ie le is tu n g g r ö ß e r e C -M engen e r f o r d e r t ; offenbar spielt dabei die g e ri n g e re B ew eglic hkeit u nd die geringere E ig e n w ä rm e d e r Pflanzen die H au p tro lle. B akte rien und Pilze haben d a g e g e n eine noch st ä r k e r e A tm u n g als die Tie re . L u n d e g ä r d h 1 sa g t h ierzu : »Ihre g r o ß e A tm ungs
intensität ist ü b e r h a u p t die n o tw e n d ig e V o ra u s s e t z u n g der g ew altig en chem ischen U m w a n d lu n g s a r b e it , die in der N atur durc h sie gele istet wird. . . . Das sich mit der Ver
k le in e ru n g der D im ensio nen e rg e b e n d e im m er lebhaftere R e a k tio n s v e rm ö g e n des O r g a n is m u s mit d e r U m gebung hat k o n s e q u e n t e rw e is e die M i k ro o rg a n i s m e n in die Rolle d e r »Zerstörer« hin eingese tzt, w ä h r e n d die Makro
o rg an ism en auf die V e r m e h r u n g u n d E r h a lt u n g des vor
h an d en en Kapitals von fr isch er o rg a n i s c h e r Sub stan z hin
arbeiten.«
H e r v o r g e h o b e n sei, d aß es sich bei den vorstehenden Z ahle n ausschließlich um einseitige C-Bilanzen handelt.
E nergetisch spielt auch H eine Rolle. F e r n e r sind außer C natürlich auch noch a n d e re Stoffe n o tw e n d ig , wie be
so n d er s Stickstoff, so d a n n Kaliu m , P h o s p h o r und Kalzium.
Sie m achen a b er m e n g e n m ä ß ig nicht m e h r aus als das S a l z i n d e r S u p p e !
Menschen, T ie re un d Pflanzen sind in ers te r Linie K ohle nstoffw esen. Eine A u sn ah m e bilden einige wenige M i k ro o rg a n i s m e n , wie z. B. S c h w e fe lb a k te rie n , die zwar zum A ufbau C g e b ra u c h e n , ihren E n e rg ie h a u s h a lt aber mit Hilfe des Schwefels b etr eib en nach den G le ic hunge n:
2 H 2S + 0 2 —> 2 S + 2H 20 + 122 kcal 2 S + 30 2 + 2 H 20 2 H 2S 0 4 + 282 kcal.
Diese un d w en ig e a n d e re B ak terien sind s o g a r in der Lage, o hne Sonn en lich t C 0 2 zu assimilieren. Offenbar stellen diese B akte rien entw icklungsgesc hichtlich einen hochspezialisie rte n Seitenzw e ig d a r ; sie lasse n den Ge
dan k en au fk o m m e n , d aß u n te r v e rä n d e r te n Verhältnissen, etw a a u f a n d eren P laneten, ein v öllig kohlenstoff freies Leben möglich w äre.
Für uns M enschen hat C noch w e ite r g e h e n d e Be
d e u tu n g : W ir b ra u c h e n a u ß e r d e r N a h r u n g noch Kleider, W o h n u n g , W ä r m e z u f u h r un d m anche s an d e re . Die ge
s a m te K le id ung besteh t w ie d e ru m aus C -V erb in dungen, u nd zw ar e n tw e d e r rein pflanzlichen, w ie Baumwolle, Leinen, Zellwolle, o d e r solchen, die d u rc h d en Tierm agen g e g a n g e n sind, wie W olle, Seide, Leder. Die hin ter uns liegenden J a h r ta u s e n d e hat man als Z e ita lte r des Holzes bezeichnet — und w irklic h h a t Holz, als W e r k s to f f wie als H eizmittel eine ü b e r r a g e n d e B e d e u tu n g g e h a b t. Trockenes Holz b e ste h t zu etw a d e r H älfte aus C. W e n n w ir nun in den letzten 3 —4 G e n e ra tio n e n d azu ü b e r g e g a n g e n sind, die K o h len v o rr äte d e r E rd e in im m er s t e ig e n d e m Maße an zugreifen, so nutzen w ir auch bei d e r e tw a 80°/o C ent
haltenden Kohle w ie d e r das G efälle zur C 0 3 aus, indem wir die ein g efan g en e S o n n e n e n e rg ie v e r g a n g e n e r Epochen frei w e rd e n lassen, um uns dam it zu w ä r m e n , Eisen zu s chm elz en und form en, R ä d e r rollen zu lassen, Arzneien zu liefern usw. Es e r f o rd e rn : 1 m 2 F e n ste rg la s rd. 40 k g C, ein w a rm e s Bad rd. 4 k g C, 100 k m A u to fa h r t e tw a 12 1 Benzin = rd. 11 k g C. F ü r die s y n t h e t i s c h e Herstellung dieses Benzins sind je k g e tw a 5 k g C nötig. Z u m Kochen eines M ittagessen ist meist m e h r C im H eiz stoff nö tig als in der N a h r u n g steckt. Die N a h r u n g selbst h a t jedoch auch häu fig schon bei d e r H e rs t e llu n g C g e b r a u c h t — z. B. 1 kg Zuck er etw a 1 kg C — o d e r Kohle f ü r Eis en b ah n frach t.
C ist d a h e r ein Stoff, d e r es schon lohnt, sich näh er mit ihm zu beschäftigen und seiner Rolle für Deutschland n ach zu sp ü r en ; dies auch d e sw e g e n , weil er in d e r Literatur stie fm ütterlic h behandelt ist. So sind landw irtschaftlic he Bücher voll von Asc henanaly sen d e r nicht v e r b r e n n b a re n Ele m ente , obw o h l diese in d e r Pflanze in s g e sa m t viel
1 H . L u n d e g ä r d h i D er K re isla u f d e r K o h len säu re in d er N atu r Jena 1924.
2. O ktober 1943 G l ü c k a u l 451 w en ig er ausm a c h e n als C. D er L andw irt d e n k t an Stick
stoff, Kali, P h o s p h o r , Kalk und W a ss e r; er weiß oft nicht, daß seine T ä ti g k e it in e r s t e r L i n i e dahin zielt, C der C 02 d e r A tm o s p h ä re zu entr eiß en, um C -V erb in dungen a u f z u b a u e n 1.
Um die W i r k u n g d e r D üngesalz e, um F ra g e n des W asserhaushalte s küm m ern sich g r o ß e Institute, mit dem Kreislauf d e r C O , u n d d e r ü b e rr a g e n d e n B edeutu ng des C für das Leben h a b e n sich n u r w en ig e F o rs c h e r e in g e h e n der b e s c h ä f ti g t2. J ü n g s t ist noch dem »Sauers toff in N atur und Technik« ein K osm os-B ändchen, dem »Stickstoff als Lebenskraft« ein H eft des D eutschen M u s e u m s g e w id m e t worden; auf die W ic h tig k eit des K ohle nstoffs für den Menschen, nam entlich für den deu ts ch en Lebens- un d Wirtsch aftsraum hin zuw eis en u nd einige wesen tliche Zahlen zu sa m m e n z u b r in g e n , scheint d a h e r auch in der heutigen K riegs zeit vertretb ar.
Beitrag zu einer K ohle nstoffbila nz D eutschlands.
Wen n auch d e r E r d k e r n tr o t z g r o ß e r Dichte vielleicht mehr C als die E rd ri n d e enth ält, so ist dies für un se r e Betrachtung unw esentlic h, in s b eso n d ere da w ir mit ihm nicht einmal d urch die V u lk a n e o d e r C 0 2-QuelIen in Ver^
bindung stehen.
Es stecken etw a, wenn man die E r d r i n d e 4 km dick annimmt, an C
M rd. t
in den G este inen 5 0 0 0 0 0 0
in Kalk u n d fr e ie r C O des M eeres 4 0 0 0 0
in fossiler Kohle 7 500
in d e r C O , d e r A tm os phäre________ 800______
rd. 5 000 Bill, t Nach N o d d a c k3 verteilt sich die C -M enge in den G e steinen etw a z u r H ä lfte a u f die K arbonats edim ente (Kalk und Dolomit) u n d zu je 1/4 a u f die E r u p tiv g e ste in e und auf den C -G ehalt d e r Schiefer. D er w eitaus g r ö ß t e Teil des C ist also e n tw e d e r in den Gesteinen se h r fein verteilt o d er in Form von K arb o n aten — ü b rig en s g ro ß e n te ils durc h Tätigkeit von O rg a n is m e n — fe s t g e b unden. In beiden Fällen ist er dem n a t ü r l i c h e n ' K reis lau f fa s t v öllig e n t zogen, so daß n u r in geolo gischen Z e iträ u m e n Ä nderu ngen zu erwarten sind. Auch d e r Mens ch g r e i f t von diesen V o r
räten nur einen kleinen Teil d e r K arb o n ate beim K alk brennen an. Möglich ers chein t a b e r im mer hin , daß in fe r n e r Zukunft d e r C d e r K alk gestein e in ir g e n d e in e r F o rm von den Menschen au sg e n u tz t w e r d e n kann.
Auch f ü r den K alk gehalt des M e e r w a ss e rs gilt, daß bundenen C -M engen sind d e m g e g e n ü b e r recht k le i n 4; für Erd-, nicht die Menschheitsgesc hichte rechnet. E tw a s a n deres ist dies bei d e r C 0 2, d eren V olu m anteil im M e e r den in der A tm osphäre überste ig t. Die C 02 des M e e r e s steht mit der der A t m o s p h ä r e in V e rb in d u n g insofe rn , als mindestens ein la n g s a m e r A ustau sch stattfin d et, w enn der Gehalt des einen ü b e r o d e r u n te r dem G le ic hge w icht liegt.
Auch die W a s s e r t e m p e r a t u r spielt eine Rolfe, da im kalten Wasser, z. B. d e r ark tischen M eere, C 02 erh eblic h leichter löslich ist als in dem blauen W a s s e r d e r T ro p e n , w eshalb es denn auch in den T r o p e n erheblich w e n ig e r zu fischen gibt; denn das C in C 02 des M eeres ist n a tu r g e m ä ß d e r wichtigste A u fb a u sto ff f ü r das c h lo r o p h y ll h a lt ig e M eeres- plankton, von dem w ie d e r niedere Tie re un d m i tte lb a r Fische leben. Es w ä r e zu w ünschen, wenn ü b er die Rolle des Meeres als Ausgleichsbecken f ü r den C 0 2-G ehalt d e r Atmosphäre nä here s e r f o r s c h t w ürde.
Die in den O rg a n is m e n — T iere u n d Pflanzen — g e bundenen C -M engen sind d e m g e g e n ü b e r recht k le i n 4; f ü r Deutschland w e rd e n w ir sie noch unte rsu chen.
Überaus wichtig sind die Steinkohlen-, Bra unkohle n-, Torf- und Öllager. In ihnen sind e tw a die 10 fachen C- Mengen d e r A tm o s p h ä re enth alte n. Also ist es möglic h, daß
1 L i e b i g h a t dies schon au s g e s p ro c h e n : »Es h an d e lt sich in d er A g ri- cultur hau p tsäch lich d aru m , die b este n u n d zw eck m äß ig ste n M itte l an zu wenden, um dem K o h len sto ff d er A tm o sp h äre , näm lich die K o h len säu re, in die Pflanzen u n s e re r F eld e r ü b erg eh e n zu m ach en « . J. v. L i e b i g : D ie Chemie in ih re r A nw endung aur A g ric u ltu r und P h y sio lo g ie , 7. A u fl. B rau n schweig 1862, 1 S. 26b.
2 Sow eit uns b ek a n n t, haben sich ein g eh en d er m it diesen F rag e n H.
L u n d e g ä r d h a . a . O . und W. N o d d a c k , A ngew . C hem ie 1937 S. 505 ff.
befaßt. W ä h re n d L u n d e g ärd h die E ed eu tu n g d er C 02 fü r d as P flan z en wachstum in den M itte lp u n k t s te llt, g e h t N oddack von d er g eo ch em isch en Seite an die D in g e h e ra n ; von N o d d ack w ird C als das »sozialste« Elem ent bezeichnet.
3 a . a. O . S. 508.
> D ie von G . B e r g : D as Leben im S to ffh a u s h a lt d er E rd e, Leipzig 1916, S. 42 fü r d as p fla n zlic h e P lan k to n an g eg eb en en Z a h len ersch ein en ziem lich hoch.
die A tm osphäre vor d e r In kohlung d e r S teinkohlenw älder w eit m ehr C enthalten h a t als heute. M an n im m t dies auch schon desw eg en an, weil d e r Pflanzenw uchs dam als b e so nders ü p p ig war. G enaue Angaben sind jedoch nicht zu machen, da einerseits die ständige F e s t le g u n g von C in Kalk durc h O rganis m en, andererseits das F re iw e r d e n von C O s aus d e r Z ersetzung von Kalksteinen in d e r Tiefe d e r Vulkane und d e r Ausgleich mit der C 02 d e r Meere in Z e it
räumen, die uns von den S teinkohle nw äld ern tren n en , schw er sch ät zb are Verschiebungen mit sich bringen.
Der C 0 2-G ehalt d e r A tm osphäre nim m t mit steigen
de r Höhe ab. In d e r obers te n Bodenschicht u n d d ic ht ü b er ihr kann er nam entlich durc h die A tm ung der B o d e n o rg a nismen erheblich sein. F ü r diese w ird als ung e fä h r e Durchschnittszahl eine C 0 2P roduktion von 0,4 g je m2 u n d h angegeben. Bis zu 10 km Höhe ist d e r C 0 2-Anteil ziem
lich gleichmäßig 0,03, von 15 bis 20 km 0,02, von 20 bis 30 km 0,01 Volum -% . Wen n som it auch d e r Anteil an C 02 in d e r A tm osphäre g e g e n ü b e r O u n d N verschw indend klein ist, so e rg i b t sich doch immerhin zusa m m e n g e f a ß t eine M en ge von etw a 3 Bill, t1 m it dem f ü r das org an isch e Leben ausschla ggebend wichtigen G e h a lt von 800 Mrd. t C.
Nach Jahr es- u n d Tageszeiten, nach d e r Lage — ob ü b er dem Lande o d er Meer , ob über W üsten o d er d e r Arktis, ob über Fab riken o d er Äckern, ob auf G ebirgen o d e r in Tälern — schw ankt die ser kleine C 0 2-G ehalt un se r e r E rd e n lu f t ziemlich, ab er im D u r c h s c h n i t t scheint er doch um einen M ittelw ert von 0 ,0 3 % , d. h. 30 a u f 100000 Teile zu pendeln. Erklä rlicherw eise ist e r in vulkanischen G e bieten höher, wie dies z. B. f ü r Jap an angegeben w i r d ; auch die G egend von Baden-Baden soll ähnlich d a r a n sein.
N äher wollen w ir diese D inge f ü r D eutschland b e trachten, schon allein, weil dann die Z ahle n etw as v e rl ä ß licher sind. H ie r wollen w ir auch versuchen, nicht n u r den Bestand, so n d ern auch die Bew egung zahle nm äßig zu e r fassen.
Deu tschland nimmt bekanntlich rd. den 1000. Teil der E rdoberfläche (einschl. etwa 72 o/o M eer) ein. Bei seinem Kalkreichtum w ird D eutschland beim Kalk ü b er dem Durchschnitt liegen, also ganz rd. bei 6 Bill, t C. D eutsch
lands K ohle nvorr äte seien mit 100 M rd. t angenom m en, was über ganz D eutschland gerechnet einem Flö z von rd.
20 cm M ächtigkeit entsprechen w ürd e. G e ra d e hier sind wir reichlicher bedacht als der Durchschnitt. Dazu kämen T o r f und Öl, andererseits ein Abzug f ü r a ndere Ele m ente als C, so daß m i t etw a 100 M rd. t C g e re c h n e t w e rd e n kann. Bei d e r U m rü h r u n g , die die Luft durc h d en W in d erfährt, u nd d e r hohen D iffusio nsgeschw indig keit d e r C 02 nehmen w ir den Anteil »u nse rer Atm osphäre« m it Viooo d e r E rd e n lu f t, also 800 Mill. t C an.
F ü r ein Gebiet wie D eutschland können w ir schon e h er wagen, das org anisc he Leben zu w ägen. Bei den g r ü n e n Pflanzen kann w ohl mit einem B e s t a n d von rd.
850 Mill. t C gerechnet w erden .
65 o/o landw irtschaftlic he Fläch e = 33 Mill. ha x im D urchschnitt 3000 k g C / h a / J a h r = 103 Mill. t C. (Als Bestandszahl n u r f ü r den S om m er g ü ltig ) + 25 o/0
= 12500 ha W a l d x im Durchschnitt 2000 kg C / h a / J a h r H olz zuw achs (für das Laub dürfte eine e tw a gleich g ro ß e M enge in F ra g e ko m m e n ) = 25 Mill. t C bei einem im D urc hschnitt 30 Ja h r e alten W a ld b e s ta n d
= 750 Mill. t C im Holz.
Bei Mensch und T ie r und nic htgrünen Pflanzen ta p p e n wir noch m ehr im D unkeln , in sbesondere, da die B o d e n org anism en sc hw er zu schätzen sind. Die d ab ei a u f
tauche nde F rage, ob es in D eutschland z. B. m e h r R e g e n w urm - als Menschenfleisch gib t, ist w ohl zu G u n sten der R e g en w ü r m er zu b eantw orten. Es sei mit 2,5 Mill. t C bei den Bodenle bew esen gere chnet.
Laut L ö h n i s , zitiert bei R. H. F ra nce »Das Leben im A ckerb oden« Stuttg. 1923 S. 75, entfallen auf 1 ha fruchtb aren A ck erb o d en s 4 - 500 k g B akte rien, ferner 4 - 5 0 0 k g Algen, Pilze u nd Kleintiere un d bis zu 10C0 k g R eg en w ü rm er. W ir d im D urchschnitt von 1000 k g G e sa m tg e w ic h t je ha a u s g e g a n g e n , mit 9 0 o/o W a ss e r und 5% C, so ergibt dies für D eutschland die Zahl von 2,5 Mill. t. A. R i p p e l : »Vorlesungen ü b er Bodenmikrobiologie«, Berlin 1933, nim m t 360 bis 1200 k g T ro c k e n s u b s ta n z an M i k ro o rg a n ism e n je ha an. Das erg ä b e h ö h ere Zahlen. Nach einer persönlichen M itteilu n g von ihm entziehen sich jedoch in sbeso ndere
1 D ie die L ite ra tu r d u rch w an d ern d e A ngabe von 2,1 B ill, t C O2. e r s c h e in t zu n ie d rig .
452 G l ü c k a u f 79. Jahrgang, H eft 39/40 die Pilze jeglicher verläßlicher S chätz ung. V ers ucht
man andererseits eine E rre c h n u n g ü b e r die Zahlen, die für B od e n a tm u n g je Flächen ein heit a n g e g e b e n w e rd e n (g e k ü r z t um i/3 als W u r z e l a tm u n g der Pflanzen, also um aus der A tm o s p h ä re s t a m m e n d e C O ,) so komm t man bei d e r g ro ß e n A tm ungsin tensit ät d e r M ikro ben kaum zu se h r viel g rö ß e r e n Werten.
Für Mensch un d T ie r w e rd e n etw a 5 Mill. t C in F ra g e kommen.
Die sehr übers chlä glic he R echnung ist wie folgt vor-
8ü Mill. M enschen X 50 kg = 4 000 000
30 Mill. Schweine, Schafe, Z ie gen X 50 kg = 1 500 000 4 Mill. P fe r d e + 20 Mill. Rinder X 400 kg = 9 önQ 000
rd. 15 000 000 F ü r Vögel, Wild, Insekte n usw. noch einmal 15 000 0t 0 30 000 000 H ierv o n 15 bis 20 °/o = rd. 5 Mill. t C.
Dam it kom m en w ir für D eu tsch lan d zu fo lgenden
B e s t a n d z a h l e n für C : Mill. t
G e s t e i n e ... . 6 000 000 Kohle, B raunkohle , Torf, Ö l-V orräte . . . 100 000
A t m o s p h ä r e ... 800
W ald ( H o l z ) ... 750
an d e re g r ü n e P f l a n z e n ... 100
M ensch un d T i e r ... 5 B odenoTganismen ... 2,5 N atü rlic h sollen u n d kön n en auch diese Zahle n w ieder nur g a n z u n g e fä h r e W e rt e vermitteln.
Beachtlich ist der U m stan d , d aß die A tm o s p h ä re etwa ebensoviel C enth ält wie das organische Leben in Pflanze u nd T ier. Das liegt zur H a u p ts a c h e an D eutschlands s t a r k e m W a ld b e s ta n d . W ü r d e es e tw a ge lingen, durc h E r w e ite r u n g d e r re g elrech ten D u rc h fo rs tu n g den jährlichen Z u w ach s auf 4000 k g C / h a / J a h r 1 u nd den du rc h s c h n itt
lichen F o rs tb e s t a n d auf 60 J a h r e zu steig ern , so w ürden rd. 3 M illiarden t C — also fast das 4 fache des C in d e r d a r ü b e r la g e rn d e n A tm o s p h äre — im W ald fes tgele gt sein.
ln unseren K ohle nla gern liegt etw a 100 mal soviel an C, als das g e sa m te organische Leben in D eutschland heu te en th äl t, ebenso 100 mal soviel als C in der A tm os phäre ü b e r D eutschland, w ä h re n d der W elt d u rch s ch n itt der fos
silen Kohle nur etw a das 10 fache d e r C -M en g en in der E r d a tm o s p h ä r e au sm acht.
Bei a lle r Schwierigkeit d e r Sch ätz ung e r g i b t sich ein q uantita tiv recht kle iner Anteil von M en sch u nd Tier g e g e n ü b e r dem Pflanzenleben.
W ic htig er als Bestands- sind B ew egungszahle n. Dazu sei zunächst die F ra g e b eh an d elt: Ist die organische W elt
— d e r M en g e nach — b e g r e n z t ? W ir g lau b en sie dahin b e a n tw o rte n zu können, daß zw ar nicht e tw a schon in Belgien w enig er Salat wächst, w enn in H olland die S a la tbestellung verd reifacht wird, daß a b e r doch z. B. die A n le g u n g von W ä ld e rn mit h u n d ertjäh r ig en Bäu men in allen W ü s t e n der E rde den C Ö 2-V orrat der A tm o s p h ä re u nd dam it das W a c h stu m aller Pflanzen mer klich beeinflussen würd e.
Sollte das f ü r Landpfla nzen nicht zutr effen, weil C 0 2 aus den M eeren n achström t, so w ü r d e im m erhin !das organische Leben der M eere d ad u rch en ts p re c h e n d g e rin g ere E ntw ic klungsm öglic hkeite n h a b e n 2.
Mit Schätz ungen und Berechnungen von Z ahle n ü b er die M en g e des C, die jährlich von T ie r un d Pflanze ein'r schließlich der M ik ro o rg an ism en einerseits aufg en o m m en , a ndererseits durc h A tm u n g u n d V e rm o d e r n a b g e g e b e n wird, brauchen w ir uns nicht w eiter aufzuhalte n. Es ist ein st ä n d ig e r K r e i s l a u f d e r n u r d ad u rch v e re n g t o d er e r w eitert w ird, w enn sich — ins besondere bei langlebig en O rg a n is m e n , z. B. Bäumen od e r Menschen — die B esta nd
zahlen wesen tlich än dern, wie das beim Ü berw iegen des Ein schlages ü b e r den norm ale n W ald z u w a c h s d e r Fall ist.
Auch solche D in ge wie die A ufgabe der D re if e ld e rw ir t
schaft un d die S te ig e ru n g der landw irtschaftlic hen E rtr äg e
1 V g l. H . S c h r o e d e r , z it. bei H o n cam p a. a. O . S. 302.
2 L i e b i g h a tte w ohl eine äh n lich e F ra g e s te llu n g im Sinn, w enn er s c h r e ib t: » W ä re die g an ze O b erfläc h e d e r E rd e eine zu s a m m e n h ä n g e n d e W iese, von w elc h er jä h rlic h au f 1 H e k ta r 100 Z e n tn e r H eu g e e rn te t w erden k önnten« (w o b ei e r w o h l die th e o re tisc h e A nnahm e m acht, daß d ieses H eu au f irg e n d e in e W e ice dem K reisla u f d er N atu r entzogen w ü rd e ), »so w ürde in 21—22 J a h re n d ie A tm o sp h äre a lle r d arin en th alte n en K o h len säu re durch die W iese n p flan z en b e ra u b t sein und alle s Leben w ü rd e dann ein Ende h ab e n « . J. v. L ieb ig , a . a . O . S. 263.
spielen d ab ei mit. Auf die B e d e u tu n g d e r U m s c h l a g s g e sc h w in d ig k e it z. B. bei m ehrere n Ern ten , u n d auf ja h r e s zeitliche S ch w a n k u n g e n sei nur k u rz hingew iesen. Zu diesem o rganischen Kreislauf g e h ö rt auch die im G ä r u n g s g e w e r b e tr e iw e r d e n d e C ö 2.
Keine g r o ß e Rolle spielt das bei der Kalk- u n d Z e m e n t
fabrikation fr e iw e rd e n d e C — w enig e Mill. t in D eu tsch land — g a n z a b g e se h e n davon, daß der Teil der zu Mörtel o d er Anstrich verb r a u c h t w ird, beim »A bbinden« w ie d e r
um C O s bindet.
S ch w er zu sc hätzen ist, w as jäh rlich an C 0 2 und elem en tarem C du rch die Flü sse u n d S trö m e in das Meer a b sc h w e m m t, eine M enge, die mit d e r z u n e h m e n d e n V er
s t ä d te r u n g w ahrscheinlich a n g estieg en ist. H a t m a n einmal an d e r M u n d u n g der E m sc h e r — die ser cloac a m axim a des R uhrreviers — g e sta n d e n un d die sc h w a rz e Schla m m suppe g eseh en , die ja h rau s, jahrein in den Rhein s trö m t, so e r scheinen die Plä ne, den E m sch er sch lam m n u tz b a r zu ver
w e rte n , doch re cht b e deutu ngsvoll .
V ergle ichsw eise g e rin g sind die C -M engen in den jähr
lichen Ein- un d A usfuhrzahlen. Bei Ländern, bei denen die Ein- o d er A u sfu h r von N a h ru n g s m itte ln o d e r Kohlen eine erheblich g r ö ß e r e Rolle spielt, z. B. E n g l a n d o d e r Däne
mar k, ist das an ders.
W e n ig ist auch ü b e r die M e n g e C 0 2 b e k a n n t, die den C 0 2-Quelien an den O rte n f r ü h e re r vulk an isch er T ätig k eit ents prudelt. Im m erhin liefert eine einzige C 0 2-Quelle im Bro hltal tä glich 2,5 Mill. Liter = rd. 500 t C im Jahr.
Alle diese B ew egungszahle n w e r d e n weit übe rs chattet von den rd. 300 Mill. t C, die w ir jä h r lic h im K ohle nbergbau D eutschlands fö rdern. Sieht m an von der vergleichs weise gerin g en A u sfu h r u n d von gele ge ntlichen o d e r kleineren Festleg u n g en , wie z. B. in K o k sh a ld e n o d e r im Kunsthar z ab, so w ird g e n a u d i e g l e i c h e M e n g e C, d i e j ä h r l i c h g e f ö r d e r t w i r d , b e i d e r V e r b r e n n u n g i n d i e A t m o s p h ä r e g e l e i t e t . Das a b e r b e d e u te t, d aß w eit mehr als das D oppelte dess en, w as das o rg a n isc h e Leben in D eutschland jährlich an C b rau ch t, ja — sieht m a n von den W ä ld e rn ab — d aß ü b e r h a u p t d a s D o p p e l t e d e s g e s a m t e n C - G e h a l t e s d e s o r g a n i s c h e n L e b e n s in D e u t s c h l a n d J a h r f ü r J a h r i n d i e L u f t v e r p u f f t w i r d .
A uf die g e s a m te E r d e ge re c h n e t, m acht d e r Anteil der K o h le n fö r d e ru n g bis her nicht viel a u s; selbst w en n wir die F ö r d e r u n g auf der g a n z e n E rd e d e r le tzten 100 Ja h r e zu
s a m m e n n e h m e n — das ist p ra k tisc h die bis h er geförderte G e s a m t m e n g e — ist die E r d a t m o s p h ä r e n u r u m etw a 7 « angereichert w o rd en . Das ist noch so w en ig , d aß m eßbare Erg eb nisse- ü b e r die A n re ic h e r u n g d e r C Ö 2 in der At
m o s p h ä re nicht vorlie gen kön n en , denn diese Zahl liegt innerhalb der M eßf e h le rg r e n z e n .
W a s a b e r w ird w e rd e n , w en n es mit d e r K ohle n
f ö r d e ru n g so w eiter g e h t w ie bisher, d. h., w en n sie sich alljährlich um einige P ro z e n t u nd dam it in d e m immer w ied er ers tau n h eh en A usm aß d e r Z inseszinsrechnung e r h ö h t? M an hat bisher diese F r a g e an sch ein en d n u r vom G e s ic h tsp u n k t der dann völlig v e rä n d e r te n E nergie
v e r s o r g u n g g eseh en , so w enn e tw a d a ra u f hin gew iesen w u rd e, daß es kein Z eitalter g e g e b e n hat, das d e r a r t vom Erbteil fr ü h e re r Epochen zehrte, wie das un se r e von Kohle und Öl. V om S ta n d p u n k t d e r C-Bilanz aus e rg ib t sich jedoch, d aß nach »A uskohlu ng« d e r W e lt k o h le n v o r r ä te (vgl. die T a b e lle Seite 7) die E r d a t m o s p h ä r e um das 10fache m ehr C 0 2 en th a lte n k ö n n te als bisher! W ir sagen
»könnte«, weil u n g e w iß ist, w elc he Rolle das M eer dabei als P u ffer spielen wird. Jed en falls a b e r sind V erschie
bun g en in der C-Bilanz möglich, die auf k ü n ft ig e G e n e ratio nen vom g r ö ß t e n Einfluß sein kön n en , u n d zw ar w a h r scheinlich im Sinne eines a u ß e ro r d e n tl ic h g esteig erten pflanzlichen W a c h stu m s. W e n n berichte t w ird, daß der jährliche Z ellsto ffzuw achs je ha bei den Schilfflächen des D onaudelta s den 'der schnellw üchsig e n N a d e lh o lz w ä ld e r ü bers teigt, k ö n n te man immerhin d en k e n , d aß ein Teil des V erlu ste s d e r K oh len v o rräte d urch jä hrliche P flan zen erz e u g u n g w ettzum achen w äre. J e d e n f a lls s t e llt die »Aus
kohlu ng« den weitaus g r ö ß t e n — je den D urc hstic h von L an d en g en u. dgl. u nd auch die A b h o lz u n g w eit ü b e r ra g e n d e n — Eingriff des M enschen in das Leben des E r d balles dar.
Für D eutschland m acht die in den letzte n 100 Ja h r e n g e fö r d e rte K ohlenm enge von etw a 12 Milliard en t e tw a das 15fache des C »unse rer A tm os phäre« aus. D e n k t m a n
2. O ktober 1943 G l ü c k a u f 453 s i c h ü b e r D e u t s c h l a n d e i n G e w ä c h s h a u s , s o g e
n ü g e n b e i d e r h e u t i g e n K o h l e n f ö r d e r u n g z w e i o d e r d r e i J a h r e , u m d e n B e s t a n d d e r A t m o s p h ä r e a n C 0 2 z u v e r d o p p e l n ! G r o ß e M engen k o n z e n tr ie r te r C 0 2 lassen w ir vo m W in d e ü b er die G renzen v erw ehen.
Bei D a m p fe r n un d L o kom otiven g eh t das nicht an ders, wohl a b e r bei den übe rw ie g e n d stan d o rtg e b u n d e n e n Rohle nverbrauchern.
Die F ra g e ist, o b dies auf die D a u e r so bleiben wird oder soll, o b w o h l wir nach 2 0 jäh rig er E r f a h r u n g mit C 0 2- Düngung in G e w ä c h s h ä u s e rn g e n a u wissen, d aß ein höherer C 0 2-G ehalt d e r A tm o s p h ä re den E r t r a g d e r b e handelten Pflanzen um 5 0 - 1 0 0 % st eigert, u n d vor allem
— das ist für unsere Breiten beinahe noch w ichtiger — die Vegetationszeit erh eblic h verk ü r z t. K a s e r e r 1 hat n a c h zuweisen vers ucht, d aß die landw ir tscha ftlic he E r t r a g s steig erung in d e r N äh e von In d u s trieg eb ieten un d n a m e n t
lich ostw ärts davon, s t ä r k e r ist, als in rein ländlichen Gegenden. Von ihm s t a m m t auch d e r Satz, d aß »die K o h le
ve rb rennung erdgeschic htlich betr a c h te t ein einm aliger, nicht u m k e h r b a re r V o rg a n g ist«.
• H . K a s e r e r : G ed an k en und V o rsc h lä g e zu r E rw e ite ru n g und S iche
rung des N a h ru n g ssp ie lra u m e s G ro ß d e u tsc h la n d s, B erich te ü b e r Ldw.
Bd. 28, H . 1. B erlin 1942.
V e rg e g e n w ä r ti g t man sich die B e v ö l k e r u n g s z a h l e n d e r E r d e , die in k au m einem G eschic htsbuch steh en , ins besondere die sich g e ra d e z u ü b e rs tü rz e n d e Z u n ah m e in jü n g s ter Zeit — wenn diese auch z. T. auf die längere L eb en sd au er zurückzuführe n ist — , so k a n n w ohl
J ahr Mill. V e rd o p p e lu n g in Ja h re n
0 250
—
1650 500 1650
1840 1000 190
1940 2000 100
2000 4000 (S chätzung) 60
die A ntw ort n u r so ausfallen, daß mit M acht d arau f h in gearbeitet w e rd e n wird, die durc h die K o h len fö r d eru n g nebenher — nach der V e rb re n n u n g — g e s c h e n k t e C 0 2- Kon zentratio n in nerhalb der G renzen der ko h le f ö rd e rn d e n Länder au szunutzen. Es m a g hier ge n ü g e n zu sagen, daß in Deutschland an diesem P ro b le m gea rb e ite t w ird im Sinne des stolzen L ie big-W ortes:
»Kein N a tu rg e s e tz so rg t für den Menschen, denn es ist sein Knecht, un d der Knecht dient dem H e rrn , er so r g t ab e r nicht für ihn.«
Ein für den Bergbau neuartiges elektroakustisches Sprechverständigungsgerät.
V on Dr.-Ing. R udolf B u r g h o l z , Technischer Ü berw achungs-V ere in Essen.
Dem B e rg b a u fehlt ein leichtes, tr a g b a r e s G e r ä t zur Herstellung von S p re c h v e r b in d u n g e n auf E n tfe r n u n g e n , die von der mens chlichen Stim m e selbst bei la utestem Rufen nicht m ehr ü b e r b r ü c k t w e rd e n k ö n n e n , die an d ererseits aber die B en u tzu n g o rts fe s te r o d e r ortsv erän d erlich er G ru benfernsprecher aus v erschie denen G rü n d e n nicht z u lassen. Ein solches G e r ä t w ü r d e sich nicht n u r v o r ü b e r gehend bei R e p a ra t u re n u n d U nglü cksfällen, s o n d e r n auch im normalen Betrieb m it V orteil einsetzen lassen, w enn es o h n e w e i t e r e V o r b e r e i t u n g e n a n a l l e n O r t e n
— unter- und ü b e r t a g e — g e b r a u c h t w e rd e n k ö nnte. Dazu muß verlangt w e rd e n , d aß es o hne b e so n d e r e V e r le g u n g von Leitungen o d e r M i tb e n u t z u n g v o rh a n d e n e r Leitungen arbeitet, daß es von je d e r m a n n o h n e V o rk e n n tn isse b e t r i e b s s i c h e r g e h a n d h a b t w e rd e n k a n n u n d auch bei A r b e i t e n u n t e r G r u b e n r e t t u n g s g e r ä t e n b ra u c h b a r bleibt.
Diese B e dingungen k ö n n e n g ru n d s ätzlich von Lic ht
sprechgeräten u n d von e le k tro a k u s tis c h e n S p re c h v e r
s tändig ungsgeräte n erfüllt w erd en . Bei d e r L ic htte lephonie wird auf der Sendeseite ein im sich tb are n o d e r u n sic h t
baren Spektr alb ereic h li eg en d er Lic htstrahl mit der S pra che moduliert, der auf d e r E m p fa n g s se ite von einer Ph o to zelle aufgenommen wird. Sie w a n d e lt die In te n s itä ts s c h w a n kungen des Lichtes w ie d e r in S pre c h f re q u e n z e n zu rü c k , die über einen V e r s t ä r k e r dem T ele p h o n bezw . dem L a u t
sprecher zu g efü h rt w e rd e n . Die Ein satzm ö g lich k eiten für Lichttelephoniegeräte sollen d e m n ä c h st g e s o n d e r t b e sprochen w erd en . Im e le k tro a k u s tis c h e n G e r ä t w e rd e n die Sprachschwingungen ele ktrisch v e r s tä r k t und von einem geeigneten Schallgeber in das u m g e b e n d e M edium g e stra h lt.
Im folgenden w ird ü b e r ein solches » E l e k t r i s c h e s S p r a c h r o h r « u n d ü b e r die dam it an g estellten V e r suche b e r i c h te t1.
F
*¿5
A M ikro p h o n , B V erstä rker, C L a u tsp rech er, D T richter, E Ha n d g r i f f , F S tro m v e r so rg u n g sg e r ä t, G S a m m ler.
Abb. 1. G r u n d s c h a l tu n g des »elektrischen Spra chrohre s«.
1 D ie F irm a T e l e f u n k e n , G e s e llsc h a ft fü r d ra h tlo s e T e leg rap h ie m bH . B erlin , h a t die zu den V ersuchen e rfo rd e rlic h e n G e rä te fre u n d lich st zur V e rfü g u n g g e s te llt.
1. B eschreibung des Gerä te s.
Die W ir k u n g sw e ise des G erä te s ist aus Abb. 1 e r sichtlich. Die in das Stiel- oder K eh lk o p fm ik ro p h o n A gesprochenen W o r t e w erd en dem V e rs t ä rk e r B zu geführt und vom Lautsprecher C, dessen M em b ran zur V e r g r ö ß e ru n g des Strah lu n g sw id erstan d e s mit einem konischen T ric hter D vers ehen ist, w ieder ausges trahlt. D er L a u t
sprecher ist durc h eine G um m ischlauchleitung mit d e m V e r s tä rk e r v erb u n d en u n d k ann am H andgrif f E bequem in die g ew ünschte R ic htung gehalten w erd en . Die Röhre n des V erstärk ers w e rd e n aus dem Sam m le r G geheiz t, dem auch die A nod en sp an n u n g en ü b er das S t r o m v e rs o rg u n g s g erät F entnom men w erden. Als Sam m le r w e rd e n die jenigen der G ru b en lam p en für Beamte benutz t, die einen vie rstündigen Betrieb des G erätes zulassen. D er V e rs tä rk e r hat eine A usgan g sleistu n g von' etw a 3,0 W a tt bei einer Spannu n g sv erstärk u n g von 4,1 N e p e r 1. Die V erstärk u n g d er Schallenergie ist um die V erluste im M ik ro p h o n und im L autsprecher geringer.
Das V e rsu ch sg er ät w ar in einem leicht zu tr a g e n d e n G ehäuse u n te r g e b ra c h t u n d entspra ch den S c h la g w e tte r
sch utzv orsch riften nicht. Über die endgültig e A usführung w ird noch berichtet.
2. Ein ige schalltechnische G rundlagen.
Zum V erständnis der U nters u ch u n g en ist es ang eb rach t, einige B e g r i f f s b e s t i m m u n g e n 2 u nd E r l ä u t e r u n g e n aus der A ku stik anzufü hren, die im B ergbau nicht g e läufig sind. Ihre Kenntn is verm ittelt gleichzeitig einen Teil d er erford erlic hen V orau ssetzu n g en , um sich der L ä r m b e k ä m p f u n g ü b er- u nd u n te r ta g e erfolgreich zuw enden zu können.
U nter S c h a l l sind die mechanischen S chw in gungen oder W elle n b e w e g u n g e n eines elastischen M edium s im Frequenzbereic h des menschlichen H örens von 16 bis 2OC00 H z zu ve rs te hen. F r e q u e n z f, W e l l e n l ä n g e X und A u s b r e i t u n g s g e s c h w i n d i g k e i t c sind durc h die b e k annte B ezie hung f. X = c m ite inander verk nüpft. In t r o c k e n e r Luft bei 760 m m H g u nd 0 ° C ist die A us
b r e i tu n g sg e s c h w in d ig k e it der Schallwellen gleich 331 m/s.
Sie ä n d e rt sich mit dem D ruck, mit der F euchtigkeit und d e r T e m p e r a t u r , von denen hier nur der T e m p er atu rein flu ß p rak tisch e B ed eu tu n g hat. Mit s teig en d er T e m p e r a tu r w ird
' 1 Bei e le k trisc h e n un d ak u stisc h en M essungen is t das N ep er das in D eu tsch lan d g eb räu c h lic h e M aß fü r V erstä rk u n g en und D äm p fu n g en . D er V e rh ä ltn is w e rt zw eier A m p litu d en , w ie d e r von zw ei S p annungen, zw ei S trö m e n zw ei S ch alld rü ck en o d er von zw ei W e rten fü r die S c h allsch n elle w ird im ’ M a ß stab d er n atü rlic h en L o g arith m en au s g e d rü c k t. H ie r w ird das V e rh ä ltn is d er A u sg an g ssp an n u n g UA z u r E in g an g ssp an n u n g U E an g eg eb en . D e r V e rs tä rk u n g s g ra d V is t so m it:
Ua V = ln — [N e p e r],
U E
2 D ie B enennungen sin d nach M itteilu n g en des D eutschen A k ustischen A ussch u sses fe s tg e le g t. A u sfü h rlic h e A n g ab en : A k u st. Z. 2 (1937) S . 214.
454 G l ü c k a u f 79. Jahrgang, H eft 29/40 die Dichte der Luft g e rin g e r und die S challgeschw in digkeit
somit grö ß e r . Sie nim m t mit der W urzel aus der T e m p e r a t u r zu.
Je nach den b esonderen M erkm ale n eines Schalles w erden fo lgende Begriffe zu seiner C h a ra k te ris ie ru n g g e braucht: Schall von sinusförm ig em Verlauf w ird als T o n bezeichnet und aus T ö n en beliebig er F re q u e n z z u sa m m e n gese tz te r Schall als Tongem isch. Ein K l a n g setzt sich aus harmonische n Teiltö nen zusammen. Klänge m it G r u n d tö n en beliebig er F re q u e n z ge b e n ein Klanggem isch. Ein G e r ä u s c h liegt bei einem T ongem isch vor, dem ein k o n tinuierliches S p e k tr u m entspricht o d er das sich aus sehr vielen Einzeltönen zusam m ense tzt, dere n F re q u e n z e n nicht im Verhältnis g a n z e r Zah len z u eina nder stehen. Von L ä r m spricht man bei je der Art von Schallsc hw in gung, die eine gew ollte S challaufn ahm e o d er eine Stille stört. Ein K n a l l ist ein Schallstoß von g r o ß e r L autstärke.
Die sich von einer Schallquelle mit Schallgeschw in dig
keit au sb reite n d en lo ngitu dinale n W ellen e rz e u g e n in der Luft ein S c h a l l f e l d , in dem die D ru ck v ersch ieb u n g en in der F o r t p fla n z u n g s ric h tu n g d e r Wellen liegen. Als k e n n zeichnende G r ö ß e für Schallfelder wird g ew öhnlich der S c h a l l d r u c k , d. i . der durch die Sch allschw in gungen an d e r jeweiligen Stelle des Schallfeldes h e rv o r g eru fen e W echseldru ck, in M ik ro b a r (p b ) 1 gem es sen. Im G eg en satz zur A u sb re itu n g sg e s c h w in d ig k e it c des Schalles bezeichnet man die W echselg esch w in d ig k eit eines u n te r dem Einfluß der D ru c k ä n d e r u n g e n s c hw ingenden Teilchens als S c h a l l s c h n e l l e [cm/s]. Das P r o d u k t aus Schalldruck und Schallschnelle ergibt die S c h a l l s t ä r k e (Schallintensität).
Sie ist die auf die Fläch en ein heit bez o g e n e Schalleistung [ W / c m 2]. Die S c h a l l e i s t u n g w ird in W a t t a ngegeben und ist gleich d e r in der Zeitein heit durc h die Flä chene in heit strö m e n d e n Schallenergie. Die bei d e r U n te r h a l tu n g s s p r ach e a u f z u w e n d e n d e Schalleistu ng liegt beispielsweise zw ischen 40 un d 60 p W att.
Die L a u t s t ä r k e ist das M aß für die e m p f in d u n g s g e m ä ß e E in w ir k u n g d e r Schallwellen auf das menschliche O hr. O b w o h l das O h r ü b e r das Trom m elf ell, eine am Rand einges pannte M e m b ra m , als D ru c k -E m p f ä n g e r arb eite t, liefert die A n g a b e des Schalldru ckes kein Maß fü r die L a u tstä rk e , weil die O hrem pfindlichkeit für Schall
s t ä rk e n kein e lineare Funk tio n der physikalisc hen Schall
s tä rk e ist so n d ern eine a n g e n ä h e r t logarithmisc he. Die g r ö ß t e E m pfindlichkeit liegt infolge d e r R e s o n a to r w i rk u n g des G e h ö r g a n g e s mit seinem geringen Q uersch n itt und se iner gerin g en Länge bei 2000 bis 3000 Hz. Auch der Zwischen dem Trom m elfell u nd dem Innenohr, dem Sitz un se r e s H örem p fin d en s, lie gende Ü b e rtr a g u n g s m e c h a n is mus ist frequenz- un d a m p litu d en ab h än g ig . Dazu kom m en noch die subjektiv vers chie denen physiolo gischen un d auch p sy chologischen F a k to r e n des H ö rem pfindens.
Abb. 2 veransch au lich t den Z u s a m m e n h a n g zw ischen der L a u t s t ä r k e L und d e m S c h a l l d r u c k P bzw. der S c h a l l s t ä r k e J für die im H ö rb e re ic h liegenden
Abb. 2. Kurven gle icher L a u tstä rk e (nach Fletcher und Munson).
T ö n e der F re q u e n z e n f nach den M es su n g en von F l e t c h e r und M u n s o n 2. Diese Kurven stellen die M itte lw e rte gleicher s u b je k tiv e r L a u tstä rk e n dar, die du rch
1 l^,b = 1 d y n /c m 2. 1 dyn ist die K raft, die d er Massie; 1 g die Be
s c h le u n ig u n g 1 c m /s2 e r te ilt. Im technischen M aßsystem ist l[ib = 1,0 2 • 10 —6 k g /c m 2.
2 H . F l e t c h e r u. W. A. M u n s o n : J. ac o u st. Soc. A m er. 5 (1933) S. 82.
M essungen an einer gro ß e n Zahl n o rm al h ö re n d e r P e rs o n e n g e w o n n e n w urd en. U n te rh a lb d e r O h r empfin dlic hkeit liegende Schallreize w e rd e n nicht w a h r g e n o m m e n . Den re z ip ro k e n W e rt dieser E m pfindlichkeit bezei ch net man als R e i z s c h w e 11 e für S challem p
find ungen. Der U nters chied der Reiz schw elle nw erte ist für die einzelnen F re q u e n z e n sehr verschie den, wie aus d er untersten Kurve d e r Abb. 2 herv o r g e h t. Bei 10L0 Hz w ird ein T on d e r S challstärke J = 10—16 W / c m 2 g e r a d e nicht m ehr g e h ö r t ; bei 30 H z liegt diese untere H ö rg re n z e bere its um den millionenfachen W e r t höher.
Der Schw ellenw ert des O h re s bei 1000 H z w u r d e als N u l l p e g e l internatio nal festg ele gt. F ü r diesen P u n k t ist der Schalldru ck P,, = 2 • 10~4 p b en ts p re c h e n d d e r Schall
stärk e J 0 = 10—16 W / c m 2. P 0 ist d e r B ezugspunkt fü r die Beurteilu ng der L a u ts tä rk e nach d e r P h o n s k a l a . Da die L a u ts t ä r k e L dem L o g a rith m u s des Schalldruckes p r o portio nal ist, ergibt sich:
L = 20 log ^ [Phon],
r o
w obei Pi der Schalldru ck d e r bei der M es su n g als Ver
gleich ben u tzten N o rm a lfre q u e n z von 1000 H z i s t 1. Die L au tstärk e eines Schalles (z. B. K la nggem isch, G e
räusch, Lärm ) w ird also gleich d e r des 1000 H z-T ones g esetzt, der die gleiche L a u tst ä r k e e m p f in d u n g herv o r
ruft wie der zu m es sen d e Schall beliebig er Z u s a m m e n setzung. So liegen z. B. die P h o n w e r t e bei einem normalen G espräch zw ischen 50 bis 60, beim Flü ste rn zwischen 10 und 20. D urc h die F e s t s e tz u n g von Bezugsfrequen z und N ullpegel lassen sich auch objektive L a u tstä rk e m e s su n g e n im P h o n m a ß ausführen, die zw ar nicht immer mit der s ubjektiven Beurte ilu ng durc h P e rs o n e n genau übe re in stim m e n , die a b e r stets re p r o d u z ie r b a r e Werte geben.
Ein T o n von 1000 H z h a t bei einem Schalldruck von 2 10—2. p b den L a u t s t ä r k e n p e g e l von 40 Phon, bei 2• 10—1 p b 60 P hon, bei 2 p b 8 0 ' P h o n usw. So sind s ä m t
liche Linien der Abb. 2 mit dem L a u ts t ä rk e n p e g e l b e ziffert, der zur E rzie lu ng d e r jew eilig en L a u ts tä rk e bei 10G0 Hz erford erlic h ist. Aus d e r K u rv en sch ar ist zu ent
neh m en , daß z. B. ein T o n von 60 H z mit einem Schall
d ruck von 2 1 0 - 1 p b (S challstärk e = 10—10 W / c m 2) in einer L a u ts tä rk e von 20 P hon w a h r g e n o m m e n w ird ; die
selbe E m p fin d u n g ruft ein 200 H z - T o n bei einem Schall
d ruck von 2 10- 2 p b o d e r ein 5500 H z - T o n bei einem D ruck von 2 ■ 1 0 - 3 p b herv or. Diese s t a r k e F r e q u e n z a b h ä n g i g k e i t wird mit z u n e h m e n d e r L a u ts tä rk e g e ringer; die K urven verlaufe n für hö h e re Lautstärk en flacher. Ste igert man die L a u ts t ä rk e ü b e r 130 P h o n hinaus, so g e h t die L a u ts t ä rk e e m p fin d u n g in S c h m erz über.
Aus den a n g e g e b e n e n M a ß s tä b e n g e h t h e rvor, daß sich der L a u ts t ä rk e n p e g e l bei dem N o rm a l to n von 1000 Hz an die Ein teilung des Schalldruckes bzw . d e r Schallstärke anlehnt. Bei M essu n g en u n d V ergle ichen ist besonders d arau f zu achten, daß d e r Z u s a m m e n h a n g zwischen Laut
s t ä r k e u n d S challstärke q u ad ratisc h ist. Eine Zunahm e der L a u ts tä rk e L um 10, 20, 30, 40 . . . . P h o n ist dem nac h nur durch eine S te ig e ru n g d e r Sch allstärk e J auf das
10, 100, 1000 1 0 0 0 0 fache zu erreic hen (s. Abb. 2).
Im Bereiche seiner H öch stem p fin d lich k eit bew ältigt das O h r Ä nderungen d e r Sch allstärk e 1 : 1013, o h n e überlaste t zu w e r d e n ; das ist eine se h r g r o ß e S panne, die das O hr in V erb in d u n g mit seinen a n d e re n E ig en sch a ften als einen au sgezeichnete n »physikalischen A ppara t« zu erkennen gibt, d e r uns von der N a tu r g e s c h e n k t w u rd e . Auf die w eiteren Eig enscha fte n des O h r e s un d die T h e o rie des H ö ren s b raucht in die sem Z u s a m m e n h a n g nicht ein ge
g a n g e n zu w erd en.
3. D ie Schallausbreitung in untertägigen Strecken.
Die von dem T ric h te r des L au tsp r e c h e rs ausg eh en d en Schallwellen pflanzen sich als L u ftv e r d ic h tu n g e n un d Luft
v erd ü n n u n g e n in den S tr e c k e n mit einer G esch w in d ig k eit von 343 m /s (bei einer L u f tt e m p e r a tu r von 20° C) fort. Sie breiten sich ab e r nicht k u g e ls y m m e trisc h aus, wie es von den A u s b re i tu n g s v o r g ä n g e n im Freien h e r b e k a n n t ist, so n d ern in F o rm von Längsw ellen. D er s e n k r e c h t auf der W ellenfr ont s te h e n d e Schallstrahl läuft nicht im m er g r a d linig durch die v e rh ä ltn ism ä ß ig engen Schacht- und S tr e c k e n q u e rs c h n itte ; er w ird je nach" Art des A usb aues
1 S ind an S telle d er S ch a lld rü ck e P i und Po die S c h a lls tä rk e n J i und Jo g eg e b en , so ist L -= 10 lo g ~ l P h o n |, w eil J < ^ P2ist.
Jo
