<>?;* i* ;(. i i III - S e 1 ill 11 o m o Handworterbuch der Naturwissenschaften, Vierter Band. Handworterbuch der Naturwissenschaften Herau&gegeben von Prof. Dr. E. KorSChelt-Marburg Prof. Dr. G. Linck-Jena (Zoologie) (Mineralogie und Geologic) Prof. Dr. F. OltmannS-Freiburg (Botanik) Prof. Dr. K. Schaum-Leipzig Prof. Dr. H. Th. SimOH-Gottingen (Chemie) (Physik) Prof. Dr. M. Verworn-Bonn Dr. E.Teichmann-Frankfurt a. M. (Physiologic) (Hauptredaktion) Vierter Band Fluorgruppe Gewebe Mit 924 Abbildungen JENA Verlag von Gustav Fischer 1913 Alle Rechte vorbehalten. Copyright 1913 by Gustav Fischer, Publisher, Jena. Inhaltsiibersieht. Nur die selbstandigen Aufsatze sind hier aufgefuhrt. Eine Reihe von Verweisungen findet sich innerhalb des Textes und ein spater herauszugebendes Sachregister wird nahere Auskunft geben. F. (Fortsetzung). Seite Fluorgruppe 1 a) Fluor b) Chlor. . c) Brom. . d) Jod. . . e) Mangan. 1 5 Von Dr. F. Sommer, Charlottenburg 17 . 24 34 \Fliickiger, Friedrich August. Von Dr. W. Ruhland, Prof., Halle a. S. . 42 -Fliisse. Von Dr. G. W. v. Zahn, Prof., Jena 43 Fliissigkeit. Von Dr. G. Fuhrmann, Dipl.-Ing., Gottingen 73 Fliissigkeiten. Von Dr. K. Drucker, Prof., Leipzig 84 Fliissigkeitsbewegimg. Von Dr. L. Prandtl, Prof., Gottingen 101 ^Formationcn. Geologische Formationen. Von Dr. E. von Koken, weil. Prof., Tiibingen 140 Palaogeographie. Von Dr. Th. Arldt, Radeberg 152 Fortpi'lanzung dor Gewachse 171 1. Thallophyten 171 a) Algen. Von Dr. F. Oltmanns, Prof., Freiburg i. Br 171 b) Pilze. Von Dr. Ed. Fischer, Prof., Bern . .' 178 2. Archegoniaten. Von Dr. F. 0. Bower, Prof., Glasgow 186 a) Moose. Von Dr. G. Tischler, Prof., Heidelberg 187 b) Fame. Von Dr. F. O. Bower, Prof., Glasgow 196 3. Zwischenstufen zwischen Farnen und Samenpflanzen. Von Dr. N. Arber, Prof., Cambridge 212 4. Samenpflanzen. Allgemeines. Von Dr. A. Ernst, Prof., Zurich a) Gymnospermen. I 229 b) Angiospermen. \ ^ on Dr - A ' Emst - Prof " Zunch 242 5. Folgen der Bestaubung und Befruchtung. Von Dr. H. Fitting, Prof., Bonn 261 6. Apogamie und Parthenogenesis. Von Dr. H. Winkler, Prof., Hamburg . . 265 7. Physiologic. Von Dr. G. Klebs, Prof., Heidelberg 276 Fortpflanznng der Tiere. Von Dr. E. Korschelt, Prof., Marburg i. H Fossile Hominiden. Von Dr. Eugen Fischer, Prof., Freiburg i. Br. . . Fossil Fossilien Fossilisationsprozesse. Von Dr. Th. Brandes, Leipzig . 360 \Foucault, Jean Bernard Leon. Von E. Drude, Gottingen NFourcroy, Antoine Fran?ois. Von Dr. E. von Meyer, Prof., Dresden \Fourier,' Jean Baptiste Joseph. Von E. Drude, Gottingen Fouriersches Theorem. Von Dr. C. Runge, Prof., Gottingen \v. Fraas, Oskar. Von Dr. O. Marschall ( Eisenach \Frank, Albert Bernhard. Von Dr. W. Ruhland, Prof., Halle a. S 375 F. (Fortsetzung.) Fluorgruppe. a) Fluor. b) Chlor. c) Brom. cl) Joel e) Mangan. In die Fluorgruppe gehoren einmal von den Metalloiden die vier Halogene Fluor, Chlor, Brom, Joel, und ferner von den Metallen das Mangan. Die Stellung des letzteren in dieser Gruppe, in der siebenten Vertikalkolumne des periodischen Systems, ist allein gerechtfertigt durch den Isomor- phismus der Perchlorate und Permanganate. In alien anderenVerbindungen ist das Mangan als em in seinen niederen Oxydationsstui'en stark positives Element ganz verschieden von den Halogenen. Diese wieclerum bilclen eine durchaus einheitliche Gruppe, deren pliysikalische und chemische Eigenschaften mit steigendem Atomgewicht eine sukzessive Aenderung erfahren. Fiir die physikalischen Eigenschaften beweist dies folgende Tabelle: F Cl Br J Atomgewicht 19,0 35,46 79,92 126,92 Schmelzpunkt -233,0 - 102,0 -7, + 113,0 Siedepunkt -187,0 33,o + 63,0 + 200,0 Spez. Gewicht 1 (i'l. u. fest) d-2oo ljl4 d- 331,507 dL3,i8 I' -1,93 1 Die graduelle Aenderung der chemischen Eigenschaften mit dem Atomgewicht erhelll am klarsten aus dem Verhalten der Halogene zum Wasserstoff und Sauerstoff. Die Ver- wandtschaft zum Wasserstoff nimmt mit steigendem Atomgewicht ab. Fluor verbindet sich bereits in der Elite mit diesem, Jod erst bei hb'herer Temperatur zu dem leicht dis- soziierbaren Jodwasserstoff. Umgekehrt sincl die Sauerstoff verbindungenum so bestandiger, je holier das Atomgewicht des Halogens ist. So verdrangt ein Halogen mit niedrigerem Handworterbueh der Naturwissensehaften. Band I\ Atomgewicht ein Halogen von hoherem Atomgewicht aus seinen Wasserstoffver- bindungen, wahrend andererseits ein Halogen von hoherem Atomgewicht ein solches mit niedrigerem Atomgewicht aus seinen Sauer- stoffverbindungen abscheidet, entsprechend den Gleichungen: HBr + Cl = = HC1 + Br HC10 3 + J == HJOo + Cl Das Molekiil der Halogene besteht aus zwei Atomen, das Molekulargewicht ist also das doppelte des Atomgewichts. a) Fluor. F. Atomgewicht 19,0. Molekulargewicht 38,0. 1. Atomgewicht. 2. Vorkommen. 3. Ge- schichte. 4. Darstellung. 5. Formarten und pliysikalische Konstanten. 6. Valenzund Elektro- chemie. 7. Analytische Chemie. 8. Spezielle Chemie. 9. Spektralchemie. 1. Atomgewicht. Das Atomgewicht des Fluors besitzt nach der internationalen Atomgewichtstabelle vom Jahre 1912 den Wert 19.0. Der Name Fluor leitet sich ab von fluo == ich flieBe, da die cilteste bekannte Fluorverbindung, der FluBspat, zu Schmelz- fltissen verwandt wurde. 2. Vorkommen. Das Fluor kommt, wie iiberhaupt die Halogene, infolge seiner grofien Verwandtschat't zu anderen Elementen in freiem Zustande in der Natur nicht vor. In manchen FluBspaten hat man aller- dings den cbarakteristischen Fluorgeruch wahrnehmen konnen, so da6 man es hier vielleicht mit spin enhaf ten Okklusionen von elementarem Fluor zu tun hat. Ini Mineralreich ist das Fluor ein ziemlich ver- breitetes Element. Hauptsachlich findet es sich als regular kristallisierendes Calcium- fluorid, CaF 2 . gewohnlich FluBspat oder Fluorit genannt, ferner in Gro'nland als 1 Fluorgruppe ( Fhuiri Doppelsalz von Fluorn atrium uud Fluor- | mehr spielt offenbar als Platinfluorid in aluminium, 3XaF. A1F.,, als sogenannter Losung gegangenes Platin bei dem Prozefi Kryolith. aul.ierdem in vielen Silikaten. eine Rolle, denn anfangs erfolgt die Elektro- Spuren von Fluorverbindungen hat man lyse ganz ungleichmaBig und erst nach ein in /ahlreichen Mineralwassern gefunden. bis zwei Stunden findet regelmaBige Zer- Interessant ist das Vorkommen im tierischen , setzung statt. Durch fliissigen Sauerstoff kann und pi'lanzlichen Organismus. Der Zahn- ' das gasformige Element bei - - 187 zu einer schrnelz, sowie die Knochen enthalten das hellgelben Fliissigkeit verdichtet werden, Klement als Calciumfluorid, auBerdem hat i durch weiteres Abkiihlen in fliissigem Wasser- man kleine Mengen im Blut, im Gehirn stoff erstarrt das fliissige Fluor zn einer gelben und in der Milch nachweisen konnen. kristallinischen Masse, die nach einiger Zeit Pflanzenasche ist sehr haufig fluorhaltig. farblos wird. 3. Geschichte. Der FlnBspat war sclion 5. Physikalische Eigenschaften und im Mittelalter bekannt als Zuschlag beim Konstanten. Drs Fluor ist ein blaBgelbes Schmelzen von Erzen und als Aetzmittel Gas von stechendem, an unterchlorige Saure t'iir Glas. In Scheeles, Priestleys, Gay- Lussacs und Thenards Arbeiten findet erinnerndem Geruch. In dicken Schichten (50 cm) sieht es deutlich griingelb aus, gibt sich zuerst die Darstellung des Fluorwasser- , aber selbst bei 1 m Schichtdicke noch keine stoffs beschrieben. Borfluorid und Sili- Absorptionsstreifen. Die Dichtebestim- ciumfluorid wurden besonders durch Davys j mungen des Fluors ergaben als mittleren Untersuchungen bekannt. Ampere (1810) j Wert 1.31 (bezogen auf Luft), eine Zahl, gebiihrt das Verdienst, als erster die wahre die dem theoretischen. aus dem Atomgewicht Natur des Fluorwasserstoffs als Analogon berechneten Wert 1.316 sehr nahe konimt. des Chlorwasserstoffs erkannt zu haben. i Das fliissige Fluor bildet eine hellgelbe Berzelius (1824) studierte sodann eingehend Fliissigkeit, die bei - -187 siedet und das die Fluoride. Elementares gasformiges Fluor , spezifische Gewicht d 900 ==1.14 besitzt. wurde erst im Jahre 1886 von Moissan dar- ! Das feste Fluor besitzt den Schmelzpunkt gestellt, fliissiges im Jahre 1897 und festes - 233. im Jahre 1903 von Moissan und Dewar. 6. Valenz und Elektrochemie. Das 4. Darstellung. Fluor wird durch Elek- Fluor ist stets einwertig. Die Neigung trolyse einer Losung von Fluorkalium in mancher Fluoride saure Salze. wie KHF 2 , wasserfreier FluBsaure dargestellt. Der Zu- zu bilden und die Tatsache, daB der Fluor- satz von Fluorkalium ist notwendig, da die wasserstoff bei 25 eine Dampfdichte ent- wasserfreie Saure ein Nichtleiter der Elek- sprechend der Formel H 2 F 2 und erst bei trizitat ist. Der Versuch kann in einer 100 die normale HF besitzt, deutet nicht U-formigen Platinrohre ausgefiihrt werden, auf eine ho'here Valenzstufe hin, sondern ist die mit Stopfen von FluBspat versehen ist, auf Assoziation zuriickzufiihren. Aus Leit- durch welche Elektroden aus Platiniridium fahigkeitsmessungen am Fluorkalium geht gehen. Durch seitlich angesetzte Abzugs- nach der Ostwald-Waldenschen Regel rohre entweichen die Produkte der Elektro- aus der Differenz der Aequivalentleitfahig- lyse, anodisches Fluor und kathodischer keiten fiir die Verdiinnungen 1024 und 32, Wasserstofi. An Stelle der sich rasch ab- ^ 1024 A 32 == 10.6, klar die Einweitigkeit nutzenden Platinapparatur laBt sich zweck- des Fluorions heivor. Das Fluorion ist farb- miiljig eine solche aus Kupfer verwenden, da los. Das Normalpotential, entsprechend das sich bildende Kupferfluorid fest auf dem Vorgang 2F' -> F 2 (t r as f i, ist nicht wie dem Metall haftet und es vor weiterer Ein- das der tibrigen Halogene unmittelbar be- \\irkung schiitzt. Die Elektroden dagegen stimmbar, es wird zu + 1,9 Volt ange- miisseii aus Platiniridium bestehen. Der nommen. Die Beweglichkeit des Fluorions Apparat wird mit einem Gemisch von Aceton betriigt bei 18: 1 18 --- 46.6, der Temperatur- und fester Kohlensaure auf ungefahr -- 50 koeffizient: a ls == 0.0238 (Kohlrausch). gekiihli and die Elektrolyse mit einem Strome Das Fluor ist auch ein haufiger Bestandteil von 50 Volt und 20 Ampere durchgefuhrt. komplexer Anionen. Namentlich in den Urn das eiitweichende Fluor von mitgeris- sener FluBsaure zu reinigen, leitet man es am bcstcn durch cine mit flussiger Ldft gekiihlte Kupferschlange. Auf diese Weise lasser si-h IM-IIUCIH pro Stuude 8 1 Gas dar- stellen. Derzunachsl von Moissanangenom- mene Mechanismus de.r lieaktion, wonach pri- R ; miir aus Kaliumfluorid Kalium und Fluor R! uebildet wird und ersteres sodann den Fluor- i R! wasserstoff untcr Wasserstoffentwickelung Doppelfluoriden, die nach der Werner- schen Nomenklatur zweckniiiBiger als Fluorosalze bezeichnet werden, spielt es eine Rolle. Die chemische Formulierung der wichtigsten Fluorosalze geht aus der folgen- den Zusammenstellung hervor: R 3 [A1F 6 ], FeF 6 ], R,[CrF 6 l, R 3 [T1F 6 ], B 2 [SnF 6 ], R 2 [ZrF 6 ], R 2 [CoF 4 ], NiF 4 ]. 7. Analytische Chemie. ya) Qualita- zersetzt, scheint zweifelhaft zu sein. viel- tive Analyse. Der qualitative Nachweis Fluori;TU|>i><' (Fluor) 8 von Fluor beschrankt sich im wesentlichen die nur in cincm groBen UeberschuB von auf sein Vorkommen in Salzform z. B. als Mineralsauren loslich sind. Calciiimt'luorid. Die wichtigsten Erkennungs- 7b) Quantitative' Analyse. Die zeichen sind hier die folgenden: gravimetrische Bestimmung dcs Fluors Konzentrierte Schwefelsaure entwickelt wircl mit Hilfe des schwerl-'islichen Calcium- in der Warme Fluorwasserstoff. Wird die fluorids durchgefiihrt. Hat man FluBsaure Operation in GlasgefaBen vorgenommen, oder saure Salze dersclben, so neutralisiert so reagiert der -Fluorwasserstoft' mit der man mit Soda, gibt nodi einen kleinen Ueber- Kieselsaure des Glases unter Bildung des schuB von Natriumcarbonat hinzu, um leicht fliichtigen Siliciumfluorids SiF 4 . Halt den Niederschlag gut filtrierbar xu machen. man in das GefaB einen befeuchteten Glas- und fallt siedend heiB mit Calciumchlorid. stab, so zersetzt sich das gebildete SiF 4 mit Man filtriert, wascht den Niederschlag mit dem Wasser unter Bildung von Kieselfluor- heiBem Wasser aus und verascht das Filter. wasserstoffsaure nnd Kieselsaurehydrat, Jetzt verwandelt man durch Zufiigen von welch letzteres durch erne Triibung am Essigsaure das mitgefallte Carbonat in Glasstab zu erkennen ist. Die sich hierbei Acetat, dampft zur Trockne und nimmt abspielenden Vorgange sind die folgenden: mit Wasser auf. Bei der nachfolgenden Filtration hat man reines CaF 2 , welches p T? TJ QH r QA owr - 2 iTJT? I c^r i OTI n S ut ausgewaschen und im Platintiegel zur ~ fel1 + *-tl 2 U -- - 4 TT , q-/OH^ Wagung gebracht wird. rl 2 u -- ^M 2 bi^ 6 - L) 4 . Auch m a B a n a 1 y t i s c h laBt sich der Arbeitet man in PlatingefaBen, so bildet Fluorgehalt bestimmen. Die Methode beruht sich, falls Kieselsaure abwesend ist, kein SiF 4 , auf der Ueberfuhrung der FluBsaure mittels die Umsetzung mit H 2 0bleibt also aus ;sietritt Kieselsaure in leichtfliichtiges SiF 4 , das sich aber sofort ein, wenn man etwas Kieselsaure in einer wasserig alkoholischen Kaliuni- zusetzt. Ein weitereswichtiges Erkennungs- chloridlosung zunachst mit dem Wasser zeichen ist die Eigenschaft des HF, Glas zu in Kieselsaurehydrat und Kieselfluorwasser- atzen, eine Reaktion, die nichts weiteres als stoff und dann welter mit KC1 in schwer- den Umsatz des HF mit der Kieselsaure des losliches Kaliumsiliciumfluorid und Salz- Glases zu SiF 4 vorstellt. Zu diesem Zweck | saure umsetzt , die nun titriert werden bringt man das Fluorid mit konzentrierter kann. Ueber die genaue Ausfuhrung dieser Schwefelsaure gemischt in einen Platintiegel, Bestimmung siehe Tread well, KurzesHand- bedeckt denselben mit einem teilweise paraf- buch der analytischen Chemie, Bd. II. Dort finierten, auf der konkaven Seite mit Wasser ! findet man auch die Beschreibung der Jiaufig gekiihlten Uhrglas und erhitzt vorsichtig. j angewandten gasvolumetrischen Hierbei werden die nicht paraffinierten j Bestimmung des Fluors als SiF 4 nach der Stellen des Glases geatzt. Sind nur geringe ! Hempel- und Oettelschen Methode. Mengen Fluor anwesend, so laBt man in 8. Spezielle Chemie. 8a) Allgemeines der angegebenen Anordnung 12 Stunden I Verhalten des Fluors. Fluor ist das kalt stehen und erwarmt erst dann kurze | reaktionsfahigste Element, das wir kennen. Zeit. 1st in dem zu untersuchenden Mineral I Es verbindet sich momentan in der Kalte Kieselsaure zugegen, so erhalt man keine j und im Dunklen mit Wasserstoff unter rot- Aetzung, da das sich bildende SiF 4 Glas j licher Flammerscheinung zu Fluorwasser- nicht angreift. Man schlieBt in solchen Fallen ; stoff. Merkwiirdig ist seine Indifferenz gegen- die Substanz durch Umsatz des fein pulveri- j iiber Sauerstoff auch in der Form von Ozon. sierten Minerals mit der zirka 6 fachen Schwefel, Selen und Tellur dagegen verbinden Menge Soda auf, laugt die Schmelze mit sich sofort bei gewohnlicher Temperatur und Wasser aus und scheidet durch 12 stfmdiges bilden die entsprechenden Fluoride. Auf Stickstoff und Stickstoffoxydul wirkt das Stehenlassen der Losung unter Zusatz von viel Ammoncarbonat und schwachem Er- Element selbst bei Rotglut nicht ein, auf warmen die Kieselsaure ab. Nach der Fil- ; Stickstoffdioxyd bei gewohnlicher Tempera- tration neutralisiert man, gibt noch einen tur nicht. Stickoxyd verbindet sich jedoch kleinen UeberschuB von Soda hinzu und fallt i sofort unter Flammerscheinung. Salpeter- das Fluor mittels Calciumchlorid als CaF, i saure und Ammoniak werden heftig zersetzt. aus, welches nun die Aetzprobe unter den j Phosphor und Arsen reagieren unter Licht- anffejrebenen Bedinffunaren deutlich zeigen erscheinung. Von den Halogenen verbindet angegebenen Bedingungen deutlich zeigen muB. sich das Chlor nicht mit dem Fluor, wohl aber Entsprechend den Loslichkeitsverhalt- Brom und Jod unter Feuererscheinung. Bei nissen der Fluoride gibt das Fluorion mit Gegenwart von Wasser wird Chlor und Brom Silbernitrat keinen Niederschlag, wohl aber zu HC10 und HBrO bezw. BrO ? oxydiert mit Baryumchlorid und, wie oben schon er- Sehr energisch ist auch die Eimvirkung auf wahnt, 'mit Calciumchlorid. Die Nieder- die Halogenwasserstoffsauren. schla>e sind weiBe voluminose Fallungen. HBr werden auch in wasseriger Losung 1* FliiorgTUpi>c' (KliK)i 1 ) unter Flammerscheinung zersetzt, und ebenso i'in< let cine hef litre Reaktion mit Flammen- bildung in der Fliissigkeil statt, wenn man Fluorgas in cine 50%ige FluBsaurelosung ciidcitct. Bor, Silicium und Kohlenstoff reagieren mit Fluor auBerst heftig unter Lichterseheinung. Organische Substanzen cut /iiiidcn sich, besonders wenn sie sehr wasserstoffhaltig sind, unter Bildung von Eluorwasserstoff und Kohlenstofffluoriden. Schwefelkohlenstoff verbrennt in der Kalte solnrt unter Bildung von Schwefel und C- haltigen Fluoriden. Kohlenoxyd und Kohlen- dioxyd dagegen reagieren nicht. Blausaure wiederum wird momentan zerstort, Oxyde, Sulfide, Halogenide, Cyanide werden all- gemein heftig angegrift'cn. AeuBerst lebhaft isi auch die Einwirkung auf Metalle, von denen die der Alkalien und der alkalischen Erden, sowie Blei und Eisen bereits heftig bei gewolmlicher Temperatur reagieren. Kupfer wird durch die Bildung finer oberflachlichen Schicht von Kupfer- t'luorid geschiit/t. Beim Aluminium, Mangan, Nickel. Kobalt und Silber beginnt die Ein- wirkung erst beim schwaehen Erwarmen. Am widerstandsfahigsten sind die Edel- metalle, Gold verbindet sich bei Rotglut i langsam mit dem Fluor, Palladium, Jridium und Ruthenium erst bei Dunkelrotglut, Platin reagiert bei 500 bis 600 unter Bildung von Platintetrafmorid. Besonders charakteristisch fiir die groBe Reaktionsfahigkeit des Fluors ist die Tat- sache, daB selbst fliissiges oder festes Fluor gewissen Elementen gegeniiber seine Affinitat noch auBerst heftig znni Ausdruck bringt. Es findet mit fliissigem Wasserstoff momen- tane Bildung von Fluorwasserstoff statt, und auch Schwefel, Selen, Phosphor, Arsen und Antimon verbinden sich bei diesen tiefen Temperaturen sofort unter Feuererscheinung. 8 b) V e r b i n d u n g e n des Fluors. Fluorwasserstoffsaure, HF, (ge- wb'hidich FluBsaure genannt). Man erhalt sie durcli Destination aus einem Gemisch von fcin gepulvertem Fluorcalcium (FluB- spat) mit konzentrierter Schwefelsaure in Blei-, Gnl.'eisen- nder Platinretorten, wobei man als Ynrlagc ein Gel'aB aus dem gleichen Material bcniil/1. I )er Vorgang entspricht der Gleichung: CaF ? H 2 S0 4 = CaS0 4 +2HF. Auch Kryolitli litl.il sich an Stelle von FluB- spa.t \'cr\vendcii. Die Siiure wird am besten ill ('eresinriasclieii aiil'hcxvalirt. llandell es sich mil die ( IcwinilUllg von ganx, \\asscrrreicr l^liil.isiinre, so benutzt man da- sanre Kalinnisalz, KIIF.,, welches zweck- miil.iiu, inn die let/ten S|>ureii Wasser zu enil'enien, vorher vorsiclnig gesclunolzen \\inl. .Man arbeitet hicr am besten mit einer vollstandig geschlossenen I'laiin- oder luijil'er- apparatur. Das Krliitzen muB langsam und vorsichtig geschehen und wird schlieBlich auf Rotglut getrieben. Die Vorlage muB wegen der leichten Fliichtigkeit der Saure mit einer Kaltemischung von Eis und Chlor- calcium gekiihlt werden. Die erhaltene Saure wird zur vollstandigen Reinignng noch einmal auf einem Wasserbade destilliert. Die w T asserfreie Saure stellt eine farblose, leieht bewegliche Fliissigkeit vor, die an der Luft stark raucht und sehr hygroskopisch ist. Ihr Dampf besitzt einen stechenden. stark sauren Geruch und greift die Atmungs- organe sowie die Haut stark an. Die Saure ist daher auBerst vorsichtig zu handhaben. Das spez. Gewicht betragt d 12 -" 0.9879. Der Siedepunkt liegt bei 19.4, also enorm hoch, wenn man bedenkt, daB fliissiger Clilor- wasserstoff bei 83.7 kocht. Der Schmelz- punkt liegt bei 92.3. Die wasserfreie Saure ist ein Nichtleiter der Elektrizitat. ^lit Wasser ist die Saure wie alle Halogenwasser- stoffsauren unter starker Warmeentwickelung in jedem VerhJiltnis mischbar. Destilliert man eine konzentrierte Saure, so entweiclit zuerst HF-Gas und die Saure verdiinnt sicb, geht man umgekehrt von einer schwacheren Saure aus, so destilliert anfangs eine ganz verdiinnte Saure, bis man schlieB- lich in beiden Fallen bei 111 und 750 mm eine Saure von 43.2% mit dem spezifischen Gewicht d 18 = : 1.138 erhalt, Die FluBsaure ist eine relativ schwaclie Saure, um vieles schwacher als z. B. die Chlorwasserstoffsaure, wie Bestimmungen der Inversionsgeschwindigkeit ergeben. Die Inversionskonstante ist 17 mal kleiner als diejenige einer aquivalenten Salzsaure und reiht sich zwischen die Werte fiir die Mono- chloressigsaure und die Phosphors aute ein. Auch der Dissoziationsgrad a, bereclmet aus der molekularen Leitf ahigkeit a= , und //oo' die Dissoziationskonstante, durch die ein- fache Ostwaldsche Verdiinnungsformel a 2 K = -T^-~ ausgedriickt , bringen die Schwaclie der Saure zum Ausdruck. Die Konstantebetragt: 10 2 K= 0.0826 (diejenige der Monochloressigsaure ist 0,155). Der Dissoziationsgrad erreicht bei einer Ver- diinnung von 1 Mol in 10CO 1 erst 50%. Fiir die Bildungswaime des Fluorwasser- stoffs gelten die folgenden Gleichnngen: H + F (Gas =HF^as. + 38900 cal.; H+F ({!;1S1 =HF ( ti., + 45700cal. Die Neutralisationswarme (NaOHaq.HF aq.) betragt 16272 cal, iibertrifft also bei weitem diejenige der anderen Halogenw r asserstoff- sauren. Die Dampfdichte der Saure besitzt bei ihrem Siedepunkt (19.4) einen Wert, der /wisclien den Formeln (HF) 4 und (HF) 3 Fluorgnippr> (Fluor- - Chlor) liegt, und erreicht erst bei 88.1 den nor- malen Wert 20.58. Von Hydraten der Saure kennt man bis- ; her nur das Monohydrat HF.H 2 0, ent- sprechend einem Gehalt von 52.3% HF. Es kristallisiert ans einer 5% Saure bei 45. Metallen und Metalloxyden gegeniiber verhalt sk'h die FluBsaure teils ahnlich wie die anderen Halogenwasserstoffsauren, teils weist sie bemerkenswerte Unterschiede auf. Die wiisserige Saure lost Metalle, wie Kobalt, Nickel, Magnesium, Zink, Kadmium und Eisen rasch unter Wasserstoffentwicke- lung zu den entsprechenden Fluor iden, langsamer das Kupfer und merkwiirdiger- weise auch das Silber. Schwieriger erfolgt der Angriff der wasserfreien Saure. Hier bedaif es erst eines Erhitzens auf Rotglut. Von den Salzen der Saure sincl das Silbersalz und die Sake der alkalischen Erden charak- teristisch von denen der iibrigen Halogen- wasserstoffsauren verschieden. AgF ist leicht loslich, CaF 2 vollig unloslich. Auch das Aluminiumsalz ist schwer loslich. Neben den noimalen Fluoriden von der allgemeinen Formel MeF existieren saure Fluoride, von denen das KHF 2 , wie erwahnt, eine wichtige Rolle bei der Darstellung des elementaren Fluors spielt. Nach Moissan bereitet man dasselbe am bequemsten, indem man zu 40 bis 60% FluBsaure die zur Bildung des sauren Salzes notwendige Menge K 2 C0 3 fiigt, Allmahlich kristallisiert hierbei das Salz KHF ? aus, das zwischen Filtrierpapier und dann im Vakuum getrocknet wird. Von Wichtigkeit sincl auch die Doppelfluoride, ent- standen durch Vereinigung einfacher Fluoride. Nach Werners Vorschlag (Neuere Anschau- ungen auf dem Gebiete der anorganischen Chemie, Braunschweig) bezeichnet man sie zweckmafiig als Fluorosalze. Das bekann- teste Beispiel ist der Kryolith Na 3 [AlF 6 ]. [ Auch das entsprechende Eisensalz, welches man durch Zusatz von Ferrichlorid zu kou- zeutrierten LSsungen von Fluoralkalien als weiBen kristallinischen Niederschlag erhalt, gehort in diese Reihe. Die Verbindungen ' stellen Alkalisalze der komplexen Ferri- bezw. Aluininiunifluorwasserstoffsaure dar, da in derFerriverbindungz. B. die Reaktionen auf Ferriion ausbleiben. Weitere Fluorosalze finden sich im Abschnitt 6 angefiihrt. Charakteristisch fiir die FluBsaure ist, daB sie organische Substrnzen mit groBer Hef- tigkeit angreift. Papier, Baumwolle, Seide, Gelatine usw. werden in dicke, klebrige Fliissigkeiten verwandelt. Kork wird durch den Sauredampf verkohlt. Borfluorid, BF 3 , entsteht aus HF und Borsaure als farbloses, stechend riechendes, an der Luft stark rauchendes Gas, das sich bei -110 unter starkem Druck verdichten laBt. Fluorstickstoff, als Analogon 7,11 m Chlorstickstoff, scheint nicht existenzfahig zu sein. Schwcfelhexafluorid, SF 6 , wird durch direktes Ueberleiten von Fluor uber Schwefel erhaltcn. Man kondensiert das entstehende Gas durch eine Kaltemischung von Kohlensaiire und Aceton in einem kii])fernen Schlangenrohr. Zur Rektifika- tion wird die Fliissigkeit noch einmal vor- sichtig verdampft und das Gas rait Natron- lauge gewaschen. Man erhalt auf diese Weise das reine Hexal'luorid als farbloses und merkwiirdigerweise geruch- und geschmack loses Gas, das bei - - 55 zu einer weiBen kristallinischen Masse erstarrt und wenig oberhalb seines Schmelzpunktes siedet. Das chemische Verhalten dieses Stoffes ist ein ganz auffallend trages. Auf analoge Weise kann das Selenhexafluorid synthetisiert werden. Thionylf In oriel, SOF 2 , entsteht aus AsF 3 und^SOCljj durch halbstundiges Er- hitzen im Bombenrohr auf 100. Es bildet ein farbloses, unangenehm riechendes Gas vom Siedepunkt - - 32. Von Wasser wird es allinahlich zersetzt. Sulfurylfluorid, S0 2 F 2 , wird durch Einwirkung von Fluor auf gasformiges S0 2 erhalten, wobei die Reaktion mittels eines gliihenden Platindrahtes eingeleitet werden muB. Das Produkt ist ein farb- und geruch- loses Gas, das gegen Wasser ziemlich be- standig ist. Der Siedepunkt liegt bei zirka - 52, der Schmelzpunkt bei - - 120. Fluorsulfonsaure, S0 3 HF. Die der Chlorsulfonsaure entsprechende Fluorsulfon- saure entsteht durch direkte Vereinigung von S0 3 und HF als diinne farblose Fliissig- keit vom Siedepunkt 162.6. 9. Spektralchemie. Das Funkenspektrum des Fluors weist 13 Linien im roten Gebiet des Spektrums auf, entsprechend den Wellen- langen 744, 740, 734, 714, 704, 691, 687,5, 685,5, 683,5, 677, 640,5, 634, 623. Literatur. H. Moissan, Das Fluor und seine Verbindungen. Deutsche Ausgabe von Th. Zcttel. Berlin 1900. Ginelin- Kraut, Handiuch der oryanischen Chemie, Bd. I, Abt. ;?. Heidelberg 1909. F. Somm er. b) Chlor. Cl. Atomgewicht 35,46. Molekular- gewicht 70,92. 1. Atomgewicht. 2. Vorkommen, 3. Ge- schichte. 4. Darstellung und Verwendung. 5. Formarten und physikalische Konstanten. 6. Valenz und Elektrochemie. 7. Analytische rhcinir. S. Spezielle Cheniie. 9. Spektralchemie. i. Atomgewicht. Das Chlor besitzt nach der internationalen Atomgewichts- tabelle 1912 das Atomgewicht 35,46. Fluorgruppe (Chlor) 2. Vorkommen. Das Chlor kommt in freiem Ziistande in der Natur nicht vor. es t'indet sicli iedoch haufig, zum Teil in ni : icliiii:en Lagern, in Form von Chloriden, nameiulich ;m Natrium, Kalium und Magne- sium trebunden, als Steinsalz, Sylvin nnd Carnallit. Diese Ablagerungen sind in vergaimrnen geologischen Perioden durch die Yerdnnstimg von Meerwasser entstanden. Audi Silber-, Blei-, Eisen- nnd Kupferchloride kommen natiiriich vor, allerdiugs nur in kleinen Mengen. Infolge der groBen Los- lichkeit vieler Chloride kann das Chlor den (lesteinen durch atmospharische Nieder- schlage leicht entzogen werden. Man findet es daher in alien Solen in reichlichen Mengen. Chloride finden sich feiner in jedem FluB- \vasser, das seinen Salzgehalt wiederum dem Meere zufiihrt, So bildet das Chlor mit 2.08% einen wesentlichen Bestandteil des Ozeans. Im pflanzlichen und tierischen Organis- mus ist das Chlorion ein unentbehrlicher Be- standteil. Pflanzenaschen entha-lten daher stets Chlormetalle. Audi der Magensaft, ebenso wie Bint, Harn. Milch und EiweiB sind stets chloridhaltig. 3. Geschichte. Scheele entdeckte im Jahre 1774 bei der Oxydation von Salzsaure durch Braunstein das Chlor, welches er nach den damaligen Anschaunngen als dephlo- gistisierte Salzsaure bezeichnete. Berthollet dagegen, unter dem EinfluB der antiphlogis- tischen Chemie, sprach im Jahre 1785 das Chlor als oxygenierte Salzsaure an. Gay- Lussac und Then aid gelang es dann sehlieBlich im Jahre 1809, gestutzt auf exakte Versuche, die eleinentare Natur des Chlors zu erkennen. Davy schloB sich diesen Anschauuiigen an. und von ihm riihrt auch der Name des Elements her, abgeleitet von '/Ifoyo^ gelblichgriin. 4. Darstellung und Verwendung. 4 a) Darstellung fur La b o r at o r i u ins - v. week c. I )nrch Erhitzen von Braunstein mit konzentrierter Salzsaure. Nach der Gleiclmng um die Darstellung bestimmter Mengen sehr reinen Chlors handelt. Auch der Umsatz von Kaliumchlorat mit konzentrierter Salzsaure nach der Gleiclmng KC10, + 6HC1 = -- KC1 - 3H.,0 + 3C1, bietet j ein einfaches Mittel, sich fui Laboratoriums- zwecke Chloigas herzustellen. 4b) Technische Darstellung. Die j schon erwahnte Darstellung des Chlors aus j Braunstein nnd Salzsaure besitzt technische ; Bedeutung durch die Tatsache, daB es nach ! dem sogenannten We Idonverfahren mb'g- lich ist, die abfallende, sonst wertlose, Mangan- chloriirlauge durch Zusatz von uberschus- sigem Kalk in Manganhydroxyd zu ver- wandeln, das bei Gegenwart von Kalk durch den Sauerstoff der Luft in Calcium- manganit : Oil H(>\ == Mn -- Ca -- -- Mn == i ( W e 1 d o n s c h 1 a m m ) , also in vierwertiges Mangan, riickverwandelt werden kann. Dieses letztere vermag mit konzentrierter Salz- saure neue Mengen Chlorgas zu liefern. Nach dem Deacon-Verfahren laBt man zur Chlordarstellung ein Gemisch von Luft und Chlorwasserstoff durch auf 350 bis 400 U erhitzte Rohren streichen, in denen sich mit , Kupferchlorid getrankte Ziegel befinden. Da Luft in groBem UeberschuB vorhanden sein muB, erhalt man hierbei nur ein verdiinntes Chlorgas. Bei diesem ProzeB handelt es sich j um eine reine Katalyse, bei der die Kupfer- chloride den Sauerstoffiibertrager spielen. Die Katalyse dieses HCl-Luftgemisches ist also ganz ahnlich der des S0 2 -Lnftgemisches beim SchwefelsaurekontaktprozeB, auch in- sofern als die Reaktion bei hoherer Tem- peratur nmgekehrt in der Richtung 2H 3 + 2C1 2 -4HC1 + 2 verlairft. Gewisse Chloride werden durch Sauer- stoff unter Freiwerden von Chlor zersetzt, z. B. das Magnesiumchlorid, das im Lut't- strom erhitzt nach der Gleiclmng: 2MgCl, + 2 fj 2MgO + 2C1 2 zerfallt. Da die StaB- .Mn< )., 4HC1 == MnClo -f 2H,0 + CU wird i furter Salzindustrie Magnesiumehlorid in die llall'te des Chlorgehaltes der sich um- set/enden Sal/siiure in Chlor verwandelt, es ist jedoch zu beriieksielitigen, daB eine Siiure mit \veniger als 8% HC1 kaum mehr re;miert. ( !an/ analog laBt sich natiiriich auch Kdchsalx, Schwefelsaure und Braunstein verwenden. Kine l)e(|iieme Mellinde ist auch die Oxydation der SaJ/siini-e durch Chlorkalk, die leicht im Ki]|)sclien Apparat durcli- gel'iilirl w(>rtlen kanii und einen kontinuier- liclien Chlorsironi x,u liel'ern vermag. Audere OxydatioDsmethoden sind die Zerselxnng der Salx.siinre mittels Per- manganat oder Kalinm!)ieliromat, die haupt- sachlieh Anwendnng finden. wenn es sich groBen Mengen als Abfallprodukt liefert, kann auch diese Methode technisch ausgc- nutzt werden. Das feuchte Chlorid wird, um Hydrolyse zu vermeiden, in Gegenwart eines Ueberschnsses von Oxyd getrocknet und in diesem Zustande verwandt. Auch bei diesem ProzeB erhalt man nur ein verdiinntes j Chlorgas. Die Hauptmenge des lieutzutage von ! der Technik produzierten Chlors ist elektro- lytischen l T rs])rungs und wird als Neben- ! produkt bei der Alkalielektrolyse gewonnen. Die Verhiiltnisse liegen bereits derart, daB sich in den letzten Jahren entsprechend den enormen von der Technik benotigten Mengen kaustischen Alkalis eine Ueberprodnktion 5 (Chl(ir) des in aquivalenten Mengen entstehenden Chlors bemerkbar gemacht hat, mid man nach neiien Verwendungsmoglichkeiten i'iir Chlor eifrig suclit. Die Wege, die bei der Elektrolyse von wasseriger Kalinin- bezw. Natriumchlorid- losung eingeschlagen werden, sind das Dia- phragmenverfahren, das Glockenverfahren und das Quecksilberverfahren. Beim ersteren trennt man den Anodenraum vom Kathoden- raum durch ein poroses Diaphragma. Beim Glockenverfahren verhindert man die gegen- seitige Vermischung von Kathoden- und Anodenlaugen dnrch eine nicht leitende, niclit porose Scheidewand, wahrend die von den Elektrodengasen nicht getroffenen Fliis- sigkeitsschichten frei miteinander in Ver- bindung stehen. Beim Quecksilberverfahren schliefilich entsteht an der Kathode an Stelle von Alkalihydrat und Wasserstoff Alkali- amalgam, welches auRerhalb der Zelle unter Regenerierung des Quecksilbers und Bildung von Alkali hydroxyd zerlegt wird. In einem gut arbeitenden elektrolytischen Betrieb kann ein fast reines Chlorgas gewonnen werden. Audi durch Elektrolyse von geschmol- zenem Natriumchlorid wird an den Niagara- fallen Chlor dargestellt. Ueber die Einzel- heiten dieser elektrolytischen Prozesse siehe die .,Elektrochemie wasseriger Lo- sungeii" von F. Forster, Leipzig 1905. Findet das Chlor nicht an Ort und Stelle im Betriebe Verwendung, so wird es ver- fliissigt und in eisernen Bomben zum Ver- sand gebraclit. Derartige Bomben ent- halten ca. 50 bis 60 kg Chlor, entsprechend 15000 bis 18000 1 Gas, und sind auf 50 Atmospharen Druck gepriift. Eine Explo- sionsgefahr tritt infolgedessen, da die Danipf- spannung des fliissigen Chlors bei 100 41.7 Atmospharen betragt, erst oberhalb dieser Temperatur ein. 40) Verwendung. Chlor wird in groBen Mengen fiir die Bereitung bleichender und desinfizierender Stoffe verwendet (Eau de Javelle, Eau de Labarraque, Chlorkalk). Ferner verbraucht namentlich die organische Technik groBe Quantitaten fiir Chlorierimgs- prozesse, z. B. zur Herstellung von Chloro- form, Tetrachlorkohlenstoff, Chloral, Benzyl- chlorid, ferner von Monochloressigsaure fin- die Synthese des kiinstlichen Indigos. 5. Formarten und physikalische Kon- stanten. 5 a) Gasformiges Chlor. Chlor ist ein gelblich griines Gas von erstickendem Geruch, das die Atmungsorgane heftig an- greift, Hustenreiz und Atemnot verursacht, jedoch nicht giftig ist in dem Shine wie etwa ider Schwefelwasserstoff, das Stickoxyd oder das Kohlenoxyd. Das Gas ist, da es sich nicht mit Sauerstoff verbindot, nicht brenn- bar. Die Dichte betragt d == 2.490 (Luft-=l) bezw. 35.46 (0 = = 16), demnach ist Chlorgas etwa 2.2 mal so schwer als Sauerstoff und ca. 2.5 mal so schwer als Luft. 1 1 Chlor wiegt unter Normalbedingungen (0 und 760 mm Druck) 3.208 g. Bis 1450 (abs.) bleibt die Dichte des Chlors normal. Das ChlormolekuJ ist also relativ bestandig, erst bei 1667 be- tragt die Dissoziation 1%. Eine Spaltung um 50% wird bei 2357 erreicht. Die spezifische Warme bei konstantem Druck (cp) ist gleich 0.1155, die bei kon- stantem Volumen c v == 0.087531. Demnach ist K;= c,,:c v = = 1.323. 5b) Fliissiges Chlor. Chlorgas ver- dichtet sich unter gewohnlichem Druck bei ca. 34 zu einer gelben Fliissigkeit, die den elektrischen Strom nicht leitet. Der Sdp. liegt bei 33.6 unter 760 mm Druck. Das spezifische Gewicht betragt d 33 - 6 = 1.5071. Der Ausdehnungskoeffizient besitzt fiir das Intervall --80 bis 33.6 den Wert 0.001409, fiir das Intervall --30 bis den Wert 0.001793. Die spezifische Warme zwischen und 24 ist 0.2262. Die kritische Temperatur liegt bei 146, der zugehorige kritische Druck betragt 93,5 Atmospharen. 50) Festes Chlor. Es entsteht durch Abkiihlen von fliissigem Chlor auf - - 102 und bildet eine gelbe kristallinische Masse. 6, Valenz und Elektrochemie. Das Chlor kommt wie Brom und Jod auBer in einwertiger Form noch 3-, 5- und 7wertig vor. In Verbindung mit Wasserstoff ist es einwertig. Dreiwertigkeit besteht wohl ziemlich sicher bei den chlorigsauren Salzen z. B. KOC10. Ferner bei den organischen Jodidchloriden wie C 6 H 5 . J. C1 2 und im Brom- fluorid BrF 3 . Audi bei gewissen Salzen, namentlich "des Rubidiums und Casiums, namlich im RbClBr 2 , RbBrBr 2 und RbJJ 2 , kann man vielleicht dreiwertiges Chlor bezw. Br und J annehmen. Fii n f wertig sind die Halogene in den Chloraten, Bromaten und Jodaten, z. B. im KC10 n , das mit Kalium- nitrat isomorpli kristallisiert. Hier besitzen die drei Halogene also dieselbe Wertigkeits- stufe wie Stickstoff. Auch in Salzen wie CsCl.CUg, und CsJ.2J 2 ist die fiinfwertige Valenzstufe sehr wahrscheinlich. Sieben- wertiges Halogen ist in der Ueberchlorsaure, der Ueber jodsaure und ihren Salzen vor- handen, ferner im Chlorheptoxyd, das nach neuesten kryoskopischen Messungen in Phos- phoroxychlorid die monomolekulare Zu- sammensetzung besitzt. Fiir die Sieben- wertigkeit des Jods speziell spricht auch die Verbindung Cs J . 3 J 2 . Nach der Abeggschen Auffassung besteht bei den Halogenen eine negative Normal- valenz, in den WasserstolTverbindungen und deren Salzen, ferner sieben positive Kontra- 8 FluorgTii] >] >e (Chlor) valenzen in den Sauersiot'fsanren und in don I'dlyhalogeniden des Casinms und Rubi- diums. Das Chlorion isi 1'arblos. Das Normal- pdiential, gemeei, in der Chlorknallgas- kette. bclniuM H l.Mf> Volt. Es entspiicht dem Voruani: J(T -> C1 2 (gasf.), wobei die Chlorionkonzentration gleich Ig Formel- ucwicln pro Liter angenommen ist und das in lieteroirener Phase am Elektrodenvorgang leilnelmiende Chlor unter einem Partial- druck von einer Atmosphare steht. Die Be- \\eu-lichkeit des Chlorions in Wasser ist bei 18 ] ]8 -- - 65.44. der Temperaturkoeffizient a, 8 = 0.0216. In komplexen Anionen ist das Chlor cin liau fig vorkommender Bestandteil. In Yerbindnng mit Sauerstoff bildet es CIO', CIO.,', CIO-,' und CIO 4 ' lonen, ferner spielt es in den Chlorosauren und Chlorosalzen (Doppelhalogeniden) eine Rolle (siehe dariiber Werner, Neuere Anschauungen auf dem Gebiete der anorganischen Chemie, Braun- schweig 1909). 7. Analytische Chemie. 7 a) Qualita- tive Analyse. Der Nachweis von freiem Chlor ist durch die Farbe des Gases, seinen charakteristischen Geruch und das in der spe/iellen Chemie beschriebene Verhalten, z. B. die Bleichwirkung und die Blaming von Jodkaliumstarkepapier, leicht zu er- bringen. Liegt das Chlor in wasseriger Losung als Chlorion vor, so erkennt man es an seinem in Salpetersaure unloslichen, weiJjen, kasigen Silbersalz. Sind auBer Chlorion noch Bromion und Jodion zugegen, so erfolgt die Besti miming am bequemsten derart, daB man die drei Silberhalogenide mittelst Silbernitrat ausfallt, den Nieder- schlag gut, auswascht und ihn hierauf mit reiner Ammonkarbonatlosung extrahiert. Nur AirCl geht in Losung und kann durch An- siiucru mil Salpetersaure als rein weiBes AgCl \vieder ausgefallt werden. 7b) Quantitative Analyse, a) Gra- vimetrische Bestimmung von Chlor- ion. Audi hier erfolgt die Bestimmung als . Man versetzt die chlprionhaltige Losung in der Kalte mit einiircn con Salpetcrsiiure und fiigt die zur vdllsiiiiidincn l ; ;illung notwendige Menge Silbernitrat liin/u. Hierauf erwarmt man die Uisung anl' einem Sandbade, bis der AgCl-IViederschlag sich zusammengeballt hat und filtriert durch einen vorher ge- Nvotrenen Goochtiegel. Als Waschwasser be- nutxt man kalles. sclnvach salpetersiuire- halli^-es Wasser. Der Tiegcl Avird bei 130 getrocknet. //i MaBanalytische IJesti inmung. l!c-i iininuiiu- v on freiem Clilor z. B. ini Chlorwasser. Die Mdhodc beruht daraut'. da 1.1 licics Clilur ans .lodkalinmlosung die aquivalente ]\[enge Jod in Freiheit setzt, die leicht mit Thiosulfat und Starke als Indikator titriert werden kann. Bestimmung von C h 1 o r i o n. Die Bestimmung von Chlorion erfolgt in neutraler Losung am besten nach der Mohrschen Methode. nach welcher man unter Zusatz von Kaliumchromat als Indi- kator V 10 n AgN0 3 Losung zu der Chlorid- losung flieBen laBt. Ist alles Chlorion mnge- setzt, so eizeugt der erste iiberschiissige Tropfen eine bleibende rotliche Farbung von Silberchromat. Nach Volhard kann man auch clerart verfahren, daB man die Losung des Chlorids mit einem UeberschuB von 1 / 10 n AgNO.j Losung versetzt und den UeberschuB des Silbers. nach Zusatz von Eisenammonium- alaun und Salpetersaure, mit Rhodankalium zuriicktitriert. Bleibende Kotfarbung, von Eisenrhodanidbildung herriihrend , deutet auch hier den Endpunkt der Reaktion an. 70) Elektroanalyse. Die von Vort- mann angegebene elektrolytische Bestim- mung durch Abscheiclung der Halogene an einer Silberanode unter Bildung von Silberhaloid hat sjjeziell fiir das Chlor keine Bedeutung. Die Elektroanalyse eignet sich iedoch vorziiglich zur Bestimmung von Chlorion neben Brom und Jodion (siehe bei Brom). 8. Spezielle Chemie. 8 a) Allgemeines Verhalten des Chlors. Das Chlor ist nach dem Fluor das reaktionsfahigste filer Metalloide. Es verbindet sich direkt mit den meisten Elementen, eine Ausnahme machen die Edelgase, Fluor, Sauerstoff, Stickstoff und einige Platinmetalle. Da es niit Sauerstoff keine Verbindungen eingoht, so ist es nicht brennbar. Mit Wasserstoff in I gleicheu Volumverhaltnissen gemischt (Clilor- knallgas), vereinigt es sich bei Beleuchtung mit direktem Sonnenlicht oder elektrischem Bogenlicht unter Explosion zu Chlorwasser- stoff (Gay Lussac und Thenard 1809). In zerstreutem Tageslicht finclet die Einwirkung allmahlich statt, im Dunklen bleiben die Gase ])raktiscli unverandert. Ein derartiges Gemisch kann demgemaB zur Messung der chemischen Wirksamkeit der Licht- strahlen Verwendung finden (Chlorknall- gasaktinometer von Bunsen und Roscoe). Vgl. hierzu den Artikel ,,Photochemie". Besonders reaktionsfahig siud beide Gase in feuchtem Zustande, wahrend sorgfaltig getrocknetes Chlorknallgas nur schwer zur Explosion gebracht werden kann. Offenbar erfolgt die Vereinigung nicht direkt nach der einfachen Gleichung: H 2 + C1 2 - 2HC1, sondern vielleicht nach dem Schema,: HoO + Cl., = Cl.,0 + H 2 und 2H + C1 2 = H 2 + 2HC1, in welchem Falle also der \'organg katalytisch durch Wasser be- schleunigt wtirde. Die groBe Affinitat des Chlors zum Wasser- stoff erklart es auch, daB das Element wasser- stoffreichen organischen Verbindungen den Wasserstoff eiitzieht, um sich selbst rait ihra zu verbinden. So verbrennt z. B. mit Terpentinol getranktes FlieBpapier in einer Chloratmosphare unter Kohleabscheidung. Die Alkalimetalle, Wismut, Stanniol, Arsen, Antimon, unechtes Blattgold, ferner durch Wisseistoff reduziertes Kupfer und | Mckel verbrennen bei gewohnlicherTempera- tur mit heller Lichterscheinung zu den entspiechenden Chloriden. Beim Siangan, Zink, Eisen, Kobalt und Quecksilber bedarf es zur Einleitung der Reaktion der Er- warmung, aber auch hier geht die Vereinigung unter Lichtglanz vor sich. Beim Blei, Silber, Gold und Platin dagegen verliiut't die Reaktion in der Hitze ruhiger und ohne Lichtglanz. An dieser Stelle sei bemerkt, daB Chlorwasser in der Kalte das sonst so widerstanclsfahige Gold glatt lost, ein Vor- gang, der in dem alteren Goklextraktions- prozeB praktisch ausgenutzt warde. Phosphor, Bor, Silicinm wiederum ent- ziinden sich von selbst im Chlorgas. Auch viele Metalloxyde lassen sich durch Erhitzen im Chlorstrom leicht in Chloride ver- wandeln. Haufig erleichtert man die Reak- tion dadurch, daB man dem Oxyd Kohle beiraengt, z. B. bei der Darstellung von AlClo aiis dem entsprechenden Oxyd. Man erhait auf diese Weise zumichst ein Gleich- gewichtsgemisch von Metali, Metalloxyd, Kohlenstoff und Kohlenoxyden, das ent- sprechend der Gleichgewiehtslage nur ganz geringe Mengen von Metali enthalt, da die Reduktion von A1 2 : . zu Aluminium durch Kohle praktisch nicht durchfuhrbar ist. Tritt aber durch die gleichzeitige Einwirkung von Chlor auf das Metali Bildung von Alu- miniumchlorid ein, so verfliichtigt sich dieses, das erwahnte Gleichgewichtsgemisch muS weiter Aluminium nachlielern, und die Reak- tion verlaut't quantitativ. Erzeugt man einen Lichtbogen in einer Chloratmosphare, so gelingt es unter diesen Umstanden. Chlor mit Kohlenstoff in Reak- tion zu bringen. Die entstehenden Produkte si-id verschiedenartige, je nach der D?uer der Einwirkung. Perchlorathan und Hexachlor- benzol h?t man nachweisen konnen. Auf Wasser wirkt das Chlor nur langsam ein. es lost sich zunachst ziemlich reichlich auf und bildet das sogenannte Chlorwasser, Aqua chlorata. Die Loslichkeit betragt unter 760 mm Druck bei 1,44%, bei 6 1,07% und bei 9 0,95%, nimmt jedocb stark ab, wenn man das Wasser mit Kochsalz sattigt. In der Kalte laBt sich ein Hydrat von der wahrscheinlichen Zusammensetzung C1 2 7H,0 isolieren. Dasselbe bildet eine blaBgelbe, kristallinische Masse, die beim Erwarmen leicht wieder in Chlor und H 2 zerl'allt. l!ci liiii^crcr Kinwirkmig erl'olgt zwischen Wasser und Chlor Umsetzung nach der um- kehrbaren Gleichung: Chlorwasser enthalt also immer in kleinen Mengen Salzsaure und uiiterchlorige San re, leitet also demgemaB den elekf riseheii Strom nicht unerheblich. In dem Malic nun, wie die sehr labile uiiterchlorige Siiure weiler in IK 'I und Sauerstoff zerfallt, schreitct auch die Hydrolyse des Chlors vorwarts, und der Clilor- gehalt der Losung nimmt ab. Die Zersetzung geht im Dunkeln nur langsam vor sich, schneller im Sonnenlichte, jedoch erfolgt die photochemische Zersetzung des Chlorwassers nicht annahernd proportional der Belichtungs- starke und Belichtungsdauer, es geht viehnehr wahrscheinlich eine autokatalytische Reaktion vor sich, fiir deren Geschwindigkeit die in der Losung vorhandenen Mengen HC1, HC10 HC10.J und HC10 t von Bedeutung sind. Sehr leicht tritt die Umsetzung zwischen Wasser und Chlor bei Gegenwart eines reduzierenden Stoffes ein, der den Sauerstoff des H bindet. R + H 2 + C1 2 =-- RO + 2HC1 Der Sauerstoff ist hierbei, daim Entstehungs- zustande wirksam, auBerordentlich reaktions- fahig. Hierauf beruht die oxydierende (bleichende) Wirkung des Chlors. 'Dasselbe ist also ein indirektes Oxydationsmittel, da es durch den Sauerstoff des Wassers oxy- diert. Bei Rotglut zersetzt Chlor das Wasser unter Sauerstoffbildung, der Vorgang ist die Umkehrung des bereits erwahnten Deacon- verfahrens (siehe oben 4b). Elektrisch aktiviertes Chlor. Durch gleichzeitige Einwirkung der stillen elek- trischen Entladung und von ultraviolettem Licht kann das Chlor, namentlich im feuchten Zustande, stark aktiviert werden, so daB z. B. Benzol nut dem derartig praparierten Element bereits bei Zimmertemperatur in Reaktion tritt. Aehnliches hat man ja neuer- dings auch beim Sdckstoff beobachtet, der durch gleichartige Voibehandlung in ganz iiberraschender Weise reaktionsfahig wird. 81)) Verbintlungen des Chlors mit Wasseistofl'. Chlorwasserstoff , HC1, entsteht, wie bereits erwahnt, direkt aus seinen Elementen. Die gewohnliche Dar- stellungsweise ist die Einwirkung von Schwefelsaure auf Kochsalz. Man kann die Mengenverhaltnisse derart \\alilen, daB nach der Gleichung: NaCl -j- H 2 S0 4 - NaHS0 4 + HC1 neben Salzsauregas das leicht schmelzbare Natriumbisulfat entsteht. oder aber man nimmt, wie es bei der Dar- stellung von Glaubersalz (Na 2 S0 4 ) gesem'eht, 10 Kliiorgruppe (Chlor) auf ein Molekiil Schwefelsaure 2 Molekiile Kochsalz. Auf beide Art en arbeitet man aucli in der Technik, wobei guBeiserne und iin erster Falle auch bleierne Ketorten Ver- wendung linden. Fiir Laboratoriumszwecke empfiehll es sich, urn einen gleichmaBigen Salzsiinrestrom zu erhalten, von sogenannter konzontrierter ranchender Salzsaure auszu- gehen und durch Zutropfen von konzen- trierter Schwefelsaure das Salzsauregas ai;s- zutreiben. Am bequemsten 1st es jedoch auch hier, mit einem Kippschen Apparat zu arbeiten, dessen Fiillung ans groBen Stiicken geschmolzenen Salmiaks (NH 4 C1, Ammo- niumchlorid) und verdunnter Schwefelsaure besteht. Weitere Bildungsweisen, die jedoch prak- tisch weniger Bedeutung besitzen, bestehen in der Zerlegung gewisser hydrolytisch leicht spaltbarer Metallchloride durch Wasserdampf. So wird z. B. Magnesiumchloricl bei Tempera- turen oberhalb "505 nach der Gleichung: MgClo + H 2 == MgO + 2HC1 zersetzt. Eine andere Darstellungsart besteht in der Zer- legung von Metalloidchloriden durch Wasser. Behandelt man Phosphortrichlorid in dieser Weise, so findet unter Anstausch der Chlor- gruppe gegen Hydroxyl Bilduug von Phos- phorsiiure und Salzsaure statt: Cl H.OH PfCl-f H.OH = \C1 H.OH /OH f OH + 3HCI. \OH Der Chlorwasserstoff ist ein farbloses, nicht brennbares Gas von stechendem Geruch, d,i< angefeuchtetes Lakmuspapier stark rbtet. Das Gewicht des Normalliters HC1 bei und 760mm betragt 1,6397 gr. Sein Mole- kiil besitzt auBerste Bestandigkeit, da es erst oberhalb 1500 in Wasserstoff und Chlor zu dissoziieren beginnt. An feuchter Luft bildet. das Gas weiBe Nebel, die aus Salz- sauretropfchen bestehen. Unter gewbhn- lichem Atmospharendruck verfliissigt es sich bei 84, unter einem, Drnck von 40 Atmnspharen bereits bei + 10 zu einer Fliissigkeit, die bei -82.9 siedet und das spezifische Gewicht d^- = = 0.835 besitzt. Die kiitische Temperatur liegt bei 51.8, der kritischeDruck betragt 83.6Atmospharen. Die s|)c/-il'ische Leitfahigkeit von fliissigem HC1 betragt bei seinem Siedepunkt 0.167 X lQ- ( \ entspricht also ungefahr der von roinom Wasser. Bei 111.3 erstarrt die ver- I'liissigte Siiure zu einer weiBen Kristallmasse. Wasser nimmt bei das 503 fache seines Yolumens, d. h. on. ^!. : > g pro Liter auf, u ml /war orl'olgt der Losungsvorgang unter starker Warmeentwiekelung. Die wasserige Losiing bildet die gewohnliche Salzsaure. Die Kosliclikeit in Wasser unter wechselndem Druck entspricht nicht dem Henryschen Gesetz, woraus folgt, daB die Auflosung von einem chemischen ProzeB (Hydratbildung) begleitet ist. Mit der Temperatur nimmt die Loslich- keit ab, so daB bei 20 nur noch 721 g. bei 40 633 g, bei 60 561 g HC1 gelost sind. Das spezifische Gewicht der wasserigen Salz- saure ist grb'Ber als das des reiuenWassers und bietet ein einfaches Mittel dar, den Prozent- gehalt an gelbstem HC1 Gas zu bestimmen. Nach einer einfachen empirischen Regel braucht man nur die ersten beiden Deci- malen des spezifischen Gewichts mit zwei zu multiplizieren, inn, den Prozentgehalt zu ermitteln. Es enthalt also eine Saure d 1.10: 20% (2 xlO) HC1, eine solche von d 1.19: 38% (2x19) HC1 usw. Die konzentrierte wasserige Salzsaure ist eine farblose, an der Luft stark rauchende Fliissigkeit. Erhitzt man diese Saure, so verliert sie zunachst HCl-Gas und der Siedepunkt steigt schlieBlich auf 110, bei welcher Temperatur eine Saure vom spezifischen Gewicht 1.102 mit einem Ge- halt von 20.3% HC1 iiberdestilliert, anderer- seits destilliert aus einer verdiinnten Saure anfangs vornehmlich Wasser bis auch hier der Prozentgehalt von 20.3 und der konstante Siedepunkt 110 erreicht ist. Dieses Destillat stellt nicht etwa ein be- stimnit definiertes Hydrat vor, denn eine derartig zusammengesetzte Siiure destilliert nur bei dem bestimmten Druck von 760 mm. Ist der Druck niedriger, so sind die Destillate konzentrierter, ist er holier, so ist die Saure niedrigerprozentig. Ein bestimmt zusammen- gesetztes Hydrat erhalt man dagegen, wenn man gewohnliche konzentrierte Salzsaure bei -25 bis 30 mit HC1 Gas sattigt. Es scheiden sich sodann Kristalle der Zusam- mensetzung HC1 + 2H 2 aus, die bei 18 schmelzen und beim Erwarmen leicht in HC1 und H 2 dissoziieren. AuBer in Wasser lost sich HC1 Gas auch in Methyl-, Aethyl-, Amylalkohol, Aether, Aceton, Eisessig, Benzol, Xylol, Hexan, Nitrobenzol und anderen organischen Lo- sungsmitteln, doch ist die Dissoziation hier nur eine geringe, teilweise, wie beim, Benzol, iiberhaupt nicht vorhanden. Neben Salpetersaure, Brom- und Jod- wasserstoffsaure ist Salzsaure die starkste Saure, wie Leitfahigkeitsmessungen und kinetische Bestimmungen (Inversion und Verseifung) ergeben. Vergleiche hierzu den Artikel ,,Sauren, anorganische Sauren". Das niolekulare Leitvermogen (ju) bei 25 fiir verschiedene Verdfumungen (v) ist: v 2 4 8 16 32 64 128 256 \,u -- -- 353 366 378 386 393 399 401 403 Die Bildung von HC1 aus den Element-en 11 findet untor betrachtlicher Energieentbin- dung statt, wie aus der thermischen Glei- chung: H + Cl = : HC1 + 22001 g-cal. her- vorgeht. Die Aut'losung in viel Wasser maeht noch 17430 cal. frei, so daB die Bilduiig einer wasserigen Salzsaure der Gleichung H + Cl + Aqua -- -- HC1 aq. + 39431 cal entspricht. Die spezifische Warme des Salzsauregases j bei konstantem Volum 1st 0.175 (Luft 0.1684). Das Verhaltnis der spezifischen Wimiien bei konstantem Druck und kon- stantem Volumen ist 1.389 bei 20. Chemisches Verhalten des Chlor- wasserstoffs. Auf Metalle und Metall- oxyde wirkt sowohl Chlorwasserstoff als auch die wasserige Salzsaure in den meisten Fallen unter Chloridbildimg ein. Daneben bildet sioh Wasserstoff, bezw. Wasser. Super- oxyde zeigen ein veischiedenartiges Ver- halten. Die der Alkalien und der alkalischen Erden (die echten Superoxyde) werden unter Wasserstoffsuperoxydabspaltung zer- setzt, die des Mangans und des Bleies ent- wickeln unter^oriibergehender Bildung von Tetrachloriden Chlor. Die meisten Metall- c-hloride sind wasserlosliche Substanzen, daher findet die Salzsaure als Losungsniittel haufig Anwendung. Schwer loslich sind die Chloride des Silbers, des einwertigen Queck- silbers, Kupfers, Goldes und Thalliums, sowie \ des Bleies. Haufig verwendet man als Losungsniittel [ ein Gemisch von Salz- und Salpetersaure, das man sich durch Vermischen von 1 Teil Salpetersaure (d==1.2) mit 3 Teilen Salz- saure (d==1.12) darstellt. Diese Losung bildet eine gelb gefarbte Fliissigkeit, die nach der Gleichung 3HC1 + HN0 3 = 2H,0 + NOC1 + C1 2 allmahlich Nitrosylchlorid und Chlor abgibt, infolgedessen ein kraftiges oxydierendes und chlorierendes Reagenz ist. Seine Eigenschaft, Edelmetalle, also auch Gold zu losen, war bereits den Alchimisten bekannt, und sie gaben daher diesem Saure- gemisch, das den ,,Konig der Metalle" zu losen imstande war, den Namen Konigs- wasser, aqua regia. 8 c) V e r b i n d u n g e n des C h 1 o r s mit B o r , S i 1 i c i u m und Stick- st of f. Borchlorid, BC1 3 , bildet sich bereits bei inaBiger Warme, wenn man einen Chlorstrom iiber elementares Bor leitet, oder in der Gliilihitze ein inniges Gemisch von Borsesquioxyd und Kohle mit Chlor in Reaktion bringt. Das entweichende Bor- chlorid wird in einer Kaltemischung ver- dichtet. Sein Siedepunkt liegt bei + 18, d=l,43. Verbindungen des Chlors mit dem Silicium sind verschiedene bekannt. Das auf analoge Art wie Borchlorid entstehende Siliciumtetrachlorid SiCl 4 , ferner Siliciumhexachlorid, Si 2 Cl r . Sili- c i ii m c h 1 o r o f o r m , SiHCL, weiterhin kennt man Oxy- und Thiochloride. Naheres siehe unliT Silicium im Artikel ,, l\ lilen- stoi'l'gru p|)c'-. Chlorsi icksl off. Durch Einwirkung von Chlorgas odci von nnterchloriger Same auf wasserige Ammonsalze, ferner bei der Elektrolyse kon/entricrt.er wasseriger Am- moniumchloridlosungen ontsteht ein wachs- gelbes diinnes, slcchcnd riechendes Oel, der Chlorstickstoff, von dor Zusammensetzung NCL, d == 1.7 (Dulong, 1811). Derselbe stellt in unverdiinntem Zustande einen ungemein gefahrlichen Korper dar, der durch Erwarmung oder durch StoB, ferner bei Beriihrung mit organischen Substanzen, wie Fett oder Staub, mit enormer Heftigkeit explodiert. Er liist sich ziemlich leicht in Wasser, wobei all- mahliche Hydrolyse zu Ammoniak und unterchloriger Saure stattfindet: NC1 3 + 3H 2 = NH 3 + 3HOC1. Andere Losungs- niittel sind Phosphortrichlorid, Chlorschwei'el, Chloroform, Tetrachlorkohlenstoff und Ben- zol. Losungen in Benzol sind relativ unge- fahrlich und lassen sich bequem bereiten, indem man /u mit Chlor gesattigter 5% Natronlauge iiberschiissige 10% Salmiak- losung gibt und den in Tropfchen sich ab- scheidenden Chlorstickstoff vorsichtig mit Benzol ausriihrt. Wegen der unangenehmen physiologischen Wirkungen hiite man sich vor dem Einatmen der Dampfe. Die Verbindungswarme entspricht der Gleichung N + C1 3 == NC1 3 38 478 cal. Monochloramin, NH 2 C1, erhalt man durch Destination eines Gemisches von Natriumhypochloritlosung mit der aquiva- lenten Menge Ammoniak als gelbliche, leicht fliichtige Fliissigkeit, die Augen und Schleim- Mute heftig angreift. Der Vorgang ent- spricht der Gleichung NaOCl + NH 3 = NHoCl + NaOH. Man destilliert zweckmaBig im "Vakuum bei Temperaturen unterhalb 40, da spnst starke Zersetzung unter Stick - stoffentwickelung eintritt. Von den Reak- tionen des Monochloramins ist die interes- santeste diejenige, die mit einem grol.lcu UeberschuB von Ammoniak bei Gegenwart von Leimlosung eintritt. Es bildet sich hierbei in einer Ausbeute bis zu 80% vom an- gewandten Monochloramin das Hydrazin nach dem Schema: NH 2 C1 + NH 3 == NH 2 . NHoHCl. Chlorazid. N 3 C1, bildet sich beim An- ' sauern einer Losung aquivalenter Mengen Natriumhypochlorit und Natriumazid. Es entweicht als gelbliches, nach Chlorstick- stoff riechendes Gas, welches, mit einem glimmenden Spahn in Beriihrung gebracht, unter heftigster Explosion zersetzt wird. Die Bildung des Halogenazids geht nach der Glei- chung vor sich : N 3 H + HOC1 = N 8 C1 + H 2 0. Nitrosylchlorid, NOC1, entsteht direkt 12 (Chlor) aus Stickoxyd and Chlorgas in Anwesenlieit von Tierkohle bei 40 bis 50. Beqnemer ist die DarsteHium'sweise aus Nitrosylschwefel- saure. den NaOCl + NaCt + H 2 ausdriicken kann, da bei der Elektrolyse tat- sachlich auf 1 Molekiil Chlor 2 Aequivalente Alkali entstehen. Ist aber weniger Alkali z. B. nur 1 Aequi vale nt disponibel, so hat man es vornehmlich mit dem Vorgang (a) zu tun, d. h. es entsteht neben Chlorid unterchlorige Saure und nur in ganz geringem MaBe tritt Gleichgewicht b, also Bildung von Hypohalogenit in Kraft. Das oben an- gegebene Schema (a und b) hat also den Vor- zug, fiir mannigfache Konzentrationen von Chlor geseniiber Alkali Geltung zu besitzen. Die Elektrolyse kann nun nicht bis zur voll- standigen Umsetzung des Natriumchlorids zu Hypochlorit durchgefuhrt werden, son- dern erreicht eine Grenze, da das gebildete Hypochlorit bei bestimmten Konzentra- tionen anfangt, selbst elektrolysiert zu werden. Es wird an der Anode in Chlorat (s. unten) verwandelt, wahrend es an der Kathode Reduktionseinwirkungen ausgesetzt ist. Fiir viele technische Zwecke. fiir Baumwoll- bleichereien, Waschereien usw., geniigt aber bereits eine sehr geringe Konzentration an Bleichsalz, so daB die p]lektrosynthese sehr okonomisch arbeitet. Die konzentriertesten Laugcn, die tech- nisch noch vorteilhaH heri^esidlt werden konnen, enthalten 30 g bleichendes Chlor im Liter (siehe auch unter Mai rium im Artikel ,,Lithiu mgruppe"). 14 Fluorgruppe ( Chlor) Chlordioxyd. Chlorperoxyd, C10 2 , entsteht leicht und verhaltnismaBig gefahrlos, wenn man eine Mischung von 40 g Kaliuin- chlorat, 150 g kristallisierte Oxalsaure und 20 cem Wasser ira Wasserbade erwarmt. Bereits bei 60 erlialt man einen gleich- maBigen Gasstrom, der sich in einer Kalte- mischung zu einem explosiven, roten Oel ver- (lichten laBt. Der Vorgang ist der folgende. Es bildet sich zunachst nach der Gleichung: 2HC10 3 HC10 4 + HClOo Ueberchlor- siiure und chlorige Saure, welch letztere mit Chlorsaure nach dem Schema: HC10 3 + HC10 2 = : H 2 + 2C10, Chlordioxyd bildet. C10 2 siedet bei + 9.9 unter 730.9 mm und erstarrt bei - - 79 zu orangeroten, harten, sproden Kristallen, die ahnliches Aussehen wie Kaliumbichromat besitzen. Das spezifische Gewicht des intensiv gelben Gases betragt d 1 ' = = 2 .3894 (Luft - -- 1). C10 2 besitzt einen scharfen, an salpetiige Saure erinnernden Geruch, der in verdfinnter wasseriger Losung ozonahnlich ist. Die Lb'slichkeit des Chlordioxyds in Wasser ist betrachtlich, bei 4 wird ungefahr das 20 fache Volumen gelb'st. Man kennt ein Hydrat der wahrscheinlichen Zusammen- setzung C10 2 .8H 2 0, das keine sauren Eigen- schaften besitzt. Beim Erhitzen entweicht aus der wasserigen Losung der groBte Teil des absorbierten Gases, ein geringer Teil hinter- bleibt als Chlorsaure. Chlordioxyd zerfallt im Sonnenlicht oder beim Erhitzen in seine Bestandteilc, haufig unter Explosionserscheinungen. Beriihrung mit organischen Substanzen, wie Staub und Fett ist peinlichst zu vermeiden, da hier- durch besonders leicht heftige Verpuffungen stattfinden kb'nnen. Von den chemischen Reaktionen des Chlordioxyds ist der Umsatz mit iiber- schussigem Alkali besonders bemerkenswert. Der Vorgang verlaut't nach dem Schema: 2C10 2 + 20H' == Cl(..) 2 ' + CIO,' + H 2 und ontspricht ganz der Einwirkung von Stickstoffdioxyd auf Alkali. In der Losung hat man neben chlorsauren Salzen, den Chloraten, in aquivalenter Menge Chlorit, d.h.cinSalz der chlorigen Saure HCK).,. Siiucrt man diese Losungen an, so tritt all- niiililich Gclbl'iirbung ein, herriihrend von Clilordioxyd, das sich durch Zeiiall der in Freiheit gesetzten chlorigen Saure gebildet hat. Dieser Zerfall wird besonders begiin- stigt durch Anwesenheit von Chlor-, Hypo- chlorit- und wahrscheinlich auch Chlorat- lon, andcrcrscits wird der Zerfall verzogert durch Zusatz von arseniger Saure. Da nun bei der Darstellung von Chloriten nach der obigon Gleichung stets Clilnrat in entsprechen- dcn ^Icngen entsteht, also auf die freie Saure zersetzend wirkendes Chlorat-Ion immer zu- gegen ist, besitzt die Annahme ziemliche Wahrscheinlichkeit, daB absolut reine Losungen von chloriger Saure recht wohl betrachtliche Bestandigkeit besitzen konnen. Die Darstellung derartiger Losungen ist jedoch noch nicht gelungen, infolgedessen kennt man die freie chlorige Saure nicht. Von den Salzen der Satire, den Chloriten, sind die der Alkalien und alkalischen Erden farblos, das Silber- und Bleisalz gelb gefarbt. Chlorsaure, HC10 S . Die Saure findet sich in geringen Mengen in Form ihrer Salze im Cinlesalpeter. Die freie Saure bildet sich bei der Zersetzung von in Wasser gelostein Chlordioxyd namentlich bei starker Belich- tung. In Form ihrer Salze entsteht sie stets bei der Einwirkung von unterchloriger Saure auf unterchlorigsaure Salze: 2C10H + CIO' = CIO,' + 2C1''+2H'. Die bei diesem Vor- gang entstehende Halogenwasserstoffsaure setzt neue Mengen unterchloriger Siiure in Freiheit: 2C1' + 2H- + 2C10' == 2C10H + 2CI', sodaB deren Konzentration wahrend der Reaktion unverandert bleibt. Der Vorgang kann auch durch die folgende Gleichung ausgedriickt werden: 3C1 2 + GNaOH = = NaCl0 3 + oNaCl + SH.O Praktisch fiihrt man die Darstellung durch eini'aches Einleiten von Chlor in Natrium- hypochloritlosung aus, oder aber man elek- trolysiert Natriumchloridlosiingen. Dieses letztere Verfahren wird heutzutage von der Technik. die fiir die Sprengstoff- und Ziind- stoffbereitung groBe Mengen von Chloraten benotigt, ausschlieBlich angewandt und hat die rein chemisclie Darstellung vollkomnien verdrangt. Wie bereits bei den Hypochloriten beschrieben wurde, entsteht auch hier zu- nachst Kalium- oder Natriumhypocblorit, welches in der Anodennahe durch gebildete unterhalogenige Saure zu Chlorat umgesetzt wird. Die Elektrolyse entspricht also voll- komnien dem oben beschriebenen rein chemi- schen Vorgang. Gewohnlich geht man bei der Darstel- lung des Kaliumsalzes von einer 2!i% Ka- liumchloridlosung aus und elektrolysiert solange bei ca. 70, bis die Losung in bezug anf Kaliumchlorat gesattigt ist. Hierauf wird die heiBe Losung abgezogen, erkalten ge- lassen, und das abgeschiedene Chlorat fil- triert. Das mit frischem Kaliuinchlorid ver- setzte Filtrat, geht zur Elektrolyse zuriick (siehe auch bei Kalium im Artikel ,,Lithi- umgruppe"). Das Kaliumchlorat kann als Ausgangs- material fiir die Gewinnung der freien Saure dienen. Man verwandelt es zunachst in das leicht losliche Baryumsalz (siehe Baryum- chlorat im Artikel ,,Magnesiumgruppe") und versetzt die Losung mit aquivalenten Kluorgruppe (Chlnr) Mengen verdiinnter Schwefelsaure. Nach dem Filtrieren des abgeschiedenen Baryum- sulfats konzentriert man die Saure im Vaku- um iiber Schwefelsaure, bis die Konzen- tration HC10 3 .7H,0 mit 40,10% HC10 a , d 14 ' 2 =1.282, erreicht ist. Bei weiterem Eindampfen tritt allmahliche Zersetzung I Druck libergehende Destillat bildet oin i'arb- ein. Wenn die Konzentration 2HC10 3 .9H.,0 loses, sehr fliichtiges Oel vom Siedepunkt 85. ~* . 1 n -i -i -i -T-*. *- von Chlordioxyd beim Erwarmen mit kon- zentrierter Scnwefelsaure oder Oxalsaure. Chlorheptoxyd, C] 2 7 , entsteht, wenn man HCI0 4 mil l'.,o in cine Kaltemisdiung bringt und nacJi fint;i^i-cm Stehen aut' 85 erwarmt. Das lii< rbci nnter gewohnlichem mit 51,8(3% HC10, iiberschritten wird, so erfolgt sturmische Gaseiitwickelung. Die vollkommen reine 40% Saure beginnt erst Durch SchlagoderBeriihren mit eincr Klamme i'indet auBerst hel'tige Zersetzung stall. Ueberchlorsaure, Perchlor saure, bei 100 sich allmahlich zu zersetzen. Es HC10 4 , die sich in Salzform im Chilesalpeter entweicht Sauerstoff- und Chlorgas, wahrend ' fi n det, bildet die bestandigste SauerstulT- Perchlorsaure hinterbleibt. ! saure des Chlors. Sie entsteht als haufiges Die konzentrierte Saure ist eine farblose, , Zersetzungsprodukt seiner niederen Oxy- besonders beim Erwarmen im Geruch an dationsstufen, durch direkte Oxydation von Salpetersaure ermnernde Fliissigkeit von chlorsauren Verbindungen dagegen bildd starkem Oxydationsvermogen. Orgamsche | ^^ die Siiure nach den bisherigen Erfah- Substanzen wie Papier oder Leim werden, wenn sie mit der Saure durchtrankt sind, unter Entflammung zerstort. rungen niemals. In Form ilirer z. B. von Kaliumperchlorat erhalt man sie bequem durch Erhitzen von Kalium- Die Chlorsaure ist eine starke Saure und chlorat. Bei ca. 355 beginnt das ge- steht beziiglich ihres Leitvermogens der schmolzene, diinnfliissige Salz zu schaumen Salpetersaure nahe. Die molekulare Leit- und Sauerstoff zu entwickeln. Nach einiger fahigkeit (//) in v Litern Wasser bei 25 Zeit wird die Schmelze dickfliissig und be- betragt: steht aus Kaliumchlorid und Kaliumper- v 2 4 8 16 32 64 128 256 512 1024 | chlorat. Nach dem Extrahieren mit Wasser (i = 353 364 373 381 387 391 399 402 402 402. hinterbleibt das schwerlosliche Kaliumper- Die Inversionskonstante fiir Kohrzucker chlorat. wurde zu 103,5, 101,8, 97.2 bestimmt (HC1 Auch auf elektrolytischem Wege ist die = 100). Die Beweglichkeit des ClOo-Ions ! Synthese leicht durchliihrbar, und wird tech- berechnet sich bei 18 zu 55.0. Die Bildungs- nisch im AnschluB an die Chloratlierstellung warmeeiiierwasserigenL6sungvonHC10 3 aus ausgefiihrt. Wahrscheinlich ist hier die Bil- Cl und (Cl 2 0-.aq.) entspricht 20480 cal. dung von C10 4 -Ionen derart zu erklaren, Die chemische 'Konstitution ist wahrscliein- da ^ die C10 3 -Ionen bei oder nach der Ent- O x ladung mit dem Wasser im Shine der Glei- lich die alte Blomstrandsche: ^Cl OH. chung: 2C10,' + HoO + 2 (+) -+ HC10 4 + HClOo + Die Chlorsaure ist eine einbasische Saure und bildet als solche mu eine Reihe von reagieren. Die chlorige Saure wird dann Salzen, die Chlorate von der Formel MeC10 3 . weiter sehr leicht durch elektrolytisch ent- Charakteristisch fiir dieselben ist, dafi sie wickelten Sauerstoff zu C10 3 ' oxydiert, kann im Gegensatz zu den Hypochloriten in : also weiter nach dem obigen Schema sich um- wasseriger Losung praktisch keine oxydie- ; setzen. renden Wirkungen ausiiben. Man kann je- Man geht am zweckmaBigsten von dem doch die Losung aktivieren, indem man in leicht loslichen Natriumchlorat aus, welches geringen Mengen Osmiumtetroxyd zusetzt. bei einer Anodendichte D A = Derartige Losungen besitzen durch die kata- 0,08 Amp./qcm und bei 10 in 25% Losung lytische Wirkung des Osmiums kraftig oxy- in guter Ausbeute in Perchlorat iibergeht. dierende Eigenschaften. Im SchmelzfluB, Es ist vorteilhaft, auf jeden den sind sie auBerordentlich wirksame Oxy- 1 ProzeB bis zum Verschwinden des Chlorats dationsmittel. Die Einwirkung der wasserigen durchzufiihren, damit bei dem nachhengen . freien Saure auf Metalle findet nicht immer Ausfallen des Kaliuniperchlorats mittels unter Wasserstoffentwickelung statt. Haufig, Chlorkalium kein Chlorat ausfallt, welches wie beim Fe, Sn und Bi, tritt vorhergehende weder durch Auswaschen noch durch Bildung von Oxyd ein, welches sich dann kristallisieren zu entfernen ist. ohne Gaseiitwickelung in uberschussiger Saure ' Das Kaliumperchlorat wird als Aus- losen kann. ! gangsmaterial fiir die Herstellung der freien Chlorate werden durch Schwermetall- Saure benutzt. Man versetztzu diesemZwecke salze, also auch durch Silbernitrat, nicht ge- die Losung mit der aquivalenten Menge Kiesel- fallt. Man erkennt sie an der Sauerstoff- fluqrwasserstoffsaure, dekantiert von abge- abgabe beim Erhitzen und an der Bildung I schiedenen Kaliumsiliciumfluond, damptt 16 Fluorgruppe ( Clilor ) ein, filtriert nochmals und kouzentriert die Saure, bis dichte weiBe Dampfe auftreten. Die Lii-sung wird hicrauf clestilliert und das Destillat durch Zusatz von Silber- bezw. Baryumperchloratvon eventuell vorhandener Salzsaure und Schwefelsaurc befreit. Nach nochmaliger Rektifikation erhalt man eine vollig reine wasserige Ueberehlorsaure. Ein vollig wasserfreies Praparat erhalt man durch Destination von 100 g Kaliumperchlorat ii nd 350 bis 400 g 96% Schwefelsaure im Vakuiim. Unter 50 mm Druck destilliert bei H0 die wasserfreie Satire. Die Destil- lation ist beendet. wenn sich nach 1 bis 2 Stunden im Kiihlerrohr festes Hydrat ab- si-tzt. Die Satire wird, zur Entfernttng mit- U'crissener Sptiren Schwefelsaure, zweck- miiUiu; nodi einmal rektifiziert. Die wasserfreie Satire ist eine farblose, stark rauchende Fltissigkeit, die selbst bei -80 nodi niclit erstarrt. d 20 == 1.7676. Der Siedepunkt liegt tin tor 56 mm Druck bei 39, u nt.er 15 bis 20mm zwischen 14 und 17.3. Auf die Haut gebracht, erzetigt die Satire schmerzhat'te Wtinden. Mit organischen Snbstanzen wie Papier und Holz reagiert sie mit grower Heftigkeit unter Entzundung. Auch mit Aether, Alkohol, Benzol tritt Um- setzung liaufig unter Entflammung ein. Das Aufbewahren der konzentrierten Saure ist auBerst gefiihrlich, da sie sich selbst im Dunkeln mit groBter Heftigkeit pliitzlich zersetzen kann. Mit Wasser reagiert die Satire unter Zischen almlich wie Schwefelsaure und misclit sich in jedem Verhaltnis. Mit entsprechenden Wassermengen bildet Ueberchlorsaure das Hydrat HC10 4 .H 2 0, welches lange Nadeln bildet und bei 50 schmilzt. d 50 == 1,7756. AuBer diesem Hydrat kennt man noch die Hydrate: HC10 4 .2H O (Fp. - - 20,6), HC10 4 .3H 2 (Fp. - 47), HCIOj.lHoO (Fp. - -40), HC10 4 .6H,0 (Fp. 45). Erhitzt man wasserige Ueberchlorsaure, so geht erst reines Wasser, sodann saure- haltiges fiber, bis man bei 203 ein hc-tillat der Ztisammensetzung 71,8 bis 72,2% HC10 4 erhalt. Gi'ht man andererseits von dem Hydrat HC10 4 .H,() ans, so destilliert schlieBlich ebenfalls "hci 20:;" cine 71 bis 72% Saure. -M;iii liat cs hicrbei iedoch nicht mit einem genau deliuierlcn Hydrat zu tun - - die Zu- sjiiunuMiscixuim- entspricht etwa HC10 4 . 2H 2 () , sondern wie bei der Salz- und S;i]|)ctcrs;iiire mit einem eint'achen Gemisch, ",, Brom als Magnesium- < welches bei gewohnlicher Temperatur fliissig bromid. Sic werden direkt mit Braunstein erscheint. Es bildet eine braune, ziemlich und Schwefelsaure oder Salzsaure destilliert, diinne Fliissigkeit von iiuBerst unange- wobei das ubergehende Brom unter Wasser nehmem, an Chlordioxyd erinnerndem Ge- aufgefangen wird. A'ach anderen Verfahren ' ruch. Sein Erstarruiigspunkt liegt bei scizt man (lurch cmt'aches Einleiten von -7.32, der Siedepunkt unter 760 mm bei Chlor das Brom in Freiheit, entsprechend + 58.6. Muorgruppe (Brom) 19 Die Dichte betragt bei 3.1882, bei 15 2.990, beim Siedepunkt 2.9483. Ueber den Dampfdruck des Broms bei verschiedenen Temperaturen gibt die folgende Tabelle AufschluB : Temp.: mm Hg: 0,13 7,90 18,15 29,8 45,6 59,5 til' 95 152,5 295 487 768 Bromdampf besitzt gelbrote Farbe. Bei liohenTemperaturen scheint dasBrommolekiil, wie das des Chlors, atomistisch gespalten zti werden. Bei 900 wurde das Molekularge- wicht zu 78.6, nach anderen Messungen zu 78.8 bestimmt. Die spezifische Warme des fliissigen Broms betragt zwischen 13 und 45: 0.1071, diejenige des Bromdampfs bei konstantem Druck: 0.05504, bei konstantem Volumen: 0.04257. Die kritische Temperatnr des Brom- dampfes liegt bei 302,2. Fliissiges Brom leitet den elektiischen Strom sehr schleelit. Das Leitvermogen bei gewohnlicher Temperatnr betragt 1.10 8 . 5b)Festes Brom. Brom erstarrt bei -7.32 zu einer schwarzgranen Masse, die bei weiterem Abkuhlen auf 252.5 farb- los erscheint. Die spezifische Warme bis -77.75 betragt 0.08432. 6. Valenz und Elektrochemie. Die Valenzverhaltnisse des Broms schliefien sich in vollstandiger Analogic denen des Chlors an (s. den Abschnitt 6 des Artikels ,,Chlor u ). In wasseriger Losung spalten die Brom- wasserstoffsaure und die Bromide das farb- lose negativ geladene Bromion ab. Die Beweglichkeit desselben betragt nach Kohlrausch 67.63, nach Drucker 66.3. Das Normalpotential, die Anionenentladung 2 Br'->Br 2 (fliissig), besitzt den Wert + 1,08 Volt, wobei auf die Einheitskonzentration, also 79,92 g Bromionen in 1 1 Losung, und ( auf die Normalwasserstoffelektrode Bezug genommen ist. Das elektrochemische Aequi- valent pro 1 Amp./Sek. ist gleich 0,828 mg fiir Br'-Ion. Auch das Brom bildet einen haufigen Be- ' standteil komplexer Anionen. In der Auf- losung von Brom in Bromkalium kann man : mit Sicherheit das komplexe Ion Br 3 ' an- nehmen. In der unterbromigen, der bromigen und der Bromsaure bezw. deren Salzen, > ferner in den sogenannten Bromosauren, die durch Anlagerung der Bromwasserstoff- saure an Bromide entstehen, und in den Bromosalzen, die sich in gleicher Weise wie die Fluoro- und Chlorosalze durch Ver- einigung zweier Bromide bilden, hat man weitere Beispiele fiir das Vorkommen des Broms in negativen Komplexen. Die genauen Dissoziationsverhaltnisse hier festzustellen, stoBt auf groBe Schwierigkeiten, da innerfcalb der Anionreste weitere Aufspaltung zum Teil unter Hydratisierung und haufig sogar ' unter vollstandigem Zerfall cintritt. Vgl. hierzu Werner: Neuere Anschauungen auf dem Gebiete der anorganischen Chemie. Braunschweig 1909. Ferner auch die Artikel ,,Fluor" und ,,Chlor", Abschnitt 6. 7. Analytische Chemie. ya) Quali- tative Analyse, a) Freies Brom. Der Nachweis von freiern Brom ist durch die charakteristische Farbe, den Geruch und durch die Loslichkeit in Wasser leicht zu erbringen. Der braunen wasserigen Losung kann das Element durch Schiitteln mit Schwefelkohlenstoff oder Chloroform : entzogen werden. Durch iiberschiissiges Chlorwasser werden diese ebenfalls braun ge- farbten Ldsungen unter Bildung einer Losung von Chlor in Brom weingelb gefarbt. Durch Alkalien wird das Brom entfarbt, ebenfalls durch Ammoniak. Im letzteren Falle tritt Stickstoffentwickelung auf. /?) Bromion. Die charakteristischen Reaktionen auf Bromion sind die folgenden: Silbernitrat erzeugt einen gelblichen, kasigen Niederschlag, der in Salpetersaure unloslich, in Ammoniak, Cyankalium und Natriumthiosulfat dagegen loslich ist. Aus ! der ammoniakalischen Losung fallen Sauren wieder gelbliches Bromsilber aus. Chlor entzieht infolge seines hoheren Losungsdruckes dem Bromion seine Ladling. Das derart in Freiheit gesetzte Brom zeigt die oben beschriebenen Reaktionen. Aus verdiinnten, angesauerten Bromid- losungen scheidet weder Kaliumbichro- mat noch Natriumnitrit freies Brom aus (Unterschied von Jod). Ueber den Nachweis von CT, Br' und J'-Ion nebeneinander vgl. oben ,, Chlor". Zwecks Bestimmung von Br' und J' ver- fahrt man folgendermaBen. Man sauert die Losung schwach mit Schwefelsaure an, fiigt etwa 3 bis 4 ccm Schwefelkohlenstoff hinzu und versetzt mit einigen Tropfen Chlor- wasser. Anwesenheit von J' gibt sich nach dem Durchschiitteln durch Rotviolettfiirbung des Schwefelkohlenstoffs zu erkennen. Ver- setzt man jetzt weiter mit Chlorwasser, so verschwindet anfangs infolge der Oxydation des J' zu J0 3 ' die Farbung des Schwefel- kohlenstoffs und macht, falls Br' vorhanden, bei weiterem Zusatz von Chlorwasser einer Braunfarbung Platz, die durch iiberschiissiges Chlorwasser in weingelb iibergeht (siehe oben). 7b) Quantitative Analyse. a)Gravi- metrische Bestimmung. Bromion wird allgemein als Bromsilber (AgBr) bestimmt. Die Ausfiihrung der Bestimmung ist die gleiche wie beim Chlor (siehe oben). fi) MaBanalytische Bestimmung. Freies Brom. Die Bestimmung von Brom- wassererfolgt durch EinflieBenlassen desselben 20 FluorgTupj >e ( Brom) in iiberschussige Jodkaliumlosung und Titration des ausgeschiedenen Jods mittels Thiosulfat. 1 acetat zersetzt. Die nach der Gleichung 2C 2 H50H + 2Br 2 == CH 3 COOC 2 H 5 + 4 HBr i vor sich gehende Reaktion kann kinetisch genau verfolgt werden. Oxalsaure wird nach Bromion. Bromion kann in ganz analoger Weise wie Chlorion entweder nach der Gleichung C 2 4 -Br 2 ^2Br - 200. Volhard oder nach Mohr mit V 10 -n Silber- nitrat titriert werden. Elektroanalyse. Zur elektro- Jvtisclien Bestimmung von Bromion lost man das Bromid in 100 ccm 1 / 1 -n Schwefel- siiure und elektrolysiert unter fortwahrendem Einleiten von Wasserstoff. Als Kathode benutzt man ein Platinblech, als Anode ein diinnes Silberdrahtnetz. Das abgeschiedene Halogen verbindet sich mit clem Silber zu Silberbromid. Man elektrolysiert bei Zimmer- temperatur mit einer Spannung von ca. 0,35 Volt. Die Anode wird bei 120 ge- trocknet. Ueber die elektrolytische Trennung des Bromions von Chlor- und Jodion vgl. den Artikel ,,Jod", Abschnitt 70. 8. Spezielle Chemie. 8a) Allgemeines chemisches Verhalten des Elements. Das Brom vereinigt sich direkt mit alien Elementen, ausgenommen Sauerstoff und vielleicht auch Kohlenstoff, doch liegen Arbeiten vor, die auf direkte Vereinigung von Kohlenstoff mit Brom schlieBen lassen konnten. Seine Affinitat zu den Metallen ist ganz verschieden. So kann Natrium und Magnesium in fliissigem Brom jahrelang auf- bewahrt werden, ohne daB eine Einwirkung eintritt, wahrend andererseits Kalium, Zinn und Aluminium unter Entziindung und ex- plosionsartigen Erscheinungen reagieren. Quecksilber, Eisen und Wismut werden in der Kalte sofort ohne Feuererscheinung angegriffen, auch Gold wird glatt gelost, Platin hingegen ist widerstandsfahig. Manche Metalloxyde, wie Silberoxyd, werden bereits in der Kalte unter Sauerstoffentwickelung zcrsetzt, die Hydroxyde und Carbonate der Alkalien und Erdalkalien zerfallen in dieser Weise erst bei Gliihhitze. Arsen und Antimon reagieren momentan mit gro'Bter Heftigkeit. Wasserstoff verbindet sich bei hoherer Temperatur mit Brom unter Bildung von Bromwasserstoff. Licht und feinverteiltes Platin katalysieren die Reaktion stark. Schwefelwasserstoff wird unter Schwefel- abscheidung und HBr-Bildung oxydiert. Ammoniak wird unter voriibergehcnder Am- moniumhypobrojnitbiklung zu Stickstoff oxy- diert. Alkalilauge, mit Brom behandelt, liefert je nach den Versuchsbedingungen unter- bromigsaure oder l)romsaure Salze (sielie uiilen). Organisrlie Substaii/cn werden all- gemein auf das lict'tigste von Brom ange- .^ril't'cn. Holz, Kork. 1*V11, Papier, vielc Farb- stot'Fc usw. werden /crsliirl, cbenso or^a- nisciie (ieriichc. Alkohol wird bei gewolin- licher Temperatur unler Bildmiir von Aethyl- durcli Brom zu Kohlensaure verbrannt. Ueber die weitere hervorragende Bedeu- tung des Broms fiir organische Reaktionen siehe in den betreffenden Kapiteln der orga- nischen Chemie (vgl. den Artikel ,,Ester"). Bromwasser. Brom lost sich in Wasser in nicht unbetrachtlichen Mengen mit rotlich- gelber Farbe auf, wie aus folgender Tabelle hervorgeht. 100 Teile H 2 losen bei: (' Teile Brom o 4,167 10,34 3,74 19,96 3,578 30,17 3,437 40,03 3,44 49,85 3,522 Beim Erwarmen kann das Brom leicht I wieder ausgetrieben werden, ohne daB die j Fliissigkeit sauer reagiert. Eine Reaktion zwischen H 2 und Brom tritt nur ganz all- mahlich ein., da das Gleichgewicht Br 2 -f H 2 ^HBr -f- OHBr praktisch vollig auf der Seite des freien Halogens liegt. DaB ein derartiges Gleichgewicht jedoch vorhanden ist, geht aus der Tatsache hervor, daB schon Balard durch Schiitteln mit HgO, also durch Entfernen einer Komponente (HBr) und Verschiebung des Gleichgewichts, unter- | bromige Saure herstellen konnte. Bei , langerem Stehen, besonders im Sonnenlichte, kann man eine Zersetzung in dein oben ange- gebenen Sinne auch feststellen. LaBt man eine iiberschiissiges Brom ent- haltende wasserige Lb'sung gefrieren, so kann ein Bromhydrat der Zusammensefzung Br 2 . 10H,0 isoliert werden. 8b) Verbindung des Broms mit . Wasserstoff. - - Bromwasserstoff, HBr, bildet sich beim Zersetzen eines Bromids j mit Schwefelsaure. Infolge der sekundar i auftretenden Oxydation des HBr durch H 2 S0 4 , vor allem, wenn die Schwefelsaure stark konzentriert ist, ist der gebildete Brom- wasserstoff stets brom- und S0 2 -haltig. 25%- H 2 S0 4 liefert ein fast reines Produkt. " Bequemer erhalt man ein solches, wenn man Phosphortribromid mit Wasser zersetzt: 3H0==HP0 Anstatt fertig gebildetes PBr 3 zu verwenden, kann man auch durch anfangs vorsichtige Einwir- kung von Brom auf ein Gemisch von rotem Phosphor und Wasser einen gleichmaBigen HBr-Strom erzielen. ZweckmaBig leitet man denselben noch durch ein mit ange- feuchtetem rotem Phosphor gefiilltes U-Rohr, mm mitgerissenes Brom zu entfernen. Wie schon erwahnt, erhjilt man auch bei der Einwirkung von Brom auf H 2 S, ferner beim Fluorgruppe (Bruin) 21 Ueberleiten eines Gemenges von H 2 und Br 2 iiber schwach erhitzten Platinasbest die Saure in guter Ausbeute. Im letzten Fall geniigt es. den Wasserstoff durch eine auf ca. 50 bis 60 erhitzte, mit Brom gefiillte Waschflasche zu leiten, uni ein praktisch verwendbares Gasgemisch zu erhalten. Ebenso wie Platin vermag auch das Licht die Vereinigung von Ho und Br 2 zu beschleunigen. Bereits bei 100 tritt hierbei geringe Bildung von HBr ein, und bei 196 wircl dieselbe fast vollstandig, wahrend im Dunkeln nnter gleichen Bedin- gungen keine Reaktion erfolgt. Dabei ver- lauft die Reaktion nahezu proportional der Zeit der Lichteinwirkung. Kinetische Unter- suchungen ergaben ferner, daB die gemessenen Geschwindigkeiten nicht, wie normaler- weise anzunehmen, einer Gleichung zweiter Ordnung entsprechen, sondern anfangs l%facher Ordnung sind, um spater sogar unter diesen Wert zu sinken. HBr und Jod verzogern die Reaktion stark. Als Nebenprodukt laBt sich Bromwasser- stoff bei der Bromierung organischer Sub- stanzen gewinnen. Bei der Bromierung von Benzol beispielsweise fangt man die ent- weichenden aus HBr bestehenden sauren Dampfe iiber Wasser auf und erhalt auf diese Weise eine stark e Losung von Brom- wasserstoff. Fliissiger bezw. fester Bromwasserstoff laBt sicli durch Druck oder Kalte (feste Kohlensaure und Aether) aus dem getrock- neten gasformigen Proclukt bequem erhalten. a) Physikalische Eigenschaften des Bromwassers toffs. Gasformiger HBr. Bromwasserstoff bildet wie Chlorwasserstoff ein farbloses, stechend riechendes, an feuchter Luft nebelbildendes Gas von saurem Ge- schmack. 1 1 HBr wiegt bei und 760 mm Druck 3.6167 g. Bis nnhe dem Siede- punkte ( 68) sind die gemessenen Dichten als normal befunden worden. Die Bildungs- warme fiir HBr aus H -f Br (fliissig) betragt nach Thorns en 8440 g-cal. Die Warme- tonung fiir ein Mol HBr aus H und Br (Gas) bei ca. 60 ist gleich 12 300 g-cal. Tleber die Loslichkeitsverhaltnisse siehe bei der wasserigen Bromwasserstoffsaure. Fliissiger HBr. Fliissiger HBr bildet eine farblose Flussigkeit, die bei 68.7 siedet. Hier betragt das spezifische Gewicht 2.160. Die kritische Temperatur ist 91.3. Fliissiger HBr ist ein schlechter Leiter der Elektrizitat. Die spezifische Leitfaliigkeit ist ungefahr 0,05. 10- 6 . In fliissigem HBr losen sich viele anorganische und organische Ver- bindungen auf, so z. B. POC1 3 , H 2 S, PBr 5 , ferner zahlreiche Aether, Ketone, Ester, Nitrile und Kohlenwasserstoffe, zum Teil unter Bildung definierter cheinischer Ver- bindungen, die auch isoliert wurden. Fester HBr. Fester HBr bildet eine ! farblose, undurchsichtige Masse von Fp. -86.1. Wasserige Liisung. Die wasserige Bromwasserstoffsaure, crlialten durch Auf- losen vonHBr-Gas in Wasser, bildet eine farb- lose, in konzentriertem Zustande rauchende, stark atzende Flussigkeit. Beim Erhitzen destilliert, gleichgiiltig ob man von einer verdiinnten oder konzentrierten Saure aus- geht, schlieBlich, nachdem anfangs H 2 bezw. HBr entwichen, eine Saure mit einem Gehalt von 47.80% HBr. Der Siedepunkt liegt dabei unter 760 mm Druck bei 126. Mit verandertem Druck andert sich auch hier wie bei der Salzsaure die Zusammen- setzung des Riickstandes. Der Gehalt der Sanre kann aus dem spezifischen Gewicht (s. folgende Tabelle) ersehen werden: u ,115 i, 080 1,190 1,248 1,383 i,475 HBr 10,4 23,5 30,0 40,8 48,5 49,5 Die konzentrierteste Saure enthalt bei gewdhnlicher Temperatur 69% HBr, ent- sprechend dem Dihydrat HBr.2H 2 0. Die Bromwasserstoffsaure ist einbasisch und eine sehr starke Saure, wie die Methyl- acetatkatalyse und die Rohrzuckerinversion beweisen. Bezogen auf HC1 = : 100 betragt der Geschwindigkeitskoeffizient fiir erstere 98, fiir letztere 111.4. Das molekulare Leit- J vermogen (fji) bei verschiedenen Verdiinnun- gen (v) ersieht man aus folgender Tabelle: V 2 4 8 16 32 64 128 256 512 1024 364 377 385 391 398 402 405 405 406 405 Die Bildungswarme einer wasserigen i Losung von 1 Mol HBr aus H, Br (fl.), | aqua betragt nach Thomsen 28380 g-cal., die Absorptions warme von 1 Aequivalent HBr in Wasser 20 000 g-cal. Die Neutrali- sationswarme von HBr und NaOH betragt wie bei der Salzsaure 13 748 g-cal. Hydrate. Sattigt man Wasser bei --3 mit HBr-Gas, so erhalt man eine Losung, die in ihrer Zusammensetzung der Formel HBr.2H 2 0, also dem Dihydrat entspricht. Durch Abkuhlen kann man dasselbe in Form einer bei ca. - 11 schmelzenden Kri- 22 Fluorynippe (Broin) stallmasse erhalten. Andere Hydrate, die beschrieben wurden, sind das Monohydrat HBr. II,,' 1 - aus dem Dihydrat und HBr unter iJruck darstellbar , ferner das Tri- hydrat ILBr.;)H.,0 mit 60% HBr (Fp. 48) and das "Tetrahydrat mit ca. 53%' HBr I Fp. - 55.8). Die Existenz der letzten I beiden Hydrate geht aus der Dichtigkeits- kurve hervor. Dieselbe laBt auch noch auf ein Pentahydrat schlieBen. /?) Chemisches Verhalten des HBr. Beim Erhitzen von gasformigem HBr ] tritt eine deutlich nachweisbare Dissozia- ] tion auf. Durch Erhitzen auf 700 und plbtz- liche Abkiihlung konnte ein qualitativer Zerfall entsprechend 0,3 bis 0,9 % beobachtet werden. Die thermodynamische Berechnung ergab fiir 727 einen Spaltungsgrad von 0,15",,. Audi aus der Messung der elek- tromotorischen Kraft der Kette H 2 |HBr|Br 2 , bf'ivdmet sidi fiir diese Temperatur ein Spal- j tungsgrad von 0,18%, fiir 1727 ein soldier j von 6%. Gegen Sauerstoff ist HBr bei hohen Temperaturen nicht bestandig. Beim Erhitzen eines HBr 2 -Gemisches auf 500 ist dasselbe zum grb'Bten Teil in Wasser und Brom gespalten. Sonnenlicht vermag die Zersetzung des feuchten Gases schon bei gewbhnlicher Temperatur zu bewirken, wahrend trockener HBr vollkommen be- standig ist. Deshalb oxydiert sich auch die \v;isserige Losung von HBr unter der dauern- den Einwirkung von Sauerstoff am Lidite. Intensiver wirken naturgemaB, namentlich in der Warme, Oxydationsmittel wie Per- oxyde, Salpetersaure, Kaliumbichromat oder Nitrite, wenn sie in konzentrierter Losung angewandt werden. Die Metalle der Alkalien, der alkalischen Erden, ferner Fe, Co, Ni, Zn, Cd, Al, Sn, aber auch zum Teil Pb, Cu und Ag werden von der wasserigen Saure zu den Salzen des Bromwasserstoffs, den Bromiden, auf- ' gelbst. Die Loslichkeitsverhaltnisse der- j si'lben sind denen der Chloride analog! (vgl. den Artikel ,,Chlor"). Das wichtigste bromwasserstoffsaure Salz ist das Kalium- bromid, das tediniseh aus Eisen(II, III)- bromid (vgl.den Artikel ,,Eisen") durch Umsatz mil Kaliumcarbonat in wasseriger Lb'snng liergestdlt \vird. Eigenartig ist der Kristallisationsprozell Esgelingt selten, selbst aus vollig gereiniii'len Lbsungen und bei ganz allmahlicher Abkiihlmig. das KBr in der vom llandd verlaiiirlm sdu'men Wiirfelform zu erliallen. Leitet man jedoch Schwefel- wa.ssersiol'f in die Losung' und liiBt jetzt krisiallisieren, so eihall man praditvolle, groBe, rcguliire Wiirfel. iJeim Aiil'liisi'ii von l!mm in Broniwasser- ^ol'i'siiure oder in Kaliiunbmmid bildet sich, wie man nainentlidi bei letzlerem miter Zuhilfenahme des Massenwirkungsgesetzes und des Verteilungssatzes auf experi- menteller Basis leicht nachweisen kann, die komplexe Brom-Bromwasser- wassers toff sau re H[BrBr,] bezw. ihr Kaliumsalz, auch AVasserstoff- bezw. Kaliumperbromid genannt. Diese Verbin- dungen sind auBerst unbestandig, so daB sie sich in analysenreiner Form kaum dar- stellen lassen. 8c) Verbindungen des Broms mit Sauerstoff und Wasserstoff. - - Unter- bromige Saure, HOBr. Eine wasserige Losung der unterbromigen Saure kann durch Schiitteln von Bromwasser mit HgO dar- gestellt werden. Der Reaktionsmechanismus ist analog dem bei der Bildung der unter- chlorigen Saure (s. dort). Auf andere AVeise entsteht die Saure aus BrF 3 und H 2 0. ferner vermag Fluor bei Gegenwart von Wasser Brom zu HOBr zu oxydieren. Die durch Vakuumdestillation erhaltene Saure ist als strohgelbe Fliissigkeit von stark bleichenden Eigenschaften beschrieben worden. Auf 60 erhitzt, zerfallt sie unter Bildung von Brom und Bromsiiure. Die Bil dungs war me von HOBr in wasseriger Losung aus den Elementen wurde von Thomsen zu -f- 26080 g-cal. bestimmt. Die unterbromige Saure ist eine sehr schwache Saure, schwacher als die unter- chlorige Siiure. Wahrend sich die Hydrolyse einer schwach verdiinnten Hypochlorit- losung nur in geringem Grade bemerkbar macht, sind entsprechende Losungen von unterbromigsauren Salzen (Hypobromiten) stark hydrolytisch gespalten und enthalten deutlich wahrnehmbare Mengen unter- bromiger Saure nebst geringen Mengen von freiem Halogen. Es entspricht dies ja auch der allgemein beobachteten Erscheinung, daB bei verwandten, saurebildenden Ele- menten die Sauren um so schwacher sind, je holier das Atomgewicht ist (s. auch unterjodige Saure). Am einfachsten bildet sich unterbromige Saure in Form ihrer Salze. Die gewbhnliche Darstellungsweise ist hier, wie beim Chlor, die Einwirkung von Brom auf kaltes starkes Alkali. Auch die Elektrolyse von Alkalibromid ftihrt zum Ziel. Zu der elektrolytischen Darstellungsweise ist zu bemerken, daB die unerwunschte Bildung von Bromat, die als Nebenreaktion entweder primar nach BrO' + O., 1 ) == Br0 3 ' (a) iiilci- spkundar nach 2 HOBr == Br0 3 ' + 2 HBr (b) rintreten kann, vorteilhaft unterdriickt wird dadurch, daB man in alkalischer Losung arbeitet, da unter diesen Be- (lingungen hauptsachlich die sehr langsam 1 ) Anodisch entwickelt. Fluorgruppo (Brom) 23 verlaufende Reaktion (a) eintritt. So gelingt es, Hypobromite in ungefahr aquivaleutei Konzentration wie Hypochlorite darzustellen, wenn auch die Stromausbeute wegen der nicht vollig zu verhindernden Bromatbildung schlechter ausfiillt. Die unterbromige Saure sowohl wie auch ihre Salze sind starke Oxydationsmittel. Bromige Saure, HBr0 2 , bildet sich aus fibers chussigem Bromwasser und kon- zentrierter AgN0 3 -Losung, offenbar unter voriibergehender Bilduug von HOBr, nach dera Schema: Br 2 +AgN0 8 +H 2 0==HOBr+AgBr+HN0 8 v 32 6 4 128 256 512 1024 359 37 38i 390 396 401 genau Bromsaure, HBr0 3 , entsteht neben freiem Brom beim Erwarmen von unter- bromiger Saure (s. dort) oder beim Behandeln von HOC1 mit Bromwasser; im letzteren Fall bildet sich freies Chlor. Ferner kann man Brom bei Gegenwart von Wasser durch Fluor zu HOBr und weiter zu HBr0 3 oxydieren. Praktisch verfahrt man zur Her- stellung einer wasserigen Losung von HBr0 3 zweckmaBig derart, dao man zu einer warmen AgBr0 3 -Losung solange Brom setzt, als dieses noch absorbiert wird : + 3H 2 3+ 3Br 1 = 5A ^ Br + 6HBr - Man filtriert darauf vom entstandenen Silberbromid. Die Bromsaure laBt sich wasserfrei nicht darstellen. Durch Destination im Vakuum kann die verdiinnte Saure bis zu einem Gehalt von ca. 50% HBr0 3 konzentriert werden. Bei weiterem Einengen zerfallt sie unter Brom- und Sauerstoffabgabe. Die Saure ist einbasisch, schwacher als HBr und starker als HJ0 3 . Sie bildet nur eine Reihe von Salzen, die Bromate vom Typus MeBr0 3 . Ihre Konstitution ist analog der der Chlorsaure. Das molekulare Leit- vermogen (//) bei verschiedenen Verdun- . nungen (v) gibt folgende Tabelle wieder: Die Bildungswarmefur HBr0 3 aq. ans Br, 3 , H, aq. betragt nach Thomsen: + 12420 cal. Die Saure ist ein starkes Oxydations- mittel. Sie vermag fein verteilten Schwefel, Schwefelwasserstoff, salpetrige Saure, j Ferrosalze usw. , ferner viele organise!]!' Verbindungen, zum Beispiel Alkohol, Aether und Oxalsaure leicht zu oxydieren. Jod bildet HJ0 3 und Brom, Chlor dagegen wirkt nicht ein. Mit Jodwasserstoff reagiert die Saure unter Jodabscheidung, mit Brom- wasserstoff entsteht Brom. Beide Reaktionen wurden verschiedentlich kinetisch studiert. Die Bromate, die Salze der Bromsiiure, bilden sich am einfachsten aus Bromsaure und Metalloxyden. Ferner aus Hypobromiten, die besonders leicht in schwach alkalischer Losung in Bromid und Bromat zerfallen. | Erwarmen befordert die Reaktion stark. Auch bei der Elektrolyse von Bromid- losungen geht die Bildung an der Anode leicht vor sich. Man wahlt hierzu neutrale oder schwach saure Losungen, die zur Vermeidung der Reduktion mit geringen Mengen Kaliumbichromat versetzt sind. Das Bromat entsteht unter diesen Be- dingungen sekundar nach dem Vorgang: BrO' + 2HOBr = = Br0 3 ' + 2HBr, der hier mil, ungefahr lOOmal groBerer Ge- schwindigkeit verlauft als die analogeChlorat- bildung. Als Anodenmaterial benutzt man glattes Platin oder geschmolzenes Eisen(II, IIDoxyd, als Kathode zweckmaBig Kohle. Bei geringen Stromdichten 0,4 bis 0,15 Amp./ qcm ert'olgt die Reaktion in fast quantitative! Ausbeute. Die Bromate sind in Wasser meist leichtloslich, auch das Silbersalz lost sich in warmem Wasser. Beim Erwarmen spalten sie wie die Chlorate Sau erst off ab. Die Existenz einer Perbromsaure, Ueberbromsaure, HBr0 4 , ist zweifelhaft. Die Literaturangaben widersprechen sich vollig. 8d) Stickstoffhaltige Bromverbin- dungen. Bromstickstoff,NBr 3 ( ?). Eine dem Chlorstickstoff entsprechende Brom- verbindung ist mit Sicherheit bisher noch nicht beschrieben worden. Nitrosylbromid, NOBr, das Bromid der salpetrigen Saure, bildet sich, wenn man auf abgekiihltes Brom ( 7 bis -- 15) Stick- oxyd einwirken liiBt. Es bildet eine schwarz- braune, gegen kaltes Wasser bestandige Fliissigkeit, die bei 2siedet. Bei weiterem Erhitzen auf 20 soil sie sich nach der Gleichung: 4NOBr-2N0 2 +N 2 2 Br 4 zersetzen und es soil die sogenannte Bromuntersalpetersaure N 2 Br 4 ent- stehen, welche bei 40 bis 55 wiederum in Nitryltribromid NOBr, zerfallt. Vielleicht stellt das Nitryltribromid iedoch nur ein Gemisch von NOBr und Br 2 vor. 8e) Schwefelhaltige Bromverbin- d u n gen S c h wef elmon o br o mid, Schwefelbromiir, S 2 Br 2 , entsteht am bequemsten, wenn man Brom mit Schwefel im Verhaltnis S-^Br., mehrere Stunden im geschlossenen Rohr auf Wasserbadtemperatur Flunria'uppe (Brom erhitzt. Es bildet eine rote, 6'lige Fliissig- keit; d 20 = 2.6355, Fp: 46, Sdp:57bis58 bei 0.22 mm Druck. S 2 Br 2 leitet den elek- trischen Strom nicht. Bildungswiirme: S 2 u,M - Br a fl .) = = S ? Br 8(fl .)+ 2000 g-cal. Schwefelmonobromid wird namentlich von warmem Wasser leicht zersetzt, wobei a is Zersetzungsprodukte Scbwefel, Brom- wasserstoff und Schwefeldioxyd auftreten. SBr, und SBr 4 (?). Andere Bromschwefel- verbindungen, wie SBr 2 und SBr., wurden zwar beschrieben, jedoch haben Schmelz- pimkts- und Dampfdruckbestimmungen an S-Br-Gemischen ihre Existenz sowohl bei tiefen Temperaturen als auch oberhalb unwahrscheinlich gemacht. Thionylbromid, SOBr 2 , das Bromid der schweiligen Saure. bildet sich bei der Einwirkung von NaBr, HBr oder AlBr^ auf SOC1 2 und stellt eine sehr hygroskopische orangegelbe Fliissigkeit vor; d 18 ==2.68. Sdp.:68 bei 40 mm Druck. Sulfurylbromid, Bromsulfonsaure. Die Literaturangaben liber die Bromide der Schwefelsaure, das Sulfurylbromid, S0 2 Br 2 , und die Bromsulfonsaure, SO 3 . HBr, sincl unsicher. Wahrscheinlich sind diese Verbindungen noch nicht rein isoliert worden. 8f) Selenhaltige Bromverbin- dungen. - - Selenmonobromid, Se 2 Br 2 , und Selentetrabromid, SeBr 4 , entstehen synthetisch aus den Elementen. Ersteres bildet eine dunkelrote Fliissigkeit, d 15 = 3.604, letzteres ist fest und bildet ein hellrotbraunes, kristallinisches Pulver. Beide werden von kaltem Wasser allmahlich zersetzt. 8g) Verbindungen von Brom mit Fluor und Ghlor. Bromtrifluorid, BrF 3 , erhiilt man durch Einwirkung von Fluor auf Brom bei als farblose, an der Luft stark rauchende Fliissigkeit. Durch Ab- ktihlen wird sie fest und schmilzt bei 4 bis 5. Bei der Zersetzung durch Wasser treten als Zerfallprodukte neben Sauerstoff und Bromwasserstoff auch unterbromige und Bromsiiure auf (s. oben). Die hellgelbe Farbung, die beim Ver- setzeu von Brom mit viberschussigem Chlor auftritt, glaubte man i'riiher allgemein auf die Bildung dei 1 chemischen Verbindung, Chlorbrom,ClBr, zuriickfiihren zumiissen. Mine gcnaiie Ani'iKihme der Abkiihlungs- und Erstarrungskurven, sowie der Siedepunkts- kurven im System Clildr-Brom haben jedoch er-ebeii. daB zur Annaliinc einer chemischen Verbindiing keinerlei Auhaltspunkte vor- liegen. Die an^ehlichen Verbindungen enl- -pieelien nnr der LiVslielikcit des Chlors in Brom. 9. Spektralchemie. l);.s Fiinkenspektrum des liroins in einer ( icil.llcrselien Hohre be- aus I'olgciKlon Linien: ! rot: 700.0. 678.0, 663.0, 658.3, 655.9, 654.6; orangegelb: 635.3, 614.8, 587.6; gelb: 583.0; gelbgrun: 572.3; griin: 559.0, 550,9, 549.7, 549.1, 545.0, 542.3, 532.7, 530.5, 524.0, 518.4, 516.6, 506.0, 493.0; blau: 478.8, 470.5. 467.7, 461.8; indigo: 436.6; violett: 398.0. Bromdampfe geben ein Absorptions- spektrum, das aus zahlreichen Linien, die zu Bandern gruppiert sind, besteht. Ein Flammeiispektrum liefert Brom nicht. Literatur. Gmelin-K rants Handbuch der an- organischen Chemie, Bd. I, Abt. 2. Heidelberg 1909. F. Sommer. d) Jod. Atomgewicht: J = 126.92. Molekulargewicht: J 2 == 253.84. 1. Atomgewicht. 2. Vorkommen. 3. Geschich- te. 4. Darstellung und Verwendung. 5. Form- arten und physikalische Konstanten. 6. Valenz und Elektrochemie. 7. Analytische Chemie. 8. Spezielle Chemie. 9. Spektralchemie. 1. Atomgewicht. Das Atomgewicht des Jods besitzt nach der internationalen Tabelle 1912 den Wert 126,92. 2. Vorkommen. Jod ist in der Natur in freiem Zustande ganz vereinzelt in einer Quelle, Woodhall Spa bei Lincoln, als Jodwasserstoff in den Emanationen des Vesuvs beobachtet worden. Haufiger, aller- dings nirgends in groBeren Mengen, findet es sich als Jodid, Jodat, seltener als Perjodat, meist in Begleitung von Chloriden und Bromiden oder Nitraten. Im Mineralreiche findet es sich als Mercurijodid,HgJ 2 , als Silber- i jodid, Ag J, als Jodobromid, 2Ag(Cl, Br), Ag J, ferner in geringen Mengen in manchen WeiBbleierzen, in Malachiten und Zinkerzen. Im dolomitischen Kalkstein, ferner im Stein- salz fehlt es selten, wahrend das Vorkommen in den Kalisalzlagern von manchen Seiten '. bestritten wird. Auch in Eruptivgesteinen (Graniten), ferner in Steinkohlen ist meistens , Jod nachzuweisen. Das technisch wichtigste i Vorkommen ist das in den chilenischen Salpeterlagern, wo es sich vornehmlich als Natriumjodat, NaJ0 3 , ferner in kleinen Mengen auch als Natriumperjodat und als , Calciumjodat Ca(J0 3 ) 2 bis zu Mengen von 0,5% Jod findet. Im Meerwasser kommt i das Halogen nur zum geringsten Teil als Jodid vor, hauptsachlich vielmehr in orga- i nischer Bindung durch Assimilation des 25 Jo ds im pflanzlichen und tierischen Organis- mus. Nach G a u t i e r entlialt Meerwasser kein Jod als Jodnatrium, organisches Jod dagegen bis 1.8 1112; pro Liter in gelb'ster Form und 0.5 0.6mg suspendiert. Von den Seepflanzen entlialten besonders Fucus und Ulva-Arten nennenswerte Mengen. Aber auch einige Landpflanzen, so z. B. die Runkelriibe, speichern Jod auf, und ferner hat man in Frb'schen und SiiBwasserkrebsen das Element nachweisen konnen. Im menschlichen Organismus findet sich Jod namentlich in der Schilddriise als Thyrojodin. Den Jodgehalt der menschlichen Organe in Vioo nig pro 100 g Organ gibt die folgende Tabelle von Justus wieder. Schilddriise 976,0 Leber 121,4 Niere 105,3 Magen 98,9 Haut 87,9 Haar (Haupt) 84,4 Nagel 80,0 Prostata 68,9 Xebenniere 63,6 Lymphdriise 60,0 Milz 56,0 Testikel 50,0 Pankreas 43,1 Uterus (virginal) 41,3 Lunge 32,0 Sehnen 20,0 Diinndarm 11,9 Fettgewebe Spuren. Erwahnenswert ist noch das Vorkommen von Jod in der Lut't. Nach G an tiers Unterstichungen findet es sich dort nicht in Form von Jodiden, sondern in organischer Bindung wahrseheinlich maritimenUrsprungs. 100 Liter Luft entlialten in Paris 0.0013 mg, an der See 0.0167 mg Jod. 3. Geschichte. Das Jod wurde im Jahre 1812 von Courtois entdeckt und namentlich in den ersten Jahren von Gay-Lussac und Davy (Jodsaure und Joclate), ferner von Clement und Desormes (Jodwasser- stoff) eingehender untersucht. Der Name Jod ist abgeleitet von icaSt;s == veilchenartig wegen der violetten Farbe des Joddampfes. 4. Darstellung und Verwendung. Fur Laboratoriumszwecke und fiir die Dar- stellung sehr reinen Jods geht man zweck- maBig vom Kaliumjodid aus und zersetzt dessen wasserige Losung mit Kaliumperman- ganat oder Kaliumbichromat in saurer Losung. Das ausgeschiedene Jod filtriert man, eventuell nach vorausgegangener Wasserdampfdestillation, trocknet es und sublimiert es noch einmal. Ein sehr reines Produkt erhalt man auch durch trockene Destination von 1 Teil Kaliumjodid und 1,5 bis 2 Teilen Kaliumbichromat. Nach der Gleichung 6K J + 5K 2 Cr 2 7 == 8K 2 Cr0 4 + Cr 2 3 + 6J erhalt man das Jod in beinahe quantitativer Ausbeute. Fur die technische Darstellung kommt heutzutage fast ausschlieBlich die natrium- jodathaltige Mutterlauge des Chilesalpeters in Betracht. Durchsclinittlich entlialten die Mutterlaugen: 28% NaN0 3 , 11% NaCl, 3% Na 2 SO,, 3% MgS0 4 , 22% NaJ0 3 und 33% H 2 0. Die Abscheidung kann entweder i mittels schwefliger Satire, Sull'iten oder Bisulfiten ert'olgen, z. B. nach dem Schema: I 2Na J0 3 + 3Na 2 S0 3 + 2NaHS0 3 = 5Na 2 S0 4 + J 2 -f- HoO oder (lurch Kinleiten von salpe- triger Saure. Auch die elektrolytische Abscheidung erweist sich als vorteilhaft, da das Ab- scheidungspotential des Jods um ca. 0,8 Volt unter dem des immer im Elektrolyten vor- | handenen Chlors liegt, ferner infolge des , niedrigen Potentials Stromverluste durch ! Sauerstoffentbindung bezw. Jodatbildung 1 ausbleiben. Das anodisch abgeschiedene i Halogen kann durch einfache Filtration dem Elektrolyten leicht entzogen werden. In fruheren Jahren war das technische Ausgangsmaterial hauptsachlich die durch Einascherung der getrockneten Seepflanzen erhaltene jodhaltige Asche, Kelp oder Varec, genannt. Bei der allmahlichen Erschopi'ung der chilenischen Lager ist es auch nicht ausgeschlossen, dafi diese Art der Jod- gewinnung einmal wieder grb'Bere Bedeutnng erlangen wird. Auch hier kann die Jod- abscheidung auf verschiedenen Wegen er- folgen, entweder durch direktes Einleiten von Chlor in die angesauerte Losung oder, ] nach geniigender Anreicherung der Lauge an K J - durch oftmaliges Extrahieren der I Asche und Kristallisation der beigemengten Salze -- durch Destination mit Braunstein. Das gewonnene Rohjod ist stets unrein, vor allem entlialt es Chlor und Cyan, letzteres in Form von JCN. Mehrfache Sublimation unter Zusatz von Kaliumjodid liefert ein technisch reines Produkt. Zur Gewinnung vb'llig reinen Halogens greift man vierfach auf das in sehr reiner Form erhaltbare Kaliumjodid zuriick und zersetzt dies in der oben angegebenen Weise. Verwendung. Jod findet in alkoho- lischer Losung (offizinelle Jodtinktur, Tinc- tura jodi, besteht aus 1 T. Jod in 10 T. Alkohol), ferner als Kalium oder Natrium- jodid und in organischer Bindung als Jodo- form, Sajodin, in Form von Jodfetten usw. medizinisch vielfache Verwendung. Die Teerfarbenindustrie benotigt betrachtliche Mengen des Halogens. Die Jodide werden auch in der Photographic gebraucht. In der analytischen Chemie, speziell in der MaB- analyse, soielen Jodlosungen eine groBe Rolle. 5. Formarten und physikalische Kon- stanten. Das Jod besitzt schwarzgraue, dem Graphit ahnliche Farbe, die um so dunkler erscheint, je reiner das Halogen ist. Es kristallisiert rhombisch, jedoch wurden auch monokline Kristalle beobachtet. Der Geruch ist ein eigentiimlicher, er erinnert etwas ! an Chlor. Das spezifische Gewicht betragt bei 4: 4.933, bei -184.5: 3.706. Jod |schmilzt bei 113 und siedet bei 183.05 unter 760 mm Drnck, wobei es sich in einen 26 FluorgTiippe (Jod) blauvioletten Dampf umwandelt. DerDampf- druek bctrairt beim Schmelzpunkt 87 mm. I Vber die Dampfdichte und die Disso- /iaiinn. welolie Jnddampf bei hohen Tempe- ra! iiren erleidet. gibt die folgende Tabelle AufsehluB: t 400 600 800 1000 1200 > 2 J / (dissoziiert) 0.0601 4.71 10.5 38.1 74.0 Bis 400 ist also die Dampfdichte normal. Ueber die MolekulargroBe des gelosten Jods ist viel diskutiert worden. Man glaubte aus der verschiedenen Farbe der Lb'sung auf einen verschiedenen Molekularzustand (J 2 , J 4 nsw.) schlieBen zu miissen. Dem- gegentiber wurde festgestellt, daB die rot- violetten Losungen des Jods in CC1 4 und CHC1 3 , die braunen in Aethylacetat und Methylal. sowie die roten in Benzollosung alle gemeinsam das Molekulargewicht 254, entsprechend J 2 , besitzen. Viel wahrschein- licher ist es daher, daB die verschieden- artige Farbung ihren Grund in Jod- Additionsverbindungen hat. So wurde darauf hingewiesen, daB gesiittigte Losungs- mittel wie CC1 4 , CHC1 3 , CS 2 stets violette, ungesattigte Losungsmittel wie Alkohol, Aether, Ester, Nitrile usw. i miner braune Losungen geben. In gewissem Widerspruch hierzu steht allerdings die Beobachtung, daB die Loslichkeitskurve von Jod in CS 2 (also einem gesattigten Losungsmittel) merk- wurdigerweise eine Anzahl von Knicken auf- weist, die fur eine Einwirkung von Ge- lostem auf das Losungsmittel sprechen. Weitrr muB erwahnt werden, daB die violette Farbe der CS 2 -L6sung beim Ab- kiililcn mit fester Kohlensaure und Aether bran n, andererseits d : e braune Jodlosung in Oxalsaureathylester beim Erwarmen auf 80 violdt wird. I'ic spezifische Warme des festen Jods isi 0.05412, des geschmolzenen 0.108, des .ls (bei konstanteiii Druck) 0.03489, (bei konslaiitem Volumen) 0.02697. Das Vrrlialtnis Itcider betragt zwischen 220 und 275 1.294. 6. Valenz und Elektrochemie. Ueber die dem Chlor und dcm Brom vollig analogen Valenzverhaltnisse des Jods siehe die Aus- einandersetzungen im Arlikel ,, Chlor", Ab- srlinitt 6. [nwasserigerLosungspaltenderJodwasser- stol'f und die , Iodide das I'arblose. negativ ge- ladeiie Jodion ab. Das Normalpotential des entsprechend der Anionenentladung I , fesi . lit'ii't HIM ca. (),"> Volt uiedriger aN das des liroms boi -1-0.54 Vnlt. Es bezieht sich auf die Konzentration 126.92 g Jodion pro Liter, die Normalwasserstoffelektrode als Nullpunkt angenommen. Die Beweglichkeit des Jodions betrasft nach Kohlrausch 66.5 bei 18, der Temperaturkoeffizient ist a 18 =0.0213. Weiterhin muB man in den braunen Losungen von Jod in Jodkalium oder Jodwasserstoffsaure ein komplexes Jodion annehmen. Wahrscheinlich besitzt dasselbe, wie aus dem Verteilungsverhaltnis von Jod zwischen Jodkaliumlosung und Schwefelkohlenstoff zu schlieBen ist, unter Zugrundelegung der Verbindung HJ 3 bezw. KJ 3 die Zusammensetzung J 3 '. Andererseits lassen Ueberfiihrungsversuche und Leitfahig- keitsmessungen aber auch die Annahme eines Ions KJ,' zu. Bei den hoheren Polyjodiden der Formel Me n J 4 (J 6 , J s , J 1C ) hat man es offenbar mit labilen Molekularverbindungen zu tun. Den Losungen des Calciumtetrajodids, CaJ 4 , lassen sich durch Ausschiitteln mit CS 2 glatt 2 Atome Jod entziehen und die hoheren Polyjodide dissoziieren schon in wasseriger Losung in das Tetrajodid und freies Jod. Von anderen komplexen Anionen existieren auch hier, wie beim Chlor und Brom, die Jonen JO', J0 2 ', J0 3 ' und J0 4 ', ferner vermogen auch die Jodide, durch Zusammentritt mit HJ bezw. anderen Halo- geniden, Jodosauren und Joclosalze zu bil- den (siehe den Artikel ., Chlor", Abschnitt 6). 7. AnalytischeChemie. ya) Qualitative Analyse. a) Reaktionen auf freies Jod. Freies Jod ist leicht an seinem violetten Dampf, seinen braunen alkoholischen und rotvioletten Schwefelkohlenstofllosungen zu erkeniien. Schwefelwasserstoff, schweflige Saure und Natriumthiosulfat entfarben die Losungen momentan. Starkekleister wird bei Gegenwart von HJ oder KJ prachtig blau gefarbt. j3) Reaktionen auf Jod-lon. Silber- nitrat erzeugt eine gelbe kasige Fallung von AgJ, das in Ammoniak sehr schwer und in Salpetersaure vollig unloslich ist. Natriuinthiosulfatlosung und Cyankalium losen es dagegen leicht. Palladiumchlorur fallt schwarzes Palladiumjodiir (PdJ 2 ), das sich in iiber- schiissigem Jodkalium lost (wichtiger Unter- schied vom Chlor- und Brom-Ion). Kupf ersalze werden durch Jodide unter Jodabscheidung und Bildung von Kupfer(I)- jodid reduziert: 2CuS0 4 + 4KJ = = 2K 2 SO< + Cu 2 J 2 + J 2 . Bleisalze fallen gelbes, in heiBemWasser losliches Bleijodid (PbJ 2 ). Mercurisalze geben scharlachrotes Mercurijodid, das im TJeberschuB von KJ Inslieh ist. Kaliumbichromat in schwefelsaurer Losung und salpetrige Saure scheiden selbst aus ganz verdiinnten Jodidlosungen freies Fluor-Tii]i|H- (.loci) 27 Joel aus, das die oben beschriebenen Reak- tionen zeigt (Unlerschied von Brom). Chlorwasser setzt aus Jodiden Jod in Freiheit, das durch iiberschussiges Reagenz weiter znr farblosen Jodsaure oxydiert wird. yb) Quantitative Analyse, a) Freies ! Jod. Die Bestimmung von freiem Jod kann maBanalytisch leicht durchgefuhrt werden, indem man entweder eine Thiosulfat- oder Arsenigsaurelosung gen an bekannten Ge- ! halts zur JodlosungflieBenlaBt. Alslndikator benutzt man Starkelosung. Beim Umschlag von blau in farblos ist die Titration beendet. Im ersten Falle erfolgt der Umsatz nach der fiir die Jodometrie grundlegenden Gleichung 2Na 2 S 2 3 + J 2 =2NaJ+Na 2 S 4 6 . Bei Anwendung der Arsenigsaurelosung, die man in Bikarbonat-alkalischer Losung | verwendet, nach: As.,0 3 + 2H..O + 4J-f 4NaHC0 3 = As 2 5 + 4Na J + 4H 2 + 4C0 2 . /3) Jod-Ion. Gravimetrische Be- stimmung. Die Bestimmung von Jod- Ion erfolgt auf gravimetrischem Wege ganz analog wie beim Chlorion mittels Silber- nitrat als AgJ (siehe oben ,,Chlor"). ] Bei der Bestimmung als Palladium] odiir fiigt man zu clem schwach salzsauren Jodid Palladiumchlorurlosung, laBt 1 bis 2 Tage warm stehen und filtriert das braunschwarze PdJ 2 durch einen Goochtiegel. Man wascht mit warmem Wasser aus und trocknet bei 100. Eventuell kann man auch durch Er- hitzen im Wasserstoffstrom PdJ 2 zu Metall reduzieren und Jod indirekt berechnen. Titrimetrische Bestimmung. Titri- metrisch laBt sich Jod-Ion mittels Silber- nitrat und Rhodanammon bestimmen. Man versetzt die Jodidlosung mit einem Ueber- schuB von genau bekannter Silbernitrat- losung, laBt das gebildete gelbe AgJ durch Schiitteln sich gut zusammenb alien und titriert jetzt unter Zusatz von Eisenammoniak- alaun als Indikator das uberschiissige AgN0 3 mittels Rhodanammonlosung zurtick. Elektroanalyse. Jod, in Form von Jodion, kann ganz analog wie das Bromion elektroanalytisch bestimmt werden. Man arbeitet ebenfalls in der Kiilte mit einer Spannung von 1,94 bis 2 Volt und einer Stromstarke von 0,03 bis 0,07 Amp. Durch Priifung mittels Kaliumnitrit und Schwefelsaure und darauf folgendem Aus- schiitteln mit Schwefelkohlenstoff stellt man die Endreaktion auf Jod an. Selir be quern laBt sich auch durch Ab- stufung dei elektromotorischen Kraft die Trenniing der drei Halogene Chlor, Brom und Jod durchfiihren. Man lost die Halogensalze unter Durchleiten von Wasser- stoff zwecks Vermeidung der polari- sierenden Wirkung des entstehenden Sauer- stoffs - - in 100 ccm normaler Schwefelsaure. Arbeitet man nun mit einer Spannung von hochstens 0,11-5 Volt, so scheidet sich allein das Jod ab. Man reinigt die Anode, tvock- net bei 120 und wagt sie. Hierauf elektro- lysiert man von IKMKIIII mit einer Spannung von 0,35 Volt. .l<-ut scheidet sich nur Brom ab, das Chlor bleibt in Losung und kann durch Titration nach den bereits be- schriebenen Methoden leicht bestimmt werden. Naheres sieh'c bei A. Classen, Quantitative Analyse durch Elektroanalyse, Berlin 1908. 8. Spezielle Chemie. 8a) Allgemeines Verhalten des Jods. Jod besitzt zwar geringere Reaktionsfahigkeit als F, Cl und Br, zeigt aber den meisten Elementen gegeniiber noch betrachtliche Affinitat. Jod und Wasserstoff vereinigen sich unter Bildung von Jodwasserstoff und zwar beginnt die Einwirkung in geringem Grade bereits bei 100. Sie erweist sich als nmkehrbare Reaktion, die in alien ihren Erscheinungen den Forderungen des Massenwirlumgsgesetzes voll- kommen entspricht und ausfuhrlich studiert wurde. Der Vorgang zeigt sich in hohem MaBe abhangig von der Temperatur und wird durch Druckbeschleunigt. Die reinthermische Reaktion ist eine bimolekulare, entsprechend der Gleichung: H 2 + J 2 ^2HJ. Das Ver- haltnis, das im Gleichgewichtszustand zwischen gebildetem H J und unverbundenem Gasgemisch besteht, stellt sich ein, gleich- gliltig, ob man von fertig gebildetem HJ ausgeht oder von noch unverbundenem J 2 + H 2 -Gemisch. Die folgende Tabelle gibt fiir verschiedene Temperaturen die Lage des Gleichgewichts an: Temp. 290 310 320 340 350 394 443 518" Zersetzter HJ /o 16,37 16,69 16,01 17,06 17,63 19,57 2i,43 23,63 Durch Platinschwamm wird die Ein- stellung des Gleichgewichts katalytisch _be- schleunigt, eine Verschiebung des Gleich- gewichts findet dabei selbstverstandlich nicht statt. Gegen trockenen Sauerstoff scheint Jod indifferent zu sein, dagegen wird es von feuchtem Sauerstoff unter dem EinfluB der elektrischen Entladung zu den Sauerstoff- sauren des Jods oxydiert. Offenbar wirkt hierbei Sauerstoff in Form von Ozon auf das Jod ein. Mit den iibrigen Halogenen tritt das Element in Reaktion. Beim Fluor erfolgt die Vereinigung unter heftiger Warmeent- wickelungundfiihrtzur Bildung von JF 5 . Am- moniak bildet Jodstickstoff. Hydrazin wird unter N 2 -Entwickelung glatt oyxdiert, Schwefelwasserstoffwasser unter Schwefel- 28 Fluorgruppe (Jod) abscheidung zersetzt. Vollig trockener H Z S \vird da^i'U'cn von Jod selbst bei 500 nicht Ueber die direkte Vereinigung Jods niit Kohlenstoff 1st dasselbe zu sagen wie beim Brom (siehe dieses). Metallen gegeniiber verhalt sich Jod ganz verschieden. Auf Natrium wirkt es selbst bei 350 nicht cin. Kalium explodiert beim Zusammen- sdnnelzen. Audi mit Quecksilber verbindet is sich leicht, ebenso wircl Gold oberhalb 50 unter Bildung von Aurojodid angegriffen. Eisen, Nickel, Uran nnd Aluminium ver- einigen sich bei hoherer Temperatur mit Jod zu den wasserfreien Jodiden. Mit Metallpiden wie Phosphor, Arsen, Antimon und Silicinm reagiert es ebenfalls unter Bildung der be- treffenden Jodide. An ungesattigte organische Verbindungen, wie Acetylen und Oelsaure. lagert sich Jod leicht an, andererseits kann es auch, wie die ubrigen Halogene, substituierend in das Molekiil eintreten. Ueber den blaugefarbten Korper, den Jod mit Starke bildet, sind die Meinungen geteilt. Man faBt ihneinmal als chemische Verbindung auf, oder aber als eine wohldefinierte feste Lb'sung von Jod und Starke, deren Aufnahme- fahigkeit fiir Jod von der Konzentration der sie umgebenden Jodlosung abhjingt. Die Auffassung, welche die ,,Jodstarke" t'iir eine chemische Verbindung halt, erteilt ihr die Formel: (CoJ^pOaoJ^), HJ. Danach handelt es sich um die Jodwasserstoffver- bindung eines Jodadditionsproduktes mit einem Jodgehalt von ca. 18%, also um eine Saure, die auch Salze zu bilden imstande ist. Das Ba-Salz wurde in der Literatur be- schrieben. Diese rein chemische Auffassung baut sich vor allem auf der Tatsache auf, daB Jod nur bei Gegenwart von HJ bezw. seinen Salzen die Blaufarbung hervorruft. Audi durdi Einwirkung von Jod auf basisches Lanthanacetat oder Praseodymacetat sind ahnliche Farbungen wie bei der Starke be- obachtet worden und als feste Losungen bezw. Adsorptionsverbindungen beschrieben worden. Jod lii-; I sidi iii Wasser mit braimer Farbe auf. Ks lijscn 1000 Teile H 2 0: bei 1 8' 25 350 45" 55" 0,2765 0,3395 0,4661 <>.<>.(74 0,9222 g Jod 1m Sonnenlidite tritt bei langerem Stehen allmahlich Entfarbung unter Bildung von II J ein. Zusatz von II J bezw. KJ zu Jod- wasser Ixnvirkt Bildung von HJ 3 bezw. Beim Sdiiiltdu mit HgO wird unter- jodi<_rr Siiin-c orlialtcn. Ueber die Loslidi- keitsverhaltnisse dcs Joils in anderen Lo- sungsmitteln gibl die folgende Tabelle Auf- schluB: 100 g Losungsmittel enthalten % Chloroform 1.8 Teile bei 10 Schwefelkohlenstoff 23.0 . 25 Bromoform 18.95 '. 25 Tetrachlorkohlenstoff 3.03 \ 25 Xitrobenzol 5.06 , 16 bis 17 Glycerin 1.233 , 25 8b) Verbindung des Jods mit Wasserstoff, Jodwasserstoff, HJ. a) Gasformiger Jodwasserstoff. Er bildet sich allgemein aus Jod und wenig Wasser bei Gegenwart von reduzierenden Stoffen, wie Schwefelwasserstoff, Phosphor, Stannosalzen usw. nach dem Schema: 2J + H,0 + R (red.) == RO +2 HJ. Darstellungsweisen: Man leitet ein aquivalentes Gemisch von Joddampf und Wasserstoff iiber erhitzten Platinasbest, der sich in einem Verbrennungsrohr befindet. Hierbei setzt sich bis 86^ des angewandten Jods um. Das iiberschiissige Halogen kann leicht kondensiert werden. Der Jodwasser- stoff wird in Wasser absorbiert und kann durch Erhitzen bequem wieder gasformig erhalten werden. Auch mittels Jod, Phos- phor und Wasser kann die Synthese durchgefiihrt werden. Dabei empfiehlt es sich, Jod im UeberschuB zu verwenden, da sonst Bildung von H 3 P0 3 eintritt, welches leicht in der Warme Phosphor- wasserstoff bildet. Man verwendet z. B. auf 100 Teile Jod und 10 Teile H 2 0, die sich in einer Retorte befinden, 5 Teile roten P, der mit 10 Teilen H 2 zu einem diinnen Brei verriihrt ist, und laBt denselben vor- sichtig in die Retorte tropfen. Auch die Zersetzung von festem KJ mit geschmolzener Phosphorsaure I'nicht Schwefel- saure, da hier sekundar Jod, schweflige Saure und Schwefelwasserstoff auftreten wiirde) fiihrt zur Bildung von HJ. Hat man eine konzentrierte HJ-Losung zur Verftigung, so laBt man diese vorsichtig auf Phosphorpentoxyd tropfen, und wasdit das Gas noch durch konzentrierte CaJ 2 - Losung. Physikalische Eigenschaften. HJ bildet ein farbloses, saures, an der Luft weiBe Nebel erzeugendes Gas. Die Dampf- dichte scheint bis nahe zum Siedepunkte normal zu sein. Sie betragt unter Normal- bedingungen: 4.3757, bei 17: 4569, bei - 24,9 4.G19. Ueber die Dissoziation bei hoheren Temperaturen siehe 8 a. Ein Zerfall von HJ findet auch unter dem EinfluB des Sonnenlichtes statt, und zwar verlauft die photochemische Zersetzung un- abhangig vom Druck und in der Kalte monomolekular nach HJ == H+ J 5 in der Warme zwischen 300 bis 500 aber bi- molekular. Die spezifische Warme bei konstantem (.hid) 29 Volumen 1st gleich: 0.174 (Luft = 0.1684). Das Verhaltnis der spezifischen Warme bei konstantem Druck zu der bei konstantem Volumen ist gleich: 1.40. Die Bildungswarme des gasformigen HJ bei der Siedehitze des Jods ist gleich - -436 cal. (Thorns en). fi) Fliissiger Jodwasserstoff. Durch Abkiihlen mit fester Kohlensaure und Aether verwandelt sich der gasformige Jodwasser- stoff unter gewohnliehem Druck in fliissigen HJ. Er hat farbloses Aussehen, siedet bei -35.7 und erstarrt bei 52 zu einer farb- losen Masse. Die kritische Temperatur liegt bei +150.7, D~ 51 : 2.863. Er ist ein schlech- terLeiter derElektrizitat, die spezifischeLeit- fahigkeit betragt ca. 0,2 x 10~ 6 . y] Fester Jodwasserstoff. Kiihlt man fliissigen HJ auf Temperaturen unter- halb 52, so erstarrt er zu einer klaren, eisartigen Masse: Fp. --51,5. <5) Wasserige Jodwasserstoffsaure. Die wasserige Saure erhalt man durch Einleiten der gasformigen in Wasser. Sie bildet eine farblose, in konzentriertem Zu- stande rauchende Fliissigkeit von zusammen- ziehendem saurem Geschmack. Das spezi- fische Gewicht bei 15 fur verschiedenen %-Gehalt an HJ zeigt folgende Tabelle: 5,9 18,5 30,3 39,2 47,2 51,9 1,053 i,i75 1,297 i, 44 2 i,55i i ,608 D 18 : Die konzentrierteste Saure besitzt ein spezifisches Gewicht von 1,99 bis 2,0. Beim Destillieren einer starken oder schwachen Saure hinterbleibt stets als Ruck- stand eine solche vom spezifischen Gewicht 1,70, enthaltend 57,7 % HJ. Die Jodwasserstoffsaure ist eine starke einbasische Saure und besitzt ein molekulares Leitvermogen, das dem der Salpetersaure, der Salzsaure und dem Bromwasserstoff nahezu gleichkommt. Dasselbe (fjL) betragt fiir 1 g Molekiil in v Litern: v 2 4 8 16 32 64 364 37 6 v 128 256 512 1024 405 406 406 404 397 402 Siehe auch den Artikel ,,Sauren, auorga- nische Sauren". Ein Molekiil HJ gibt, ahnlich wie HBr, jedoch verschieden von HC1, bei der Ab- sorption durch etwa 500 Molekiile H 2 eine Warmeentwickelung von 19207 cal. (Thorns en). Die Neutralisationswarme von HJ und NaOH in wasseriger Losung entspricht 13676 cal. Von den Hydraten der Saure sind das Di-, Tri- und Tetrahydrat beschrieben worden, die der Reihe hach die Schmelz- punkte --43, --48 und --36,5 besitzen und aus der entsprechend zusammengesetzten Jodwasserstoffsaure durch Ausfrieren in Form weiBer, sandiger Kristalle crhalten werden konnen. Chemisches Verhalten der Saure. Infolge der geringen Verwandtschaft zum Wasserstoff wird HJ in jeder Form, gas- formig und in wasseriger Losung, leicht durch Sauerstoff unter Jodabscheidung zersetzt. Wasserige Losungen farben sich daher an der Luft allmahlich braun: 2H J -f l / 2 2 = H 2 + J 2 . Durch Licht wird diese Oxydation stark begiinstigt, besonders bei Gegenwart gewisser Katalysatoren wie salpetrige Saure. Die Kinetik dieser Reaktionen wurde genau studiert. Auch Radiumstrahlen, vornehmlich y-Strahlen, wirken in gleicher Weise. Durch Zusatz von oxydierenden Agenzien, wie Peroxyde, Nitrite, Chromate. Permanganat in saurer Losung vollzieht sich die Reaktion noch in ganz verdunnten Losungen in der Kalte mit groBer Leichtigkeit (Unterschied von Brom). Auch Ferrisalze wirken nach dem umkehrbaren Schema: Fe- + J' ^ Fe- + J in geniigend groBer Konzentration oxydie- rend. Die Oxydation durch Ozon kann analytisch zur Bestimmung des Ozon- gehalts ausgenutzt werden. Ebenso oxy- diert Wasserstoffsuperoxyd die Saure nach der eingehend studierten Reaktion: H 2 2 + 2HJ = 2H 2 0+ J 2 . Eisensulfat und Kupfersulfat, ferner Molyb- dansaure (1 milliontel Mol. im Liter wirkt hier bereits verdoppelnd auf die Geschwindigkeit) katalysieren den Vorgang stark positiv. In Salzform katalysiert Jodion entsprechend seiner Konzentration den Zerfall von H 2 2 in H 2 und 0. Die genau untersuchte Reaktion verlauft unter intermediarer Bildung von JO' (meBbar langsam) nach der Gleichung: H 2 2 + J' =H 2 0+ JO', das dann unmeBbar schnell wieder zerfallt nach: JO' -f H a 2 = H 2 + J'+ 2 -. Chlor und Brom zersetzen HJ, infolge ihres hoheren Losungsdruckes, unter Bildung von HC1 bezw. HBr und freiem Jod. Mit Basen vereinigt sich HJ zu den Jodiden, den jodwasserstoffsauren Salzen. Auch die meisten Metalle werden von der Saure unter Wasserstoffentwickelung zu den betreffenden Jodiden gelost. Mit fliissigem Jodwasserstoff konnte ein Umsatz in diesem Sinne mit folgenden Metallen er- zielt werden: Ag, Hg, Cu, Sn, Fe, Cl, K, Na. Die Jodide sind zum Teil prachtig ge- farbte Salze. Ihre Loslichkeitsverhaltnisse sind denen des Chlors und Broms bis auf wenige Ausnahmen analog. Zum Unterschied 30 Fluorgruppe (Jud) von diesen 1st das scharlachrote Mercurijodid und das braunschwarze Palladium] odiir in AVasser unltislich. 8c) Verbindungen des Jods mit Sauerstoff. Unter;jodigeSaure,HOJ. Diese Saure ist nur in verdtinnten Losungen und in Form ihrer Salze bekannt. Die ein- I'ache Darstellungsweise, Schiltteln von Jod- wasser mit HgO versagt auch hier, wie beim Chlor und Brom, nicht, nur sind die Ausbeuten an unterjodiger Saure wegen ihrer groBen Unbestandigkeit viel schlechter. Es hat sich gezeigt, daB man am vorteilhaftesten arbeitet, wenn man gef iilltes Jod in groBem UeberschuB zum angewandten AVasser ver- wendet, ferner den Umsatz mit HgO und das folgende Filtrieren mit groBer Schnellig- keit ausfiihrt. Es ist dann moglich, in das Filtrat 90 bis 95% vom angewandten Jod in Form von HOJ und nur 5 bis 10% als HJ0 3 zu bekommen. Auch durch Hydrolyse des Triazojodids, N 3 J, bildet sich HOJ nach der Gleichung: N 3 J + H 2 == JOH + N 3 H. Ferner findet bei alien Oxydationen des HJ durch Chlor, Brom, Ozon usw., welche zur Jodsaure fiihren, primare Bildung von unter- jodiger Saure statt. Die Losung der freien Saure ist meist griinlichgelb bis braun gefarbt und besitzt einen deutlichen Geruch nach Jodoform und Jod. Sie ist eine auBerst schwache Saure, wohl sicher schwacher als HOC1 und HOBr, wie sich aus der besonders starken hydrolytischen Spaltung ihrer Salze schlieBen laBt. Ihre groBe Unbestandigkeit kann man wahrscheiulich dem Umstand zuschreiben, daB der Uebergang in Jod- saure, der sich auch hier wohl zweifellos nach dem Schema: 2HO J + JO' - > JO;/ + 2 J' + 2H; vollzieht,mit noch viel groBerer Geschwindig- keit verlauft als bei der unterbromigen Saure, wo die Bromatbildung die Chloratbildung bei 25 bereits um das lOOfache tibertraf. Dieselbe Unbestandigkeit haftet auch deu Salzen, den Hypojoditen, an, die aus Jod und Alkali hergesitellt werden konnen. Bei der AVechselwirkung zwischen Jod und OH'-Ion nimmt man, wie beim Chlor und Brom, die beiden Gleichgewichte an: J 2 +OH' >HOJ+ J' und J0'+H,0, wobei unter Anwendung iiquivalenter Mengen betrachtliche Mengen freien Jods und Alkalis nebeneinander bestehen bleiben. Erst bei groBem UebersehuB von Alkali wird die Hydrolyse stark zuruckgedrangt, ohne jedoch vollstandig zu verschwinden. Audi hier tritt daher wegen der Existenz von JOH neben JO' nach dem oben ange- gebenen Schema mit bestimmter Geschwin- digkeit Bildung von Jodat auf. Bei der elektrolytischen Darstellung liegen die Ver- haltnisse nicht viel anders. Man elektrolysiert in stark alkalischer Losung, ohne indes iiber eine bestimmte Hypojoditkonzentration hinwegzukommen, wo der rein chemische Umsatz in Jodat mit derselben Geschwindig- keit verlauft wie die elektrolytische Neu- bildung von Hypojodit. Andere Bildungsweisen sind z. B. die Zersetzung von Triazojodid mittels NaOH. Die Hypojodite blauen Starkekleister infolge ihres steten Gehalts an freiem Jod und besitzen wie die freie Saure starkes Oxydationsvermogen. Jodtrioxyd, J 2 3 , vielleicht als das Anhydrid der jodigen Saure aufzufassen. soil sich bei der Einwirkung von Ozon auf Jod als hellgelbes, sehr hygroskopisches Pulver bilden, das leicht in Jod und Jodsaure zerfallt. Jodige Saure, HJ0 2 . Sie ist bisher weder in Salzform, noch in freiem Zustande isoliert worden. Die voriibergehende Bildung von HJ0 2 kann man vielleicht bei der aus- fuhrlich untersuchten Reaktion zwischen HJ0 3 und S0 2 annehmen, die ofi'enbar stufenweise nach den Gleichungen ver- lauft : S0 2 + HJ0 3 - S0 3 + HJ0 2 S0 2 H- HJ0 2 - S0 3 + HOJ S0 2 +HOJ =S0 3 +HJ. Jodtetroxyd, J 2 4 . Es entsteht beim Behandeln von fein verteiltem Jod mit konzentriertester Salpetersaure (D =- 1,50) als schwefelgelbes Pulver, das in Wasser und Alkohol unloslich ist. Eine kristallinische sehr hygroskopische Verbindung der Zusammensetzung HJ 7 3 wurde bei der Einwirkung von Jod auf wasserfreie Perchlorsaure erhalten. Beim Erhitzen gibt die Saure wieder Jod ab und es hinterbleibt J 2 5 . Jodpentoxyd, Jodsaure an hydrid, J 2 5 . Es bildet sich beim Erhitzen von Jodsaure auf 180. Auch mit Schwefelsaure erhitzt, verliert die Jodsaure ein Molekiil Wasser. Ferner zerfallt die Ueberjodsaure bei 110 bereits unter Atmospharendruck hauptsachlich unter Bildung von J 2 5 (nicht J 2 7 ). J 2 5 stellt ein weiBes, in AVasser leicht losliches Pulver vor, das im Geruch an Jod erinnert. Es besitzt stark oxydierende Eigenschaften. Ammoniak, Schwefelwasser- stoff, schweflige Saure, Kohlenoxyd, Aethylen usw. werden zum Teil unter auBerst heftigen Reaktionserscheinungen oxydiert. Beim Erhitzen von HJ0 3 auf 110 erhalt man eine einheitlich kristallisierte Ver- bindung der Zusammensetzung HJ 3 8 = (HJ0 3 .J 2 5 ), die erst beim weiteren Er- hitzen auf 190 bis 200 in J 2 5 iibergeht. Jodsaure, HJ0 3 . Die Bildung JOo'-Ions wurde bereits erwiihnt. des Es (.Tod) 31 biklet sich auf chemischem Wege sekundar aus JO'-Ion nach dem Schema: 2 JOH + JO' -> J0 3 + 2 J' + 2H-, also bei der Einwirkung von unterjodiger Saure auf ihre Salze. Ferner entsteht es bei der Einwirkung von Jod auf C10 3 -Ion: 2C10/ + J ? == 2 J0 3 ' + C1 2 . Audi halbstundiges Kochen von feingepul- vertem Jod mit dem lOfachen Gewicht rauchender Salpetersaure gibt in fast theoretischer Ausbeute Jodsaure. Darstellung der freien Saure. Die freie Saure stellt man sich am bequemsten aus ihren Salzen durch Zersetzung mit Schwefelsaure her. Man erhitzt z. B. eine Losung von NaJ0 3 mit iiberschiissiger Schwefelsaure J / 4 Stunde bis zum be- ginnenden Sieden, kiihlt ab, filtriert die Mutterlauge von der ausgeschiedenen Jod- saure und wascht mit sehr wenig Wasser aus. Man erhiilt auf diese Weise schone rhombische Kristalle der festen Saure. Sie ist leicht loslich in Wasser, unloslich in absolutem Alkohol, Aether, Schwefelkohlenstoff und Chloroform. Die gesattigte wasserige Losung enthalt bei 74,1%, bei 60 80%, bei 85 83,0%, bei 101 85,2% HJ0 3 . Die molekulare Leitfahigkeit fiir 1 g Molekiil in v Litern betragt: bildet die Jodsaure Salze, die Jodate, die sich in derNatur imChilesalpeterfinden. Dieselben besitzen normale Zusarnmensetzung, doch kennt man von den Alkalien auch saure Salze, die Bijodate, die man entweder als moleku- lare Verbindungen oder aber nach anderen Auffassungen auch als Salze bestimmt zu- sammengesetzter Jodsauren betrachten kann. Wahrend den normalen Jodaten bei der Annahme 5wertigen Jods die Konstitution MeO -- J^ zukommt, ist fiir die Bijodate die Formel MeO. J< 0==J.OH aufgestellt worden. v 2 4 8 16 32 193 229 268 301 327 v 64 128 256 512 1024 349 364 371 37 6 377 Die Werte sind niedriger als die der Jodwasserstoffsaure und der Bromsaure. Die Molekulargewichtsbestimmungen durch Gefrierpunktserniedrigung ergaben bei zu- nehmender Verdiinnung der Saure den normalen Wert fiir das vollstandig dis- soziierte E i n z e 1 molekiil, wahrend bei hoheren Konzentrationen offenbar infolge Polymerisation der Saure anomale Werte gefunden wurden. Die Bildungswarme einer wasserigen Saute (J, 3 , H, aq.) betragt 55797 cal, diejenige der Saure selbst (J, 3 , H) 57 963 cal. Chemisches Verhalten der freien Saure. Fiir sich oder mit Schwefelsaure erhitzt, zerfallt HJ0 3 in das Anhydrid J 2 5 und H,0. Chlor und Brom wirken auf HJ0 3 nicht ein. Die Umsetzung mit SO 2 wurde schon erwahnt (s. bei jodiger Saure). Ebenso werden anclere reduzierende Stoffe leicht oxydiert. Mit HJ stellt sich ein Gleichgewicht ein entsprechend der Glei- chung: H J0 3 + 5H J ^ 3 J 2 + 3H 2 0. Dasselbe ist in saurerLosung vollstandig nach rechts verschoben, in alkalischer nach links. Mit Metallhydroxyden und Karbonaten Die Jodate, z. B. das Kaliumjodat. ge- winnt man einfach durch Erhitzen von Jod mit Kalilauge. oder durch Elektrolyse ca. 0,5-n. alkalischer Jodidlosung, die auf 15 bis 25 g KJ 0,2 g K a CrO, in 100 ccm Fliissigkeit enthalt. Als Anode benutzt man ein glattes Platinblech und arbeitet mit einer Stromdichte von 0,01 Amp./qcm. Die Jodate sind im allgemeinen gut kristalli- sierte Salze. die mit Ausnahme der Alkali- verbindungen in Wasser schwer loslich sind. Beim Erhitzen der Jodate entweicht Sauerstoff, mitunter auch Jod, und es hinter- bleibt je nach dem Salz, das zersetzt wurde. Jodid (beim K-Salz), ein Gemenge von Jodid und Oxyd (beim Na-Salz) oder Perjodat (beim Ba-Salz). Perjodsaureanhydrid, J 2 7 . Dieses Oxyd kann nicht durch Entwassern von Perjodsaure hergestellt werden. Dabei bildet sich stets J 2 5 und 2 , doch entsteht es vielleicht aus C1 2 7 und Jod. Ausfiihrlich untersucht wurde dagegen die sich von diesem Oxyd ableitende Perjodsaure. Perjodsaure, Ueberjodsaure, H 5 J0 6 , HJ0 4 . 2H,0. Sie findet sich in der Natur als Natriumsalz im Chilesalpeter und kann aus ihren Salzen durch Sauren in Frei- heit gesetzt und abgeschieden werden. Man geht dabei zweckmaBig voin Na-Salz aus und lost dieses in moglichst wenig warmer HN0 3 . Aus der Lb'sung fallt mit Pb(N0 3 ) 2 schwer losliches Bleiperjodat, das moglichst schnell gewaschen und in Wasser fein verteilt wird. Durch Digestion mit etwas weniger als der berechneten Menge H 2 S0 4 findet groBtenteils Umsatz in PbS0 4 und freie Perjodsaure statt. die nach dem AbgieBen voin PbSO,, beim vorsichtigen Eindampfen schon kristallisiert fmonoklin ?) erhalten werden kann. Viel einfacher als das umstandliche chemische Verfahren fiihrt das elektrolytische zum Ziel. Man elektro- lysiert bei 12 bis 13 in dem durch ein tondiaphragma getrennten Anodenraum 32 Fluorgruppe (Jod) eine 50% HJCVLiisung unter Verwendung von PbOo-AmxIen mit einer Stromdichte von DA = fa. 0,28 Amp. /qcm. ImKathoden- raum befindel sich verdiinnte Schwei'elsaure. Die Hi Id ung von HJ0 4 .2H 2 0. die beim Ein- dampt'en auskristallisiert, findet in quanti- tativer Material- and guter Stromausbeute statt. Die Perjodsaure schmilzt bei ca. 133 u nd ist in Wasser leicht loslich, weniger in Alkohol nnd noch weniger in Aether. Das spezifische Gewicht bei 17 geht aus folgender Tabelle hervor: Normale Perjoclate Halb Drittel Viertel ,, Fiinftel Sechstel MI J0 4 Mi 4 J 2 9 MI 3 J0 5 MI S J 2 U M JO Zusammensetzung o 1,0570 ,, + 320 ,. 1,0288 Die molekulare Leitfahigkeit (fjb) fur 1 g-Mol. in v Liter betragt: 4 8 16 32 6 4 1 08 139 223 270 v 128 256 512 1024 312 348 374 387 Ein Vergleich mit den Zahlen fiir Jodsaure, wo bei v 128 bereits nahezu vollstandige Dissoziationeingetreten ist,zeigtdeutlich,daB die Perjodsaure viel schwacher als die Jod- saure ist, es liegen hier also umgekehrte Ver- hiiltnisse wie zwischen der Chlorsaure und der Perchlorsaure (s. diese) vor. Die Bildungs- warme (J, 6 , H 5 ) betragt + 185780 cal, die Losungswarme H 5 J0 6 , aq. : - -1380 cal, die Neutralisationswarme ( J0 6 H 5 aq., KOH aq.): + 5150cal.,(J0 6 H 5 aq.,2KOHaq.): 26590 cal. Ueber die Basizitat der Perjodsaure sind die Meinungen geteilt Bei der Titration mit NaOlI zeigt sie sich nur in Gegenwart von Methylorange einbasisch; bei Phenol- phtalein, Lackmus, Rosolsaure und anderen Indikatoren tritt allmahlich Farbenumsehlag cin. Elektrometrisch titriert ist sie deutlich em- und zweibasisch. Ebenso weisen die Leitfahigkeitswerte, die kalorimetrischen Messungen der Neutralisationswarme, wie aucli die rein chemischen Untersuchungen, namentlich die Salzbildung mit schwachen liasen, z. B. mit Silber, und die komplexen Wolframperjodate, deutlich auf die mehr- basische Xalur der Siiure Inn. Die verschiedeneii existenziahigen Jod- saurcn be/\v. deren Salze gibt vielleicht am besten die Rammelsbergsche Auffassung wirdcr. nacli weldier die I'oigenden Typen in Betrachl kommen. ( Mi 2 0, J.,0 7 ) (2MI 2 0, J 2 "0 7 ) (3Mi,0, J.,U 7 ) (4Mi,0, J 2 7 ) (5MI.O, J,0 7 ) (6Mi,0, J 2 7 ) Durch 20- bis 25stiindiges Erhitzen der kristallisierten Saure H 5 J0 6 im Vakuuni auf 100 unter 10 mm Druck erhalt man die normale Saure HJ0 4 , bei 138 tritt unter gleichen Bedingungen starke Bildung von J 2 5 auf. Auch bei gewohnlichem Druck beginnt der Uebergang in J,0 5 bereits bei 110. Die Perjodsaure auBert ihr Oxydations- vermogen in sehr energischer Weise. S0 2 , H 2 S, HC1, HJ, P usw. werden momentan oxydiert. Metalle wie Zn, Fe, Cu, Hg, Mn usw. werden in Oxyde und Jodate verwandelt. Zu den Salzen der Perjodsauren, den Per- jodaten, kann man auf verschiedenen Wegen gelangen. Abgesehen von der Ein- wirkung von Metallhydroxyden, Oxyden und Karbonaten auf die freie Saure, fiihrt die Einwirkung von Jod auf Superoxyde zum Ziel. Ba0 2 und Jod, zunachst vorsichtig, spater starker erhitzt, geben beim Anflosen in Wasser das Baryumsalz, Ba K (J0 6 ) 2 . Aus Na 2 2 und Jod entsteht das in H 2 schwer losliche Salz Na 2 H 3 J0 . Auch fiir die Darstellung der Perjoclate zeigt sich die elektrolytische Darstellungs- weise als sehr geeignet. Man elektrolysiert eine 1-n alkalische Losung von 30 g K J0 3 im Liter in Gegenwart von etwas Chromat bei ca. 10 mit einer mittleren Stromdichte DA = 0,01 Amp./qcm unter Verwendung einer glatten Platinanode. Es findet dabei gleich- zeitige Sauerstoffentbindung statt, da das Potential der Perjodatbildung hb'her als das der Sauerstoffentiadung liegt. Wahrschein- lich erfolgt die Bildung geinaB dem Schema: J0 3 '-f 20H'+ 2 = J0 4 '+ H 2 0. Beim Eindampfen des alkalischenElektrolyten kristallisiertdasleichtloslichebasischelvalium- perjodat, K 4 J 2 9 .9H 2 0, beim Neutralisieren des Elektrolyten mit Schwefelsaure dagegen fallt das sehr schwer losliche normale Perjodat KJ0 4 in Form eines feinen Kristallmehls aus. Weiter erhalt man beim Elektrolysieren einer alkalischen Natriumjodatlosung be- reits wahrcnd der Elektrolyse das schwer losliche basische Perjodat 4Na 3 J0 5 .5H 2 0. Die Perjodate geben beim Erhitzen verschieden leicht, je nach der Base, die dem Salz zugrunde liegt, Sauerstoff ab und verwandeln sich in Jodate, die dann nach Art der Jodate (s. diese) weiter zerfallen. 8d) Ver bin dung en des Jods mit Stickstoff. In diese Gruppe gehoren das Triazojodid und die sogenannten Jodstick- stoffe. Sie alle stellen ihrer groBen Explosivi- tat wegen auBerst gefahrliche Korper vor. Fluorgruppe (.Foci) 33 Triazojodid, N 3 J. Als Jodid cler Stick- an kalter Luft heftige Explosionen eintreten stoffwasserstoffsaure bildet es sich beim vor- konnen. Dureh Warme, StoB oder Schlag sichtigen Umsatz von Silberazid und Jod in atherischer Losung als schwach gelbliches, in reinem Zustande vielleicht farbloses Produkt: N 3 Ag+ J g == N 3 J + AgJ. Mit Kalilauge entsteht wie beim N 3 C1 nicht Triazohydrat, sondern primar Hypojodit, das sich rasch in Jodat umwandelt. Jodstickstoffe, NH 3 .NJ 3 , NHJ, und NJ, Unter dieser Bezeichnune versteht man die verschiedenen braunschwarzen bis schwarzen Verbindungen, die bei der Ein- wirkung von Jod anf Ammoniak entstelien. Man kann zu ihrer Darstellung verschiedent- lich verfahren. alkoholische Entweder setzt man absolut NH 3 und J Losungen von miteinander in Beaktipn und wiischt das entstandene Produkt mit absolutem Alkohol aus, oder man verwendet wasserige alkoho- lische Jodlosungen und setzt konzentriertes wasseriges Ammoniak hinzu. Audi aus in Konigswasser gelb'stem Jod und Ammoniak ammoniak. dungen. tritt augenblickliche Zersetzung ein. Ebenso wirkt das Licht. Jodstickstoff zersetzt sich monientan bei Belichtung mit brennendem Magnesium, durch Drummondsches Kalk- licht erfolgt die Zersetzung erst nach einigen Minuten. In Ammoniak suspendierter Jodstickstoff zerfallt auf photochemischem Wege hauptsachlich nach der Gleichung NH 3 .NJ 3 == N 2 + 3HJ. Besonders wirksam ist das langwellige Licht. Das Maximum der Zersetzungsgeschwindig- keit liegt im Hot, doch tritt im Blau noch ein sekundares Maximum auf. Eine andere Reihe von Jodstickstoffen, die sogenannten Jodstickstoffammoniake. wurden aus fliissigem Ammoniak und Jod hergestellt. von Jodstickstoffammoniak statt. Je nach cler Temperatur enthalten die entstandenen Noch bei - 80 finclet Bildung Produkte bildet sich Jodstickstoff. In alien diesen Fallen erhalt man amorphe Produkte. In schon ausgebildeten Kristallen erhalt man die Verbindungen, wenn man Ammoniak zu einer 0,02-n KOJ-Losung setzt. Fiir die Bildungsweise des Jodstickstoffs sind ver- schiedene Erklarungen gegeben worden. Die einfachste ist die, wonach primar, analog der Bildung vonAlkalihypojodit. das Amnionium- hypojodit entsteht, welches dann weiter zerfallt nach: 3NH 4 .OJ -NH 3 .NJ 3 + 3H 2 + NH 3 . Nun sind jedoch auch Jodstickstoffe der Zu- samniensetzung NHJ 2 und NJ 3 beschrieben worden. Man kommt daher den Tatsachen wohl am nachsten, wenn man von der Ueber- nicht explosiv. legung ausgeht, daB Ammoniak zunachst mit _8e) _Verbmdungen verschiedene Mengen Kristall- Isoliert wurden die Verbin- NJ 3 .12NH 3 . Dasselbe bildet sich bei - 60 in Form griinlich schillernder, braun- roter Blattchen. N J 3 .3N H 3 . Dieses Produkt kristallisiert bei ca. in griinen Kristallen und geht bei 30 im Vakuum iiber in die Verbindung: NJ 3 .2NH 3 , die aus gelben Kristallen besteht. NJ 3 .NH 3 . Es entsteht aus der vorigen Substanz in feinen violetten Nadeln, wenn man sie einige Zeitlang im Vakuum bei belaBt. Wahrend die letztere Substanz auch in der Kalte explosive Eigenschaften besitzt, sind die ersteren drei bei niederer Temperatur H 2 und J nach der umkehrbaren Gleichung NH 3 + H 2 NH 4 J + HO J alteren Literatur angefiihrten Schwefel- bezw. Selenjodide, die sich beim einfachen Zu- sammenschmelzen der Komponenten bilden sollen, stellen wahrscheinlich nur Losungen der Elemente ineinander (Mischkristalle) vor. Die genaue Untersuchung der Schmelz- punkts- und Erstarrungsdiagramme der i\n 3 -t- 3iud = IN J 3 -t- 3n 2 u, Systeme Jod-Schwefel und Jod-Selen spricht alles Reaktionen, die durch besondere Gleich- 1 j e d en falls in keiner Weise fiir die Existenz gewichtszustiinde festgelegt sind. Die Jod- von c hemischen Verbindungen. Das Eutekti- stickstoffe kann man vielleicht fiir Amide der unterjodigen Saure halten und ihnen die folgende Nomenklatur beilegen: NH 3 .NJ 3 reagiert. Die unterjoclige Saure kann nun mit NH 3 in folgenden Molekularverhaltnissen in Wechselwirkung treten: 2NH S +3HOJ -NH 3 .NJ 3 + 3H 2 NH 3 -f 2HOJ == NHJ 2 + 2H a O NH 3 -|- 3HOJ == NJ 3 + 3H 2 0, Schwefel und mit des Selen. J o cl s in i t Die in der j aim der J-S-Miscliung liegt bei einem S-Mol.- %-Gehalt von 81,3 und schmilzt bei 65,7, das Eutektikum des Systems J-Se besitzt = Sesquijodylamid; NHJ 2 -'Dijodylamid; j den Fp 58 o im( j eiitspricht fast genau der N J 3 = Trijodylamid. Fur diese Auffassung | Verbindung Se 2 J 2 . Die Jodide der schwefligen- bezw. der spricht vor allem die Hydrolyse der Jodstick- stoffe durch Salzsaure, die nach dem Schema vor sich geht: N J 3 + 3H 2 == NH 3 -f 3HO J ; 3HO J + 3HC1 : = 3H 2 + 3 JC1. Die Unbestandigkeit der Jodstickstoffe Schwefelsaure, ferner die Jodsulfonsaure scheinen nicht zu existieren. 8f) Verbindungen des Jods mit Fluor. Jodpentafluorid, JF 5 . Dieses Fluorid bildet sich bei der Einwirkung von ist derart groB, daB bereits beim Trocknen Fluorgas auf Jod unter Warmeentwickelung. Handworterbuch der Naturwissenschaften. Band IV. 34 Fluorgruppe (Jod) - - (Siangan) Es bildet eine farblose Fliissigkeit, die bei + 8 zu einer kampi'erartigen Masse erstarrt und bei 97 ohne Zersetzung siedet. 8g) Verbindungen des Jods mit Chlor. Yon dieser Gruppe existieren mit Sicherheit nur das Jodmonochlorid und das Jodtrichlorid, wahrend die hoheren Chlo- rierungsstufen, das Jodtetra- und Jodpenta- chlorid, zwar beschrieben, aber wohl kaum wirklich erhalten wurden. Jodmonochlorid. Leitet man trockenes Chlorgas uber Jod, bis die Masse fltissig i geworden, so hat man in der rotbraunen Schmelze vorwiegend das Jodmonochlorid. In geschmolzenem Zustande ist D 16 == 3.2856, der Sdp. liegt bei 101, wobei teilweise Zer- setzung eintritt. Ktihlt man die Dampfe plb'tzlich ab, so erhalt man das sogenannte ; a- Jodmonochlorid in Form von langen, | rubinroten Nadeln, die bei 27.16 schmelzen. Eine andere, labile Modifikation, das j3- Jod- monochlorid, entsteht, wenn die Kristallisation zwischen +5 und --10 vor sich geht. Man erhalt sodann braunrote Lamellen vom Fp. 13.92, die allmahlich wieder in die a-Form iibergehen. Zwischen -10 und ist das /S-Chlorid am bestan- digsten. Das Molekulargewicht beider Formen ist wahrscheinlich das gleiche, namlich JC1. Audi die Schmelze beider Modifikationen ist vollig identisch. Das a- und /3-Chlorid sind monotrope Modifikationen. JC1 sinkt in Wasser als Oel zu Boden, es setzt sich mit KOH nach der Gleichung urn: JC1 + 2KOH = = JOK + H 2 + KC1. Spezifische Warme von a-JCl: 0.083. Spezifische Warme von 0-JC1: 0.102. Molekulare Schmelzwarme von a-JCl: -2658 cal. Molekulare Schmelzwarme von /3-JC1: -2267 cal. Bildungswarme: J (fest) + Cl (Gas) = JC1 (fest) + 6700 cal. Bildungswarme: J (Gas) -f Cl (Gas) - JC1 (fest) + 12100 cal. Jodtrichlorid, JC1 3 . Diese Verbindung bildet sich aus Jod oder JC1 und tiber- schiissigem Chlor in Form pomeranzengelber langer Nadeln, die an der Luft infolge der auBerst betrachtlichen Dissoziation in JC1 und Cl, bereits bei ca. 25 (Fp. von JC1: 27,6) erweichen. In Chlorgas schmilzt es nicht, sondern dissoziiert bei einem Druck von 1 Atmosphare bei 67 in JC1 und C1 2 , urn sich bei 60 bereits wieder zu JC1 3 zu vereinigen. Es lost sich in vielen organischen Lbsungs- mitteln und scheint nach den vorliegenden Molekulargewichtsbestimmungen auch hier stark dissoziiert zu sein. So in Eisessig, vielleicht nach: J 2 +3C1 2 oder JC1+C1 2 , in POC1 3 nach JC1 2 +C1. In Phosgen ist das Molekulargewicht normal. Dagegen scheint wieder in fliissigem S0 2 , in AsCl 3 und S0 2 Cl 2 Dissoziation vorzuliegen, wie Leit- fahigkeitsbestimmungen bei verschiedenen Verdiinnungen ergeben. In Wasser ist JC1 3 sehr schwer loslich, es zerfallt mit ihm bald in C1 2 und JC1. Bildungswarme: J (fest) + C1 3 (Gas) -- JCl 3 (fest) + 16 300 cal. Bildungswarme: J (Gas) + C1 3 (Gas) = JC1 3 (fest) + 21700 cal. Die Jodchloride finden ihrerantiseptischen Wirkung wegen medizinische Verwendung. 8h) Verbindungen des Jods mit Brom. Als einzige Verbindung dieser Reihe existiert JBr, erhaltlich durch Zu- sainmenschmelzen berechneter Mengen Jod und Brom. Es bildet eine kristallisierte Substanz von der Farbe des Jods mit dem Fp. 36 und sublimiert in farrenkrautahn- lichen Kristallaggregaten. Bei der Destina- tion findet teilweise Zersetzung statt. D 50 = 3.7343. Bildungswarme: J (fest) -f- Br (fl.) JBr (fest) + 2470 cal. Bildungswarme: J (fest) + Br (fest) = JBr (fest) + 2340 cal. 9. Spektralchemie Jod gibt in einer GeiBlerschen Rohre in der Warme bei groBerer Verdimnung ein Linienspektrum, beiniedererTemperatur ein Bandenspektrum. Irn Funkenspektrum hat man die folgen- den Linien: orangegelb: 625,8, 621,1, 612,6, 607,9, 595.3. gelb: 579,1, 577,4. 576,1. 573-9, 57i,2, 568,9, 567,4, 562,5. 549.5, 546,2. 5434, 540.4, 534-5, 533,7, & 24 , 4 , 516,3, 501,6. blau: 486,6, 467,8, 466,9, 463,4. Die halbfett gedruckten Ziffern deuten besonders charakteristische Linien an. Joddampf gibt ein Absorptionsspektrum, bestehend aus zahlreichen Linien. Namentlich wird Griin absorbiert, in dickeren Schichten auch Orange und Gelb, wahrend anderer- seits violettes Licht durch dicke Schichten hindurchgeht. Alkoholische Jodlb'sung zeigt selektive Absorption bei 215 ^; im langwelligen Ultraviolett beginnt kontinuierliche Ab- sorption. Literatur. Gmel in -Kraut, Handbuch der organischen Chemje, Bd. I, Abt. 2. Heidelberg 1909. F. Sommer. gelbgriin : grun : e) Mangan. Mn. Atomgewicht: 54.93. 1. Atomgewicht. 2. Vorkommen. 3. Geschichte. 4. Darstellung und Verwendung. 5. Form- arten und physikalische Konstanten. 6. Valenz und Elektrochemie. 7. Analytische Chemie. Fluorgruppe (Mangan) 35 8. Spezielle Chemie. 9. Thermochemie. 10. Spek- tralchemie. 11. Kolloidchemie. 1. Atomgewicht. Das Atomgewicht des Mangans betragt nach der internatio- nalen Atomgewichtstabelle 54,93. 2. Vorkommen. Das Mangan kommt in der Natur weit verbreitet in Oxydform vor. Das wichtigste Manganmineral ist der Pyro- lusit, Mn0 2 , gewohnlich Braunstein ge- nannt, ferner findet sich das Element als Braunit, Mn 2 3 , Hausmannit, Mn 3 4 , und als Manganspat, MnC0 3 , fiir welche als Fundort hauptsachlich Transkaukasien in Betracht kommt. Im Meteoreisen ist Man- gan in geringen Mengen vorhanden, wie es tiberhaupt ein fast standiger Begleiter des Eisens in seinen Mineralien ist. Eine Zu- sammenstellung der auBerst zahlreichen natiirlich vorkommenden Mangan verbin- dungen findet sich bei Groth, Tabellarische Uebersicht der Mineralien, IV. Auflage 1898. Auch in vielen Mineralwassern, im Meer- wasser, ferner in Pflanzenaschen und im tierischen Organisnms hat man, wenn auch in geringen Mengen, das Element nachweisen konnen. An dem Aufbau der Erdrinde nimmt es nach Clarke mit 0.08% Anteil. 3. Geschichte. In Form von Braunstein wurde das Mangan schon in alten Zeiten bei der Glasfabrikation ztir Entfarbung der Glaser benutzt, allerdings glaubte man lange, es mit einemEisenerz zu tun zu haben. Erst die Untersuchungen von Scheele und Bergmann (1774) stellten einwandsfrei fest, daB dem Mn0 2 ein eigentiimliches Metall zugrunde liege. Im Jahrel807 isolierte Gahn als erster das neue Element. 4. Darstellung und Verwendung. In- dustriell wird das Mangan allgemein nach dem aluminothermischen Verfahren von Goldschmidt hergestellt. Eine Mischung aquivalenter Mengen von Mn 3 4 mit Alu- miniumgries wird durch eine Ziindkirsche in Reaktion gesetzt und nach dem Erkalten ein sehr reiner Manganregulus unter einer Decke von kristallisiertem Korund gewonnen. Andere weniger bequeme Darstellungs- weisen sind die Destination von Mangan- amalgam, das durch Elektrolyse konzentrier- ter gekuhlter Mangan (Il)chloridlosungen bei Anwendung einer Quecksilberkathode er- halten werden kann, ferner die Reduktion einer mit Kaliumchlorid versetzten Mangan- (Il)chloridschmelze mittels Magnesium. Das unter Verwendung des elektrischen Ofens durch Reduktion eines Gemisches von Man- gan(II)oxyd und Kohle gewonnene Metall ist meistens durch Carbid stark verunreinigt. Reines Mangan wird industriell nicht verwertet, dagegen spielen Legierungen mit Eisen in der Metallurgie bei den Spezial- stahlen eine groBe Rolle. Ein Zusatz von 6 bis 12% Mangan liefert einen zahen, harten Stanl von auBerordentlicher Fcstig- keit und findet Verwendung zur Fabrikation von Schienen, Achsen, Geldschranken, Zer- kleinerungsniaschinen usw. Die Wirkung des Manganzusatzes ist leicht zu ver- stehen, wenn man bedenkt, daB Mangan- carbid, Mn 3 C, im Gegensatz zum Eisencarbid ein auBerst stabiler Korper ist. Da beide Carbide in festem Zustande isomorphe Mischungen bilden, so tritt hier die allge- meine Erscheinung in Kraft, daB die Eigen- schaften derartiger Mischungen sich aus den Komponenten additiv zusammensetzen. Die Bestandigkeit des Mn 3 C teilt sich also dem sonst labilen Fe 3 C mit, d. h. Abscheidung von Kohlenstoff, die Bedingung ftir die Bil- dung von weichem Eisen beim Abkiihlen der Eisenschmelze, tritt nicht oder nur in geringem MaBe ein. In Legierung mit Kupfer und Nickel (84% Cu, 12% Mn, 4% Ni) findet Mangan Verwendung zur Herstellung von Wider- standsdraht (,,Manganin"), der einen auBer- ordentlich kleinen Temperaturkoefi'izienten besitzt. Seine elektrische Leitfahigkeit bei verschiedenen Temperaturen zeigt die f olgende Tabelle: Temperatur - 200.5 - 100.6 + 93.0 Leitfahigkeit 2.21 X 10 4 2.11 x 10 4 2.10 x 10 4 2.10 x 10 4 Ueber die Verwendung des Braunsteins zur Chorfabrikation siehe oben den Artikel ,,Chlor". 5. Physikalische Eigenschaften und Konstanten. Reines Mangan, wie es nach | dem Goldschmid t schen Verfahren ge- | wonnen wird, besitzt das Aussehen von ! weiBem Roheisen mit einem ro'tlichen i Schimmer. Es ist metallglanzend, sehr politurfahig und von betrachtlicher Harte. Dieselbe besitzt im Rydbergschen System den Wert: 5,0. Das Metall ist auBerordent- lich sprode und laBt sich im Stahlmb'rser pulvern. Das spezifische Gewicht ist von der Art der Darstellung abhangig. Die Literaturangaben schwanken betrachtlich, die Werte variieren zwischen 7,2 und 8. Fiir geschmolzenes Metall wurde der Wert 15 d^ : 7.376 gefunden. Auch die Schmelz- punktsangaben differieren stark. Der wahr- scheinlichste Wert liegt bei 1245 (der Nickelschmelzpunkt zu 1484 angenommen). Das angewandte Metall war 99.4-prozentig. Die spezifische Warme betragt bei 0.1072, bei 100 0.1143, bei 190 bis 200 0.1214, bei 300 0.1309, bei 500 0.1652. Reines Mangan ist vollig unmagnetisch, es zeigt sich jedoch die eigentumliche Er- 36 Fluorgruppe (Mangan ) scheinung, daB Legiernngen desselben resp. des Mangankupfers mit den ebenfalls un- magnetischen Elementen Al, Sn, As, Sb, Bi und Bor, falls sie einen Mindestgehalt von 9% Mn und 3% der genannten Elemente enthalten, stark ferromagnetisch sind. Es sincl dies die Legierungen, bei denen sogenannten Heuslerschen der magnetische Charakter an das Vorhandensein von Mangan gekniipft ist. Von diesen Legierungen zeigen die Aluminium-Manganbronzen den bei weitem starksten Magnetismus. Von den fiir dieses Phanomen gegebenen Erklarungen sei hier nur die Heuslersche angefuhrt, die der Entdecker speziell im AnschluB an seine eingehenden Untersuchungen der bereits erwahnten Aluminium-Manganbronzen gibt. Er nimmt an, daB Mangan mit den betreffen- den Metallen Verbindungen eingeht, denen konstitutionell der Ferromagnetismus zu- kommt. Zum Beispiel kann in der Verbindung AlCu 3 das Kupfer durch Mangan isomorph ersetzt werden unter Bildung von Verbin- dungen Al x (Mn, Cu) 3X und diese sollen die Tra'ger des Ferromagnetismus sein. Im elektrischen Flammbogen ist Man- gan leichtfluchtig, wie Moissans Versuche bewiesen haben. Bei Verwendung eines Stromes von 80 Volt und 380 Ampere destillierten in 10 Minuten fast 400 g aller- dings carbidhaltiges Metall. Der Siedepunkt liegt nach optischen Messungen bei 1900. 6. Valenz und Elektrochemie. Das Mangan tritt 2-, 3-, 6- und Twertig auf. Zweiwertig ist es in den bestandigen Mangan(II)salzen. Molekulargewichtsbestim- mungen von MnCl 2 in Wismutchlorid und Urethan haben die monomolekulare Zu- sammensetzung ergeben. Die Isomorphie des MnS0 4 mit MgS0 4 und ZnS0 4 , ferner die isomorphen Mischungen von Mangancarbo- nat mit den Carbonaten des Calciums und Magnesiums sind weitere Belege fiir die Zweiwertigkeit. Dreiwertigkeit herrscht indenMauganisalzen. Manganiacetylacetonat ist als Dampf, ferner in Benzollosung mono- molekular. Man kennt auBerdem Alaune von der Zusammensetzung Mn,(S0 4 ) 3 , K 2 S0 4 , 24H 2 0. Sechswertigkeit findet man bei den Manganaten, z. B. dem griinen Kalium- manganat, K,Mn0 4 , das isomorph mit Kaliumsulfat kristallisiert. Siebenwertiges Metall enthalten die den Perchloraten iso- morphen Permanganate. Zweifelhaft ist das Vorkommen vier- wertigen Mang;uis. Die Verbindungen )!nK,.2KF, MnCl 4 .2KCl, ferner das Di- oxyd denten daraufhin. wenngleich die Losiingeu dos letzteren in Salzsaure kein Mn('l 4 , sondern MnCl 3 zu enthalten scheinen. Ion en. Potential. Von Mangan- kationen existiert das sehr bestandige, schwach rosa gefarbte Miv-Ion, das nur wenig Neigung zeigt, unter Aufnahme einer weiteren elektrischen Ladung in das auBerst labile rotviolette, in der Farbe an das Per- manganat-Ion erinnernde, Miv-Ion iiberzu- gehen. Als Anion findet sich das Mangan an Sauerstoff gebunden in der Lb'sung der Manganate und Permanganate in Form des grimgefarbten zweiwertigen Mn0 4 "- und des einwertigen rotviolett gefarbten Mn0 4 '-Ions. Das Mangan ist das positivste aller Schwermetalle, wie aus seiner Stellung in der Spanuungsreihe hervorgeht. Es steht hier zwischen dem Magnesium und dem Zink, da das dem Vorgang Mn->Miv ent- j sprechende Normalpotential (bezogen auf die Einheitskonzentration, 1 g Formel- gewicht im Liter, und auf die Normal- wasserstoffelektrode Eh=0) E=+l,075 Volt betragt. DemgemaB verdrangt das Mangan die Schwermetalle, auch das Zink, aus den Losungen ihrer Salze, wahrend es umge- kehrt selbst durch Magnesium gefallt wird. Auch die leichte Loslichkeit in verdiinnten Sauren wird unter diesem Gesichtspunkte leicht begreiflich. GemiiB der betrachtlichen Elektroaffinitat des Mir--Ions sind die Maugan(II)salze nur in ganz geringem MaBe hydrolysiert, wahrend andererseits die Man- gan(Ill)salze durch Wasser vollstaudig hy- drolytisch gespalten werden. Als stark positives Ion besitzt das Mangan nur in ganz untergeordneter Weise die Fahigkeit, Komplexioneu zu bilden. 7. Analytische Chemie. 7 a) Quali- tative Analyse. a) Vorproben auf trockenem Wege. Mangan Verbindungen farben bei nicht allzu starker Konzentration in der Oxydationsflamme die Borax- und Phosphorsalzperle amethystfarbig. In der Reduktionsflamme wird die Manganperle far bios. Schmilzt man eine Manganverbindung mit Alkalihydrat oder Carbonat bei Gegen- wart Sauerstoff abgebender Substanzen wie Salpeter, so entsteht unter Bildung von Alkaliinanganat, K 2 Mn0 4 , eine griine Schmelze. Diese Reaktion ist eine der charakteristischsten Proben auf Anwesen- heit von Mangan. /5) Reaktionen auf Mangan(II)salze bezw. Miv-Ionen. Schwefelammon erzeugt einen Niederschlag von fleisch- farbenem, wasserhaltigem Mangansulfid. Kalium- oder Natriumhydroxyd fallen weiBes Manganhydroxyd, Mn(OH) 2 , das sich an der Luft infolge Bildung von Manganomanganit, Mn ;==0 ^Mn rasch briiunt. Ammoniak gibt entsprechend dem Gleichgewicht: Mn( < l 2 +2NH 3 +2H 2 O^Mn(OH) 2 +2NH 4 Cl Fluorgnippe (Mangan) 37 eine unvollstandige Fallung, die bei Zusatz von geniigend Ammonsalz uberhaupt aus- bleibt. Bei langerem Stehen an der Lut't t'iillt clurch Oxydation die sehr schwer los- /OH liche manganige Saure, Mn =0 , aus, ein X OH Vorgang, der durch die damit verbundene Verschiebung des Gleichgewichts nach ent- sprecJhender Zeit zur quantitative!! Aus- scheidung des Mangans in dieser Form fiihren kan n. Alkalicarbonat, ebenso Ammoncar- bonat, selbst bei Gegenwart von Ammon- salzen, ferner Baryumcarbonat, letzteres allerdings nur in der Hitze, fallen weiBes Mangan(II)carbonat, MnC0 3 . Natriumphosphat fallt weiBes Man- gan(II)phosphat Mn 3 (P0 4 ) 2 , loslich in Essig- saure und Mineralsauren. Ein sehr charakteristischer Nachweis ist die Volhardsche Reaktion: kocht man eine Losung, die Spuren Mangan ent- halt, mit Bleisuperoxyd und konzentrierter Salpetersaure und verdiinnt mit Wasser, so ist die Losung nach dem Absitzen des iiber- schiissigen Superoxyds infolge Bildung von Permangansaure rotviolett gefarbt: 2MnS0 4 +5Pb0 2 \ } 2PbS0 4 +3Pb(N0 3 ), + 6HN0 3 / == \ + 2H 2 + 2HMnO s . Salzsaure oder Chlorverbindungen storen die Reaktion. b) Quantitative Analyse, a) Gravi- metrische Bestimmung. Bestimmung als MnS. Mangan, z. B. in einer Mangan- sulfatlosung kann in ahnlicher Weise wie das Zink mittels Schwefelammon als MnS gefallt werden. In tiblicher Weise wird dasselbe im Goochtiegel clurch Zusatz von Schwefel und Erhitzen im Wasserstoff- strom behandelt und als MnS gewogen. Bestimmung als Mn 3 0,,. Bequemer ist die Fallung des Mangans als Superoxyd. Man versetzt zu diesem Zweck die Losung mit Bromwasser bis zur Braunfarbung, macht hierauf mit Ammoniak gerade alkalis ch und erhitzt zum Sieden. Hat sich der Nieder- schlag zusammengeballt, so filtriert man, wascht mit heiBem Wasser und vergliilit das Oxyd durch Erhitzen iiber einem Teclu- brenner zu Mn 3 4 . ft) Kolorimetrische Bestimmung. Audi kolorimetrisch lassen sich geringe Mengen Mangan, wie sie beispielsweise im Eisen vorhanden sind, mit guter Genauigkeit bestimmen. Manftihrt hierzu das Mangan nach der Volhardschen Methode (s. den Artikel ,,Chemische Analyse") in Permangan- saure iiber und vergleicht ein bestimmtes Volumen mit einer Permanganatlosung ent- sprechenden genau bekannten Gehalts. 7) MaBanalytische Bestimmung. Am schnellsten von alien Methoden fiihren wie gewohnlich die titrimetrischen zum Ziel. Man kann eini'ach die Manganverbindung durch Losen in konzentrierter Salpetersiiure, darauffolgendes Eindampfen bis zur Bildung weiBer Salpetersaurenebel und Zugabe von festem Kaliumchlorat inMangandioxyd iiber- fiihren. Nach dem Abfiltrieren und Aus- waschen lost man den Niederschlag heiB in einer ausreichenden, bekannten Anzahl ccm Vi~ n Oxalsaure und versetzt mit ca. 25 ccm verdiinnter Schwefelsaure. Da das Dioxyd mit der Oxalsaure nach der Gleichung: + MnS0 4 reagiert, also Oxalsaure verbraucht wird, kann man durch Riicktitration der iiber- schiissigen Oxalsaure auf den Mangangehalt der Verbindung schlieBen. Ueber andere Bestinimungen siehe Tread well, Kurzes Lehrbuch der analytischen Cheinie, II. (5) Elektro analyse. Mangan kann elektrolytisch analog wie das Blei in stark salpetersaurer Losung anodisch als Mn0 2 bestimmt werden, doch besitzt diese Arbeits- weise kaum einen Vorzug vor der gewichts- analytischen oder titrimetischen Bestim- mung. 8. Spezielle Chemie. 8 a) Allgemeines Verhalten des Metalls. Mangan lost sich als das positivste aller Schwermetalle rait groBter Leichtigkeit in verdiinnten Sauren, selbst in Essigsiiure, unter Wasser- stoffentwicklung auf. Konzentrierte Schwe- felsaure greift das Metall in der Kalte nur schwierig an, in der Warme dagegen leicht unter S0 2 -Entwicklung. Konzentrierte Salpetersaure reagiert auBerst intensiv, mit pulverformigem Mn sogar manchmal unter Feuererscheinung. Das nach dem Golds chmidtschen Ver- fahren dargestellte Metall ist an trockener Luft unbegrenzt halt bar und wird von Wasser kaum angegriffen. Es legiert sich in dieser Form durch einfaches Verschmelzen sehr leicht mit den meisten Metallen. So lassen sich bequem Legierungen mit Fe, Cu, Ni, Zn, Sn, Al, Cr, Ti und anderen Metalle dar- stellen. In einer Stickstoffatmosphare auf 12101220 erhitzt, verbrennt es mit stark rauchender Flamme zu Mangannitrid. Mit Wasserstoff dagegen scheint sich Man- gan nicht zu verbinden. Viel reaktionsfahiger als das Goldschmidtsche Metall ist das aus Manganamalgam dargestellte und zwar besonders, wenn die Temperatur, bei der Quecksilber abdestilliert wurde, durch Ar- beiten im hohen Vakiium moglichst niedrig gehalten wurde. Ein derartiges Metall besitzt pyrophorische Eigenschaften, ver- brennt also unter Ergliihen in Beriihrung mit Sauerstoff und vermag kochendes Wasser mit deutlich wahrnehmbarer Geschwindig- keit zu zersetzen. Wahrend Kohlenoxyd 38 FluorgTuppe (Mangan) Golds chinidtsches Metall in der Gluhhitze nicht angreift, reagiert das pyrophorische Metall bei 350 unter starker Warmeent- wicklmig nach der Gleichung: Mn+CO$MnO+C. Aehnlich reagiert auch Kohlensaure: 2Mn+C0 2 S2MnO+C. Bei hoherer Temperatur komphzieren sich bei dieser Reaktion die Verhaltnisse, da als neue Gleichgewichtskomponente Kohlenoxyd auf- treten muB. S0 2 verbrennt pyrophorisches Metall unter hellem Glanz zu MnS und MnO Stickstoffdioxyd entziindet bei gelindem Erhitzen das Metall und liefert neben MnO und MnO, auch etwas Nitrid. Nitrosyl- chlorid, NOC1, greift das Element nur wenig an. Schwefelkohlenstoff reagiert bei hohen Temperaturen unter Bildung von Sulfid und Carbid. Auch die Halogene, ferner Phosphor, Bor, Kohlenstoff und Sih- cium reagieren in der Hitze unter Bildung der entsprechenden Metalloidverbindungen. j DaB fein pulverisiertes Mangan Schwer- metalle, auch Zink und Cadmium, ferner j Arsen und Antimon aus den wasserigen Losungen ihrer Salze reduzieren kann, ist nach dem im Abschnitt 6 Gesagten nicht uberraschend, sondern eine nattirliche Folge seines hohen Losungsdrucks. 8b) Verbindungen des zweiwerti- gen Mangans. Manganoverbindungen. -Manganooxyd, Mangan (II) oxyd, Manganoxydul, MnO, natiirlich als Man- ganosit vorkommend, bildet sich aus pyro- phorischem Mangan und Kohlenoxyd bei zirka 400 oder durch Erhitzen von ge- trocknetem Carbonat oder Oxalat unter LuftabschluB. Auch die Reduktion von Mangandioxyd und Mangan(II)mangan(III)- oxytl clurch Wasserstoff bei 260 bis 280fuhrt zur Bildung von MnO. Es besitzt je nach derDarstellungsart blaBgriines bis blaBgraues Aussehen und bildet meist ein amorphes Pulver. Kristallisiert bildet es glanzende Oktaeder. Beim Gliihen an der Luft geht es in Mn 3 4 iiber. Bei 1200 wird es durch Wasserstoff zu Metall reduziert. Es lost sich leicht in verdunnteh Sauren zu den ent- sprecheuden Mangan(II)salzen. MLanganohydroxyd, Mangan(II)- hydroxyd, Mn(OH) a , bildet sich aus einer Mangan(II)salzlosung auf Zusatz von Na- triumhydroxyd (s. oben ya, ft). Manganosulfid, Mangan(II)sulfid, MaiiisiMMilfiir, MnS, in der Natur als Ala- b;mdin oder Maiig;int;'laiiz vorkommend, laBt sich \vas.-erfrei aus geialHeiu, tleischfarbenem, getrocknetem MnS durch Erhitzen im H 2 S- Strom darstellen. Auch kurze Reduktion von MnS0 4 entweder mittels der berechneten Menge Kohle im elektrischen Ofen oder mittels Wasserslol'f fiihrt zum Ziel. Das so erhaltene Produkt bildet ein lebhafl- bis dunkelgrlines Pulver, das beim Erhitzen an der' Luft in Mn 3 4 iibergeht und in ver- dunnten Sauren unter H 2 S-Bildung die ent- sprechenden Mangan(II)salze liefert. Wasserhaltig kommt MnS in ver- schiedenen Modifikationen vor. Als fleisch- farbenes Sulfid bildet es sich als an der Luft leicht oxydabler Niederschlag aus Mangan- (Il)salzlosungen und Alkalisulfiden (s. oben 7 a, ft). In der griinen, wasserarmeren Form entsteht es namentlich, wenn man mit einem UeberschuB von Schwefelammon fallt und langere Zeit kocht. Dieses Sulfid ist weniger leicht oxydabel als die rote Form. Das Vor- kommen anderer Modifikationen ist noch nicht einwandsfrei sichergestellt. Mangan(II)selenid, MnSe, existiert wasserfrei, aus den Elementen synthetisiert, I in einer grauschwarzen Form. Durch Fallung 1 wird es wasserhaltig in einer blaBroten Modi- fikat.ion erhalten. Mangannitrid, Mn 3 N 2 , entsteht beim Abclestillieren des Quecksilbers aus Mangan- ! amalgam in einer Stickstoffatmosphare. Es 1 besitzt lebhaften Metallglanz, lost sich in j der Warme in Salpetersaure, Komgswasser und in Saizsaure, allerdings nur bei Gegen- wart von Platin. Mit Wasser in Beruhrung entwickelt sich allmahlich Ammomak. Manganofluorid, Mangan(II)fluo- rid, Manganfluoriir, MnF 2 , fallt beim Abclestillieren der Losung von MnC0 3 mit ! wasseriger FluBsaure in blaBroten, undent- lichen Kristallen aus, die fast unloshch m Wasser, Alkohol und Aether, dagegen loshch in Saizsaure, Salpetersaure und Schwetel- saure sind. Manganochlorid, Mangan(II)chlo- rid Manganochloriir, MnCl 2 , entsteht wasserfrei durch Verbrennen von Mangan in Chlorgas oder durch Erhitzen von MnC0 3 im Salzsaurestrom. Es besitzt rothche Farbe und schmilzt bei Rotglut, ohne sich zu zersetzen. Das wasserhaltige, rosenrote, kristallisierte Salz, wie es beim Emdampfen der Auflosung des Metalls, seiner Oxyde oder Sulfide sich bildet, kommt in ver- schiedenen Hydratstufen vor. Diegewohnlich vorkommende Phase ist das monokline, an der Luft zerflieBliehe 4-Hydrat. Man erhalt es durch Abkiihlen der heiB gesattigten Losung oder durch freiwilliges Verdunsten -r .. i * -t c "u:,, OAn T~\ir ei]iej . MnGl 2 -L6sung bei 15 bis 20. Vmwandlungspunkte der einzelnen Hydrate gind die f i gell den: fe yon 6 . in 4 . H ydrat ; - 2 4 _ jn 2 -Hydrat: + 58.089 9 _ in . Hydrat . __ 198 J J ' Der Punkt +58 -f 9 und Wrede als Standard- Thermometrie empfohlen. Bei 25 smd 436% MnCl 2 m sattigten Losung enthalten. FluornTH])|ii> 39 Manganobromid, Mangan(II)bro- mid, Manganbromiir, MnBr. 2 , entsteht analog dem Chlorid wasserfrei synthetisch aus den Elementen und bildet eine rotliche Masse. Wasserhaltig bildet es mehrere Hy- drate (1-, 4-, 6-Hydrat), von denen das auBerst zerflieBliche, rosenrote, monokline 4-Hydrat wiederum das bei Zimmertempera- tur kristallisierende vorstellt. Manganojodid, Man g an (II) jo did, Manganjodiir, MnJ,, ist aus Mangancar- bonat und Jodwasserstoffsaure leicht dar- stellbar. Das wasserhaltige Salz, ebenso die Losung, ist farblos. Auch hier existieren mehrere Hydratstufen. Manganosulfat, Mangan(II)sulfat, MnS0 4 , kristallisiert in blaBrosagefarbten 4 Mol. Wasser enthaltenden Kris t alien aus Lb'sungen von metallischem Mangan, Mangancarbonat , Manganoxyden in ver- dlinnter Schwefelsaure. Beim gelinden Gliihen hinterlassen die Kristalle weiBes, wasserfreies Salz. MnS0 4 ist in Wasser leicht Ib'slich. Die bei 25 gesattigte Losung enthalt 39.3% Mn S0 4 . Die Existenzgebiete der einzelnen Hy- drate zeigt die folgende Tabelle: 7-Hydrat - - 10.5 bis + 9 5-Hydrat + 9" bis + 27 1-Hydrat oberhalb 27 Mangan onitr at, Mangan (II) nitr at, Mn(N0 3 ) 2 , durch Auflbsen von Mangan in Salpetersaure erhalten, kristallisiert wegen seiner groBen Lb'slichkeit in Wasser nur schwierig. Aus der zur Sirupdicke ein- geengten Losung kann man beim Stehen- lassen liber Schwefelsaure unterhalb -f- 23.5 das 6-Hydrat in schonen, farblosen, mono- klinen, an der Luft zerflieBlichen Kristallen erhalten. Oberhalb dieser Temperatur kri- stallisiert das 3-Hydrat. Beim Entwassern zerfallt es leicht in Mn0 2 und nitrose Dampf e. Mangan o carbon at, Mangan (II) car - bonat, MnC0 3 , kommt wasserfrei in der Natur als Manganspat vor und kristallisiert isomorph mit Calcit. Wasserhaltig bildet es sich durch doppelte Umsetztmg von Man- gan(II)salzen mit Alkalicarbonat. Einen Uebergang zwischen zwei- und dreiwertigem Mangan bildet das Oxyd Mn 3 4 , Mangan(II)mangan(III)oxyd bezw. Manganoxyduloxyd genannt. Mineralisch findet es sich als tetragonal kristallisierter Hausmannit, kiinstlich entsteht es allgemein beim heftigen Vergliiheu von MnO, Mn0 2 oder Mn 2 3 bis zur WeiBglut. Es bildet ein zimmtbraunes bis braunschwarzes Pulver. Mit heiBer Salzsaure oder konzentrierter Schwefelsaure bilden sich unter Chlor- bezw. ' Sauerstoffentwicklung die entsprechenden Mangan(II)salze. Mit verdiinnter Schwefel- siiure oder Salpetersaure gehen 2 / 3 des Man- gangehalts als Mangan(II)salz in Losung, wahrend Y 3 als Mangandioxydhydrat (man- ganige Saure) zuriickbleibt. Hieraus kann man den SchluB ziehen, daB das Mn 3 4 als Derivat der orthomanganigen Saure Mn(OH) 4 aufzufassen ist. Manganoxyduloxyd besitzt >Mn demnach die Konstitution: Mn 0> Mn 8c) Verbindungen des dreiwertigen Mangans. Manganiverbindungen. Die Mangani-, Mangan(III) -Verbindungen sind von weit untergeordnetererBedeutung als die des zweiwertigen Metalls. Das dieser Reihe zugrunde liegende Oxyd, Mn 2 3 , in der Natur als tetragonaler Braunit vorkommend, bildet sich beim Erhitzen von kunstb'chem MnO 2 in trockenem Wasserstoff bei 183. Auch MnO, Mn 3 4 und Manganoxalat gehen durch Gliihen in einer Sauerstoffatmosphare in Mn 2 3 uber. An der Luft wandelt es sich bei 940 unter Sauerstoffentwickelung in Mn 3 4 um. In konzentrierter Schwefel- saure oder in Salzsaure erhitzt bildet Mn 2 3 unter Sauerstoff- resp. Chlorent- wickelung die entsprechenden Mangan(II)- salze. In verdiinnter Schwefel- oder Sal- petersaure lost sich nur die eine Halfte des Mangans auf, wahrend die andere Halfte /OH als braunes Mangandioxydhydrat Mn(=0 zuriickbleibt. Man kann daher das Mn a 3 als Mangan(II)salz der metainanganigen Saure auffassen. Andererseits betatigt sich das Mn 2 3 auch als Basisanhydrid, es geht namlich mit kalter konzentrierter Schwefelsaure vorsichtig verrieben in tief dunkelgrunes, sehr hygroskopisches Man- gan(III)sulfat Mn 2 (S0 4 ) 3 liber. In Be- riihrung mit Wasser zerfallt es entsprechend der geringen'Elektroaffinitat des Mn---Ions sofort hydrolytisch in Schwefelsaure und MnO-haltige manganige Saure. Von Interesse sincl auch die Alaune, die das Mangan(III)- sulfat zu bilden vermag, und die isomorph mit denen des Chroms, Aluminiums und Eisens kristallisieren. In dieser Isomorphie tritt die Dreiwertigkeit des Mangans klar zutage. Beschrieben sind der dunkelrote Ammoniummanganalaun und die korallenroten Kali urn-, Caesium- und Ru- bidiummanganalaune. Sie alle werden am bequemsten aus dem verhaltnismaBig leicht zuganglichen Mangan(III)acetat durch Umsatz mit den entsprechenden Alkali- sulfaten in schwefelsaurer Losung dargestellt und in der Kalte zur Kristallisation gebracht. Auch ihnen haftet in Beruhrung mit Wasser die groBe Unbestandigkeit an, die allgemein an das Auftreten von Mn" '-Ion geknlipft ist. 40 Fl IK ir ( Siangan) Von den Halogeniden des dreiwertigen Mangans sind das Manganifluorid [Mangan- (IIDiluorid], MnF 3 , und Derivate des Man- ganichlorids [Mangan(III)chlorid], MnCl 3 , beschrieben worden. Ersteres bildet sich aus Mangan(II)jodid und Fluor und ist als weinfarbenes Salz beschrieben worden, das beim Erhitzen in MnF 2 und F dissoziert. Mangan(III)chlorid konnte dagegen, offen- bar infolge seines hohen Dissoziationsdruckes, nicht isoliert werden, man kann es jedoch wo hi mit Bestimmtheit in den braungefarbten kalten salzsauren Losungen der hoheren Manganoxyde annehmen. Durch Zusatz von NH 4 C1 zu diesen Losungen ist es ge- lungen, ein Doppelsalz des Ammonium- mangan(III)chlorids von der Zusammen- setzung MnCl 3 , 2NH 4 C1, H 2 zu isolieren. Auch Phosphate des dreiwertigen Man- gans wurden dargestellt. 8d) Verbindungen des vierwertigen Mangans. In die Gruppe der Verbindungen des Vierwertigen Mangans gehbrt das Mangandioxyd, Mangan (IV) o x y d , Mn0 2 , das mineralisch als rhombischer Pyrofusit, Braunstein, vorkommt. Kiinst- lich laBt es sich auf verschiedene Weise wasserfrei darstellen. Entw r eder durch vor- sichtiges Erhitzen von Mangannitrat auf ca. 500 oder durch Zusatz von festem Kaliiunchlorat zur Lbsung eines Mangansalzes in konzentriertester Salpetersaure. Mn0 2 bildet ein schwarzes. Kristallpulver, das schon beim schwachen Gliihen einen Teil seines Sauerstoffs verliert und in Mn 2 3 iibergeht; bei starkem Gliihen bildet sich unter weiterem Sauerstoffverlust Mn 3 4 . Beim Erhitzen mit konzentrierter H 2 S0 4 auf zirka 110 entwickelt sich zunachst V, des im Mn0 2 enthaltenden Sauerstoffs unter Bildung von Mn 2 (SO,) 3 , das beim weiteren Erhitzen unter Sauerstofiabspaltung in Man- gan(II)sulfat iibergeht. Von Salpeter- saure oder verdiinnter Schwefelsaure wird Mangandioxyd kauin angegriffen. Bei Gegenwart organischer Substanzen, wie Zucker oder Oxalsaure, welche das zweite Siiuerstoffatom aufnehmen, erfolgt jedoch iinmittelbar Lbsung. Salzsaure lost in der Kalte Mn0 2 zu einer dunkelbraunen Lbsung, die MnCL, und vielleicht auch Mangantetra- chlorid, Mangan(IV)chlorid, MnCl 4 , enthalt. In der Warme entwickelt sich Chlor. MnCl 4 konnte ebenso wie MnCl.j bisher noch nicht isoliert werden. wohl aber die Doppelverbin- duiig MnCl^KCl, die ein fast schwarzes kristallinischcs Pulver vorstellt und in feuch- ter Luft Chlor abspaltet. Auch eine ent- -.prcclicnde Fliiorverbindiing ist bekannt. \Y;i.lirend sich Mn0 2 bei dicscn Reaktionen wie ein Basisanhydrid vet-halt, kannesandrer- seits auch als Saureanhydrid fungieren. Die ihm zugrunde liegende Saure ist die /OH manganige Saure, Mn^O oder Mn< \OH das wasserhaltige Mangandioxyd. Es bildet sich allgemein beim Zersetzen von Mn 2 3 und Mn 3 4 mit verdiinnter Schwefelsaure oder Salpetersaure (siehe die betreffenden Oxyde), ferner durch anodische Oxydation bei der Elektrolyse von Mangannitrat und bei der Falluug von Mangan(II)salzen durch Brom oder Wasserstoffsuperoxyd in schwach ammoniakalischer Losung. Von den Salzen der manganigen Saure ware auBer den Mangan(II)manganiten, Mn 2 3 und Mn G 4 , das C a 1 c i u m b i m a n g a n i t zu er- wahnen, welches den wesentlichen Be- standteil des Weldonschlamms ausmacht (siehe oben den Artikel ,, Chlor"). Seine OH X ,OH Konstitution ist ^C Ca C Es stellt also ein saures Salz der metamanga- nigen Saure vor. Die chemischen Eigenschaften des Man- gandioxydhydrates entsprechen im iibrigen denen d'es wasserfreien Oxyds. Es spaltet leicht Sauerstoff ab und oxydiert Salzsaure zu Chlor. Ueber die technische Bedeutung des MnO, bei der Chlordarstellung siehe den Artikel Chlor' 1 . 8e) Verbindungen des sechswerti- gen Mangans. In diese Reihe wiirde das Oxyd MnOo, Mangan(VI)oxyd, gehbren. Es konnte jedoch bisher noch nicht dar- gestellt werden. Auch die freie Mangan- 0^ /OH saure $:MiK wurde in reinem Zu- 0^ X OH stande nicht erhalten, da sie beim Ansauern ihrer Salze schnell in Permangansaure und manganige Saure zerfallt: /OH ^OH Dieser Vorgang vollzieht sich so leicht, daB eine grime Manganatlbsung bereits durch die Kohlensaure der Luft in dieser Weise zersetzt wird. Bestandiger als die Saure sind die Salze, deren Lbsung wie die der Saure infolge des ihnen zugrunde liegenden Mn0 4 " Anions griin gefarbt sind. Sie entstehen leicht beim Gliihen von Mangan, Manganoxyd oder Sulfid mit Alkali bei Gegenwart von Sauerstoff oder salpetersauren bezw. chlor- sauren Salzen und kristallisieren aus einer alkalischen wasserigen Lbsung isomorph mit den rhombischen Sulfaten, Sele- naten und Chromaten. Die Salze sind meist von diinkclblaugriiner Farbe. In wasseriger Lbsung halten sie sich wegen der Zersetzlichkeit der freien Saure nur in al- kalischer Lbsung. Dargestellt wurden Man- (Mai i.n'; m) 41 ganate des Cs, Rb, K, Na, Li, Tl, Ag, B;i, Sr und Ca. Alle Manganate sind starke Oxy- dationsmittel. Leitet man Chlor in Kalium- manganat, so verwandelt es sich nach der Gleichung: K 2 Mn0 4 + Cl - KCl+KMnO.j in Kaliumpermanganat, das Mangan geht von dem sechswertigen in den siebenwertigen Zustand Tiber. 8f) Verbindungen des siebenwer- tigen Mangans. Die dem Kaliumperman- ganat zugrunde liegende Saure konnte, obgleich sie viel bestandiger als die Mangan- saure ist, in freiem Zustande nicht dargestellt werden. Isoliert wurde dagegen ihr An- hydrid, das Manganheptoxyd. Mangan (Vll)oxyd, Manganhept- oxyd, Mn 2 7 . Es entsteht leicht, wenn man in 25 bis 50 ccm konzentrierte H 2 S0 4 25 bis 50 g gepulvertes reines Kaliumperman- ganat eintragt. Nach einiger Zeit scheidet sich beim Stehenlassen, zweckmaBig im Exsikkator, dasAnhydrid als dickes, griinlich- schwarzes, nach Ozon riechendes Oel ab. Dasselbe ist stark hygroskopisch und auBerst zersetzlich. Als Zersetzungsprodukte treten Sauerstoff und Manganoxyde auf. Redu- zierenden Stoffen gegeniiber besitzt Mn 2 7 ein enormes Oxydationsvermogen. Schwefel, Phosphor, Schwefelkohlenstoff, Alkohol, Aether, Zucker, Cellulose (Papier), Fett usw. werden auBerst heftig, haufig sogar explo- sionsartig, zersetzt, Durch vorsichtiges Ein- tragen in Wasser erhalt man eine wasserige Losung von Uebermangansaure. Permangansaure, Uebermangan- saure HMn0 4 . Man kann die Uebermangan- saure auch durch Umsetzung von Barmm- permanganat mit der berechneten Menge Schwefelsaure erhalten. Diese Losungen be- sitzen prachtige Farbungen, herruhrend von dem Anion Mn0 4 '. Bei auffallendem Licht sind sie dunkelkarminrot, bei durchfallendem dunkelviolett, bei groBerer Verdunnung werden sie rotlichblau und schlieBlich karminrot. Die Permangansaure ist eine starke Saure. Einblick in ihre Dissoziations- verhaltnisse gebeii die folgenden mole- kularen Leitfahigkeitswerte: v 16 32 64 128 256 512 1024 /u 352.3 361.3 371.6 375 374.7 376.6 377.3 Auch der wasserigen Losung ist ein auBerst starkes Oxydationsvermogen eigen. Je nachdem, ob die Oxydation in saurer oder alkalischer Losung vor sich geht, bildet sich MnO oder Mn0 2 nach dem Schema : 2KMn0 4 =K 2 0+2MnO+50 (saner) 2KMn0 4 =K 2 0+2Mn0 2 +30 (alkalisch). Man sieht, daB die Ausnutzung des ak- tiven Sauerstoffs in saurer Losung vorteil- hafter ist als in alkalischer, da das sieben- wertige Mangan bis zitm zweiwertigen re- duziert wird. Da diese Reaktionen sich in vielen Fallen quantitativ vollziehen, spielt die Permangansaure, in Form ihres Kali- salzes, des Kaliumpermanganats, bei der MaBanlayse eine hervorragende Rolle. Wichtige analytisch ausnutzbare Oxyda- tionen sind unter anderem die Oxydationen von Ferrosalz zu Ferrisalz (Bestimmung von Fe), die Oxydation von Oxalsaure zu Kohlen- saure, die Gehaltsbestimmung des Wasser- stpffsuperoxyds bezw. der echten Persanren, wie Perkohlensaure oder Perborsaure ns\v., t'erner die Oxydation der salpetrigen Saure zu Salpetersaure (Bestimmung der nitroscn Schwefelsaure). Ueber die Darstellung besonders reinen Chlois aus Permanganat und Salzsaure siehe den Artikel Chlor". Die wasserige Losung der Permangan- saure, zersetzt sich besonders, wenn sie konzentriert ist, allmahlich unter Abgabe von Sauerstoff und Ausfallnng niederer Oxyde. Gegenwart von Schwefelsaure (H--Ionen) macht die Losung bestandiger, vermag jedoch nur die Zersetzungsgeschwin- digkeit zu verringern, vollig haltbar sind auch solche Losungen nicht. Fein verteiltes Platin katalysiert den Zerfall stark positiv. Die Salze der Permangansaure sind die den rhombischen Perchloraten isomorphen Permanganate, von denen die Cs, Rb, Li, K, NH 4 , Ag und Ba-Salze gut kristallisieren wahrend sich das Natriumsalz, NaMn0 4 . 3H 2 0, an feuchter Luft nicht halt. Die Salze der Uebermangansaure mit Cs, Rb, K, NH 4 u nd Ag kristallisieren wasserfrei. Die weitaus gro'Bte Bedeutung besitzt das Kaliumsalz. Kaliumpermanganat, iiberman- gansaures Kali, KMnOj, kristallisiert in schonen dunkelpurpurfarbenen griinlich schimmernden Prismen. In Wasser ist es leicht loslich. Bei 25 losen sich 7,53 Teile KMn0 4 in 100 Teilen H 2 0. Diese Losungen sind praktisch vollkommen bestandig, so- bald man dafiir Sorge tragt, daB sie nicht mit reduzierenden Substanzen in Beruhrung kommen. Auch gegen Licht sind sie relativ unempfindlich. Die Darstellung des Kaliumperman- ganats erfolgt heute fast ausschlieBlich auf elektrolytischem Wege. Von dem friiheren Verfahren, dem Einleiten von Kohlensaure in Manganatlosungen, ist man abgegangen, weil hierbei einmal l / 3 des Mangans als Braunstein abgeschieden wird, und ferner 2 /s des Alkalis durch Uebergang in Alkalicarbonat verloren gehen entsprechend dem Vorgang: MnO 4- 2CO - / 2KMn0 4 + MnO, U 4 - 2 - < Beim elektrolytischen Verfahren bringt man die alkalische Manganatschmelze in den Anodenraum, der durch ein Zement- 42 (Mangan) - - Fliicldger diaphragnia vom Kathodenraum getrennt gabe von frischem Manganat kann das in ist. Bei maBiger Stromdichte vollzieht ; Alkali schwer losliche Permanganat direkt sich der Vorgang kristallisiert erhalten werden. + H 2 .- > 2Mn0 4 ' + 20H' 9. Thermochemie. Die Bildungswarmen bei gewohnlicher Temperatur fast quanti- der wichtigsten Manganverbindungen tativ. Badspannung 4 Volt. Durch Zu- j Gramm-Molekul in kg-cal betragen : pro Mn + Mn + Mn + 3Mn + Mn + Mn Mn + Mn + Mn + Mn + Mn + MnO + Mn + Mn + 3Mn - K + xH 2 + Aq. 2F 2C1 2C1 + 4H 2 2Br + Aq. 2J - Aq. S0 2 +20 C +30 C0 2 20" 20 40 Mn + H 2 + 40 = MnO = Mn(OH) 2 = MnS+xH 2 = Mn 3 C = MnF 2 .aq. -- MnCl 2 :MnCl 2 .4H 2 = MnBr 2 .aq. = MnJ 2 .aq. = MnS0 4 = MnC0 3 = MnC0 8 = MnO, = H,Mn0 8 = Mn 3 4 ^ = KMn0 4 kg-cal 90.8 94.77 44.39 9.9 156.8 111.99 126.46 107.0 76.2 178.79 210.84 27.6 126.0 116.33 324.9 194.82 10. Spektralchemie. Maugan(II)chlorid- losung liefert mit Hilfe des elektrischen Funkens imFulgurator ein charakteristisches Spektrum mit den folgenden wichtigen Linien: orangegelb 601.7; grim 542.0, 541.3, 537.7, 534.1; vier blaue intensive besonders auffallige Linien [482.4, 478.4, 476.6,475.4]: schlieBlich eine indigoblaue Linie 446.2. Das Bandenspektrum des Manganoxyds spielt beim BessemerprozeB zur Bestimmung des Entkohlungspunktes eine wichtige Rolle. Wahrend die schwach rosaroten Lo'sungen der Mn-Salze kein verwendbares Absorp- tionsspektrum liefern, ergeben verdunnte Kaliumpermanganatlb'snngen ein auBerst charakteristisches Spektrum. Es besteht aus 8 Absorptionsstreifen, 571.0, 547.3 (Hauptstreifen), 525.6, 505.4, 487.0, 470.7, 454.4, 439.5. Noch bei einer Verdiinnung von 1 : 20 000 sind die ersten 5 Streifen deutlich zu beobachten. 11. Kolloidchemie. Kolloidales Metall laBt sich wegen des hohen Losungsdruckes des Mangans nicht darstellen. Wohl aber lasscn sich Kolloidlosungen von Mangan- (ixyden bereiten. Versetzt man protalbin- oder lysalbinsaures Natrium mit einer Losung von Mangan(II)salz and lost den entstan- denen Niederschlag in iiberschiissigem NaOH, so erhalt man nach dcniDialysieren undEin- dampfen ein i'estes wasserlosliches hydra- tisches MnO-Gel. Anch Mn0 2 geht leicht in die kolloidale Form fiber, wenn man es z. B. aus Mangan- (Il)hydrat und unterchloriger Saure bereitet und gut auswascht. Man erhalt tiefbraune Lo'sungen von Mangandioxydhydrat. Literatur. Gmelin - Kraut , Handbuch der anorganischen Chemie, Bd. Ill, Abt. 2, Heidel- berg 1908. F. Sonimer. Fluormineralien siehe den Artikel ,,Mineralien, tisch-wichtige Mineralien". Op- Fllickiger Friedrich August. am 15. Mai 1828 in Langenthal bei Bern. Er horte, obwohl fiir den Kanfmaimsstand bestimmt, von 1845 ab in Berlin Chemie und war dann von 1847 bis 1849 in einer Apotheke in Solothurn beschiiftigt. Darauf studierte er zniiiichst voriibergehend in Bern undGenf und da- nachin Heidelberg Chemie, wo er 1852 promo vierte. Xach einjahrigem Anfenthalt in Paris war er zuncichst als Apotheker tiitig, habilitierte sich im Jahre 1861 fiir Pharmakognosie in Bern Tind ^vurde 1870 daselbst auBerordentlicher Professor. 1873 siedelte er nach StraBburg als Ordinarius fiir Pharmakognosie und Pharmacie iiber. Im Jahre 1892 gab er diese Stellung auf und kehrte nach Bern zuriick, wo er am 11. Dezember 1894 starb. Seine wissenschaftlichen Arbeiten behandeln Kliicki-er - - Fliisse 43 eine groBe Zahl chemischcr und z. T. auch bota- nischer Einzelfragen. Bei weitem am meistcn verdankt ihm die Pharmakognosie, die er nicht nur von der chemischen, sondern auch von der botanischen Seite mehr als einer seiner Vorgjinger forderte und zu einem selbstandigen Forschungs- gebiete zn entwickeln bestrebt war. In weiteste Kreise, auch des Auslandes, drang seine ,, Phar- makognosie des Pflanzenreichs" (Berlin 1867, 2. Aufl. 1883, 3. Aufl. 1891) und die ,,Grund- lagen der pharmazeutischen Warenkunde, Ein- leitung in das Studium der Pharmakognosie" (Berlin 1873). Seine pharmazeutisch- chemischen Arbeiten behandelten hauptsachlich die athe- rischen Oele, die Harze und Balsame, die Alka- loide und verwandte Kiirper; andere Arbeiten sind den Chinarinden, der Geschichte der Drogen usw. gewidniet. Literatnr. A. Tsch irch , F. A. Fliickiger mit Bildnis, Berlin 1895 (auch in den ,,Bcrichten der pharmazeutischen Gescllschaft" V, ItiH/i, S. 3 Ms 46 ; dort auch ein ausfiihrliches Literal nrri /- seichnis). W. Buhland. Fliisse. 1. Entstehung von Fliissen; das Stromgebiet. 2. Der Wasserhaushalt der Fliisse. 3. Das FluB- wasser, Temperatur, Farbe, Gehalt an gelosten Stoffen. 4. Die Bewegung des Wassers in Fliissen. 5. Die Arbeit des file fiend en Wassers. 6. Dei- Transport der Sinkstoft'e. 7. Die Erosion des flieBenden Wassers. 8. Die Ablagerung. 9. Das i Erosionstal, das Langsprofil. 10. Storungen des normalen Gefalls. 11. Hiingende Taler. 12. Das I Querprofil. 13. Verschiebungen des Flufilaufes. 14. FluBschlingen oder Maander. 15. Terrassen. 16. Veranderungen des FluBlaufes und der Flufisysteme, Verlegung der Wasserscheide. 17. Die Systematik der Taler. 18. Der geographi- sche Zyklus und das MaB der Destruktion. 19. FluBmiindungen und Deltas. i. Entstehung von Fliissen; das Strom- gebiet. Wasser gelangt durch drei Vorgange auf die Erdoberflache, durch Niederschlage, Schmelzen von Eis und Schnee und durch Quellen. Davon kommt nur ein Teil zum AbfluB, ein zweiter verdunstet und der diitte j versickert in den Bod en. Das oberflachlich j abrinnende Wasser flieBt dem Gesetz der Sch were folgend vom hoheren nach dem niederen Ort und zwar auf einer geneigten Flache aus gleichfb'rmigein Material in dicht beieinander liegenden parallelen Kinnen. Jede Abweichung von der GleichmaBigkeit des Boclens veranlaBt eine Ablenkung und dadurch ein ZusammenflieBen einzelner Adern zu grb'Beren Rinnsalen. Durch eine trichter- formige oder amphitheatralische Flache wird dies unterstiitzt, da hier von vornherein ein Zusammenlaufen nach einem Punkt oder einer Mittellinie stattfinden mu!3. In der- selben Weise treten Rinnsale zu Bachen, Bache zu Fliisseu und diese zu Stromen zusaminen ; sic alle stellen ein sich nach oben verzweigendes System von Wasseradern dar. Jeder Wasserlauf hat einen Ursprung und Jein Ende. das als ]\1 Tin dung bezeichnet wird, wenn er sich mit einem anderen Wasser- lauf oder einem stehenden Gewasser ver- einigt, als Stromende, wenn der Lauf durch Versickern oder Verdunsten endet. Zwischen Ursprung und Ende spannt sich der Wasser- lauf an seiner Oberflache in einer stetig absteigenden Kurve aus. Diese Strecke wird nie auf dem kiirzesten Weg zuriick- gelegt ; das Verhaltnis der Lange zur kiirzesten Entfermmg ist die Stromentwickelung. Das Gebiet, aus dem ein Wasserlauf sein Wasser bezieht ist sein Einzugs- oder Stromgebiet, auch Stromsystem, das von einer Wasserscheide umgrenzt wird und eine gleichsinuige Abdachung haben muB. Mehrere Stromgebiete vereinigen sich zu Abdachungsgebieten einzelner Meere oder abfluBloser Becken, sie werden durch Haupt- wasserscheiden getrennt. Die GroBe der Stromgebiete, die nicht mit der Lange eines Strom.es zusammenfallt, ist abhangig von der Form der Abdachungen und der Menge der Niederschlage. In der Tabelle sind die gro'Bten Strom- gebiete der Erde mit der Lange des Haupt- flusses angegeben. Mllionen km 2 km Amazonas (mit Tocantins) ... 7,0 5500 Kongo 3,7 4200 Mississippi 3,25 6530 La Plata (mit Uruguay) .... 3,1 4700 Ob 2,95 5 200 Nil 2,9 5590 Jenissei 2,6 5200 Lena 2,4 4600 Niger 2,1 4160 Amur 2,0 4480 Jang-tsze-Mang 1,8 5100 Ganges-Brahmaputra 1,7 3000 Im Vergleich dazu: Rhein 0,224 1320 Elbe , I 44 HI2 Rhone 0,099 759 Po 0,069 680 Themse 0,013 45 In jedem Stromsysteme unterscheidet man einen HauptfluB, der aus Quelliliissen zusammentritt, und seine Seiten- oder Nebenfliisse. Der Sprachgebrauch hatofter einen anderen FluB als HauptfluB bezeichnet, als den, der es nach den morphologischen Bedingungen seiii miiBte. Der Form nach sind die FluBsysteme meist mehr oder minder birnenformig gestaltet, so daB die Breite gegen die Miindung bin geringer wird. Je nachdem die Nebenfliisse von den beiden Seiten in gleicher Ausbildung oder aber von einer in starkerem MaBe kommen, spricht man von einem symmetrischen (Po) oder 44 Fit is-'- einseitigem. Ban (Tigris). Abdachungsfliisse sind solche, die auf einseitig geneigten Land- abdachungen parallel oder strahlig angeordnet flieBen, und ihre Nebenfliisse meist unter spitzen Winkel aufnehmen (Fliisse von Nordschweden). UnregelmaBiger gestaltet sind Gehangeflusse. Durch Bodengestalt und inneren Ban bedingt miinden hier die Nebenfliisse niehr in senkrechter Richtung i\'ar bei Nizza). Saumfliisse flieBen am unteren Ende einer x\bdachung oder eines Gehanges entlang. Ihr Stromsystera ist meistens einseitig (Ganges am Stidrand des Himalaya). In groBeren Mulden zwischen zwei gegen- einander geneigten Abdaclmngen mit meist syrnmetrischem Ban entwickeln sich Flach- niuldenfliisse (Amazonas). Je nach der Lage znr Hauptabdachung und zur Wasserscheide endlich spricht man von Langs- und Querfliissen. Eiu Langs- fluB ist der Mississippi, ein QuerfluB der Rhein. Die Dichte des FluBnetzes ist ab- hangig vom Niederschlag und vom Unter- grund. So hat nach Mayr der Bohmerwald auf der Siidwestseite eine Dichte von 1,15 km FluBlange auf den km 2 , auf der Nordseite nur 0,89, bei einem Niederschlag von 900 bis 1650 und von 650 bis 1550 mm. In regen- armen Gebieten kommen etwa vorhandene Fliisse aus anderen Klimaregionen (Nil von 18 N. B. bis 31 N. B.). Das durchlassige Elbsandsteingebiet hat 0,99 km auf den km 2 , das undurchlassige Lausitzer Granitgebiet 1,43. Eine unbestimmte Entwasserung mit dem Fehlen ausgepragter Wasserlaufe und von Wasserscheiden entsteht beim Fehlen von oberflachlichem Gefall (Nj em -Plateau in Siidkamerun). Eine vollstandige Ausnahme bilden Gebiete mit imsichtbarer oder unter- irdischer Entwasserung, wie sie am ausge- pragtesten in Kalksteingebieten vorkommt. Hier verschwinden die Wasserlaufe zum Teil nach kurzem Lauf von der Oberflache und treten an anderer Stelle wieder zu Tage. Ein Beispiel bieten die Karstgebiete von Istrien. Unterbrechungen der Umrahmung der Stromgebiete entstehen durch Wasser- teilung und FluBvermischiing. DieWasser- teilung tritt ein, \venn die Wasserscheide im Quellgebiet iiber ebenen Boden mit SiimplVn oder Seen himveggeht, und diese ihr Wasser nach zwei Abdaclmngen senclen. So geben die Eokitnosiimpfe ihr Wasser zur \Veichsel und zum Dnjepr, und ein See in iliT) m in Gudbrandsdalen in Norwegen an den Rauma- und den Laagen Elf. Treten dagegen zwei Fliisse wahrend ihres Laufes miteinander in Verbindung, so spricht man von KluBvermiscli u ng . Bifurkation oder Gal)elung. Der Orinoco z. B. sendet einen Arm zum liio Negro, also in das Amazonas- gebiet. Die Donau verliert unterlialb von Tuttlingen einen Teil ihres Wassers, der 15 km siidlich davon im Quelltopf der Aach (die zum Bodensee geht) wieder zutage tritt. Hanfig ist eine FluBvermischiing im Unter- lauf, besonders bei Deltabildungen. Es ist dann eine Trennung der einzelnen Gebiete nicht niehr mb'glich, und es entstehen FluB- paare, wie Ganges und Brahmaputra, Ama- zonas und Tocantins. 2. Der Wasserhaushalt der Fliisse. Das Wasser der Fliisse stammt aus Quellen, von Niederschlagen und der Eis- und Schnee- i schmelze. Im allgemeinen findet durch das Zusammentreten verschiedener Wasseradern | fluBabwarts eine Zunahme der Wassermenge | statt. Eine Ausnahme hiervon bilden nur niederschlagsarme, trockene Gebiete, in denen die Verdunstung groBer ist als die Zufuhr. , Als verstarkend treten auBerdem gerade in solchen Gegenden Bewasserungsanlagen hin- zu. Als Beispiel konnen dienen der Nil, die Wolga, der Amu- und Syr-darja, wie iiber- haupt alle Steppenfliisse. Aehnlich ist das Verhaltnis bei Fliissen mit sehr starker Versickerung in den umgebenden Boden, zum Beispiel beim Tagliamento. Die AbfluBmenge ist abhiingig vom j Niederschlag und 1 von der Verdunstung im zugsgebiet, oder gleich der Differenz von Niederschlag und Verdunstung. Das Ver- haltnis ist aber nicht konstant, da der Ab- fluB auch relativ, nicht nur absolut, mit der Niederschlagsmenge wachst. AuBerdem kommen noch eine gauze Reihe vou Faktoren hinzu, so daB eine allgemein giiltige nur anf den Niederschlag bezogene Formel kaum aufgestellt werden kann. So vermindert feuchte und kiihle Luft die Verdunstung und steigert damit den AbfluB ; im Gegensatz dazu verringert ihn warme und trockene Luft durch Verstarkung der Verdunstung. Da- neben kommen in Betracht Form und jahres- zeitliche Verteilung des Niederschlags. Fallt dieser in fester Form, im Winter oder in Gletschergebieten, so wird er fiir langere Zeit aufgestapelt und kommt dem AbfluB erst in der Schmelzperiode zugute. Es folgt schon daraus, daB durchaus nicht immer der in einem Jahr fallende Niederschlag auch in diesem zum AbfluB kommen muB. Ver- schiedenheiten ergeben sich auch aus den Abdachungsverhaltnissen des Einzugsge- bietes, mit zunehmender Steilheit wird der AbfluB beschleunigt. Aus durchlassigem Boden flieBt im allgemeinen niehr Wasser ab, weil es durch Versickerung der Verdunstung entzogen wird. Hingegen diirfte auf un- durchlassigem Boden der AbfluB schneller vor sich gehen, da natiirlich das Boden- wasser langsam flieBt. Wichtig ist endlich die Vegetationsdecke. Pflanzenarmer Boden beschleunigt das oberflachliche AbflieBen Fliisse 45 und verstarkt deshalb in der nieclerschlags- reichen Zeit die Wassermenge ; dagegen vermindert er den AbfluB in der trockenen Zeit oder hebt ihn ganz auf. Eine dichte Vegetationsdecke halt das Wasser zuriick und gibt es nur langsam ab. Sie dient also als eine Art Speicher, bei dein allerdings die Verdunstung dureh den Verbrauch der Pflanzen sehr groB ist. Entsprechend der jahrlichen Periode des Niederschlages und dein, Ineinandergreifen der genannten Faktoren haben die Fltisse eine jahrliche Periode der Wasser- f lib rung. Es lassen sich hierbei eine Anzahl von Typen aufstellen. In den Tropen iiberwiegt im allgemeinen der EinfluB des Niederschlages, die Hocli- wasserstande folgen dementsprechend den Regenzeiten. Die Schwankungen zwischen Hoch- und Niedrigwasser sind im einzelnen davon abhangig, ob eine ausgepragte Trocken- zeit vorhanden ist oder nicht. Fallt die Regenzeit, wie beim blauen Nil, mit der Schneeschmelze zusammen, so werden die Unterschiede gesteigert; sie vermindern sich, wenn, wie bei den Aequatorialstromen, dem Amazonas und Kongo, die Nebenfliisse aus Gegenden verschiedener Regenzeit komraen. Beim Ganges bewirkt dasselbe die Tatsache, daB er auch im Winter vom Himalaya durch den Antipassat Niederschlage erhalt. In den subtropischen Winterregen- gebieten mit ihren regenarmen Sommern haben die Fliisse ihr Hochwasser im Winter. Hier liegt auch die Gegend der starksten Schwankungen, weil im, Sommer mit der intensiven Erwarmung eine sehr groBe Ver- dunstung eintritt. Es fiihrt dies zur Er- scheinung der nur zeitweise flieBenden oder intermittierenden Fliisse (Fiumaren). Am ausgepragtesten macht sich dies bei ' den Waclis der nordhemispharischen Wiisten und den Rivieren von Sudafrika geltend. Es gibt hier Fliisse, die jahrelang gar kein oberflachlich abflieBendes Wasser fiihren, so kommt der Swakop in Deutsch-Sudwest- at'rika nur ungefahr alle sieben Jahre zum Meere ab. Eine Ausnahme machen in dieser Zone im allgemeinen nur die Fliisse, deren Quellfliisse aus hoheren Gebirgen kommen, wie der Guadalquivir und der Po. Mitt el- und Westeuropa ist charakte- risiert durch nicht allzu groBe Schwankungen und durch den starken EinfluB der Schnee- schmelze auf die Jahreskurve. Im Mittel- gebirge und im Flachland fallt das Hoch- wasser gewohnlich in den Friihling, in die Zeit des Schmelzens des Winterschnees, das Minimum des Wasserstandes wird am Ende des Sommers erreicht, wenn die Ver- dunstung, der Verbrauch durch die Vege- tation und die Aufnahmefahigkeit des Bodens am grb'Bten ist. Trotzdem sind die Nieder- schlagsmengen auch gerade in dieser Zeit am bedeutendsten. In den Alpen tritt das Maximum etwas spiilcr ein (April und Mai), entsprechend derverspatetenSchneeschmelze, und derselbc j 1 1 .. 1 11' TT 1 .. 1 j SJHJJLWIJ.J.J Vllt> J.H_>1 W llllii Jt4)^. ^^^i strich hoher, und die ganzen Verhaltnisse Q uerpro f iL Wahrend mit wachsendem Gefall drehen sich urn. Neben diesen regelmaBigen die Geschwindigkeit zunimmt, ergeben sich Bewegungen sind noch wirbelformige auf- beim Querprofil fo lgende Beziehungen. Je oder absteigende vorhanden, die sich in Wirbeltrichtern oder Aufwallungen bemerk- bar machen. In abwarts fortschreitender Form entstehen sie an der Grenze von Wasser- faden rnit verschiedener Geschwindigkeit oder verschiedener Richtung; an Uneben- heiten des FluBbettes dagegen sind sie stationar. Je nach ihrer Hohe und der Ge- schwindigkeit des Wassers werden diese ent- weder einfach umflossen oder sie erzeugen einen Aufstau des Wassers und eine Welle iiber sich. Ragen sie tiber den Wasserspiegel empor, so wird hinter und vor ihnen die Geschwindigkeit vermindert, an den Seiten gewohnlich unter Strudel- oder Wellenbildung vermehrt. Ebenso stauen seitlich vorsprin- gende Hindernisse das Wasser an, das dann am Ufer stromaufwarts zuriickflieBt. Die unterhalb desselben befindlichen Wasser- mengen werden vom Strom gleichsam mit | rungsflache zwischen Wasser und Bett ist, fortgesaugt, sodafi am Ufer ebenfalls eine ! desto groBer muB auch die Reibung sein. Handworterbuch der Naturwissenschaften. Band IV. Fig. 4. Abhangigkeit der Geschwindigkeit vom Querschnitt. groBer der sogenannte benetzte Umfang des Querschnittes, das heiBt je groBer die Beriih- 50 Fliisse Sie wird also bei schmalen, aber tiefen Fliissen geringer sein als bei breiten und flachen. Neben der Form 1st naturlieh auch die GroBe des Querschnittes von Bedeutung. Mit der GroBe des Querschnittes wachst der benetzteUmfang, aber nur in arithmetrischer Progression, wahrend die Flache in geome- trischer wachst. Es ist dann also der nnter Reibung stehende Teil des Querprofils kleiner als beim kleineren Querprofil. Bei ahnlicher Form mnB demnach im groBeren Querschnitt die Geschwindigkeit groBer sein als im kleinen (Fig. 4). Da nun weiter die QuerschnittsgroBe abhangig ist von der Wassermenge, so folgt daraus, daB die Geschwindigkeit urn so groBer ist, je bedeutender die Wassermenge ist. Aus der gegenseitigen Beeinflussung der in Betracht kommenden Faktoren ergibt sich etwa folgendes Bild. Im Oberlauf uberwiegt bei groBem Gefall und kleiner Wassermenge der Gefallsfaktor, die Geschwindigkeit ist also hier am groBten. Analoges tritt im Unterlauf ein, bei dem kleinsten Gefall und der groBten Wassermenge, so daB die Geschwindigkeit hier am geringsten ist. Im einzelnen treten natiirlich starke Abweichungen auf. Der Rhein hat bei Mannheim mit kleinem Gefall eine Ge- schwindigkeit von 1,5 m, im Bingerloch, wo jenes wachst, 3,4 m, und bei Koblenz wieder 1,9 m. Der EinfluB der Wassermenge macht sich bei Hochwasser geltend. So betragt die Geschwindigkeit im Rhein bei StraBburg bei Niedrigwasser 1,50 m, bei Mittelwasser 2,15 m, bei Hochwasser 2,85 m. 5. Die Arbeit des fliefienden Wassers. Wie jeder in Bewegung befindliche Korper besitzt auch das Wasser lebendige Kraft und ist imstande Arbeit zu leisten. Da die Kraft gleich ist dem halben Produkt aus der Masse und dem Quadrat der Geschwindigkeit, so folgt, wenn man f in- die Geschwindigkeit den Wert von |/2.g.'h einsetzt, K -M.h.g. Es wird also die Arbeitsleistung be- stimmt durch Wassermenge und Fallhohe. Die Arbeitskraft wird aufgewendet zum Transport von losem Material, zum Angriff des FluBbettes durch die Erosion nach der Tiet'e und nach der Breite, und zum Aufbau neuer Teile aus dem transportierten Material, zur Ablagerung. Das flieBende Wasser ist also in dieser Hinsieht den anderen Kraften, dem flieBen- den Eis, der flieBenden Luft und der Bran- dling vollkommen gleich. Das Verhaltnis der drei Arbeitsweisen kann nun das folgende sein: Die Last des zu transportierenden Ma- terials ist kleiner als die Wasserkraft, dann wird alles transportiert und es bleibt ein KraftiiberschuB fur die Erosion. Die Last ist gleich der Wasserkraft, dann wird nur transportiert. Die Last ist groBer als die Wasserkraft, dann wird nur ein Teil transportiert und der Rest abgelagert. Aus den friiher behandelten Verhaltnissen der Wassermenge und Geschwindigkeit folgt, daB im allgemeinen im Oberlauf die Erosion, im Unterlauf die Anhaufung uberwiegt, daB dagegen im Mittellauf beide gleich stark sind. Jede Veriinderung der Geschwindig- keit und der Wassermenge ruft natiirlich Veranderungen dieses Schemas hervor. 6. Der Transport der Sinkstoffe. Die sogenannten Sinkstoffe eines Flusses be- stehen aus dem Zerstorungsmaterial der in der Umgebung anstehenden Gesteine, die in grober Form als Geschiebe oder Gerolle, in feinerer als Kies und Sand, und in feinster Form als Schlamm auftreten. Mit ihnen ver- einigen sich die schon besprochenen ge- Ib'sten Bestandteile. Die groberen Teile Gerolle und ein Teil des Sandes - - werden auf dem Boden des Flusses, die feineren - - der andere Teil des Sandes und der Schlamm - - schwebend im Wasser weiter befordert. Das mitgefuhrte feste Material kann aus f folgenden Quellen stammen. 1. aus dem FluBbett selbst; 2. aus Material, das durch die Zerstorung der Uferwande entsteht, und unmittelbar in den FluB fallt; 3. aus Triimmermassen, die awBerhalb des Flusses entstanden sind und ihm durch Rinnsale, Wildbache, Lawinen, Gletscher und durch das Gekriech zugefiihrt werden; 4. aus feinen vom Wind transportierten und in den FluB gewehten Bestandteilen. Die ersten drei Quellen liefern Material jeglicher GroBe, die vierte natiirlich nur feinen Sand und Staub. Im FluB selbst tritt eine weitere Um- wandlung des Materials ein, das Geroll wird abgenutzt und unter Umstanden gelo'st, so daB im Lauf der Zeit Sand und Schlamm aus ihm entsteht. Wahrend die Gerolle natiirlich alien Gesteinen entstammen konnen, besteht der Sand fast immer nur aus Quarz, I da fast alle anderen Mineralien vorher zer- stort oder gelost werden. Im Schlamm iiber- wiegen tonige Bestandteile. Die Bewegung der Gerolle erfolgt durch die StoBkraft des Wassers bei frei liegenden Gerollen im allgemeinen in einer rollenden Bewegung. Die GroBe und das Gewicht der gerade noch transportierten Gerolle wird bedingt durch die Geschwindigkeit des Wassers an der betreffenden Stelle. Es hat sich dabei gezeigt, daB im allgemeinen eine geringere Geschwindigkeit notwendig ist, Fliisse 51 um Gerolle, die schou in Bewegung sind, Wassers wird dercn Oberflache gewohnlich weiter zu verfrachten, als um diese iiberhaupt in Rippelmarken oder Wellenfurchen gelegt. in Bewegung zu versetzen. Das Wandern des Gcrblls und Sandes Es kann eutweder das gesamte Geschiebe hangt in seinem AusmaB von der Wasser- der FluBsohle in Bewegung versetzt werden, menge ab, bei Hochwasser wird rnehr und wie es in Gebirgsfliissen und bei Hochwasser rascher transportiert als bei Niedrigwasser. der Fall ist, so daB also eine Art von Geroll- ; Nimmt die Wassermenge ab, so wird zuerst stroni entsteht, oder aber der Transport das grobe Geroll abgesetzt, und so weiter mit erfolgt stoB- oder ruckweise in der Form abnehmender GroBe bis zum Sand. Eine von Kies- oder Sandbanken. Diese haben neue Steigerung der Transportkraft kann gewohnlich eine langliche, zumTeil dreieckige dann dariiber wieder grobe Gerolle ablagern, Gestalt, wechseln zu beiden Seiten des so daB eine Lage von Geroll und Sandschichten Stromstriches ab (Fig. 5), und fallen stromauf- von wechselnder KorngrbBe iibereinander warts sanfter ab als stromabwarts. Der Strom- zu liegen kommen. Die einzelnen Lagen sind strich wird durch sie an das entgegen- mit unvollkommenerSchichtung etwasstrom- gesetzte Ufer gedrangt, so daB hier gewohnlich abwartsgeneigt. Man pflegt diese demflieBen- den Wasser eigentiimliche Art des - -yj= -~- ^_^^ - ., ^=^=r~^^ ^--^ Absatzes als UeberguBschichtung .^^ssnsj^.^.^. zu bezeichnen (Fig. 7). Bei ge- wbhnlichenFliissen wird der Trans- port des Gerblls hauptsachlich durch die Hochwasser besorgt, in periodisch flieBenden ausschlieB- lich durch diese. Es werden dann aber gewohnlich sehr groBe Men- gen auf einmal befbrdert, wie zum Beispiel beim sogenannten ,,Ab- kommen" der siidwestafrikanischen Fliisse. Bei der Wanderung niitzt sich das Geroll nach und nach ab, so daB, wenn nicht eine Fig. 5. Sandbanke. Aus v. NeumayY, Anleitung zu wissenschaftlichen Beobachtungen auf Reisen. tiei'ere Stellen entstehen, wahrend die Banke durch eine Art Schwelle miteinander ver- bunden sind. Eine Ausnahme hier von bilden verwilderte Stromstrecken (Fig. 6), hier sind die Banke unregelmaBig angeordnet, so daB der Strom in einzelne Anne zerlegt wird. Das Geroll wird am oberen Ende der Banke er- griffen, iiber die Bank hinwegtransportiert und hanft sich dann am unteren Ende wieder an. So wandert langsam die gauze Reihe der Banke 1'luBabwarts, mit einer Geschwindigkeit, die naturlich langsamer ist Fig. 7. UeberguBschichtung. Aus Kayser, Lehrbuch der allgemeinen Geologie. neue Zufiihrung, etwa in Strecken von star- als die des Wassers, kerem Gefall, erfolgt, seine GroBe allmahlich aber im gleichen Sinn abiiehmenmuB.ini Rhein betragt bei Basel das mit dieser sichverandert. , Gewicht des groBten Gerb'lls 5,9 kg, bei Mann- Im mittleren Rhein wan- ' heim 0,1 kg, dann erscheinen wieder solche dern die Banke etwa ' von groBerem Gewicht, erst an der deutschen 200 bis 400 m im Jahr, Grenze ist wieder dasselbe MaB erreicht in der regulierten Donau wie bei Mannheim. Dabei konnte festgestellt 100 bis 150 m. ! werden, daB die Abiiutzuug bis zur Abrun- Wahrend der Sand in Flussenmit Gerollbankeu gewohnlich mit dem Wasser abwarts bewegt wird, bildet er in solchen, in denen Gerolle nicht mehr vorkommen, Banke von derselben Form und dung der Gerolle rascher als spater erfolgt. Ueber die GroBe der Geschiebemenge liegen einige Beobachtungen vor. So schaffte die ReuB jahrlich von 1851 bis 1879 bei einer Wassermenge von 750000000 cbm etwa 146000 cbm Geschiebe in den Vierwaldstatter See, der Rhein 47000 cbm, die Bregenzer Ache 87000 cbm Tolz). Art wie die Gerbllbanke. i in den Bodensee, und die Ache 3 3 cbm Unter dem EinfluB des dariiber hinflieBenden in den Chiemsee. Bei Flu'ssen der Gebirge sind diese Mengen geringer, 52 Fliisse fur den Rhein bei Germersheim werden 278000 cbm, fur die Donau bei Wien 465000 bis 894500 cbm im Jahre angenommen. Der Schlamm flieBt mit dem Wasser, das heiBt, er wird schwebend transportiert, sein allmahliches Sinken wird durch aufsteigende Strb'mungen in Wirbeln verhindert. Daraus folgt, daB um so mehr Schlamm und um so grbBere Bestandteile schwebend erhalten werden kb'nnen, je grbBer die Wirbel- bewegung ist, da6 also in rasch flieBenden Flussen und bei Hochwasser der starkste Transport auch hier stattfindet. Daneben macht sich hier der EinfluB der Zusammen- setzung des Wassers geltend, indem mit zunehmendem Gehalt an Salzen ein rascherer Niederschlag erfolgt. Die schwebenden Teil- chen sind nicht gleichmaBig im FluB verteilt, sie sind in der Nahe des Bodens am reich- lichsten vorhanden. So wurden im Mississippi bei Carrolton (bei New-Orleans) festgestellt an der Oberflacbe 558 g in 1 cbm, in mittlerer Tiefe 652, in der Nahe des Bodqns 677. Die Schlammfiihrung folgt im allgemeinen den Bewegungen des Wasserstandes, so ist sie in den Alpenflussen im Sommer sehr viel starker als im Winter. Sie unterliegt be- greiflicherweise auch starken zeitlichen Schwankungen. Die Menge des Schlammgehaltes in den einzelnen Flussen ist je nach ihrem Charakter, ihren Wasserstandsbewegungen, dem Einzugs- gebiet und auch nach ihren Vereisungs- verhaltnissen sehr verschieden. Im allge- meinen ist sie groBer als die Menge der transportierten Geschiebe, ubertrifft diese etwa um das 10 bis 15 f ache, und schwankt zwischen mehreren Hunderttausendsteln und einigen Tausendsteln des Wassergewichtes. Die Fliisse von Mitteleuropa sind ziem- lich schlammafm, sie haben gewb'hnlich weniger als 100 g in 1 cbm Elbe bei Geesthacht Maas bei Llittich Rhone bei Lyon etwa 32 g etwa 43 g etwa 75 g Viel grbBere Mengen erreichen die Alpen- fliisse: Durance etwa 1450 g Var (Franz. Alpen) etwa 3580 g Hohe Zahlen haben alle Fliisse in Ge- bieteu mit ausgesprochenen Regen- und Trockenzeiten: Irawadi 766 g Tiber 1189 g Amu-Darja 1500 g Ganges 1982 g Neben dem Wasserstand wirkt der Cha- rakter des Eiiizugsgebietes je nach der schwereren oder leichteren Verwitterbarkeit der Gesteine. So sind im allgemeinen die Strome der groBen Alluvialebenen selir reich an mitgefuhrtem Schlamm, z. B. der Indus und Ganges. Im Gebiet der Donau macht sich dies darin geltend, daB ihr Schlammgehalt an der Mundung im Verhaltnis groBer ist als bei Buda-Pest. Andere Fliisse dagegen sind an der Mundung armer als im Mittel- und Oberlauf. So bringt die Durance etwa 17,2 Millionen Tonnen in den Rhone, der an der Mundung nur 7,06 Millionen Tonnen aufweist. In Gebirgsgegenden werden bei starken Regengiissen mit nachfolgenden Hoch- wassern zuweilen ganz enorme Mengen be- fbrdert. So transportierte dieRienz bei Brun- eckim Pustertal vom 16. bis 19. September 1882 im Mittel 47,9 kg in 1 cbm, im Maximum 75,5, in den folgenden Tagen nur 6,6 kg. Dies fiihrt endlich zu den Muren, wo eine Art Schlammbrei herabflieBt, wie beim Wildbach von Sanieres. der bei einem Regen in 97920 cbm Wasser 30000 cbm Gesfein zu Tal geschafft hat. Das Transportvermbgen wird gesteigert durch Eis, besonders durch das Grundeis, dessen Schollen oft bis zu 1 / 15 des Volumens an festem Material enthalten. Dies macht sich besonders geltend bei einem Eisstau mit einem nachfolgenden Hochwasser. In ahnlicher Weise endlich wirken schwimmende Gras- und Holzmassen in den Flussen wald- reicher tropischer Gegenden. Es sei hier noch darauf hingewiesen, daB selbst langsam flieBende Strome in Tief- landern noch Material transportieren kbunen. Es liegt das daran. daB sie gewohnlich auch noch hier im Unterlauf Nebenfliisse aufnehmen. Es ist aber auch stets die Breite des Strombettes unterhalb des Zusammenflusses kleiner als die Summe der Breiten des Haupt- und Nebenflusses. Es muB sich infolge- dessen die vergroBerte Wassermenge rascher bewegen und kann wieder starker trans- portieren. 7. Die Erosion des flieBenden Wassers. Die Erosion des flieBenden Wassers, das heiBt seine zerstbrende Arbeit an seiner Urn- ralimung, einschlieBlich des Bodens, kann von zweierlei Art sein. Es konnen erstens schon gelockerte feste Stoffe abgelost werden. Dies geschieht durch die lebendige Kraft des Wassers allein und ist in gewissem Sinn der spiilenden Tatigkeit des Regens zu vergleichen. Man pflegt diese Tatigkeit Ablation zu nennen. Zweitens kann das Bett des Flusses abgenutzt werden. Diese sogenannte Kor- rasion zerfallt wieder in eine chemische durch Auflosung des Gesteins und in eine mechanische durch Abscheuern des Unter- grundes. Diese Tatigkeit vollfuhrt das Wasser mit Hilfe eines Werkzeuges, mit dem mitgefiihrten Geschiebe oder Sand. Die Erosion kann endlich nach zwei Kliisse 53 Richtimgen wirken, nach der Tiefe als so- tungen bcstcht, die oft iiberhangende Wande genannte Tiefenerosion, sodann in die haben, und im Anfang durch relativ schmale Breite als Seiten- oder laterale Erosion. Oeffnungen miteinander verbunden sind. Die Ablation wird unterstutzt durch , Nach und nach werden diese scharferen mitgefuhrte Geschiebe, die gleichsam wie Vorsprunge zuriickgearbeitet und abge- ein im Wasser schwimmender Balken wirken, rundet, dann zeigen beide Seiten des FluB- weil die lebendige Kraft der ganzen Masse i bettes eine Folge von rnndlichen Ein- des Geschiebes zum StoB des Wassers hinzu- waschungen, wie sie in fast alien Klammen kommt. Die chemische Korrasion wirkt j der Alpen an den Wanden, als Zeichen einer natiirlich vor allem in FluBbetten in leicht ! fruheren hoheren Lage des Bachbettes beob- Ib'slichem Gestein, also ganz besonders in achtet werden konnen (Fig. 8). Das FluB- Kalksteinen. Es werden dann zum Teil i bett des Isonzo bietet zwischen St. Lucia- karrenartige Formen, Rinnen und Locher, Tolmein und Salcano bei Gbrz ebenfalls ein Beispiel dieser Aneinanderreihung solcher herausgearbeitet. Am wirksamsten ist die mechanische Kessel. Korrasion. Sie besteht erstens in einer ein- Bei grb'Beren Fliissen bilden sich derartige fachen Abschleifung und Glattung der Felsen, ; Erscheinungen nur an Stellen, die eine Wirbel- in ahnlicher Weise, wie bei der Arbeit des j bildung hervorrufen, meistens also an Strom- Windes, ohne daB jedoch dabei eine ahnliche schnellen oder Wasserfallen. Bekannt sind Politur erreicht wird, wie bei dieser. Der abgeschliffene Fels hat eine matte Ober- flache, vergieichbar der der FluBgerolle, sie in jeder Ausbildung von den Granitinseln des ersten Nilkataraktes. Am Rheinfall bei Schaffhausen und beim Niagarafall o ' *^ oft mit flachmuschelformigen Vertiefungen. l^sTrr' Vertiefungen von 10 m Tiefe und von Daneben geht zweitens eine bohrende j 50 m Breite eingearbeitet worden. Tatigkeit einher, die sich an die wirbel- fb'rmige Bewegung des Wassers kniipft, und der mit Recht besonders von Brunhes ein bedeutender Anteil an der Erosion zu- Beispiele fiir die Geschwindigkeit der Erosionsarbeit sind des ofteren bei FlnB- korrektionen beobachtet worden. So wurde 1714 die Kander direkt in den Thunersee geschrieben worden ist. Sie erzengt mit geleitet. Bis etwa 1870 hatte sie ihr Bett Hilfe von Schleifmaterial, das iibrigens auch \ an der Ableitungsstelle um 45 m vertieft. aus Sand, durchaus nicht nur aus Rollsteinen Der Lech wurde 1852 bis 1867 zwischen zu bestehen braucht, mehr oder minder kreisfb'rmige Vertiefungen, die zum Teil als sogenannte Riesentopfe bezeichnet Schwabstadel und Meitingen gerade gelegt, was die Folge hatte, daB er bis 1884 sein Bett urn 5,2 m tiefer legte. Der Simeto hat werden. Die Wandungen sind meist glatt am Aetna in 200 Jahren ein Bett von 15 bis und mit spiralig gedrehten Eintiefungen , 100 m Breite und 12 bis 15 m Tiefe in einen versehen, in dem stumpfen, schiissel- Lavastrom eingeschnitten. formigen Ende wird gewohnlich Gerb'll ab- Besonders starke Wirkungen werden bei gelagert. Sie kommen in verschiedenem Aus- Hochfluten erreicht. Das Kanabcafion, ein maB, mit Tiefen bis zu 15 m, nicht nur im Nebental des Colorado-Cafion, wurde 1883 festen FluBbett, sondern sehr haufig auch auf bis 1885 wiederholt von starken Fluten durch- Blocken im FluBbett vor. In groBen Fliissen flossen, dabei entfernte der FluB aus seinem tritt diese bohrende Tatigkeit hinter der Tal Alluvionen von etwa 9 Millionen cbm, und schuf ein neues Tal von 18 m Tiefe, 21 m Breite und 24 km Lange. Die Schlocke, ein in den Rigaischen Meerbusen mundendes FliiBchen, wurde am 14. und 15. April 1900 durch Eisstau aufgedammt und an einer Stelle zum Ueberlaufen gebracht; in 34 Stunden grub sie sich in Dolomitmergel und Ton eine Schlucht, die oben 5,5 m Breite und 3,7 m Tiefe, und unten 8 m Breite und 1,75 m Tiefe hatte, wobei 2250 cbm Fig. 8. FluBbett bei Lardalen in Norwegen. Aus Gesteinsmaterial fortgeschafft wurden. Penck, Morphologic der Erdoberflache. Dasselbe kann beobachtet werden an Erosionsspuren in Klammen und Cafions. anderen zuriick, sie fehlt aber nicht voll- So hat die Liechtensteinklamm, die in das standig, wie zum Beispiel ihr zuzuschreibende Salzachtal miindet, eine Schlucht von nur Formen im felsigen Bett der Elbe bei Cosse- 2 bis 4 m Breite, aber mit Wanden von iiber baude unterhalb von Dresden beweisen. 300 m H5he, die uberall Spuren der Erosion Dagegen steht sie durchaus im Vordergrund zeigen. bei rasch flieBenden Fltissen, deren Bett ' Das Coloradocailon stellt das grb'Bte dann aus einer Reihe von rundlichen Wei- : Beispiel seiner Art dar, indem sich hier der 54 Flfisse FluB 1800 m tief durch Ablagerungen des Tertiar, der Kreide. des Jura, der Trias und des Karbon bis in die granitische Unterlage eingeschnitten hat. 8. Die Ablagerung. Die Ablagerung von mitgefiihrtem Material setzt ein, wenn aus irgendwelchen Griinden, die Kraft des "\Vassers zu klein zum Transport des ge- samten Geschiebes geworden 1st. Hierher gehoren die bereits besprochenen Geroll- und Sandbanke. Daneben treten Ablagerungen besonders auf an Stellen, an denen eine plotzliche Verminderung der Gesehwindigkeit eintritt. Fig. 9. Ab f lagenwgen an einer Klippe. Aus v. Neuinayr, Anleitung zu wissenschaftlichen Beobachtungen auf Reisen. So finden sich gewohnlich unterhalb von WirbelnAnhaufungen vonGeroll oder Sanden. Das konnte im Ziskauertal bei Jena beobach- tet werden, wo nach einem starken Gewitter- regen unterhalb jedes Strudelloches eine Gerollbank aufgehauft war. an der imteren in Lee der Klippen abgelagert. In Weitungen des Flusses bilden sich Banke in der Mitte, die gewohnlich eineTeilung des- selben in zwei Arme hervorrufen. Bei FliiBkrunnnungen wird an der konvexen Seite, von der sich der Stromstrich entfernt, haufig eine halbaeke&anformige Bank an- gesetzt (Fig. 9 bis 11). Fig. 10. Ablagerung in einer FluBweitung. Aus v. Neu- niayY, Anleitung zu wissenschaftlichen auf Reisc-n. Fig. 11. Abla^cni.njr in einer Flutikrummung. Aus v. Ncumayr, Aiileitnng zu wissenschaft- lichen Beobachtungen auf Reisen. Ebenso wird an Klippen im FluBbett an der oberen Seite durch den Ruckstau, Fig. 12. Donau in Ungarn. Aus v. Neumay'f, Anleitung zu wissenschaftlichen Beobachtungen auf Reisen. Am ausgepragtesten bilden sich Banke in verwilderten Fltissen, die in leicht beweg- lichem Material, zum Beispiel in breiten Hochwasserbetten, flieBen. Hier tritt gewohnlich eine weit- gehende Teilung des Flusses in mehrere Arme, mit einer Fiille von Kriimmungen in den verschieden- sten Richtungen auf (Fig. 12). An alien konvexen Strecken wircl dann abgelagert, wahrend die konkaven angegriffen werden. Bei Hoch- wassern werden haufig alle solchen Banke weggeschafft, aber dann groBe Mengen an den Ul'ern an- Dadurch werden diese nach und erho'ht, so daB der FluB in Niede- endlich in einem hoheren Niveau als die Umgebung zwischen selbst ge- schaffenen Dammen flieBt. Wird durch kiinstliche Dammbildung eine Ausbreitung des Wassers bei Hochwasser verhindert, so muB unter gewissen Umstanden alles Material im FluBbett zuriickbehalten werden und es wird dieses dadurch ebenfalls nach und nach erho'ht. Bei der Einmimdung von Neben- fliissen wird gewohnlich deren Wasser ange- staut und sie werden durch die damit verbun- dene Geschwindigkeitsverminderung gezwun- gen,ihre Sinkstoffeiminneren Winkelder Miin- dung, also an der stromaufwarts gelegenen Seite abzulagern. Sie verschieben dadurch ihre Mtindung immer weiter stromabwarts, Beobachtungen gesetzt. nach rungen wahrend sich an der oberen zungenahnliche Bildungen Seite land- entwickeln. Wachsen diese mehr und mehr an, so kann endlich ein dem HauptfluB paralleles Lauf- stiiek des Nebenf hisses entstehen. Das ist der Fall bei den nordlichen Nebenfliissen des Po, unter denen die Etsch eine besondere Stellung einnimmt, well die Landzunge zwischen ihr und dem Po bereits soweit vor- geschoben ist, daB die Etsch heute selbstiindig geworden ist. / Gebirgsbache; die ans steilen und engen Talern herauskommen und nun plotzfich Raum finden sich auszubreiten, lagern ihr meist reichlich vorhandenes Material in der Form von Schuttkegeln ab. Je nach der GroBe des Gewassers und der dadnrch bedingten GroBe des transportierten Materials ist ihr Abfall mehr oder minder steil. Be- grenzt werden sie gewohnlich durch eine annahernd halbkreisformige Lime. Treten groBe Strome aus Berglandern in offene Landschaften hinaus, so bauen sie aus dem feinen Material ebenfalls Schuttkegel auf, die man ihrer GroBe wegen mit Braun besser als Schuttfacher bezeichnet. Das groBte Beispiel der Art ist nach Richthofen der des Hwang-ho, die groBe Ebene in Nord- china. Vereinigungen mehrerer Schuttfacher in einem Tiefland bilden eine vom Bergland aus sanft abfallende Ebene und werden von Braun undDavis alsFluBaufschuttungs- ebenen bezeichnet. Der Rest der mitgefuhrten Sedimente endlich bleibt am Stromende, zum Teil in Form eines Schuttkegels, liegen oder er wird an der Mtindung in einem See oder im Meer abgelagert. Die hierbei entstehen- den Formen der Deltas werden spater besprochen werden. 9. Das Erosionstal. Das Ziel der Arbeit des flieBenden Wassers sind linienhafte Eintiefungen oder Rinnen, die FluBtaler. Sie entstehen durch das Einschueiden und den Transport des Wassers, das als Bach. FluB oder Strom die Verbindungslinie der tiefsten Punkte des Tales. dieTalsohle, einnimmt. Zu beiden Seiten steigt das Gelande, als Zeugnis der Vertiefung in den Gehangen oder Talwanden an. Unter dem Wasserspiegel liegt dasFluBbett, in dem dieArbeitweiter fortgesetzt wird, die Gehange sind ihrer direkten Einwirkung mit Ausnahme der Unterschneidung entzogen. Sie werden allerdings indirekt sehr stark beeinfluBt, da an ihnen die ubrigen zerstorenden Krafte des Landes angreifen. Durch Bodenbewegungen, zum Teil in der Form des Gekriechs, durch Abspulung durch das auffallende Regen- wasser und unter Umstanden durch den Wind nehmen sie die ihrem inneren Bau und der Lage des FluBbettes entsprechenden Formen an. Fur die Ausbildung der Talformen im einzelnen sind folgendo Gesetze maBgebend. 9a) Das Langsprofil des Erosions- tales. Erosion und Akkumulation beein- flussen stets benachbarte Steilen. und es stehen deshalb alle Strecken eines FluB- laufes in Abhangigkeit von einander. Wird etwa auf einer Strecke stark erodiert, so wird dadurch der Hohenunter- schied gegen das weiter oben liegende Stuck gesteigert, also eine Gefallsvermehrung her- vorgerufen, so daB dann oben ebenfalls erodiert wird. Ist dagegen an einer Stelle aufgeschiittet worden, so wird der Hohenunterschied gegen ein weiter oben liegendes Stuck vermindert, das Gefall verringert und dadurch dort j unter Umstanden ebenfalls eine Ablagerung bedingt. Es schreiten also Erosion und Auf- schtittung nach aufwarts, oder nach ruck- warts fort. Die Erosion aber hat nun insoweit eine untere Grenze, als das Oberflachengefall einer FluBstrecke nicht aufgehoben werden kann. Es bezieht sich das naturlich nicht auf das FluBbett. Es kann demnach eine Strecke eines FluBlaufes nicht unter das Niveau von fluBabwarts gelegenen vertieft werden, oder aber, durch eine Strecke, in der nicht oder nur in geringem MaB vertieft wird, wird auch die Vertiefung oberhalb gelegener Strecken aufgehalten oder ver- zogert, selbst wenn die Kraft dazu vorhanden ware. Solche Steilen konnen sein ein in den I FluBlauf eingeschalteter See, eine besonders widerstandsfahige Gesteinsmasse, oder die ! Miindung eines Nebenflusses in einen nicht mehr oder nur noch wenig erodierenden HauptfluB. Die uberschussige Kraft wird dann dazu verwendet durch Seitenerosion einen langeren FluBlauf herzustellen und so das Gefall zu vermindern. Endlich muB in diesem Fall die Erosion aufhoren und eine Ablagerung eintreten, die eine Erhohung des FluBbettes ! zur Folge hat. Dadurch aber wird wieder das Gefall gegen die festgelegte Strecke, die als gleichbleibend gedacht ist, gesteigert, die Transportkraft vermehrt und die Ab- | lagerungsmoglichkeit vermindert. Es sind also FliisseimStande, durch Erosion und Akkumulation ihr Gefall zu regulieren. Zwei Punkte sind dabei stets festgelegt, der, an dem das FlieBen beginnt, die Quelle, und der an dem es aufhort, die Miindung. An beiden ist die Arbeitsleistung gleich Null und zwischen beiden ist der FluBlauf gleichsam eingespannt. Der FluB hat dabei das Bestreben, einen seinem Charakter angemessenen Gleichgewichtszustand herzu- stellen, oder aber, ein ausgeglichenes, normales Gefall zu erreichen. Dies wird 56 Fliissc dargestellt durch eine von der Quelle bis zur Mimdung stetig gekrummte Kurve, die sich erst rasch, dann immer langsamer gegen die Mundung bin senkt. An keinem Punkt darf ein grb'Beres Gefall herrschen als an einem weiter aufwarts gelegenen, nnd das Gefall mu6 sich allmahlich, nicht sprungweise vermindern (Fig. 13). bezeichneten Pnnkte F wircl eine weitere Ausgleichung moglich sein. 1st umgekehrt eine Ablagerung bei G nicht moglich, so wird versucht werden, die Linie AG zu erreichen. Mit der Verteilung der Wassermenge und des Gefalls hiingt es zusammen, daB bei jedem normalen FluB in der 100" JOO 400 700 800 900 Fig. 13. Langsprofile der Seine, Loire und Garonne. Aus de Mar tonne, Traite de geographic physique. Wird etwa in der nach Penck ge-'Nahe seines Ursprungs erodiert, in der zeichneten Fignr 14 ein Wasserverlauf von A i Nahe der Miindung abgelagert wird. Man bis H angenommen, bei dem Stellen mit teilt deshalb den FlnB in eine Strecke starkerem nnd solche mit geringerem Gefall mit Erosion, den Oberlauf, und in eine abwechseln, so wird eine Gleichgewichts- mit Akkumulation, den Unterlauf, die kurve von der Lage AH angestrebt ! gewohnlich aber nicht zusammenstoBen, A werden. Es wird des- sondern durch den Mittellauf getrennt halb an den Punkten ' werden, in dem sich Erosion und Ablagerung B, D und F erodiert werden, bei C, E, G aufgeschuttet werden. etwa gleich sind. Der Unterlauf hat das regelmaBigste Gefall, aber mit der Neigung zur Teilung und Verwilderung infolge der Ab- lagerungen, dem Mittel- lauf mit ebenfalls regel- maBigem Gefall fehlt diese Eigenschaft, wahrend der Oberlauf meistens Ungleichheiten des Gefalles aufweist. Bei einem Strom- system ist fiir das Ge- fall aller seiner einzelnen ierstellung der Normalgefallskurve. Nach Penck, Morpho- Wasseradern die Miin- logie der Erdoberflache. dung des Hauptstromes maBgebend, und es aber unter Umstanden bei F eine I miissen sich also bei eingetretener nor- Vertiefung sehr erschwert, so wird erstlmaler Gefallsentwickelung aUe Kurven eine ausgeglichene Kurve A bis F angestrebt . asymptotisch, das heiBt so vereinigen, werden. Erst nach der Beseitigung des daB die Gefallskurve unterhalb des Zu- Hmdermsses bei dem als Erosionsbasis sammentretens von zwei Fliissen die Flfisse der Kurven dieser beiden Fortsetzung Fliisse ist. Bei einem noch nicht ausgeglichenen Gefall wird das regelmaBige Bild der Auf- einanderfolge von Ober-, Mittel- und Unter- lauf gewohnlich nicht vorhanden sein, sondern durch das stufenformige Gefall eine Wieder- holung von verschiedenen Strecken eintreten. Die Wirkung auf den Untergrund ist also nicht beendet, wenn ein FluB sein Gefall ausgeglichen hat und seine normale Kurve oder die Erosionsterminante er- reicht hat (Mj Q t der Figur 15). Im Ober- lauf wird gewohnlich noch erodiert (von Q a nach Q 3 ), im Unterlauf die Miindung durch Ablagerungen vorgeschoben (von Mj nach M 3 ). Dann muB hier aufgeschiittet werden, damit das zum Transport notwendige Gefall entsteht. Es sinkt demnach nach ihrer Erreichung die Normalkurve im Oberlauf und hebt sich im Unterlauf. Diese Veranderungen werden so lang andauern, bis an jedeni Punkt das Gefall gerade noch hinreicht, um das FlieBen ohne Transport zu ermoglichen. M Fig. 15. Aenderung des Norrnalgefalles. Aus der Erdoberflache. Nun istaber eineTiefenerosion nur solange nicht mb'glich, als sich die zur Verfiigung stehende Kraft und die zu transportierende Last das Gleichgewicht halten. Diese aber wird nun durch Erniedrigung der Gehange und Wasserscheiden und durch Verringerung der Abspiilung geringer. Dadurch wird ein Teil der Kraft iiberflussig und kann wieder zur Erosion verwendet werden. So ist die Sie entstehen entweder durch einen urspriinglichen stufenformigen Abfall des Gelandes oder durch eine nachtraglich ent- standene Stufe infolge des Wechsels der Widerstandsfahigkeit, des Gesteines: Ur- spriingliche oder nachtriiglicheWasser- falle. Die ersteren wiederum konnen gebildet werden durch Verwerfungen (ein wahrschein- lich sehr seltener Fall bei deren langsamer Entstehung) oder durch Uebertiefuiig des Haupttales durch den HauptfluB oder seinen Gletscher. Endlich kann auch eine Stufe durch die Abrasion der Brandungswelle erzeugt werden. Die Voraussetzung ist hierbei immer, daB der betreffende FluB sich nicht rasch genug einarbeiten kann. Durch eine widerstandsfahige Gesteins- partie in einer leichter zerstorbaren Umgebung wird eine Stufe dadurch her vorgeruf en, daB unter- halb naturlich rascher erodiert werden kann, wie in ihr selber, so daB dort eine Vertiefung ent- steht (Fig. 16). Imallgemeinen schrei- ten die Wasserfalle fluB- aufwarts zuriick. Im Penck, Morphologie einzelnen entstehen hier wieder durch die ver- schiedene Lagerung des Gesteins Unterschiede. Sind die Schichten stark geneigt oder aber findet be' schwach geneigten oder horizontalen Schichten keine Aenderung der Widerstandsfahigkeit oder eine Zunahme von oben nach unten statt, I so wird die Neigung der Sohle des FluB- bettes nach und nach vermindert und die eine groBe, senkrecht abstiirzende Stufe in eine ganze Reihe von kleineren aufgelost. Fig. 16. Entstehung eines Wasserfalles durch hartes Gestein. Aus Kayser, Lehrbuch der all- gemeinen Geologie. wirkliche Erosionsterminante eine Kurve, die ohne Gefall ist, also die Gerade, die aber naturlich niemals erreicht werden wird. 10. Storungen des normalen Gefalles. loa) Wasserfalle. Wasserfalle, Kaskaden, Katarakte oder Stromschnelleu sind Stellen im FluBlauf, an denen durch eine Stufe das regelmaBige Gefall durch ein starkeres unterbrochen wird und an denen lebhaft erodiert wird. Es bilden sich Kaskaden "und Katarakte und endlich wird nur noch eine Strom- schnelle iibrig bleiben. Im Gegensatz dazu wird die Stufe mit fast gleichbleiben- der Hohe zurtickgehen, wenn iiber weniger I widerstandsfahige Schichten eine wider- ! standsfahigere gleichsam als Decke liegt. Jene werden dann ausgewaschen und die Decke unterhohlt, so daB sie endlich ab- brechen muB. Sehr haufig tritt bei Wasser- 58 Fliisse fallen durch verschiedenes Angreifen der Erosion eine Teiluns: des Flusses in mehrere Arme ein, es bilden sich dann Klippen im FluBbett, wie sie besondcrs fiir altere Wasser- fiille und Katarakte charakteristisch sind. Ein Beispiel der erslcn Art sind die Katarakte des Nil, eines der zweiten der Niagarafall, oder der Rheinfall bei Schaffhausen Fig. 17. Umwandlung eines Wasserfalles. Aus de Martonne, Traite de geographic physique. Beim Niagarafall bildete siehnachglazialer Verschiittung des alten Erieseeabflusses eine Stufe durch den Abbruch der silurischen Tafel gegen den Ontariosee. Eine narte Bank von Kalk liegt tiber weicheren Sandsteinen, Schief ern und Mergeln. So ist, eine Talschlucht entstanden, wahrend der Fall nach Beob- achtungen von 1875 bis 1890 um 1,65 und 1890 bis 1905 um 0,7 m zuriickgegangen ist (Fig. 18). unterhalb von Rovereto den Bergsturz der La vim di San Marco zu iiberwinden. Bei dauernder Zufuhr von Trummern in sehr briichigem Gestein konnen diese Er- scheinungen sehr lang andauern. Muren und schuttbeladene Lawmen haben dieselbe Wirkung; diese konnen iibrigens auch, be- sonders haufig natiirlich in Hochgebirgen und anderen Gegenden starker Zerstorung, wie in Gebirgen der Wiisten, durch Schutt- kegel von Nebenflussen hervorgerufen werden. IDC) Gefallsstorungen durch Kru- stenbewegungen. Tritt an irgendeinem Punkt eines FluBlaufes eine Hebung oder Aufwolbung ein, so wird es auf die Kraft des Flusses und die Geschwindigkeit der Hebung ankommen, ob der FluB mit ihr annahernd gleichen Schritt halten kann. Es wird dann eine gewisse Staining und Ablagerung oberhalb und eine Gefalls- steigerung und Vermehrung der Erosions- kraft unterhalb eintreten. Naturlicb muB die Ablagerung sich immer unter dem niedrigsten Punkt der Umgebung oberhalb der Hebungsstelle halten, da sonst ein Ueber- laufen nach einer anderen Stelle statt- findet. Ein Beweis fiir das Vorkoinmen dieser antezedenten Talstrecken kann aus den Ablagerungen gefunden werden. Es muB namlicli dann vor den Vorketten, die sich vor einer Hauptkette aufgewolbt haben und die in der geschilderten Weise f- Fig. 18. Der NiagarafluB und seine Falle Aus Sup an, Grundziige der physischen Erdkunde. Nach Gilbert und Woodward wiirde der Fall von Queenstown bis zur heutigen Lau'e etwa 7000 Jahre gebraucht haben und wiirde wenn seine Wassermenge gleich geblieben ware, den Eriesee in 14000 Jahren erreicht haben. Selten und wohl auch zeitlich begrenzt ist der Fall, der in Karstgebieten yorkonimt. rst wiecler vom FluB beseitigt werdeu miissen. So hat die Etsch durchbrochen worden sind, iiber dem ver- haltnismaBig feinen Material der Hauptkette. das aus groBerer Nahe stammende, also grobere Material der Vorketten abgelagert sein. Ist das umgekehrte der Fall, liegeu also die feineren Absatze der Hauptkette iiber den groberen, so kann das Tal nur durch zuriickschreitende Erosion eines Flusses, der sich an den Vorketten entwickelt hat, entstanden seiu. Antezedente Taler sind bekannt in den siidlichen Vorketten des Himalaya, die aus den Sedimenten der Fliisse bestehen, die sie auch heute noch durch- brechen. S u p an gibt eine schematische Darstellung der Talbildung nach der Antezedenztheorie (Fig. 19). In I ist das Vorstadium darge- stellt, a, b, c, d ist der Talweg; in II wird eiue Auffaltung gebildet, bei c 3 d 1 wird abgelagert, von c 1 bis b 1 stiirker erodiert, Fliisst' 59 in III ist das Endstadium erreicht, in dem nur der Talrand die Aufwolbung erkennen lafit. I A D f -J ^ n a A' & ^' a D' ^z^^ ^^ / a' A' V C' B" --. C" d' D" ni a 77 T Tr ~ Fig. 19. Durchbruchbildung. Aus Supan, Grundziige der physischen Erdkunde. ii. Hangende Taler. Im allgemeinen miinden die Nebentaler gleichsohlig in das Haupttal. Es bezieht sich diese Bezeichnung naturlich nur auf den Wasserspiegel und die Talboden. Im FluBbett ist eine gleiche Hohe der Sohle nur dann vorhanden, wenn sich Fliisse von gleicher GroBe und gleicher Erosionskraft miteinander vereinigen. Sonst wird das Bett des kleineren und schwacheren Ztiflusses immer eine geringere Tiefe haben, es wird also eine Stufe unter dem Wasser- spiegel vorhanden sein. In besonderen Fallen ist aber auch die Gleichsohligkeit nicht vor- handen, die Nebentaler enden in einer ge- wissen Hohe an den Wanden des Haupttales und die Fliisse stiirzen in Wasserfallen in das Haupttal herab. Diese ,,hangenden' Tiiler treten dann auf, wenn aus irgend- einem Grunde der HauptfluB sich so rasch in die Tiefe einarbeitet, daB die Nebenfllisse nicht nachkommen konnen. Es wird aller- dings dieser Zustand nicht allzu lang dauern, da dem Nebenflusse an der Stufe eine erhohte Erosionskraft innewohnt. und bcini Haupt- fluB die Veitiefung nach und nach verlang- samt wird. Aus den Wasserfallen werden sich dann Strecken mit einem starkeren Gefall herausbilden, wie es bei den kleinen Nebenfliissen des Kheins im rheinischen Schiefergebirge der Fall ist. In den durch die Erosion der diluvialen Gletscher iibertieften Haupttalern der Alpen sind ebenfalls, wenn auch hier aus anderem Grunde, hangende Taler vorhanden, die gewohnlieh mit einer Klamm enden. 12. Das Querprofil. Den verschiedenen Laufstrecken sind nun auch verschiedene Formen im Querprofil eigentumlich Im allgemeinen beginnt der Oberlauf 'mit einem Quelltrichter, das heiBt mit <~) A einer trichterformigen Erweiterung, an deren Ende sich die verschiedenen einander radial zuflieBenden Quellbache vereinigen. folgt dann gewohnlieh ein engeres AbfluB- rohr, indem, dem Charakter des Oberlaufes entsprechend, erodiert wird. Die meist aus frischem Gestein bestehenden Wande '.' haben die gniBt.e mogliehe Steilheit, das heiBt die dem einzelnen Gestein entsprechende Maximalboschung. Kin ebener Talboden und Schutthalden sind liicr ausgeschlossen, und liber dem Bach- odcr FluBbett hat das Tal einen V-fb'rmigen Querschnitt (Fig. 19a, 1). Am ausgesprochensten tritt dieser Charakter in den Abzugsrinnen der Wildbache auf, deren Lauf mit dieser Strecke gewohnlieh sein Ende findet, da sich bei ilirem Austritt in groBere Taler nur noch ein Mundungs- schuttkegel anschlieBt. Tritt bei einem ausgebildeteren FluB dann die Tiefenerosion gegen die Seitenerosion zuriick, so werden nach und nach die Tal- wande, vor allem auch dureh die Maander- bildung, zuruckgeschoben und es schaltet sich nun zwischen sie ein ebener Talboden ein, der oft noch durch die Aufschiittung ausgeebnet wird. Das Tal wird breit und meist nur noch bei starkem Hochwasser vollkommen vom FluB eingenommen. Der Querschnitt erhalt claim die in Figur 19a, 2 dargestellte 1 Form. Nach und nach verlieren die GehangeihreMaxi- malboschung, da sie nicht mehr dauernd unter- waschen werden. 3 Der Schutt, der nicht mehr voll- kommen dem FluB zugefiihrt und von ihm fortgeschafft wird, hauft sich zum Teil in Schutt- 5 h aid en an den Seitenan. So geht Fig . 19a . Umwaiu ilung von dann auch der F j rst f rmen. Aus Penck, Knick zwischen der Dj e Erdoberflache, in FluBebene und den Scobels Geographischem Gehangen mehr Handbuch. und mehr verloren, und es wird die in Figur 19 a, 3 abgebildete Form erreicht, die schlieBlich durch fortgesetzte Abtragung in die Formen 4 und 5 iibergeht. Diese Formen schreiten, genau wie beim Langsprofil die Vertiefnng, von unten nach oben tort. EinfluB von Gestein und Klima auf die Talform. Auf die Talformen iiben die Unterschiede in dem durch- t'lossenen Gestein einen bestimmten Ein- fluB aus. I in allgemeinen sind in widerstands- fahigerem Gestein die Taler enger und steil- wandiger als in weniger widerstandsfahigem. Durchschneidet ein FluB flachliegende Ge- 60 Fliisse .-i eine vtui \vrciiselnder Harte, so erhalten die (reliance cine irestnite Form. Den harten Scliicliien enfsprechen steilere Abfalle, den weichen daucucn sanftere. In undurchlassigem Gestein, wo eine starke Ab.-piduiii: durch das in groBer Menge ahl'lieliendc \Vasscr eri'olgt. sind die Gehange t'laclicr and die Taler broiler als in durch- Gestein. Hier gelangt nur eine .Menge zuin AbfluB. so daft die Abspiilmig weni^er wirkt. Es werden iiifoliredesseiiindiirehlassigem Gestein wenige, alter tiefere mid stoilore Tiller ausgebildet ,-ils in undurchlassigem. Yon Kinl'luB ist auch die Lagerung der Gesteine. In horizontal lagernden Schichten \\onlon die beiden Gohange dieselbe Form haben. Xciiren sich die Schichten von beiden Seiten dem Talweg zu, wie es in den Syn- klihal- oder Muldentalern der Fall ist, so wcrden die Gehange von den Schicht- t'laclien uebildet, sie werden also relativ sant't mid irleichma'Big abfallen. Im Anti- klinal- oder Satteltal mit einem Ab- sinken der Schichten von beiden Seiten naoh auGen, bilden die Schichtkopfe die Tahvande, die dem znfolge steiler und vor allem ungleichmaBiger sein werden. Die Isoklinaltaler mit einer einseitigen Neigung der Schichten haben verschiedene < It'liiiiige. Eines entspricht denen derMulden-, das andere denen der Satteltaler, und eine Asyininetrie der Talgehange wird die not- \vcii(liu'e Folge sein. her I'liiillaB des Klimas laBt sich dem der Durohlassigkeit der Gesteine vergleichen. lit trockenen Gegenden spielt die ober- t'lacliliche Abspiilung eine. geringe Rolle, es wcrdeu sich also iihnliche enge, steil- wandige Talformen bilden, wie im dnrch- lassigen Gestein. Als Beispiel kann das Color ado-Cafio n dienen, dessen Formen in ucwi em Siiiue dom des Elbedurchbruchs in dem (liirchliissiui'ii Quadersandstein ver- ein, und kommt dabei der FluB von leichter /.orstorbaren auf eine widerstandsfahigere Sehicht, so wird das Einarbeiten erschwert, er gleitet dann gleichsam auf dieser in der Fallrichtung ab, und sein Bett wird nach dieser Seite hin verlegt. Kommt umgekehrt ein FluB aus widerstandsfahigeren Schichten von demselben Ban in leichter zerstorbare, so wird er senkrecht weiter arbeiten, es wird aber sein Tal einseitig nach den wei- L r lcic!ibar sind. ti-i'ircn wirkt die stiirkere oberflachliche In 1'euchten Gegenden ir abscliriiwnd auf die Gehange ein. 13. Verschiebungen des FluBlaufes. in der Widerstandsfahigkeit Gesteine iiben cinen EinfluB auf die Fig. Seitenvi ; A us Richthofen, Fiihrer fiir Forschungsreisende. Richtung tier 1-luClin | n Gesteinen von gleichbleibender V. Eahigkeil rbeitel der |'| n R iminer B ch1 in die TidV. Kiillcn aber , ie p.-n-.-ilid zurLaufrichtungstreichende Schichten schrag cheren Schichten (Fig. 20). Durch diese Er- scheinung kb'nnen an sich schwer ver- standliche Lauf- strecken erklart werden. Wenn in der Figur 21 ein FluB a. b, c, d an der Grenze von harten und weichen, schrag einfallenden Schichten flieBend, in der ersten Anlage sich auf der Strecke b c in das harte Gestein eingear- beitet hat, so werden sicli bei einer Tiefer- legung seines Bettes die einzelnen Strecken verschie- den verhalten. Die Strecke b c wird senkrecht eingetieft werden, die Ab- schnitte a b und c nach Erreichung der harten Schichten auf diesen abwarts gleiten und sich also mehr und niehr von b c entfernen. Es miissen dann Verbindungs- strecken einge- schaltet werden, b b 1 undc c 1 , und es wird endlich eine anscheinendun- motivierte weit das harte hin ausgeweitet werden Harl I I d Weich d Fig. 21. Seitenverschie- ddagegen werden bung eincs Flusses. v. Zahn. Nach v. Richt- hofen. n Gestein einge- pjg. 22. Zerlegung eines Dia- arbeitete Lauf- gonaltales. Aus v. 'Richt- cke vorhan- hot'en , Fiihrer fiir Forschungs- eiii. reisende. Fliefit end- i der Figur 22 ein FluB diagonal zu einein System schrag einfallender harterer Fit'; 61 und weicherer Schichten von a tiber b, c, d nach e, so wird jede Strecke in der eben geschilderten Weise beeinfluBt nnd der Flul.i- lauf in zweierlei verschiedenartige Strecken zerlegt werden. Die Strecken im weichen Gestein haben das Bestreben, sich der Streichrichtung anzuschmiegen und in ihr zu beharren, wenn sie beim senkrechten Einschneiden auf die harte Schicht gestoBen sind nnd nun auf ihr hinabgleiten. Im Gegensatz dazu versucht der Strom die Strecken des harten Gesteines auf dem kiirzesten Weg, also rechtwinklig zu ihrem Streichen zu durchflieBen. Es wird also in einem tieferen Mveau der aus Langs- und Querstrecken zusammengesetzte FluBlauf a 1 b 1 c 1 d 1 e 1 erreicht werden 14. FluBschlingen oder Maander. Es ist schon im Anfang darauf hingewiesen worden, daB der Lauf eines Flusses niemals mit einergeradenLiniezusammenfallt. Durch Widerstande irgendwelcher Art, wie hartere Gesteinspartien, Geroll oder Kiesablagerun- gen und dergleichen mehr tretenAblenkungen ein, die in mehrfacher Folge ein System von schlangenartigenWindungen, von FluB- schlingen, Serpentinen oderMaandern, so genannt nach dem Maander an der West- kiiste von Kleinasien, ergeben. Die von Callaway und Ellis geauBerte Ansicht, daB auch einmiindende Nebenfliisse von EinfluB seien und zwar dadurch, daB im HauptfluB gegeniiber ihrer Miindung ab- gelagert und dieser also nach der anderen Seite abgedrangt werde, kann auf allgemeine Gultigkeit keinen Anspruch machen. In diesen Maandern wird der Stromstrich nach der konkaven Seite gedrangt. das Geschwindigkeitsinaximuin also dorthin ver- schoben, mi thin hier starker erodiert. werden infolgedessen hier Vertiefungen ge- schaffen und das lifer unterwaschen und zuriickgearbeitet. Diesem steiler abfallenden Prallhang liegt an der konvexen Seite ein flacherer Glefthang gegeniiber, an dem unter Umstanden abgelagert wird. Tal ist also imierhalb eines Maanders asym- metrisch ausgebildet (vgl. Figur und b). Mit fortschreitender Ausbildung des Flusses werden die Maander immer regel- maBiger und groBer. Es wird dadurch natiiilich auch die Lauflange vergroBert. damit nimmt das Get' all ab und so endlich der Maanderbildung ein setzt. Mit der Tendenz des Einarbeitens nach der Seite vereinigt sich nun die, die schlingen nach abwarts zu verlegen. Stromstrich liegt auch noch unterhalb i Prallstelle eine Zeitlang, ehe er in die na< Biegung eintritt, an der AuBcns. -Ji. l-ls wird also die talaufwiirts gc- Scitf des sogenaniitcii Spornes, der im (Ih'illiaii'j, ausliiuft, starker angegriffen ;ils die !;ilal)\v;iris gelegene. Andergegeniiber- liegendt-n Sciic 1,-i-nt sich auch, gen;m so wie am (licit liani:, Sdiutt ab, und es entsteht eininal ;ui!' der rechien und dann auf der linken Seite eine selmiale MnBebene oder FluBaue (Fig. 23c). Durch diese Tatigkeit werden die Spume imincr mehr verschmalcrt und endlich ganz heseiti^t (Fig. 23d und e). Fig. I'.".. Aiisl)i!(linif: von Maandern. Aus Davis un<[ 1ir;uiii. (iriiiidxii^e der Physiogeographie. So wird nach und nach eine FluBebene ge- sclialTen. deren Hreite von der GroBe tier Kriinininimeii abliiinsfig ist. Auf ihr flieBt I'll. Li mill in weiten Windungen daliin. und heriihrl dieTalwiinde nur nochanwenigen ig. 23f). Es konnen die Maander 62 ;iber auch zur Bilduusi' von Inseln mid Qmlaufb&rgen I'iihrrn (Fig. iM). \Venn die I logon der Maander gro'Ber sind al.> 1M>". so \vird dor Hals des Spornes von beidon Soiten angegriffen und endlich in ('incut Maander durchbruchdurchbrochen. her Rest bildet cine Jnsel und der gekriimmte Fliililaiil ''in Altwasser. das nach and nach vinn Mill.) abgeschniirt werden kann, bis cs eudlioh versumpfr und uuter Umstanden uur nodi (lurch eine 1'rischere Vegetation den alien FlnBlant' anzeigt. Ks ist klar, daB derartige Erscheinnngen besonders in weiten FluBebenen vorkommen. so bietet zuni Beispiel die oberrheinische Kliene eine Reihe von Mustern beim Neckar n nd beim Rhein selbst dar. Ebenso finden sie sich an der Donau und ihren Neben- i'liissen in Tngarn, am unteren Mississippi und an anderen Orten mehr. .Man nnterscheidet von den sogenannten freien Maandern, die sich auf einer FluBebene entwickeln, die eingesenkten. Diese entstehen, wenn ein FluB in einem reifen oder alten Zustand sich wieder in seine Unterlage einschneidet. Seine Maander werden dann in ihrer regelmaBigen, dem ausgebildeten FlnB charakteristischen Form eiimesenkt. Beisjjiele dafiir bieten die Maander der Mosel und anderer Fliisse des rheinischen Schiefergebirges und die der oberen Saalc. In diesem Fall werden (lurch das Durchbrechen des Halses eines Spiirnes Umlaufbcrge gebildet, die von der verlasseuon Laufstrecke vielfach in der Form eines Trockentales umgeben werden. Entwickelung . und Braun, Cnuidxiifrc dcr Physio- iliic. Terrassen. In einer irroBni Reihe von Eindel sich an den Seiten eine lii ; ' sne Fliichcn in hb'heren Lagen als der heutige Talboden. Sie fallen mit einer Stufe gegen den FluB oder gegen die tiefer liegenden Terrassen ab. senken sich in derselben Richtung, wenn auch nicht i miner in demselben Grade wie das heutige Tal und bestehen meistens aus FluBablagerungen, zuweilen aber sind sie in den festen Fels eingeschnitten. Fig. 25. Bildung vnn Terrassen. Aus de Mar- tonne, Traite de geographic physique. Diese FluBterrassen sind Reste eines oder mehrerer Talboden, und entstehen da- durch. daB ein FluB, der sein Tal mit Schutt aufgefiillt hat, befahigt wird, erneut in seine Ablagerungen einzuschneiden. Die (iiTmde hierfiir konnen verschiedener Art sein. Es kann hinter einem Felsriegel abgelagorl, worden sein; wenn dieser dann vollkommen zerschnitten worden ist, wird hinter ilnn eine Tieferlegung des FluBlaufes eintreten. Das Austrocknen oder das Sinken des Spiegels eines Sees kann dieselben Folgen haben. Ebenso wirken Klimaanderungen durch Ver- starkung des Niederschlages oder durch den starken Riickgang von Gletschern und Ver- mindernng des zn transportierenden Schuttes. Im Unterlauf eines Flusses endlich werden Veranderungen der Lage der Erosionsbasis durch eine negative Niveauveranderung die Ursache sein. Treten bei diesem erneuten Einschneiden wieder Pausen ein, so wird jeder Pause eine Verbreiterung der FluBebene und jeder neuen Vertiefung eine Terrasse entsprechen. Es wird also ein System von derartigen Bildungen in derselben Ablagerung ent- stehen. Es ist aber auch denkbar, daB der FluB inzwischen in seinem neuen Tal wieder ab- lagert und sich erst in diese jungeren Ab- lagerungen zum zweitenmal eingrabt. Dann kommt ein System von Terrassen zustande, die nach der Tiefe zu in immer jungeren Sedimenten liegen. Figur C und D der Ab- bildting 25 erlautern diesen Fall. Geht die Erosion weit genug in die Tiefe, so kann an gewissen Stellen der fesje Untergrund er- reicht werden. Wenn die Ablagerungen hier vollkommen entfernt werden, so bildet sich eine Felsterrasse (rechts im Stadium C der Abbildimg). Diese werden zum Teil auch als Erosionsterrassen von den Auf- schiittungsterrassen unterschieden, wenn auch beide durchaus denselben Vorgangen ihr Entstehen verdanken. Haufig finden sich, besonders in Talern, in denen die Fliisse maandern, eine gauze Eeihe von Terrassen in verschiedener Hohe lit einer halbkreisfSrmigen Begrenzung. );i die I'elsiireii Slellen. die- dariiber lie<>-eiiden Fig. 26. Geschiitzte Terrassen. Aus Davis und Braun, Grundziige der Physiogeographie. und geringer Langenerstreckung, an denen an bestimmten Stellen der Fels zutage tritt. Diese Stellen sind immer die Enden von Spornen, denen auf der anderen Seite ein konvexes Ufer entspricht. Der FluB ist dann hier, um das Einarbeiten im Fels meiden, nach der anderen Seite abgebogen. So entstehen eine Reihe von Terr, init Da die Msigni Slellen, die dariiber Ablagerungen, vir weiterer Zerstorung schutzen, ncnnt Davis diese Terrassen geschiitzte i l-'ig. i'ii). 16. Veranderungen des FluBlaufes. Wahrend bei der Maanderbildung der FluB nicht ;uis seiner allgniieineii 1 lauptrichtung abgelenkt wird. ist dies bei den Verlcgungen des Laul'es der Fall. Sie sind besonders hiiul'ig im I'nterlauf, wen n ein FluB mit relativ schwachem Clef all in lockerem Material flieBt und sein Bett nach und nach erlmht. Durchbriiche an eiiier schwachen Stelle, Verschlamrnung des FluBbettes mid iihnliclie Vorgange sind gewohnlich die Ursache. Im kleinen treten sie auf Schuttkegeln, im groBen auf Schutt- 1'achern auf. Das ausgezeichnetste Beispiel bietet der Hwang-ho, seine alteste bekannte Miindung liegt unter 3940' N. Br., die sud- lichste, die er vom 13. Jahrhundert bis 1851 benutzte, unter 34 N. Br., also siid- lich von Shan-tung. 1851 brach er bei Kaifong-fu abermals nach Nordosten aus. Die damit verbundenen Ueberschwem- mungen haben ihm den Namen ,, Chinas Rummer" verschafft. In ahnlicher Weise pendelte wahrschein- lich in alter Zeit der Rhein in seinem Delta- gebiet. In anderen Fallen wird dem FluB durch fremden Schutt, zum Beispiel durch glaziale Ablagerungen sein Bett verlegt und er da- durch gezwungen sich ein neues einzuarbeiten. Dies laBt sich nachweisen vom AbfluB des Eriesees, vom Minnesota-River, einem NebenfluB des Mississippi, und vom Rhein unterhalb des Bodensees. . In der norddeutschen Tiefebene bildeten sich beim Riickzug des diluvialen Inland- eises an seinem Rande breite Rinnen, die sogenannten Urstromtaler, in denen die Vorlaufer der heutigen ostelbischen Fliisse- nach Westen oder Westnordwesten ab- flossen. Jeder Stillstandspcriode entspricht ein Tal, deren es vou Siiden nach Nordeu vier gibt. Das sudlichste ist das alte Elbtal, dann folgen das Glogau-Baruther, das Warschau- Berliner und das Thorn-Eberswalder Tal, die sich in der defend der Havehnlindung vereinigen. Die oordsudlichen Verbindungs- strecken sind auf Diirchbriiche zuriick- .. , / jr~. ^ rr \ zufuhren. (- Durch K. Iv v. Haer wurde 1860 das nach ihni benannie C.esetz aufgestellt, daB. die Erdrotation cine Verschiebung der Fliisse bedinge, die auf dei Nordhalbkugel nach rechts, 'auf der Siidhalbkugel nach links gerichtet sei. Die Frage ist seitdem vieli'ach behandelt worden, und ein gewisser EinfluC dor ; i lion, und zwar auch bei aqua- 1 j'iielJenden Fliissen, kann gar nicht ge- Ill Pliisse angegliedert werden. Es i.-l aber nach Berech- ein benachbartes FluBsystem Qungen die Wirkinm eine sehr geringe, bei wird. Kioo m Hreite und 3 m Geschwindigkeit So haben sich Euphrat und Tigris erst nach dem 8. Jahrhundert vor Christus zum heutigen Schat elArab vereinigt, und das Fig. 27. Urstromtaler Norddeutschlands. Aus Kayser, Lehrbuch tier allgemeinen Geologic. wiinle sie am Pol eine Abweichung von der Hori/.onialen durch Abdrangung des Wa-sers voiinur44nnn, bei f>0" Breite von nur ."1 mm und bei 20 gar nur von 15 mm be- irau'en. So ist es frag- licli, ob nicht die andereu, ebenl'alls eine Ablenkung bedingen- den Kaktoreu, wie die besproclienen rneben- heiten. I'nterschiedeim ( iesteinscharakter oder vorallemdieWirkungcn des Windes von viel Lrrol.ierem Kinl'luB sind. Dieser wird besonders wirksam sein, wenn ein la mrsam 1'lieBenderFluB senkrecht zur Wind- rich in ng lauft. Eine Reihe von Beobachtungen zeigen ein dem I Verwachsen des Donaudeltas hat den Pruth Baerschen Gesetz entsprechendes Ver- zum NebenfluB gemacht. Die Durance, halien. So drangen die sibirischen nach die einmal in der Gegend von Salon mundete Xordeu flieBenden Fliisse nach Osten, die und das Gerollfeld La Crau aui'schiittete, siidrussischen unter den gleichen Wind- ist durch den Rhone ihrer Selbstandigkeit verliiiltnissen bei ihrem siidlichen Lauf nach beraubt worden. Wird ein Gebiet aus dem Westen. Kinem Berg ufer auf der rechten Meer gehoben, so miissen die hier miindenden Seite entspricht ein Wiesenufer auf der Fliisse ihren Lauf verlangern und es kann linken. Am auffallendsten ist die Rechts- waiiderung beini Amu. Sie wird auf 5 km im Jahrhundert geschatzt, es konnen hier allerdinirs die haui'ken und kraftigen W- iind XW-Winde mit helfen. Der Nil drangt ebenl'alls naeli Osten. wie man aniiimmt, mit veranlaBt durch das Vdrdringen des Sandes aus der Lybisclien Wi'iste. In Ungarn vreiti die honaii auf ihrem nordsiidlichen Laul' ihr rechtes D'er mehr an als das linke. i-lieiiso die TheiB. Dasselbe ist aber auch der Fall in den west iist lichen Laufstrecken der Donaii. soweit sie nicht durch Engen fest- irelcn;) ist. Uesonders im I'nteiiaiif macht sich die>e Erscheinung ^eltend, das bulgarische I'fer ist sleil. das walaehische flach und eine e von blindeii Arineii deiiten im N eine imals nordliehere Lau'e des Stromes an. l> ist allerdinu-s motrlich. daB die von Norclen kommenden wasserreichfii Xebent'liisse mit laran Schuld siml. |!ei den norddeiitschen Mii-en (Kiir. -2i) und beim Rhein konnte trtiges bisher nicht. beobachtet werden. 16. Veranderungen von FluBsystemen. Verlegung der Wasserscheide. l ; lul.)- Fig- 28. Narragansett-Bai. Aus Davis und U'eandert durch Delta- Braun , Grundzuge der Physiogeographie. bildii lurch Kustenschwankungen und der Wa Lehrbuch der allgemeinen Geologic, die auf beiden Seiten eingearbeiteten Quell- trichter in ihrer Lage nicht, so wird eine zickzackformige Zer- legung eintreten, in- dem jeder Bach sein Gebiet zuruck- schiebenwird(Fig.29). Fig. 29. Wasserscheide Da wo sich mit dem 1 in den Bad Lands. Aus Hauptriicken sekun- Kayser, Lehrbuch der dare, zu seiner all- allgemeinen Geologic. g- eme inen Richtung senkrechte Riicken vereinigen, wird jedesmal ein Punkt von Vj groBerer Hohe ausgespart werden (vgl die 1 Wasserscheide in den Bad-Lands irn Westen des Mississippi). Andere Verhaltnisse ent- stehen, wenn die Kraft der beteiligten Fliisse durch Unterschiede in der Wassermenge, im Gefall oder in der zu bearbeitenden Gesteins- unterlage nicht die gleiche ist. Der starkere Flufi wird daun sein Gebiet auf Kosten der schwacheren vergrofiern, seine Wasserscheide also mehr und mehr nach riickwarts verlegen. Es konnen auf diese Weise die benachbarten nuBlauf zum Teil ihres Oberlaufes beraubt, oder gekopft werden, oder ein benachbart FluBsystem kann angezapft werden. der Figur 30 ist angenommen, daB de b starker erodiere als a, clem von der Seil NebenfluB. Dessen Durchbruchstrecke y wird dann trocken liegen. Im anderen Fall (Fig. 31) tl w H Fig. 31. Anzapfung von Flufisystemen IT, sincl /\vei nebeneinander liegende Flusse gedacht, die beide eine Zone weichen Ge- Handworterbuch der Naturwissenschaften. Band 66 Fliisse Mel; ci>!iert. Sie erlaubt ihm noch eine gewisse ke in dem See eine selbstandige Masse Kliissr zu bildon. Miinden kalte Fliisse in \varme flieBen, bis er in einer verschleppten HuBwasser unter und Miindung einen AuslaB findet (Miinduiig si \veiter. In alien anderen des Senegal, der Fliisse in Niederlandisch- leii brriiri sidi das ieichtere FluBwasser und Franzosisch-Guayana). Vielfach ver- iiher .1 '! (It's Sees (tder des Meeres mittelt ein aufgestauter oder durcli Ab- rordentlich J'laclien Kegel aus. schluB einer Bucht entstandener Strandsee Ji,i .\lrei -mice in Salzseen bildet sich zuerst (ein Haff) den Ausgang in einem Tief ,1,'K kwasserxone init geiingerem Salz- j (Miindung der Lupow bei Stolp, der Nogat gchalt,, bis endlich das FluBwasser roll- im frischen Haff). Wird die Oeffnung des konmien aul'i^'zeiirt wird. Der EinfluB Haffs verschlossen, so muB der FluB etwa des Ama/onenstromes ist bis auf 250 See- durch ein Nachbarhaff abflieBen und es ineilen von seiner Nordmundung durch entsteht eine zur Kiiste parallele Wasser- Triibung und Abnalime der Dichte konstatiert ! verbindung zwischen einzelnen Haffen (an \vordeii, der Kongo niacht sich bis zu 150 See- der Sklavenkiiste). Ein Gegensatz zu diesen ineilen. der Yang-tsy.e bis auf 80 bemerkbar. verschlossenenMiindungenbilden dieoffenen Mit dem Aufhoren der Geschwindigkeit Miindungstrichter oder Aestuare. lailen aiu-li die mitgefiihrten festen Be-, Sie werden ausgestaltet durch die Wirkung standieile zu Boden. Im Salzwasser wird starker Gezeitenstrb'me. Wahrend der Flut dieser Vorgang etwas beschleunigt. Sie I werden groBe Wassermengen in die Trichter lament sich ini allgemeinen in der Form hereingeprefit, wahrend der Ebbe i'lieBt von Banken oder Barren ab. Abgesehen I das Wasser vereinigt mit dem aufgestauten von der Miindung spezifisch schwereren FluBwasser wieder ab. Der Flutstiom KluBwassers entsteht bei der oberflachlichen legt sich auf der Nordhemisphare an das Ausbreitung desselben eine gegen die Miin- ; linke, der Ebbestrom an das rechte Ufer. dung gerichtete Stroimmg, die mit dazu ! so daB eine trichterformige Verbreiterung beitriigt, daB die Sinkstoffe gerade an j entsteht. Die Sedimente wandern ruckweise dieser liegen bleiben. (lewohnlich bilden I'luBabwarts und werden verstarkt durch sich nach dec FluBmiindung konkave damm- j Wandersande des Strandes und durch Reste iilinliclie Formen. Ihr Anwachsen ist ab- 1 von Organismen, die im Brackwasser ab- hiingig von der StoBkraft des Flusses und sterben. Eine allmahliche Ausfiillung durch der Kraft der Meereswogen. Wen n sich mit der Ablagerung der FluBsedimente eine lebhafte Tatigkeit der Kustenversetzung vereinigt, so kann vor diese Banke und die zum Teil bei Ebbe trocken fallenden Watten wird dadurch verhindert, daB der Ebbestrom starkere transportierende Wirkungen ausiibt. Die Strb'mungen lialten sich Kanale offen, wahrend an den Stellen, wo sie kentern, Barren entstehen. So endet die Fl ti triune an einer Binnen-, die Ebberinne an einer AuBenbarre, beide behalten ihre Lage trotz des leicht beweglichen Materials auch bei groBer Fluthohe. Ihre Tiefe wechselt mit der Natur des Flusses, bei verstark- tem Transport des Flusses, also in nassen Jahren, werden sie im allgemeinen erhb'ht, Die Flutrinne ist meistens infolge der gro- Beren Geschwindigkeit des Flutstromes starker ausge- bildet. Es wird dadurch Supan, GruncMge ,ler physischen Bd- *" f ben der kundc. [wall, die Strand- len. Ks \\ird dadurch li;iui' ; svungen, an . auf der Nordhemisphare den Miindungstrichter nach links zu verschieben, deut- lich erklart (Rhein- und Scheldemiindung). Deltabildungen. Unter einem Delta \iTstclit man Ablagerungen von FluBsedi- menten, die an einer Miindung in einem Fin 71 stehenden Gewasser gebildet werden und iiber dem Wasseispiegel sichtbar sind. Do- Name stammt vom Nil, clessen Ablagerungen die Form eines griechischen A zeigen und der sich dabei an der Spitze in inch re ie Anne spaltet (Fig. 36). Es ist aber 7,11111 l>e- grit'f des Deltas eine FluBgabelung nicht not- wendig. Das Baumaterial der Deltas, die in gewissem Sinn als groBe Schuttkegel aufgefaBt werden konnen, besteht aus Sand und Sehlamm, nnr bei kurzen Kiisten- oder Ge- birgsfliissen, die in Seen miinden, wird auch Geroll dabei vertreten sein. Das grobe Material fallt am ersten zu Boden; je feiner es ist, desto weiter kann es verfrachtet wer- den (Fig. 37). Die Lagerung ist gewohnlich in der Form der UeberguBschichtung ausgebildet. der Flul.ilaur im allgemeinen fest, so erhiili das Delia, nl't durch das Weiter- \vacliscn der a ul' beiden Seiten des Flusses aufgeschiitteten \V;ille cine mehr finger- I or mi ire Form (Mississippi, Fig. 38). I '''in Aiil'bau cincs Deltas wirken im Meer eiitgegen die Bnuidungswellen und die Gezeitenstromungen, die die Sinkstoffe in Bewegung hall en und an der Kiiste entlang weiter transport ieren und, vvenn auch in geringem Malic, die Meeresstromungen. Es werden inl'olgede-sen am regel- maBigstei] Delias in Seen oder Binnen- deltas, die man von den ozeanischen unterscheidet, ausgebildet sein. Der Lage nach gibt es vorgeschobene und Aus- f ii 1 1 n n g s d e 1 1 a, s ( Fig. 39). .lene sind iiber die Unter- lage >////////////////////'''' " Fig. 37. Schematischer Durchsclmitt eines Deltakegels. Aus Kayser. Lehrbuch der allgemeinen Geologie. Tin Meer fallen die Schichten flach ein oder liegen sogar nahezu horizontal, in Binneii- seen werden Einfallswinkel von 20 bis 30 erreicht. Mit wachsender Entfernung von der Mundung nimmt natiirlich mit dem Feinerwerden des Materials der Winkel ab. Im einzelnen entstehen aber auch durch den Wechsel der Transportkraft bei Hoch- und Niedrigwasser Unterschiede. Mit den FluB- sedimenten vermischen sich organische Reste. Haben die Ablagerungen den Meeresspiegel erreicht, so werden sie nun vom FluB iiber- flossen und es werden horizontal Schichteu dariiber abgesetzt. Unterschiede von diesem normalen Fall treten ein, wenn ein kalter FluB in ein warmes stehendes Gewasser miindet. Es sinkt claim das FluBwassor auf dem Deltaabfall in die Tiefe, halt da- durch eine Rinne offen und lagert die Sedi' mente mehr in Wallform zu beiden Seiten ab. In dieser Art ist das Delta des Jhone im Genfer See gebildet, Der entgegengeset: Fall tritt bei der Einmiindung von 1 in Salzseen oder in das Meer ein. breitet sich das leichte Wasser auf de schwereren Seewasser aus und es die Sinkstoffe weiter ausgebreitet anderen Fall. allgemeine Kiistenlinie vorgeschoben und besonders geraden oder konvexen Kiisten eigentiimlich. Ausfiillungsdeltas entstehen in schmalen Seen oder Buchten. Binnen- seen werden durch Deltas von einem Ende an allmahlich ausgel'iillt, kiinnen aber auch, wenn diese in der Mine aiisetzen, in zwei Teile zerlegt werden. In ahulicher Weise werden Buchten zugeschiittet. Von der Seite wiichst das Delia des Hermos gegen die Bucht von Smyrna vor, das des MenderesJ hat d;i,s aiidere Vi'er schon erreicht, und~clen Akissee abgesrlilnssen. Heiin Nildelta ist eine durch eine Inselreihe abgetrennte Bucht bis auf einige Lagunen schon ver- huulet. Die Ausfullungsdeltas konnen unter rmsTanden ii;ich I'eberschreitung einer Nehrung, eines I La ken- oder einer Inselreihe in vorgescliohene iibergehen. Diese sind dann im allgeineinen aus i'einerem Material aufgebnul, als die Ausfiillungsdeltas. So lieirt der Fall beim I'odelta, und bei dem des Mississippi, (lessen Bucht anscheinend schon b<>i der Ohiomundung beginnt. Die Miicliligkeit der Ablagerungen in den Delta- ist sehr verschieden, das des Nil ist asig, et\va in seiner Mitte, mit 105 in lit diirchsunken, das Podelta muB 72 Flii > Fit:. 38. Delt;i dcs Mississippi. 1:400000. Aus de Martonne, Traite de geographic physique. Uinii; Ozeanische Deltas. . 39. Vorgeschobene- und Ausf iillungsdeltas. Flu- - 73 bei Modena iiber 215 m machtig sein, Rhone betragt die Ablagerunir iib<>r 100 m, beira Rhein iiber 60 m. Das Wachstum 1st, soweit bekannt, ;un schnellsten beim Terek, der sein Delta im Jahr urn 495 m in den Kaspisee vorschiebt. Beim Mississippi schwanken die Zahlen bei den einzelnen Armen von 103 bis 40 m. DasPodelta (Fig. 40) wachst im Mittel 70m im Fig. 40. Podelta. Aus Kayser, Lehrbuch der allgemeinen Geologie. Jahr. Hier hat sich der Bin flu 13 von FluB- korrektionen deutlich gezeigt, von 1300 bis 1600 vergroBerte es sich um 53 ha im Jahre, nach Anlage eines Deichsystems von 1600 bis 1830 um 135 ha, seitdem nach Er- reichung tieferen Meeres um 76 ha. Das Delta des Nil, dem ein Teil seiner Ab- lagerungen im Binnenland entzogen wird, wachst um nur 4 m. Das Wachstum unter- liegt starken Schwankungen, es erfolgt zum Teil ausschlieBlich, zum Teil besonders aus- gepragt in Hochwasserzeiten. In offenen Meeren wird daim unter Umstanden das neu gebildete Land vom Meer wieder zerstort. Dies tritt dauernd ein. wenn nach der Bildnng eines Deltas eine positive Niveauverschiebung V^einsetzt. So wird das IV -:rlta stetig verkleinert und die wohl einmal vorhandenen Deltas der deutschen Nordsei'fi heule \-erscii\\ linden odcr konnen, wie beim Rhein, mir (lurch Kingreifen des Menschen geschiitzl \\cnlni. Die gi'oirr;i|)|ii;>r|ic Yerbreitung der Deltas ist von dem Zusammenwirken einer ganzen Reihe von Faktoren aldiangig. Ebenso wie ilnv \()i!urni. das untermeerische Delta, in die sie auch wieder umgewandelt werden konnen, treten sie gesellig auf, so da6 man von ,,Deltakusten" sprechen kann. Solche sind zum Beispiel die Kitsten des Romanischen Mittelmeeres, die des Golfes von (iuinea, die Siidostkiiste von Ostasien vom Golf von Bengalen bis /um Gelben Meer mid die Kiisten des amerikanischen Mittelmeeres. Doch fin- den sich auch an diesen Kiisten Ausnahmcn, das heifit deltafreie Miindungen, mid im Gegensatz dazu Deltas an sonst delta- freien Kiistenstrecken. Von besonders forderndem EinfluB miissen im allgemeinen sein eine negative Niveauveranderung, da- neben der Reiehtum des Flusses an mit- gefiihrtem Material, das Vorhandensein einer groBen Geschwindigkeit und starke Hoch- wasser. Im Meer werden die Abwesenheit von Gezeitenstromungen und starke Wellen- bewegungen das Wachstum befordern. Trotz- dem gibt es auch hier fur jeden Fall eine Reihe von Ausnahmen, so daB ein Ineinander- greifen verschiedener Umstande angenommen werden muB. Literatlir. H. Wagner, Lehrbuch der Geo- graphic, 8. Aufl., J. Bd. Jln/iii'i/-, / mi'/ Li ipzig 1908. E. Bruckner, Die feste Erdrinde und Hire Former). Wien 18:>7. A, Penck, Die Erdoberftache, Scolir/.* geographisches If'/i/>//>uch, .). Anji., 1. Bd. Bielefeld und Leipzig 1909. - A. Supan, Grundzii) Gleichgewicht unter Einilulj von Srtuvi-r- und Zentrifugalkraft. 3. ]-!odcn- und Si'itcndruck einer Fliissigkeit. i. Auftrieb. Archimedisehes Prinzip. 5. Schweben un ,l - men. ii. StubilitJitdes Gleichgewichts eines si li\u>t'iiden oder sehwimmenden Korpers. Als Fliissigkeit bezeichnet man einen . wenn er die Eigenschaft des l 7-1 ..l-'lici.;. hat, (I. h. einer Yeninderung seiner Ge i,;!t. wim diese ohne Aenderung Volumes vnr sich u'dit, keinen Wider- >i;nid nsetzt. Man unterscheidet tropi'bare mler eigcntliche Flussigkeiten und : ersicrc hrsiizen ein konstantes odd- wcnigstens nur in sehr engen Grenzen veranderliches Volunion. bei letzteren da- i! ist da> Ijcstreben vorhanden, jeden ge- boteiien llaii in vollstandig auszufiillen. Das \'nliuiii'ii dci- uasforinigen Fliissigkeiten ist vim der (iriillc des Druckes abhangig. unter dt'in sic stelien; man bezeichnet sie daher anch ;ds kompressible und ini Gegensatz dazu die tropfbaren als inkompressible Fliissiirkeiten. Eine sehr geringe Kompressi- biihat ist. allerdings auch bei den tropi'baren Kliissii^keiten vorhanden, so nimmt das Vo- luiiien des \Yassers, wenn der Druck um I k'j; cm- n'csiciu'cri wird, bei 18 C nm V 21:00 ab. das tics Quecksilbers unter gleichen Um- standcn um V 256ono- I n den weitaus meisten Fallen kann man aber hiervon absehen, sogar die Kmiipressibiliiat der Gase kann haufig unberucksichtigt bleiben, wenn es sich nur II m klcine Druckanderungen handelt. i. Fliissigkeitsdruck. Fortpflanzung des Druckes. Eine vollkommene Fliissig- keit kann nur solchen Kraften Widerstand leisten, die die gegenseitige Entfernung ihrer Teilchen zu verkleinern streben, also Normal- kraften; Tangentialkrafte konnen nicht auf- trcicii. da diese sofort ein Answeichen der Flussigkeitsteilchen veranlassen wiirden. An!' ein durcli ebene Fliichcn begrenzte? Voluinen innerhalb einer Fliissigkeit (Fig. 1) Fig. 1. koniini alsu von den beiiaclibarten Teilchen der Fltissigkeil nur solclic Kral'te iiberlragen werden. die seiikreelit xn den Begrenzungs- naelieu wirken. In den ,,zahen" Flussig- in'tcn allcnlinu's ancli tangential le Reibungskrafte an!', deren Kicli- parallel 'liMi obiu'en BcuTciizmi'j-- sind, alter fte wirken nur ehiebungder steilchen und \vr., ( -ii\vindpn voll- .--indio-keit dieser Ver- schiebung Null wird; in ruhendem Zustande verhalten sich also die zahen Fliissigkeiten wie die vollkommenen. Man bezeichnet nun als den ,,Druck" einer Fliissigkeit diejenige Kraft, welche von ihr auf die Einheit einer Flache ausgeubt wird. Die Flache kann der GefaBwandung angehoren oder einem festen K(")rper, der sich in der Fliissigkeit befindet, sie kann aber auch. wie oben, die gedachte Begrenzung eines Teils der Fliissigkeit bilden. Als Einheit des Druckes dient heute meist 1 kg/cm 2 = 1 (metrische) Atmosphare. Friiher wurde als Einheit derWert des mittlerenLuft- druckes am Meeresspiegel benutzt, dieser be- tragt 1,033 kg/cm 2 und ist gleich dem Druck einer Quecksilbersaule von 760 mm Ho'he (diese Einheit trug ebenfalls den Namen Atmosphare). In Fallen, wo die obige Ein- heit unbequem groB ist, benutzt man kleinere Einheiten, so z. B. in der Technik sehr haufig 1 kg/m 2 . Die Driicke konnen durch Hohen von Fliissigkeitssaulen ge- messen werden (siehe 2 a), man gebraucht daher als DruckmaB auch m WS., cm WS., mm WS., cm QS, mm QS (WS bedeutet Wassersaule , QS Quecksilbersaule). Da der Druck von 1 kg/qcm durch eine Wassersaule von 10 m Hohe (bei 4 C) er- zeugt wird, so entsprechen obicfe WS-Ein- heiten l / lo , 1 / IQO und Viooo der metrischen Atmosphare, es ist also 1 mm WS gerade = 1 kg/m 2 . Die Instrumente, die zur Messung des Druckes dienen, nennt man Manometer (wegen ihrer Einrichtung sei auf den Artikel ,,Manometer" verwiesen). Wenn der Druck in einer Fliissigkeit ver- anderlich ist und an einem einzelnen Punkte gemessen werden soil, so muB die ,,MeB- flache" natiirlich so klein angenommen werden, daB man von der Veranderlichkeit des Druckes auf ihr absehen kann. Der Druck in einem Punkt ist von der Neigung der Flache unabhangig, wie aus folgender Be- trachtung hervorgeht. In der Fliissigkeit sei ein kleines dreiseitiges Prisma abge- grenzt, dessen Hohe gleich 1 sei (Fig. 2). Die Driicke seien auf den drei Seiten p 1? p 2 , p 3 , claim sind die von der Fliissigkeit auf die drei Seiten ausgeiibten Gesamtkrafte PI = PI .AB, P 2 = p 2 .BC, P 3 = p 3 .CA. Wenn die Driicke auf den Seitenflachen konstant sind, so greifen diese Gesamtkrafte in den Mitten der Seiten an. Damit nun Gleichgewicht be- slcht, damit also die drei Kraftstrecken sich zu einem Dreieck zusammenschlieBen, muB die Beziehung gelten: P 1 :P 2 :P 3 = AB:BC:CA. Diese Beziehung verlangt aber die Gleichheit der Driicke pj, p 2 , p 3 , d. h.: Der Druck wirkt in einem Punkt nach alien Richtungen in gleicher Starke. 75 Es werde nun die Fortpflanzung de.s Druckes nach anderen Punkten der Kliissig- keit untersucht, zunachst untor Ycniach- lassigung von Massenkraften (Schwerkraft usw.). Die Fliissigkeit bet'indc sich P c Fig 2. in einem geschlossenen GefaB, in dessen Wandung an zwei Stellen verschiebbare, aber dichtschlieBende Kolben angebracht seien; ihre Querschnitte seien F L und F 2 (Fig. 3). Auf den Kolben 1 werde nun eine Fig. 3. Kraft Pj ansgeiibt, dann betragt der an dieser Stelle erzengte Flussigkeitsdruck p p 1= =^. Urn zn untersuchen, wie dieser Druck auf den zweiten Kolben ubertragen wird, lassen wir den Kolben 1 eine kleine Verschiebung urn die Strecke lj ausfuhren, dann wird bei dieser virtnellen Verschiebnng die Arbeit P^.^ verbraucht. Wenn die Fltissigkeit keine Volumenanderung erfahren soil, so mnB das hier verdrangte Fliissigkeits- volumen F 1 .\ 1 eine Verschiebung dcs zweiten Kolbens urn die Strecke 1, bewirken. so Fi daB F 2 .l 2 ==F 1 .l 1 ist, also l^W, . Aus * 2 der Gleichheit der virttiellen F P^I! Ulld P 2 .l 2 folgt ?,, = ?!.] ergibt sich: p 2 = =- I', Der Druck I pl'lan/(. sidi (lurch die ganze Fliissig- kt-it in gleicher Starke fort (Pascal- sches Prin/,i|n. Die Kriil'ir I', und |>., verhalten sich wie dii! Kolbenquerschnitte, man kann also mit einer kleinen Kraft P, (lurch passende Wahl des Querschnittverhaltnisses eine groBe Kraft P 2 erzielen (natiirlich ist das Verhaltnis der Kolbenwege iiti umgcUclirten Verhaltnis der Krafte verkleinert). llicr.-iul' beruht die Einrichtung der hydraulisclicn Presse. Diese besteht (Fig. 4) aus ciuern groBen Fig. 4. Zylinder, in dem sich ein Kolben dicht- schlieBend bewegen kann. Die Dichtung wird meist hydraulisch bewirkt,' indem eine U-formige Ledermanschette durch den Flussigkeitsdruck selbst an den Kolben ge- preBt wird. Der Kolben tragt eine PreB- platte, eine zweite Platte ist durch das Maschinengestell mit dem Zylinder ver- bunden. Der Zylinder steht durch eine Druck- leitung mit dem kleinen Zylinder in Verbin- dung. Da nun bei groBer Uebersetzung der Weg des kleinen Kolbens oin sehr groBer sein mliBte, so ist der kleine Zylinder meist als Pumpe ausgebildet, so daB beim Riickgang des kleinen Kolbens Fliis^iukcit aus einem Behalter angesaimt und bei in Vorwartsgang unter den groBen Kolben gedriickt wird. Mit hydraulisehen Pressen wcnlcn Krafte bis zu 10000 t (rewicht ausgeubt (Schmiedepressen der Stalilwerke). 2. Gleichgewicht von Fliissigkeiten. AuBer dfii Kraften, die durch Vermittlung der aiirercii Beu;renzung auf die Fliissigkeit iibertragen wcnlcn (Druck eines Kolbens ..icii'ii and] sidche Krafte eine RolJc. die an den cinzelnen Flussigkeits- elementen selbst angreifen (Massenkrafte). Soil eine l-'liissi^kcil sich unter dem KinfluB vnu Massenkraften im Gleichgewicht be- I'iiiden, so kann dies nur dadurch geschehen, daB die auf ein Volumenelement wirkende Fliissigkeit .Ma~ ,i durch die Resultiereude der voii . lukeitsteilen anf die Obc ments ausgeiibten Driicke im ' lit gehalten wird. Weil die Flu reibungsfrei ist, so kann die Mas- sen I ur die "Druckverteilung in ihrer nen Hichtnng beeinflussen. Von solchen eukraiTen kommt in erster Linie die Sell \verk raft in Frage. bei Bewegung aber spielen auch Tragheits- und Zentrifugal- kra I to eine Rolle. 2ai Gleichgewicht unter EinfluB der Schwerkraft. Durch die Schwerkraft kann in einer Fliissigkeit nur eine Aenderung der Druckverteilung in senkrechter Rich- tunir hervorgebracht werden, in wagereehter Richtunir muB der Druck nach wie vor in alien Punkten derselbe sein. Daraus folgt, daB die Flachen gleichen Druckes horizon- tale Ebenen sein miissen. Nun ist die freie Oberflache oder der Spiegel der Fliissigkeit ebenfalls eine Flache, auf der konstanter Druck herrscht, es ergibt sich also der Satz: Die freie Oberflache einer Fliissig- keit bildet unter EinfluB der Schwer- kraft eine liorizontale Flache. Eine Anwendung dieses Satzes bildet der Quecksilberhorizont, der in der Astro- nomic als horizontaler Spiegel gebraucht wird. Ebenso beruht hierauf die Tatsache, daB in koinmunizierenden GefaBen, die mit der gleichen Fliissigkeit gefiillt sind, die Flussigkeitsspiegel gleichhoch stehen ' I iu. 5), wenn auf beiden Flachen der gleiche I 'ruck. z. B.'der Atmospharendruck herrscht, (lenn dann miissen beide Spiegel derselben Borizontalebene angehoren. r hb'herer Druck herrscht als anf der Oberseite. Der Druck betrage an der Oberseite p , an der Unterseite p, dann ist fiir die inkom- pressible Fliissigkeit (y const.) die Be- dingung fiir das Gleichgewicht: L? Fig, 6. - Fig. 6. I Me VeraiHlermiu-. die (lurch die Schwer- kraft in der Druckverteilung hervorce- brachl wird, lal.lt sich yerfolgen, indem inan Gleichgewiehl eines I'arallelepipeds igkeil antersuchl (Fig. 6). Die an il'U! fende .M;i^oukra1't isi irli-ich seinem ewicht, also : : sich y.xjz, wenn ; das Gewichl 'i-siirkMt 1st. Diese \virkeude Krai't iiuiB dadurch Averden . daB ' allelejiipeds ein p.xy== Po-xy+ y.xyz, wennz nach unten positivgerechnet wird, oder P = Po+7-z- Dabei bedeutet p den Druck an der freien Oberflache (z = 0). Die Gleichung sagt aus, daB in einer Fliissigkeit der Druck linear mit der Tiefe ansteigt imd zwar urn so schneller, je groBer das spezifische Gewicht derselben ist. So nimmt im Wasser der Druck fiir je 10 m Tiefe um 1 kg/qcm zu. Wenn in zwei koinmunizierenden Ge- faBen auf beiden Spiegeln nicht derselbe Druck herrscht (Fig. 7), so wird dort, wo der Fig. 7. Fig. 8. groBere Druck p x ist, ein Herabdrucken des Spiegels eintreten und damit eine Hohendiffe- renz voni Betrage h entstehen. Legt man (lurch den tieferen Spiegel eine liorizontale Ebene, so muB auf ihr im anderen Schenkel auch der Druck p t herrschen. Das Gleich- gewicht des abgeschnittenen Fliissigkeits- teils liefert die Bedingung: = .h oder h = 7 miBt man also die Hohendifferenz h. so laBt sich claraus die Druckdifferenz berechnen. Hierauf beruht die Messung von Drnck- differenzen mittels Flussigkeitsmano- nieter; ist das U-Rohr rnit Wasser gefiiflt, so l;iBt sich die Druckdifferenz direkt in cm WSoder mmWS. ablesen, doch werden haufig auch andere Fliissigkeiten (Quecksilber, Alko- hol) zur Fiillung benutzt. Da unter EinfluB der Druckdifferenz beide Spiegel sich verschieben, so sind z\vei Ablesungen notig; zur Verein- fachung der Ablesung gibt man daher wo hi clem einen Schenkel eiuen sehr groBen Quer- x<-hnitt im Verdeich zum anderen, so daB in ihm der Fliissigkeitsspiegel nur eine ganz gerinre Verschiebung erfahrt, die man ver- Qachlassigen oder rechnerisch beriicksich- tigen kann (Fig. 8). Zur Messung sehr 77 geringer Druckdifferenzen erhalt der enge oder, wenn p Schenkel eine ganz flach geneigte Lage (Fig. 9), damit einer kleinen Druckdifferenz Fig. 9. em moglichst groBer Ausschlag der Fliissig- keitssaule entspricht (Mikromanometer) ; es ist dann p t p 2 =y.h = y.l.sin a, wenn a den Neigungswinkel des Rohres und 1 den ab- gelesenen Ausschlag bedeutet. Sind zwei kommunizierende GefiiBe mit Flussigkeiten von verschiedenem spezifi- schem Gewicht gefiillt (die sich aber nicht mischen diirfen), so wird dort, wo sich die schwerere Fllissigkeit befindet, der Spiegel tiefer stehen als in dem anderen Schenkel (Fig. 10). Legt man wieder durch die Tren- nungsstelle beider Fliissigkeiten eine ho- rizontale Ebene, so mu 6 auf ihr Druck- gleichheit herrschen, also muB die Bezieh- 1,033 kg/cm 2 und t=0 ist: - 7991) p = l,033.e i' . Es is! d.-ibei e - 2,71828.. ., die Basis der natiirlichen Louaiiihinen. Das Gesetz der Abnahme des Liirtdnickes ist durch die graphische Darstcllung Kigur 11 veranschau- licht; nach obiger Formel betriigt der Luft- druck in 100 m Hohe 1,02 kg/cm 2 , in 1000 m Hohe 0,1)1 lf> kg/cm 2 und in 10000 m Hohe 0,2955 kg/cm 2 . In der Nahe der Erdoberl'lache nimmt er fiir je 10 m Hohe um 1,293 g/cm 2 ab; wiirde das spezil'ische Gewicht f u ng gelt en Fig. 10. 3> a .h 2 . Es verhalten sich also die entsprech en- den Hohen der beiden Flussigkeiten umge- kehrt wie ihre spezi- fischen Gewichte. Diese Tatsache laBt sich benutzen, um die spezifischen Gewichte von Flussigkeiten mit- einander zu vergleichen. Wenn die Fliissigkeit kompressibel ist, so muB man bei grb'Beren Hohen auf die Ver- iinderlichkeit des spezifischen Gewichtes mit dem Druck, also auch mit der Hohe, Riick- sicht nehmen; es besteht dann nicht mehr, wie bei der inkompressiblen Fliissigkeit, eine lineare Abhangigkeit des Druckes von der Hohe. So ergibt sich fiir die Druckverteilung in der Atmosphare unter der Voraussetzung, daB die Temperatur der Luft konstant und ihr spezifisches Gewicht daher dem Druck proportional ist (Boyle-Mariottesches Gesetz), ein Verlauf nach einem Exponential- gesetz. Bezeichnet h die Hohe eines Punktes iiber dem Meeresspiegel in in, so betriigt dort der Luftdruck in kg/qcm 2 bei einer Temperatur von t: 29,27(t+273) Fig. 11. Fig. 12. der Luft (das bei und 760 mm Barometer- stand 1,293 kg/m 3 betragt) konstant sein, iso miiBte bereits in finer Hohe von 7,99 km der Druck Null herrschen, wahrend er in Wirklichkeit dort den \\Vrt 1,033. e- = 0,38 kg/cm 2 besitzt und den Wert Null erst in unendlicher Hohe erreicht. Von den zur Messung des Luftdruekes dienenden Instrumenten (vgl. den Artikel ,, Barometer-) sei liic-r das Quecksilber- baro meter erwahnt, da es auf dem Prinzip der kommunizierenden GefaBe beruht. Es besteht in t-iner einfachcn Form aus einer U-fb'rmig i . ; in kg/cm 2 , wenn h die Hb'hen- dif! ,mii 11 ml ;.- das spezifische Gewicht i.niccksilbors (13,6) ist. Meist gibt man die (irolic des Luftdruekes nicht in kg/cm 2 an. sundern den ihm entsprechenden Baro- metersland in mm Quecksilbersaule ; dem normalen Luftdruck von 1,033 kg/cm 2 ent- spricht eiii Barometers! and von 760 mm. 2b) Gleichgewicht unter EinfluB von Schwer- und Zentrifugalkraft. Der Satz, daB die freie Oberflache ciner unter EinfluB der Schwerkraft stehenden Fliissigkeit eine horizontale Ebene bildet, gilt nur, wenn die Diineiisionen der Oberflache sehr klein im Yergleich zum Radius der Erde sind. Trifft dies nicht mehr zu, wie bei der Meeresober- I'laehe, so ergibt sich eine Abweichung daraus, da Li in weit voneinander entfernten Punkten die Richtungslinien der Schwerkraft nicht parallel sind, sondern radial zum Erdmittel- punkte gerichtet sind. Die Meeresoberflache miiBte also unter dem EinfluB der Gravitation eine zum Erdmittelpunkt konzentrische Kugelflache bilden. Durch die von der Erd- rotation verursachte Zentrifugalkraft tritt aber eine Abweichung von der Kugelgestalt ein. denn durch die Zentrifugalkraft wird nach dem Aequator zu der EinfluB der Gravitation vermindert. Die Gleichgewichts- figur bildet daher einen nach den Polen zu abgeplatteten Rotationskorper, dessen Form man als Geoid bezeichnet. Dieser Name gilt eigentlich fur die Flache, auf der die mittleren Wasserstandshohen der ver- schiedenen Punkte der Erdoberflache liegen. Die wirkliche Gestalt laBt sich mit groBer Aniiaherung als ein abgeplattetes Rotations- ellipsoid auffassen, bei clem die kleine Achse inn rund l / 2m kleiner ist als die groBe (Bess el- sches Rotationsellipsoid); mit dieser An- niiliming wird in der hoheren Geodasie ge- rechnet. Die Gleichgewichtsfigur einer frei ro- tierenden Flussigkeitsmasse unter EinfluB der Cravilatioii ist, da die Himmelskorper als solclx Gleichgewichtsfiguren aufzufassen sind. viclt'aeh (Je-jenstand mathematischer Qntersuchungen u-ewesen. MacLaurin be- rcchnele I ( 1'J I'iir cine homogeiie rotierende l-'liissiL-' Gleichgewichtsfigur abgepla Rotationsellipsoid CMac Laurii id), Simpson \vies dedene Rotations- wichtsbedingungen iigeh; das ' inenist aher '' d Ale in ben bil. Spater wurde '> auch ein drei- wichlsfigur existieren konne; der Nachweis dafiir wurde durch Liouville erbracht. Unter den Be- dingungen, denen die Erde unterworfen ist, iniiBten die Achsen dieses Jakobischen Ellipsoids imVerhaltnis 1: 1,02: 19,57 stehen, wobei die kleinste Achse die Rotationsachse ware. Nach Poincare kb'nnen auch Kb'rper von eigenartig birnenformiger Gestalt. die durch eine Deformation aus dem Jakobi- schen Ellipsoid hervorgehen, Gleichgewichts- figuren bilden; auch kann das Ellipsoid in einen Zylinder ausarten. Ein Ring kann jedoch als Gleichgewichtsfigur einer ro- tierenden Flussigkeitsmasse nicht bestehen, der Ring des Saturn kann daher nicht von einer flussigen Masse gebildet sein, sondern besteht (nach der Hvpothese von Cassini) wahrscheinlich aus lauter einzelnen festen Kb'rpern; die Annahme eines homogenen festen Korpers fiihrt nicht zu einem mog- lichen Gleichgewicht. Befindet sich eine Fliissigkeit in einem GefaB und rotiert mit diesem um seine Achse, so findet infolge der Zentrifugalkraft ein An- wachsen des Druckes von innen nach auBen statt. Unter dem EinfluB dieses Druck- anstiegs wird bei Einleitung der Bewegung die Fliissigkeit teilweise von der Drehachse weggedrangt, der Fliissigkeitsspiegel steigt an der auBeren GefaBwand nnd sinkt ent- sprechend in der Nahe der Drehachse. bis der infolge der Spiegelhebung auBen ge- steigerte Druck cler Zentrifugalkraft das Gleichgewicht halt. Von diesem Augenblick an rotiert die Fliissigkeit mit dem GefaB wie ein fester Korper, die einzelnen Fliissigkeits- teilchen bleiben relativ zueinander in Rnhe; die Untersuchung des Verhaltens der gleich- formig rotierenden Fliissigkeit kann daher als ein Problem der Hydrostatik aufgefaBt werden. Ein Element der Fliissigkeit, dessen Masse m sei, befinde sich in einem Abstande r von der Drehachse (Fig. 13). Auf dieses wirkt nach unten die Schwerkraft im Betrage m.g, wenn g die Erdbeschleunigung darstellt; nach auBen dagegen die Zentrifugalkraft, ihre GroBe ist, wenn man die Winkelgeschwin- digkeit mit to bezeichnet, gleich m.r.co 2 . Die Winkelgeschwindigkeit to laBt sich auch durch die Tourenzahl n der Achse, also die Zahl der Umdrehungen pro Minute, aus- driicken ; es ist co = ~ak~' Die Resultierende beider Massenkrafte (s. Fig. 13) bring t nun die in der Fliissigkeit auftretende Druckverande- rung zustande, die Flachen gleichen Druckes miissen also senkrecht zu der Richtung der resultierenden Massenkraft sein, oder diese Richtung bildet die Normale der Flache gleichen Druckes, der das betreffende Massen- element angehbrt. Die Normale und der 79 I Radius r schneiden auf der Rotalions.idise die Subnormale z ab; aus der Aelinlidikcit der Dreiecke folgt nun: z:r = g:r.co 2 oder g 2 = : M z = const. Die Konstanz der Sub- normale ist aber eine bekannte Eigenschaft der Parabel bezw. des Ro- tationsparabo- loids; es ergibt sich also, daB die Flachen gleichen Druk- kesRotations- paraboloide sind. Da die Subnormale fiir alle Flachen gleichen Druk- kes denselben Wert besitzt (denn g und w sind in der gan- zen Fliissigkeit konstant). so folgt, daB die verschiedenen Flachen Fig. 13. gleichen Druckes durch kongruente Rota- tionsparaboloide gebildet werden, die ma- in der Hohe gegeneinander verschoben sind (s. Fig. 13). Auch die freie Oberflache der rotierenden Fliissigkeit gehort dieser Schar an; die Flachenschar tritt an Stelle der Ebenen, die bei der ruhenden Fliissigkeit die Flachen gleichen Druckes bilden. Der Druck in einem beliebigen Punkte der Fliissig- keit wird durch den vertikalen Abstand des Punktes von der freien Oberflache gemessen, daraus folgt, daB in einer Horizontalebene der Druck proportional dem Quadrat des Radius wachst. Aus der Subnormale ergibt sich der Parameter der Paraboloide : 2p = 2 -V und CO 2 aus diesem die Scheitelsenkung h des von der freien Oberflache gebildeteii Paraboloids: R 2 R 2 co 2 ft = : ~o^~ - ~ = const. co 2 (R = Radius ^p ^g des zylindrischen GefaBes). Wegen der Ab- hangigkeit der Scheiteltiefe von der Winkel- geschwindigkeit hat man auf diesem Prinzip beruhende Instrumente benutzt, urn die Tourenzahl von Maschinenwellen zu messen; das GefaB besteht dann aus einem Glaszy Un- der, der auBen mit einer Teilung versehen ist und so die Tourenzahl abzulesen ge- stattet. Unbequem ist dabei, daB wetn-n der quadratischen Abhangigkeit von der Tourenzahl der Ausschlag zunachst sehr langsam. bei groBen Tourenzahlen nber sehr schnell ansteigt. SchlieBt man aber den Zylinder oben durch einen Deckel ib, von doin AiigcMibliek an, wo die ro- keit l,-ii Deckel orreicht, der Ausschlag iiur nodi proportional mit der ourenzahl /H, so daB sich von diesem HMIZWCI-I .-MI cine gleichformige Skala er- gibt (Braunsches Tachometer). Befinden sich in diun nilicn-iidcn CdaB zwei Flussig- keiten von vcrsdiicdcncin spczifischem Ge- wicht, so bildd, die Trennungsflache der- selben, da sic eine l-'liidic konstanten Druckes ist, ebenfalls ein Rotationsparaboloid; nach einem solchen erfolgl. z. B. die Trennung des Rahms von der Milch in der Milch- zentrifuge. 3. Boden- undSeitendruck einer Flussig- keit. Der in einer Kiissiu'keit herrschende Druck wirkt ebenso wie auf die Teilchen der Fliissigkeit auch auf die Wandungen des GefaBes, in dem sidi die Fliissigkeit, befindet, und zwar wirkt er stets senkrecht zu den Flachenelementen der GefaBwandung. Die gesamte von der Fliissigkeit auf die (rotaB- wandung oder auf Tcili" dcrsclbrn ans^eiibte Kraft liiBt sich stets dadurch finden, daB man aus dem Gesetz der Druckzunahme nach unten die Verteilung des Fliissigkeit sdruckes iiber das betreffende Flachenstiick ermittelt: und nun die Summation der Einzeldriicke ausfiihrt Ist die Flache gewb'lbt, so sind die Einzeldriicke untereinander nicht parallel und man muB vor der Summation eine Zer- legung derselben in Komponenten vornehmen und so die Komponenten der Ivcsiiltierenden getrennt ermitteln. In der Wandung des GefaBes befinde sich ein Flachenelement dF. Senkrecht zu diesem wirkt der Druck p, die Kraft in Rich- tung der Normale betragt also p . dF ( Fig. 14). cosoi Fig. 14. K> soil nun die Kraft in einer der Koordinaten- chtun^eii. /. \> in der X-liiditung, ermittelt werden. Die in die X-Kidil inm' I'allende Kom- ponente der Ixesitltierenden ist p.dF.cosa, wenn a. der Winkel x.wisdien der Flachen- normalen und der X-Richtung ist. a ist aber auch der Winkel. den das Flachenelement mil einer znr X-Richtung senkrechten Ebene liildet. dF.cosa ist also die Projektion von mf eine solche Ebene. Man bekommt Fliissigkeit snmit die K :>'iiie in einer beliebigen las Flachenelement in ;;rojiziert und mit dem iiipliziert; bei einem aus- ..rlu-iistiick erhalt man die Knnipuiicnii' dcr Resultierenden durch Inte- gration iibcr die Flachenelemente. Bei der iit.en Komponente (Bodendruck) er- triln sidi noch folgendcs: Der Normaldruck p ist , wenn der Druck an der freien Oberflache -Icidi Null Hii enthaltenen Kliissigkeits- masse (hydrostatisches I'aradoxou, Fig. 16). 1G. 1 auf dei llic ruck wie auf der AuBen- sondern ctwa ein Fig. 17. Diese Beziehungen sind sofort einzusehen, wenn man sich die Flache mit der Belastung in die Horizontalebene gedreht denkt. Es sei z. B. ein Kanal von rechteckigem | Querschnitt von der Breite b und der Tiefe h durch einen holzernen Schiitzen abgeschlos- sen, dann betragt der resultierende Wasser- h 2 druck auf den Schiitzen P = b. - undgreift in einer Tiefe von 2 / 3 h an, konnte also durch eine in diesem Punkt angreifende Einzelkraft von der angegebenen GroBe im Gleichgewicht gehalten werden (Fig. 18). Der Mittelwert des Druckes auf eine ebene Flache ist, wie sich durch eine nahere Be- trachtung ergibt, gleich dem Druck p s in Hi fc in Schwerpunkt, man bekommt also die GroBe der Gesamtkraft, indem man das Produkt aus FlachengroBe und Druck im Schwerpunkt bildet (P = F.p s ). Der An- griffspunkt der Resultierenden (der Druck- mittelpunkt) kann dadurch gefunden wer- Fin 81 den, daB man die statischen Momente der Einzeldriicke in bezug auf die Linie bildet, in der der Wasserspiegel die Ebene der Flache schneidet, dann ist das Moment, von P gleich der Summe dieser Einzelmomente ; Fig. 18 da nun P selbst bekannt ist, so kann aus dem Moment der Abstand des Angriffspunktes von jener Linie berechnet werden. 4. Auftrieb. Archimedisches Prinzip. Befindet sich ein fester Korper in einer Fliissigkeit vom spezifischen Gewicht y, so wirken auf seine Oberflache dieselben Krafte, die die Fliissigkeit auf ein an seiner Stelle befindliches Fliissigkeitsvolumen glei- cher Gestalt ausiiben wiirde. Dieses fliissige Ersatzvolumen wiirde sich in der Fliissigkeit befinden, die von der ausgeiibten Oberflachendriicke besitzen also eine senkrecht aufwarts gerich- tete Resultierende gleich seinem Eigengewicht V.y. Die gleiche "aufwarts gerichtete Kraft mu 6 aber auch der feste Korper vom gleichen Volumen V erfahren. Demnach ergibt sich der schon von Archimedes ausgesprochene Satz: Ein in einer Fliissigkeit befind- licher fester (oder fliissiger) Korper erfahrt einen Auftrieb, der gleich dem Gewicht des verdrangten Fliis- sigkeitsvolumen s ist. Dieses Archimedische Prinzip laBt sich auch folgendermaBen ableiten (Fig. 19): Gleifehgewicht mi Fliissigkeit Fig. 19. Man denke sich zwischen dem Korper und der freien Oberflache der Fliissigkeit emei senkrechten Fliissigkeitszylinder begronxt ties auf den oberen Teil des Korpers ;i.iisi;Tiil)t('N Gcsamtdruckes gleich dem (iewicht tics Fliissigkeitszylinders iiber tier oberen Begrenzungsflache des Korpers. Der sciikret-ht ;i,u I'warts gerichtete Druck a ul' die untere Begrenzungsflache entspricht aber dem (lewicht der Fliissigkeitssanle zwischen der I'rcicn ( )b H'lache. mid der iintcrcii Begrenzungsflache des Korpers; die DilTerenz licidcr Knil'le cr.^ibl, einen Auf- trieb, der gleich dem (ic\\ iclil des verdrangten Fliissigkcitsvolumens ist. Der Anl'trieb maeht einen urn so kleineren Bruchteil des Korpergewichts ;ms, je, klciner das Verhilltnis des spezifischen Gewichts der Fliissigkeit zu dem ties Korpers ist. In einer gasformigen Fliissigkeit, z. B. Lul't, erfnhren feste Korper /war auch einen Auf- trieb, aber dieser ist so gering, daB er in den meisten Fallen vernachlassigt werden kann; er betragt in Luft unter normalen Verhalt- nissen etwa 1,2 g pro cdm. Bei sehr genauen Wagungen muB aber der Auftrieb, den sowohl der zu wagende Korper als auch die zum Ver- gleich benutzten Gewiclitstiicke in der Luft erfahren, beriicksichtigt werden, die Wagung muB auf den leeren Raum reduziert werden. Betragt das spezifische Gewicht des Korpers y, das der Gewichtsstiicke 7,. und das der Luft y (letzteres kann unter gewohnlichen Verhaltnissen zu 0,0012 aiigenommen wer- den), so berechnet sich aus dem scheinbaren, d. h. durch die Gewiclitstiicke angegebenen Gewicht G das wirkliche Gewicht G des Korpers aus der Beziehung: Aus G "=T +';-/; dem Gewichtsverlust. den ein in eine Fliissigkeit eingetauchter Korper er* fahrt, kann man sein Volumen ermitteln, wenn das spezifische Gewicht der Fliissigkeit bekannt ist. Hieraul' beruht eine Methode der Bestimmung des spezifischen Gewichts fester Korper, inclem man zunachst durch eine Wagung das Gewicht (> des Korpers bestimmt und ihn dann in Wasser einge- taucht und mittels eines diiimen Fadens an der Wane hanu'end, michmals wiigt. Da das spezifische Gewicht des Wassers gleich 1 zu setzen ist, so gibt. die Diffcrenz G G! der beiden Wairmmen munittelbar das Vo- lumen des KCirpcrs, und sein spezifisches Gewicht ist daher gleich G _ G Pie Vor - aiissetzung der Anwendbarkeit dieser Me- thode ist, daB der Kr.rper durch das Wasser nicht veramlert wird und daB sein spezi- I'ischcs (rcxvicht u-roLler als das des Wassers ist. i, man einen Kor|)er nacheinander in z\vei verschiedenen Flussigkeiten, _so ver- ,: gich die (lewichtsverluste, die er in ;en ^lussigKeiiszyuiiue .. , dann ist die senkrecht abwarts gen- leidet, wie die ^ez.hschen Gewichte Handworterbuch der Naturwissenschaften. Flussigkeit der Flii kann so das spezrfische Gewicht einer _ r keit durch Vergleich mit einer bekamiten bestimmen, eine zweck- ni;ii lidiiuag dazu bildet die Mohr- 5. Schweben und Schwimmen. Car- tesianischer Taucher. Araometer. Wird ein Korper in einer Flussigkeit untergetaucht und dann sich selbst tiberlassen, so kb'nnen in seinem Verhalten drei Falle auftreten, je nachdera sein spezifisches Gewicht gleich dem der Flussigkeit oder groBer oder kleiner als dieses ist. Im ersten Fall ist sein Eigen- uewicht gleich dem Auftrieb, der Kb'rper befindet sich also im Innern der Flussigkeit im Gleichgewicht, er schwebt in ihr. Im zweiten Fall iiberwiegt das Eigengewicht, der Korper sinkt zu Bo den. Im dritten Fall dagegen steigt er unter Wirkung des iiberwiegenden Auftriebes beschleunigt auf- warts, durchbricht die freie Oberflache der Flussigkeit und kommt zur Kuhe in der Lage, in welcher der durch Austauchen ver- minderte Auftrieb gleich seinem Eigen- gewicht ist, d. h. der Korper schwimmt. Ist das Gewicht des Korpers verander- lich, sein Volumen aber konstant, so kann er je nach Grb'Be des Gewichts in der Flussig- keit schweben, zu Boden sinken oder auf- steigen. Hierauf griindet sich ein bekanntes physikalisches Spielzeug, der cartesian ische Taucher. Eine kleine Glasfigur, deren hohles Innere Luft enthalt und durch eine ; feine Oeffnung mit der Flussigkeit in Verbin- 1 dung steht, schwimmt in einem mit Wasser gefiillten Glaszylinder, und zwar ist ihr Gewicht so abgeglichen, daB sie nur einen ganz geringen Auftrieb besitzt. Die Oeff- nung des Zylinders ist mit einer Blase tiber- spannt; driickt man mit dem Finger auf die Blase, so pflanzt sich der Druck durch die Kliissigkeit fort und treibt durch die Oeff- nun^ eUvas Wasser in das Innere der Figur, indem die in ihr enthaltene Luft zusammen- trednickt wird. Dadurch vermehrt sich ihr ; (iewidii und die Figur beginnt zu sinken; laBt man den Druck aufhbren, so dehnt sich die Lul't wieder aus, treibt das Wasser aus dem Jnnern der Figur und der Taucher steigt 'drr cmpor. LiiBt man ein und dcnselben Korper in is/i'jjkeiieu von verschiedenem spezifischem (rewiclit, schwinimen. so muB er in der spe- x.it'isch l"iclneiv!i i idcr eintauchen als in der H-liwereren. die eintauchenden Volumina ver- bal! en sich uintrckchri wie die spezifischen Ge- ler Kliissiukt'iuMi. Darauf beruht das l j ni!/.iji kalenaraometers, das zur ^tininiii' 'ifischon Gewichts von l-'liissiirkcii. Es besteht (Fig. 20 a) iiohlen nnkiirper aus Glas, der oben in einen dunnen, mit einer Teilung versehenen Stiel ausUluft; an der Teilung kann das spezifische Gewicht der Flussigkeit unmittelbar abgelesen werden. Das In- strument ist um so empfindlicher, je diinner der Stiel im Verhaltnis zum Volumen des 9 / \ a. Fig. 20. Schwimmkorpers ist, denn um so groBer ist die Bewegung, die das Instrument bei einer kleinen Veranderung des spezifischen Ge- wichts ausfiihrt. Im Gegensatz zu dem Skalenaraometer, bei dem das eintauchende Volumen verander- lich, das Gewicht aber konstant ist, wird bei dem Gewichtsaraometer ein Schwimm- korper von konstantem eintauchendem Vo- lumen verwandt, dessen Gewicht Verander- lich ist. Durch Auflegen von Gewichten auf die obere Schale(Fig. 20b) wird stets gleiches Eintauchen bis zu einer am Stiel ange- brachten Marke erreicht; es verhalten sich dann die spezifischen Gewichte wie die um das Gewicht des Schwimmkorpers vermehrten Belastungen. Das Instrument besitzt noch eine zweite Schale unten, damit es auch zur Bestimmung des spezifischen Gewichts fester Korper dienen kann. Es wird dann das Araometer zunachst fiir sich mittels des Zusatzgewichtes G l zum Einspielen gebrachr, dann wird der Korper auf die obere Schale gelegt und durch Zufiigen von G 2 wieder das Gleichgewicht hergestellt: das Gewicht des Korpers betragt somit Gj G 2 . SchlieBlich wird der Korper auf die untere Schale gelegt, wenn dann zum Einspielen ein Gewicht G 3 auf die obere Schale gelegt werden muB, so ist sein Volumen gleich G-,^ G^, sein spezifisches Gewicht betragt daher: Gj G 2 7:= G 3 -G 2 ' 6. Stabilitat eines schwebenden oder schwimmenden Korpers. Metazentrum. Die Untersuchung hat sich bisher nur mit der Moglichkeit des Schwebens oder Schwimmens eines Korpers in einer Fliissig- keit beschaftigt, sie werde nun auch aus- gedehnt auf die Stabilitat der Gleich- gewichtslage. 83 Die Resultierende des Auftriebs gcht durch den Schwerpunkt der verdrangten Fliissii;- keitsmenge, das sogenannte Deplaeemcnts- zentrum (Auftriebsschwerpunkt). Bci einem in der Fliissigkeit schwebenden Korper fallt, wenn er homogen ist, der eigene Schwer- punkt mit dem der verdrangten Wassermenge zusammen, der Korper befindet sich also in alien Lagen im indifferenten Gleichgewicht. Ist er dagegen inhomogen, so ist Gleichge- wicht nur moglich, wenn die Verbindungs- linie der beiden Punkte, die sogenannte Schwimmachse, vertikal ist. Das Gleich- gewicht ist stabil, wenn der Schwerpunkt sich unterhalb des Deplacementszentrums befindet, und labil, wenn er iiber demselben liegt, denn bei einer kleinen Verdrehung um den Winkel a tritt ein Kraftepaar G.I. sin a auf (Fig. 21), das ihn im ersten Falle aufzu- jedeni augenblicklichen Auftriebsschwer- punkt eiin>. Beruhrungsebene besitzt, die dem Fliissigkeitsspiegel parallel ist. Der schwim- mende Korper verhiilt sich nun- genau so, wie ein fester Korper von gleichem Gewicht, der mittels rincr Klache von der Form der Auftriebsflache auf einor horizontalen Ebene aufgclagert ist; der Auflagerpunkt wird durch den augenblicklichen Auftriebsschwerpunkt gebildet, der dem Eigengewicht gleiche Auf- trieb tritt an Stelle des Auflagerdruckes, und die verschiedenen Schwimmlagen wiirden einem Abrollen der Auftriebsflache auf der Horizontalebene entsprechen. Eine notwendige Bedingung des Gleich- gewichts ist natiirlich, daB die Schwimmachse vertikal sein muB. Um zu untersuchen, ob dabei das Gleichgewicht stabil oder labil st, denke man sich den Korper ein wenig aus dieser Lage herausbewegt oder, was auf dasselbe herauskommt, dem Fliissigkeits- spiegel (der ,,Schwimmebene") eine etwas veranderte Lage gegeben. der Auftrieb wirkt dann in der veranderten Lage senkrecht zu der neuen Schwimmebene (Fig. 22). Fig. 21. richten, im zweiten dagegen umzustiirzen sucht. Wird der stabil schwebende Korper durch einen AnstoB etwas aus seiner Gleich- gewichtslage gebracht, so fiihrt er um den Schwerpunkt Schwingungen aus, die, wenn man von der dadurch verursachten Wasser- bewegung absieht, wie die eines materiellen Pendels erfolgen, dessen Schwerpunkt vom Aufhangungspunkt den Abstand 1 hat. 1/0 Schwingungszeit ist demnach n ^l/ G~T' r wenn G das Gewicht und <) das Tragheits- moment des Korpers bezeichnen. Bei einem schwimmenden Korper werden die Verhaltnisse weniger einfach; der Auf- trieb greift hier nicht, wie bei dem in der Fliissigkeit schwebenden Korper, an einem im Kbrper festen Punkt an, sondern die Lage des Deplacementszentrums im Korpei wechselt bei Aenderung der Schwimmlagi Wtirde man dem schwimmendem Korper. beispielsweise einem Schiff, alle moghchei Lagen geben, bei denen nur die Bedingung erfullt ist, daB der Auftrieb gleich de Eigengewicht ist, so wiirda man alle mo< Lagen des Auftriebsschwerpunktes erhal Sie bilden in ihrer Gesamtheit eine die ,,Auftriebsflache". Diese hat sonderen noch die Eigenschaft, daB Fig. 22. Da der Auftrieb stets senkm-ht zur Beriih- rungsebene der Auftriebsflache, also in Kich- tung ihres Kjummungsradius wirkt, so schneidet bei ciner sehr kleinen Verdrehung aus der Gleichgewichtslage die neue Auf- triebsrichtung die urspriingliche im Kriim- mungsmittelpunkt ]\1 der Auftriebsflache, dieser liegt auf der urspriinglichen Schwimm- achse und wird als das Metazentrum be- zeichnet. Beim Schil'l 1 wird cr milierungsweise dadurch ermittelt. daB man durch eine em- seiti^e Belaslium das Schiff etwas aus seiner Gleichgewichtslage bringt und die entstan- deno XtMLninir miBt (Krangungsversuch). M'iaxc!iTniiii kann als der eigentliche unkt des Auftriebs aufgefaBt wer- cn Xiil'triebsschwerpunkt gibt nur die l> i( . MI. in der der Auftrieb wirkt (in ! i" ^ sind die Richtungen des Auf- Flfissi^keit - - Fliissiq'keiten triebs in don beiuon Lagen der Schwimm- ebenc durcli fndizes unterschieden). Es nun er h, daB die Gleichgewichts- LT.M -rabii ist. we;: n 'I, is Metazentrum iiber dci, rpunktliegt,undlabil,wennesunter demsolbi'ii lieirt. Die Stabilitat ist um so jo nTb'Ber die metazentrische ie, (ii-r Abstand des Metazentrums vom Sclnvf'rpmikt ist. Der Krummungsradius drr Auftriebsflaehe la'Bt sich auch durcli die Beziehung ausdriicken: Q = ^, worin V das Deplacement und I das Tragheits- momcnt der Schwimmebene, bezogen auf die Drehachse, ist. Diese Gleichung zeigt, daB beim Schiff das Metazentrum fiir eine Drehung um die Querachse wesentlich holier liegen muB als fiir eine Drehung um die Laim'sarhse, daB also das Schiff sich gegen eine Xriuunir urn die Querachse erheblich stabiler vcrhalten wird; man unterscheidet dciiinacli Breiten- und Langenmetazen- t ru in. Ini ruhigen Wasser wiirde das Schiff bei einer kleinen Auslenkung Schwingungen um die Gleichgewichtslage ausfiihren, deren Zeitdauer sich unter gleichen Voraussetzungen nach derselben Gleichung wie fiir den in dcr Flussigkeit schwebenden Kb'rper ermitteln lassen, nur tritt an Stelle des Abstandes von Ko'rper- und Auftriebsschwerpunkt die metazentrische Hohe. Literatar. Lovenz, Lehrlmch der technischen Plit/stI:, Bd. III. M !i nchen 1910. GreenhlLl, /Ii/'lmx/Htics. London 1894. Mit ausfii.hr- Literaturangdben : Aucrhach, Hydro- iil;, in \\'ln ki'Im ii n ns Handbuch der Physik. /:/. I. I.'ipzii, 19<>8. Love, Hydrodynamik, in '/'! L'nci/k/i./i,';,/;,' ,/rr nnit/ii i/iatischen Wissen- x<7, Efapillaritat , r| " U|11 Drehungsvermoeen !) Leitfahi 3 Losuneen ichtvonFJussig- Flussigkeitszustandes. ?i -rnrmigen festen /]1 ebrauchliche populare Charakteristikum des Fliissigkeits- zustandes ist ,,das Fehlen eigener Gestalt": es bedeutet, daB der fliissige Stoff jede be- liebige Form, eben die des GefaBes, annimmt, wahrend ein fester Stoff eine einmal von selbst angenommene oder auch ihm kiinstlich erteilte Gestalt beibehalt. Da die Gase gleicMalls je nach clem GefaBe beliebige Formen annehmen, und darum vielfach auch als fliissig bezeichnet werden. unterscheidet man gasformig-fliissige Stoffe (Gase) und tropfbar fliissige Stoffe (eigentliche Fliissig- keiten) und fiigt als weiteres Charakteristi- kum hinzu, daB ein Gas jeden ihm zur Ver- fiigung gestellten Raum vollstandig ausfiillt, eine Flussigkeit hingegen nicht, wobei die Erklarung dieses Unterschiedes dadurch gegeben wird, daB ein Gas ein Expansions - bestreben hat, das der Flussigkeit fehlt. Mit dieser Unterscheidung kann man sich bei genauer Betrachtung allerdings nicht begniigen. doch reicht sie fiir nicht streng wissenschaftliche Definition wohl vollig aus. Vollkommen scharf ist die Abgrenzung natiirlich ebensowenig wie jede" andere, und zur Erlauterung sei nur darauf hinge- wiesen, daB der Unterschied zwischen Gasmen und Fliissigkeiten in der Nahe des kritischen Punktes (vgl. den Artikel ,,Aggregatzu- stande") iiberhaupt verschwindet, und andererseits bei festen Stoffen nachweislicb unter dem Einflusse atiBerer Krafte ebenfalls Gestaltsanderungen auftreten, die nur oft auBerordentlich langsam erfolgen. Geht eine solche Aenderung nach dem Aufhoren des Zwanges schnell zuriick, so nennt man den festen Stoff elastisch (vgl. den Artikel ,,Elastizitat"), geschieht dies nicht, so heiBt er plastis'ch. Elastizitat zeigen nun andererseits auch fliissige Stoffe (vgl. Abschnitt 20 ,,Kompressibilitat") und ferner besitzen sie auch die Fahig- keit, eine bestimmte Gestalt anzunehmen, wenn man sie dem EinfluB auBerer ICrafte, insbesondere der Gravitation, ent- zieht. Sie erscheinen dann als Kugeln und nehmen diese Gestalt infolge der all- seitigen Wirkung der Oberflachenspannung an (siehe S. 95). Diese Erscheinung laBt sich sofort demonstrieren, wenn man eine kleine Menge einer Flussigkeit betrachtet. Je kleiner die Menge, desto groBer ist das Verha'ltnis der Oberflache zum Volum, also zur Masse, und dann tritt der Ein- fluB der einseitig wirkenden auBeren Krafte (Gravitation) um so mehr zuriick ii nter dem der allseitig gleichmaBig wirken- CM Oberflachenspannung. Darum sind ine Regentropfen viel mehr kugelformig groBe, und bei dem jotzt zu beschreiben- viel gebrauchlichen Demonstrations- Hche lassen sich die groBen Tropfen viel iter deformieren als die kleinen. itril 85 Wenn man ein Ge mi sell aus zwei Fliissig- keiten, die beide Wasser nicht Ibsen itnd deren eine leichter ist als Wasser (Beuziu. Benzol nsw.), wahrend die andere schwerer ist als dieses (Schwefelkohlenstoff, Chloro form, Tetrachlorkohlenstoff), in solchen Ver- haltnissen herstellt, daB das Gemisch das gleiche spezifische Gewicht hat wie Wasser, und dann vorsichtig kleine Mengen Wasser in dieses einftihrt, so bilclet das Wasser, das jetzt dem einseitigen EinfluB der Sclvwere entzogen ist, Tropfen von Kugelform. Man beobachtet dann, wenn man kleine Bewe- gungen der Fliissigkeit verursacht, daB groBe Tropfen dadurch voriibergehend deut- lich deformiert werden, kleine dagegen viel weniger. Bei Fliissigkeiten von hinreichender Oberflachenspannung, wie Quecksilber, oder Wasser auf festem Fett, kann man diese Ersclieiiiuiig auch in Luft beobachten. Die Tropfenbildung erfolgt nicht bei alien Stoffen mit gleicher Leichtigkeit, sie hangt vielmehr nnter sonst gleichen Um- standen stark von der individnellen Natur des Stoffes ab. AuBer der Oberflachen- spannung spielt hierbei die innere Rei- bung (vgl. den Artikel ,,Fliissigkeits- bewegungen") eine wesentliche Rolle, jene Eigenschaft, nach deren GroBe man die Fliissigkeiten in leichtfliissige und schwer- fliissige oder, da diese Ausdriicke auch in bezug, auf das Schmelzen fester Stoffe (vgl. den Artikel ,, Aggr egatzn stande ") gebraucht werden, in dunnflussige (leicht- bewegliche) und dickfliissige (schwerbeweg- liche, zahfliissige) einzuteilen pflegt. Als Bei- spiele fiir den ersten Typus kb'nnen Aethyl- ather (vulgar Schwefelather, Vitriolather), fur den zweiten konzentrierte Schwefelsaure und Glyzerin dienen. Wegen dieser Grenzunsicherheit teilt man neuerdings oft nicht mehr in feste und flussige Stoffe ein, sondern in kristallinische und amorphe, indem man die isotropeu und anisotropen Kristalle (siehe den Artikel Kris tallphy si k"), also die mit Richtungs- abhangigkeit gewisser Eigenschaf ten begabten Stoffe, als eine Gruppe den amor ph en Korpern gegentiberstellt. Dadurch kommen Stoffe wie Glas in eine Gruppe mit den FKissigkeiten, yon denen sie sich in der Tat auch nur quantitative durchgrbBere Starrheit, unterscheiden, in die sie sich aber meist gana stetig, etwa durch Erwarrnen, uberfuhren lassen; andererseits werden unzweifelhaft fliissige Stoffe mit den festen Kristallen koordiniert, weil sie Eichtungseigenschaften haben: ,,fliissige Kristalle" (vgl. den Artikel ,,Kristalle, fliissige Kristalle' Auch dies ist gerechtfertigt, urn so mehr, es feste Kristalle gibt, die, bevor sie beim Schmelzen in den Zustand der isotrope amorphen Fliissigkeit iibergehen, erst \M-nien, dime ilire Itirlitungseigenschaften solDi i 7.11 verliereii. Zu beachten ist aber bei dieser l-;iiiiciliiiig, daB vide amorphe Stoffe iinicr Einwirkung diusciiig wirkendcr auBerer Kriil'lc aiiisol.ri)|) \\cnlen, also Richtungs- eigenschaften anncliriicii. So zeigt rasch abgekiihlles (ilas, das untcr ^cwisscn miaus- ^cglicheiK!!) ,,Spaiinuni!-cii" der verschiedenen Niveauschichten steht,odereinseitiggepre6tea Glas ge\v()lnilich optischo Doppelbrechung (vgl. den Artikel ,,Doppelbrecliu ng"), und bei fliissigen Stoffen beobachtet man das Entstehen von eleklrischer oder auch opti- scher Doppelbrechung, \vcnn quer zu der Strahlrichtung des Wellenzuges eine magne- tische Kraft einwirkt. Gemeinsam mit deu festen Stoffen haben die fliissigen die Eigenschaft der Verdamp- fungsfahigkeit, der Oberflachenspannung, der im Vergleich zu der der Gase geringfiigigen Kompressibilitat und thermischen Ausdeh- nung, und andere, den (iasen dagegen stelien die meisten gewohnlich als flussig bezeidi- neten Stoffe miner als den festen Stoffen, falls man die Beweglichkeit (Fluiditat) be- trachtet (siehe oben). ib) Engere Kinteilung I'liissiger Stoffe. Eine andere Einteilung der I'liissincn Stoffe stiitzt sich auf ihre chemische Zu- sammensetzung, entsprechend der Tren- nung der Substanzen in anorganische und organische (d. h. Verbindungen des Kohlen- stoffs). Man unterscheidet demnach anore ganische Fliissigkeiten und organische. Jen- teilt man noch weiter ein in elementare (deren es aber unter gewb'hnlichen Verhalt- nissen nur wenige gibt, wie Brom und Quecksilber) und zusammengesetzte (Schwe- felsaure, Wasser). Die organischen Fliissig- keiten unterscheidet man nach ihrer Zu- sammensetzung als aliphatische (Benzin, Chloroform) und aromatische (Benzolderi- vate) oder als azyklische und zyklische Sub- stanzen. Die ersie (iruppe stimuli etwa mit der aliphatischen iiberein, die zyklischen Substanzen dau'egen zerfallen in isozyklische (eigentliche Benzolderivate) und lietero- zyidische, deren m sclilossener Ring nicht nur aus Kohlenstoff bestelit, sondern auch andere Elemente wie Sticks! nlT. Sanerstoff, Schwefel, Silicium oder Metalle enthalt (Naheres siehe in den Artikeln Aliphatische Reihe", ,,Aromat ische, Reihe", ,,Isozyklische S y s t. o in e ", ,, 1 1 c ! e r o z y kl i s ch e Systme" und aiidereu). Die Unterschiede der Zusammensetzung zeigen sich natiirlich in dem physikalischen Verbal! en, also in den Eigenschaften der Fliissiu-h'-ilen. Die Klassifikation nach den Zahlenwerten der Eigenschaften gehort den Aufgaben der Stbchiomei rie zu (siehe den Artikel S t 6 c h i o m e t r i e "), an dieser Stelle dau-ea'eu haben \vir eine 86 Fliissigkeiten allgemeine :cht liber die wichtigsten Kiirrnsrhaften der Flitssigkeiten und ihre Zahlt'iMverte zu geben, ohne naher auf die Beziehiiiu: zur chemischen Zusammen- "hen. Dabei haben wir zwi- !iinOo 1,210, 94 C S H 5 C] " I, II C.H 5 N0 2 1,21 CHoCl, 1,25 CS 2 " 1,26 CHCL 1.49 CC1 4 1,62 C 6 H 5 J 1,69 CH 3 J 2,28 CHBr 3 2,83 Hg(CH 3 ) 2 3,07 CH 2 J 2 3,33 Benzolgruppe Aethylacetat Aethylacetatgruppe ParaJdehyd Pyridin Anilin Essigsiiure Essigsauregruppe Chlorbenzol Nitro benzol Aethylenchlorid SchwefelkohJenstoff Chloroform Chlorkohlenstoff Jod benzol Methyljodid Bronioform Quecksilbermethyl Methylenjodid 2b) Warmeausdehnung. Die relative i Warmeausdehnung der Fllissigkeiten bei Zimmertemperatur variiert nicht sehr stark von Stoff zu Stoff und betragt im Mittel etwa 1/ 00 pro Celsiusgrad. Gemessen wird sie mittels des Dilatometers, eines Instrumentes von der Form der Quecksilber- thermometer, dessen Skala vor der Benutzung kalibriert werden muB (vgl. die Artikel ,, Warmeausdehnung" und ,,Raummes- sung"). Die gewohnliche Formel, durch die man die thermische Ausdehnung darzustellen pflegt, lautet wo v das Volum einer bestimmten Menge bei t, v das bei t bedeutet. a heiBt der erste, /? der zweite relative cubische Aus- dehnungskoeffizient. Dagegen sind in der Formel H 2 1,00 C 3 H g 3 1,26 SiCl 4 !,49 PC1 3 1,59 ILS0 4 1,86 SnCl 4 2,23 SbCl 6 2,35 Br 3,12 PbCl 4 3,15 Hg C 5 H,o CnHa+2 13,6 0,63 0,630,72 0,6 0,7 ca. ,7 0,75 ca. o,75o,8 > 0,8 ' N 0,69 '<> 0,72 Ct 1 / \ J L fi U ,79 0,790,82 o,79 0^89 1 ) +

tciii|H'r;uiir ft iinter dem Namen Siede- punkt hiniiiu al< charakteristische Kon- -M nie dor Fliissigkeiten angegeben wird. Nitrobenzol C S H B N0 2 + 208,3 Acetophenon C 7 H 8 + 201,5 Methylbenzoat C 8 H 8 0, + 197,5 Benzoesaure CyH^Oa + 249,0 Toluol < 'J L + no A sei doswegen hier eine Auswahl von Siedepunkten ft verzeichnet. Die Formeln j. \j i \.i\j i 78 ' IT" Methylanilin C 7 H 9 N + 193,8 Dimethylanilin C s H n N + 193,1 gelten fiir den Dampt'. Naphthalin C 10 H 8 + 218,2 m v 1 1 n Mono-Bromnaphthalin C, H 7 Br + 281,1 labellc 5. Benzophenon C ]3 H 10 + 306 Stuff Formel & Diphenylamin C 12 HnN + 302 liroin Br, + 63 Phenanthren C 14 Hj + 340 Chlnr CI 2 33,6 Pyridin C 5 H 5 N + 114,5 nucrksilbi-r Hg +357 o-Xylol C 8 H 10 + 143 Saiicrstoff 2 -182,6 m-Xylol C 8 H 10 + 139 Srlnvefel + 444,7 p-Xylol C 8 H 10 + 137 Stickstoff N 2 i95,7 Chinolin C 9 H 7 N + 238 \Vasscrstoff Ho -252,7 /.ink Zn +918 Da man es in der Praxis meist nicht mit Kaliuni K +75 8 einem Drucke von genau 760 mm zu tun hat, so mussen fiir anderen Druck kleine Antimontriolilorid SbCl 3 +223 Keduktionen auf 760 mm angebracht werden. Mortrirhlorid BC1 3 + 18,2 Hierfiir kann man die Regel benutzen, daB Bromwasserstoff HBr 68,7 in der Nahe von 760 mm eine Druckanderung Cblorwasserstoff HC1 - 82,9 o von 1 mm rund 1% der absoluten Siede- .ludwassurstoff HJ 35,7 Phosphor! riohlorid PG1 3 + 76 Phosphorwasserstoff PH 3 86,4 Schwefelwasserstoff H 2 S 60,2 / uu temperatur (^+273) ausmacht. Etwas genauer sind folgende in Promille angegebene Werte (nach W. Nernst: Theoretische Si hwefeldioxyd SO, - 10,1 Chemie). Schwefeltrioxyd S0 2 + 46 Tabelle 6. Schwefelsaure H,$0 4 + 326 Wasser ,i o Si lid unite trachlorid Si01 4 + 57,6 Alkohol .1 o Ammoniak NH 3 3^5 Phenol .1 i Siickoxydul N 2 88 Anilin .1 i Stickoxyd NO 150 Aceton .1 2 Stickstoi'ftetroxjd N 2 4 + 26 Benzophenon .1 i Zinntetrachlorid SnCl 4 +114 Aethylacetat .1 i Schwefelkohlenstoff .1 3 Ald.-hvd C,H 4 + 20,8 Aethylenbroniid .1 2 l';iraldphyd (C 2 H.,0) 3 +124 Benzol .1 2 Arrton CgHfiO + 56,5 Naphthalin .1 2 Arthyliithf-r <<4H 10 + 35 Anthracen .1 i A. tiiylaJkohol C 2 H 6 + 78,4 Quecksilber . i 2 Acthylliromid C 2 H 5 Br + 38,4 Aethylenbromid C 2 H 4 Br., + 131,0 Ainrisi'iisiiure HC(), + 100,8 Die Verdampfung erfolgt nicht immer sehr rasch. Bei Anwendung von Vorsichts- Mctliylfonniat C 2 H.,()., + 32^2 maBregeln kann man Flussigkeiten iiber- A.ethylformiat c ,ir e O,' + 54,4 hitzen, d. h. bei einer Temperatur fliissig ^iL'siinrc C,H 4 0", +118,0 erhalten, bei der ihr Dampfdruck viel holier Methylacetat C 3 H 6 2 67 ist als der auBere Druck (etwa der Atmo- C 4 H S 0, + 77,1 l-Amylalkohol C H 12 + 130 isoVButylalkohol C 4 H 10 +106,4 (n)-Propyla]koho] (\1I M O + 97 , 4 Methylafkohol CH 4 +67 \ sphare). Um das zu erzielen, muB man sie sehr gleichformig erwarmen, so daB sie an alien Stellen stets mb'glichst gleich temperiert sind. Das kann man entweder durch An- Chloroform cue]., + 61,2 wendung sehr kleiner Mengen oder durch Chlorkohlenstoff (Tl, ' + 76 7 Einbetten von Tropfen in eine gleichschwere Methyljodid cir 3 J + ,/ s Ari i-i 1 r t J nicht losende Fliissigkeit erreichen (z. B. Methylenjodid ( li.j, + lSl Schwefelkohlen! 46,2 ''" CHB + iso's rin n, +290 BenzoJ c IF -4- Xr> -> Wasser in einem passenden Oelgemisch), in- dem man sehr langsam erwarmt. So hat man Wasser bei Atmospharendruck auf fast 200 crhitzen konnen, Chloroform auf fast 100. ,,, , T oo >3 ( Worbenzol + I32 Beim Ueberhitzen wird viel Warme aufge- Brombei +155,5 speichert, und wenn aus irgendeinem Grunde Idehyd +l: plotzliche Dampfbildung eintritt, so wird - 181,4 diese Warme zur Verdampfung verbraucht. Flfissig'keiten 91 Da sie nicht allmahlich zugefiihrt werden mu 6, sondern bereits zugefiihrt ist, so erfolgt die Verdampfung dann explosiv. Zur Ver- meidung von Ueberhitzung (Siedeverzug) benutzt man ,,Siedeerleichterer" (vgl. den Artikel ,,Chemische Arbeitsmethoden", i d). Das Leiden frost sche Phanomen (,,spharoidaler Zustand") bernlit nicht auf Ueberhitzung. Es besteht darin, daB eine Flussigkeitsmasse bei Beriihrung mit einem sehr hoch iiber den Siedepunkt erhitztenfesten Korper (Metallschale) sofort eine Dampfhaut liefert, die dann zwischen ihr und der sehr heiBen Warmequelle eine diinne Schicht bildet nnd die Warme schlecht leitet, sodaB die Verdampfung nur langsam erfolgen kann. Die Fliissigkeit befindet sich dabei gewohn- lich unter halb ihrer normalen Siedetempe- ratur, eine iiberhitzte Fliissigkeit dagegen oberhalb. Bei sehr niedrigen Drucken beobachtet man iiberhaupt kein deutliches Sieden (d. h. lebhafte Dampfentwicklung unter Bewegung der Fliissigkeit), sondern nur ganz ruhiges, langsames Verdampfen. Beschleunigen kann man jede Verdampfung durch rasches Ent- fernen des gebildeten Dampfes. z. B. durch Ueberblasen von Luft. Wenn infolgedessen die Verdampfung sehr rasch wird, so kann unter Umstanden die notige Warme (siehe ae ,, Verdampfungswarme") nicht hinreichend schnell zugefiihrt werden; dann kiihlt sich die Fliissigkeit ab, weil sie die Warme aus sich selbst nehmen ninB, der Dampfdruck sinkt und die Verdampfung wird verlangsamt. 2e) Verdampfungswarme und spe- zifische Warme. Wie schon diese Tatsache zeigt, bedarf jede Fliissigkeit zur Verdamp- fung einer Warmezufuhr. Denn bei der Ver- dampfung wird eine Arbeit geleistet, und die hierzu notige Energie muB von auBen zuge- fiihrt werden. Je nach der Art, wie man den Verdampfungsvorgang leitet, unterscheidet man verschiedene Verdampfungswarmen. Der zur Ueberwindung des auBeren Druckes (d. h. Bildung des Dampfraumes) beim Ver- dampfen unter konstanter Temperatur notige Energiebetrag bildet im allgemeinen nur einen kleinen Teil der notigen Gesamt- energie und heiBt die auBere Verdamp- fungswarme (A). Den Hauptteil bildet die innere Verdampfungswarme (J), die man allgemein als die zur Ueberwindung der Kohasion (oder des Binnendrucks, vgl. den Artikel ,,Mechanochemie") notige Arbeit betrachtet. Die Summe von beiden heiBt die ganze oder totale Verdamp- fungswarme (G). Ferner ist seit Reg- nault noch der Begriff der Gesamtwarme des Dampfes und der der Flussigkeitswarme iiblich geworden. Wenn man eine Fliissig- keit von auf eine bestimmte andere Tem- peratur t erwarmt (ohne Verlust durch allmahliche Verdampfung) und dann bei t vollstandig in gesattigten Dampf verwandelt, so heiBt die hierzu im ganzen notige Warme die Gesamtwarme des Dampfes (W). Diese ist gleich der Summe der ganzen Ver- dampfungswarme G und der zur Erwarmung der Fliissigkeit von auf t notigen Warme, der Flussigkeitswarme (F). Ferner nennt man die Summe von F und J die Dampfwarme (D) und hat also folgende Definitionsgleichungen I W==F+G G= J+A I D=F+J (6) Unter ,, Verdampfungswarme" kurzweg versteht man die GroBe G. Diese ist es, welche fur den Koeffizienten B in der Formel (5) bestimmend ist. Der Koeffizient C dieser Formel ist bestimmt dnrch die spezifischen Warmen von Fliissigkeit und Dampf, von denen die erste in der Flussigkeitswarme F, die das Produkt von Masse, mittlerer spezi- fischer Warme und Temperatnrdifferenz (t 0) darstellt, enthalten ist. Man sieht also hieraus, daB Verdampfungswarme und spezifische Warmen fiir die Abhangigkeit des Dampfdruckes von der Temperatur be- stimmend sind. Die Zahlenwerte der Verdampfungs- warmen (die ihrerseits selbst wieder von der Temperatur abhangen, sind individuell stark verschieden. Eine Tabelle der Verdamp- fungswarmen beim Siedepunkt unter Atmo- spharendruck wird im Artikel ,,Moleku- larlehre" mitgeteilt. Beim kritischen Punkt (vgl. den Artikel ,,Aggregatzustande") wird die Verdampfungswarme Null. Ueber Beziehungen der Verdampfungs- warme zur chemischen Konstitution vgl. den Artikel ,,Stb'chiometrie". Die ,, spezifische Warme" der Fliissig- keiten definitionsgemaB die Warmemenge, die zur Erwarmung der Gewichtseinheit (1 g) um 1 Celsius notig ist - - ist eine wichtige und an sehr vielen Fliissigkeiten gut unter- snchte Eigenschaft. Sie steigt mit der Tem- peratur, und zwar ist ihre Temperatur- abhangigkeit im allgemeinen um so gro'Ber, je weniger ,, normal" die Fliissigkeit in chemisch-konstitutiverBeziehungist(Naheres im Artikel ,,Stochiometrie"). Die ge- wohnliche ,, spezifische Warme der Fliissig- keiten" ist die bei konstantem Druck (AtmospMrendruck oder Druck des ge- sattigten Dampfes). Doch muB man unter- scheiden zwischen dieser und der spezi- fischen Warme bei konstantem Vo- lum. Der Unterschied ist naher begriindet in den Formeln der Thermodynamik (vgl. die Artikel ,,Energielehre" und ,,Ther- 'mochemie"), er ist nicht, wie bei idealen | Gasen. eine universelle Konstante, sondern 92 Fltissigkeiten von der chemi-dien Natur der Flussigkeit, der ; ;>d clem Drucke abhangig (die Ti bbhangigkeit der spezi- fischen Marine dor Fltissigkeiten macht sich in d< in/.u'iiten D, E us\v. der For- mel (5)geltend). Ueber die Beziehungen zur Xatur der Stoffe findet man Nalicrcs im Artikel ,,Stochiometrie"; hier r.ike oine Tabelle, in der die fur Zimmer- t emperatur und Atmospharendruck geltenden spp/.ifischen Warmen von fliissigen Stoffen aiiirel'iilirt sind. und deren Angaben be deuten, da. (.5 zur Envarmnng von 1 g Flussig- keit uni 1 eine Warmemenge von e kleinen Caloric n notig ist (Genaueres liber die spe- y.ifiM-lie Warmc di* Wafers siehe im Artikel .,Ka lor i meter"). Tabelle 7. Stoff c Brom 0,107 Queeksilber 0,033 Zinntetrachlorid 0,14 SrlnvetVlsaure 0,33 Aethylather 0,56 Acthylalkohol 0,58 Aethylbromid 0,21 Arih vlcnbromid 0,14 Ainylalkohol 0,52 Anilin 0,51 Benzol 0,42 Butylalkohol 0,68 Chloroform 0,23 Diathylamin 0,52 Dichloressigsaure 0,38 Dimethylanilin 0,41 Essigsaure 0,47 Glycerin 0,58 Hexan 0,50 Heptan 0,47 Methylalkohol 0,60 Methylformiat 0,51 Nitrobenzol 0,34 Propylalkohol 0,66 Schwefelkohlenstoff 0,24 Toluol 0,40 Wasser 1,00 hie Temperaturabhangigkeit betragt im Diirrlischnitt einige Promille pro Grad. Der Kinl'lul.) des Dnickcs ist noch nicht ausfiihr- lich gemesxeii. scheint aber nicht unbetracht- lich /.a scin (z. B. ninimt nacli einer an Aotliylfulier ausgefiihrten Messung die spe/il'isclie \Viinne ungefahr nm 1 bis 2 % pro Al musphiirc alii. 2!') I 1 ' 1 ii i dil iit. Die eingangs als charak- ii'i-istischc Ijgenschait erwahnte innere Rcihung (Viskositiit, /ahiu'kcilj ist bei den Kliissigkcitcn aiiLJcnirdciitlich stark ver- ieden. Da sin auch h('(|iicni und genau gemessen wcnlcn kann. <(} ist sie sehr genau iniicrsiiclit. Qeber die Definition der l-'lii^ig- keitsreibung vgl. die Artikel ,,Reibung" I'ud ..l-'l iissig-kei I s '>e\\ cgnngen". Wir itigen u us hier mil, dem Satze, da8 'ient der inneren Keibung die Dimension eines Produktes von Druck und Zeit hat. Gemessen wird er durch die Ver- schiebung einer Fliissigkeitsmasse gegen eine an einer Wand haftende Schicht dieser Flussigkeit. Entweder laBt man also einen festen" Korper sich in einer Flussigkeit be- wegen (fallende Kugel, rotierende Scheibe, rotierender Zylinder),wobei tatsachlich nicht der feste K5rper an der Fliissigkeitsmasse reibt, sondern die an ihm festhaftende be- netzende Fliissigkeitsschicht (Methode von Coulomb), oder man laBt die Flussigkeit durch eine lange enge Rohre stromen (Methode von Poiseuille), wobei sie eben- falls sich an einer dunnen Fliissigkeitshaut reibt. Die experimentelle Anordnung ist im letzten Falle bedeutend einfacher als im ersten, und sie wird in der Praxis fast ausschlieBlich benutzt. Man benutzt dazu die Ostwaldsche An- ordnung. Ein Rohr von der Form der Figur 1 enthalt in der Kugel A eine passendeMenge Flussig- keit. Der Teil b ist kapillar, oberhalb und unterhalb der kleinen Kugel B befindet sich je eine Marke. Man saugt die Flussigkeit bis liber die obere Marke auf und beobachtet die Zeit des freiwilligen Ausflusses zwi- schen beiden Marken. Je nach der Zahigkeit wahlt man die GroBe von B und die Weite des Kapillarrohres verschieden. Fiir hohe Tem- peraturen,leichtfliichtige und hygroskopische Fllissigkeiten werden am oberen Ende des Apparates Verschliisse angebracht, die Auf- saugen und AbflieBen im geschlossenen Apparate ermoglichen. Das Produkt von AusfluBzeit und spezifischem Gewicht ist proportional der Viskositat. Um die Aus- messung der fur den Proportionalitats- faktor bestimmenden Dimensionen des Ka- pillarrohres zu vermeiden, bestimmt man nnr relative Werte, indem man zunachst eine Flussigkeit untersucht, deren Viskositat in absolutem MaBe bereits bekannt ist. Das Verhaltnis dieser Zahl zu der jeweils ge- fundenen ist gleich dem Proportionalitats- faktor. Wegen des groBen Temperatureinflusses (s. unten) nimmt man genaue Messungen in einem Thermostaten vor. Die Theorie dieser Methode verlangt ein langsames AusflieBen. Bei zu groBer Ge- schwindigkeit tritt die sogenannte Turbu- lenz auf, die eine Verzogerung bewirkt. Naheres siehe im Artikel ,,Fliissigkeits- bewegungen". 10s ist nun in neuerer Zeit wahrschein- lich geworden. daB fiir Vergleiche der ver- Fig. 1. Fliissigkeiten 93 schiedenen Stoffe untereinander, insbesondere betreffs Abhangigkeit der Erscheinung von Temperatur, Druck und chcmischer Zu- sammensetzung, der reziproke Wert der inneren Eeibung, die Fluid! tat, geeigneter sei. Infolgedessen wollen wir in nnseren Zahlenangaben den Wert der Fluiditat mit- teilen. Die folgende Tabelle bezieht sich auf 20 und Atmospharendruck und ent- halt den Koeffizienten 99 der Fluiditat in absolutem MaBe, d. h. in den Dimensionen sec/cm Jj -^- (vgl. den Artikel ,,Ma6 Messen"). u n d Stoff Wasser Aethylather Aldehyd Aceton Pentan Hexan Heptan Methyljodid Aethyljodid Aethylbromid Aethylenbromid Brom 99,2 426,0 451,2 3*0,2 I ; i ,< > 3 I2 ,4 243,7 205,2 171,3 255,0 58,2 Tabelle 8. Stoff (f Aethylenchlorid 120,0 Aethylidenchlorid 204,0 Methylenchlorid 229,5 Chloroform I 77i 2 Chlorkohlenstoff i3,i Methylalkohol 169,2 Aethylalkohol 84,0 Propylalkohol 44,3 Methylt'ormiat 288,2 Aethylformiat 249,0 Methylacetat 262,5 Aethylacetat 222,2 Stoff Schwefelkohlenstoff Benzol Toluol Ameisensaure Essigsiiure Essigsiiureanhydrid Anilin Nitrobenzol Glycerin Schwefelsaiire

7 = a+bt+ct 2 ... seien noch folgende erwahnt: Hier bedeutet r/ die Viskositat bei der kritischen Temperatur t , t^ die, bei der der Stoff unendlicn groBe Reibung haben, also vollkommen starr sein wurde (Graetz). a Hier ist a eine Konstante, T die absolute Temperatur (Bats chin ski). B T = A.ro- +C. (10)

257,20 Wahrscheinlich ist die folgende Gleichung (11) log = A+? Clog T DT. die der Formel (5) fiir Dampfdrucke ent- spricht, noch rationeller, doch ist sie noch nicht genugend gepriift. Sehr zahe Stoffe (Pech) haben koeffizienten. einen enormen Temperatur- Der Druck hat nur genngen EinfluB. Pro Atmosphare ninimt die Fluiditat bei 20 Ill Fliissigkeiten von Aethyliither urn 0,73 /o , von Benzol inn 0,93 % zu, von AVasser urn 0,17% ab. Die Reibur.^ fliissiger Stoffe spieit eine wesentliche Rnile in tier Praxis, da manche von iliii Schmiermittel in der Technik dit" I'azu gehoren dickfliissige Oele, ;i Petroleum. Entscheidend fur die praktisrhe Brauchbarkeit ist aber nicht nur die innere Reibung, und es ist auch nicht ganz sicher, wie die Reibung sich in diesem Falle auf die innere Reibung der Fliissigkeit und die auBere zwischen Maschinenteil und Schniiernrittel verteilt (vgl. den Artikel ,,Reibung"). .Mit Hilfe der S. 88 gegebenen Beziehung kann man aus (p und j3 die Relaxations- zeit berechnen. Diese ist fiir gewohnliche Stoffe enorm klein und zwar bei Zimmer- temperatur fiir Wasser ca. 0,5.10 12 , Pentan 0,5.10- 12 , Glycerin 2.10- 11 Sekunden. Erst bei Stoffen wie Pech niramt sie meBbare Werte an. 2g) Kapillaritat. An jeder Fliissig- keitsoberilache tritt die Erscheinung der Oberflachenspannung auf. Man definiert diese Grb'Be als ein der Oberflache inne- wohnendes Bestreben, sich zu verkleinern. Ihre theoretische Behandlung findet man in dem Artikel ,,Mechanochemie". Wir betrachten hier nur die Oberflachenspannung finer Fliissigkeit gegen ihren gesattigten Dampf oder, was fiir gewohnliche Tempera- tur praktisch dasselbe ist, gegen Luft. Theoretisch unterscheiden sich diese beiden GroBen; es ist aber wahrscheinlich, daB in unmittelbarer Nahe der Grenzflache in einer allerdings sehr diinnen Schicht, wenig- stens bei Flussigkeiten von einigermaBen nieBbarem Dampfdruck, die Gasschicht zum grb'Bten Teile aus dem Dampf e und nicht a us Luft besteht. Jedenfalls hat man keine sehr groBen Unterschiede gefunden. Die MaBeinheit der Oberflachenspannung ist im C.G.S.-System dyn/cm. I 1 iir ihre Messung gibt es eine groBe /a hi vi MI Methoden; von diesen ist die wich- li.trsie und cinfachste die der Steighohen in Kapillamihren. Ein enges Rohr wird vertikal in ein hrcilcs GefaB mit der Fliissig- keit gesenkt und die Hohe der aufgestiegenen Saiihi iiber dem unteren Niveau gemessen. Diese Hohe hangt ab vom Rohrenradius und der Temperatur, ferner von der Ober- flachenspannung und dem spr/it'ischen Ge- wichte. Dcnn j<> scli\vcrer die Miissigkeit ist - '.lurch die Ober- flachenspannung gehoben /u werden, die die Dimension :>ni Lanircneinhcit hat (hier der an dc nden Beriihrungs- zwischen Rohr und Fliissigkeits- - meniskusangreifenden Kraft). Die Temperatur des tragenden Meniskusringes muB definiert sein, was dutch Anwendung kleiner Bader oder anderer passender Vorrichtungen leicht erreicht werden kann. In Figur 2 ist eine gebrauchliche Form angedeu- tet. Das Rohr wird vor einer Spiegelglasskala befestigt. Um aus den gemessenen Steighohen und den spezifi- schen Gewichten die Ober- flachenspannung berechnen zu konnen, muB man den Radius des (als vollkommen zylin- drisch vorausgesetzten) Rohres kennen. Um diese miihsame und schwierige Messung zu ersparen, pflegt man relativ zu messen, d. h. in demselben Rohre erst eine Fliissig- keit zu untersuchen, deren Oberflachenspan- nung bereits absolut gemessen ist. Das Ver- haltnis zwischen diesem wahren Werte und dem jeweils gemessenen ist der fiir das jeweils benutzte Rohr geltende Reduktions- faktor. Das Vorstehende gilt nur fiir Flussigkeiten, die die Rb'hrenwand vollkommen benetzen (also den Randwinkel Null haben, vgl. den Artikel , ,M e c h a n o c h e mi e"). Bei wasserigen Losungen muB man sich daher besonders vor Fettspuren hiiten. Man erhalt nach dieser Methode die so- genannte statische Oberflachenspan- nung, d. h. den Wert fiir eine nicht momen- tan frisch gebildete Oberflache. Man kann mit Hilfe einer weniger einfachen Methode die dynamische Oberflachenspannung, den Wert fiir eine soeben frisch entstandene Flache, messen, wenn auch mit nicht sehr groBer Genauigkeit (Strahlmethode von Lord Rayleigh vgl. den Artikel ,,Fliissigkeits- bewegungen"). Beide Werte sind nicht notwendig gleich; insbesondere bei Losungen zeigen sich oft sehr groBe Differenzen. So zeigt die statische Methode bei wasserigen Losungen von schwerloslichen Stoffen, be- sonders hohen Fettsauren und verwandten Substanzen, enorme Depressionen der Ober- flachenspannung, die dynamische dagegen nur kleine Verminderung. Der Grund liegt darin, daB diese Stoffe sich in der Ober- flache zu relativ hoher Konzentration an- haufen, die viel groBer ist als die mittlere Konzentration der ganzen Losung, und daB zu dieser Anhaufung bei dynamischer Mes- sung nicht geniigend Zeit ist. Eine Anzahl Daten fiir 20 vereinigt die folgende Tabelle, in der die Ober- flachenspannung co in dyn/cm ausge- driickt ist. Eltissigkeiten Tabelle 10. Stoff Wasser Aceton Aethylalkohol Aethyljodid Auiei sen sii ure Iso-Arnylalkohol Anilin Benzol Chinolin Chloroform Essigsaure Glycerin Hexan Methylalkohol Methylformiat Nitrobenzol Paraldehyd (Petroleum) n-Propylalkohol Pyridin Schwefelkohlenstoff Chlorkohlenstoff Toluol Siliciumtetrachlorid Phosphortrichlorid Stickstoffperoxyd 10 72,5 23,0 21,9 29,8 37,i 33,4 43,8 28,9 44,6 26,7 23,5 62,8 17,5 23,0 24,6 42,2 26,0 2030 23,5 38,4 33,5 25,7 28,2 16,2 28,3 26,5 Temperaturerhohung vermindert die Oberflachenspannung uni durchschnittlich ] bis 3% pro Grad in der Nahe der Zimmer- temperatur bei Flussigkeiten, deren kritische Temperatur hinreichend weit (etwa 50) ent- fernt liegt. In der Nahe der kritischen Tem- peratur erfolgt ein rascherer Abfall. Haufig 1 rechnet man nicht mit dem Temperatur- koeffizienten der Oberflachenspannung, sondern mit dem der molaren Oberflachen- 1 energie(vgl.denArtikel,,Molekularlehre"). \ Die Abhangigkeit vom Druck ist direkt wohl kaum gemessen worden, doch muB sie sich berechnen lassen, weil man eine all- gemeine theoretische Beziehung zwischen Oberflachenspannung und Dampfdruck einer- seits und zwischen Dampfdruck und Kom- pression der Fliissigkeit andererseits kennt. Diese beiden Beziehungen lauten folgender- maBen. Der Dampfdruck einer gekrummten (oder gedehnten) Oberflache ist verschieden von dem einer ebenen, und zwar ister an einer konvexen Oberflache groBer als an einer konkaven. Der Unterschied der Damp! drucke ist, falls der Dampf hinreichend nahe den Gasgesetzen folgt, direkt proportional der Oberflachenspannung und dem Verhaltms der Dampfdichte zur Fliissigkeitsdichte, und umgekehrt proportional dem Kriimmungs- radius der Oberflache (demnach ist der Dampfdruck am Meniskus einer im Kapillar- rohr aufgestiegenen Fliissigkeitssaule kleiner als am unteren Fliissigkeitsniveau). Der Unterschied nimrat merkliche Betrage erst bei sehr kleinen Radien an, laBt sich aber qualitativ leicht nachweisen. Z. B. ist er die Ursache der Bildung von groBen Tropien aus dem Feuchtigkeitsbeschlage einer kalten ! Fensterscheibe. Wenn man nun eine Flussig- keit in Beruhrung mit ihrem gesattigten Dampfe komprimiert, ohne den Dampf selber zu komprimieren - - dies ist sowohl denkbar als auch praktisch moglich , so wird ihr Dampfdruck erhoht, und zwar, wenn der Dampf ein hinreichend ideales Gas ist, proportional dem Drucke (der ,,Pressung") und dem Verhaltnisse der Dampfdichte zur Fliissigkeitsdichte. Die Aendenmg des Dampfdrucks durch Pres- sung ist somit (natiirlich bis auf einen von den MaBeinheiten abhangenden Proportio- nalitatsfaktor, der aber bekannt ist) gleich der durch die Oberflachenspannung bewirkten, und die Oberflachenspannung andert sich also, wenn der Dampf nicht mit kompri- miert wird, proportional der Pressung. Von Interesse ist die Beziehung der Oberflachenenergie der Flussigkeiten (Pro- dukt von Oberflache und Oberflachenspan- nung) zur Volumenergie (Produkt von Druck und Volum). Wie aus dem Vorstehenden leicht zu entnehmen ist, muB bei sehr kleinen Substanzmengen das Verhaltnis der Ober- flachenenergie zur Volumenergie viel groBer sein als bei sehr groBen, denn der Druck und wenigstens in endlichenDimensionen- auch die Oberflachenspannung hangen von der Menge nicht ab, das Volum ist ihr pro- portional, die Oberflache aber nicht ; vielmehr nimmt sie relativ langsamer ab als die Menge. Da also bei sehr kleinen Stoffmengen die Oberflachenenergie eine sehr groBe Bedeu- tung hat, so wird sie bei diesen vorwiegend fiir das Verhalten der Stoffe maBgebend sein. Demnach werden, wie schon erwahnt (S. 84), sehr kleine freie Fliissigkeitsmengen Kugel- gestalt annehmen,weil diedeformierendeWir- kung etwaiger auBerer Krafte (Gravitation) nicht gegen die die Kugelgestalt fprdernde Oberflachenspannung aufkommen kann. Es wird aber ferner in solchen Dimensionen die einnial angenommene Kugelgestalt nur durch enorme Krafte deformiert werden kb'nnen. Stoffteilchen von der den Atomen zugeschrie- benen GroBe muss en daher, wenn man sie alsFliissigkeitstropfchen auffaBt, als praktisch absolut starr angenommen werden. Eine sehr wichtige Rolle spielt die Ober- flachenspannung bei Lebensvorgangen. Das hangt einmal mit der enormen Oberflachen- entwickelung zusammen, die den in Korper- fliissigkeiten enthaltenen Kolloidstoffen zu- kommt, und ferner mit dem groBen Einflusse von gelosten Stoffen auf die statische Ober- flachenspannung (s. S. 94 und den Ar- tikel ,, Adsorption"). 2h) Brechungsvermogen und Dre- hungsvermogen. Von den optischen Eigen- schaften der Flussigkeiten ist bei weitem die wichtigste das Lichtbrechungsvermogen (die Refraktion). Ueber dessen Definition 96 Fliissigkeiten und ]\lessmig findet man Naheres im Artikel Licht brech u n g ". Esisteinemerklich kon- stitutivi -ift, d. h. es hangt nicht nur\(.i' i.npouierenden Elementen und ( i( MV averhaltnissen, sondern auch von ;i micron chemischen Eigentiimlichkeiten tier Stol'fe ab. Im Artikel ,,Molekularlehre" 1st cine Anzahl Daten fur das Brechungs- vcnnrmcn und fur die Beziehungen zum eheniischen Charakter der Fliissigkeiten ge- u-cben worden und wir konnen uns daher hier kurzfassen. Die Refraktion der fliissigen Stoffe variiert sehr stark. Fur die Natrium- linic rcicht der Brechungsindex n in der Nahe der Zimmertemperatur in extremen Fallen bis liber 2 (fliissiger Phosphor) und Zahlen von 1,7 und 1,6 sind nicht selten (Schwefelkohlenstoff, Bromide und Jodide von Kohlenwasserstoffen). Er nimmt zu mit fallender Wellenlange und mit sinkender Temperatur und hangt auch vom Drucke ab. Die Verschiedenheit nach der Wellenlange bewirkt bekanntlich das Auftreten der Dispersion, die dnrch relative Differenz der Indices fiir je zwei Wellenlangen ge- inessen wird. Als Beispiele fiir die Ab- hangigkeit seien folgende Brechungsin dices angefiihrt (A Wellenlange in Tabelle 11. i Wasser 20 Schwefel- kohlenstoff 20 Benzol 20 Brom- naphthalin 19 Alkohol 17 Aethylather 20 Silicium- tetrachlorid 20 43 1- 1 [86,1 589,3 656, ; 1,3371 1,3330 I,33H i,6749 1,6524 1,6276 1,6182 1,5229 1,5*25 1,5005 1,4959 1,7043 i, (.825 1,1.588 1,6500 1,3697 1,3663 1.3619 1,3601 I.36ICJ 1,3560 r,354 2 1,3525 1,4244 I,42OO 1,4119 Die Dispersion zwischen A = 434 und 2 = 656 betnigt also der Reihe nach 3,4% (Schwefelkohlenstoff), 1,8% (Benzol), 3,2% < Bromnaphthalin),0,7%(AlkoholundAether), u.'.i",, (Siliciumehlorid). Aus diesem Grunde werden Schwefelkohlenstoff und Brom- naphthalin als stark brechende und stark dispergierende Stoffe praktisch benutzt. Der TemperatureinfluB auf den Index n ist nicht sehr groB. Fiir 1 Temperatur- erhohung bei 20 nimmt n bei Wasser um imgd'ahr 1 bis 0,8, bei Schwefelkohlenstofl inn 8 Einheiten der vierten Dezimalstelle ab. Druckzunahnie um 1 Atmosphare bei 20 erhoht n bei Wasser inn 1,5. bei Schwefelkohlenstoff um 6,6. bei Benzol um 5,1, bei Alkohol um 4,2 Einheiten der funften Dezimalstelle. Die Wirkung von 1 Temperaturanderung ist also beispielsweise bei Wasser 8 : 1,5 = = 5mal so groB wie die von 1 Atmosphare Druckzunahme. Der Temperatureinflufi aid' die GroBe n 1 b.'i Schwefelkohlenstoff betragt 0,0008: lU'i'l 1,26% , wahrend der thermische Aus- dehnungskoeffizient (siehe S. 87) 1,22 % liei ragl . I >cr (Quotient (n 1) : d (d = Dichte) ist dem nach hier praktisch unabhangig von der Temperatur (Gesetz von Landolt- Gladstone, vgl. den Artikel ,,Mole- k n I a r I eh re"). 1'eber die Bedeiitung des Brechungsver- "ii> fiir die clicmische Konstitutions- forincl vu'l. den Anikel ,,St dchiometrie". - uibi auch l''lii-iukeitcn, die Doppel- brcchnng /cigcn. Da/n ^clioren die triiben Schmelzenliquokristalh'nerStoffe(vgl.denAr- ille, fliissige Kristalle").Man dab; sche'den zwischen spo nianer und accedentieller Doppelbrechung. Spontane Doppelbrechung ist eine Eigen- schaft, die in dem Stoffe iinmanenten Rich- tungsversehiedenheiten begriindet sein muB, solchen Stoffen muB also, obwohl sie fliissig sind. Kristallnatur zugeschrieben werden. Ob molekulartheoretisch die Richtungsdiffe- renzen in der Konfiguration der Atome in der Molekel oder in der der Molekeln in Molekelkomplexen zu suchen ist, bleibt eine offene Frage. Accedentielle Doppelbrechung braucht nicht auf solchen praformierten Richtungsverschiedenheiten zu beruhen. Sie kommt zustande, wenn auf das durchfallende Licht quer eine Kraftwirkung ausgeiibt wird, z. B. ein magnetisches Feld oder ein einseitiger mechanischer Zug wirkt, und kann also durch die Ziisaniinenwirkung dieser beiden Rich- tungserscheinungen allein verursacht sein (Naheres im Artikel ,, Doppelbrechung"). Eine analoge Erscheinung ist das Dre- hungsvermogen fiir polarisiertes Licht. Sie ist bei Fliissigkeiten sehr haufig und wird der Asymmetrie von Atomgruppen in der Molekel zugeschrieben. Sie findet sich in der Tat auch nur bei solchen Fliissigkeiten, bei denen man aus chemischen Griinden eine geometrische Asymmetrie in der Anord- nung von Atomen oder Gruppen um ein Zentralatom, z. B. Kohlenstoff, annimmt. Solche Stoffe sind sowohl reine fliissige i wie geloste Substanzen; im zweiten Falle | ist derEffekt derKonzentration proportional. Man unterscheidet rechts- und linksdrehende | Stoffe wie bei festen Korpern ; ferner sind zwei Arten von Kompensation bei der Dre- hungsarten bekannt. Die erste ist als Kom- pensation der beiden in gleichen Mengen ge- Flussigkeiten 97 mischten Forraen zu betrachten, so daB die von den verschiedenen' Molekeln ver- ursachten Drehungen sich gerade aufheben, die andere wird aufgefaBt als Folge der Assoziation zweier verschieden drehender Mo- lekeln zu einer Doppelmolekel, die dann als solche iiberhaupt nicht dreht. Diese auBere Kompensation nennt man Racemie. All- gemeine einfache GesetzmaBigkeiten sind bis- her nicht bekannt geworden (vgl. auch die Artikel ,.Lichtpolarisation" und ,,Dre- hung der Polarisationsebene"). 2i) Farbe. Die Farbe der Flussigkeiten ist nach ihrer Zusammensetznng sehr ver- schieden. Sie ist der Ansdrnck der Ver- schiedenheit der Absorption des Lichtes, insofern, als der Stoff die Komplementar- farbe des von ihm vorzugsweise absorbierten Lichtes zeigt. Die sogenannten farblosen Flussigkeiten, wie Wasser, zeichnen sich vor den ,,gefarbten" dadurch aus, daB sie nicht im sichtbaren Spektrum zwischen Rot und Violett absorbieren, wohl aber vielleicht im Infrarot oder Ultraviolett. Im Infrarot stark absorbierende Flussigkeiten konnen als Warmefilter verwendet werden. Man kennt auch pleochroitische Flussig- keiten, sowie fluoreszierende. Meist sind sie Lb'sungen von Stoffen, die im festen Zu- stande dieselben Erscheinungen zeigen (vgl. die Artikel ,,Kristalloptik" und ,,Fluoreszenz"). Ueber konstitutive Be- ziehungen der Farbe vgl. den Artikel ,, Absorption (Li cht absorption)". 2k) Dielektrizitat. Theoretisch ver- wandt mit dem Lichtbrechungsvermogen ist die Dielektrizitat (siehe den Artikel ,, Dielektrizitat"), insofern als die elektromagnetische Lichttheorie zu dem Schlusse fiihrt, daB das Quadrat des Brechungsindex fiir unendlich lange Wellen gleich der Dielektrizitatskonstanten sei (vgl. auch den Artikel ,,Lichtdispersion"). Allerdings bestatigt sich dieses Ergebnis bei Flussigkeiten nicht, und man muB an- nehmen, daB die in jener Ableitung hinsicht- lich der Molekeln gemachten Voraussetzungen nicht genau zutreffen. Eben darum aber muB man schlieBen, daB die Dielektrizitat der Fliissigkeiten eine stark konstitutiv beein- fluBte Eigenschaft und somit individuell charakteristisch ist. Ihre Zahlenwerte liegen zwischen dem minimalen Grenzwert D = 1 und etwa 100. Die gebrauchlichen fliissigen Isolatoren, wie Petroleum und Oele, haben etwa 2 bis 4, andere Zahlen zeigt folgende fiir etwa 20 geltende Tabelle: Stoff Wasser Brom Stickstoffperoxyd Phosphortrichlorid Silieiumtetrachlorid ZinnchJorid Hexan Ainylen Methylalkohol Aethylalkohol D Stoff D 8 1 Aethylather 4,3 3,2 Acetaldehyd 21 2.6 Aceton 25 3.7 Ameisensaure 58 2,4 Essigsaure 7,0 3,2 . Methylfornriat 8,9 1.8 Aethylformiat 8,3 2,2 Methj lacetat 8,0 31 Aethylacetat 6,1 26 Methyljodid 7,1 Methylenjodid 5,5 Aethybnchlorid n Auch die Dielektrizitat der Flussigkeiten hangt merklich von Druck und Temperatur ab, qualitativ in derselben Richtung wie Dichte und Brechungsvermogen. Die Konstante des Wassers nimmt proGrad Temperaturerhohung um etwa 4,5 / 00 , die des Schwefelkohlen- stoffs um l%o die des Benzols um 0,9 %o ab. Die mit Wellenlange nicht praktisch unendlicher ausgefiihrten Untersuchungen zeigen Abhangigkeit der Dielektrizitat von der Wellenlange. Bei hohen Werten der Konstanten (z. B. bei Wasser) ist diese Ab- hangigkeit sehr deutlich nachweisbar. Man bringt sie theoretisch mit einer Absorption der Wellen in Verbindung. Ueber die Beziehung der Dielektrizitat zur chemischen Konstitution vgl. den Artikel ,,Stochiometrie". 2!) Leitfahigkeit fiir Warme und Elektrizitat. Von weiteren Eigenschaften Stoff D Aethylidenchlorid n Chloroform 5,1 Chlorkohlenstoff 2,2 Schwefelkohlenstoff 2,6 Aethyhmin 6,2 Formamid 84 Glycerin 60 Benzol 2,4 Acetophenon 18 Nitrobenzol 36 Anilin 7,3 Pyridin 12,4 Toluol 2,4 der Flussigkeiten sind noch wichtig die Leit- fahigkeiten fiir Warme und Elektrizitat. Die erste bietet der Messung nicht unbe- trachtliche Schwierigkeiten, denn es muB dafiir gesorgt werden. daB keine konvektive Warmeiibertragung stattfindet. Bei festen Kb'rpern bietet das keine Schwierigkeit, wohl aber bei fliissigen und gasformigen. Diese sind noch nicht so weit iiberwunden, daB man die gefundenen Resultate zu sicheren Schliissenauf dieBeziehungenztimchenu'schen Charakter verwenden konnte, und man muB sich vorlaufig mit der in groben Ziigen rich- tigen qualitativen Feststellung begniigen, daB die sogenannten ,,normalen" Flussig- keiten (z. B. gesattigte Kohlenwasserstoffe; vgl. den Artikel ,, Al i p h a t i s c h e Kohlenwasserstoff e") eine kleinere Warmeleitfahigkeit haben als die anomalen (z. B. Wasser). Handworterbuch der Naturwissenschaften. Band IV. Fliissigkeiten Die Leiitahiii'keir fiir Klektrizitat 1st leichter zu : I'eber das Experimentelle mid fiber Lnsuim'en wird ausfuhr- Ik-h im Artikel ,,Elektrizitatsleitung" berichtet. Was die Zahlenangaben betrifft. di'ii letzten Jahrensehr viel Material rdcn, and es lassen sich aus diesem folgendi Schliisse ziehen. Ks u'ibi FliHsi^- die elektrolytisch leitcn HIM! xjlche, deneii din Leitung nicht ttachweislich mi! Stnt't'transpnrt verbmiden ist. Diese zweite Kla-se hat cin eminent geringcs Leit- verinii ine bestiminte Zusammensetzung, wie fcstc Hydrate von der Art des Glauber- salzcs (Na 2 S0 4 .10H 2 0) u. a., so pflegen sic bei oiner bestimmten Temperatur (Um- wandlungstemperatur) in ihre Bestandteile zu zerfallen (das gcnannte Salz in festes Xa. 2 S0 4 und eine Losung, die diesen Be- standteil und Wasser in auderera Verhalt- nisse enthalt; in der Losung erfolgt die Vrriindenmg allmahlich). Im allgemeinen pflegen die Solvate mit steigender Tem- peratur an Bestandigkeit zu verlieren. Zwischen der entstandenen Fliissigkeit und dem festen Stoffe (vgl. das Beispiel) bildet sich ein heterogenes Gleichgewicht aus, dessen quantitative Verhaltnisse von den Stoffmengen, der Temperatur und dem Druck beherrscht werden. Diese Erschei- nunu r en werden im Artikel ,,Chemisches Gleichgewicht" ausfuhrlich behandelt; prinzipiell ist ihre Theorie nicht verschieden von der der einfachen Falle des heterogenen Gleichgewichts , die wir jetzt besprechen werden. 5. Gleichgewicht von Fliissigkeiten mit anderen Phasen. Schon der oben be- handeltc Fall der Verdampfung gehort unter dieses Thema. Sobald eine Fliissigkeit in einem hinreichend kleinen begrenzten Raume verdampft, bildet sich das Ver- dampfungsgleichgewicht aus. Bei einer chemisch reinen Fliissigkeit ist dieses durch die Temperatur, den Raum und den Druck vollig bestimmt, bei Losungen kommt noch die Zusammensetzung des fliissigen und des gasformigen Teiles hinzu, denn die Mischungsverhaltnissedieserbeiden,, Phasen" (VG;]. don Artikel ,,Phasenlehre") brauchen nicht einander gleich zu sein. Ueber die Bo/iolumg dos Dampfdrucks zur Temperatur und zur Verdampfungswarme bei reinen Stoffen ist schon gesprochen worden (siehe 87ff.); es braucht demnach nur hinzu- io'1'iigt zu worden, daB bei Losungen die Behandlung ganz analog ist, nur treten an Stellc von Konstanten reiner Stoffe Funktionen dor Konzentration. Das Gleich- jrcwirlil von fliissigen Stoffen mit festen trin boi dor Schmelzerscheinung auf, dii- in jodor Be/Joining der Verdampfung analog ist. Der Schmelzpunkt (Er- piiiikt, Fusionspunkt) ist die Temperatur, bei der die feste und die fliissige J-'nrm oinos Stot'lVs koexistioren konnen. reinen Stot'l'on ist orsohr scharf definiert, Higr-n hangt er von der Zusammen- ;d)or auch scharf sein. /oigon gar koinen scharfon ukt, sondern allmahliches Er- weichen (Pech, Wachs), diese zeigen auch in anderen Eigenschaften keine deutliche Grenze zwischen fest und fliissig. An diese Tatsache lassen sich wichtige theoretische Vorstellungen kniipfen, die aber hier nicht besprochen werden konnen. Auch der Schmelzpunkt wird durch Druck (Schmelz- druck), Temperatur und Raum bestimmt, insofern, als die absolute Menge des vor- handenen Stoffes sich in einen festen und einen fliissigen Anteil teilt, deren Mengen durch diese drei GroBen bestimmt werden. Wenn der Druck festgelegt ist, besteht fiir reine Stoffe nur bei einer bestimmten Temperatur die Moglichkeit der Koexistenz beider Phasen, bei einer anderen wird alles fest oder alles fliissig. Wie bei der Verdampfung die Verdampfungswarme, so spielt hier die Schmelzwarme (vgl. den Artikel, ,Latente War me") eine wichtige Rolle fiir die Be- ziehung zwischen Temperatur und zu- gehorigem Schmelzdruck, und sie ihrer- seits hangt wie jene aufs engste mit den spezifischen Warmen beider Phasen zu- sammen. Es besteht eine generelle thermo- dynamische Beziehung zwischen Temperatur, Druck, Verdampfungs- (resp. Schmelz-) Warme und Volumanderung, die bei Schmel- zung resp. Verdampfung der Mengeneinheit auftritt. Sie fiihrt denNamenderClapeyron- Clausiusschen Formel und lautet f\ 1A /-a (12) wo p den Druck, T die absolute Temperatur. q die pro Gewichtseinheit nb'tige Schmelz- resp. Verdampfungswarme, jv die ent- sprechende Volumanderung bedeutet ; dp und dT sind die Differential von p und T. Die Formel sagt also aus, daB die Dampfdruckanderung mit der Temperatur gleich der Verdampfungswarme ist, dividiert durch die ieweilige Temperatur T und die Volumzunahme beim Verdampfen (resp. analog fiir die Schmelzerscheinung). Em Beispiel fiir die Schmelzerscheinung moge die Formel illustrieren. Essigsaure schmilzt bei 16,7, d. h. bei T= 16,7+ 273, dehnt sich dabei pro Gramm um 0,160 ccm aus und hat eine Schmelz- warme von w 46,4 cal pro Gramm Rechnen wir nun den Druck in Atmospharen, das Volum in Litern, so ist A v 0,160. 10 3 Litern zu setzen, und w = 46,4.^j -= =1,912 ^^1,^0 Literatmosphfiren. So wird dT 289,7.0.160.10-^ d. h. pro Atmosphare Druckerhb'hung steigt der Schmelzpunkt um 0,0242. Experimente haben 0,02435 ergeben. Fliissigkeiten - Eliissigkeitsbewegung 101 Analog kann man die Verdampfung be- rechnen. Hier tritt aber im allgemeinen eine Vereinfachung ein. Wenn namlich der Dampf ein praktisch ideales Gas ist und, wie stets bei hinreichender Entfernung vom kritischen Punkte, sein Volum viel groBer ist, als das der Fliissigkeit (mehrere hnndertmal) , so geht die Formel iiber in oder (13) ' ~ ^ r\ dT~~RT 2 ' q _dlnp liT- ~dT~ wo R die ,,Gaskonstante" ist. Die Inte- gration dieser Differentialgleichung fiihrt auf die Kirchhoffsche Dampfdruckformel (s. S. 88). Bei Losungen sind die GroBen q und Av abhangig von der Znsammensetzung (weiteres vgl. im Artikel ,, Losungen"). Es bleibt fiir reine Stoffe noch der Fall erwahnen, daB Fliissigkeit mit Dampf zu zugleich anwesend ist. Drucke und dem Gleichgewichte ^T n Fig. 4. ni ri nen Chemie. Leipzig 1893 bits 1905. J. H. van't Hoff, Vurlesungen 'iiber thcoretische und physikalische Chemie. Braunschiveig 1898 bis 1900. Verselbe, Ansichtcn iiber die organist-he Chemie. Braunschweig 1878. S. Smiles, Relations between chemical con- stitution and plii/xicitl properties. London 1910. H. Freundlich, Ca/pittarchemie. Leipzig 1909. - V. JKothmnnd, Luxlir/ikeit und Los- lichkeitsbceinjitisKung. Leipzig 1907. J. P. Kuerten, Theorie der Vcrdampfung vnd Ver- fliissiijiinij con Gemischen. Leipzig 1906. A. findla\i, Einjuhrung in die Phasenlehre. Leipzig 1907. O. Sacktir, Thermodynamik. Berlin 1912. K. Druclter. und festem Stoff Dies ist inir bei einein einzigen einer einzigen Temperatur moglich (vgl. den Artikel ,,Phasenlehre"), und graphisch darffestellt ist es der Diagrammpunkt, in sich die Temperaturdruckkurven der fest-fliissig (I), fltissig-gas- formig (II) und fest - gasformig (III) sclmeiden. Dieser letzte Fall liegt vollig analog undwird naher im Ar- tikel ,,Chemi- sches Gleich- gewicht" be- sprochen. Das Diagramm Figur 4 zeigt diese drei Kurven; ihr Schnittpunkt heiBt der Tripelpunkt. Er liegt fiir Wasser bei - 0,0075. Die punktierten Teile, insbe- sondere der von III und von I, sind schwer realisierbar (vgl. S. 90). Endlich ist nochmals daran zu erinnern, daB Oberflachenerscheinungen (die hier gar nicht in Betracht gezogen worden sind^ den Dampfdruck beeinflussen, insofern, als bei sehr kleinen Tropfen der Dampfdruck gro'Ber ist als bei groBen Massen. Ueber diesen EinfluB der TropfengroBe ist schon gesprochen worden (vgl. S. 84 und 95). Literatur E.rpcrimentelle* F. Kohl- rausch, Lehrbuck der praletischen Ph/ii/xi/; .Is), IK - OS dF ergibt. Auf die Hiissigkoit wirkt ferner eine .M;is.+i W = f(x+i y), so ist, wenn $ als Potential genommen wird, *F die sogenannte ,,Strom- funktion". Diese ist der zwischen dem jeweils betrachteten Punkte und einem festen Punkte (^ = 0) in der Zeiteinheit hindurchstromenden Fliissigkeitsmenge proportional; die Linien *P= const, sind deshalb Stromlinien. Durch die fro Be Beweglichkeit dieser mathematischen lethode hat man bei der ebenen Stromung eine groBe Reihe schwieriger Aufgaben erledigen konnen, deren Durchfiihrung bei der raumlichen Stromung uniiberwindliche Hindernisse entgegen- stehen. Aus den Eulerschen Gleichungen er- gibt sich fiir die drehungsfreie Bewegung durch Integration die ,,Druckgieichung" in der Form: U ist hierbei die Kriiftefunktion der Massenkraft (im Fall der Erdschwere gz); f(t) ist eine wiilkiirliche Funktion der Zeit, die ans- driickt , daB durch Einwirkungen auf die Oberflache der Fliis- sigkeit der Druck im ganzen Eaume gleich- zeitig Fig. 9. um wiilkiir- liche Betrage geandert werden kann. Beispiele: a) Bewegung um einen Stau- (8) dx 2 ' " dy 2 oz 2 I'li ii Gewinn dieser Darstellnng. den man nicht hoch genug einschatzen kann, ist darin VAX sehen, daB man wegen des linearen Cliaraklcrs der Gleichung durch Addition vim /.wci bcliebigen Losungen ^ l und ^ 2 inimcr \\icder neue Losungen gewinnen kaun. i!!ci den Bewegungen mit Drehung ist dies nicht mchr der Fall.) > s iiin unendlich. Die Stromung um einen Kreiszylinder vom Radius a wird gegeben durch Z=Vlz+- I. Da V z / man nach den Methoden der Funktionentheorie eine grofie Anzahl geometrischer Figuren auf Z-A-z* Fig. 13. -f Z=A i Fig. 14. Z = A i Fig. 15. Fig. 17. c) Bewegung einer Kugel. Fiir eine Kugel vom Radius a, die sich mit der gleichformigen oder beliebig ungleichfb'rmigen Geschwindigkeit V in der Richtung der negativen X-Achse be- a^x wegt, ist *=V. 3 ' wobei r=Vx 2 +y 2 +z 2 ist; fiir eine ruhende Kugel in einer mit der Geschwindig- den Kreis ,,abbilden" kann, und durch dieses Abbildungsverfahren sich Potential und Strom- linien der drehungsfreien Bewegung richtig mit abbilden, lassen sich die Potentialbewegungen fiir Umstromung einer groBen Anzahl von Zylindern berechnen, die solche Figuren zum Grundrifi haben. 110 Fl iissigkeitsbewegun Vn ID crk 11 ;;_-. dieser Abbildung ent- xpricht iedem Pi'mkt dcr ursprunglichen Ebene .In Punkt dcr abgebildeten und' daher jeder l/inie wiedcr eine Linie. Die kleinsten Teile dcr FiL'iircn werden geometrisch ahnlieh ab- i,M>bildct. daher der Name konfonne oder winkeltreue Abbildung. Potentialbewegung mit Zirkula- tion. Kin bcsonderes Interesse beansprucnen l!e\\c:_Mingen von dcr Art der bereits in 1, 3 an- gedeuteten drehungsfreien Umlauf sbewegungen. Man erhiilt eine Strfmmng in konzentrischen c Kreisen mit Geschwindigkeiten w= r , durch das in Polarkoordinaten (r und qp) ausgedriickte Po- tcniial '/' COP (in komplexer Form: / iclnz) (vgl. Fig- 18). DaB die Bewegung einUm- laufen der Fliissigkeit in konzentrische Bah- nen (einen \\ T irbel) darstellt, widerspricht keineswegs der Dreh- ungsfreiheit. Denn die Anssage, daB die Be- wegung drehungsfrei f) Unstetige Potentialbewegung (Be- inii mit Trennungsflachen). In der theoretischen Hydrodynamik werden nach Fig. 18. 1st, bezieht sich nur auf den augenblick- jedes Fliissigkeits- lichen Bewegungszustand beilchens. Anmerkiing: Der Bewegungszustand unterscheidet sich voa der gewohnlichen Potentialbewegung allerdings dadurch, daB die Zirkuhition hier nicht Null ist; sie 1st t'iir einen Kreisr=w.2rcr=27rc; den gleichenWert hat sie fur alle beliebigen, die Achse einmal umschlingenden Linien; er entspricht dem Zu- wachs des hier vieldeutigen Potentials bei I'inein Umlauf. Die Umlauf bewegung, die in dieser Weise uin cinen Ivreis vom Radius a vor sich geht, lafit sich durch das in d) erwahnte Abbildungs- verfahren auf beliebige andere Zylinder iiber- tragt'ii. Durch Kombination der in d) und e) bescliriebenen Stromungen erhalt man Stro- niungen, die i'iir das Verstiindnis der Verhalt- nisse an einer Aeroplanflache von Wichtigkeit sind. Die Figuren 19 bis 21 geben hiervon ein Beispiel. Fig. 21. Kombinierte Stromung. dem Vorgange von Helmholtz -- Bewegungen betrachtet, bei denen langs einer ,,Trennungs- fliiche" (vgl. I, 3) Fliissigkeitsteile mit endlich verschiedenen Geschwindigkeiten aneinander grenzen. Rechnerisch durchfiihrbar sind in der Hauptsache nur ebene Stromungen, und bei diesen sind, von Wellenbewegungen (III, 1) ab- gesehen, fast nur solche Falle behandelt, bei denen die Fliissigkeit auf der einen Seite der Trennungsfliiche in Ruhe ist. Die Druckgleichnng liefert hier sofort das Resultat, daB clann auf der anderen Seite der Trennungsflache die Ge- schwindigkeit konstant ist. In solchen Fallen verhilft der Umstand zur Losung, daB das Ge- schwindigkeitsbild (d. h. eine Auftragung der zu den einzelnen Fliissigkeitsteilchen gehb'rigen Geschwindigkeitsvektoren, auch Ho do graph genannt) bei der komplexen Methode als eine konfonne Abbildung des Stromungsbildes auf- oftaBt werden kann. Es sind wesentlich solche Auf ga ben gelb'st worden, bei denen die Grenzen des Fliissigkeitsstromes zum Teil aus ebenen Wiinden bestehen, bei denen die Richtung der Geschwindigkeit vorgegeben ist, zum anderen Teil aus ,,freien Grenzen". bei denen die GroBe der Geschwindigkeit vorgeschrieben ist. Der Hodograph hat dann iinmer einen Kreissektor zum UmriB. Zwei Haupttypen soldier Stro- mungen sind ,,Flussigkeitsstrahlen", die sich beim Ausstromen von Fliissigkeit zwischen zwei ebenen Wanden bilden, und Umstrdmung von Flatten mit einem hinter den Flatten befindlichen ,,Totwasser", vgl. Figur 22 und 23. Ki;:. lit. (lewijhnlirlie Potentialstrb'mung. Jo. Zirki: 1 ' iiing. Fig. 22. An den Fiiruren sind die Ilodographen beigefugt, wobei die sich entsprechenden Punkte durch gleiche Buchstaben bezeichnet sind. Untersuchungen iiber den Bewegungszustand einer schwach gewelltenTrennungsschicht zeigen, daB die Wellen sehr schnell anwachsen. Man schlieBt daraus, daB Trennungsschichten labil sind. In der Tat zeigen die Beobachtungen, daB ETiissigkeitsbewegung 111 Trennungsschichten, wo sie auftreten, sehr schnell in einzelne unregelrniiBige Wirbel zer- f alien. Fig. 23. 3. Dynamik der Bewegung mit Drehung. Der allgemeine Fall der Bewegung einer reibungslosen Fliissigkeit, die Bewegung mit Drehung, ist weit sehwieriger mathematisch zu beherrschen, als der der drehungsfreien Bewegung. Waren die wirldichen Fliissig- keiten vollkommen reibungslos, so wiirde seine Behandlung wenig Wichtigkeit haben, da durch auBere Einwirkung auf die Fliissig- keit niemals eine Drehung entstehen konnte. FaBt man jedoch die Theorie der reibungs- freien Fliissigkeit als eine - - in vielen Fallen reeht brauchbare - Annaherung fiir wirk- liche Fliissigkeitsbewegungen auf, so gewinnt die Behandlung der drehenden Bewegung groBe Bedeutung, um so mehr, als bereits eine beliebig kleine Fliissigkeitsreibung ge- niigt, im Laufe von einiger Zeit starke Dreh- bewegungen in einer Fliissigkeit hervor- zurufen (vgl. II, se). Die Theorie vermag hier einige allgemeine Satze aufzustellen, die zur qualitativen Beurteilung der Ver- haltnisse sehr niitzlich sind; bis zu einer quantitative!! Darstellung des einzelnen Vor- ganges vermag sie nur in besonders einfachen Fallen vordringen, so z. B. wenn sich nur einzelne Wirbelfaden von einfacher geo- metrischer Gestalt in einer sonst drehungs- freien Fliissigkeit befinden. Vorangestellt werde ein Satz von W. Thomson (Lord Kelvin): ,,Die Zirkti- lation langs einer flussigen Linie ist in einer reibungslosen Fliissigkeit zeitlich konstant." Unter einer ,, flussigen Linie" ist dabei eine Linie verstanden, die bestandig aus den- selben Fliissigkeitsteilchen besteht. Der Satz, der eine Folgerung der Eulerschen Glei- chung ist, gibt zusammen mit den in I, 3 behandelten kinematischen Satzen iiber ,, Zir- kulation" eine gute Anschauung von den Vorgangen. Insbesondere folgen aus ihm die beriihmten Satze von Helmholtz, die dieser auf anderem Wege gewonnen hat. Diese Satze lauten: 1. Jedc Wirbellinie enthalt dauernd die- selben Fl iissigkeitsteilchen. 2. Die Wirbelstarke (I, 3) ist auf jedem Wirbelfaden rilumlich und zeitlich konstant. Zum Beweisi' \vcndet man den Thorns on- schen Satz auf kleine geschlossene Linien an, die in einer Wirbelrohre (also in der Wandung eines Wirbelfadens) verlaufen. Fiir Linien, die den Wirbelfaden nicht umschlin- gen, ist die Zirkulation gleich Null; daraus r daB sie nach Thomson Null bleiben muB, schliefit man, daB die Flussigkeitsteilchen einer Wirbelrohre dauernd eine Wirbelrohre bilden mussen (erster Satz). Daraus, daB fiir Linien, die den Wirbelfaden umschlingen, die Zirkulation konstant bleibt, folgt dann der zweite Satz. Aus dem ersten Satze wird entnoinmen, daB jedes Element eines Wirbel- fadens sich so in der Fliissigkeit verschiebt; als es die iibrige Fliissigkeitsbewegung fur ein Teilchen am gleichen Orte vorschreibt; aus dem zweiten folgt dabei. daB die Winkel- geschwindigkeit der Drehung bei einer Streckung oder Verkiirzung des Wirbel- fadenelementes sich proportional mit seiner Lange andert (die Lange und die Winkel- geschwindigkeit sind beide umgekehrt pro- portional dem Querschnitt). Beispiele: a) Fiir gerade und parallels Wirbelfaden in einer sonst drehungsfreien Fliissigkeit sind die Beziehungen besonders ein- fach. JederFaden bewegt sich so, wie die iibrigen es ihm vorschreiben. Jeder erteilt ihm eine Geschwindigkeit umgekehrt proportional scinem Abstande und senkrecht zur Verbindungslinie. Bei z\vei parallelen Wirbelfaden ergibt sich ein &eisen der beiden um diejenige Achse, in die- die resultierende Kraft fallen wiirde, wenn in den Wirbelachsen Kriifte proportional den Wirbelstarken angebracht waren (gleich ge- richtete Kriifte, wenn die Wirbel gleichsinnig T und umgekehrt gerichtete, wenn die Wirbel von ungleichem Drehsinn). Fiir zwei entgegengesetzt umlaufende gleichstarke Wirbel (ein ,,Wirbel- paar") ergibt sich ein geradliniges Fortwandern senkrecht zur Verbindungslinie mit der Ge- p schwindigkeit . (d == Abstand der Wirbel- $ achsen). b) Bei kreisf ormigen ,,Wirbelringen" ergibt sich durch die Kriimmung des Wirbelfadens ein schnel- leres Fortschreiten als beim Wirbelpaar, und zwar um so schneller, je kleiner der Durchmesser der mit Dre- hung behat'teten ,,Wirbel- seele" ist (die Geschwin- digkeit ist , (in 2nd \ dj 4y wo d der Durchmesser des jrjg_ 24. Ringes nnd d l der der Seele ist. Zwei Wirbelringe mit gemeinsamer Achse , die sich im gleichen Sinn bewegen, wirken so aufeinander ein, daS r i \ i \ j i 1 *, 112 Mussigkeitsbewegung Impnlssiitze der allgemeinen Mechanik, die inner drni Namen Schwer- piinkls- und Fijicliensiitze sehr bekannt sind. I'inden eine emenartii^e Anwendung auf stationaren \>> uen dor Fliissig- wie auch auf Hcwegungen nicht deren zeitliche Mittelwerte 'miim- aim'eseluMi werden ! ' Impulssiitze besteht darin. daB sie n; , nber Zustande an -r, ^ >FBWrr (in der Kich- tung von WB), bei A ahnlich den negativen Beitrag- , t WA= -^F A w A 2 (in der Rich- tung entgegengesetzt zu WA). Als Krafte kommen im Fall der Reibungslosigkeit auBer etwaigen Schwerkraften lediglich die Driicke auf die Grenzflachen in Betracht. Will man nicht die Krafte haben, die von auBen auf die Flussigkeitsmasse ausgeiibt werden, son- dern die Gegenwirkungen der Fliissigkeit, ihre Reaktionen, so braucht man nur in den obigen Beziehungen die Vorzeichen umzu- kehren. Es entspricht also der Fllissigkeits- stromung in Figur 26 bei A eine Reaktion von der oben genannten GroBe in der Richtung der eintretenden Stromung, bei B eine Reak- tion entgegengesetzt der Richtung der austretenden Stromung. Um die Impulssatze richtig anzuwenden, muB die fragliche Flussigkeitsmasse zweck- Fliissigkei tsbewegung 113 Da dieser Impuls ein Aequivalent in der Druck- verteilung haben muB, t'olgt hieraus, da 13 durch den Wegfall des Ueberdrucks auf die Oeffnung und die Druckabsenkung int'olge der Zustromung zur Oeffnung ein gesamter Ausfall an Wandungs- druck gegeniibtT dem grsrhlossenen GefaB ent- sprechend dem zweifachen Strahlquerschnitt entsteht. Dieser Druckausfall macht sich als Riickdruck, als ,, Reaktion des ausfliefienden Strahles" bemerkbar. In einem besonderen Falle, namlich dem der ,,Bordaschen Miindung" (vgl. Fig. 28) lafit sich_aus der GroBe des Impulses die inaBig mit einer geschlossenen Flache, der ,,Impulsflache" oder ,,Kontrollflache" um- geben werden (diese ist in einigen der folgen- den Figuren durch kenntlich ge- macht), und es miissen fiir alle ein- und austretenden Stromfaden die vorstehenden Reaktionen gebildet werden. Die Reaktions- krafte miissen dann nach den Regeln der Statik mit samtlichen auBeren Kraften ein Gleichgewichtssys.tem bilden, d. h. es muB sowohl die Kraftesumme wie auch die Momentensumme der Krafte fiir alle Ko- ordinatenachsen gleich Null sein. Sehr haufig ist es iibrigens nur eine Komponenten- gleichung, die bei den speziellen Aufgaben interessiert. Anmerkung: Irn Falle nicht stationarer Bewegungen kommt noch ein weiterer Beitrag hinzu, der von der Impulsanderung im Innern der Fliissigkeit herriihrt. Wenn, \vie hiiufig bei turbulenten Bewegungen, die nicht stationare Bewegung einen gleichbleibenden Mittelwert der BewegungsgroBe besitzt, so lassen sich die Impulssatze wie bei stationiiren Bewegungen anwenden. Beispiele: a) Reaktion einer] durch einen gekriimmten Kanal stromenden Fliissigkeit. Die Fliissigkeit strorne (vgl. sogenannte Kontraktionsziffer, das ist das Ver- Fig. 27) rnit einer Geschwindigkeit w x und j haltnis des Strahlquerschnittes zum Lochquer- schnitt bestimmen. Da namlich hier auf alien Wandfliichen, deren Druckkrafte Komponenten in der Strahlrichtung besitzen, der voile Ueber- druck herrscht , muB der Wegfall des Ueberdruckes im Miindungsquerschnitt dem Strahlimpuls gleich sein, also F(p t p 2 ) = 2F s (p 1 p 2 ), oder c) Plotzliche Erweiterung. Tritt ein Flussigkeitsstrom mit der Geschwindigkeit \\\ aus einem zylindrischen Rohrstiickin ein weiteres, ebe.nfalls zylindrisches Rohr ein, so wird der Strahl sich, weil er labil ist (vgl. II, 2f), mit der umgebenden Fliissigkeit vermischen, und nach der Vermischung ungefahr gleichformig mit einer mittleren Geschwindigkeit w 2 abstromen. ra. 17, Fig. 28. Fig. 27. einem Drucke pj ein, dann ist nach dem oben Auseinandergesetzten der Impulstransport durch die Flache F l = pF^ 2 ; er ist gleich - bedeutend mit einer von der einstrb'menden Flussigkeit in ihrer Richtung ausgeiibten Kraft. Dazu kommt noch eine Druckkraft in der gleichen Richtung gleich piF t . Eine entsprechende Kraft F 2 (pw 2 2 + p 2 ) findet man am Ausstrornungsende des Kanals, hier ent- gegengesetzt der Geschwindigkeit (also i miner nach dem Innern der Kontrollflache gerichtet!). Durch die Resultante der beiden Krat'te ist die in Wirklichkeit durch Druckkriifte an der Wand erzeugte Kraftwirkung desFliissigkeitsstromes auf den Kanal gefunden. b) Reaktion ausflieBender Strahlen. Ein Strahl, der durch eine Oeffnung aus einem Raum mit dem Druck p t in einen Raum mit dem Druck p 2 ausstromt, fiihrt mil sich einen sekundlichen Impuls von der GroBe J=pFsW 2 , wo F s der Strahlquerschnitt ist; mit p z ) m ib) wird J=2F 8 (p 1 p 4 ). Der Impulssatz erlaubt hier die Drucksteigerung p 2 p T Zli berechnen, ohne daB die Einzelheiten d("s Vermischungsvorganges bekannt waren. Ks ist fiir die in Fig. 29 gezeichnete Impuls- flitche, von der nur die beiden Stirnflachen Bei- triige zu den Kraften liefern, Handworterbuch der Naturwissenschaften. Band I\ , ( Wl -w 2 ) == F^p^px), , dm oder mit -rr == pF 2 w 2 : Pi Pi = GW(WI w a ). 8 114 Fliissigkei t si \v f. Bei einer allmahlich erweiterten Rohre ware nach der Druckgleichung p/ p 1 =^e(Wi 2 w 2 2 ); durch die plotzliche Erweiterung ist demnach em Druckverlust p 2 ' p 3 entstanden, der, wie leicht zu sehen, die GroBe ? (wi w 2 ) 2 hat. Da Formel in it der fiir den Verlust an kine- tischer Energie beim unelastischen StoB fester; Ki'n-per ubereinstimmt, hat man vielfach von einem ,,StoBverlust" bei der plotzlichen Er- weiterung gesprochen, obwohl hier von einem StoBvorgang eigentlich nicht die Rede sein kann. d) Schwebenderhalten von schweren j Kiirpern in Luft. Um in ruhender Luft eine Last schwebend zu erhalten, ist es notig, fort- wahrend immer neue Luftmassen nach abwarts zu beschleunigen. Ist w die erteilte Endgeschwin- digkeit und - = M die in der Zeiteinheit in dt Bewegung gesetzte Masse, so ist, weil nennens- werte Druckunterschiede in den nach abwarts bewegten Massen nicht verbleiben, die erzielte Kraft gleich dem Impuls: P Mw. Die Anwendung des Impulssatzes auf eine abwarts bewegte Luftmasse, die von ruhender Luft umgeben ist, lehrt, daB die Bewegung sich z\var auf groBere Massen ausbreiten kann, daB dabei aber der gesamte Impuls unverandert bleibt. Die Bewegung setzt sich bis zum Erd- boden fort, wo die Luftmassen aufp^allen und dabei den Impuls in Form von Druck an den Krdboden abgeben. Hieraus folgt, daB das Gewicht eines schweren Korpers (einer Flug- maschine) zw r ar durch Abwartsbeschleunigen von Luftmassen beliebig lange in der Schwebe ge- halten werden kann, daB aber die durch das Schweben dem Erdboden entzogene Belastung nach einiger Zeit durch die abwarts bewegten Luftmassen dem Erdboden vollsta'ndig wieder zuriickerstattet wird. Die abwarts bewegten Massen werden beim Aerophn durch das in 11,3 c ) erwiihnte abwarts wamlernde AVirbelpaar gebildet, bei der Hub- schraube durch einen nach abwarts gesandten Strahl. ejEulersche Turbinengleichung. Durch eine Turbine strome eine sekundliche AVassermasse M. Die absolute Ein- trittsgeschwindigkeit sei Wj, ihr AVinkel mit der Bewegungsrichtung des Rades />\, der Eintritts- radius r,; w 2 , f> 2 > r 2 seien die entsprechenden GriiBen fiir den Austritt, dann ist, gleichviel, was im Innern des Rades vor sicli geht, das Dreh- moment, das \n\\\ AVasser auf die Turbine aus- wird, Fig. 30. sers am kleinsten ist). Die Arbeitsleistung fiir diesen giinstigsten Fall erhalt man, wenn co die Winkelgeschwindigkeit des Rades ist, zu L = Mra w 1 cos|S 1 . Bemerkung: Man hat ganz entsprechend den Impulssatzen auch Siitze iiber den Energie- transport in Flussigkeitsstromungen aufgestellt. Diese sind in dem Artikel ,,Gasbewegung" dargelegt, da ihre Anwendung dort von groBerer Becieutung ist. 5. Fliissigkeitsreibung. a) Zum Yerstand- nis des Wesens der Fliissigkeitsreibung oder Zahigkeit sei zunachst folgendes ein- fache Beispiel betrachtet: Von zwei paral- lelen Flatten, zwischen denen sich Fliissig- keit befindet, bewege sich die eine mit der Geschwindigkeit V in ihrer Ebene, wahrend die andere in Euhe ist (vgl. Fig. 31). Unter der Wirkung der Keibung stellt sich dann in der Fliissigkeit ein soldier Bewegnngs- znstand ein, daB die unmittelbar an den Die giiiistigslen Arbcitsverhaltnisse ergeben sich dann, weini der Austritt in radialer Rich- . also cosp, = ist (weil dann die li hondige Kraft des austretenden AYas- * V ' V// ////////////// w " Fig. 31. Flatten befindlichen Schichten dieselbe Geschwindigkeit haben wie die Flatten, die zwischenliegenden Schichten aber mit Ge- sehwindigkeiten, die dem Abstand von der ruhenden Platte proportional sind, iiber- einander weggleiten (u ==~-.V). Die Fliissig- cl keitsreibung an Bert sich dabei durch eine Kraft, die der Bewegung der oberen Platte widersteht und die fiir die Flacheneinheit V der Platte die GroBe r = ft hat. In etwas allgemeinerer Formulierung ist die bei dem Uebereinanderweggleiten erzeugte Schub- spannung X y (oder r xy ) == p ^ (9) (vgl. den Artikel ,,Elastizitat", I, i). Die GroBe /ti heiBt Koeffizient der Fliissig- keitsreibnng oder ZiihigkeitsmaB. Die Kenntnis dieser Tatsache geniigt bereits, inn einige einfache Falle zu be- handeln, bei denen die Bewegung ebenfalls in einem einfachen Uebereinanderweggleiten von Schichten besteht (,,Laminarbewegung", von lamina = Schicht). Hierher gehort die Bewegung einer reibenden (,,zahen") Fliissig- keit in einem geraden Eohr von Ivreis- querschnitt. Die Drnckdifferenz Pi p 2 bewirkt an einem zylindrischen Fliissigkeits- FltissigkeitsbeweguD 115 korper vom Radius y (Fig. 32) eine Kraft diese Spannungen, die sich dem Fliissigkeitsdruck (Pi Pa) ^Y 2 5 die auf der Mantelflache l^.-ryl P iiherlagern, dutch die Formeln: Fig. 32. eine Schubspannung pro Flacheneinheit r- ^y --. k- hervorruft. Aus dem nach Gleichung (9) zu T gehorigen - L ergibt sich nun durch Integration unter Hinzufiigung der Aussage, daB die JiuBerste Fliissigkeits- schicht an der Wand haftet, die Geschwindig- keitsverteilung zu u - (r 2 y 2 ) ; die DurchfluBmenge, d. h. das in der Zeiteinheit durch die Rohre flieBende Volumen, laBt sich hieraus zu Q = . ! berechnen. oil 1 Diese Formel ist fiir die Erkenntnis des Reibungsgesetzes von grundlegender Be- deutung gewesen, da sie sich durch das Experiment mit groBer Genauigkeit nach- priifen laBt; sie ergibt auch die besten Be- st immnngen des ZahigkeitsmaBes it. Ihr Ergebnis, daB die DurchfluBmenge dem Druckgefalle auf die Langeneinheit und der 4. Potenz des Rohrhalbmessers proportional ist, wurde von Poiseuille durch das Experi- ment gefunden. Das Gesetz fiihrt deshalb seinenNamen. Es sei hier schon bemerkt, daB das Poise uillesche Gesetz nur in engen Rohrchen bei alien praktisch erreichbaren Geschwindigkeiten zutrifft. In weiteren Rohren tritt bei den groBeren Geschwmdig- keiten ein anderes Gesetz an seine Stelle. Diese Abweichung riihrt hides keineswegs von einer Ungenauigkeit des Reibungsgesetzes her, dieses, sowie die Tatsache des Haftens an der Wand ist vielmehr durch Versuche mit engen Rohren mit aller Genauigkeit be- statigt. 5b)Die allgemeineTheorie derFliissigkeits- reibung lehrt, daB durch dieFormanderung der einzelnen Fliissigkeitselemente Spannungen von ahnlicher Art entstehen wie bei den elastischen Korpern, nur mit dem Unter- schied, daB diese Spannungen nicht den Formanderungen, sondern den Formande- rungsgeschwindigkeiten proportional sind (Navier und Poisson). Unter Verweisung auf den Artikel ,,Elasti- zitat" (I, 43.) sei hier einfach angegeben, daB v dv v 7 /dv I y = 2 > ; \ z = Zy = bestimnit sind. Die resultierende Kraft, die aus der ortlichen Verschiedenheit dieser Spannungen entsteht, ist fiir die Volumeneinheit entsprechend den Glei- chungen 9Xy 0X7 -V der Elastizitatslehre (I, 5) unter Beriicksichtigung der Kontinuitatsgleichung (2) dx 2 ~T~ ^ o 6 2 \v + g| = d 2 w\ wo ^ die iibliche Abkiirznng fiir den Laplace Operator ~ ist. Die dynamischen Gleichungen fur die volumbestandige reibende Fliissigkeit werden erhalten, indem man auf der rechten Seite der Eulerschen Gleichungen (7) die durch Q dividierten Reibungskrafte X R , Y R , Z R hinzu- fiiii't. Die fiir die X-Achse geltende lautet demnach: Du dt bu + \ j oy f>u + w oz (H) Durch Hinzunahme der Kontinuitats- gleichung (2) und der Bedingung fiir die durch feste Korper gebildeten Grenzen, daB die Geschwindigkeit hier mit der Geschwindig- keit der festen Korper iibereinstimmt (die Fliissigkeit also an i linen haftet), erhalt man die vollstandige mathematische Definition 8* 116 Flussigkeitsbewegung der volumbestandigen reibenden Fliissig- keiten. 50) Leider kennt man keine einzige strenge Lo'suug dieses Gleichungssystems, bei der die fiir die Flussigkeitsbewegungen gerade charakferistischen konvektiven Glieder (vgl. I, 4) mit den Reibungsgliedern in Wechsel- wirkung treten wiirden. Die bereits erwahnte Gruppe von strengen Losungen, die Laminarbewegungen, enthalten nur splche Falle, bei denen gauze Schichten der ] Fliissigkeit sich wie starre Gebilde meist in | geradliniger (spnst auch in drehender) Bewegung in sich verschieben. Andererseits stellen auch die Potentialbewegungen strenge Losungen dar, indem bei ihnen wegen Gleichung (8) die Rei- i bungsglieder von selbst fortf alien. Jedoch vermogen die Potentialstromungen fast niemals den Bedingungen des Haftens an der Wand zu geniigen, da infolge der Eigenart der Potential- stromung durch die Angabe der Begrenzung des Fliissigkeitsstromes die Geschwindigkeits- verhaltnisse schon mitbestimmt sind. Es ist also dem eigentlichen Problem mit dieser Er- kenntnis wenig geniitzt. Man hat nun, da der direkte Weg ver- schlossen ist, versucht, auf Umwegen dem Ziele naher zu kommen, indem man einer- seits die Bewegungen bei sehr groBer Rei- bung, andererseits die bei sehr kleiner, fast verschwindend kleiner Reibung studiert hat, um so wenigstens iiber die Grenzvorgange, zwischen denen die Wirklichkeit liegen muB, Aussagen zu gewinnen. Zur Klarung der Verhaltnisse ist eine Be- trachtung iiber mechanische Aehnlich- keit sehr niitzlich. p]s ist die Frage zu be- antworten: wann wird bei geometrisch ahn- lichen auBeren Umstanden (geometrisch ahn- lichen Kanalen, geometrisch ahnlichen Kor- pern in der Fliissigkeit usw.) auch die Be- wegung der Fliissigkeit geometrisch ahnlich verlaufen? Man kann die Antwort zunachst so formulieren, daB die von den Beschleuni- gungen herriihrenden Druckanteile in den verglichenen Fallen in demselben Verhaltnis zu den aus den Reibungswirkungen ent- stehenden Druckanteilen stehen miissen. (ireift man etwa die Ausdriicke u und 2 " a ^ s Vert ret cr der Beschleunigungs- und der Reibungsglieder heraus, so wird, weiiM I eine Uinire mid w eine Geschwindig- keit der verirlielieiirn Stromungen bedeutet, Die vorstehende Grb'Be, eine dimensions- lose Zahl, wird nach dem Entdecker dieses Aehnlichkeitsgesetzes, Os borne Reynolds, dieReynoldsscheZahl genannt. Das Ver- haltnis (Zahigkeit : Dichte) wird kinema- tisches ZahigkeitsmaB genannt und mit v bezeichnet. Es hat die einfache Dimen- L 2 sion TTT- Irgendein Strb'mungszustand einer reiben- den Fliissigkeit kann durch den Wert seiner Reynoldsschen Zahl R = charak- terisiert werden. Die im Vorstehenden genannten Falle sehr groBer Reibung und sehr kleiner Reibung konnen jetzt bestimmter als die Falle sehr kleiner und sehr groBer Reynoldsscher Zahl bezeichnet werden. Wie man sieht, ist neben dem ZahigkeitsmaBe auch die GroBe der Raumabmessungen und Geschwindigkeiten von entscheidendem Ein- fluB. Bei sehr winzigen raumlichen Ab- messungen werden die fiir kleines R gelten- den Gesetze fiir alle praktisch vorkommenden Geschwindigkeiten gelten, fiir groBe Ab- messimgen dagegen nur bei sehr kleinen Geschwindigkeiten oder bei sehr zahen Fliissigkeiten. Es ist noch von Interesse, festzustellen, daB bei Einhaltung der Aehnlichkeit (gleiches R bei geometrisch ahnlichen auBeren Um- standen) die bei der Bewegung auftretenden Druckunterschiede sich wie @w 2 oder, was \v- w . u^ sich inn; j und g mit p- proportional iindern; die Aeliulichkeil verhnigt clemnach, \v- // \v | : ' t ,., - const, ist, otler wegen (12) dasselbe ist, wie ^= verhalten. Werte des kinematischen ZahigkeitsmaBes v in cm 2 /sec. Wasser von 0,0178 cm 2 /sec. ,,20 0,0100 50 0,0056 ,, 100 0,0030 Quecksilber von .... 0.00125 100 .... 0.00091 Glycerin von 20 6,8 Luft von und 760 mm . 0,133 100 und 760 mm . 0,245 und 7,6 mm . 13,3 5d) Der Grenzt'all der sehr kleinen Reynoldsschen Zahl, die ,,schleichende Bewegung", ist dadurch gekennzeicb.net, daB die Tragheitseinflusse ganzlich gegen die Reibungseinfliisse zuriicktreten; es wer- den demnach samtliche Beschleunigungs- glieder vernachlassigt und die Gleichungen erhalten die als Naviersche Gleichungen bekannte Gestalt : (1 -2) fj \\ I const. von ihnen sind verschiedene Losungen bekaunt. Fliissigkeitsbewegung 117 Erwahnung verdient die Stokossrhe Ldsung fiir die Bewegung einer Kugel, die einen Wider- stand 6 ?t ftVa ergibt, und die fiir die Fall- bewegung kleiner Tropfchen von Bedeutung ist (V : = Geschwindigkeit, a = ; Radius). Es ist hier der Widerstand gleich Gewicht minus Auftrieb zu setzen, was eine Fallgeschwin- portionalitat der beiden Ausdriicke folgt, dali i = I i \V r '' ' w . Das Verhaltnis 4 ist dem- I I digkeit V= ga 2 ergibt. Die Formel gilt nur fiir Rw' 2 .F. Fischformige Kb'rperformen mit schlank auslaufendein Hinterteil (vgl. Fig. 76) sind besonders giinstig fiir die Erreichung eines kleinen Widerstandes. Die Gestaltung des Vorderteils ist weniger wichtig, die Form muB nur wohl gerundet und nicht zu stumpf sein, damit nicht hier schon eine Ablosung erfolgt. Bei solchen KOrpern von sehr kleinem Wider- stand stimmt der experimentell beobachtete Druckverlauf sehr gut mit dem aus der Potentialbewegung berechneten iiberein, mit Ausnahme des Schwanzendes, wo auch hier eine Ablosung auftritt. Die Stromung mit Zirkulation (vgl. II, 2, e und Fig. 21) entsteht aus der gewohnlichen Potential- stro lining durch Abspaltung eines Wirbels beim Friissigkeitsbewegiing 110 Bewegungsbeginn (vgl. Fig. 40); dieser enti'ernt sich ira Verlauf der Stromung immer weiter und liifit dabei eine Zirkulation, die der seinigen entgegengesetzt gleich ist, am Ivor per zuriick. suchungen haben deiin auch immer Stabilitat gegeniiber sehr kleincn Storungen ergeben. Der ausgebildeten Turbulenz entspricht eine wesentlich andere Geschwindigkeitsver- Fig. 40. Auch im Innern von Kanalen bringt die Ablosung Verbal < (proportional @w 2 ). Nach dem Gesagten ist es verstandlich, daB die Stromung in einem ver- engten Kanale ohne merkliche Wirkung der Reibung, in einem erweiterten jedoch unter Ab- losung und Wirbelbildung, also mit mehr oder minder groBen Verlusten erfolgt. 5g) Tur b ul e n z. Eine beson- dere Stellung nehmen die La- minarstromungen ein. Wie die Versuche gezeigt haben, gilt das in II, 5 a) entwickelte Widerstands- gesetz nur unter einer gewissen (in'iize der Geschwindigkeit. Bei groBeren Geschwindigkeiten ergibt sich ein anderes Widerstandsgesetz. Reynolds hat entdeckt, daB bei einer kritischen Geschwindigkeit die bisher geradlinig verlaul'ende Bewegung in eine unregelmaBig wirbelnde, turbulente iibergeht. Die kritische Geschwindigkeit ent- spricht bei Ro'hren von kreisformi- gem Querschnitt (Radius r, mittlere Geschwindigkeit w) der Reynolds- wr schen Zahl = 1000, also bei v Wasser von 20 C eine Geschwindig- keit in cm/sec von 10:r,. m . Die Ursachen der Turbulenz sind trotz grofier Anstrengungen seitens der Theoretiker bisher noch nicht auf- geklart. Man \veiB nur, daB bei der Ueberlagerung der Laminarstromung mit gewissen Sturungsstromungen ein anfangliches Amvachsen der Energie der Stoning eintreten kann, wenn die Reynoldssche Zahl eine gewisse Grenze iiberschreitet, und daB dieses Amvachsen um so starker ist, je groBer die Eeynoldssche Zahl ist. DaB es sich um keine gewohnliche Labilitat handelt, ist daraus zu entneh- men, daB die Laminarstromung durch sehr storungsfreie Einfiihrung der Flussigkeit in die Rfihre auch noch bei betrachtlich hoheren Ge- schwindigkeiten erhalten werden kann (dann geniigt aber auch eine sehr kleine Storung, uni den turbulenten Stromungszustand herbei- zufiihren). Verschiedentliche nach der Methode der kleinen Schwingungen gefuhrte Unter - Fig. 87. Fig. 38. Fig- 39. teilung fiber den Rb'hrenquerschnitt, als der Laminarbewegung (vgl. Fig. 41 u. 42), auBer- dem entsprechen ihr wesentlich hb'here Stro- mungswiderstande. Aus den vorangegangenen Betrachtungen iiber mechanische Aehnlich- keit kann gefolgert werden, daB der Druck- abfall in einem Rohr durch die Formel 120 Flussigkeitsbewegung Pi Pa _ 1 r dargestellt werden kann, wo w die mittlere Geschwindigkeit, r den Radius und f(R) eine Funktion wr ist. v der Reynoldsschen Zahl Nach den besten Versuchen an Wasser und Luft ist in glatteren Rohren iiber der kritischen Geschwindigkeit: V = 0,0665 . 1 r 2 also der Widerstand proportional mit w 1 7:> . In rauhen Rohren findet man dagegen an- nahernde Proportionality mit w 2 . Bei der Pi PO Laminarstrb'mung ist Der 1 r* erhohte Widerstand laBt sich durch eine Impulsbetrachtung verstehen. Ueberlagert (= Fig. 41. Turbnlente Stromung. bungsvermehrung in der turbulenten Fliissigkeits- stromung Rechnung getragen. Er setzt an Stelle des Reibungskoeffizienten u ohne sonstige Aenderung der Formeln einen Turbulenzkoeffi- zienten F, und nimmt den Wert dieser fiktiven Reibung der Erfahrung entsprechend an. In noch einfacherer Weise verfahrt die ge- wohnliche Hydraulik, indem sie nach dem Vor- gang von Weisbach die Reibungs- und Turbu- lenzverluste in der Bernoullischen Gleichung summarisch durch Einfiihrung von Druckver- lusten nach meist empirischen Beziehungen be- riicksichtigt. Die Druckverluste werden meist in Teilen der Geschwindigkeitshohe angegeben: Fig. 42. Laminarstromung. sich der mittleren Stromung eine turbulente ,,Mischbewegung", so werden Teile der in rascher Bewegung befindlichen mittleren Schicht an den Rand getragen und langsamer bewegte Teile vom Rand zur Mitte gefiihrt. Betrachtet man eine zur Rohrwand konzen- trische Kontrollflache (II, 4), so sieht man, daB mehr Impuls heraus- als hereingetragen wird. Die hieraus folgende Abnahme des Impulsinhalts kann nur durch die Drnck- differenz p x p 2 wieder ausgeglichen werden. Reynolds hat gezeigt, daB man die Wirkung einer der mittleren Bewegung u, v, w iiber- lagerten Mischbewegung, deren Geschwindig- keiten u', v', w' den Mittelwert Null haben, dadurch ilarstellen kann, dafi man zu den Rei- bungsspannungen narh Gleichung (10) noch die Turbulenzspannungen Xx = Yy = Z z = V/. Z x -puV -pvV - pw'u' Pi Pa W 3 (vgJ. Ill, 2). heifit hierbei Widerstandsziffer. III. Einzelausfiihrungen. i. Bewegungen mit freier Fliissigkeits- oberflache. a) Die Bedingung, die an der freien Grenze einer Fliissigkeit (gegen Luft, oder auch gegen ihren eigenen Dampf) gewb'hnlich angenommen wird, ist die, daB der Druck der Luft mit dem konstanten Werte p auf der Oberflache lastet. Dies ist nicht strong richtig, da die Luft meist an den Bewegungen mehr oder minder teil- m'mmt, und man deshalb die durch die Be- wegung der Luft hervorgerufenen Drnck- unterschiede beachten miiBte. In den weitaus meisten Fallen kann man indes wegen der geringen Dichte der Luft (etwa l / 8m der des Wassers!) von diesen Einflussen, sowie auch von der durch die Schwere bedingten Druckzunahme der Luft bei Hbhendifferenzen absehen. Bei stark gekriimmter Fliissigkeitsober- flache muB die Wirkung der Oberflachen- spannung ( Kapillaritat) beriicksichtigt werden , die darin besteht, daB hinter einer konvex gekriimmten Fliissigkeitsoberflache der Drnck der Fliissigkeit grb'Ber ist, als der des an- grenzenden Mediums, hinter einer konkaven dagegen kleiner. Ist C die Kapillaritatskonstante, d. h. die Spannung, die auf derLangeneinheit in der Ober- flache wirkt, und sind r l und r, die Kriimmungs- radien zweier aufeinander senkrechter Rich- tungen in der Oberflache (positiv gerechnet, wenn die Krummung von der Luftseite her be- trachtet, konkav ist, negativ gerechnet, wenn sie konvex ist). so ist (14) hinzunimmt (u' 2 und u'v' bedeuten hierbei ilic zeitlichen Mittelwerte von u' 2 und u'v'). In ohvas anderer Weise hat Boussinesq bei semen Untersuchungen zur Hydraulik der Rei- Aus der Aussage iiber den Druck an der Oberflache folgt mit Hilfe der Druck- gleichung ein Zusammenhang zwischen Ge- schwindigkeitsanderung und Hohe. Fitr die stationare drehungsfreie Bewegung ergibt sich, unter der Annahme konstanten Fltlssigkeitsbewegung 121 Drucks an der Oberflache, aus ('.[cirhung (6) t'iir die Geschwindigkeit die Beziehung: w = l2g(z z); ZD (an Stelle der Konstanten in Gleiclmng (6) eingefiihrt) ist dabei die Hohe eines ruhenden Wasserspiegels oder eines solchen Punktes ( Staupunktes), an dem die Stromung voriiber- gehend zur Ruhe kommt. Die Geschwindig- keiten an der Oberflache stimmen hier somit an alien Stellen mit der Geschwindigkeit w==|'2gh iiberein, die em Korper beim freien Fall von der Hohe z eines ruhenden Wasserspiegels bis zur Hohe z des in Rede stehenden Oberflachenpunktes erlangen wiirde. Fig. 43. Als Beispiele mogen angefiihrt werden die Bewegungen beim Ausstromen aus GefaBen; so weit es sich um diinne Strahlen handelt, ist der Druck durch das ganze Innere des Sirahls, ab- gesehen von der nachsten Umgebung der Aus- fluBoffnung, geniigend genau gleich dem Atmo- spharendruck und daher die Geschwindigkeit iiberall gleich der Fallgeschwindigkeit. Die Be- wegungen erfolgen danach einfach gemaB den Wurfgesetzen (vgl. Fig. 43). In der nachsten Nachbarschaftder AusfluBoffnung herrscht wegen der meist vorhandenen Kriimmung der Strom- linien (II, i) im Strahlinnern ein Ueberdruck. Der drehungsfreien Umlaufsbewegung von II, 2e) (Geschwindigkeit w = -) entspricht eine freie Oberflache, die durch die Gleich ung c 2 z = z - - - gegeben ist, eine Trichterform. die man haufig auf Wasseroberflachen beobachten kann (vgl. Fig. 44). Als Gegenbeispiel einer nicht drehungs- freien Bewegung mag die gleichformige Ro- tation einer Wasser- masse angefiihrt wer- den, wie sie sich in einem gleichformig um eine senkrechte z = z + . Die Oberflache ist hier ein Paraboloid (vgl. Fig. 45). ib) Wcllen in tiel'em Wasser. Das Gebiet der Wellenbewegungen auf einer Fliissigkeitsoberflache ist sehr eingehend durchi'orscht, vornehm- lich von (Miglischen Ge- lehrten (Stokes, Lord Kelvin, Scott Rus- sell u. a.). Da hier keine Wiinde storende Reibungen ergeben, sind die Ergebnisse der Theorie in sehr guter Uebereinstimmung mit der Beobachtung. a) Der einfachste theoretische Ansatz er- gibt sich unter der Annahme einer ebenen Wellenbewegung von sehr geringer Wellen- hb'he; wird dabei die Annahme gemacht, da6 Windstille herrscht, und die Wellen von fernher in das betrachtete Gebiet ein- dringen, claim ist sicher eine drehungsfreie Bewegung zu erwarten. Man kann also ein Strb'mungspotential ansetzen, und zwar ist fur eine Wellenoberflache z = Acosa(x ct) (A Amplitude, c Fortpflanzungsgeschwindig- 27i keit, Wellenlange "k = ) Fig. 45. ^ST " ^r^ Fig. 44. Achse umlaufenden GefaBe nach einiger Zeit einstellt. 1st die Winkelgeschwindigkeit == co. die Umlaufs- geschwindigkeit also w == r, so erhalt man $== cA sin a(x ct)e" z . Die Geschwindigkeiten sind hiermit: u == c A a cos a(x ct)e" z , w == c A a sin a(z- ct)e" z . Die Bewegung laBt sich so charakterisieren, daB fiir eine nach rechts fortschreitende Welle an einem festgehaltenen Punkte des Raumes die resultierende Geschwindigkeit bestandig dieselbe GroBe hat (namlich = cAae" z ), und daB die Richtung der Ge- schwindigkeit sich gleichformig im Shine des Uhrzeigers bewegt, und beim Voriibergang einer Welle gerade einmal herumdreht. Nach der Tiefe zu nimmt die Bewegung un- gemein rasch ab; bereits in der Tiefe gleich A f*~r einer halben Wellenlange z = u CL ist die Amplitude nnr noch etwa der 23. Teil von der an der Oberflache. Die Stromlinien dieser Wellenbewegung sind in Figur 46 dar- gestellt. Die Bahnen der einzelnen Flitssig- keitsteilchen sind nahezu kreisfb'rmig; da jedoch die Vorwartsgeschwindigkeit in den Wellenbergen groBer ist, als die Riickwarts- geschwindigkeit im Wellental, schlieBen sich die Bahnen nicht genau, sondern die 122 Flussigkeitsbewegung Teilchen werden bei jedem Umlauf ein wenig keit c ist wohl zu unterscheiden die Geschwin- in der Richtung der Wellenfortpflanzung digkeit, mit der eine ,,Wellengruppe" verschoben. fortschreitet. Unter Wellengruppe wird dabei eine Anzahl aufeinander folgender Wellen verstanden, vor und hin- ter denen der Fltissigkeitsspiegel . X in Ruhe ist. Durch Betrachtung der Interferenz von Wellenziigen mit wenig verschiedener AVellen- lange findet man die Beziehung fiir die Gruppengeschwindigkeit c': Fig. 4(1. dc Die Bedingung, daB an der Oberflaehe Die Redlining ergibt fiir den Grenzfall der konstanter Lut'tdruok herrschen soil, liefert nun die GroBe der Fortpflanzungsgeschwin- digkcit. Wird auf die Kapillarwirkungen keine Riicksicht genommen, was bei groBen Wellenlangen zulassig ist, so ergibt sich die Fortpflanzungsgeschwindigkeit zn c = 1/JL = 1/H. (/ a (/ L'.T" es lanfen also die langen Wellen schneller als die knrzen. Beriicksiehtigt man die Kapillaritat nach Gleichiing (14), so erhalt man: (15) Fiir lange Wellen iiberwiegt der erste Summand, fiir sehr knrze der zweite. Fiir die Wellenlane / == 1 ( ' hat dieFort- 1 == 2 n\ f S pflanzungsgeschwindigkeit einen kleinsten 4 /~j ^~~ Wert, namlich c x = . Fiir Wasser ,72 cm und ((>==!, C =^ 74) wird / kl ==l, Cj == 23,3 cm/sec Man nennt Wellen, deren Wellenlange groBer ist als / 1? Schwerewellen, die kleineren Kapillarwellen. Die Verhaltnisse der Wellen von enillicher Amplitude sind iiir den Fall der Schwerewellen naher untersucht (Stokes); es ergibt sich, clali die Wellenberge starker gekriimmt sind, wie die Wellentaler. Die Grenzform, bei deren Ueber- schreiten Schaumen eintritt, zeigt Kamme mit einein Winkel von 120. Die Fortpflanzimgs- geschwindigkeit steigt mit zunehmender Ampli- tude etwas an (urn 20 v. H. bei der Grenzform). Anmerkung. Die vielfach beschriebene Gerstnersche Welle, bei der die Fliissigkeits- teilchen genaue lireisbahnen beschreiben und die Wellenform eine Zykloide ist, ist physik;i- lisch unmoglich, da bei ihr die Teilchen eine Drehung haben miifiten, entgegengesetzt der- jenigen, die die Reibung eines in der Wellen- richtung wehenden Windes erzeugen kiiinite. /?) Von der bisher als Fortpflanzungs- geschwindigkeit bezeichneten Geschwindig- Schwerewellen c'==^ c, fiir den der Kapillar- wellen c' : = | c; fiir "die Minimalgeschwindig- keit Cj ergibt sich c/ = c x . Man beobachtet dementsprechend, daB bei Schwerewellen fortwahrend an der Front der Gruppe Wellen verschwinden und hinten entsprechend neue entstehen; bei Kapillarwellen entstehen im Gegensatz hierzu in regelmaBigen Abstanden vor der Front neue Wellen, wahrend hinten eine gleiche Anzahl verschwindet. Bei der natiirlichen durch Wind bewegten Wasseroberflache bewegen sich Gruppen von Wellen verschiedener Langen und verschiedener Richtungen durcheinander, so daB sehr ver- wickelte Interferenzbewegungen zustande kommen. Durch Entgegenbewegung von zwei gleichartigen Wellenziigen bezw. durch Reflexion tier Wellen an einer senkrechten Ufermauer, entstehen stehende Wellen (Platscherwellen). Ein storendes Objekt in einer Flussigkeitsoberflache, das sich gegen die Fliissigkeit verschiebt (eine Angelschnur oder ein Pfahl in fliefiendem Wasser, ein Schiffbug in ruhendem us\v.), erzeugt so lange keine Wellen, als es sich mit kleinerer Geschwindigkeit als die kleinste Wellen- geschwindigkeit c^ bewegt. Bei etwas groBerer Geschwindigkeit lagern sich, den Eigensdiaften ihrer Gruppengesclnvindigkeit entsprechend , nach vorn Kapillarwellen, nach hinten (in einein sektorformigen Gebiet) Schwerewellen an. Bei groBen Geschwindig- keiten treten die Kapillarwellen praktisdi ganz zuriick, und es ergibt sich ein System von Schwerewellen, das einen Sektor von Fig. 47. Wcllensystem. Nach E k m a n. Fltissigkeitsbew 123 39 Zentriwinkel hinter clem stb'renden Objekt erfiillt und auf die halbe Lange des relativ zum Wasser zuriickgelegten Weges zuriickreicht. Bei einem Schiff ergibt sich ein solches Wellensystem, das vom Bug ausgeht, und ein ahnliches, vom Heck aus- gehendes, das mit dem ersteren interferiert. Die tlieoretischenUntersuchungen iiber diesen Gegenstand (von Lord Kelvin u. a.) stehen in guteni Einklang mit der Beobachtimg. 7) Bei Wellen auf der Grenzflache zwischen zwei iibereinander geschichteten Fliissigkeiten hat man in den Formeln an Stelle der Schwere g den Wert g. an Stelle der Dichte Q den Wert einzusetzen, sonst bleiben (fur kleine Wellen- amplituden) alle Verhaltnisse ungeandert. Bewegen sich die beiden Fliissigkeiten langs ihrer Grenzflache iibereinander weg, so ist (Drehungsfreiheit in beiden Fliissigkeiten vorausgesetzt) die ebene Grenzflache stabil, solange die Verschiebungsgeschwindigkeit V kleiner ist = .c 15 woe, diekleinste Fortpflanzungsgescnwindigkeit bei gegenem- ander ruhenden Fliissigkeiten ist (s. oben). Ist V groBer als dieser Wert, so ist die Grenz- i'lache instabil, sie krauselt sich. Fiir Wasser und Luft ist 1 :g 2 ==800. Die Windge- schwindigkeit, bei der die Wellenbildung einsetzt, ist demnach 28,3.23,3 == 660 cm/sec. Die bei dieser Untersuchung vernachlassigte Reibung zwischen Wind und Wasser ist vermutlich bei den wirkliehen Vorgangen ebenfalls von EinfluB. 6) Die bei der Untersuchung von Wellen- bewegungen angewandten Rechenmethoden finden hiiufig Aiiwendung beim Studium der Stabilitat oder Instability t einer Fliissigkeits- bewegung. Man nimmt irgendeine wellen- formige Stoning an undsieht zu, ob die Ampli- tude sich dauernd in den anfanglichen Grenzen halt (oder auch abnimmt), oder ob sie zunimmt, Trifft fiir alle Wellenlangen der erstere Fall zu, so ist Stabilitat vorhanden ; gibt es anwachsende Wellen, so ist die Be- wegung instabil. Man erhalt so in dem Fall der zwei iiberein- ander weg stromenden Fliissigkeiten iminer In- stabilitjit, wenn die Kapillarspannung zwischen ihnen Null ist (iibereinander geschichtete Gase). Die Instabilitat fiihrt zur Vermischung. Lange Wellen, deren Fortpflanzungsgeschwindigkeit bei gegeneinander ruhenden Gasschichten griJBer ist als ^ /Plg2 V, kiinnen dabei bestelien 1st eine schwach gewellte diinne Wand in einer Fliissigkeitsstromung vorhanden, vgl. Fignr 48, so stellt sich in den liohlen Teilen erhohter Druck ein, in den erhabenen Unterdruck. Die Fliissig- keitsstromung sucht demnach die Dnrchbiegnng der Wand zu vergroJiern. Das Flattern der Fahnen hat hierin seinen (iriuid. bleiben. Solche Wogen werden in der freien Atmosphiire, wo warme Luft iiber kaltere ge- schichtet ist, vielfach beobachtet (Helmholt: sche Luftwogen). Fig. 48. Kehrt man in Figur 48 die Stromungsrichtung der einen Seite um, so andert das die Druck- nnterschiede nicht; man versteht hieraus leicht, daB Trennungsflachen instabil sind. Die Um- gestaltung, die eine Trennungsflache unter diesen Eint'liissen bei einer ant'anglicli wellenformigen Stoning erfahrt, ist in Fignr 49 dargestellt. Fig. 49. Erwahnung ^ ,,^iiL^ to verdient ferner eine Unter- suchung von Lord Rayleigh, die zeigt, daB ein zylindriseher Fliissigkeitsstrahl wegen der Kapillarkrafte instabil ist. und deshalb inTropfen zerfallt. ic)Bewegungen in seichten Ge- wassern. In einem seichten Gewasser pflanzen sich Wellen etwas langsamer fort, wie in einem tiefen, die Wirkung wird aber erst merklich, wenn die Tiefe weniger als ein Drittel der Wellenlange betragt. Fiir Wellen, die sehr lang gegeniiber der Wassertiefe (a) sind, wird die Fortpflanzungsgeschwindigkeit unabhangig von I t'o == I'ga (16) Da bei diesen Wellen die Geschwindigkeit der Wasserbewegung bis zum Grund hinunter fast die gleiche Starke behalt (die Bahnen sind annahernd Ellipsen, die nach unten hin immer flacher werden), so nennt man sie Grundwellen. Die Gruppengeschwindig- keit stimmt hier mit der Wellengeschwindig- keit iiberein, so daB also Wellengruppen beliebiger Form sich ohne Verzerrung fort- pflanzen. Die genaue Formel fiir Schwerewellen von kleiner Amplitude bei endlicher Wassertiefe ist g 2 -n a 124 Fiussigkeitsbewegung da Igx (tangens hyperbolica) fiir kleine Werte = x, fiir groBe : 1 1st, ergeben sich hieraus die genaimten Grenzfalle in einfacher Weise. Anmerkung. Ob ein Gewasser als seicht anzusehon 1st oder nicht, hiingt also von der GroBe der Wellenlange ab. Fur die Wellen- bewegung der Ebbe und Flut z. B. 1st der Ozean als seichtes Gewasser anzusehen. Bei Wellen von groBer Wellenhohe laufen in seichtem Wasser die Wellenberge - - ent- sprechend der dort grb'Beren Wassertiefe - sclmeller als die Wellentaler, die Wellen- berge werden deshalb nach vorn immer steiler und iibersturzen sich schlieBlich. Stehende Schwingungen werden in tiefen, wie in seichten Becken beobachtet. Die Schwingungszeit ergibt sich z. B. in langlichen seichten Becken gleich der Zeit, die eine Grnndwelle brancht, um die Lange des Beckens bin und zuriick zu durch- laufen. Eine andere Bewegungsform, die in seichten Gewassern und in Kanalen da vor- kommt, wo zwei Stromungen mit verschiede- nenGeschwindigkeiten aufeinander stoBen, ist der Schwall. Die Wasseroberflache bildet dabei eine Stufe, deren Uebergangszone imregelmaBige turbulente Bewegungen auf- weist. w 2 Fig. 50. handelt und auch die Breite des rechteckig angenommenen Kanalskonstant angenominen werden. Die Keibung sei vernachlassigt. Fiir den Spiegel gilt dann die Beziehung, daB w==}2gh ist, wo h =- z z als die Senkung des Spiegels gegen den eines Sees, aus dem das Wasser kommt, angesehen werden kann. c<) Unter der Annahme eines sehr wenig ge- kriimmten Bettes und Wasserspiegels lassen sich dieTragheitswirkungendersenkrechtenGeschwin- digkeitskomponenten (also die ,,Zentrifugal- krafte" der Wassermassen) vernachlassigen; dies gibt statische Druckverteilung in jedem Querschnitt und damit nach der Druckgleichung konstante Geschwindigkeit w fiir alle Punkte eines Querschnittes. Unter diesen Voraus- setzungen werde dieBewegung iiber einenflachen Wehrrucken untersucht, bei der sekundlich ein bestinimtes Wasservolumen Q durch jeden Fig. 51. Querschnitt stro'mt. Ist h die Spiegelsenkung und a die Wassertiefe, b die Breite, so ist Man kann die Aufgabe mit dem Impulssatz behandeln (ahnlich wie II, 40) und findet das oder geometrische Mittel der Geschwindigkeiten, die der Schwall relativ zu den Fliissigkeitsmassen vor und hinter ihm hat, gleich der Geschwindig- keit der Grundwelle fiir das arithinetische Mittel der Wassertiefen: Q = ab)'2gh; ist ferner z l die Ordinate des Wehrriickens, z a die des Seespiegels, so ist (vgl. Fig. 51) h + a = z n z, Q ZA Z ! (c w t ) (c w.) = g.' 9 ' -. blTgh Aus dieser Gleichung ergibt sich ein Verlauf von z z 1 mit h, den die Figur 52 darstellt. 3 / O 2 z n -z, besitzt ein Minimum = -; steht I) y Die Schwallhohe haiigt mit der Geschwindig- der Seespiegel um weniger als diese GroBe iiber keitsdii'ferenz zusammen durch die Gleichung g a 2 ) Solche Stufenwellen werden beobachtet, wenn in der Brandling an flachem Strand Wellen gegen ruhendes oder gegenbcwegtes Wasser anlaufen; in einigen Fliissen rnit trichtcrformig verengter Miindung (Ems, Seine, Garonne u. a.) entsteht infolge der Ebbe- und Flutbewegung durch Ueberstiirzen der Flutwelle ein gegen den Ebbe- strom flufiaufwarts wandernder Schwall. In Kanalen kann cr bei pliitzlicher Geschwindigkeits- anderung der Stromung (z. B. plotzlichem Ab- schluB) ebenfalls beobachtet werden. id) Stromende Bewegung in offe- nen Kanalen. Der Eini'achheit halber soil nur die station are Bewegung be- Fig. 52. dem Wehrrucken, so ist das Ueberstromen der gegebenen Menge Q unmoglich, steht er hoher, so ergeben sich fur jede Stelle des Wehrs (jedes zj zwei Werte von h und a. Die Zeichnung! ergibt fiir die verschiedenen Seespiegel die in Figur 53 Kl iissigkeitsbew< ^\ i n u 1 LT> wiedergegebenen Gestalten des Wasserspiegels. Sowohl die von I nach II fiihrenden Kurven, wie Fig. 53. die von III nach IV fuhrenden entsprechen mog- lichen Stroraungen, wie dies ans den Figuren 54 und 55 zu erkennen ist. Die Strornungsfigur von Fig. 54. Fig. 55. Figur 51 ist, wie man erkennt, die einzige von I nach IV fiihrende Linie; sie gehort dem vorer- wahnten tiefsten Seespiegel an. Mit (z zj min. H ergibt sich die uberflieBende Menge zu Q = bj'g. (| H) 3 = 0,385 b H y^gH, was mit der Beobachtung gut iibereinstimmt. Von den punktierten Kurven zwischen II und IV, die niedrigeren Spiegeln entsprechen, tritt der obere Ast ebenfalls in Erscheinung, indem bei einem Unterwasserstand, der holier ist als der in Figur 51, sich durch einen stationaren Schwall (,,Wassersprung") der Uebergang von der Kurve I IV aus hersteUt (vgl. Fig. 56). Fig. 56. Es verdient Erwahnung, daB bei dem Mini- mum von z z l5 also bei der Strb'mung nach Figur 51, iiber dem Wehrscheitel h == ^a und deshalb w=| / ga, also gleich der Geschwindigkeit c der Grundwelle bei der Wassertiefe a ist. Da gezeigt werden kann, daB irgendwelche An- schwellungen des Wasserspiegels nur dann fluB- auf warts vordnngcii koiinon, wenndie Stromungs- geschwindigkeit kleiner ist als die Grundwellen- geschwindigkeit, so ist hieraus verstandlich, daB, wenn, ausgehend von der Stromung der Figur 51, das Unterwasser ansteigt, der Schwall vor der mit groBcrcr als Grundwellengeschwindigkeit er- folgenden Stromung zum Stehen kommt. Die Stelle, an der dies eintritt, bestimmt sich aus der unter c) fiir den Schwall abgeleiteten Be- Ca I i ^ ziehung, die hier w a w 2 = g lautet. a Die in Figur 54 und 55 zur Darstellung ge- brachten Ergebnisse lassen sich so aussprechen, daB bei Stromungsgeschwindigkeiten, die kleiner sinci, als die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Grundwelle, iiber einer Bodenerhebung eine Spiegelsenkung entsteht, bei groBeren Geschwin- digkeiten als die der Grundwelle dagegen eine Spiegelerhebung, die starker ist als die Boden- erhebung. ) Bei starkeren Bettkriimmungen und Spie- gelkrummungen miissen die senkrechten Be- schleunigungen der Wassermassen beriicksichtigt werden. Es gibt eine sehr brauchbare An- naheruiigstheorie, bei der einlinearer Zusammen- hang der Kriimmung einer Stromlinie mit der von Spiegel und Bett angenommen wird, und nun unter Beriicksichtigung der durch dieZentrifugal- krafte modifizierten Druckverteilung Gleichungen fiir den Zusammenhang der mittleren Geschwin- digkeit und der Spiegelkurve erraittelt \verden. Diese eindimensionale Theorie liefert bereits alle wichtigen Details. Es ergeben sich, ganz ent- sprechend der exakten Wellentheorie, bei Ge- sclnvindigkeiten, die kleiner sind als die der Grundwelle, hinter einer quer zum FluB ver- laufenden Bodenunebenheit stationare Wellen, wie sie auch beobachtet werden. Der sta- tionare Schwall ist ebenfalls unter gewissen Um- standen von Wellen begleitet. Bei Annaherung | an die Grundwellengeschwindigkeit wachst die Lange und Hohe der Wellen bedeutend an, iiber der Grundwellengeschwindigkeit bleibt allein eine Erhebung iiber der Bodenschwelle bestehen. Von Unebenheiten an den Seitenwiinden gehen bei maBigen Geschwindigkeiten schrage Wellen, ahnlich den unter ib) beschriebenen Schiffswellen aus; bei Geschwindigkeiten iiber der Grund- wellengeschwindigkeit gesellen sich zu cliesen schrage Grundwellen, die sich iiber die ganze Breite des Gerinnes fortpflanzen und sichvielfach gegenseitig durchkreuzen. 2. Stromung mit Widerstanden (tech- nische Hydraulik). a) An s f 1 u B aus Miindungen. Bei kleinen Miindungen in dimner Wand ist zunachst zu beachten, daB der Strahl sich wegen der beim Zu- stromen auf die Miindung vorhandenen radia- len Geschwindigkeitskomponenten nach dem Durchgang durch die Miindung noch etwas zusammenzieht (Strahlkontraktion). Bei Miindungen in ebener Wand (Fig. 57) ist die Kontraktionsziffer a (Verhaltnis von Strahlquerschnitt zu Lochquerschnitt) = 0,61 bis 0,64, bei kegelformigen Ansatzrohren groBer, bei guter Abrundung der Oefinung (Fig. 58) nahezu = 1. AuBer der Kontrak- 126 Fliissigkeitsbewegun tiou ist auch ein Geschwindigkeitsverlust clelten flachen Wehrriicken ist theoretisch i -IT _ H ^"77 rM-alrfior.li oHvne kloi-nor DIP T phpr- marWri vorhanden, suchsergebmsscn diirch erne keitsziffer y beriicksichtigt wird : w==^l2gE Die AusfluBmenge wird damit Ver- er _ p = 0.577, praktisch etwas kleiner. Die Ueber- jo-. j fallbewegung ist deshalb sehr genau studiert, * weil sie eine sehr bequeme und auch zuver- lassige Methode zur Messung von Wasser- mengen ist. Das Produkt a

iri 1 1 1^ 127 lich zu erreichenden Drucksteigerungen sind etwa 0,8 bis 0,85 der theoref.isrhen, der Druckhohenverlust also ; mit 2g C == 0,15 bis 0,2. Bei plotzlicher Erweiterung ergibt sich (vgl. II, 40) ein Druckhohenverlust von ( w . w )2 -h> --. PlotzlicheVerengerungergibt dadurch einen Verlust, da 13 sich in der Ver- engerung eine Ivontraktion einstellt and sicli der Strahl dann wieder ausbreitet (Fig. 64). Fig. 64. w 2 /l V 3 Der Verlust wircl demnach gleich r -1 . 2g \a Der Geschwindigkeitsverlust in der Ansatz- rohre Fignr 59 ist nach dem gleichen Ge- sichtspunkt zu benrteilen. die Verbrennungsgase aus der Rauchkammer absaugt mid so die Vcrbrennnng unterhalt. Eine sehr merkwiirdige Anwendungsl'orm ist der .Jnjektor, der mittels Dampt' an- gesaugtes Wasser in denselben Dampfkessel punipt, nns deni der Damp! entnommen wircl (die Wirkung ist durch die Dichtever- mehrung zn erklaren, die der Dampt' bei seiner Kondensation auf dem Wasser erfahrt). Auf die Theorie des Strahlapparats, die sich auf dieselben Beziehungen aufbaut, wie die der vorgenannten Apparate, kann hier nicht eingegangen werden. 2c) Widerstande in- geraden Kana- len n nd Flu 61 an fen. Die Widerstande in geraden glatten Rohrleitungen sind bereits in II, sg) behanclelt. Das dort besprochene Aehnlichkeitsgesetz trifft fiir rauhe Rohr- oberflachen nicht mehr genau zu, da ini allgemeinen die Rauhigkeiten bei verschie- denen Rohrdurchmessern nicht geometrisch ahnlich sind. Man benutzt in der Praxis meist formal ein Gesetz, bei dem der Wider- stand der zweiten Potenz der Geschwindig- keit proportional ist: P2 1 Pi 1 7 r 2g' Fig. 65. Rolire mit Drosselscheibe. Bei einer Rohie nach Figur 65 ist entsprechend der Verlust Po - p 3 = -1- ( JL - -lY. Die Kontraktionsziffer ist in solchen Fallen von dem Verhaltnis Fj:F u abhilngig. Da diese Eimichtung ebenfalls, wie die in Fignr 62 nnd 63 dargestellten, mittels Beobachtung der Druckdifferenz p ^p t zur Mengenmessung verwendet wird, sei an- gegeben, daB nach Versuchen von Weisbach a = 0,63 + 0,37 -TO gesetzt werden kann. Die Drucksteigerung p 2 p l in einem plotzlich oder alhnahlich erweiterten Rohr wird in den Strahl apparaten dazu ver- wendet, andere Fliissigkeiten anzusaugen und fortzuschaffen. Unter den Anwendungen sind zu nennen die Wasserstrahlluft- pumpe, mit der man betracht- liche Luftleere herstellen kann (damit p 2 p x gleich einer At- mosphare wird, muB w t etwa 20 m/sec sein), ferner der Bunsenbrenner, bei dem der aus einer Diise austretende Gasstrahl Luft ansaugt und sich mit ihr mischt. Eine andere An- wendung ist das Lokomotivblasrohr, bei dem der aus dem ZyHnder stromencle Dampf Die Widerstandsziffer /I ist dabei nicht als eine genaue Konstante anzusehen; sie ist vielmehr eine verwickelte Funktion des Durchmessers, der Geschwindigkeit, der Zahigkeit und der Rauhigkeit, die allerdings fiir den praktischen Anwendungsbereich keine allzustarke Veranderlichkeit zeigt. In glatten Rohren ist gemafi dem friiheren 4 A==0,133| zu setzen (Blasius), was fiir I' wr Wl' R = = 2000, 6000, 32 000, 100 000 und 500000 die Werte 0,020, 0,015, 0,010, 0,0075 0,005 ergibt. Fiir rauhe Rohren ist / je nach der Rauhigkeit groBer und steigt bis zum zweifachen bei kleinen und zum drei- bis vierfachen bei groBen Reynolds- schen Zahlen. Die vielen Formeln fiir den Rohrwiderstand, Fig. 66. Strahlapparat, die von alteren Experimentatoren stammen (so die von Weisbach, Darcy, H. Lang u. a.), beriicksichtigen nicht den EinfluB der Zahigkeit und geben ein unvollstandiges und vieli'ach widersprechendes Bild der Sachlage. Rationelle 128 Flussigkeitsbewegung Zusammenstellungen, bei denen die Widerstands- wcrte abhangig von der Reynoldsschen Zahl dargestellt werden, sind erst in der letzten Zeit haufiger geworden (vgl. etwa Giimbel, Schiff- bautechnische Gesellsehaft 1912). Bei Kanalen und besonders bei natiir- lichen FluBlaufen kommt eine weitere Ver- wickelung dadurch hinein, daB die Rauhig- keit des Bettes durch die Bodenart, besonders ] aber durch die Wassergeschwindigkeit selbst beeinfluBt wird, indem die KorngroBe des- jenigen Bodenmaterials, das nicht wegge- schleppt wird, urn so groBer 1st, je groBer die Wassergeschwindigkeit. Der Widerstand wird zweckmaBig durch rj rj das Spiegelgefalle i - 2 ausgedruckt. rauheren Wand en bis 3250 bei Erdwa'nden und 24 bis 40 bei Geriille. Zum Yergleich sei er- wahnt, daB diese Zahlen Werten hi 7. von 0,006 bis 0,068 entsprechen. Ueber die Verteilung der Geschwindigkeit liber den Querschnitt sind vielfach Beob- achtungen angestellt, Ein Beispiel fiir die sich ergebenden Isotachen (Linien gleicher Geschwindigkeit) ist in Figur 68 gegeben. Bei der groBen Rauhigkeit ist der Widerstand wesentlich durch Druckdifferenzen an den Bodemmebenheiten verursacht, und daher bei gegebener Rauhigkeit ziemlich genau proportional mit dem Quadrat der Ge- schwindigkeit, Die Gestalt des Querschnitts wird meist durch den sogenannten hydrau- lischen Radius oder Profilradius: durchflossener Querschnitt benetzter Umfang in die Formeln eingefiihrt (fiir ein Rohr von Kreisquerschnitt, wie fiir eine halbkreisfor- mige Rmne ist r>, == a /..,r, fiir ein sehr flaches rechteckiges Bett gleich der Tiefe). Die alteste Formel (von de Chezy) setzt _A. w 2 : r h ' 2g oder, wie die Formel gewohnlich geschrieben wird (17) w==C|/r h .i C hat dabei nach Eytelwein fiir Kanale den Wert 51 m' ^ sec 1 . Spatere Forscher haben die Formel dadurch verbessert, daB sie C nicht konstant, sondern als eine langsam verander-liche Funktion des Profilradius und einer R,auhigkeitszii'fer an- nahmen. Da mit dem (rd'iille auch die Rauhig- keit wechselr, findet man auch einen EinfluB von i ant die (In'ilJe von (.'. Auf eine Wieder- gabe der Formeln muB hier verzichtet werden. Die Werte fiir C schwanken bei Tiefen von 0,5 bis 3 m von 80 bei Kanalen aus glattem Holz oder glatt geputztem Mauenverk. 60 bis 70 bei Fig. 68. Die haufig gemachte Beobachtung, dafi der Ort der groBten Geschwindigkeit nicht an der Oberflache. sondern etwas darunter ist, hat bis jetzt keine ausreichende Erklarung gefunden. 2d) Ungleichformige Stromung in Fliissen und Kanalen. Die Bewegungs- zustande, die sich in einem FluB vor oder hin- ter einem Wehr oder einer ahnlichen Unter- brechung des stetigen Laufes einstellen, haben das Interesse der Hydrauliker in hohem MaB in Anspruch genommen. Bei Vorgangen, die sich innerhalb relativ kurzer FluBstrecken abspielen, kann man in erster Annaherung von der Reibung absehen, und erhalt so die in III, id) dargelegten Gesetz- inaBigkeiten. Fiir viele Fragen ist indes ge- rade die Beriicksichtigung des Strdmungs- widcrstandes von entscheidendem EinfluB. Man verwendet hierbei fast durchweg die einfache Chezysche Forme! , mit einem passend gewahlten Wert von C. Fiir den Fall, daB die Kriimmung der Bahnen der Wasserteilchen nicht beriicksichtigt zu wer- den braucht, wird sonach das Spiegelgefalle i = - der Sunime aus dem Widerstand C- n, dx w 2 und der nach der Druckgleichung vor- d w 2 handenen Beschleunigungswirkung -, U A gleichzusetzen sein. Die Kontinuitats- gleichung w.F const, bringt, da der Stromquerschnitt von der Wassertiefe ab- hangig ist, das Spiegelgefalle mit dem Sohlengefalle i x in Verbindung. Fiir einen breiten FluB von gleichmaBiger Sohlenneigung und von der Breite nach kon- stanter Wassertiefe (wo also der Profilradius rii gleich der Wassertiefe a wird) werden die Verhaltnisse am einfachsten. Es zeigt sich, daB man zu unterscheiden hat, ob die dem gleichformigen Stromen entsprechende Ge- schwindigkeit kleiner oder groBer ist als ! die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der i Grundwellen (Gleichung (16) und (17)) Flussigkeitsbewegung w -= : : I'ga was einfaeh liefert. Man nennt Wasserlaufe, deren Sohlen- g gefalle kleiner als der kritische Wert p, ist, ,,Fliisse", die mit einem groBeren Gefalle ,, Wildbache". Unter Annahme des Eytel- weinschen Wertes fiir C wird das kritische Gefalle = = 0,0038. Die Rechnung ergibt nun fiir Fliisse ober- halb eines Stauwerks stetigen Spiegelverlauf, fiir Wildbache unstetigen Verlauf mit Wasser- sprung. Der Ausgleich einer abweichenden Geschwindigkeit unterhalb eines Hinder- nisses geht beim Wildbach immer stetig vor sich, beim FluB dagegen unstetig oder stetig, je nachdem die Grundwellengeschwin- digkeit iiberschritten war oder nicht. In Figur 69 und 70 sind die aus den Rechnungen Fig. 69. FluB. Fig. 70. Wildbach. folgenden Beispiel in wiedergegeben. Staukurven" fiir em bestimmtes stark verkiirzter Darstellung Es sei hierzu erwahnt, daB der FluB zwischen der ,,Spannschutze" und dem Wasserspruug ,,wild" 1st, wahrend der Wildbach zwischen Wassersprung und der Spannschiitze als FluB lauft. Wo starke Vertikalbewegungen aut'treten, iniissen die Vertikalbeschleunigungen beriick- sichtigt werclen; eine Uebertragung desinIII,id/3 Auseinandergesetzten auf den Fall der Stidmung mit Reibung ergibt u. a., daB der FluB oberhalb des Stauwerks ohneWellen, un erhalb mitWellen (von mit der Entt'ernung vom Stauwerk ab- nehmender Hohe) fliefit. Der Wildbach flieBt ohne Wellen, cloch kann der Wassersprung, wenn das Gefalle nicht weit vom kritischen ab- weicht, durch Wellen abgelost werden, von denen jede folgende stufenartig holier liegt (Bous- sinesq). Diese theoretischen Resultate stimmen gut mit der Beobachtung. Zeitlich veranderliche Stromungen sind ebenfalls vielfach untersucht, so z. B. die Einwirkung von Ebbe und Flut auf FluB- laufe, die zu sehr vcrwickelten Ergebnissen t'iihrt; ferner die Fortpflanzung von Hoch- wassern. Es ergibt sich hier, daB das Hoch- wasser, solange keine Ueberflutung der Ufer eintritt, mit etwa */ 9 der Stromungsgeschwin- digkeit weiter wandert (durch die wegen des lioheren Wasserstandes schneller flieBenden Wassermassen der Hochwasserwelle wird das im FluB vorher vorhandene Wasser zu- sammengeschoben, so daB das Hochwasser schneller fortschreitet als das Wasser in ilim). Durch den Eintritt von Ueberflutungen wird die Fortpflanzung des Hochwassers verlangsamt und die Hohe vermindert. Da die Wassermassen im Maximum des Hochwassers schneller flieBen als die iibrigen, so eilt das Maximum mit der Zeit vor, man I findet deshalb regelmaBig, daB Hochwasser schnell steigen und langsam fallen. Von besonderemlnteresse, aber noch nicht sehr weit geklart, sind die Fragen nach der Wechselwirkung eines Flusses mit seinem Bett. Die Sohle des Bettes ist dadurch, daB bei geringen Geschwindigkeiten vom FluB mitgefiihrte Sinkstoffe abgesetzt, und bei groBeren Geschwindigkeiten die Ab- lagerungen wieder angegriffen werden, in fortwahrender Bewegung, so daB der FluB durch seine Wasserbewegung die Form seines Bettes selbst bestimmt. Besonderen EinfluB hat natiirlich die Aufeinanderfolge von Hochwasser und Niedrigwasser. Die vielfach beobachteten Sandbanke wandern dadurch, daB sie stromaufwarts von der Stro- mung angegriffen werden. und die in Bewegung gebrachten Massen sich hinter ihnen in ruhigerem Wasser wieder absetzen, langsam fluBabwiirts. In Kriimmungen des Flusses gelangt das schneller flieBende Oberflachenwasser durch Zentrifugal- wirknng nach auBen und drangt das mit Sink- stoffen angereicherte Tiefenwasser nach innen; die Wirkung ist eine Vertiefung des Bettes auf der AuBenseite, Verflachung innen. Die weitere Folge ist eine fortwahrende Zunahme der Kriim- mung; es erkliirt sich hieraus die auffallend ge- wundene Form der meisten natiirlichen FluB- laufe (Maanderbildung). Diese Vorgiinge werden in den FluBbaiilaboratorien im kleinen mit guter Ubereinstinimnng nachgeahmt. 3. Widerstand von Korpern in Fliissig- keit. a)Allgemeine Bemerkungen iiber das Widerstandsgesetz. a) Fiir den Widerstand, den eine Fliissigkeit der Be- wegung eines in ihr befindlichen Kb'rpers vermoge ihrer Tragheit entgegensetzt, hat schon Newton den SchluB gezogen, daB dieser Widerstand proportional der Flachen- ausdehnung des Kb'rpers quer zur Bewegungs- richtung (F), ferner proportional der Dichte der Fliissigkeit (Q) und dem Quadrat der Geschwindigkeit (V) sein muB. Dieses Ergebnis laBt sich durch eine sehr einfache liandworterbuch der Naturwissenschaften. Band IV. 130 Flussigkeitsbeweg-i 1 1 iiv Betrachtung nachprufen: Der Korper muB sekundlich eine Flussigkeitsmasse M == g.F.V aus seiner Bahn raumen, und erteilt dabei jedem Massenelement eine Geschwindigkeit, die seiner Geschwindigkeit proportional ge- setzt werden kaim. Der Widerstand ist gleich der sekundlich erteilten BewegungsgroBe w ~ MV = = QF\*. Die naheren Einzelheiten der Newton- schen Theorie, die den Fliissigkeitswiderstand nach den Gesetzen des elastischen StoBes behandelt (Newton dachte sich das Medium als aus freischwebenden ruhenden Massen- teilchen bestehend, die von dem bewegten Korper in regelmafiiger Weise reflektiert werden), haben sich allerdings nicht halten lassen; an Stelle der Newtonschen Auf- fassung ist die hydrodynamische Auffassung getreten, nach der der Widerstand aus den bei der Umstromung des Korpers entstehen- den Druckdifferenzen und Reibungsspannun- gen besteht. Ein prinzipieller Unterschied zwischen den Ergebnissen der alten und der neuen Theorie ist der, daB bei der alten nur die Gestaltung der nach vorn gekehrten Flachen des Korpers in Betracht gezogen wird, wahrend man jetzt weiB, daB die eigentlichen Widerstandsvorgange hinter dem Korper zu suchen sind, und daB daher die Ausbildung der hinteren Teile von groBter Bedeutung sein kann. Auch ist hervorzu- heben, daB die alte Theorie den Widerstand irgend eines Korpers durch einfache Summie- rung iiber alle Flachenelemente (unter Ver- wendung eines fiir ebene Flatten gewonnenen Gesetzes) erhalten wollte, wahrend nach der hydrodynamischen Anschauung sofort ein- zusehen ist, daB dies unzulassig ist (Bei- spiel: die Strb'mung um ein Dieder, vgl. Figur 71, muB einen ganz ancleren Verlauf nehmen, als um z\vei einzelstehende, gleich geneigte Flatten. Nach Versuchen von Eiffel ist denn auch der Widerstand eines aus zwei quadrati- schen Flatten mit Winkeln von 30 gegen die Bewegungsrichtung bestehenden Dieders etwa 60% des der einzelstehenden Flatten, wahrend nach der alten Theorie beide Objekte den gleichen Widerstand haben miiBten). Ueber die allgemeine Form des nach der Hydrodynamik zu erwartenden Wider- standsgesetzes fiir eine bestimmte Art von Kb'rpern laBt sich aus den Betrachtungen iiber mechanische Aehnlichkeit (II, $c) fol- gendes aussagen. So lange nur geometrisch und mechanisch ahnliche Falle verglichen werden, bei denen also die Keynoldssche VI Zahl R = (1 ist irgendeine Vergleichslange) denselben Wert hat, werden die Druckdiffe- renzen und Reibungsspannungen im selben Verhaltnis zusammenwirken, der Widerstand ist dann dem Produkt einer Druckdifferenz (oder auch einer Reibungsspannung) mit einer Flache, auf die die Druckdifferenz wirkt, proportional. Die Druckdifferenzen sind pro- portional pV 2 (vgl. etwa II, 2 c), also der Widerstand W Der Proportionalitatsfaktor ist dabei nur so lange unveranderlich, als die Rey- noldssche Zahl unveranderlich ist; er andert sich im allgemeinen mit ihr, kann also als Funktion von R geschrieben werden. Hiermit wird W-FV 2 f(R). Ist in einem bestimmten Fall eine merk- liche Wirkung der Reibung richt zu erwarten, so ergibt sich dem Vorstehenden gemaB eine merklich genaue Proportionality des Wider- standes mit >FV 2 fiir alle in Betracht kommenden Verhaltnisse, das heiBt die Funk- tion von R wird durch eine Konstante (y) ersetzt. Dies ist bei Flatten, die senkrecht zu ihrer Ebene bewegt werden und bei ahn- lichen Objekten ziemlich genau der Fall. Fiir kreisformige Flatten ist der Faktor etwa \y - - 0,56. Spielt dagegen die Reibungswirkung die Hauptrolle, wie z. B. bei Flatten, die in ihrer Ebene bewegt werden, so sind starke Abweichungen vom Newtonschen Gesetz zu erwarten. Man f indet (fiir R > 2 200 000) bei recht- eckigen diinnen Flatten nach Messungen von Gebers etwa f(R) = 0,0123 (dies gibt Fig. 71. fur R = 2200 000 bezw. 120000000 die Werte 0,0017 bezw. 0,0010); fur kleinere R, wo die Stromung nicht mehr turbulent verlauft, wird 1,327 nach der Theorie (Blasius) f (R) = Tjr~- Fiir die allerkleinsten Geschwindigkeiten (R klein gegen 1) ergibt sich das Stokessche Gesetz (vgl. II, 5 d), dem ein zu proportlonales f (R), also ein Widerstand proportional V ent- spricht. Der Uebergang zwischen diesem Gesetz und den obigen ist noch nicht geniigend unter- sucht. Anmerkung. Die vorstehenden Gesetze fiir grofie R gelten nur fiir glatte Oberfliichen. Bei rauhen Oberfliichen wiirde die mechanische Aehnlichkeit nur zutreffen, wenn bei ahnlichen Kiirpern auch die einzelnen Hb'cker usw. der rauhen Oberflache geometrisch ahnlich sind. Da dies im allgemeinen nicht zutrifft, sind hier Abweichungen von den obigen GesetzmaBigkeiten zu erwarten. Fliissigkeitsbewegung 131 /?) Im allgemeinen Fall eines allseitig von Fliissigkeit umgebenen beAvegten Kor- pers laBt sich der Widerstand cler Fliissigkeit immer in zwei Teile zerlegen, den Druck- widerstand nnd den Reibungswider- stand. Man kann namlich auf jedem Flachen- element die von der Fliissigkeit auf den Korper iibertragene Kraftwirkung in eine Normalkomponente und eine Tangential- koraponente, cl. i. in eine Druckkraft und eine Keibungskraft, zerlegen. Die Resultante aller Druckkrafte ist der Druckwiderstand, die Resultante aller Reibungskrafte der Reibungswiderstand. (Bei rauhen Ober- flachen wird man dabei aus praktischen Riicksichten die Zerlegung nach einer dem mittleren Verlauf der Flache angepaBten glatten Idealflache vornehmen. Der nach der strengen Definition auf die einzelnen Rauhigkeiten entfallende Druckwiderstand wird so mit zum Reibungswiderstand ge- schlagen.) Die Trennung des Gesamtwider- standes in diese beiden Teile laBt sich im Experiment so durchfiihren, daB man die Druckverteilung um den Korper beobachtet, und daraus durch Rechnung den Druck- widerstand ermittelt. Ist der Gesamtwider- stand durch eine Kraftmessung beobachtet, so ergibt die Differenz den Reibungswider- stand. Von der Vorstellung ausgehend, daB zwar der Druckwiderstand stark von der Form des Korpers abhange, daB aber der Reibungswiderstand im wesentlichen nur von der GroBe der Oberflache und nicht von der Form des Korpers abhangig sei, hat man die Trennung des Widerstandes in einen Form wider stand und einen Ober- flachenwider stand vorgeschlagen. Neuere. Versuche weisen indes darauf hin, daB auch der Reibungswiderstand stark von der Formgebung abhangt. y) Bei Korpern, die sich an der freien Oberflache der Fliissigkeit bewegen, komint noch ein weiterer Widerstand, der Welle n- widerstand hinzu, der durch das von dem Korper bei der Bewegung erzeugte Wellen- system verursacht wird (vgl. Ill, ib). Da die Wellenbewegung unter dem EinfluB der Erdschwere vor sich geht (von den Kapillar- kraften sei abgesehen), so ist hier ein anderes mechanisches Aehnlichkeitsgesetz maB- gebend, wie bei den Reibungsvorgangen. Aus Geschwindigkeit (V), Lange (1) und Erd- schwere (g) laBt sich eine dimensionslose Zahl V 2 -v bilden. Das zu erwartende Wellensystem wird bei zwei verschieden groBen Aus- fiihrungen einer Schiffsform (z. B. Modell und Schiff) geornetrisch ahnlich ausfallen, wenn diese Zahl denselben Wert anninmit, wenn sich also die Geschwindigkeiten ver- halten wie die Wurzeln aus .den Langen (Froudeschcs Gesetz). Der Wellenwiderstand ist mit kleinen Aenderungen der Schiffsform und der Ge- schwindigkeit sehr stark veranderlich; bei einer Verlangerung des Schiffskorpers kann er sowohl wachsen, wie abnehmen, je nachdern die Heckwelle, die mit dem vom Bug kom- menden Wellensystem interferiert, dieses verstarkt oder abschwacht. In seichtem Wasser kann sich das Wellensystem ganz erheblich modifizieren. Der Widerstand wachst ganz erheblich an, wenn das Schiff gerade mit der Geschwindigkeit der Grund- welle (III, ic) fahrt. Dem Wellenwiderstand entspricht ein in dem Wellensystem vorhandener Imp u Is; am Schiff selbst macht er sich als ein Teil des Druckwiderstandes geltend. Der andere Teil des Druckwiderstandes, der dem ge- wohnlichen Druckwiderstand eines allseitig von Fliissigkeit umgebenen Korpers ent- spricht, findet sich in dem Impuls der Kiel- wasserwirbel wieder und heiBt^deshalb_auch Kielwasserwiderstand. .g Da der Reibungswiderstand und der Kiel- wasserwiderstand, abgesehen von den Storvmgen durch die Wellenbiklung, die Reynoldssche Aehnlichkeit befolgt, der Wellemviderstand aber die Froudesche Aehnlichkeit, sind streng iiber- tragbare Modellversuche unmoglich. Da bei den Schiffen der Wellemviderstand das Hauptinteresse brsitzt, halt man sich bei den Versuchen in den Schiffsmodell-Schleppanstalten an die Froude- sche Aehnlichkeit und beriicksichtigt die anderen Widerstandsanteile nach Erfahrungsregeln. d) Eine wichtige Frage ist noch die, wie sich der Widerstand eines Korpers in ruhender Fliissigkeit zu der Kraft verhalt, die eine stromende Fliissigkeit auf einen ruhenden Korper ausiibt. Wenn die stromende Fliissigkeit sich in alien Teilen vollkommen gleichformig bewegt, so kann nach den Gesetzen der allgemeinen Mechanik zwischen beiden Fallen kein Unterschied bestehen, da die Hinzunahme einer gemeinsamen gleichlormigen Bewegung (entgegengesetzt gieich der Geschwindigkeit des Korpers, so daB dieser in Ruhe versetzt wird) an clem Ablauf von mechanischen Vorgangen nichts andert. Einen Unterschied aber macht es, ob die Fliissigkeit bei ihrer Bewegung gegen den Korper vollkommen gleichformig oder ob sie turbulent stromt. Die Widerstande sind in der Regel im zweiten Fall groBer. Da natiirliche Fliissigkeits- stromungen (Wind, Stromung in Kanalen us\\.) bei groBen Abmessungen regelmaBig turbulent sind, wird man solche Unterschiede immer beobachten. Wenn man zum Zwecke von Widerstandsversuchen die Verhaltnisse eines in ruhender Fliissigkeit bewegten Korpers mit einem in stromender Fliissigkeit 9* 132 Fliissig'keitsbewegung ruhenden Modell nachahmen will, so wird man durch geeignete Beruhigungseinrich- tungen (Leitflachen, Siebe) fur einen an- genahert gleichformigen Fliissigkeitsstrom ' zu sorgen haben. 3b) Hydrodynamische Betrach-' tungen iiber den Flussigkeitswider- stand. a) Die einfache Potentialstromung der reibungslosen Fliissigkeit liefert fiir einen ; gleichformig bewegten Ko'rper in sonst un- gestorter Fliissigkeit niemals einen Wider- stand, noch auch einen zur Bewegung senk- rechten Auftrieb ; nur Kraftepaare, die den : Korper irgendwie zur Richtung der Relativ- bewegung gegen die Fliissigkeit einzustellen suchen, werden gefunden, ferner werden bei ungleichformiger Bewegung Krafte gefunden, die der Beschleunigung proportio- nal sind, und die daher nichts anderes be- deuten als eine Vermehrung der Trag- heit des Kb'rpers durch die bei be- schleunigter Bewegung mit zu beschleunigen- den Flussigkeitsmassen. Diese ,,scheinbare Masse" ist z. B. bei einer Kugel nach der Theorie gleich der halben von der Kugel ver- drangten Flussigkeitsmasse. DaB die gewohnliche Potentialbewegung in allseitig unbegrenzter Fliissigkeit nie einen Wider- stand in der Bewegungsrichtimg oder auch eine Kraft quer dazu ergeben kann, ist leicht axis dem Impulssatz zu ersehen, wenn man bedenkt, daB die durch den Korper in die Fliissigkeit hereingebrachte Stoning, sowohl was die Ge- schwindigkeits- wie die Druckabweichungen be- trit'ft, nach alien Seiten sehr rasch, namlich proportional zu abklingt (1 Korperlange, r Abstand des betrachteten Punktes). Mittels einer Kontrollflache (II, 4) im Abstand r wird man also urn so kleinere Beitrage zum Impuls vorfinden, je grb'Ber der Abstand r gewiihlt wird (clenn die Fliiche wachst nur wie r 2 ). Zum Zustandekommen eines Widerstandes miiBte aber von dem Korper ein endlicher Betrag von Impuls in der Fliissigkeit zuriickgelassen werden, und dieser daher auch in alien Kontrollflachen, die man um den Korper zieht, gefunden werden. Die Betrachtung ist, wie nebenher betont sein miige, fiir den Fall, daB ein zweiter Korper oder eine Wand in endlichem Abstand von dem unter- suchten Korper vorhanden ist, nicht mehr giiltig (weil man hier die Kontrollflache nicht ohne weiteres ins Unendliche riicken kann). In der Tat zeigt eine niihere Untersuchung, daB Kraftewirkungen zwischen zwei Korpern oder einem Korper und einer Wand auch bei reiner Potentialbewegung vorkommen(vgl. Ill, 3d). DaB in der Bewegungsrichtung nur ein Widerstand gegen Beschleunigung, aber kein Widerstand bei gleichformiger Bewegung auftreten kann, ist auch aus der Betrachtung der Energie der Fliissigkeitsbewegung herzuleiten. Diese kann zwar durch Geschwindigkeitsanderung vermehrt oder vermindert werden, aber sie erleidet in keiner Weise eine Zerstreuung, sondern bleibt um den Korper konzentriert. Diese Betrachtung bezieht sich jedoch nicht auf den Fall einer freien Wasseroberf lache ; hier findet in den Wellen, die vom Korper ausgehen, eine Energie- zerstreuung statt, die dem Wellenwiderstand entspricht. /5) Das Ergebnis der einfachen Potential- theorie, daB der Widerstand Null ist, steht in unmittelbarem Zusamnienhang damit, daB diese Theorie von der Fliissigkeitsreibung keinerlei Notiz nimmt. Die bei der Annahme einer sehr kleinen Reibung (II, 5e) auftreten- den Trennungsschichten und die aus diesen entstehenden Wirbel sind der eigentliche Sitz des Druckwiderstandes. Die Helmholtz- Kirchhoffschen Trennungsschichten an einer ebenen Platte (vgl. II, 2\ und Figur 23) liefern bereits einen Widerstand proportional F^V 2 , aller- dings einen kleineren, als das Experiment ihn ergibt. Dies riihrt davon her, daB bei Kirch- hoff im ,,Totwasser tl hinter der Platte der- i selbe Druck wie in der ungestorten Fliissigkeit herrscht, wahrend sich nach den Beobach- '. tungen hinter der Platte unter der Wir- kung der dort vorhandenen Wirbel ein Unter- druck einstellt. Der Ueberdruck auf der Vorderseite wird dagegen von der Kirchhoff- schen Theorie ziemlich genau wiedergegeben, da die Stro'mimgsform hier nahezu mit der wirklichen ubereinstimmt. Bei der wirklichen Stromung um einen Korper beobachtet man haufig ein mehr oder Fig. 72. Flussigkeitsbewegnng 133 minder regelmaBiges Pendcln des Wirbel- systems hinter dem Korper; bei ebenen Bewegungen (z. B. bei einein langen zylin- drischen Stab) werden bei diesem Pendeln von dem Wirbelsystem abwechselnd rcchts and links drehende Einzelwirbel abgespalten, die nun in regelmaBiger Reihe hinter dem Korper einherziehen, vgl. Figur 72 (Auf- nahme von Rubach). Diese Beobachtung veranlaBte Th. v. Kami an, die Stabilitat eines solchen Wirbelsystems zu untersuchen. Es zeigte sich, daB allein ein ganz be- stimmtes System stabil ist, namlich eins mit einem Verhaltnis des Abstandes der zwei Wirbelreihen h zur Teilung 1 von 0,283, vgl. Fig. 73 (die Stabilitat ist nicht Fig. 73. vollkommeii, gegen Storungen von tier Wellenlange 2 1 ist das System indifferent). Der fortwahrenden Neuerzengung von solchen Wirbeln entspricht, wie eine Impulsbetrach- tnng zeigt, ein Widerstand. Es ist ein schoner Erfolg dieser Theorie, daB ans einer photographischen Ansmessung des Wirbelsystems und Beobachtung der Ge- schwindigkeit der Wirbel der Widerstand des wirbelerzeugenden Korpers in guter Uebereinstimmung mit den Widerstands- versuchen gefunden wurde-. ;') Ein anderer Erfolg der Theorie, der auch zunachst fur die ebene Stromung errungen wurde, ist die Erklarung des Auftriebs von Fliigelprofilen durch die Potentialbewegung mit Zirkulation (II, 2e), von Kutta und Sc h u - kowski. Der letztere hat mittels des Imp uls - satzes den allgemeinen Beweis gefuhrt, daB an irgend einem sehr langen zylindrischen Korper (Lange 1) ein Auftrieb von der GroBe >r VI entsteht, wenn er mit der Geschwindig- keit V vorwarts bewegt wird, und die Stro- mung dabei die Zirkulation r aufweist. Da die Zirkulation regelmaBig der Geschwin- digkeit proportional ist, kommt man auch hier auf das quadratische Widerstandsgesetz. Der Auftrieb kommt dadurch zustande, daB durch die Ueberlagerung der gewohn- lichen Potentialbewegung mit der Zirkula- tionsbewegung (vgl. Fig. 21) eine Verlang- samung der Stromung, also eine Druck- steigerung unter dem Fliigel und zugleich eine Verschnellerung und daher eine Druck- verminderung (Saugwirkung) iiber dem Flii- gel entsteht. Nuch praktischen Messungen kann die Saugwirkung dabei das Dreifache | der Druckwirkung betragen (entgegen der Laienvorstellung, daB die ,,Verdichtung der Luft unter den Fliigeln" die Hauptsache sei). Die Zirkulationsbewegung, auch Peri- pteralbewegung genannt (Lane lies ter), hat I bei einem allseitig von Fliissigkeit um- j gebenen Fliigel (Tragflache eines Aeroplans) die in II, 30) beschriebenen, an den Fliigel- enden austretenden Wirbel im Gefolge I (die Wirbel entstehen aus einer sich spiralig aufrollenden Trennungsschicht, die am Fliigelende durch die Druckunterschiede er- ' zeugt wird: die Fliissigkeit stromt auf der Saugseite nach innen ab, auf der Druckseite nach auBen). Das Wirbelpaar hat pro Langeneinheit die BewegungsgroBe gl'd (d Distanz der Wirbel voneinander). Da von dem Wirbel- paar pro Sekunde ein Stuck von der Lange V neugebildet wird, ist demnach der dem Auf- trieb gleichzusetzende Impnls ^rd.V. Der Vergleich mit der obigen Schukowski- schen Formel, in der 1 die ,,tragende Lange" des Fliigels bedeutet, liefert d 1. Das Wirbel])aar wirkt auf die Form, in der die Fliissigkeit dem Fliigel zustromt, zuriick, : indeni es einen absteigenden Strom erzeugt, ] und dadurch den erzeugten Auftrieb im i Vergleich mit dem aus den Kuttaschen und Schukowskischen Rechnungen fur den ,,unendlich breiten Fliiger folgenden vei- , mindert (Prandtl). Die an diese Gedanken- gange gekniipften Rechnungen fiir einfache Aeroplanflachen wie fur ,,Doppeldecker" i haben durch das Experiment eine gute Be- i statigung gefunden. Mit dieser Bewegung ist auch ein Wider- stand verkniipft, der der im Wirbelsystem gebliebenen Energie entspricht. Ein aerodynamisch verwandter Vorgang liegt der Beobachtung YOU Lord Rayleigh zu- grunde, daB ein Ball, der um eine zur Bewegungs- richtnng senkrechte Richtung cine starke Rotation ! besitzt, beim Flng durch die Luft deutliche Ab- lenkungen aufweist; es ist sogar, wenn der Ball unter der Mitte angeschlagen wird, moglich, durch den entstehenden Auftrieb die Schwere zu iiberwinden. Die Erklarung hierfiir ist, daB durch die Rotation eine unsymmetrische Ab- losung der Grenzschieht yerursacht wird, und so die zum Auftrieb notige Zirkulation ent- steht. d) Die Vorgange in Schraubenpropellern la.ssen sich nach den gleichen Grundsatzen be- 1 urteilen, wie die an den Tragflachen (Fliigeln) 'der Aeroplane; die Verhaltnisse werdeii hier allerdings so verwickelt, daB bisher noch keine rechnerischen Schliisse aus dem hydro- dynamischen Bilde haben gezogen werden konnen. Jeder' Fliigel der Schraube kann als 134 Flussigkeitsbewegung ein im Kreise gefiilirter Aeroplan angesehen werden und laBt ganz entsprechend Figur 25 sowohl am auBeren Ende wie am inneren einen seiner Zirkulation entsprechenden Wir- bel hinter sich. So ergibt sich das in Figur 74 Fig. 74. dargestellte Wirbelgebilde ; der Raum zwi- schen dem auBeren und inneren Wirbelsystem ist dabei von dem Schraubenstrahl erfiillt, d. h. von den von der Schraube in Bewegung gesetzten Fllissigkeitsmassen, deren fort- schreitende Bewegung dem Schraubenschub, deren drehende (Zirkulationsbewegung um das innere Wirbelsystem) dem Schrauben- drehmoment entspriclit. Eine schematische Darstellung der Stromung im Schrauben- strahl, bei der die Drehung im Strahl zur Vereinfachung vernachlassigt ist, gibt die Figur 75. Fig. 75. Die alteren Schraubentheorien gehen entweder von der Vorstellung aus, daB ein- zelne voneinander hinreichend weit entfernte Fliigel in ruhender Fliissigkeit eine schrauben- formig fortschreitende Bewegung ausfiihren und vernachlassigen so die gegenseitige Ein- wirkung der Fliigel aufeinander (Froudesche Fliigelblattheorie), oder sie kniipfen ihre Be- trachtungen an den Schraubenstrahl an, der zu diesemZweck gewohnlich als einglatter Strahl mit homogener Geschwindigkeits- verteilung unter Hinzunahme einer gleich- formigen Rotation angesehen wird (Ran- kinesche Schraubenstrahltheorie). Die Vor- ^iinge innerhalb der Sehrauben werden hier- bei nach Art der Turbinentheorie behandelt. Neuerdings ist mehrfach, so z. B. von H. Rei finer mit Erfolg versucht worden, die An- satze heider Theorien zu vereinigen, und so in der Hinzunahme der Impulssatze zur Fliigel- blattheorie die Wirkung der Schraubenblatter aufeinander angenahertzuberiicksichtigen. Durch Hinzunahme von Erfahrungswerten vermogen diese nichthydrodyrtamischen Theorien praktisch durchaus befriedigende Ergebnisse zu liefern. 30) Der Fliissigkeitswiderstand nach den Ergebnissen der Experi- mente. Da bei der grofien Kompliziertheit der hinter einem Kb'rper wirklich eintretenden Wirbelbewegung eine genaue mathematische Analyse bisher in keinem Falle durchfiihrbar war, ist man immer auf die Versuche an- gewiesen. Die Experimente zeigen dabei je nach der Art ihrer Anstellung leicht groBe Abweichungen. Die alteren Versuche sind zum groBen Teil unbrauchbar, weil man nur auf die Vorgange auf der Vorder- seite achtete, und den Widerstandsvorgang durch irgendwelche seitlich oder hinter dem Korper befindliche storende Objekte ver- anderte. Von den neueren Versuchen zeigen diejenigen, bei denen die Kb'rper in ruhender Luft geradlinig und annahernd gleichformig bewegt werden, gute Uebereinstimmung mit "denen, wo ein gleichformiger, nicht turbulenter Luftstrom an dem ruhenden Korper vorbeigefiihrt wird. Versuche, die am Rundlauf ausgefiihrt werden (d. h. an einem rotierenden Arm, mittels dessen die Kb'rper im Kreise herum bewegt wer- den), zeigen, wenn der Kreis nicht gegen- iiber den Abmessungen des Objektes sehr groB ist, charakteristische Ab- weichungen. Untersuchungen in einem turbulenten Strom, wie auch im natiiiiichen Wind, der ebenfalls turbulent ist, geben groBe Abweichungen. Darauf, daB die Befesti- gungsteile nicht viel Luftwiderstand bieten, ist besonders zu achten. Die Abhangigkeit der Luftwiderstands- ziffern von der Formgebung der Korper ist sehr verwickelt und laBt die Aufstellung einfacher Gesetze in fast keinem Falle zu. : Auffallig ist z. B. der groBe EinfluB der Ge- stalt des auBeren Umrisses bei ebenen Flatten. , Eine langlich rechteckige Platte verhalt J sich z. B. ganz anders als eine quadratische Platte (s. unten). Einige geradezu paradoxe Ergebnisse mbgen i hier vorangestellt werden: Eine Ivreisscheibe, ein Kreiszylinder von einer Lange gleich dem ! Durchmesser und einer von einer Lange gleich dem Anderthalbfachen des Durchmessers (alle senkrecht zur Kreisflache bewegt) haben nach Eiffel (Fallversuche am Eiffelturm) eine Wider - standsziffer 0,56; 0,55; 0,405. Die Zahlen sind in der Gottinger Modellversuchsanstalt (kiinstlicher Luftstrom) nachgepriift und bestatigt worden. DaB der langere Cylinder weniger Widerstand hat wie der kiirzere, kann nur so erklart werden, daB in diesem Fall das Wirbelsystem (wahr- scheinlich durch Anlegen der Stromung an die Mantelflache des Zylinders) kleiner ausfallt als Frtissigkeitsbewegi i n- 135 in den beiden anderen Fallen. - - Bine quadra- tische Platte, die gegen die Bewegungsrichtung um 40 geneigt ist, hat, je nachdem sie yon steileren oder flacheren Neigungen her in diese Stellung gebracht worden ist, verschiedene Widerstande. Die Widerstandsziffer ist im letzteren Fall um etwa 50 % grpBer als im ersteren und um 55% groBer als bei 90! (0. Foppl, Gottinger Modellversuehsanstalt). Dem ent- spricht die Beobachtung von zwei verschiedenen Wirbelsystemen mit starkerer und schwacherer Ablenkung der Strb'mung. Bei turbulenter Be- wegung des Luftstromes bleibt die Erscheinung aus (Riabuschinsky). - - Der Widerstand von Kugeln zeigt nach Eiffel (kiinstlicher Luftstrom) folgende Merkwiirdigkeit, die geeignet ist, die Verwendbarkeit von Kugeln zur Windstarke- inessung in Frage zu ziehen: die Widerstands- ziffer sinkt mit zunehmender Geschwindigkeit V Vr zwischen den Reynoldsschen Zahlen - 60 000 bis 75 000 von etwa 0,21 auf etwa 0,085, um dann diesen 2 1 / ^mal kleineren Wert be- allen bisher untersuchten groBeren Geschwindig- keiten beizubehalten. Der verschiedene Wider- stand spricht sich auch in der verschiedenen Gestalt der Wirbelgebilde aus. Eine Erklarung dieses Verhaltens fehlt vollstandig. Die folgenden Zahlenangaben iiber den Luftwiderstand einiger wichtigerer Objekte beziehen sich immer auf die dimensionslose W GroBe ^~, die in III 3 a) als f(R) be- QF V 2 zeichnet wurde, die aber hier, da es sich nur um das angenahert quadratische Luftwider- standsgesetz handeln soil, als Konstante an- gesehen werdenkann. Wenn,wie bei einfachen Widerstanden iiblich, als Flache F die Pro- jektion desKorpers in der Bewegungsrichtung gewahlt ist, soil die Widerstandsziffer mit ip bezeichnet werden. Wenn es sich dagegen um Bestes Luftschiffmodell, vgl. Figur 76 (Druckwiderstand) ty = 0,02 Kreisplatte, Kugel, Zylinder mit Achse parallel zur Bewegungsrichtung s. oben. die Tragkrafte an Flatten und Fliigeln handelt, so ist es iiblich, als Flache F die groBte Projektion (also bei ebenen Flatten die Plattenflache selbst) zu nehmen. Die auf diese Flache bezogenen Ziffern mogen mit C bezeichnet werden, und zwar ist CA die Auftriebsziffer (A^u^FV 2 die Auf- triebskraft senkrecht zur Bewegung) und Cw die Widerstandsziffer (W = = Cw FV2 der Widerstand in der Bewegungsrichtung). a) E i n f a c h e r W id e r s t a n d. Um einen Anhalt uber die Zahlenwerte zu geben, sind hier einige Werte zusammengestellt: Quadratische Platte, senkrecht zur Bewegungsrichtung < ' = 0,55 Rechteckplatte, Seitenverhaltnis 1:50, senkrecht zur Bewegungsrichtung. i|> = 0,78 (zum Vergleich: Kirchhoffscher Wert fiir die unendlich lange Platte) . i(j - Langer Kreiszylinder (Draht), Achse senkrecht zur Bewegungsrichtung, Reynoldssche Zahl > 500 ... i|> = 0,45 (Bei kleineren Reynoldsschen Zahlen etwas groBer.) Fig. 76. ft) A u f t r i e b und Widerstand von Tragflachen. Hier interessiert die Abhangigkeit von dem Neigungswinkel a der Flache (oder bei gewolbten Fliigeln der Sehne des Profils) gegen die Bewegungs- richtung. In der Flugtechnik kommen haupt- sachlich die kleinen Winkel, bis zu 10 etwa, in Frage, da nur bei diesen Winkeln groBe Auftriebe mit kleinen Widerstanden erreicht A CA werden (das Verhaltnis ^ = = -= ist ein W Q\v GiitemaB fur die Eignung einer Flache als Tragflache). 1 Die flachgewolbten Flachen erweisen sich als giinstiger als die ebenen, weil sie sich der Zirkulationssiromung besser anpassen wie diese. Am giinstigsten scheinen Profile zu sein, die, dem Vogelfliigel ahnlich, an der Vorderkante leicht gerundet, an der Hinter- kante scharf auslaufen, vgl. Figur 77. Fig. 77, Von groBem EinfluB ist auch die UmriBform der Flachen. Nur solche Flachen, deren Er- streckung quer zur Bewegungsrichtung (1) die in der Bewegungsrichtung gemessene Breite (b) um ein Vielfaches iibertrifft, er- geben giinstige Verhaltnisse. Die besten ge- A messenen Werte von w (bei 3 bis 5 Neigung der Sehne) sind bei ebenen Flatten etwa 8, bei kreisformig gewolbten etwa 15 (bei einem Wolbungspfeil von l / 20 bis l /^ 5 der Sehne). Bei Profilen nach Figur 77 diirfte die Zahl 20 erreichbar sein. Fiir den Verlauf des Auftriebs solcher langlicher Flachen mit dem Winkel a ist sehr charakteristisch, daB in einem kleinen Winkelbereich (etwa bis 8 bei ebenen, 3 bis 9 bei flach gewolbten Flachen) j die Auftriebsziffer CA nach einem annahernd geradlinigen Gesetz von Null bis zu einem Wert von 0,35 (bei ebenen Flachen) bis 0,5 (bei flach gewolbten Flachen) ansteigt und dann annahernd konstant wird oder langsam weiter steigt. Die Vorgange bei den kleinen Winkeln werden 1 recht befriedigend durch die Ergeb- 136 FKissigkeitsbewegung nisse der Kutta-Schukowski schen Theorie wiedergegeben, besonders, wenn man die durch die endliche Lange des Fliigels er- forderlichen Korrekturen anbringt. Fiir ebeneFlachenist nach Kutta .4=^ sin a; nach dem Experiment erhalt man an Stelle von TT = 3,14 fur das Langenverhaltnis 1:1 die Werte 0,95 1:2 1:4 1:8 1.4 2,0 2,5 Der Widerstand ergibt sich weniger ab- hiinig vom Seitenverhaltnis. Bei kleinen erhalt man rechnerisch zwischen zwei Kugeln, die sich mit gleicher Geschwindigkeit hinter- einander her bewegen, AbstoBung, zwischen solchen, die sich nebeneinander her bewegen, Anziehung. Man kann dieses Resultat da- durch erklaren, daB bei den hintereinander Winkeln ist annahernd ;- \v sin 2 , wo- bei c t der sehr kleine Widerstand fiir die ungefahr Stellnng parallel znni Wind ist, und c rnit den Zahlen der vorstehenden Tabelle iiber- einstirnmt. Bei gewolbten Flatten ist das all- gemeine Verhalten ahnlich, nur daB sich schon bei kleinen negativen Winkeln der Sehne mit der Bewegungsrichtnng Ant'trieb zeigt (er ist Null etwa bei 3), und daB iiberhaupt groBere Werte des Auftriebs erreicht werden, was aero- dynamisch durch die giinstigere, der Stromungs- form angepaBte Gestalt zu erklaren ist. Das Verhalten des Gesamtwiderstandes von ebenen Flatten verschiedenen Seitenverhaltnisses, sowie das von Auftrieb und Widerstand bei nach einem Kreisbogen gewolbten Flatten vom Seiten- verhaltnis 1:4 und verschiedenem Wolbungs- verhiiltnis (Verhaltnis von Wolbungspfeil zur Sehne) ist in den Figuren 18 bis 80 dargestellt. 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Fig. 78. Gesamtwiderstand von ebenen Flachen. Bei ,,Doppeldeckern" (zwei Fliigeln iiber- einander) findet man fiir jeden Fliigel kleineren ^ Auftrieb, und ein geringeres Verhaltnis =, well jeder Fliigel in dem absteigenden Luftstrom des anderen steht. Trotzdem sind sie oft vorteilhaft, weil sie in gegebenen Raumabmessungen grciBeren Auftrieb zu erzeugen vermogen als Eindecker. 3d) Wechselwirkung zwischen mehreren in einer Fliissigkeit be- wegten Korpern. a) Bewegen sich mehrere Korper in einer Fliissigkeit, so treten Krafte zwischen ihnen auf, die allerdings in den rneisten Fallen sehr klein ausfallen und sich daher der Beobachtung entziehen. Unter Voraussetzung der drehungsfreien Bewegung I 10 20 30 40 Fig. 79. Auftrieb von gewolbten Flachen. -Jl^-^-^r^j^-:*** 10 20 30 40 Fig. 80. Widerstand von gewolbten Flachen. her bewegten Kugeln zwischen ihnen die Geschwindigkeit gemindert und daher das Gebiet mit Ueberdruck vergroBert ist; bei den nebeneinander her bewegten Kugeln ist zwischen ihnen die Geschwindigkeit erhoht und daher der Druck erniedrigt. Die erstere Erscheinung ist wegen der hinter dem ersten Korper sich bildenclen Wirbel in Wirklichkeit haufig in ihrGegenteil verkehrt, die zweite aber z. B. bei nebeneinander geschleppten Schiffen sehr deutlich zu beobachten. Die Symmetrie- ebene zwischen beiden Korpern laBt sich in dem zweitbetrachteten Fall durch eine Wand ersetzen; man schlieBt hieraus, daB ein langs der Wand bewegter Korper sich der Wand zu nahern versucht. Hiermit hangt die Er- scheinung zusammen, daB in einem Kanal fahrende Schiffe die Neigung haben, sich der Kanalwand zu nahern. /9) Zu sehr bemerkenswerten Ergebnissen wurde C. A. Bjerknes bei der Untersuchung der Bewegung einer Fliissigkeit gefiihrt, in der sich Kugeln befinden, die eine rasche Hinundherbewegung ausfuhren oder deren Volumen sich periodisch andert (pulsiert). Man kann beide Fliissigkeitsbewegungen, soweit sie eine einzige Kugel betreffen, durch sehr einfache, zeitlich periodische Poten- Fliissigkeitsbewegung 137 tiale darstellen: i'iir die pulsierende Kugel A fiir die in der X-Richtung Ax = -3- cos to t; dabci ist r = = ^ cos to t, schwingende I'x 2 +y 2 +z 2 (vgl. II, 2b und c). Die Potentiate haben unverkennbare Aehnlich- keit mit den magnetischen Potentialen eines einzelnen Magnetpoles und eines kurzen Magnetstabes (ebenso mit den elektro- statischen Potentialen eines geladenen Kor- pers und eines Dipols). Die Schwingungsrich- tungen und -starken der Fliissigkeit stimmen sowohl im Falle gleichnamiger wie ungleich- namiger Pole (Kugeln, die gleichzeitig ihr Volumen vergro'Bern und verkleinern, bezw. solche, bei denen die VergroBerung der einen mit der Verkleinerung der anderen zu- sammenfallt) mit den Richtungen und Starken der magnetischen bzw. elektrischen Feld- starke uberein, so daB also in kinematischer Hinsicht eine voile Analogie besteht (vgl. Figur 81 und 82.) Fig. 81. Fig. 82. Das Bemerkenswerteste ist nun aber die Entdeckung, daB bei diesen Bewegungen Anziehungen und AbstoBungen um- gekehrt proportional dem Quadrat der Entfernung auftreten, genau wie bei den magnetischen und elektrostatischen Wir- kungen. Allerdings ist insofern ein funda- mentaler Unterschied vorhanden, als bei der hydrodynamischen Analogie gleich- namige Pole sich anziehen, ungleichnamige sich abstoBen, wahrend in der Elektrostatik und Magnetostatik das Umgekehrte zutrifft. Der Sohn von C. A. Bjerknes, V. Bjer- knes, hat nicht nur die Theorie seines Vaters vervollkommnet, sondern auch Versuchs- apparate von holier Yollkonimenheit ge- schai'i'en, mit denen sich die elektrostatischen und magnetischen Yorgiingc (auch verwickel- te re) sehr go Iron imclialimcn lassen. DaB die Vorgange sich, trotz der Fliissigkeitsreibiing, genau nach den Yoraussagen der Theorie abspielen, liegt wesentlich daran, daB bei den kurzen und schnellen Schwingungen eine Grenzschichtablosung undWirbelbildiing nicht eintritt (vgl. II. 50). Anhang. Messung von Druck, Geschwindigkeit und Menge von bewegten Fliissigkeiten. fa) Die Druckmessung in bewegter Fliissitrkeit begegnet der Schwierigkeit, daB dnrch das Kolir (oder eine sonstwie get'ormte Sonde), das man in eine stromende Fliissigkeit einfiihrt, um den Druck an einer Stelle nach einem Drnckmesser (Manometer, Mikromanometer usw., vgl. den Artikel ,, Fliissigkeit ") hinzuleiten, der Druck gerade da gestort wird, wo man ihn messen will. Durch Verkleinerung der Sonde werden die Druckdifferenzen vor der Sondenoffnung nicht verkleinert, bleiben im Gegenteil von der Grofien- ordnung des Staudrucks (,,dynamischenDrucks - -) w 2 p-q-. Wenn Abweichungen von dieser GroBen- ordnung nicht zuliissig sind, so sind solche Formen der Sonde zu wahlen, bei denen sich gerade der Druck der ungestorten Fliissigkeit einstellt. 1st eine glatte Wand vorhanden, so gibt eine feine Anbohrung in der Wand den Druck der Fliissigkeit vor der Wand gut wieder; ein Grat am Lochrand, oder Ein- oder Ausbeulungen am Loch miissen dabei peinlichst vermieden werden. Die Lochrander kb'nnen leicht abgerundet werden. vgl. Figur 83. Um den Druck im Innern zu messen, kann man in Verwendung des Grundgedankens der Wandanbohrung eine vor das Ende eines diinnen Rohres gelotete, in der Mitte durchbohrte, sehr feine Scheibe (Sersche Scheibe, Fig. 84) beniitzen W////////A m//////////// Fig. 83. Fig. 84. Fig. 85. 138 Fl (issigkeitsbewegung doch entstehen hier bei schrager Haltung gegen die Fliissigkeitsstromung sehr leicht Fehler. Besser 1st ein Rohr mit seitlichen Anbohrungen oder Schlitzen, das parallel zur Stromungs- richtung gehalten wird (Fig. 85). Es sei er- wahnt, dafi das, was hier schlechthin Druck genannr wird, in der technischen Literatur ,,statischer Druck" genannt wird. 9 Die GroBe P+P^ die > wenn von Druck hauptsiichlich zwei Methoden in L'ciracht, einer- seits die manometrische Methf c!e. andererseii^ die Methode der Fliigelrader. Lie erstere ergibi sich aus dem unter a) Gesagteri. Die Differenz , des Gesamtdrucks (p^ und dcs statischen Drucks w 2 (p ) hat den Wert Q ^. Ist die Dichte bekannt, so kann hieraus w berechnet werden: differenzen durch Erdschwere abgesehen wird, einfach die Konstante der Bernoullischen Gleichung (II, i) bedeutet, la'Bt sich leicht da- durch beobachten, daB man cine Rohrmimdung der Stromune; entgegenstellt (da in der Rohr- w = i Po) -ho) Fig. 86. wenn die Driicke durch Fliissigkeitshohen (h t und h ) in den Manometerschenkeln gemessen werden. Geriite, die zum Zwecke dieser Geschwindig- keitsmessungen die beiden Druck me Beinrich- tungen Fig. 85 und 86 vereinigen (,,Staugerate"), gibt es in verschiedenen Ausfuhrungsformen. Eine von ihnen ist in Figur 87 dargestellt. miindung die Stromung zur Ruhe kommt, findet eine Drucksteigerung urn Q--- statt). Man hat dicsen Druck, der die Summe aus dem ,, statischen Druck" und ,,dynamischen Druck" bildet, den ,, Gesamtdruck" genannt. Das Gerat Figur 86 fiihrt den Namen Pitotsche Rohre. In einer drehungsfreien Stromung ist der Gesamtdruck, wenn von Schwerewirkungen ab- gesehen wird, iiberall derselbe (die Schwere- wirkungen heben sich bei der Beobachtung von selbst heraus, wenn das ]\Iano meter in derselben Hohe verbleibt, weil dann die Schwerewirkungen der Fliissigkeit in der Zuleitung zum ^lanometer die in der stromenden Fliissigkeit gerade aus- gleichen). In einer geradlinig parallelstromenden Fliissigkeit ist der ,,statische Druck" nach den statischen Gesetzen verteilt (hiervon ist sein Name genommen), der Gesamtdruck aber, wenn die Bewegung nicht drehungsfrei ist, ver- anderlich. b) Zur Geschwindigkeitsbestinimung kommen Fig. 87. Von Fliigelriidern wird sowohl bei Wasser- messungen wie bei Windmessungen Gebrauch gemacht. Die ersteren heifien Woltmannsche Fliigel oder hydrometrische Fliigel (eine Aus- fiihrungsform zeigt Fig. 88), die letzteren Anemo- meter, bei denen man noch das Fliigelradanemo- meter (Fig. 89) und das Schalenkreuzanemonieter (Fig. 90) unterscheidet. Die Beobachtung geschieht z. B. dadurch, daB ein mit dem Fliigelrad verbundenes Ziihl- werk eingeriickt und nach einer bestimmten Zeit, z. B. 2 Minuten, wieder ausgeriickt wird, die gezahlten Umdrehungen, durch eine Korrek- tion verbessert, ergeben die Geschwindigkeit, Eine andere Art ist die, daB das Zahlwerk nach einer bestimmten Anzahl von Umdrehungen ein Fig. 88. Fig. 89. Fliissigkeitsbewegung 139 elektrisches Signal gibt mid nun die Zeiten zwischen zwei Signalen beobachtet werden. Alle Fliigelrjider bediirfen einer Eichung ; diese wird bei hydrometrischen Geraten meist da- durch ausgefiihrt, daB man sie mit gemessener Fig. 90. Geschwindigkeit durch ruhendesWasser schleppt, bei Anemometern dadurch, daB man sie an einem sich drehenden Arm (Rundlanf) im Kreise herum bewegt, wobei sehr auf den ,,Mitwind u geachtet werden niufi, odor daB man sie in einem sehr gleichmafiigen kiinstlichen Luftstrom mit einem Staugerat vergleicht. Bei groBen Genauigkeitsanspriichen ist auch die Eichung der Staugeriite anzuempfehlen. Weitere Einrichtungen zur Geschwindigkeits- messung sind die ,,StoBplatte" (eine meist kreis- formige Platte, bei der die Winddruckkraft mittels Federwage gemessen wird), ferner neuer- dings elektrische Einrichtungen, bei denen die Abkuhlung eines elektrisch geheizten Drahtes durch die Fliissigkeitsstromung beobachtet wird. In manchen Fallen kann die Geschwindigkeit auch durch Beobachtung der Bewegung von Schwinimern, d. h. auf der Oberflache oder irn Innern der Fliissigkeit treibenden Gegenstanden beobachtet werden. Die Beobachtung der Wind- geschwindigkeiten durch Pilotballons gehort ebenfalls hierher. c) Zur Messung von in Kanalen und Rohr- leitungen stromenden Fliissigkeitsmengen kann man in einem Querschnitt die Geschwindig- keitsverteilung beobachten und daraus die Menge berechnen. Dieses Verfahren, das bei groBen Fliissigkeitsmengen (z. B. in Fliissen) haufig das einzig mogliche ist, ist sehr umstandlich, da zur Kenntnis der meist sehr unregelmafiigen Geschwindigkeitsverteilung sehr viele Beobach- tungen erforderlich sind; es ist auch nicht sehr genau, weil besonders der Geschwindigkeitsabfall nach der Wand schlecht zu beobachten ist. Fur rohere Messungen geniigt es, aus der Geschwin- digkeit in der Mittedes Kanals (z. B. mit Schwim- mern ermittelt), auf Grund empirischer Formeln die mittlere Geschwindigkeit und damit die Menge zu berechnen. Wo sie anwendbar sind, da sind die in III, 2a und b aufgefuhrten Methoden des Ueberfalls und der Druckdifferenz bei Querschnittsanderung be- quemer und genauer. Von denletzterenMessungen wird besonders in der Form der Diisenmessung (Fig. 62) in neuester Zeit sehr viel Gebrauch ge- macht. Die zuverlassigste Methode ist die direkte Volumen- oder Gewichtsmessung durch Auf- fangen der stromenden Fliissigkeit in Behiiltern, Gasglocken usw. (oder ihre Entnahme aus solchen Behiiltern; wobei bei Gasen auf konstante Tem- peraturen zu achten ist). Solche Verfahren werden indes im allgemeinen nur bei kleinen Liefermengen anwendbar sein. Weiter kommen noch die selbsttatigen Wassermesser und Gas- messer in Betracht, die teils auf dem volume- trischen Prinzip, teils auf dem der Fliigelrader beruhen. Sie bediirfen fur genauere Messungen samtlich der Eichung. Verzeichnis der wichtigsten FormelgroBen. a = = Abstand, auch Wassertiefe. h = Hohe, insbesondere Fallhohe. 1 : Lange. I -- Wellenliinge (auch Rohrreibungp- ziffer). r = Radius. x, y, z Raumkoordinaten. F Flache. c ^ = Fortpflanzungsgeschwindigkeit(auch ,, Konstante"). V Verschiebungsgeschwindigkeit. w : = Stromungsgeschwindigkeit. u, v, w : Geschwindigkeitskomponenten. F = Zirkulation. Stromungspotential. Erdbeschleunigung. Dichte (Masse der Volumeneinheit). Raumgewicht (Gewicht der Volumen- einheit). Masse. Masse pro Zeiteinheit.

ixclt<)if>ilr//r<', Bd. I. Leipzig 1875. 7. Wc'isbachf Lehrbuch der Inycw'eur- und: Maschvnenmechanik, 5. Aufl. Braunschweig 1875. H. Lorenz, Technische Ilydromcchanik. Miinchen 1910. c) Aerodynamik: F. W. Lancliestcr, Aerodynamik, cin Gesamtwerk iiber das Fliegen, ,! Btli'., iiberselzt von C. und A. Runge. Le//>:i8 - eo,<;T;i|>lii<') 157 in den geologischen Perioden. Asien Vorderindien Asien Australien Nordamerika Sudamerika Sudamerika Madagaskar Madagaskar Afrika Vorderindien Australien Australien Sudamerika liber Ozeanien oder Antarktis + A.Kn.M. + A.KH.M.S. -A.Kn.M. -A.Kn.M. -A.Kn.M. -A.KU.M. -A.Kn.M. + A.M. + A.M.S. -A.M. -A.M. -A.M. -A.M. -A.M. + A.Kn.L 2 .M. + M.S. A.Kn.L 2 .M. A.Kn.L,. -A.Kn.L 2 .M. -A.Kn.L 2 .M. A.Kn.L 2 .M. -A.Kn.L 2 .M. + Kt. -A.Kt.M. -A.KOL -A.Kt.M.S. -A.Kt.M. -A.M. -A.Kt.M. -A.KtM. + I 2 . + I 2 (M.) 4-A.I^ + I 1E .Kt. + A.I 2 (M) A.I 12 .Kn. -A.I r Kn.Kt. -A.I,.Kn.Kt. -Kn.Kt.L..M. -A.Kn.L,.M. A.I 12 .Kn.Kt. -1,-Kn.Kt. Kt.L,.M. L.,M. L 2 .M.S. L 2 .M. L 2 .M. + A.L,. + A. + A.Kn.Kt.L,. + A. -A.Kn.Kt.L,. -A.Kn.Kt.L.,. -Kn.Kt, -Kn.Kt.L 2 . -A.Kn.Kt.L 2 . -Kn.Kt.L a . + A.L,.S. + A.L,. + A. A.L 12 . -A.L. 12 . -L,. -AL 12 . -L t . ' A.Kn.L 12 . -Kn.L 12 . + A.L 2 . + A.Kn.Kt.L 2 . -A.Kn.Kt.L 2 . -A.Kn.Kt.L 2 . A.Kn.Kt.L 2 .S. -Kn.Kt. -A.Kn.Kt.L . -A.Kn.Kt.L . [+A.N] 1 ) + A.L 12 .N.U. + A.L n .N.U. -A.L 12 .N.U. -L 12 .U. -A.L 12 .N.S.U. -L, ' -A.L 12 .N.U. -A.L 12 .N.U. + A. [ + A-1 1 + A.L 2 . + A.L 2 . + L 2 . .L/,. -L,. -A.L. 2 S. -A. -A.L 2 . + A. [+A.V + A.L 2 . + A.L 2 . + L 2 . -L a . -L 2 : -A.L 2 .S. -A. -A.L 3 . + A.F.Kt,L 12 . + A.F.Kt.L 12 . + A.F.Kt.L ll . -A.F.Kt.L 12 . -A.F.Kt,L 12 . -A.F.Kt.L 12 .S. -A.F.Kt.L 12 . + A.F. + A.F. + A.F.L., + A.F.L 2 . + A.F.L,. -L 2 . -A.F.L,. -L 2 . -A.F.L,. + A. + A.Kn. +A.KH. + A. -A.Kn. -A.Kn. -Kn. -Kn. -A.Kn. + A. + A.Kn. +A.KH. + A.Kn. -A.KH. -A.Kn. -Kn. -A.Kn. + A.F.Kt.L 2 . + A.F.Kt.L 2 . + A.F.Kt.L,. -A.F.Kt.L,. -A.F.Kt.L,. -A.F.Kt.L,. -A.F.KtL. + L.,. + A.F.Kt.L.,. + A.F.Kt.L,. + A.F.Kt.L,. -A.F.Kt.L,. -A.F.Kt.L 2 . -A'F.Kt. -A.F.Kt.L,. + A.Kt.L!,. + A.Kt.L!o. + A.F.Kt.L 12 . ! + A.F.Kt.L 12 . -A.F.Kt.L 18 . -AF.KtL 12 -F. -F. -A.F.Kt.L,,. + A.Kt.L,. + A.Kt.L.,. + A.F.Kt.L 2 . + A.F.Kt.L,. -A.F.Kt,L 2 . -A.F.Kt.L 2 . -F. -F. -A.F.Kt.L,. + A.Kt.L,. + A.F.Kt.L,. + A.F.Kt.L,. -A.F.Kt,L 2 . -A.F.Kt.L.,. -A.F.Kt.L,. -F. -A.F.Kt.L,. + A.F.Kt.L 12 . + A.Kt,L 1 ,. + A.F.Kt.L 12 . + A.F.Kt.L 12 , -A.F.Kt,L 12 . -A.F.Kt,L 12 . -F. -A.F.Kt.L 12 . + F. + F. + A.L,. + A.F.L 2 . + A.F.L 2 . -A.L 2 . -A.L 2 . -A.F.L 2 . -F. -A.F.L,,. + F + F + A. | A. m A. 1 *- -A. -A.F. -F. -A.F. -A.F. -A.F. genommen. L. Lapparent 1900, 1906. M Matthew 1906. ) Als feste Landverbindungen aufgegeben. U. Uhlig 19U N. Neumayr 1885. S. Schuchert 1910. 158 F( iriiiationen (Palaogeographie) Angarakontineiit.Nordamerikavielfachals Nearktis. Diese beiden Kontinente sind an- scheinend nie so breit verbunden gewesen, daB sie nicht als verschiedene Kontinente auf- zufassen waren. Stehen Eujppa und Asien in brciter Verbindung, so bezeichnet man den groBen Kqntinent als Eurasien. Haben die Landmassen weiter im Norden ihren Schwer- punkt, auch die altweltlichen arktischen Inseln mit umfassend, so spricht man auch von Palaarktis. Eine wichtige Kolle in der Geschichte der Erde hat das nord- atlantische, Nordamerika und Europa ver- bindende Festland gespielt, als dessen Best u. a. Gronland zu betrachten ist. Nach seiner Lage kpnnen wir es am besten als Norcl- atlantis bezeiclmen, doch sind auch die Namen Arktis, GrpBer Nordkontinent, Oldred- kontinent, Atlantis, Eria, Archiboreis fiir ihn vorgeschlagen worden, wahrend Laurentia und algonkischer Kontinent mehr nut Nearktis identisch zu setzen sind. Sudlich von dem rnediterranen Gilrtel hat besonders im sudatlantischeii Gebiete ein Kontinent bestanden, der hiernach als Siid- atlantis bezeichnet werden kann. Andere Namen sind brasiloathiopischer Kontinent, Archhelenis. Den Namen Lemuria be- schrankt man jetzt meist auf die mesozoische Landmasse zwischen Madagaskar undVorder- inclien, die bald als Halbinsel der Siidatlantis, bald als selbstandiges Kontinentalgebiet an- zusehenist. Als Gondwanaland bezeichnet man moistens den groBen palaozoischen Kon- tinent, dessen Reststiicke wir in Afrika, Vorderindien und Australian zu sehen haben. Doch wird der Name im weiteren Sinne auch auf die Siidatlantis mit ausgedehnt, so von Suess. ZweckmaBiger ware es wohl, dem Namen seine alte Beschrankung zu belassen und das weitere Gebiet einfach als Siid- kontinent zu bezeichnen. Fiir einen Kon- tinent an der Stelle der polynesischen Insel- welt kommt der Name Ozeanien in Frage und als letzter der alten Kontinente ware noch die Antarktis oder Archinotis zu er- wahnen, wenn auch deren Verbindungen mit den anderen Kontinenten nur teilweise ge- kliirt sind. Neben diesen groBen Kontinentalgebieten haben auch einige kleinere Gebiete, die friiher Land waren, besondere Namen erhalten. So bildeten Sizilien, Sardinien, Korsika und Elba mit Teilen Toskanas und den Hyeresschen Bergen bei Nizza die Tyrrhenis, die wahr- scheinlich sogar im Pliocan noch teilweise bestand, und deren Existenz starke Ein- wirkungen auf die Fauna dieser Gebiete aus- geiibt hat. Ebenso verband noch im Pliocan die Adriatis den Monte Gargano mit Illyrien Eine mittelatlantische Landbrticke zwischen Westindien und dem europaischen Mediterran- gebiete, besonders den makaronesischen In- seln nehmen neuerdings besonders Guppy fund Scharff an. Sicherlich hat in tertiarer Zeit mindestens im makaronesischen Gebiete i das Land grb'Bere Ausdehnung gehabt als gegenwartig. Neben den alten Kontinentalgebieten hat j es auch gewisse Meeresteile gegeben, die fast : die gauze uns bekannte geologische Geschichte mit nur kurzen Unterbrechungen iiberdauert haben. Da haben wir zunachst das arktische Meer rund um den Nordpol, dessen Gebiet i nur nach Ansicht einiger Palapgeographen auch nur zeitweilig von Land eingenommen wurde. Ziemlich gut bekaimt ist die Geschichte des groBen Mittelmeeres, das die Nord- von den Sudkontinenten trennt und das in den meisten Perioden viel scharfer ausgebildet war als gegenwartig. Es wird nach dem Vor- : gauge von S ness als Tethys bezeichnet. Teile von ihm werden als nprd- oder mittelatlan- tisches Becken, als iranisches, als chinesisches Becken, als himamalaiisches Gebiet be- zeichnet. Eine ahnliche Konstanz wie die Tethys scheint der Meeresgiirtel sudlich der Siidkontinente besessen zu haben, ja er ist vielleicht noch seltener von Landbriicken I unterbrochen worden. Aus diesem Grimde hat auch er eine besondere Bezeichnuug er- halten, indem ihm v. Ihering den treffen- den Namen Nereis gegeben hat. Zu diesen mehr aquatorial verlaufenden drei Urozeanen kommt als einziger rneridionaler der pazi- fische Ozean, der von den meisten Palao- geographen ebenfalls als ein Urelement im groBen Belief der Erde angesehen wird. Doch ! ist auch seine Permanenz nicht unbestritten. Haug betrachtet ihn in fast seiner ganzen Ausdehnung als Kontinentalflache, viele, besonders Biogeographen, aber auch Geologen nehmen im tropischen Ozean alte Land- massen zwischen Australien und Sudamerika an, und im nordpazifischen Becken vermutet v. Ihering wenigstens im Osten altes Land. Im allgemeinen durfte aber der nordpazifische Ozean tatsachlich ziemlich permanent ge- wesen sein, ebenso wie der siidliche Teil dieses ! Weltmeeres als Teil der Nereis. 4. Palaogeographische Erdkarten. Karten der ganzen Erdoberflache wahrend einer geologischen Periode lassen sich nicht ohne weiteres mit einer Erdkarte der Gegen- i wart vergleichen. Sie konnen in absehbarer Zeit noch nicht den wirklichen Zustand in der Verteilung von Land und Meer zu einem bestimmten Zeitpunkte darstellen. Einmal sind die Perioden und selbst ihre Unter- epochen viel zu lang, als daB man ihren palao- geographischen Zustand auf einer einzigen Karte darstellen konnte. Im Laufe einer Epoche wie des Obersilur muBten die Aus- dehnung der einzelnen Meeresteile, die GrpBe und Lage der Inseln, ja selbst die Verbiii- dungen der einzelnen Kontinente und groBereu I 1 onnationen (Palaogeographie) 159 Landgebiete wiederholt wechseln, wie dies die zahlreichen Karten Nordamerikas von Sch u chert zeigen. Fiir jede geologische Stufe eine besondere Erdkarte zu entweri'en, wie es das beste ware, ist wieder wegen der mangelhaftengeologischen Erforschung weiter Gebiete der Erde nicht angangig, sind wir doch schon bei der Zusainmenfassung meh- rerer Stufen darauf angewiesen, aus weit- getrennten vereinzelten Funden das alte Bild von Land und Meer nach einer der oben an- gefuhrten Methoden zu rekonstruieren. So stellen die palaogeographischen Erdkarten weniger den wirklichen Zustand der Erd- oberflache zu einem bestimmten eng be- grenzten Zeitpunkt dar, sondern sie sollen vielmehr ein iibersichtliches Bild der in der betreffenden Periode oder Epoche vorherr- schenden Bedingungen entwerfen. Es kommt bei ihnen weniger auf die Linienfiihrung im einzelnen, als auf die groBen Ziige an. 4 a) Palaozoikum. Fiir das Palaozoi- kum ist besonders charakteristisch der groBe Sudkontinent, der mindestens zeitweilig von Siidamerika bis Australien reichte und nach den UmriBlinien der palaogeographischen Karten im Untersilur und Unterdevon ca. 170 Millionen qkm umfaBt haben miiBte. Besonders gesichert ist der Zusammenhang seiner ostlichen zwei Drittel, des Gondwana- landes, das nur im Unterkambrium und im Oberperm zeitweilig im Gebiete des Indischen Ozeans iiberflutet wurde. Zwischen Sticl- amerika und Afrika nimmt nur Freeh im Kambrium, Silnr und Devon eine Trennung an, dieanderenPalaogeographen dagegen sind fur eine Landverbindnng. Die Trennung im Oberperm war nur sehr schmal, durch Inseln iiberbruckt und im jetzigen Amazonasgebiete gelegen. Das spezifisch siidamerikanische Festland bestand im wesentlichen aus Guayana und Mittelamerika. Im Norden bildeten ebenso konstante Elemente die Nordatlantis und der Angara- kontinent, besonders die erstere. Das Kern- land des Angaralandes war dagegen im Kam- brium und Silur vpm Meer iiberspiiit, wes- halb wir den damaligen asiatischen Kontinent lieber als Palaarktis bezeichnen miissen. Be- merkenswert ist noch, daB nach Lapparent die Antarktis bis nach Siidamerika heriiber- griff und vpm Kambrium bis zum Karbou den chilenischen und westpatagonischen Anteil mit umfaBte, wahrend bis zum Devon eine argentinische MeeresstraBe dieses Land vom groBen Sudkontinent trennte, mit dem es erst im Karbon verschmolz. Ueber die Verteilung der Kontinente in den einzelnen Perioden gibt die nachfolgende Tabelle eine Uebersicht. Kontinente wahrend des Palaeozoikums. GroBe in Mill. qkm. berperm nterperrn berkarbon nterkarbon Nordatlantis 38 Angarakontinent 22 *Nordatlantis 40 *Angarakontinent 19 Nearktis 19-Nordatlantis 18-Angarakontinent20 (L *Nordatlantis) (L *Angarakontinent) *Nordatlantis 33 * Angarakontinent 18 (F *Arktischer Kontinent) (L Nordatlantis) (L Angarakontinent) Nordatlantis 22 *Angarakontinent 8 (F *Arktischer Kontinent) Nordatlantis 36 *Angarakontinent 10 (F *Arktischer Kontinent) *Nordatlantis 11 * Siidamerika 10 * Siidamerika 10 * Sudkontinent 127136 *Siidatlantis 73 * Australien *Siidkontinentl06 L Antarktis * Sudkontinent 13S L Antarktis jtteldevon nterdevon bersilur ntersilur 'berkambrium ^nter- kambrium Vollstiindig isolierte Kontinente. Nordatlantis 12 *Nordatlantis 16 * Nordatlantis 22 * Palaarktis 8 * Palaarktis 14 * Palaarktis 21 (F Palaarktis) * Palaarktis 21 Sudkontinent 150 (F *Siidamerika) Sudkontinent 169 (F * Siidamerika) * * Sudkontinent 159 (F * Siidamerika) Sudkontinent 169 (F Siidamerika) *Siidkontinentl28 L *Antarktis (F *Gondwanaland) L *Antarktis (F *Gondwanaland) L *Antarktis (F *Gondwanaland) L * Antarktis (F Gondwanaland) L *Antarktis (F Gondwanaland) *Indoaustralien 35 (F * Siidamerika) *Siidatlantis 68 (F *Sudamerika) (F Afrika) (F Indoaustralien) F Abweichungen nach Freeh. L nach Lapparent 1906. Vom Algonkium existiert noch keine palaogeographische Karte und ist auch kaum zu erwarten. Doch gab es damals sicher schon Kontinente. Fiir die Existenz der Nord- atlantis sprechen die kambrischen Grundkon- glomerate und die plastischen, algonkischen Gesteine in Kanada, in der Bretagne, in GroB- britannien, Skandinavien und Bohmen, sowie die diskordante Anflagerung des Kambriums auf altere Schichten in alien diesen Landern. Die groBe Machtigkeit oieser Sedimente setzt groBe Festlandsgebiete voraus. Die Existenz der Palaarktis und des Siidkontinentes laBt sich nicht in diesem MaBe erweisen. Im Kambrium tritt uns der GroBe Ozean in besonders weiter Ausdehnung ent- gegen, indem er das ganze andine ISIord- amerika iiberflutet und inl Oberkambrium nach Freeh bis zum Mississippi und zur HudsonstraBe vordringt. Auch in Mittel- 160 Formationen (Palaogeographie) amerika und im gemaBigten Siidamerika war der Ozean weiter ausgedehnt, ebenso in Ost- und Nordasien, wo sich allerdings nach Lapparent ein groBeres Landgebiet westlich der Lena vom Hoangho bis zur BeringstraBe erstreckte. Trotzdem stand aber der GroBe Ozean noch in breiter Ver- bindung mit dem arktischen Meere, der zwischen Jenissei und Lena bis an die Stid- grenze Sibiriens reichte. Durch das baltische Becken, das Skandinavien und Finnland be- deckte, stand das arktische Meer wieder mit dem mediterranen Gtirtel in Verbindung, der nach Lapparent und Arldt die Nord- kontinente von den stidlichen vollkommen trennte, wahrend Freeh die Palaarktis im ostlichen Mittelmeergebiete mit Afrika, in Tibet mit Indoaustralien in Verbindung stehen laBt. Zwischen beide schob sich im Unter- kambrium das ,,Pandschab"becken, wahr- scheinlich als Transgressionsmeer. Im Ober- kambiium war aber hier eine Regression des Meeres erfolgt, parallel mit der algonkischen Transgression in Nordamerika. Im Si lu r drang das Meer auf dei Nord- halbkugel noch weiter vor, und wahrend im Kambrium klastische Gesteine vorherrschten, traten nun kalkige Gesteine in den Vorder- grund. Die Nordatlantis erlitt besqndere EinbuBe durch das Vordringen des arktischen Meeres, das wie im Kambrium mit dem pazifischen in breiter Verbindung stand. Be- sonders im Obersilur wurde schlieBlich fast der ganze nordamerikanische Kontinent tiber- flutet bis auf insulare Gebiete im Westen der Hudsonbai. Wie hier wurden auch in Europa gerade die Kernlandschaften des ,,skandinavischen Schildes" vom Meere be- deckt, so daB die Nordatlantis fast ganz auf das Gebiet des nordatlantischen Ozeans mit Grb'nland und Island beschrankt war. Die kambrische Palaarktis zerfiel in eine Reihe von kontinentalen Inseln. Die gro'Bten Reste waren die von Finnland nordwarts reichende silurische Palaarktis und die schon beim Kambrium erwahnte ,,mandschurische" Insel, die nach Lapparent bis in die Gegend der BeringstraBe reichte, nach KoBmat auBer- dem mit der nordeuropaischen Palaarktis in Verbindung stand. In Mitteleuropa waren nur kleinere Inseln iibrig geblieben, eine groBere Landmasse dagegen in Sudost- europa und Kleinasien, die in Verbindung mit dem Siidkontinente stand, der jetzt eine betrachtliche VergroBerung erfahren hatte, besonders zwischen Afrika und Australien, wo er nach Freeh bis in die Gegend von Kerguelen nach Siiden reichte. "in Siid- amerika war dagegen der argentinische Teil noch vom Meere tiberflutet und nach L ap- parent trennte ein Meeresarm Guayana und das obere Amazonasgebiet vom groBen Kontinente ab. Im Devon behielt der Sudkontinent etwa die gleiche Ausdehnung bei, doch tibersptilte die Tethys im Norden allmahlich das inner- asiatische und chinesische Gebiet, nach Lapparent drang auch ein Meeresarm tiber Siam und Annam vor, eine philippinische Insel abtrennend. Dafiir hatte sich das Land in Australien weiter sudwarts ausgedehut. In Stidamerika bedeckte das Meer den groBten Teil des jetzigen Festlandes bis auf eine Insel in seinem Nordwesten von Peru bis zum Orinoko und bis auf die ostlichen Gebiete von Brasilien. Im Norden hatte sich das Land im Unterdevon wieder weit aus- gedehnt. Besonders fallt hier eine niachtige Nordatlantis ins Auge, die von den Ufern des GroBen Ozeans bis zum Ural reichte. Weite Teile dieses Gebietes wurden aber im Mitteldevon wieder von einer Transgression tiberflutet, wie RuBland und das Gebiet westlich der Hudsonbai. Labrador und Skandinavien waren aber seit dem Beginn des Devon dauernd landfest. Ebenso taucbte jetzt das Angaragebiet auf, um allerdings von der mitteldevonischen Transgression noch einmal tiberflutet zu werden. Diese Ueber- flutung erstreckte sich auch auf Alaska, das nach Lapparent mit dem unterdevonischen Angarakontinente verbunden war. Wie das Unterdevon nach der obersiluri- schen Transgression brachte das Karbon nach der mitteldevonischen wieder eine be- trachtlichere Ausdehnung des Landes, be- sonders im Norden, wo jetzt das Land eine Ausdehnung erreichte, wie in keiner Periode zuvor. Von dieser VergroBerung wurden beide Kontinente gleichmaBig betroffen. Die Nordatlantis reicht wieder von den groBen Seen und der Mackenziemundung bis zur Wolga, ja mit der pontischen Halbinsel bis uber den Aralsee ostwarts. Wahrend des Karbon dehnt sie sich besonders im Stiden aus, bis zum Rio Grande del Norte und dem Mittelmeere, wahrend in RuBland kleinere Gebiete wieder tiberflutet werden. Auch derAngarakontinent gewinnt nach Sudwesten an Ausdehnung im oberen Ob- und Jenissei- gebiete, wahrend tiber Korea und Japan das Meer im Oberkarbon wieder vordringt. Sudlich dieser Kontinente hat sich gleich- zeitig die Tethys nach Uberflutung der nord- stidlichen Landbrticken als erdumspannendes Weltmeer ausgebildet, nach Lapparent allerdings erst im Oberkarbon. Es folgt ziemlich genau dem jetzigen Verlaufe des mittelmeerischen Gtirtels, auch in Hinter- indien (nach Lapparent), doch stand es auch tiber das Jangtsekianggebiet mit dem GroBen Ozean in Verbindung. Der Stid- kontinent hatte in Sudamerika an Aus- dehnung gewonnen. Ihm gehb'rt dessen ganzer nichtandiner Teil an, im Unterkarbon nach Lapparent sogar das ganze Festland. Eormationen (Palaogeographie) 161 Im Oberkarbon dringt dagegen die Tethys vor und tiberflutet weite Gebiete des Ama- zonasbeckens. Tm Osten hatte der Sud- kontinent noch groBere EinbuBe erlitten. Hier wurden das ganze Himalayagebiet, sowie Hinterindien und die GroBen Sunda- inseln und Philippinen abgetrennt und teil- weise iiberflutet. Diese Verkleinerung des Sudkontinentes schritt imPerm fort, wahrend zugleich schlieB- lich das Gondwanaland ganz aufgelost und Australien isoliert wurde. Dagegen blieb Indien mit der Sudatlantis in Zusammen- hang, die in Sudamerika das ostliche Bra- silien und die ,,Archiplata" v. Iherings umfaBte. Ein kleineres Kontinentalgebiet bildeten Guayana und Kolumbien mit Mittel- amerika. Die Tethys war nach Koken un- unterbrochen wieim Karbonundzeigtedenty- pischen Verlauf, doch muB sie zeitweilig filr Landtiere iiberschreitbar gewesen sein, da sichsonstz. B.nicht dieauffallige Aehnlichkeit in den Reptilfaunen Sudafrikas und Nord- amerikas erklaren lieBe. Im Norden reichte die Nordatlantis vom FuBe des Felsenge- birges bis etwa 40 E. Doch drang vom oberen Wolgagebiete aus im Oberperm das kalte Zechsteinbinnenmeer transgredierend bis nach Deutschland und Nordengland vor, wahrend SudrttBland und Siiddeutschland als Halbinsel mit der Nordatlantis in Zu- sammenhang blieben. Nur etwa halb so groB war das Angarakontinent, vom Ural bis zur BeringstraBe und siidwarts bis zu 40 N. reichend. Im Oberperm trat er durch eine pontisch-kaspische Landbriicke mit der Nord- atlantis in Verbindung, wahrend im Unterperm an dieser Stelle nur eine kaspische Insel lag. Jedenfalls war aber auch im Unterperm die Verbindung zwischen Tethys und dem Arktik nur eine schmale, so daB dieser als Anhang des Pazifischen Ozeans erscheint, wie vom Kambrium bis zum Devon, wenn nicht bis zum Karbon. 4b) Mesozoikum. Im Mesozoikum be- gegnen uns zunachst dieselben Elemente, wie im Palaozoikum. Die Tethys ist wahrend der ganzen Zeit scharf ausgepragt und nur yoriibergehend stellenweise tiberbruckt, wie in der alteren Trias und in der jungeren Ejeide Auch die Nordatlantis behauptet sich mit geringen Schwankungen, wahrend der Angara- kontinent zeitweilig mit dem europaischen Massiv zu einem gro'Beren Eurasien ver- schmilzt. Der Sudkontinent endlich, der im Perm bereits dem Zerfall nahe schien, tritt uns in der Trias noch einmal geschlossen entgegen. Vom Jura an beginnt aber dann der endgiiltige Zusammenbruch zunachst im Gondwanalande, um am Ende des Meso- zoikums auch die Sudatlantis zu bedrohen. Dieser Zusammenbruch beeinfluBt ganz be- sonders das wechselvolle Bild in der Ver- teilung der siidlichen Kontinente, das all- mahlich vom palaozoischen Zustande zum gegenwartigen iiberleitet. In der Trias hatte die Nordatlantis fast die gleiche Ausdehnung wie im Unterperm, nur umfaBte sie noch das siidliche Felsen- gebirgsgebiet und nach Lapparent auch das nordliche. Dieses, sowie die arktischen Inseln Nordamerikas wurden allerdings wie der ganze Norden der Nordatlantis im Laufe der Trias tiberflutet, ebenso wie die Land- briicke zwischen Nordatlantis und Siid- )berkreide Hittelkreide Jnterkreide *Nordatlantis 38 Halm Dogger Kontinente wahrend des Mesozoikums. Nordatlantis 33 Eurasien 41 * Sudatlantis 43 Ozeanien?f61 L *Antarktis (KtL*Sudamerika 1 l (Kt L*Afrika) (KtL *Lemurien) (KtL*Australien) *Nearktis 15 *Eurasien 39 *Afrika 33 *0zeanien ? 53 (L Nordatlantis) (L *Lemurien) (L * Sudamerika) (L * Australien) *Angara- * Sudatlantis 94 * Australien 19 L *Antarktis kontinent 30 (Kt *Siidamerika) (Kt *Afrika) (Kt L *Lemurien) (L * Siidatlantis) * Angara- * Siidatlantis 87 * Australien 21 L *Antarktis kontinent 43 (L * Sudatlantis) (L *Lemurien) Eurasien 62 * Sudatlantis 89 (*)Australien .21 L *Antarktis (L *Siidatlantis) (L *Lemurien) Eurasien 62 Sudatlantis 89 Australien 21 L *Antarktis" (L Gondwanaland) . 1 1 > >* ("i 1 1 *_ __ t -t f\f\ *Eurasien 33 *Nordatlantis 29 Nordatlantis 32 jias Nordatlantis 31 3bertrias Jntertrias * Vollstandig isolierte Kontinente. *Nordatlantis 37 (F Kt L Nordatlantis Eurasien) Nordatlantis 39 Eurasien 33 * Sudkontinent 139 Sudkontinent 146 F Abweichungen nach Freeh. Kt nach KoBmat, L nach Lapparen kontinent in Mittelamerika und Westindien. Auf der europaischen Seite drang von Siiden her das Muschelkalkmeer ein und tiberspiilte zeitweilig groBe Teile des in der Untertrias wieder trockengelegtenZechsteinbeckens. Das Oberperm noch vom Meere bedeckt gewesen. Im Anfang oder spatestens wahrend der Trias zog es sich zuriick und Nordatlantis und Angarakontinent verschmolzen zu einer Landmasse. Diese reichte allerdings nur Wolga-, Dwina- und Petschoragebiet war im ' bis zur Lena und zur Amurmundung. Dann Handworterbuch der Naturwissenschaften. Band IV. 162 Formationen (Palaogwu i -;\ ) .1 \ i . ) verband eine ,,Jana"stra6e den GroBen und den arktischen Ozean. Von den Neusibiri- schen Inseln und Kamtschatka reichte eine Insel bis zur BeringstraBe, wahrend Alaska wieder vom Meere bedeckt war. Der Siid- kontinent unifaBte die drei Siiderdteile und Vorderindien fast vollstandig, nnr das west- liche andine Siidamerika und der Nordrand Afrikas lagen unter dem Meere und das Ge- biet von Neukaledonien und Neuseeland wurde nach Freeh in der Obertrias iiber- spiilt. Der Jura brachte den Zerfall des Siid- kontinentes. Der erste Einbrucli erfolgte zwischen Indusgebiet und Nord-Madagaskar im Lias und trennte die zunachst sich wenig verandernde Siidatlantis im Dogger vollig vom Gondwanalande. Gleichzeitig zerfiel dieses im Lias noch zusammenhangende Fest- land nach Lapparent in drei Teile, ein ziemlich groBesLemurien, das bis 80 E. reichte, eine hinterindisch-sundanesische Insel und Australien. Eine Verbindung mit Nordasien im Sinne von Neumayr hat sicher nicht bestanden, wie zuletzt Uhlig eingehend nach- gewiesen hat. Im Malm wurden diese drei Teilgebiete betrachtlich verkleinert, so Au- stralien durch das Nordwartsgreifen der Tas- mansee. Die Siidatlantis hatte vom Dogger an in Ostafrika EinbuBe erlitten. Im Norclen hatten sich im Lias die pazifisch-arktischen MeeresstraBen geschlossen und der Angara- kontinent war mit der Tschuktscheninsel und der Nordatlantis verschmolzen. Im Malm wurde allerdings diese Verbindung durch die Ueberflutung von Alaska wieder auf- gehoben. GroBe EinbuBe erlitt die Nord- atlantis im Osten, wo im Laufe des Doggers (Kelloway) durch die ,,Shetland"-StraBe die Skandinavische Insel losgetrennt wurde, die im Osten zwischen Dwina und Petschora durch die nordliche Fortsetzung des Wolga- beckens vom Angarakontinent getrennt wurde. Dieser erstreckte sich im Lias und Dogger weit nach Norden, im Malm wurden diese Randgebiete mit Nowaja Semlja, Jalmal, Taimyr und dem nordlichen Si- birien vom Ob bis zur Lena iiberflutet, wahrend gleichzeitig der GroBe Ozean ins Ochotskische Becken eindrang. Die Tethys reichte in Vorderasien weiter nordwarts als Neumayr annahm. Turan wurde schon vom Dogger, im Siidwesten schon vom Lias Uberspiilt. Oestlich davon verlief die Tethys uber Birma und den Bandabogen, so daB der Angarakontinent im Malm nur bis Hinter- indien siidwarts reichte. Die altere Kreide schlieBt sich eng an den Malm an, allerdings nimmt KoBmat schon fur sie den Zerfall der Siidatlantis durch die Bildung des siidatlantischen Ozeans an. Skandinavien war nach Koken mit der Nordatlantis wieder verbunden, nach Lap- pareut noch durch die ShetlandstraBe von ihr getrennt. Lemuria ist nach KoBmat und Lapparent von Afrika getrennt, nach Uhlig, Koken und Arldt mit ihm als Halb- insel verbunden. Die Mitte der Kreidezeit bringt eine groBartige Transgression. Der siidatlantische Ozean bildet sich, ebenso viel- leicht der nordatlantische. doch liiBt hier Lapparent das Meer nur bis Island und in die DavisstraBe vordringen. Auf jeden Fall wurde aber Skandinavien durch eine ,,skan- dische" StraBe von der Nordatlantis getrennt und verschmolz dafur mit dem Angarakonti- nente, der auch die nordsibirischen Gebiete sich wieder angliederte. Stark verkleinert wurden dagegen die in der nordlichen Tethys gelegenen mitteleuropaischen Inseln und auch am Westrande der Nordatlantis trennte die Laramieiiberflutung des Mackenziebeckens und der groBen Ebenen das pazifische Land- stuck ab. In der oberen Ivreide vergroBerte sich die Nordatlantis wieder im nordatlan- ! tischen Gebiete und verschmolz sogar wieder ; mit Europa, sei es iiber Island oder weiter nordlich iiber Spitzbergen. Das westliche Landstiick von Nordamerika reichte nach Lapparent als Insel von Siidalaska bis zu i den Galapagosinseln. Nach Koken, Arldt, I v. Ihering trat es dagegen mit dem Angarakontinent in Verbindung und um- faBte auch den Norden Siidamerikas (Archi- guayana) mit, eine tiergeographisch wich- tige Landbrvicke bildend, die v. Ihering allerdings etwas spater ansetzt (Archigalenis). Vielleicht schlossen sich an sie auch die Hawaii-Inseln und andere Gebiete Ozeaniens an. Spater vereinigte sich diese Landbriicke wieder mit der Nordatlantis. Im Siiden loste sich die Siidatlantis mindestens teilweise in zahlreiche Teile auf, so wurden in Afrika groBe Gebiete des Sudan iiberflutet, in Siid- amerika das nordliche Patagonien. Be- merkenswert ist noch, daB sich eine Ver- bindung des ,,Archiplata" mit Australien anbahnte, sei es iiber einen ozeanischen Kon- tinent oder iiber die Antarktis, doch ist diese Frage noch nicht geniigend geklart. In der oberen Kreide begannen die Teile Siid- amerikas wieder zu verschmelzen. 40) Kanozoikum. Im Kanozoikum bildet sich der gegenwilrtige Zustand heraus. An seinem Anfange bilden Tethys, Nord- atlantis, Siidatlantis, Obmeer noch fremd- artige Elemente, doch sind sie fast alle bis zur Miocanzeit verschwunden. (Siehe nachste Seite.) Im untersten Eocan begegnen wir noch den mesozoischen Kontinenten. y. Ihering und Matt hew verbinden dieArchiplatabezw. Siidamerika und Australien mit Australien zu einer Archinotis. Arldt nimmt die Fort- dauer des ozeanischen Kontinents an, der Kt 1 1 i n ; 1 1 i i > 1 1 1 1 1 (I 'alaogeographie) 163 Kontinente wahrend cles Kiinozoikums. Quartar Pliocan tfiocan }ligocan Socan Nearktis 26 Nearktis 24 Nearktis 24 *Australien 9 * Australian 10 *Australien 12 * Australian 13 Eurasian 64 Siidamerikal9 Afrika 30 Eurasicn 7:5 Siidamerika 21 Afrika 35 Eurasian 59 'Siidanicrika 19 * Afrika 38 (M Siiilanu'rika) (M Afrika) Nearktis 29 Europa 10 Angarakontinent 34 Smlamerika 14 *Afrika33 (M *Europa) Nordatlantis 33 Europa 10 Angarakontinent 34 Sudatlantis 45 Australian 15 Ozeanien?32 (M *Nearktis) (M *Europa) (M * Angarakontinent) (Kn Kt *Siidamerika, * Afrika) (Kt *Lemuria) (M Afrika) (M *Archinotis) : Vollstandig isolierte Kontinente. Kn Abweichungen nach Koken, Kt nach KoBmat, M nach Matthew. auch als Pacila bei v. Ihering auftritt. Ebenso 1st nach beider Ansicht, sowie der von Pompcckj die Sudatlantis noch einmal zu einem Kontinente zusammengeschlossen. Alle diese Verbindungen miissen aber noch im Laufe des Eocan gelost worden sein, und in dessen spateren Abschnitten treten uns die Siiderdteile vollkolrmien isoliert entgegen. Auch die Nordatlantis erlitt durch die Bildung des nordatlantischen Beckens eine bedeutende Einschrankung und am Ende der Eocanzeit stellte hochstens eine schmale islandische Landbrticke noch die Verbindung zwischen Nordamerika und Europa her. Nach Matthew war sogar Gronland schon voll- standig von Europa wie von Nordamerika abgetrennt. Die wesentlichsten Abweichungen der Verteilung von Land und Meer im Eocan von der heutigen waren das Vorhandensein eines Europa von Asien trennenden Obmeeres und die breite Entwickelung der Tethys, die noch groBe Teile des Mississippibeckens, die siidatlantischen Staaten der Union, Mittel- und Siideuropa, Nordal'rika, Kleinasien, Iran und das Himalayagebiet iiberspiilte. Nur Matthew nimmt an, daB damals schon Vorderindien mit Asien zusainmenhing; nach Ansicht der anderen Palaogeographen war es durch groBe Inseln enger an Madagaskar angeschlossen, mit dem es KoBmat sogar noch landfest zusammenhangen laBt. Das Oligocan brachte keine wesentlichen Aen- derungen in dieser Hinsicht hervor, nur gewann das Meer stellenweise wie im nord- atlantischen, patagonischen und lemurischen Gebiete noch etwas an Ausdehnung. Weseutlichere Aenderungen setzten mit dem Miocan ein. Durch Trockenlegung des obischen Meeres verschmolzen Europa und Asien. Dafur erweiterte sich die Kluft zwischen Gronland und Nordamerika, viel- leicht auch Europa. Die Tethys erlitt durch die Auffaltung der alpinen Gebirge eine betrachtliche Einschrankung, besonders in Europa, wo ihr nb'rdlicher Teil als ,,sar- matisches" Mittelmeer durch eine asiatische Halbinsel abgetrennt wurde, die die Alpen, die Balkanhalbinsel und Kleinasien umfaBte. Auch in Westindien gewann das Land an \usdehnung, ebenso im malayischen Gebiete. Doch traten walirscheinlich die Norderdteile noch nicht mit den stidlichen in Verbindung. Das geschah erst im Pliocan bei Amerika, wie auch bei Afrika, das von Kypern bis Guardafui in breiter Verbindung mit Asien stand (nach Matthew und Lapparent schon im Miocan). Das sarmatische Meer war durch Trockenlegung seines westlichen Teiles im Rhonegebiet und im schweizerisch- oberdeutschem Gebiete zum Binnenmeere geworden, das bis zum Aralsee ostwarts reichte. Vorderindien stand mit Asien seit dem Miocan in Verbindung, ungefahr eben- solange war Madagaskar vom Festlande ge- trennt. Das Quartar brachte die teilweise Trockenlegung des sarmatischen Meeres, von dessen Resten das Schwarze Meer schlieB- lich mit dem Mittelmeer in Verbindung trat. In diesem fiihrten zeitweilig Landbriicken iiber Italien und iiber Spanien von Europa nach Afrika. Die Verbindung mit dem Atlantischen Ozeane wurde schlieBlich in die i StraBe von Gibraltar verlegt, wahrend sie im Neogen durch die GuadalquivirstraBe er- folgte, zeitweilig auch durch eine StraBe siidlich des Eif. Wie im Mittelmeer, trennten sich auch in Ostindien und Ostasien die groBen kontinentalen Inseln allmahlich vom Festlande. Erst sehr spat erfolgte die Bildung der BeringstraBe und die Senkung Nord- europas, die Spitzbergen vom Festlande abtrennte und die islandische Landbrucke endgiiltig zum Verschwinden brachte. Da- neben kam es zu zeitweisen Uberflutungen kleinerer Gebiete, wie von Patagonien und von Teilen Skandinaviens, hier im Anschlusse an die groBe Vereisung, ferner im Mundungs- gebiete des Ob, bis sich schlieBlich nach mehr- fachem Hin- und Herschwanken der Kiiste der gegenwartige Zustand herausbildete. 5. Palaogeographische Landerkarten. \ Wahrend die paliiogeographischen Erdkarten sich mehr auf die groBen Zuge des Erdreliefs beschranken mussen, konnen die Karten kleinerer Gebiete mehr auf Einzelheiten ein- gehen und den wahren Verlauf der Kiisten- linien feststellen. Sie sollen nicht blofi eine allgemeine Uebersicht, sondern tatsach- lich ein moglichst treues Bild von der 11* 1(34 Formationen (Palaogeographie) Verteilung von Land und Meer geben, ebenso wie die Karten der Gegenwart. Von ganzen Erdteilen ist Nordamerika besonders griind- lich behandelt, erst von Willis und spater von Schuchert, der fur 50 Horizonte Karten von Nordamerika entworfen hat, davon fallen auf das Kambrium 3, Silur 18, Devon 6. Karbon 7, Perm 1, die Trias 2, den Jura 3, die Kreide 5, das Palaogen 2, das Neogen 3 Karten. Als geschlossener Kontinent tritt uns Nordamerika im Mittelsilur, im Obersilur und Unterdevon im Oberkarbon, Perm und alteren Mesozoikum und im Tertiar ent- gegen, vielfach im Anschluss e an vorher- gehende Faltungsperioden. Dazwischen loste sich das Festland in zahlreiche insulare Gebiete auf, zwischen die Tethys, Atlantik, Pacifik und ArktikMeeresarme hereinschoben, die sich in ihrer Fauna voneinander unter- scheiden lassen. Aehnliche Karten von Europa, aber in viel geringerer Zahl, finden wir bei Lap- parent, ebenso wie spezielle palaogeo- graphische Karten von Frankreich, wahrend die deutschen Gebiete in neuerer Zeit noch keine zusammenfassende Bearbeitung er- fahren haben. Hier wie in anderen Landern liegen dagegen eine groBe Anzahl von Einzel- arbeiten yor, die auch die palaogeographischen Verhaltnisse in einzelnen Perioden mit be- riicksichtigen. Gerade auf diesem Gebiete ist noch besonders viel zu tun, und das ist um so wichtiger, als nur auf diesem Wege schlieBlich auch fur die Erdkarten mb'glichste Treue gewonnen werden kann. C. Palaorographie. Neben der Feststellung der horizontalen Gliederung der Erdoberi'lache in friiheren Perioden muB die Untersuchung der ver- tikalen Gliederung hergehen. Zunachst gestattet die Untersuchung des Faltenwurfs der Schichten und ihre Zerkliiftung durch Verwerfungen die Feststellung des Verlaufs alter Gebirge. Es hat sich allerdings gezeigt, daB die intensive vertikale Gliederung der Gegenwart nicht auch in alien friiheren Perioden der Erdgeschichte vorhanden war. Wenn auch wohl zu alien Zeiten lokale Faltungen und Verwerfungen eingetreten sind, so lassen sich doch im ganzen Zeiten tektonischer Ruhe von solchen intensivster Tatigkeit unterscheiden, in denen es rings um die ganze Erde zu tektonischen Sto- rungen und in Verbindung damit zu vulka- nischen Eruptionen und Lakkolithbildungen kam. Eine solche Zeit der Ruhe war das Mesozoikum, eine solche Storungsperiode das Tertiar oder friiher Oberkarbon und Perm. Fiir jede solche Storungsperiode ist der Ver- lauf der wichtigsten Kettengebirge fest- zustellen, wahrend in den Zwischenzeiten ' die Kontinente jedenfalls relativ eingeebnet und in einem ahnlichen Zustande waren, wie wir ihn fiir die Marsoberflache annehmen. Die meisten alten Kettengebirge nehmen eine randliche Lage zu den Kontinenten ihrer und der unmittelbar vorhergehenden Periode ein. Die jiingste Faltungsperiode bezeichnet man als die alpine oder laramische. Sie setzt mit ihren ersten Anfangen z. B. in Nordamerika in der Mitte der Kreidezeit ein, energischer und allgemeiner am Anfange des Tertiar, erreicht ihr Maximum im Miocan und dauert bis ins Quartar und wohl selbst ; in die Gegenwart hinein fort. Ihre Falten- i gebirge umranden einmal den GroBen Ozean 1 im andinen Ban des westlichen Nord- und : Siidamerika, in dem westindischen und dem feuerlandisch-antarktischen Inselbogen, in den Inselguirlanden Ostasiens und in den Inselreihen der ,,0zeaniden" von Neuguinea i bis zum Viktorialande. Auf der anderen Seite entsprechen sie von West- bis Ostindien genau dem Verlaufe der mesozoischen Tethys, in der Sierra Nevada, im Atlas, Apennin, in den Pyrenaen, Alpen, Karpathen, im : Balkan, Kaukasus, in den Dinarischen, Tauri- schen, Iranischen, Himalaya- und Birmanisch- sundanesischen Ketten, ohne daB aber diese | Gebirge alle in engem genetischen Zusammen- hange stiinden, sind doch z. B. dieDinariden i scharf gegen die anderen alpinen Gebirge : Europas bis zum Balkan abgesetzt, wahrend der Kaukasus einerseits, das kimmerische Jailagebirge andererseits wieder eine be- spndere Rolle spielen. Vielfach handelt es sich bei dieser alpinen Faltung um eine ,,posthume" Aufwolbung von schon in der vorhergehenden Faltungsperiode aufgestauten Gebieten , wie in dem alpinen Gebiete im engeren Sinne. Gleichzeitig mit der Auffaltung dieser jungen Kettengebii'ge ging auch die Neu- belebung der Mittelgebirge durch Verwer- fungen, die auch im Mesozoikum nicht ganz geruht hatte. Besonders fiir den oberen Jura hat Stille z. B. fiir Mitteldeutschland tek- tonische Verschiebungen nachgewiesen, und in Siidamerika sprechen gewaltige Vulkan- eruptionen fiir tektonische Tatigkeit. Auch die kimmerische Faltung fallt in diese Zeit. Einer . Hauptfaltungsperiode begegnen wir aber erst im Unterperm und Oberkarbon. Man bezeichnet diese als herzynische oder appalachische Faltung. Ihr gehoren be- sonders die von SueB als Altaiden bezeich- neten Gebiete an. Randgebirge der Nord- atlantis haben wir in Spitzbergen, von Afghanistan iiber Chorassan, den Elburs, das Gebirge von Gilan, den Karadagh, die Araxeskette nach dem Rhodopegebirge, Kor- sika und Sardinien und der iberischen Meseta und Marokko. Hinter diesen Ketten lagen die Donezketten, die karbonischen Alpen, V( muationen (Palaogeographie) 165 das variskische und das armorikanische Gebirge, deren Reste uns in Deutschland, Frankreich und Siidbritannien erhalten sind. An das letzte schlossen sich in Neufundland die Appalachien, die im Siiden westwarts umbiegend nach dem Coloradogebirge sich hinzogen. Von hier zog wahrscheinlich ein Kettengebirge am Westrande der Nord- atlantis entlang und trat dann auf den An- garakontinent iiber. Hier haben wir den werchojanischen Bogen iiber das Stanowoi- gebirge nach der Lenamiindung. Er setzte sich fort im Taimyrgebiet, iiber Nowaja Semlja, Paechoigebirge. Weiter gehoren hier- her Thnan und Ural und am Siidrande des An- garakontinentes die nordb'stlichen Ketten des Tienschan, der Altai und Westsajan nebst den Ketten der Gobi und etwas siidwarts davon Westkuenlun und Tsinlinggebirge. Japan und die siidchinesischen Ketten bildeten vielleicht vorgelagerte Inselguir- landen. Beim Siidkontinente kennen wir Stiicke der Randgebirge in den argentinischen Pampas, auf den Falklandinseln, in dem siid- afrikanischen Gebirge, in den australischen Cordilleren, auf Sumatra und in Cochinchina, sowie in den Ostghats, vielleicht auch in Ceram, Buru und Viti Levu. Im Unterkarbon undOberdevon herrschte wieder im ganzen tektonische Ruhe. Voran ging die kaledonische oder takonische Faltung, deren altere Phase auch als brasi- lisch bezeichnet wird und die im Mittel- silur einsetzt. Ihre Spuren lassen sich aller- dings nicht so weit verfolgen, wie die der herzynischen Periode. Am deutlichsten tritt das siidliche Randgebirge der Nord- atlantis hervor, vorn Koloradogebiete und der Scholle von Austin iiber die Appalachen nachlrland, Wales, SchottlandundNqrwegen. Dem Nordraude entsprechen silurische Falten Grb'nlands. Der Palaarktis gehoren Storungen auf Spitzbergen an, dem man- dschurischen Gebiete die Faltungen von West- sajan und die der Gobi, die danniin Devon den Siidrand des Angarakontinentes bildeten. Der kaledonische Gebirgszug, Ardennen-Bohmer- wald, bildete eine Briicke von der NordatJantis zum Siidkontinente. Von diesem kennen wir Randgebirge im Norden vom Dekhan, in Nprdafrika und in Guayana, im Siiden in Brasilien und vielleicht auch in Westaustralien. Die vordevonischen Faltungen von den Falklandinseln gehoren vielleicht eher einem Randgebirge der Antarktis als des Siid- kontinentes an. Die alteste sicher nachweisbare Faltungs- periode ist die hebridische oder laurentische des Algonkiums. Sie war anscheinend eine Zeit noch intensiverer tektonischer Tatig- keit als die kaledonische. Im nordatlan- tischen Bereiche fiihrte ein Zug von den Lofoten zu den Hebriden. Ihm entsprach in Amerika ein Zug von Neufundland langs der Kiiste von Labrador und Baffinland. Spuren eines stidlichen Randgebirges fanden wir im Koloradogebiete. in der Bret ague und in der russischen Tafel. An den Angarakon- tinent sind Ostsajan, die Gebirge Transbai- kaliens, der Mandschurei, Koreas, Schantungs und der Umgebung von Peking anzuschlieBen. Vom Siidkontinente ist zunachst nur das siidindische Arvaligebirge zu erwahnen. Neben der Ermittelung des Verlaufs der alten Kettengebirge hat aber die Palaoro- graphie auch die Oberflachenformen melir im einzelnen festzustellen ; eine Aufgabe, die in der Hauptsache nur fiir die jiingeren Perioden einigermaBen vollstiindig gelost werden kann ; wenn auch fiir altere Zeiten Arbeiten nicht ganz fehlen, wie die von Strigel iiber die permische Abtragungsflache im Qdenwald. Bei den jiingeren Perioden fiihrt die physio- graphische Methode von Davis zu beachtens- werten Resultaten. Sowohl in Nordamerika, wie in Europa und auch schon in Ostafrika ist es gelungen, die morphologischen Forrnen der gegenwartigen Erdoberflache zu analy- sieren und ihr verschiedenes Alter, ihre Zu- gehorigkeit zu verschiedenen Zyklen fest- zustellen. Fiir Deutschland sind besonders die Arbeiten von Reck und v. Staff zu er- wahnen, in denen im einzelnen ausgefiihrt wird, wie die deutschen Mittelgebirge, wie Riesengebirge, Bohmerwald, Elbsandstein- gebirge, siiddeutsche Stufenlandschaft u. a. in immer wieder sich erneuernden Zyklen in- ! folge neubelebter Erosion aus alten Rumpf- flachen herausprapariert worden sind. Be- sonders wichtig ist, dafi man diese Methode auch auf junge Kettengebirge hat anweuden konnen, wie auf die Alpen (v. Staff) oder auf die kalifornische Sierra Nevada (Reid). DaB die eigentlichen schroffen Hochgebirgs- formen eine Bildung der Eiszeit sind, wurde ja schon fruher angenommen. Vor dem Quar- tar waren auch die Alpen trotz ihrer groBeren Hohe ihrem Charakter nach ein Mittel- gebirge ohne Kare, schroffe Grate, iiber- tief te Taler und andere Elemente glazialer Ent- stehung. Dieses tertiare Gebirge ist aber nach der Beweisfiihrung der Morphologen i ebenso durch die Erosion aus alteren Rumpf- flachen herausprapariert worden, wie die heutigen deutschen Mittelgebirge. Diese Verhaltnisse gestatten auch Ruckschliisse auf altere Gebirgszuge. Nur in Perioden, in denen wie jetzt im Hochgebirge Schnee und Eis herrschten, konnen wir alpine Gebirge im modernen Sinne erwarten, also im Perm und vielleicht im Anfange des Kambriums. Sonst haben aber die Gebirge samtlich einen wesent- lich sanfteren Charakter gehabt. Der gegen- wartige orographische Zustand stellt sich in jeder Beziehung als ein Ausnahmefall dar. Die Zeiten der tektonischen Unruhe waren im 166 Formationen (Palaogeographie) Vergleiche mit denen der Ruhe relativ kurz, die Gebirge an sich nur voriibergehende Episoden. Die Falten wurden rasch durch die Erosion zu Rumpfebenen abgetragen, und wenn die Erosion auch durch lokale Hebungen, die jedenfalls teilweise als iso- statische Ausgleichsbewegungen aufzufasscii sind, mehrfach von nenem belebt wurde, so mufite doch schlieBlich lange Perioden hindurch die Oberflache der Kontinente aus flachgewellten Rumpfflachen bestehen. In der Lebenszeit der Gebirge konnen aber wiederum die durch Glazialwirkung be- dingten Hochgebirgsformen nur weit kiirzere Zeit angedauert haben, als die vorwiegend durch Wassererosion bedingten Mittelgebirgs- charakterc. Das Bodenreliei der Meere ist natur-i gemaB noch weit schwerer zu rekon- struieren, als das des festen Landes (vgl. unten, D.). Immerhin gibt uns die gegenwartige Verbreitung der abyssischen Graben einen Hinweis darauf, daB sie eng an die Gebirgsfaltung geknupft sind, daB sie also iin AnschluB an die hebridischen, kaledo- nisclien und lierzynischen Faltungen im Algonkium, im Obersilur und Unterdevon, im Oberkarbon und Unterperm und im Tertiar existiert haben mogen, dagegen kaum im Kambrium und Untersilur, im Oberdevon und Unterkarbpn und vom Oberperm bis zur Kreide. Die allgemeinen Tiefenverhalt- nisse der Meere miissen im Laufe der Perioden der Erdgeschichte gewechselt haben, schon infolge der wechselnden Ausdehnung der Kontinente. Doch scheinen die mittleren Meerestiefen sich weniger verandert zu haben, als dieser Wechsel es erwarten lieBe, sie scheinen immer um 4100 m gelegen zu haben. D. Palaohydrographie. Mit der Erforschung des Bodenreliefs in vergangenen Perioden steht die Feststellung der alten FluBlaufe in engster Beziehung, so daB die Morphologen diese regelmiiBig mit in den Bereich ihrer Arbeiten hereinbeziehen. Es hat sich gezeigt, daB der Verlauf der Wasserrinnen auBerordentlichem Wechsel unterworfenist. Bekannt sind die sogenannten Urstromtaler des norddeutschen Gebietes, die den jetzigen Verlauf der deutschen Strome schrag durch queren und im Quartar zeit- weilig alles von den deutschen Mittelgebirgen und den westlichen Karpathen nordwarts abt'lieBende Wasser vom Weichselgebiete an westwarts der Elbe und Weser zufiihrten. Hull hat den Nachweis gefuhrt, daB sich diese FluBrinnen auch iiber die heutige Ufer- linie in die Nordsee und in den Skandik hinein fortsetzen, wo sie sich mit dein Ur- rhein und den Fliissen Englands und West- skandinaviens vereinigten. In gleicher Weise hat er rings um den nordatlantischen Ozean die submarine Fortsetzung der Strome fest- gestellt, so beim St. Lorenzstrom zwischen Neufundland und Neuschottland hindurch, doch dilrfen wir diese Fliisse wohl weniger filr quartar als vielmehr fur tertiar und sogar friihtertiar ansehen. Auf rein morpho- logischem Wege hat man dagegen die quar- tare und tertiare Laufveranderung zahlreicher Flusse wie der Elbe, der Donau, des Rheines verfolgen konnen. Wir sehen, wie z. B. der letztere der Donau immer weitere Gebiete ihres oberen Stromgebietes vom Bodensee wie vom Neckar her entreiBt, und konnen aus cliesen fortschreitenden Veranderungen Rekonstruktipnen des vergangenen Zustandes erschlieBen, ja in diesem Falle sogar ge- griindete Vermutungen uber die zukiinftige Entwickelung aussprechen. Von anderen Feststellungen sei erwahnt, daB der Ober- rhein ehemals bis zum Pliocaia von Basel nach dem Doubs hin abfloB und weiterhin durch Saone und Rhone nach deni Mittel- meer. Besonderes Interesse bietet weiter der BosporusfluB der Aegais, in dem man friiher den weiterhin durch die Dardanellen ver- laufenden AbfluB des sarmatischen Binnen- sees der Pliocan- und Quartarzeit sail. Ho ernes hat aber den Nachweis gefuhrt, daB es sich hierbei vielmehr um einen Zu- fluB des Pontus handelt. In Afrika hat wesentliche Aenderungen der Nillauf er- fahren, der friiher weiter westlich als jetzt der Linie der groBen Oasen folgte, wahrend ein Urnil noch friiher der Senke des GroBen Grabens folgend dem jetzigen Roteu Meere zustrebte. Mississippi und Amazonenstrom haben ilire weiten Becken erst im Laufe der Tertiarzeit aufgefiillt, letzterer ist im An- fange der Tertiarzeit nach Katzer in um- gekehrter Richtung geflossen und miindete bei Guayaquil in den GroBen Ozean. Bei den alteren Perioden lassen sich naturgemaB FluBlaufe nur ganz ausnahmsweise fest- legen, wo durch Deltabildungen oder andere fluviatile Sedimente deutliche geologische Hinweise gegeben sind. Leichter sind alte Seen nachzuweisen, da ihre Sedimente eine weitere Flachenaus- dehnung besitzen. Die meisten rezenten Seen gehen nur bis aufs Quartar zuriick, mpgen sie nun durch Gletscher ausgepfliigt sein, oder durch Senkungen in Moranenland- schaften entstanden oder vom Meere ab- geschnurt. Ihre Geschichte laBt sich zum Teil bis in einzelne Phasen verfolgen, wie die der groBen kanadischen Seen, die nach Spencer und Leverett bald nach dem Mississippi, bald nach der Hudsonbai, nach dem St. Lorenzstrome oder dem Hudson- flusse entwasserten und nach Ausdehnung und Spiegelhohe groBen Veranderungeu Formationen (Palaogeographie) 1G7 unterlagen; oder auch die der skandi- iiavischen Kandseen der letzten Vereisung, die kaum weniger wechselvoll ist. Ein hoheres Alter kommt verschiedenen tekto- nischen Becken zu. Dies gilt von den Resten des fast 2 Mill, qkm groBen sarmatischen Binnensees der Pliocan- und Quartarzeit, | der den Pontus, das Kaspische Meer mit der Wolganiederung und den Aralsee bedeckte nnd dessen Spiegel etwa 25 bis 50 m liber dem hentigen gestanden haben mag. Die Tren- nung der drei Becken konnte im Quartar durch den AbfluB des iiber dem Meeres- nivean befindlichen Wassers nach dem ein- j sinkenden aegaischen Gebiete bin erfolgt sein, wahrscheinlich ist sie schon vor Her- stellung der Verbindung des Pontus mit dem Mittelmeere durch die Bildung der Tiefen- becken des Pontus und des Kaspischen Meeres erfolgt, die reiehlich Ran in zur Auf- nahme der iiberschiissigen Wassermengen bot. Ein ausgedehnter See lag gleichzeitig auch im mazedonischen Gebiete (Aegaischer See von Cvijic), dessen Reste wir heute in zahlreichen Wasserbecken erkennen. Ein sehr alter See scheint nach Teilen seiner Fauna der Baikalsee zu sein. Man bringt diese Eigenttimlichkeiten mit einem inner- asiatischen Mittelmeere ,,Han-hai" zusammen, dessen Existenz fiir das Alttertiar angenom- men worden ist, ohne aber sicher erwiesen ! zu sein. Auf alle Falle wiirde es die eigen- artigen tiergeographischen Beziehungen des Baikal z. B. zur Ostsee am einfachsten er- klaren. Im Tanganikasee wollte Moore sogar ein Relikt aus der jurassischen Ueber- flutung Ostafrikas sehen. Diese Ansicht ist nicht mehr zu halt en. Auf jeden Fall ist aber auch dieser See auBerordentlich alt und mag Teile seiner Fauna, wie seine Meduse aus der im Alttertiar noch Nordafrika iiber- flutenden Tethys erhalten haben. Auch bei den anderen groBen tektonischen Seen Afrikas ist ein tertiares Alter wahrschein- lich. Jlinger sind vielleicht die australischen Binnenseen. In Nordamerika sind im Felsengebirgsgebiete seit dem Quartar die Seen betrachtlich zusaminengeschrumpft, so im TJtahbecken der alte Bonnevillese (50000 qkm) in Nevada der Lahontansee (23000 qkm), ahnlich wie der noch groBere Agassizsee des Saskatchewangebietes. Fur das Alttertiar nahm man friiher die Existenz groBer Seen im Felsengebirgsgebiete an, in denen die Torrejon-, Puerco-, Wasatch-, Bridger-, Uinta- schichten u. a. zur Ablagerung gekommen sein sollten. Es hat sich indessen heraus- gestellt, daB diese Schichten von Fliissen, hauptsachlich durch die Ueberflutung von Ebenen gebildet wurden, wobei die Flusse kaum wesentlich anders geflossen sein mogen wie heute. Immerhin sind einige Seen sicher nachgewiesen, im Pliocan der von Florissant, im jungeren Eocan kleinere Salzlagunen im Bridgerbecken und im alteren Eocan das 13000 qkm groBe aber seichte Greenriverseenbecken. Seichte Lagunen- seen sind auch in Europa nachgewiesen, so im Oberoligociin im Seine- und Loirebecken. Am Anfange der Kreidezeit waren in Siid- england, im Norden des Pariser Beckens, in Belgien und Nordwestdeutschland, aber auch in Portugal und Nordspanien flache Senken vorhanden, die zum Teil von SiiB- wasserseen erflillt waren, in denen der Wealden sich ablagerte. Fur die Trias finden wir im Siidkontinente den groBen Karroosee und einen kleineren an der jetzigen Kiiste Deutschostafrikas, in der Nordatlantis das Gebiet der Red beds im Gebiete der groBen Ebenen; ferner Gebiete kontiuentaler Ab- lagerung im Osten der Alleghanies (Freeh), die allerdings auch als Uferbildungen des Atlantischen Ozeans gedeutet werden, und endlich die Salzpfannen des Keupers und Bundsandsteins in Mitteleuropa. Die Seen der Red beds reichen teilweise bis ins Perm zuriick, ebenso die Seen des Karroogebietes. Im Karbon werden uns alte Sumpfgebiete durch die Verbreitung der Kohlenflotze an- gedeutet. Im Devon werden die Oldredbil- dungen von Slidirland, Wales, Nordengland, Schottland, den Orkneys, Skandinavien, den Lofoten, NordwestruBland, Spitzbergen und im akadischen Gebiete Norclamerikas von Freeh als Seenablagerungen angesehen, wahrend andere wie KoBmat an Bildungen in Kustensumpfen, FluBebenen und FluB- miindungen denken. In bezug auf das Meer kann die Palao- hydrographie den Verlauf der Meeresstro- niungen ermitteln, teils deduktiv aus dem Verlaufe der Kustenlinien, teils induktiv aus der Verbreitung stenothermer Organismen, wie dies Stromer fitr die alttertiaren Nummu- liten getan hat. Weitere Untersuchungen konnen sich auf die Warme und den Salz- gehalt des Meerwassers in den einzelnen Perioden beziehen, doch sind wir hier meist noch auf deduktive Spekulationen ange- wiesen. E. Palaoklimatologie. GroBe Vorsicht ist bei palaoklimatischen Untersuchungen notwendig. GroBe Bedeu- tung haben Untersuchungen, die auf Grand der meteorologischen und klimatischen Tat- sachen und Gesetze der Gegenwart von der Verteilung von Land und Meer in einer Periode ausgehen, wie die v. Kerners iiber das Klima der Tertiarzeit, Sie haben ganz besonders dargetan, daB wir die anscheinen- den Merkwiirdigkeiten friiherer I{Jimate recht wohl erklaren konnen, ohne zu der An- nahme von Polverschiebimgen oder kos- 168 Formationen ( Palaogeographie) mischen Einwirkungen greifen zu miissen. Abkiihlung ein, dienichtbloB auf die borealen, Infolgedessen sollten derartige Erklarungen besonders nordatlantischenGebietebeschrankt auch nicht mehr herangezogen werden. 1st, sondern ebenso auch das australe patago- Ruckschliisse auf Warme und Niederschlage nische und antarktische Gebiet betrifft, vergangener Zeiten konnen gemacht werden wahrend sie in Ostasien weniger oder gar aus der Verbreitung der Tier- und Pflanzen- 1 nicht hervortritt. Auf keinen Fall laBt aber welt, wobei wir aber nicht ohne weiteres die auch sie sich durch eine Polverschiebung Warmebediirfnisse der lebenden Tiere auf ihre ausgestorbenen Verwandten iibertragen erklaren. Steht so die Tatsache von Klima- anderungen fest, so ist ihre Erklarung um so diirfen (vgl. den Artikel ,,Palaoklimato- unsicherer. Weder eine kosmische noch eine logic"), aus dem Auftreten von Jahresringen tellurische Theorie hat alle Eigeutumlich- beiBaumen, aus derFarbe und dem Verwitte- ! keiten z. B. auch nur der quartaren Eiszeit rungszustande der Gesteine, aus gewissen | mit ihren Warmeoszillationen und ihrer Mineralbildungen u. a. Aus solchen Unter- Verbreitung in jeder Beziehung einwand- suchungen geht heryor, daB weder von einem frei erklaren konnen. Es greifen jedenfalls ehemaligen allgemeinen feuchtwarmen Treib- j hier wie auch bei anderen Vorgangen die hausklima auf der ganzen Erde die Rede sein kann, noch von einer allmahlichen Tempe- raturabnahme seit den altesten Zeiten. Es wechselten vielmehr kalte und warme Zeiten, verschiedensten Ursachen ineinander, um so groBe Wirkungen hervorzubringen, so daB es nicht moglich ist, von einem Gesichts- punkte aus alles zu erklaren. Tatsache ist wie auch feuchte und trockene. Vor der I jedenfalls, daB alle Eiszeiten sich an groBe bekannten quartareu Kalteperiode, die be- Faltungsperioden anschlieBen (vgl. oben, D.). sonders den nordatlantischen Kontinenten eine gewaltige Vereisung brachte, ist eine in ihren Wirkungen kaum geringere in den permischen Schichten nachgewiesen worden, F. Palaobiographie. Die Tiergeographie vergangener Perioden die in ihren sicheren Spuren " (Australien', Ia6t sich am sichersten bei solchen Gruppen Indien, Sudafrika, Togo, Brasilien) ganz auf feststellen, die zahlreiche palaontologische den Siidkontinent beschrankt ist. Hier werden von Ball und Shaler sogar noch Glazialspuren aus dern Triasgebiete des oberen Kongo beschrieben. Eine weitere Eis- Reste hinterlassen haben. Leider ist dies nur bei wenigen der Fall, am meisten uoch bei marinen Tieren, die wieder auch in der Gegenwart gleichmaBigere Verbreitungs- zeit kommt fur das Kambrium in Frage, aus bedingungen besitzen und darum gepgra- dem wir gekritzte Geschiebe von Australien, i phisch germgeres Interesse haben. Bei den China und Nordskandinavien kenuen. Alle Landtieren sind wir dagegen zumeist auf Hinweise auf andereKalteperioden sindhochst Ruckschliisse aus der Gegenwart angewiesen. ungewiB. Es ist nun bemerkenswert, daB die Dabei miissen wir uns aber auf Formen Eiszeiten, die ein feuchtes Klima erfordern, i beschranken, deren Systematik und uatiir- regelmaBig mit den Maxima der Ozean- i liche Verwandtschaft griindlich untersucht flachen zusammenfaUen, die wieder auf Zeiten ' worden ist, und die aus aUen Hauptgebieten starkster vulkanischer Tatigkeit folgen, die der Erde genugend bekannt sind. Wir er- vieUeicht den freien Wasservorrat der Erd- kennen dann, daB die Lebewesen einer Region oberflache erhohte. Umgekehrt fallen die in ihr von sehr verschiedenem Alter sind, daB Minima der Meere mit einer groBen Aus- sie sich gewissermaBen in verschiedeuen dehnung der Wusten zusammen, wie im Schichten iibereinander gelagert haben, in- Devon und in der Trias. Allerdings ver- 1 dem z - B - zu den am Beghme der Tertiar- halten sich dabei die Kontinente teilweise i zeit in einem Kontinente heimischen Formen etwas verschieden. Der im Perm miudestens zu versclnedenen Zeiten und von verschie- in seinen Gebirgen vereiste Sudkontineut denen Richtungen her neue Formen ein- hatte auch in der Trias noch ein feuchteres wanderten. Im folgenden geben wir eine Klima als die im Perm unvereist gebliebene kurze Uebersicht der jungeren Schichten, und auch damals schon trockenere Nord- i die jedenfalls fur die Hauptregionen der atlantis oder der in Nordchina ebenfaUs , Organismenverbreitung anzunehrnen sind, wustenhafte Angarakontinent. Jura und unterBeifugung der Heimat der Ein wanderer. Kreide waren dann im aUgemeinen warme Jede Schicht ist nach einer fur sie besonders Perioden, doch fangen damals schon Klima- charakteristischen Saugetiergruppe benannt. zonen an hervorzutreten, wenn diese An- nahme auch noch nicht allgemein anerkannt ist. Doch zeigen z. B. die Hippuriten und die i~* i>m -IT _ A A Riffkorallen engen AnschluB an die besonders (Sielie die Tabelle auf der niichsten Seite.) Aus der Tabelle ersieht man, daB den meisten Schichten Tiere verschiedener Her- die Tethys erfullenden warmen Meere. kunft (Abteilungen) entsprechen. Auch Wahrend des anfangs auch noch relativ lassen sich viele Schichten noch in zeitlich warmen Tertiars setzt eine unverkennbare getrennte ,,Horizonte" gliedern, besonders Formationen (Palaogeographie) 169 Australische Au Neotropische Sa Mada- gassische M Aethiopische Ae Orientalische Holarktische Region Ha Nearkt. u. Palaarkt. Gebiet Na + Pa Jungtertiare Schicht Muriden- Feliden- Na Suiden- Ae, Antilopiden- 0, Pa, M Tiger- Megalonyx-Schicht Pa, Ae, Au 0, Ae, Sa Mitteltertiare Schicht Viverriden- Ae Viverriden- Pa, M Sivatherien- Pa, Na Hystriciden-Schicht Ae Alttertiare Schicht Marsupialier- Sa Edentaten- Na, Au, Ae Lemuriden- Ae Hyracoiden- Sa, M Pteropiden- Pa, M Didelphyiden-Schicht Sa Mesozoische Schicht Monotremen- 0, Ae Sparassodontier- Ae, Na Allotherien- Ae, Tritylodontiden- Pa, Sa, Allotherien- Ae, M, Au Microlestes-Schicht Ae, Sa naturlich die alteste. Nur wird hier die Gliede- i lassen sich hauptsachlich durch die Tethys rung um so ungewisser, je welter wir zeit- geschieden nordliche und siidliche Formen lich zuriickgehen. Hieraus lassen sich die [ trennen. Im Alttertiar sind von Wirbel- typischen Formen der alten Kontinente er- tieren z. B. anzusehen als mitteln. Fur das Alttertiar und^Mesozoikum i siidlich: ^Myomorphen, *Affen, Lemuren, *Hystrikomorphen, "Eden- taten, Maniden, Orycteropodiden. nordisch: *Tarsiiden, *Urprosimier, *Sciuromorphen, *Protrogoinorphen, *Lago- morphen *Artiodactylen, *Amblypoden, *Perissodactylen *Arsinoitherien, *Isotemniden, *Astrapotherien, *Litopternen, *Proboscidier, *Pyrotherien, *Typotherien, *Toxodontier, *Hyracoiden *Carnivoren, *Pteropiden, *Rhinolophiden *Phyllpstomideu, Noctilioniden, Nataliden. *Erinaceiden, *Soriciden, *Talpiden usw. *Didel- Centetiden, Chrysochloriden, *Necrolestiden , phyiden *Diprotodontier, *Sparassodontier, *Dasy- uriden, *Monotremata. *Singvogel, *Spechtvogel, Segler, *Eulen, Hopfe, Nashornvogel, Meropiden, *Alcediniden, Raken Pterocliden, Alciden, Glareoliden, *Kraniche. Trappen, Fasanen, *Tetraoniden Pandioniden, *Vulturiden, *Palaolodiden, *Peli- kane, *Tolpel, Taucher Schreivogel, Bartvogel, Pfefferfresser u. a., Trogonen, Mausvogel, Kolibris, Nachtschwal- ben, Papageien, Kuckucksvogel, Tauben, Parriden, Chionididen u. a. *Psophiiden u. a., Craciden, Opisthocomiden. Sarcorhamphiden, Palamedeiden, Flamingos, Fregattvb'gel, Plotiden, Phaethontiden, *Pin- guine, *Struthioniden u. a. *Krokodile, *Alligatoren, *Gaviale *Teleosauriden. *Viperiden, *Pythoniden, *Lacertiden, *Vara- Amblycephaliden, *Boiden, Chainaleons, Amphis- niden, *Anguiden, *Agamiden baeniden, Tejiden, Zonuriden, Leguaniden, "Trionychiden, *Emydiden, *Chelydnden *Pleurodiren. *Raniden, Pelobatiden, Discoglossiden, Moiche Dendrobatinen, Engystomatiden, Cystignathi- den, Hyliden, Aglossa, Cociliiden. *Perciden, *Toxotiden, *Esociden, *Siluriden, Dipnoer, Cichliden, Nandiden, Galaxiiden, Haplo- *Cypriniden, *Salmoniden chitoniden, Loricariiden, Doradinen, Chara- ciniden, Gymnotiden, Mormyriden *Amiiden, *Lepidosteiden, *Accipenseriden Polypteriden. Die mit * bezeichneten sind in dem betreffenden Gebiete fossil bekannt. Eine deutliche Scheidung von nordischen und siidlichen Formen erkennen wir auch im Perm und teilweise noch in der Trias. In jenem sind zu betrachten als nordisch: siidlich: *Dinosaurier, *Palaohatteriden *Pelycosaurier, *Pantylosaurier *Diadectosaurier *Ursaugetiere?, *Cynodontier, *Anomodontier, *Therocephalen, *Dinocephalen, *Dromasaurier, *Mesosauner, *Procolophonier. 170 Formationen ( Palaogeographie) Im Karbon sind nordisch die Sigillarien, Lepidodendren und Kalamiten, wahrend im Siiden die Glossopterisflora mit Farnen und Cycadofilices herrscht. Auch zwischen den Nordkontinenten, wie zwischen Europa und Nordamerika herrschen tiergeographische Unterschiede, so sind z. B. im Oberkarbon von 80 Insektenfamilien nur 12 (== 15%) beiden Gebieten gemeinsam, 33 (== 41%) endemisch nearktisch, 35 (== 44%) auf Europa beschrankt. Von den 282 Gattungen sind nur 12 (=-- 4%) beiden Gebieten gemein- sam, 138 gehb'ren ausschlieBlich der Nord- atlantis, 132 der Nearktis an. Es lierrschte also auch damals sehon selbst im Norden und bei flugfahigen Tieren keine allgemeine Gleichartigkeit, sondern es driickte sich sclion cine deutliclie Gliederung der Erd- oberflache in Tierregionen aus. Fiir die alteren Perioden wird unser fossiles Material zu dtirftig und auch Ruckschliisse aus der Gegenwart sind so gut wie unmb'glich; immerhin liegt auch bei ihnen noch kein trif tiger Grund vor, erne allgemeine Faunen- und Florengleichheit auf der ganzen Erde an- zunehmen, zumal uns schon in den altesten Formationen wenigstens kleine Faunen- differenzen begegnen. Spater treten uns groBe Tierregionen auch im Meere noch viel deutlicher erkennbar entgegen. Eine be- sondere Faunenregion reprasentiert ganz allgemein die Tethys, zu deren typischer Fauna im Karbon dieFusulinen, in derKreide die Eudisten, im Alttertiar die Nummuliten gehoren, wenn diese auch stellenweise etwas iiber seinen Bereich hinausgreifen, besonders oft in die zweite groBe Region des Pazifik. Auch diemarinen ,,Klimazonen" Neumayrs haben sich als mehr tierregionenhaften, durch die Topographic bedingten Charakters herausgestellt. Nach den Feststellungen von Uhlig entspricht das boreale Eeich im wesentlichen dem arktischen Becken. Der Tethys gehoren an das mediterran-kaukasi- sche und das himamalayische Reich, von denen letzteres vielleicht bis Neuseeland reicht. Die japanische Fauna, die mehr Anklange an die Tethys als an den arktischen Ozean zeigt, ist wohl der uns allein bekannte Reprasentant der pazifischen Fauna, und die siidandine Fauna von Texas bis Patagonien und in Siidafrika die Lebewelt der Nereis. Gerade ihreBesonderheit laBt dievonBurck- hardt geforderte Existenz eines pazifischen Jurakontinentes recht wahrscheinlich wer- den. Aehnlich licgcn die Verhaltnisse auch in den benachbarten Formationen. In spatercn Zeiten stehen sich die Tethys- iiinl Pazifikfauna als Hauptgruppen gegen- uber, aus denen schlieBlich die atlantisch- arktische bezw. indopazifische Fauna der Gegenwart hervorgingen. Durch diese geographische Verschiedenheit der Fauna in den einzelnen Meeresteilen erklart sich auch das sonst ganz ratselhafte plotzliche Auftauchen ganzer hochentwickelter Faunen, wie der Triasammoniten des Mittelmeeres. Literatlir. Th. Arldt, Die Entwickelung der Kontincnte und Hirer Lebewelt, 1907. Derselbe, Palaogeographische Fragen. Geol. Rundsch., 1912. Derselbe, Die Fauna der alien Tierregionen des F< xtl ndcs. Neues Jntinentes wait rend der TertiHr- zeit. Neues Jahrbuch filr Mineralogie usw. Beilagcbiuid 32, 1911. F. v. Kerner, Das palaoklimatische Problem. Mitt. Geol. Ges. Wien, 2, 1911. - - E. Koken, Die Vorwelt und Hire Entwickelungsgeschichte, 1893. Derselbe, Indisclies Perm und die permische Eiszeit. Neues Jahrbuch fiir Mineralogie, Festband 1907. F. Kossmat, Pnlaorjeogrhie, 1908. A. de Lap-parent, Trait? de G?olo. Anfl,. 1895. A. E. Ortmann, The. Geo- graphical Distribution of Freshwater Decapods and its Bearing upon ancient Geography. Proc. Am. Phil. Soc., 41, 1902. H. F. Osborn, The Age of Mammals, 1910. - - E. PliiHppi, Ueber < hiige palaoklimatische Probleme. Neues Jahr- buch fiir Mineralogie. Beilagcband 2g, 1910. J. F. PompeckJ, Die Meere der Vorseit, 1909. R. F. Scharff, Some If'-mnrL-x on the Atlantisproblem. Proc. Roy. Ir. Acad., 24, 1903. - - Derselbe, I''i/r<>/>r'.., : ) r*i.O i~"^\J K&t% s ?^\? ... , ^ Bf Fig. 1. Entwickelung der Zoosporen von Sapro - legnia. Nach Davis. Figur IzeigtdiesenHergangfiir Saprolegnia. In A finden wir ein junges Zoosporangium, dessen wandstiindiges Protoplasma eine gro'Bere Zahl von Kernen enthalt. Durch Spalten, die von innen her eindringen( Querschnittsbild B), werden nun in diesem Wandbelag einkernige Sporen- anlagen voneinander abgegrenzt. Diese bleiben anfanglich auBen noch in gegenseitiger Ver- bindung und werden infolge von Anschwellung wieder eine Zeitlang undeu tlich ; dann kontrahieren sie sich, trennen sich voneinander (C)und runden sich ab (D). SchlieBlich wachsen die GeiBeln aus ihnen hervor. - Bei Synchytrium fiihrt die Zerkliiftung des Protoplasmakorpers zunachst zur Bildung eines Sporangiensorus (VII, 884, Fig. 4)und erst in dessen Einzelsporangienerfolgt der Zerfall in Zoosporen. Die reifen Zoosporen (Bd. VII, Artikel ,,Pilze", Fig. 6A, 7A, 9 a, 10, 13C) werden durch Verquellen einer oder mehrerer scharf nmschriebener Stellen der Zoosporangium- wand, manchmal durch einen besonderen schlauchfb'rmigen Fortsatz (VII, 883, Fig. 1), entleert, mitunter sind sie anfang- lich noch von einer Blase umschlossen. Sie besitzen bald eine einzige GeiBel, bald deren zwei, die endstandig oder seitlich inseriert sein konnen. Bei Myrioblepharis (die man zu den Monoblepharideen rechnet) tritt der Inhalt des Zoosporangiums aus und teilt sich dann in vier Zoosporen, die an ihrer ganzen Oberflache mit GeiBeln besetzt, sind; wir konnen dieselben wie die derAlge Vaucheria als Synzoosporen betrachten. Manche Zoosporen machen einen zweimaligen Schwarmzustand durch. Diese sogenannte Diplanie ist im Artikel ,,Pilze" bei den Saprolegnieen naher beschrieben. Schon bei gewissen Saprolegnieen (Ap lanes) kommt es vor, daB die Zoosporen, statt auszutreten, sich sofort mit einer Membran umgeben. AusschlieBliche Regel ist diese Bildung membranumgebener Sporen in den Sporangien der Mucorineen (VII, 890, Fig. 16 bis 18) und Endogoneen. Die Entwickelung dieser Sporen verlauft der Hauptsache nach ebenso wie die der Zoosporen, d. h. es handelt sich auch hier um eine Zerkliiftune des Protoplasmas: Bei Pilo bolus beginnt die Sporendifferen- zierung damit, daB in dem vakuoligen Proto- plasma, welches zahlreiche gleichmaBig verteiite Kerne enthalt, groBere eckige Vakuolen auftreten, die sich mit den benachbarten zu Spalten ver- binden, wahrend gleichzeitig auch von der Peripherie her Furchen gebildet werden (Fig. 2). i? . K m I iii -x . . . .. * . . * ----;. "'''* lit * Fig. 2. Partie aus der Basis eines jungen Sporan- giums von Pilo bolus mit beginnender Zerkliif- tung des Protoplasmas. a Sporangiumwand, b die Stelle, in der sparer die Columellamembran angelegt wird. Nach Harper. 12* Lsn Forlpflanzung der GewaVhse (Pilze) Dadurch wird das Pro to plasma, zunachst ganz ohne Riicksicht anf die Lage der Kerne, in mehrkernige Ballen zerlegt; diese zerkliiften sich dann welter bis schlielilich ein- oder wenigkernige Portionen, die sogenannten Protosporen, ent- stehen. Letztere vergrofiern sich nun und erfahxen mehrere Kernteilungen, dann zerfallen sie wieder in kleinere Ballen bis schliefilich zweikernige ellipsoidische Sporen gebildet sind, die sich alsbald mit einer Membran umgpben. Bei Sporodinia grandis und Endogone pisi- formis ist der Vorgang insot'ern abgekiirzt, als die mehrkernigen Ballen, welche dnrch die erste Zerkliiftung entstehen, direkt zu Sporen werden (VII, 890, Fig. 16). Bei Mucor und Verwandten werden die Sporen durch ZerflieBen der Sporangiumwand frei, wahrend bei Pilo bolus das ganze Sporangium abgeschleudert wird. Die imter den Pilzen verbreitetste Form der ungeschlechtlichen Fortpl'lanzung besteht in der Bildung von Sporen durch Ab- schniirung. Sie geht meist in der Weise vor sich, daB das Endstiick eines Hyphen- zweiges durch eine Querwand abgegrenzt wird, sich dann abrundet und ablest oder abgeworfen wird. Die so entstandenen Sporen nennt man Conidien und der Hyphenast, auf deni sie entstehen, wird als Conidien- trager bezeichnet, Dabei zeigen sich im einzelnen die mannigfaltigsten Verhaltnisse, fiir die wir auf den Artikel ,,Pilze" verweisen. Man faBt die Conidien auf als Sporangien, die sich auf eine einzige Spore reduziert haben: tatsachlich lassen sich denn auch Uebergangsformen sowohl x.wischen den Zoosporangien und den Conidien, als auch zwischen den Sporangien mit membran- umgebenen Sporen und den Conidien nach- weisen, ersteres bei den Peronosporeen, letzteres bei den Mucorineen (vgl. den Artikel ,,Pilze"). An die Conidienbildtingen schlieBen sich auch jene Reprodiiktionsformen an, welche im wesentlichen in einer Zergliederung des Mycels bestehen: Gem men, Chlamydo- sporen, Oidien, SproBmycelien. 2. Formen der geschlechtlichen Fort- pflanzung. Fiir viele der einfachsten Pilz- 1'ormen unter den Chytridineen, speziell fiir samtliche Synchytriaceen und Clado- chytriaceen ist eine geschlechtliche Fort- pflanzung nicht bekannt. Bewegliche Gameten, wic sic bei den Algen so haufig auftreten, 1'indet man nur bei einzelnen Phykomyceten: fiir gewisse Chytridineen ist das Vorkommen einer Paarung von zwei gleichgestalteten eingeiBeligen (iameten be- pbachtet und bei Monoblepharis entsteht in cinem Oogoninm eine Eizelle, die durch cin eingeiBeliges Spermatozoid befruchtet wird (Bd. VJI, S. SS(i, Fig. <). In alien iibrigen Fallen - - und solche gibt es schon ! bei den Chytridineen besitzen die Ga- meten keine Bewegungsorgane. Ihre Ver- einigung wird dadurch ermoglicht, daB sie entweder in zwei nebeneinanderliegenden Zellen derselben Hyphe entstehen oder da- durch, daB die Zellen, in denen sie ent- halten sind, miteinander in Beriihrung treten. Dabei sind diese Zellen einander in GroBe und Form wesentlich gleich bei den Zygomyceten (VII. 891, Fig. 20), Ere- mascus (VII, 895, Fig. 28) und manchen Saccharomycetaceen (VII, 897, Fig. 32), den Ustilagineen und Uredineen (s. unten Fig. 12). Indes kornmen schon in diesen Gruppen F"alle von deutlicher Ungleichheit der kopu- lierenden Zellen vor, wir erinnern an Zy- gorhynchus und namentlich an En do gone (VII, '892, Fig. 23). Ausgesprochene Oogamie findet man bei gewissen Ancylisteen (VII, 884, Fig. 5), vor allem aber begegnet man ihr bei den Peronosporeen (s. unten Fig. 5) und Saprolegnieen (VII, 887, Fig. 11). "Hier erfolgt dnrch einen Befruchtungsschlauch ein Uebertritt von mannlichen Geschlechts- kernen aus dem Antheridium in das Ei. Aehnliche Verhaltnisse treffen wir bei einer Reihe von Ascomyceten: das Antheri- dium tritt, oft durch Vermittlung eines Trichogyns, mit dem weiblichen Sexual- organ, dem Archicarp oder Carpogon in offene Verbindung und laBt seinen Kern oder seine Kerne in letzteres hiniiberwandern (VII, 897, Fig. 34 und 902 Fig. 43). An die Verhaltnisse der Florideen erinnert die Ausbildung der Sexualorgane bei den Laboulbeniaceen, wo sich kleine membran- umgebene mannliche Geschlechtszellen (Spermatien) an das dem weiblichen Ge- schlechtsapparat aufsitzende Trichogyn an- legen (VII, 910, Fig. 57). Bei anderen Ascomyceten unterbleibt die Ausbildung von Antheridien und mann- lichen Geschlechtszellen. In diesen Fallen erfolgt der Geschlechtsakt durch paarweises Zusammentreten von Kernen des weiblichen Sexualorganes, es liegt also hier die Er- scheinung vor, fiir die Winkler den Ausdruck Parthenomixie verwendet. Einen solchen Fall stellt Figur 3 fiir Hu- maria granulata dar. wo sich an das blasige Archicarp (arch) weder in friiheren noch in spateren Stadien ein Antheridium anlegt. Eine andere Form der Reduktion der Sexualorgane (die mit Parthenomixie Hand in Hand gehen kann) besteht darin, daB die Zellen, in denen die Geschlechtskerne ent- halten sind, sich auBerlich in keiner Weise von vegetativen Zellen unterscheiden lassen (Pseudomixie). Nach neueren Beob- achtungen kann dies mit Funktionsverlust und Degeneration von anfanglich vor- handencn Sexualorganen verbunden sein So wird bei Poly stigma rubrum (Fig. 4) Fortjitlanzung- der Gewachse (Pil/f) 181 angclogl, das aber wahrend die sexuelle benachbarten erfolgt. ein Archicarp (arch) spater zugruiide geht, Kernvereinigung in tativen Zellen (z) Es ist eine interessante Tntsache, daB gerade bei den hochst organisierten Pilzen siilche Ruckbildungen der (losrldechts- organe Regel sind. Wohl aus diesem Grunde ist es fur viele hohere Ascomyceten und samtliche Autobasidiomyceten bisher iiber- jenigen der Zoosporen entspricht. Ausfuhr- lichere Besprechung erfordern dagegen die Falle, in welchcn die Gameten nicht als bewegliche Zellen austreten: Bei Basidiobolus, Eremascus, den Erysiphaceen u. a., bei den Ustilagineen und Uredineen gehen aus einkernigen Zellen einkernige Gameten hervor. Als einzige Komplikation bei ilirer Entstehung kann es vorkommen, daB der Ausbildung der Ga- arch. A B ": ~ - . asf -.-.--- ;/. - Fig. 3. Humaria granulata. Archicarp (arch), an das sich kein Antheridium anlegt, in ver- schiedenen aufeinanderfolgenden Stadien A, B, C. In C sprossen bereits ascogene Hyphen (asf) aus ihm hervor. Nach Blackmail und Eraser. m * i i 1 '*'* V V* / > I . . k^n. ^ - - arch .. c liegen a haupt nicht gelungen, fest- zustellen, wo sich der Sexual- akt abspielt. Von den letztbesproche- nen Fallen ist die Par- thenogenesis, d h. die ^SHIEI* Weiterentwickelung von Gameten, die nicht kopu- liert haben, wohl zu unter- scheiden. Hierher rechnet man z. B. die Entstehung der Oosporen bei denjenigen Saprolegnieen, welche keine Antheridien ausbilden (VII, 888), ferner auch in vielen Fallen die Entstehung der >.>^ Asci bei den Endomyceta- .v^ ceen (VII, 896) und Saccha- romycetaceen (VII, 897). 3. Entwickelung der Gameten. Fiir die mit GeiBeln versehenen Gameten bisher keine ge- naueren Untersuchungen vor, allem es unterli Fig. 4. Polystigma rubruni. arch Degenerierendes Archicarp; benachbarte vegetative Zellen, in denen das Zusammentreten <_ kaum einem Zweifel, daB ihre Entwickelung der- der Sexiialkerne erfolgt. Nach Blackmail und Welsford. 182 Fortpflanzung der Gewarhsf (Pilze) meten noch eine Kernteilung vorangeht; von den beiden Tochterkernen wirtl dann der eine ausgeschaltet (vgl.z. B. Basidiobolus, VII, 893). In anderen Fallen sind dagegen die beim Sexualakte verschmelzenden Protoplasma- korper ihrer Anlage nach vielkernig. Sie konnen dabei auch bis zuletzt vielkernig bleiben, ja sogar ihre Kerne noch durch - ' Anth. -Ooq. i ' " j*S-~ '*._ '^'- -- ISlfe-^ B a. -: - -Anth. Fig. 5. Entwickelung der Coenogameten und Befruchtung bei Albugo Portulacac. Anth Antheridium; Oog Oogonium; Eizelle; p Peri- plasma; a Bcfniclituiiiisschlaiich, in C ist durch den Schnitt sein Zusammenhang mit dern Antheridium unterbrurhrii. in D sind nur noch 'seine Reste siditbar. Xach Stevens. Teilung vermehren; es finden dann auch dementsprechend beira Sexualakte zalilreiche gleichzeitige Kernpaarungen statt. Derartige vielkernige Protoplasmakorper betrachtet man als Komplexe von einkernigen Gameten und nennt sie Coenogameten; sie ent- sprechen der Gesamtheit der in einem Gametangium enthaltenen Einzelgameten ! und lassen sich phylogenetisch vielleicht auch von solchen ableiten. Es kann jedoch auch vorkommen, dafi aus vielkernigen Anlagen unter Degeneration von Kernen schliefilich einkernige Eizellen entstehen. Diese verschiedenen Modifikationen sollen nun an einigen Beispielen erlautert werden: Besonders instruktiv sind die Peronosporeen: Typische Coenogameten finden wir in dieser Familie bri Albugo Bliti und A. Portulacae. Sowohl im Antheridium als im Oogonium trifft man hier anfanglich im Protoplasma gleichmafiig verteilte Kerne (Fig. 5 A). Im Oogonium erfolgen nun Umlagerungen, die dazu fiihren, daB sich in der Mitte eine dichte kernfreie schaumige Cytoplasmamasse ansamnielt, wahrend samtliche Kerne an die Peripherie riicken. Die zentrale Cytoplasmamasse stellt die spatere Eizelle dar, wahrend die periphere Partie als Periplasma bezeichnet wird. Hierauf teilen sich die Kerne, und von ihren Tochterkernen wandern die einen in die Eizelle ein. Der Beginn dieses Vorganges ist in Figur 5B zu sehen. So enthalt schliefilich die Eizelle eine Mehrzahl von Kernen (Fig. 5C), die dann eine zweite Teilung durchmachen. Die iibrigen Kerne verbleiben im Periplasma, wo sie zugrimde gehen. Wahrend dieser Vor- giinge erfolgen auch im Antheridium zwei Kern- teilungen. Dann tritt durch den Befruchtungs- schlauch eine groBere Zahl dieser mannlichen Kerne in die Eizelle iiber (Fig. 5C) und es findet paanveise Verschmelzung derselben mit den Eikernen statt (Fig. 5D). Genau ebenso ver- laufen die ersten Stadien der Gametenentwicke- lung bei Albugo Tragopogonis ; allein hier gehen von den aus dem Periplasma in die Eizelle einwandernden Kernen schliefilich alle bis auf einen einzigen zugrunde ; die Eizelle ist also im Zeitpunkte der Befruchtung einkernig: aus dem Coenogameten ist eine einfache Eizelle her- vorgegangen. Dasselbe wird auf etwas anderem Wege erreicht bei Albugo Candida (VII. 889, Fig. 15), wo aus der anfanglich mehrkernigen Eizelle alle Kerne bis auf einen ins Periplasma auswandern, und bei Perono- spora und Pythium, wo von den mehr oder weniger zahlreichen Oogoniumkernen von vorn- herein nur einer in das Ei eintritt. In alien diesen Fallen kommt bei der Befruchtung natiirlich auch nur ein einziger mannlicher Kern zur Ver- wendung, alle iibrigen degenerieren entweder nach ihrem Uebertritt in das Ei oder bleiben irn Antheridium. Auch bei den Saprolegnieen werden urspriing- lich Coenogameten angelegt, aus denen dann ein- kernige Eizellen hervorgehen; nur spielt sicb dieser Vorgang anders ab als bei den Perono- sporeen. Im Oogonium degenerieren von dem anfanglich gleichmafiig vielkernigen Protoplasma- korper die inneren Partien, so daB nur noch ein Fortpilanzun^ der Gewachse (Pilze) 183 Wandbelag mit wenigen Kerncn iibrigbleibt (Fig. 6A). Ilierauf teilcn sich diese Kerne - C B D --c Fig. 6. Eientwicke- lung von S a p r o - legnia monoica. A Junges Oogon mit Wandbelag iui Liings- schnitt, B, C, D Partien aus diesem Wandbelag in ver- schiedenen Stadien der Ansammlung. c Kerne mit Zentralkorpern, d degenerierende Kerne. Nach Glaus sen. einmal, aber ihre Tochterkerne gehen der Mehr- zahl nach zugrunde (Fig. 6B), so daB schlieBlich nur noch eine relativ geringe Zahl von solchen (mitunter sogar nur ein einziger) vorhariden ist. Um diese Kerne sammelt sich dann das wand- standige Protoplasma an (Fig. 6C). Haben diese Ansammlungen eine gewisse GroBe erreicht, so trennen sie sich voneinander (Fig. 6D) und jede derselben rundet sich zu einer einkernigen Eizelle ab. Audi das Antheridium enthalt von Anfang an mehrere Kerne, diese machen gleichzeitig mit denen des Oogons eine Teilung durch. Bei der Befruchtung tritt je einer derselben in die Eizellen iiber. Bei den Mucorineen sind die miteinander ver- schmelzenden Zellen ebenfalls Coenogameten, da sie anfiinglich sehr zahlreiche kleine Kerne iiihren. Ueber das Verhalten der letzteren bei der Kopulation gehen die Angaben auseinander: Nach den einen Beo bach tern bleiben in jedem Coenogameten bis zuletzt zahlreiche oder jeden- falls mehr als ein Kern bestehen und dement- sprechend ert'olgt auch eine mehrfache Kern- paarung; nach anderen tritt in jedem Coeno- gameten ein groBer Kern auf, wahrend die iibrigen, kleineren schlieBlich degenerieren ; die Paarung wiirde daher nur zwischen zwei Kernen erfolgen. Letzterer Fall tritt auch bei Endogone ein, wo die nicht zur Verwendung kommenden Kerne in den Suspensor zuriickgezogen werden (vgl. VII, 892. Fig. 23). Coenogameten kommen auch bei den As- comyceten (aber nicht bei alien) vor. So enthalt das Antheridium und das Archicarp von Pyro- nema confluens (Fig. 7) einige huudert Kerne, von denen einige zugrunde gehen, die iibrigen aber beim Sexualakt paarweise zusammentreten. Anth... 1 arch Fig. 7. Pyronema confluens. Antheridium (Anth) und Archicarp (arch) mit Trichogyn (t). Nach Claussen. 184 Fortpflanzung der (rewrichso (Pilze) 4. Das weitere Verhalten der Zygote 1st ein sehr verschiedenartiges. Bei den Phykomyceten erhalt sie meist eine clicke Membran, speichert Reservestoffe auf und wird zur Dauerspore. Die Sexualkerne ver- schmelzen dabei gewohnlich nicht sofort; mitunter (Endogone) diirfte dies sogar erst kurz vor der Keimung der Zygote er- folgen. SchlieBlich entsteht aber immer in der letzteren ein diploider Kern. Die Re- duktionsteilung desselben ist bisher noch nirgends sicher gesehen worden, doch sprechen einzelne Beobaehtungen dat'iir, daB sie sich in der keimenden Zygote vollzieht. Wir haben es also hier mit Vorgangen zu tun, wie sie uns auch bei den Conjugaten und Chlorophyceen entgegentreten. Ganz'anders gestalten sich die Verhalt- nisse bei den Ascomyceten. Die Zygote macht hier keinen Ruhezustand durch, sondern erfahrt sofort eine Weiterentwickelung. Diese gestaltet sich noch relativ einfach bei den Protascineen. z. B. Endomyces Ma- gnusii (VII, 890): Nach Aufnahme des mannlichen Gameten und Verschmelzung der Sexualkerne schwillt der weibliche Garnet, jetzt zur Zygote geworden, stark an und verwandelt sich in einen Ascus. Weit koniplizierter verlauft der Hergang bei den typischen Ascomyceten: Hier wachsen sofort nach der Vereinigung der Gameten aus dem Archicarp (Fig.Sog) die so- genannten ascogenen Hyphen (Fig. 8 asf) her vor. Fiir Pyronema confluens (iiber welches man die Details im Bd. VII, 897 u. 898 nachlesen moge) ist ferner nach- gewiesen, daB die Sexualkerne vorerst nicht verschmelzen, sondern zu Paaren verbunden bleiben, die unter wiederholten Teilungen in diese ascogenen Hyphen einwandern (Fig. 8). An letzteren entstehen dann die Asci. Jeder junge Ascus erhalt ein Kernpaar (Fig. 9B) und dieses verschmilzt erst hier zu einem diploiden Kern (Fig. 9C). Fig. 8. Pyro lie ma confluens. Aichicarp (og) mit einer der ascogenen Hyphen (asf), in welche die Kernpaare eingewandert sind. Nach Claussen. Fig. 9. Entstehinig des Ascus aus dem Ernie einer ascogenen Ilyphe. A bis Pyronema confluens. D As codes mis. Nach Harper und Claussen. Es ist also hier bei den hoheren Ascomy- ceten der Zusammentritt der Sexualzellen und die Verschmelzung der Sexualkerne weit auseinandergeriickt. Man faBt das vielfach so auf, daB der Sexualvorgang in zwei Teilvorgange zerlegt ist, die durch ein Zweikernstadium voneinander getrennt sind. Immerhin betrachtet man aber doch den Doppelkern schon vor seiner Verschmelzung als aquivalent mit einem diploiden Kei'iic. Es entsprechen daher auch die ascogenen Hyphen den sporogenen Faden, welche bei den Floriden nach der Befruchtung aus dem Archicarp hervorsprossen. Die weiteren Vorgange im ASCIIS sind nun folgende: Der durch die Verschmelzung des Kernpaares entstandene diploide Kern geht sofort wieder in Teilung iiber und zwar gewohnlich dreimal hintereinander. \ r on diesen Teilungen ist die erste eine Rednk- tionsteilung. Der Ascus enthalt somit jetzt meist 8 haploide Kerne. Diese werden dann zum Ausgangspunkt fiir die Bildung von Sporen (Ascosporen) durch sogenannte ,,Freie Zellbildung". DieserVorgangist in Figur 10 f iir Erysiphe communis dargestellt: Jeder Kern besitzt eine etw r as vorgezogene Spitze oder schnabelartige Verlangerung, von welcher Kinoplasmastrahlungen kp radial Fortpflanzung der (irwiichsc (Pilze) in das umgebende Plasma ausgehen(Fig. 10A). Bald fangen nun diese Strahlen an zn diver- gieren und sich nach auBen and nnteii zu verlangern (Fig. 10B), so daft sie schlieBlich eine den Kern umgreifende diinne Schicht darstellen. durch die gewissermafien ein Stuck aus dem Protoplasma des ASCIIS her- ausgeschnitten wird (Fig. 10 r und D), das 3 ^Itp (^ * - - . . ^- ^^ - ,', . Jl i V&Sf -^ ^-- / i <; . " i \ :' ,- '/ - - , JL .- -.. f'-- ' , : : :--.-''" L - " \ ; : ' i -/,/.,- . \ - --..r- / - . - /' -'V - -/7 Fig. 10. Freie Zellbildung im Ascus von Ery- siphe communis. s Kerngeriist, n Nucleolus, kn Kinoplasmastrablungen. Nach Harper. die Spore darstellt. Letztere wird schlieBlich durch eine Membran abgegrenzt und der auBerhalb derselben liegende Teil des Ascus- inhaltes stellt das Epiplasma dar. Dem ASCIIS entspricht bei den Basidio- myceten die Basidie. Auch sie enthalt anfanglich ein Kernpaar (Fig. 11A), welches dann zu einem diploiden Kern verschnulzt (Fig. 11B). Letzterer niacht ebenfalls eine Reduktionsteilung durch. auf die noch eine, Fig. 11. Entwickelung der Basidie von Ar- millaria mellea. Nach Ruhland. Er- kliirung im Text. selten mehr Teilungen folgen. Die Basidie crhiilt auf diese Weise meist 4 haploide Kerne. Zum Unterschied voni Ascus ert'olgt die Bil- dung der Sporen (Basidiosporen) nicht endogen, sondern durch Abschntirung ( Fig. 11C, D). Veber die verschiedenen Modi- I'ikaiidiien in der Ausbildung der Basidie vgl. VII, 911. Das in der jugendlichen Basidie enthaltene Kernpaar muB unzweifelhaft ebenso wie bei den Ascomyceten aus einer N'ereinigung von Sexualzellen hervorgehen, aber fiir die hoheren Basidiomyceten harrt dieser Vorgang noch seiner Entdeckung. Vollstandig bekannt istdagegen der Sexual- akt und die Weiterentwickelung der Zygote I'iir die Uredineen: wie in VII, 914ff. naher beschrieben 1st, geht aus der Vereinigung der beitlen Sexualzellen eine Zygote hervor. die sich alsbald in eine Kette von Aecidio- sporen und Zwischenzellen teilt (Fig. 12). Fig. 12. Entstehung Phragmidium der Aecidiosporen bei specie sum. a Aecidiospore, z Zwischenzellen. Nach Christina n. Die beiden Sexualkerne verschmelzen dabei nicht. sondern erfahren gepaarte Teilungen und jede Aecidiospore enthalt claher auch ein Kernpaar. In den einfachsten Fallen (Endophylluni) verschmilzt nun dieses Kernpaar, sobald die Aecidiospore ihre de- finitive GroBe erreicht hat, und dann wachst aus der Spore eine quergeteilte Basidie aus, wahrend deren Entwickelung die Reduktions- teilung des Kernes vor sich geht. In den kompliziertesten Fallen (Eu-Uredinales) dagegen entwickelt sich aus der Aecidio- spore eine selbstandige neue Pflanze, und diese kann sich in mehreren Generationen durch Bildung von Uredosporen reprodu- zieren. Letztere enthalten in ihren Zellen die Abkommlinge der erwahnten Kernpaare (Fig. 13A). SchlieBlich entstehen Teleuto- sporen mit anfanglich ebenfalls zweikernigen Zellen (Fig. 13B). Hier verschmelzen die Kernpaare zu diploiden Kernen (Fig. 13C). 186 Fortpflaiizung der Gewachse (Pilze - - Archegoniaten) Aus den Teleutosporen gehen dann die Basidien hervor, in welchen sich die Keduktionsteilung abspielt. Fig. 13. Phragmidium violaceum. A Uredo- Inger, B junge Teleutospore, deren Zellen noch Kernpaare enthalten, C reife Teleutospore, in deren Zellen die Kernpaare zu einem diploiden Kern verschmolzen sind. Nach Black in an. Die heutigen Pilzforscher sind ihrer Mehrzahl nach der Ansicht, dafi wir es in den beschriebenen Ent.wickelungsgangen der hoheren Ascomyceten und Uredineen mit einem Generationswechsel zu tun haben: als Gametophyt betrachtet man das Mycel, welches die Sexualorgane bildet; seinen AbschluB erreicht derselbe mit dem Zusammentreten der Sexualzellen. Derjenige Entwickelimgsabschnitt dagegen, welcher die Kernpaare und die aus diesen hervorgehenden diploiden Kerne enthalt, wird als Sporophyt aufgefaBt. Dieser i'indet seinen AbschluB mit der Reduktions- teilung des Kernes im ASCIIS bezw. in der ASCIIS und Basidie entsprechen dnhiT z. B. den Sporenmutterzellen der Moose und Fame und konnen wie diese ( i n o t o k o n t e n genannt werden. Der Sporopliyt bleibt bei den Ascomyceten in Gcstalt der ascogenen Hyphen mit der Mutterpflanze in Verbindung und ist meist im Innern eines Fruchtkorpers verborgen, wahrend er bei der Mehrzahl der Uredineen vollige Selbstiindigkeit erlangt. Bei den Phykoinyceten hingegen kann man von einem eigentlichen Generations- wechsel nicht sprechen, da hier der doppel- kernige bezw. diploide Absrhnitt nur durch eine Dauerspore (Zygote) reprasentiert ist. Der Gametophyt kann sich sowohl bei den einfacheren als auch bei den hoheren Pilzen als solcher reproduzieren durch die Fruchtformen, die wir als Sporangien und Conidien beschrieben haben und die man daher z. B. mit den Brutkornern der Moos- pflanze vergleichen kann. Vielfach herrscht diese Reproduktionsform gegenuber der sexuellen stark vor, mitunter (Fungi imper- fect!) so stark, daB man letztere uberhaupt noch nicht keiinen gelernt hat. Selten sind dagegen die Falle, wo solche haploicle Fruchtformen nicht gebildet werden. Auch der Sporophyt kann sich als solcher fort- pflanzen; das ist aber natiirlich nur da der Fall, wo er selbstandig ist, namlicli bei den komplizierteren Uredineen; es geschieht dies durch die Aecidio- und Uredosporen, die man daher z. B. mit den an den Blattern von Farnkrautern entstehenden Bulbillen in Parallele stellen kann. Literatur. J. P. Lotsy, Vortrage iiber botanische Stammesgeschichte, I. Algen und Pilze. Jena 1907. Unter den seit dem Erschemen dieses Buches 2 }u blisierten Einzeluntersuchungen seien erwahnt : P. Claussen, Uelier Eientwickelung mill Befruchlung bei Saprolegnia monoica. Be- ricttte d. deutschen hot. Gesellsch., 26, 1908. - F. Bucholtz, Beitruge zur Kennlnis der ilnttmxj Endogonc. Bcihefte z. bot. Central blatt, 29, 1912. K. Sioppel, Eremascus fertilis nor. sp. Flora 1907. - - A. GnilUermond, Recherches cytologiijncs ct taxinomiques sur les EnJ'Diii/ci'tes. Revue f/cn/'nilc de Bntanique, 21, 1909. H. C. J. Fraser, On the se.rua.lity and development of the anconirp in Lachnea stercorea. Anital* of Botany, 21, 1907. Derselbe, Contributions to the cytology of Jfinnaria n>ti j ans. Annals of Botany, 22, 190S. P. Claussen, Zur Entwickelungsgeschiehte der Ascomyceten. J'!/>'<>- nema conftnens. Zeitschr. f. Botanik, 4, 1912. V. H. Blackmail, The development, of the perit/if'cia of Poly stigma rubrum DC. Annul* of Botany, '26, 1912. J. H. Faull , The cytology of Laboulbenia chaelophora. and L. Gyriii /'er gcb j eden gestaltet er auch sein mag, doch Sporophyt der Pteridophyten ist in Stamm, | immer Sporen procluziert, die wiederum den Blatter und Wurzeln differenziert und ver- 1 Q amet0 phyten liefern. sehen mit wohl ausgebildeten GefaBbundi Der g h t der Moose b i eib t zeit- Die Pteridophyten sind also I 'efaBptlanzen im Zusammenhang mit dem Gameto- Nach der alten Terminologie_ heiBen ^sie ^^ n pr wjrf] von dieaem ernahrt und sie Be- beiuht aut > n fertiggesteU t doklimentier t er sich als die ,,GefaBkryptogamen zeichnung ,,kryptogam" ^ .sind Damit cioRumentiert er sicn ais uie MiBverstandnis. Ihr Fortpilanzunj schwachere, gleichsam ephemere Generation war tatsiichlich schwienger zu awn aber dem pe rennierenden Gameto- derjenige der ,,Phanerogamei - 1 als ,, u , zu einer Zeit, da man das " phyten (vgl. den Artikel ,,Moose".) " iT Antheridien Die Anthidi.n ,teh.n n" z ewenen Na " ' clem Artikel Moose berichtet (Fig. 1). Erforschung des Entwickelungs- Ein Antheridium besteht im erwachsenen aans der Archeooniaten war weder leicht, Zustande aus einem Stiel und dem eigent- loTging s^raslh vor sich. Einzelunter- lichen ,,Anthendienk6rper", der die bper- Die L88 Fortpflaiizung der Gewach.se (Moose) matozoiden prodnziert. diinnen Wandschicht Dieser ist von einer ] schlossen. Die Antheridien entspringen nach anBen abge- stets ans einer Epidermiszelle. also exogen; eine alleinige Ansnahme bilden die An- thoceroten (vgl. VI, 1069), bei denen sie ,,endogen", d. h. ans der inneren Zelle eines Segmentes entstehen, das znvor von der Scheitelzelle abgesondert war. Die anBere Zelle liefert hier durch weitere Tei- limu'en eine Decke filr das Antheridium, das sich von seinen Nachbarzellen lost nnd bald frei in einem Intercellnlarrauni liegt (Fig. 2). Bei alien iibrigen Bryophyten treten die Antheridien aber von vornherein frei als kleine Papillen iiber die Thallnsober- 1'lache, wenn sie auch spater sekundar dnrch Wnchernngen der benachbarten Zellen in frruben eingeschlosscn werdon kruinen Fig. 1. Langsschnitt (lurch den Antheridien- stand von Funaria. a junge, b reife Antheridien, c Paraphysen, d Hiillblatter. Nach Sachs. Fig. 3a. Anthcridiumentwicklung von Fegatella c o n i c a , einem Marchantiaceen-Lebermoos. A Einzellige Anlage. B Die Stielzelle st abgetcilt. C, D Querscheibenzellen abgeteilt, die sich durch senkrechte Wande fiichern. E Anlage der Wand- schicht w. F Halbreifes Stadium. A bis E VergroBerung 400. F VergroBerung 220. Nach Bolleter. Aus H. Schenck. Fig. 2. Entwicklung des Anthoceroteen- Antheridiums (An th occro s Pearsoni). A d Deckzelle, a Endogene Antheridiumanlage; B Interzellularrauin um letztere gebildet ; C Tei- lung in die Stk'lwllen st und in die Oktanten; D alteres noch unrcit'cs Antheridium. Nach D. Campbell. Aus II. Schenck. Fig. 3b. Entwicklung des Jungermanniaceen- Antheridiums (Po rella Bolantleri). AbisD, F Langsschnitte ; E, G Querschnitte. Ver- groBeruug GOO. Nach D. Campbell. Aus H. Schenck. Fortpflanzung dor Grwarhse (Moose) 189 (s. z. B. Abbildung in Fig. 47 und 48 im Artikel ,, Moose"). Bei der Bildung der Anthe- ridien lassen sich mehrere Typen unter- scheiden. Am urspriinglichsten diirfte bei den Lebermoosen der der Marchantiales und Ricciales sein: Die Antheridienanlage wird durch eine Anzahl von Querscheiben zer- legt (Fig. 3 a), von denen die unterste zum mehrzelligen Stiel wird, die oberen samtlich eine Quadrantenteilung eriabren und dann e ener Perikline dem Innenraum dnrch Abschneidung von eine Wandschicht von trennen. Die iibrigen Lebermoose weichen einmal von diesem Typus darin ab, dafi entweder mir die oberste der urspriinglichen Querscheiben der Antheridienanlage zum eigentlichen Antheridien- kb'rper wird (Jungermanniales, Fig. 3b) oder die Basalzellen fiir den Stiel erst abgesondert \\erden, nachdem die Primordialzelle durch 2 aufeinander senkrcchte Langswande in Quadranten geteilt wurde (Anthocerotales, Fig. 1). Der wichtigste Unterschied gegeniiber den samtlichen Typen der Lebermoose ist bei den Laubmoosen der, dafi hier die jnnge Antheridienanlage vermittels einer 2-schneidigen Scheitelzelle waehst (Fig. 4). Es wird dabei durch eine Querwand ein Stiel abgeschieden, und in der oberen Zelle legen sich die beiden Langswande zueinander geneigt an. Dadurch wird eine keilformige Endzelle entstehen miissen, welclie nach beiden Seiten Segmente ab- sondert. Diese ert'ahren schlieBlich wieder die iibliche Trennung in Wand nnd Innen- raum. So verschieden also auch die Entwicklung der Antheridien bei den Moosen ist, so sehr sehen doch die fertigen einandcr ahn- lich (Fig. 5). Wenn bei den einzelnen Arten selbst nahe verwandter Fornien groBere Unterschiede etwa in der Lange des Stiels oder Form des Antheridienkorpers bestehen, so diirftcn hierl'iir rein okologische Momente maBgebend sein (Go e bei). Von cytologischem Interesse ist nun die Entwickelnng des ,,Innenranms" der An- theridien bis zu der Bildung der fertigen Spermatozoiden. Eine wirklich gute Unter- suchung hieriiber verdanken wir Allen (1912), fiir Polytrichum juniperinum (hier auch die Literatur fiir die Laubmoose). In den noch jugendlichen Zellen des Innenraums, die Allen ,,androgone" Zellen nennt, lieBen sich eigentiimliche Gebilde in Plattenform bemerken, die sich stark mit Hamatoxylin farben und eine gewisse Polaritat in der Zelle hervorzurul'en scheinen (Fig. 0, a). Vor jeder Mitose teilen sie sich durch eine Quer- spaltung in 2 und diese lagern sich darauf zu beiden Enden der nun entstehenden Spindel; anl'angs sind sie zuweilen durch wenige achromatische Fasern mit der Kern- meinbran verbunden (b). Dann vermehrt sich die Zahl der Fasern, doch bleibt vor- liiufig noch die Kernwandung bestehen nnd es erscheint charakteristisc-h, daG. bevor diese angegriffen wird, samtliche Spindel- fasern im wesentlichen angelegt sind. Die Karyokinese ist normal und die Nukleolen diirften nicht, wie zeitweilig geglaubt wurde, zur Chromosomenbildung Ijeitragen. Je mehr sich die Teilungen den Spermatid- (= ,,Androcyt-")Mutterzellen niihern, desto mehr pflegen sich die oben geschilderten ,,kinoplasmatischen" Flatten in einzelne ,,Kinetosomen" aufzuliJsen (c, d), die dann gruppenweise ausgebildet sind. In den Spermatid-Mutterzellen selbst fanden sich Fig. 4. Entwicklung des Laubmoos-Antheridiums (Funaria hygrometrica). A bis E Langsschnitte ; F, G Quer- schnitte; E rechtwinklig zu D. In B Bildung der Scheitel- zelle. H alteres Stadium. A bis G VergruBerung 600, H Ver- groBerung 300. Xach D. Campbell. Aus H. Schenck. Fig. 5. Marchantia poly- mo rp ha. Ein fast reifes An- theridium im optischen Durch- schnitt, p Paraphysen. Ver- groBevung 90. Nach Stras- bu rg er. 190 Fortpflanzung der Gewachse (Moose) aber niemals Gebilde, welche sich ohne weiteres mit ihnen homologisieren lieBen. Dafiir traten inmitten eines Systems von strahlenformig verlaufenden Fasern ,,Zentral- korper" auf. Sie werden seit langerer Zeit als ,, Blepharoplasten" bezeichnet und diirfen wohl sicher nicht, wie es z. B. Ikeno und Schaffner wollten, mit einem Centrosom Wir kamen also zu der entwickelten Spermatide(= Androcyte von Allen) und in Figur 7 a und b sei noch eine solche fur ein Lebermoos (Marchantia) dargestellt, um den starker hervortretenden Blepharoplasten aueh hier zu zeigen. Er spielt nun eine Rolle bei der Bildung der 2 Cilien und er- fjihrt dazu eine Reihe von charakteristischen a f Fig. 6. Antheridienentwicklung von Polytrichum juniperinum. Vergrofierung ca. 3600. a An- drogone Zellen mit Polplatten; b die Polplatte hat sich geteilt und ihre Teile befinden sich jetzt an den beiden Polen der sich bildenden Spindel; c androgone Zellen mit ,,Kinetosomen"; d desgl. Beginn der Spindelbildung ; e Auftreten eines ,, Blepharoplasten" in einer Spermatid- mutterzelle; i dieser hat sich geteilt und je einer steht an den Polen der sich bildenden Spindel. Nach Allen. gleichgesetzt werden (e). Ikeno glaubte, daB sie bei Marchantia aus dem Kerne hervorgehen und neuerdings gibt Wilson ahnliches flir einige Laubmoose an. Aber diese Funde erscheinen bis auf weiteres noch zweifelhaft, zumal eine ganze Reihe von Autoren jegliche Beziehung zu den Nuclei mit aller Bestimmtheit leugnet. Der Blepharoplast teilt sich clarauf in 2; diese gehen zu den beiden Polen der nun sich bildenden Spindel (f) und es resultieren schlieBlich die Spermatiden. Diese letzte Teilung kann bei den Laub- moosen die Mutterzelle quer oder diagonal teilen; bei den Lebermoosen verlauft sie dagegen stets nur diagonal. Umformungen zu einem fadenformigen Ge- bilde (Fig. 7c, d). Endlich in Figur 7e haben wir das entwickelte Spermatozoid (Antherozoid). Der Kern ist auBerordentlich langgestreckt, der Plasmakorper mit Aus- nahme des ,.kinoplasmatischen" Teiles ganz auf ein Ende zusammengedrangt. Wir haben hier ganz ahnliche Budungen, wie sie oben fiir gewisse Algen (vgl. 7, S. 174) geschildert wurden. Mehrfach finden sich, was nur der Voll- standigkeit wegen bemerkt sein mag, auch Angaben dariiber, da8 wahrend der Bildung der Spermatozoiden noch besondere Korper (,,Nebenkorper", ,,Limospharen" nach Wil- son usw.) auftreten. die sogar vielleicht vom Fortpflanzung der Gewachse (Moose) 191 Nucleolus des Spermatidenkernes stammen. Ueber ihre Funktion weiB man aber nichts und auch iiber ihre Bildung 1st man wohl noch nicht einig. Nach ihrer Reit'e werden Fig. 7. Entwicklung der Spermatozoiden von Marchantia polymorpha. a die beiden Spermatiden sind eben durch eine Diagonal- wand aus einer Spermatidmutterzelle entstanden, b eine isolierte Spermatide mit Blepharoplast, c bis d Verlangerung des Blepharoplasten, gleichzeitig allmahliche Umanderung der Kern- strukturen, e reifes Spermatozoid. Nach \Y,oo dburn. die Spermatozoiden aus den Antheridien entleert. Bei den Lebermoosen lagern die Wandzellen, namentlich im oberen Teil des Antheridiums, Schleim auf ihrer nach auBen gekehrten Zellwand ab. Und durch die hierduieh erfolgende Quellung reiBt schlieB- lich die Cuticula. Bei den Laubmoosen mit Ausnahme der Sphagnaceen existiert nur eine besonders differenzierte ,,apikale Oeff- nungskappe", die aus einer Zelle oder einer Zellgruppe besteht und ganz allein bei der Reife verquillt (Fig. 8). 3. Archegonien. Die Archegonien stehen wie die Antheridien in besonderen Standen (Fig. 9; ygl. auch Bd. VI, 1059) und sind ebenso wie die Antheridien bei der Gesamt- gruppe der Moose recht einheitlich gebaut. Ueber ihre Homologie mit den Antheridien be- steht seit den Untersuchungen von Holferty wohl kaum em Zweifel, wie die vielen Ueber- gangsbilder zwitteriger Formen beweisen. Wir konnen kurz zusammengefaBt sagen, daB eine starke Reduktiondes,,Innenraumes" eingetreten ist und dann von den samtlichen hier iibrig gebliebenen Zellen nur noch ein ehmger als Garnet funktionieren kann. wahrend die anderen vorher zerstort und ihre Stoffe nur bei der Anlockung der <$ Gameten mit verwandt werden. Ein typisches Archegon besteht im er- wachsenen Zustand aus einem ,,Hals u - und einem ,,Bauch"teil. Ersterer setzt sich aus einer peripheren Wandtmg und einem Innen- teil zusammen, den sog. ,,Halskanalzellen", letzterer besteht aus Bauch-Kanalzelle und Eizelle (Fig. 10). Die Archegonien entstehen aus einer Epidermiszelle wie die Antheridien und ragen mit einziger Ausnahme der Anthoceroten- Archegonien frei in ,,Papillenform" liber den Thallus vor. Bei der genannten ab- weichenden Lebermoosgruppe bleiben sie eingesenkt, entstehen aber trotzdem exogen, also nicht wie die Antheridien, endogen. Wahlen wir als Typus das Verhalten bei den Lebermoosen, so ware folgendes zu sagen (Fig. 11): Es wird zunachst eine Fig. 8. Oeffmmgskappe vonLaubmoosantheridien. 1 Funaria hygrometrica. In AuBenansicht. 2 Entleertes Antheridium von Polytrichum ; Oeffnung halbiert. 3 Spitze eines Antheridiums von Catharinea undr-lata. Im Liingsschnitt. Nach Go e bei. Fig. 9. Archegonienstand eines Mooses. aArchegonien, b Hullblatter. Nach G o e b e 1. 192 Fortpflanzung der Grewachse (Moose) Stielzelle abgeschnitten und darauf teilt sich die obere Zelle durch 3 zueinander geneigte Langswande, so daB eine zentrale von 3 peripheren Zellen geschieden wird. Letztere werden nach weiteren Teilungen zu der Fig. 10. Marchantia polymorpha. A Junges, B geoffnetes, C befruchtetes Archegoniuin nach erfolgtem Beginn der Keimbildung. k' Hals- kanalzellen, k" Bauchkanalzelle, o Ei, pr Pseudo- perianth. Vergrofierung540. Nach Strasburger. Fig. 11. Schema der Archegonien- entwicklung der Le be r moose, d Deckel- zelle; st Stielzelle. 2 in Oberansicht; 1, 3, 4 Langsschnitt. Nach Goebel. Wandung der Archegone, wahrend die zentrale Zelle nochmals durch Querteilung eine Deckelzelle absondert. Diese hat nur Anteil an dem Aufbau der Wandung des Arehegonien,, liaises", die untere dagegen drangt sich schon friihzeitig zentral zwischen die in einer Ebene gelagerten Abkommlinge der primaren Deckelzelle, so daB diese bei derHalsbildnngdadurchatiseinandergetrieben werden. Aus der nun allseits nach auBen abgeschlossenen Zentralzelle bilden sich durch eine weitere Teilung eine obere Zelle (die Mutterzelle samtlicher ,,Halskanalzellen") und eine untere. welclie sich wieder noch in eine ,,Bauchkanal"zelle und die eigent- liche Eizelle teilt. Bei den Anthoceroten wird die Mutterzelle der Halskanalzellen von der Deckelzelle und nicht von der Zentralzelle abgeschnurt (Fig. 12). Und ^"W 1 -- 1 -L * im Fig. 12. E n t w i c k 1 u n g d e s A n t h o c e r o t e n - Ar chegoniu ms (Notothylas or bicularis). a axiale Zelle, c Zentralzelle, d Deckelzelle, hk Halskanalzellen, bk Bauchkanalzelle, o Ei- zelle. VergroBerung 600:1. Nach D. Campbell. Aus H. Schenck. fiir die Laubmoose gilt wieder als Haupt- differenz, daB die Arehegonien ebenso wie die Antheridien (Fig. 13), mit einer zweischneidigen Scheitelzelle wachsen. Zuniichst wird durch ihre Tiitigkeit cin mehr oder weniger langer Arche- gonienstiel angelegt, dann - - durch eine Quer- teilung (Fig. 13. II) -- die eigentliche Archegon- Innenzelle abgeschnitten (A); diese kann sich darauf weiter durch ( t )uer\v;iii(lc in eine Zellreihe teilen. (lleichzeitig werden aber auch von der Deckelzelle nicht nur neue Segmente fiir die sondern auch nach innen fiir den abgesondert. Eine gemeinsame fiir siimtliche Halskanalzellen exi- bei den Laubmoosen nicht. Dei- Hals der Arehegonien ist infolge der starken Tiitigkeit der Scheitelzelle denn auch viel 1 linger als bei den Lebermoosen mit ihrem ,,begrenzten" Archegonwachstum. llaben wir bei diesen hiiufig nur 4 Halskanalzellen (Sphaerocarpus, Ricciaceen), so konnen sie bei den Laubmoosen bis auf 30 steigen (Atrichum). Wandzcllen Halskanal Mutterzelle stiert also Fortpflanzung der Gewachse (Moose) 193 Im iibrigen 1st aber daran festzuhalten, daB die Differenzierung in viele Halskanal- zellen , eine Bauchkanalzelle und eine Eizelle, durchweg bei den Moosen ein- getreten 1st. Gelegentlich sind Abnormi- Fig. 13. Mnium undulatum, Archegonien- entwicklung. Erst bei II 1st das Archegonium (A) angelegt; st Stiel (bei IV nicht gezeichnet). Nach. Goebel. taten beschrieben worden, wonach z? B. 2 Eizellen ubereinander, jede mit ihrer Bauchkanalzelle, vorhanden waren oder auch die Zahl der Halskanalzellen konnte sich abnorm vergroBern. Das wird uns nicht wundernehraen, wenn wir uns daran er- innern, daB wir die Archegonien ja iiber- haupt als reduzierte Bildungen aus den vielzelligen Antheridien ansehen konnen. 4. Befruchtung. Die Befruchtung bei einem Moose scheint, nach der historischen Darstellung bei Allen, zuerst von Arnell bei Discelium nudum 1875 wirklich gesehen zu sein. Noch Strasburger war sich z. B. fur Marchantia 1869 (Pringsheims Jahrbuch Bd. 7) nicht recht klar, ob in der Tat nur ein Spermatozoid und eine Eizelle in dem Copulationsakt fusionieren. Wir wissen sicher, daB die befreiten Sper- raatozoiden in den schleimig degenerierten Halskanal des Archegons (s. auch Fig. 10 B) chemotaktisch hereingezogen werden. Be- reits 1869 war Strasburger fur Marchantia der Ansicht, daB der Schleim ,,spezifisch" wirken miisse, aber erst durch die Unter- suchungen von Pfeffer wurde exakt nach- gewiesen, daB die geringen hierin enthaltenen Mengen Eohrzucker es sind, welche auf die einwirken (vgl.denArtikel,,Reiz- erscheinungen der Pflanzen": Taxien [Cheraotaxis]). Fur Lebermoose hat dann erst Lidforss (Pringsheims Jahrbuch 41, 1904) gefunden, daB Proteinstoffe hier die gleiche Kolle spielen wie der Rohrzucker bei den Laubmoosen, und zwar vermochten EiweiB- stoffe der verschiedensten Art, selbst Fer- mente wie die Diastase, die Samenfaden zu den Capillaren heranzuziehen. Fur die Sphagnaceen ist ein chemotaktisch wirkendes Agens z. Z. noch unbekannt. Mdglich ist eine Befruchtung bei den Moosen natiirlich nur, wo die Spermato- zoiden schwarmen konnen, d. h. wo Wasser zur Verfugung steht. Wenn also durch den Standort nicht jeder Zeit genugende Wasser- mengen gewahrleistet sind, so ist stets eine Befruchtung nur nach Regen oder Tau denkbar. Aus dieser Abhangigkeit der Moos-Spermatozoiden vom Wasser hat man auch auf die Ableitung der Moose von Vorfahren, die ganz in Wasser lebten, schlieBen wollen (s. unten ,,Farne"). Bei einigen Arten, wie z. B. Marchantia poly- morpha, scheinennoch besondere ,,Zuleitungs- gewebe" in Form von ozellenartigen Papillen auf den $ Gametophoren vorhanden zu sein, die capillar das spermatozoenhaltige Wasser aufsaugen. Eine Bastardierung durch Eindringen fremder Samenfaden in die Archegonien ware denkbar, ist aber bisher noch nicht wirklich erwiesen. Ueber den tatsachlichen Moment der Kopulation der beiden Geschlechtszellen liegen wenig brauchbare Angaben vor. Ftir Funaria und andere ist an der Eizelle ein klei- ner ,,Empfangnisfleck" beschrieben worden. 5. Sporenbildung. Aus der be- fruchteten Eizelle geht, wie im Artikel ,, Moose" zu lesen, ein Embryo hervor, oder , wie wir auch sagen konnen , ein Sporophyt. Denn von dieser durch die Befruchtung ausgelosten ,, Generation" werden die Sporen gebildet. Der Anteil am Gewebe, der dem Archespor zukommt, ist bei den Laub- und Lebermoosen verschieden (naheres dariiber im Artikel ,, Moose" p. 1061 ff., p. 1069, p. 1078 ff.). Im all- gemeinen kann man sagen, daB bei letzteren der gro'Bte Teil des Sporophyten dafiir auf- gebraucht wird, wahrend bei den Laub- moosen nur eine relativ schmale Partie um die ,,Columella" herum das Archespor reprasentiert (Fig. 14). Die Teilung der Sporen-Mutterzellen verlauft im Prinzip ge- nau so wie bei den hoheren Pflanzen (Fig. 15), aber gerade bei den Moosen sind die Details wegen der Kleinheit der Kerne noch sehr strittig. Auch liegen erst einige ganz wenige Publikationen vor. Die beiden Mitosen konnen sich sehr rasch aufeinander folgen Handworterbuch der Naturwissenschaften. Band IV. 13 194 Fortpflanzung der Gewachse (Moose) und die Sporenmutterzelle schon vor der ersten Kernteilung eigenartig vierlappig sein, tV' Fig. 14. Langsschnitt (lurch eine ganze Kapsel von Phascuru. f FuB, s Seta, c Columella, sp Archespor, sps Sporensack, gg Trennungslinie, zw Amphi- und Endothecium. Nach Kienitz- Gerloff. Wilson tritt bei der Frage nach dem Modus der Chromosomenreduktion, die sich wahrend der ersten (heterotypen) Kern- teilung vollzieht, fur eine Metasyndese ein, doch ist das wohl noch nicht absolut gesichert. Centrosoraen oder irgendwelche Fig. 15. Funaria hygrometrica, Querschnitte (lurch den Sporensack, bei A das Archespor (su), bei B die noch nicht isolierten Sporenmutter- zellen (sm) umfassend; a Aufienseite, i Innen- seite des Sporensacks. Nach G o e b e 1. wie z. B. bei der von Moore studierten Gattung Pallavicinia ( = Blyttia; Fig. 16). Im ubrigen diirften sich Leber- und Laubmoose prinzipiell gleich verhalten, wie aus den neuesten Untersuchungen von Wilson liber letztere hervorgeht. Das Archespor kann sich dabei ,,paketweise" teilen, so daB die , 16, 32 Abkommlinge einer Ur-Archesporzelle noch im nahezu reifen Zustande als zusammengehorig er- kannt werden konnen. Fig. 16. Reduktionsteilung bei Blyttia. 1 Sporenmutterzelle in Synapsis, 2 Telpphase der ersten Teilung, 3 Anfang der Rekonstitution der Tochter kerne am Ende der ersten Teilung, 4 Sporen. Nach Moore. Aus Lotsy. analogen Gebilde lieBen sich nicht auf- linden. Doch schien es Wilson, als ob vom Nucleolus ,,nebenkorperahnliche" Sprossungen sich abschnurten, wie es auch oben fiir die Spermatogenese angegeben wurde. So resultieren aus einer Sporenmutter- zelle die iiblichen 4 Sporen, wie das schon bei den Algen (Florideen) der Fall war. Sie sind durchweg mit einer dicken Membran umgeben und konnen auch langere zur Keimung ungunstige Zeiten lebend iiber- dauern. Der Bau der Zellwand kann ziem- lich kompliziert sein. Als ein Beispiel fiir viele verweise ich auf die detaillierte Schilde- rung, die von Beer (Ann. of Bot. Vol. 20, 1906) fiir Ricciagegeben wurde. Wir lesen da, daB vor allem das Exospor komplizierter, das Endospor dagegen einfacher gebaut ist. Die Sporen machen sich bald aus dem Tetradenverbande frei, nur bei Sphaero- carpus bleiben sie dauernd zusammen. Bei den Lebermoosen entwickeln sich nicht alle Archesporzellen schheBlich durch Teilung zu Sporen. Wie in dem Artikel iiber ,, Mo o s e" (S. 1068 ff.) zu lesen ist, bilden sich einige auch zu Elateren oder zu Nahrzellen urn. Fortpflanzung der Gewachse (Moose) 195 Den Laubmoosen fehlen entsprechende Bil- dungen vb'llig. Ob den Moosen um das Archespor nooh ein besonderes ,,Tapetum" zukommt, wie wir das bei den Farnen and in den Antheren der Pnanerogamen kennen lernen werden (vgl. den Artikel ,, Fortpflanzung der Fame" usw.), ist eine Frage, die ver- schieden beantwortet werden kann. Han nig (Flora 1911) macht wenigstens darauf auf- merksam, daB bei den Laubmoosen das Archespor von einer ,,Nahrschicht" all- seitig umgeben ist, die man als ,,Vorlaufer" eines Tapetums auffassen konne, und bei Go e bei (Flora 1906) lesen wir, daB z. B. bei Dicnemon calycinum die Archespor- zellen durch das Eiudriugen dieser seitlich gelegenen sterilen Zellen selbst voneinander getrennt werden konnen. Fiir die Leber- moose kann man hochstens den Antho- ceroteen ein primitives Tapetum znsprechen. 6. Gentrationswechsel, Chromosomen- zahlen. Bei den Moosen kann man nach nnseren Ausfiihrungen vou einem strikten Generationswechsel sprechen (vgl. die Ein- leitung S. 187), und zwar wiirde die die Sexualorgane tragende garnet ophyte die ,,haploide" (x) Chromosomenzahl, die auf diese folgende sporophyte die ,,diploide" (2 x) Zahl besitzen. Viel wirkliche Zahlungen sind allerdings noch nicht gemacht. Es mag bei dieser Gelegenheit erlaubt sein, auf das Wenige hinzuweisen, was wir hier exakt wissen. Danach sind als haploide Zahlen be- stimmt bei den Laubmoosen: Mnium hornum 6, Bryum capillare 10, Polytrichum juniperinum 6, Pogonatum rhopalophorum 8, Atrichum angustatum 8, Atrichum undu- latum 17, Amblystegium serpens 12, Ambl. riparium 24 bei den Lebermoosen: Riccia lutescens und crystallina 4, R. glauca 7 bis 8, Pallavicinia Lyellii 8. Ueberall finden wir somit sehr niedrige Zahlen im Gegensatz zu den mit vielen Chromosomen ausgestatteten Farnen (vgl. den Artikel ,, Fortpflanzung der Fame"). Der Reduktionsteilung scheint bei den diocischen Moosen die Aufgabe zuzuf alien, die Geschlechter zu trennen. Wir wissen namlich aus den Untersuchungen von Bla- keslee und Noll (Bot. Gaz. 42, 1906), daB das Lebermoos Marchantia, aus denen von El. und Em. Marchal, daB die diocischen Laubmoose Barbula unguiculata, Bryum argenteum, Ceratodon purpureus im Sporo- phy ten noch beide Geschlechter fiihren. Stras- burger (Histologische Beitrage 7, 1909) war es dann, der fur Sphaerocarpus terrestris und californicus, deren Tetraden ja bei- sammen bleiben, nachwies, daB hier genau zwei Sporen zu g, zwei zu $ Individuen aus- wachsen. Wird bei den Laubmoosen kiinst- lich die Reduktionsteilung unterdruckt, wie bei den gleich zu besprechenden ,,aposporen" Pflanzchen, so entstehen auch anstatt der diocischen ,,synb'cische" Exemplare, mit beiderlei Geschlechtsorganen in einem Gametangienstande. 7. Aposporie. ,,Plurivalente" Moos- Rassen. Wir werden weiter unten sehen, daB bei den Farnen haufig aus einer Sporo- phyt-Generation adventiv wieder ein Sporo- phyt hervorgehen kann. Das kommt bei den Moosen nicht vor. Hier tragen die Adventivbildungen an Sporophyten aus- schlieBlich gametophyten Charakter. Es handelt sich also um eine Aposporie. Sie ist bei einer ganzen Reihe von Laub- moosen nicht schwer hervorzurufen, in- dem durch Verwundungen des Sporogons oder dessen Stieles Protonemafaden kiinst- lich austreiben. Das hatte schon Stahl 1876 gesehen, das war von Prings- heim und Correns bestatigt worden, aber erst El. und Em. Marchal kultivierten dann diese Protonemen weiter, bis sie beblatterte Moospflanzchen mit Ge- schlechtsorganen hervorbrachten. Cyto- logisch unterschieden sich diese apospor erzeugten Individuen von den normalen dadurch, daB sie die doppelte Chromosomen- zahl von der normalen besaBen. Es war somit eine ,,bivalente" Rasse durch das Experiment hervorgerufen. Diese war leider bei den diocischen Moosen total steril, bei den monocischen (Amblystegium serpens, A. subtile, Barbula muralis) dagegen fertil. So konnte eine Kopulation zweier diploider Gameten zu einem didiploiden Sporophyten erreicht werden. Dieser vermochte ganz normal seine Reduktionsteilung durchzu- machen und wieder diploide Sporen zu er- zeugen. Die bivalente Rasse war also dauernd lebensfahig. Ja, bei Amblystegium serpens konnten die beiden Forscher durch erneute kiinstlich induzierte Aposporie ein - jetzt ,,tetravalentes" Protonema mit 4 x Chromosomen hervorrufen. Diese Rasse blieb aber steril, eine Anhaufung von 8 x Chromosomen durch eine Kernverschmelzung bei der Kopulation erwies sich als un- moglich. Von ganz besonderem Interesse ist die bivalente Rasse von Phascum cuspidatum. Denn sie ist von der univalenten in ihrem Habitus total verschieden. Mit der Chro- mosomenverdoppelung sind ,,neue Merk- male" aufgetreten, die sich sicher auch durch die Vererbung fixieren h'eBen, wenn die Rasse fertil ware. Das ist nun leider nicht der Fall. Aber auch so scheinen hier die Be- ziehungen zwischen Chromosomenvermehrung und ,, Mutation" klar vor Augen zu liegen. Haufig ist bei den Moosen die ,,normale" Vermehrung durch vegetative Brutzellen 13* 196 Fortpflanzung der Gewachse (Moose) - - (Fame) ersetzt. Doch wurde dariiber bereits in dem Artikel M o o s e " berichtet. 8. Chromatophoren- Reduktion. Zum SchluB sei mit ein paar Worten noch auf die Frage eingegangen , ob ein der Chromosomenreduktion analoger Vorgang fiir die Chromatophoren existiert, wenigstens in den Fallen, bei denen eine bestimmte Zahl fiir die Zellen charakteristisch ist, wie bei den Anthoceroten. Man bringt be- kanntlich die Chromosomen in Verbindung mit Uebertragung der ,,Erbsubstanzen" und hat daraus auch eine absolute Sonderstellung der Phanomene postuliert, die sich bei ihrer Reduktion abspielen. Da nun geradebei vielen Moosen die Zahl der Chromatophoren in der Zelle schon so ,,fixiert" ist wie sonst nur die der Chromosomen, so konnte man denken, daB auch die Erreichung dieser Zahlen ahn- lich vor sich gehen wurde. Nemec hat (1910) nachgewiesen, daB das nicht der Fall ist, und damit die Sondererscheinungen bei den Chromosomen in ein besonders helles Licht geruckt. Auf die erst kiirzlich publi- zierten Untersuchungen von Sapehin (Ber, d. Deutsch. Bot. Ges. 1911), in welcher Weise den Sporen der Laubmoose und vieler Anthoceroten iiberhaupt nur ein einziges Chromatophor zugeteilt wird, wahrend die vegetativen Zellen deren yiele besitzen, sei an dieser Stelle nur verwiesen. Llteratur. Aufier den, in dem Artikel ,Moose" anf/efiihrten Arbeiten und den im Text kurz ge- ijchenen Hinweisen scini h >'<> noch r/enamit: Ch. E. Allen, Cell structure, growth and <'>rie et si\r/ni!i/'' I'lirz les mousses I III. null'. Acad. roy. Bchjique Cl. d. sc., 1907, 1909, 1911. - A. C. Moore, Sporogcnesis in Pcdla- mcinia. Bot. Gaz. rol. 40, l'.>u:,. -- It. SchencTf-, Ucbi'r ilunzuni;' tier Gewachse (Fame) 201 archegoniaten Pflanzen haben AnlaB zu mancher Diskussion gegeben, und die Meinungsunterschiedehaben sich konzentriert auf die Frage nach dem Ursprung der beiden Generationen. Davon soil weiter unten gesprochen werden. 3. Das Verhalten der Kerne. Infolge des Mangels an scharfen Unterscheidungs- merkmalen zwischen den beiden Gene- rationen erscheinen Diskussionen wie die obigen endlos und fruchtlos. Als ein willkom- mener Fortschritt in dieser Frage wurde es deshalb begriiBt, als man entdeckte, daB zwischen den zwei Generationen cyto- logische Unterschiede bestehen. Die ganze Lehre vom Generationswechsel bei den Archegonien schien dadurch auf einen hb'heren Standpunkt geruckt. Die Kernteilung verlauft ja (vgl. den Artikel ,,Zelle") nach bestiramten Regeln. Aus dem Kern schalen sich die Chromo- somen stets in konstanter Zahl heraus. Jeder Tochterkern erhalt die Halfte des Chromatins des Mutterkerns. Die Zahl der Chromosomen ist bei jeder Pflanze annahernd konstant, aber nur in der jeweils zur Untersuchung gelangenden Generation. Strasburger zeigte namlich, daB betreffs der Zahl der Chromosomen ein Unterschied zwischen den beiden Gene- rationen besteht. Er stellte f est, daB die Zahl der Chromosomen, die bei den Teilungen der Kerne des Gametophyten auftreten, nur halb so groB ist wie diejenige, die sich in den Kernen des Sporophyten findet. Er zeigte ferner, daB periodische Reduktion der Chromosomenzahl auf die Halfte stattfindet bei der Tetradenteilung, die der Bildung der Sporen vorangeht. Damit be- ginnt der Gametophyt. Auf der anderen Seite muB bei der Befruchtung eine Ver- doppelung der Chromosomenzahl eintreten, bei jenem ProzeB also, der dem Sporophyten den Ursprung gibt. Auf Grund dieser Befunde hat man den Sporophyten als die diploide oder die 2x- Generation, den Gametophyten als die haploide oder die x-Generation bezeichnet. Die Sporenmutterzelle einerseits und das be- fruchtete Ei andererseits stellen also die Uebergangspunkte von einer Chromosomen- zahl zur anderen dar; sie sind die Grenzen zwischen den zwei Generationen. Fragt sich nun, wie verhalt es sich mit der Zahl der Chromosomen in den Fallen, wo Apogamie bezw. Aposporie vorkommt. Bei Aposporie entsteht, wie wir sahen, die neue Generation ja nicht aus Zellen, die normalerweise die Sporen bilden, sondern aus Zellen der Wand des Sporangiums oder sonstwo. Nun hat Farmer gesagt, daB der Begriff ,,Aposporie" implizite ver- lange, daB keine Reduktionsteilung im Entwickelungsgang des Organismus auf- trete. In der Tat hatDigby gezeigt, daB fiir Nephrodium pseudo-mas, var. cristata apospora, wo das Prothallium direkt aus dem Rande oder der Oberflache eines Blattes hervorgeht, jegliche Reduktion unterbleibt; hier haben sowohl der Sporophyt wie der Gametophyt ungefahr 50 Chromosomen (Fig. 9). Ein anderes Beispiel ist Athyrium _j Fig. 9. Nephrodium pseudo-mas, var. cristata (Cropper). Apogamer Uebergang vom Prothallium zum Sporophyt, und darauffolgend die apospore Entstehung des Prothalliums am Scheitel und Rande des Blattes. Nach Lang. filix foemina, var.clarissima. Bei diesem Farn finden wir Apogamie und Aposporie, und die cytologischen Untersuchungen er- geben, daB die Chromosomenzahl durch den ganzen Entwickelungsgang dieselbe ist, namlich ungefahr 90: das ist annahernd die Zahl, die wir bei dem diploiden Stadium des normalen Athyrium filix-foemina finden. Also ist die Reduktion einfach unterblieben. Da nun das Prothallium schon selbst diploid ist, so ware konsequenterweise Befruchtung unnotig, um einen diploiden Sporophyten zu erzeugen. Apogame Sprossung wiirde ge- | niigen. Farmer hat es auch ausgesprochen, ! daB wo Aposporie schon vorhanden, Apogamie eine uotwendige Folge ist. Beide Erschei- nungen sind von Strasburger beobachtet worden bei Marsilia Drummondii A. Br. Etwas anders liegt die Sache nun bei Lastraeapseudo-mas, var.polydactyla. Hier wird zwischen zwei benachbarten Zellen des Prothalliums die Wand partiell aufgeldst, der Kern der einen Zelle wandert 202 Fortpflanzung der Gewachse (Fame) in die andere hiniiber. Dieser Vorgang wird als eine Art irregularer Befruchtung betrachtet; denn die beiden Kerne ver- schmelzen schlieBlich. Der aus dieser Zelle entstandene Sporophyt zeigt bei alien Teilungen seiner Kerne die doppelte Chro- mosomenzahl, gerade so wie die normal aus dem Sexualakt hervorgehende Pflanze. Es ist klar, daB wir es hier mit einer ge- ringeren Abweichung von dem normalen Zyklus zu tun haben, als bei den oben (S. 200) beschriebenen Fallen. Naturlich folgt hier auch keineswegs Aposporie, sondern die Sporen werden ganz normal gebildet. Wir haben also in Wirklichkeit zwei Typen von Apogamie: der eine Typus ist reprasentiert durch Athyrinm filix-foe- mina, var. clarissima, wo keine Kern- yerschmelzung stattfindet; der Gametophyt ist hier schon diploid, da die Reduktions- teilung unterbleibt; den anderen Typus sehen wir in Lastraea pseudo-mas, var. poly- dactyla, wo irregulare Kernfusion eintritt, im iibrigen aber der normale Kernzyklus in keiner Weise gestort ist. Es scheint, als ob bei dem ersteren Typus die Reduktion auf irgendeine Weise verhindert wiirde, vielleicht infolge einer Ungleichheit der Zahl der Chromosomen der Eltern. Nicht zn vergessen ist, daB einige der in Betracht kommenden Formen sehr wahrscheinlich Bastarde sind. Ein Unterschied in der Zahl der Chromosomen bei den Eltern ergabe eine Verwirrung bei der Tetradenteilung, wenn, wie angenommen wird, die Paarnng der elterlichen Faktoren (Merkmale) zu Beginn jenes Prozesses stattfindet. Bei dem zweiten Typus, vertreten durch Lastraea pseudo-mas, var. polydactyla, ist die irregulare Kernverschmelzung nichts anderes als ein Ersatz fiir die normale Sexualitat. Wir haben oben gesehen, bei Athy- rinm filix-foemina, var. clarissima, daB der Gametophyt diploid sein kann. Bleibt die Frage: gibt es auch irgendwo einen haploiden Sporophyten ? Dies ist wohl der Fall bei Lastraea pseudo-mas, var. cr is tat a Dr. ; hier entstehen die Prothallien direkt an den Blattern, also apospor. Die Chromosomenzahl, die innerhalb gewisser Grenzen schwankt (60 bis 78), bleibt an- nahernd die gleiche wahrend des ganzen Entwickelungsganges; sie ist die Halfte der Zahl, die wir normalerweise bei Lastraea pseudo-mas finclen (144). Hier ist also wahrend des ganzen Entwickelungsganges, den Sporophyten eingeschlossen, die haploide Chromosomenzahl vorhanden. Aehnlich bei Nephr odium mo lie, die auf dem Pro thallium entstehenden Sporophyten haben 64 bis 66 Chromosomen, das ist die fiir das Prothalliimi charakteristische Chromosomen- zahl. Alle diese Tatsachen lassen klar erkennen, daB die aus der Verschiedenheit der Chro- mosomenzahl bei den miteinander ab- wechselnden Generationen gezogenenSchliisse nicht ohne weiteres verallgemeinert werden diirfen. Man konntesogar dadurch veranlaBt sein, auf Chromosomenzahlen keinen Wert zu legen. Aber es muB doch daran erinnert werden, daB trotz der Haufigkeit der er- wahnten Abweichungen doch weitaus die Mehrzahl der Fame den normalen Entwicke- lungsgang durchmacht, und das gilt noch mehr fiir andere Abteilungen der Pterido- phyten. Das Verhaltnis der Chromosomen- zahlen, wie es ftir gewohnlich zwischen den beiden Generationen besteht, behalt seine Bedeutung; auch wird es dieihmzukommende Rolle spielen bei der Erforschung der Geschichte der vergangenen Formen. Zudem erscheint es doch wahrscheinlich, daB diese Abnormitaten nicht etwas darstellen, das einen festen Platz einnimmt in der Stammes- geschichte der Pflanzen, bei denen sie auf- treten. Anders lage die Sache, wenn in einem der groBen Stamme sich ein Zweig fancle, der diese abweichenden Charaktere definitiv erworben hatte: z. B. ein perma- nenter Archegoniatenstamm ohne jede Chromosomenunterschiede. Aber ein solcher ist durchaus nicht vorhanden. Ueberall finden wir dasselbe: aus dem haploiden Ga- metophyten entsteht durch die Befruchtung der diploide Sporophyt, der bei der Teilung der Sporenmutterzellen Reduktion auf- weist, so daB aus den Sporen wieder das haploide Prothallium hervorgeht. Das geht so konstant vor sich, daB die Erkenntnis dieses Entwickelungsganges als des ,, nor- malen" nicht erschiittert werden kann durch UnregelmaBigkeiten, die alle den Charakter individueller und wohl nicht dauernder Ab- weichungen tragen. Die Annahme, daB der oben geschilderte Zj 7 klus bei den heutigen Archegoniaten und bei ihren Vorfahren der normale ist und war, wird nicht er- schiittert. 4. Theorien iiber den Generations- wechsel. Die Erkenntnis, daB die Ontogenie der Archegoniaten in zwei miteinander ab- wechselnden Phasen verlaufe, die normaler- weise verschiedene Chromosomenzahlen be- sitzen, hat die Frage nach deren Ursprung angeregt. Hat eine der Generationen vor der anderen bestanden, und wenn ja, welche? Diese Frage beantworteten zwei Theorien in verschiedener Weise. Die ,,homologe" Theorie nimmt an, daB die beiden Gene- rationen urspriinglich gleich waren, und daB die Unterschiede, welche sie jetzt zeigen, das Ergebnis einer divergierenden Ent- wickelung aus einem gemeinsamen Anfangs- Fortpflanzung der G-ewach.se (Fame) 203 stadium sind. Diese Ansicht wurde von Pringsheim ausgesprochen, von Scott u. a. verteidigt und welter ausgebaut. Die ,,anti- thetische" Theorie dagegen sagt, die beiden Generationen waren von Anfang an ver- schieden, sie sind nicht aus einer gemein- samen Quelle herznleiten. Dies wurde zu- erst von Celakovsky klar zum Ausdruck gebraeht, von Bower in seinem ,, Origin of a Land Flora" welter entwickelt, Die ,,anti- thetische" Theorie basiert auf Beobachtungen an Archegoniaten und gewissen Algen (Oedo- o-onium und Coleochaete). Ebenso lieferte auch die Vergleichung der Sporogone bei den Lebermoosen besonders instruktives Beweismaterial. Bei alien cliesen Formen entsteht der Sporophyt ontogenetisch aus dem befruchteten Ei durch Teilungen. Bei den einfachsten Typen bilclen die meisten oder gar alle so entstehenden Zellen Sporen. Man hat deshalb gesagt, daB ursprunglich alle Gewebe des Sporophyten fertil gewesen seien, daB jedoch infolge Sterilisation gewisse von ihnen nicht mehr der Fortpflanzung dienten, sondern zu den vegetativen Ge- weben des Sporophyten wurclen. Diese waren demnach sekundarer Entstehung, und die Hauptaufgabe des Sporophyten war primar in alien Fallen nur die, besondere Keimzellen, die Sporen, zu erzeugen. Der Gametophyt ware folglich die ursprung- lichere Generation und der Sporophyt eine von Him abgeleitete Form. Diese Schliisse schienen eine Stiitze zu erhalten durch die Entdeckung des Unterschieds in der Chro- mosomenzahl der beiden Generationen. Zudem 1st zu sehen, daB mit dem Unter- schied im Aufbau der Gewebe eine Ver- schiedenheit in der auBeren Form Hand in Hand geht. Die Sache wurde aber in em neues Lie geriickt, als gefunden wurde, daB bei ver- scliiedenen Algen ein Unterschied in der Chromosomenzahl besteht bei Individuen, die in der auBeren Gestaltung ihres Thallus vo'llig gleich sind. Es war lange bekannt. daB bei Dictyota, Polysiphonia und manchen anderenMeeresalgenTetrasporenundGameten auf getrennten Individuen gebildet werden, die sich aber sonst vollkommen gleichsehen Die Untersuchung der Chromosomenzahlen hat ergeben (vgl. S. 178), daB die Tetrasporen- pflanzen diploid sind wie der Sporophyt der Archegoniaten, die Gameten erzeugenden Pflanzen "dagegen haploid, also wie das Archegoniatenprothallium. Von den Ver fechtern der homologen Theorie wurde diese Tatsache sofort als Beweis fur ihre Lehre herangezogen; und sie taten das mit urn so groBerer Sicherheit, als gezeigt wurde daB das Prothallium einiger Fame diploid der Sporophyt haploid sein kann. Sie hieltei es so in einigen Fallen fiir bewiesen, daB die Form des Individuurns und seine Chro- mosomenzahl in keiner notwendigen Weise in Zusammenhang stehen. Die Entdeckung des Wechsels der Chro- mosomenzahlen bei den Algen hatte jedoch noch eine andere Wirkung. Die Frage nach dem Ursprung des Sporophyten, wie sie zu- nachst fiir die Archegoniaten erhoben wurde, muBte jetzt schon bei den Thallophyten gestellt werden. Denn es wird ja wohl all- gemein angenommen, daB die Archegoniaten von den Algen herzuleiten sind: und, wenn ein Wechsel von cytologisch ver- schiedenen Generationen schon bei diesen vorhanden ist, so muB er doch wohl bei den Algen- Ahnen der Archegoniaten existiert haben. Da nun weiterhin der Sporophyt bei den betreffenden Algen eine frei lebende Generation ist, wahrend er bei alien Archego- niaten (zum mindestenin den Anfangsstadien) in dem Bauch des Archegoniums einge- schlossen ist, so hat man angenommen, daB letzteres ein sekundarer Zustand sei. Endlich besteht ein bemerkenswerter Unter- schied zwischen Algen und Archegoniaten in der Lebensweise. Erstere leben im Wasser, letztere auf dem Land. Das fiihrte zu dem SchluB, daB der abhangige Zustand des Sporophyten sekundar angenommen wurde im Zusammenhang mit dem Leben auf dem Lande. Definitiv beantworten laBt sich die ganze Frage heute nicht. Ein Punkt jedoch s'cheint klar zu sein: wenn der ursprungliche Typus des Sporophyten dargestellt ist durch eine frei lebende Pflanze, und wenn die Ein- chlieBung desselben im Bauch des Arche- ;-oniums eine sekundare Erwerbung ist, die n Beziehung steht zu der Wanderung aus dem Wasser auf das Land, so kann dieser Vorgang wiederholt stattgefunden haben n verschiedenen Abteilungen. So mag die Umhiillimg des Sporophyten durch das Archegonium bei den zwei groBen Stamrnen der Archegoniaten, den Bryophyten und den Ptericlophyten, sich in den beiden Gruppen unabhangig entwickelt haben. Ist dem so, dann brauchte man beicle nicht wie bisher als phylogenetisch verwandt zu betrachten, und hatte nicht notig, die Ent- wickelungsgeschichte der Farnpflanze in den Termini "des Bryophyten-Sporogoniums zu lesen. Aber durch alle diese Wandlungen in den Anschauungen wird die Frage nach der Herkunft "der beiden Generationen nicht beriihrt. Sie verlegen nur die Dis- knssion zuriick zu stammesgeschichtlich friiheren Formen. Aus schon angefuhrten Griinden erscheint es wahrscheinlich, daB der normale Kernzyklus sich von der Ent- , stehung an bei alien Nachkonnnen der Pflan- 204 Fortpflanzmig der Gewiichse (Fame) zen in jeder Generation wiederholte, die Gene- rationswechsel zeigen, und daB in jedem vollstandigen Entwickelungskreise der Kern- verschmelzung bei der Befruchtung eine Keduktion folgte. Es muB also immer, da der Kreis mit der Sexualitat anfangt, zwischen Kernverschmelzung und Keduktion eine Phase von irgendeiner Struktur und von irgendwelcher auBeren Form gegeben haben, mag das auch nur eine eiuzige Zelle gewesen seiu. Diese Phase aber ist eben das, was wir als Sporophyt bezeichnen. Es ist gleichgiiltig, ob derselbe von dern Gametophyten sich nicht unterscheidet in der Form, wie das bei einigen Meeres- algen der Fall ist, oder so weit verschieden ist, wie bei den landlebendenArchegoniaten. Das Wesentliche ist, daB diese Phase konstant vorhanden ist. Fragen wir nach dem Ur- sprung dieser Phase, so miissen wir zum Vergleiche jene Algen heranziehen, die einen Kernzyklus von primitiver Eini'achheit zeigen. Blieb derselbe in seinen Haupt- ziigen konstant durch die ganze Nachkom- menschaf t hindurch, dann muB der Sporophyt imrner eine voni Gametophyt unterschiedene Phase gewesen sein. In diesem Sinne war der Generationswechsel immer wahrhaft antithetisch. Die beiden Generationen konnen im strengen Sinn des Wortes nie- mals homolog gewesen sein; denn wenn der Kernzyklus immer dem norm ale n Typus gemaB verlaufen ist, waren sie nicht homo- genetisch. DaB eine Verschiedenheit der den beiden Generationen innewohnenden Krafte und Entwickelungsfahigkeiten vor- handen ist, zeigt sich schon darin, daB die am weitesten differenzierten Strukturen bei dem Sporophyten zu finden sind. Be- trachten wir die Landvegetation, die irgend- wp die Erdoberflache bedeckt, so sehen wir, daB die uberwiegende Sporophytgene- ration alle praktischen Aufgaben der Pflanze erfiillt, und daB in ihr versteckt sind die letzten Spurendesreduzierten Gametophyten. 5. Antheridien und Archegonien. Diese Organe der Fortpflanzung zeigen bei alien Pteridophyten im wesentlichen dieselbe typische Struktur, mb'gen sie auch bei ver- schiedenen Abteilungen in Einzelheiten abweichen. Ueberdies ist man jetzt all- gemein der Ansicht, daB sie Organe ,,sui generis" seien, und nicht in irgendeiuer Weise durch Abandoning oder Metamor- phose aus vegetativen Teilen entstanden sind, so wie z. B. Blatter oder Haare, wie man das einst annahm. Das Anther idium stellt eine Cyste dar, die Zellen enthalt (Spermatocyten, Spermatozoid-Mutterzellen), deren jede einen einzigen mannlichen Gameten, ein Spermatozoid, erzeugt (Fig. 3). Es ist umgeben von einer Wand, die gewohnlich aus einer einzigen Zellschicht besteht. Gro'Be und Lage wechseln bei verschiedenen Formen. Beim Wurmfarn z. B. sind die Antheridien relativ klein und erheben sich von der Ober- flache des Prothalliums. In anderen Fallen, z. B. bei Ophioglossum (Fig. ]0), sind Fig. 10. Ophioglossum vulgatum. A bis C Entwickehing des Antheridiiiins aus einer ober- flachlichen Zelle, D das Antheridium noch ge- schlossen, E ein Spermatozoid. Nach Brucn- mann. sie sehr groB und tief eingesenkt in das Gewebe des Prothalliums, so daB sie kaum iiber die Oberflache desselben hervorragen. Zwischen diesen beiden Extremen finden sich alle Zwischenstufen. Auch das Archegonium hat die Be- schaffenheit einer Cyste, die eine einzige Keihe von Zellen enthalt, deren Zahl variiert. Die unterste Zelle dieser Keihe ist in alien Fallen der weibliche Garnet, das Ei (Fig. 4). Die nachst dariiber liegende Zelle, die sogenannte Bauchkanalzelle, wircl von dem Ei abgeschnitten kurz vor der Reife des Archegoniums. Dariiber kann dann eine einzige Halskanalzelle liegen, die jedoch mehrere Kerne enthalt. In anderen Fallen ist die Zahl dieser Halskanalzellen gro'Ber, besonders deutlich bei den Lycopodinen (Fig. 11). Diese Zellreihe ist mit ihr em unteren (ventralen) Teil eingebettet in das Gewebe des Prothalliums, wahrend das andere Ende umgeben ist von einer einzigen Lage von Zellen, die den Hals des Archegoniums aufbauen. Die Halszellen sind in vier Reihen angeordnet, die am Scheitel in Form einer Rosette zusammenschlieBen. In manchen Fallen ragt der Hals vor als ein langer. ge- bogener Fortsatz, z. B. beim Wurmfarn (Fig. 4). Bei anderen erhebt er sich kaum iiber die Oberflache des Prothalliums, z. B. bei Marattiaund Ophioglossum (Fig. 12). 6. Befruchtung. In alien beobachteten Fallen 6'ffnen sich die Sexualorgane bei der Reife, wenn von an Ben her Wasser in tropf- bar fliissiger Form darauf kommt, und nur dann. Die geschlechtliche Fortpflanzung aller Pteridophyten ist also an das Vor- Kort|>flnnzung der Gr'ewfirhsr (Fame) 205 handensein von Wasser gebunden, und zeigt viele Analogien mit demselben Vorgang bei K Br Mil >- -S-- Fig. 11. Lycopodium complanatum. Pro- thallium mit Antheridien an, Archegonium ar und jungem Embryo k. VergroBerung 26-fach. Nach Bruchmann. gewissen Algen. Die Oeffnung wird bewirkt i durch schleimiges Aufquellen des Zell- inhaltes der Organe und besonders auch der sich auflb'senden Zellwande. Die An- theridien offnen sich am Scheitel entweder durch Auflosung oder durch Loslb'sung einer oder mehrerer Zellen der Wand, und die Spermatocyten werden ausgestoBen, teils infolge Aufquellens ihres eigenen Schleimes, teils dadurch, daB sich die Zellen der Wand nach innen hin ausdehnen. * Ehe die Spermatocyten aus dem Antheridium austreten, gehen in ihrem Protoplasma Veranderungen vor sich, so, daB nach der Befreiung von dem anhangenden Schleim ein spiraliges Gebilde rait mehr oder weniger zahlreichen Windungen zu erkennen ist, das einen Kern enthalt und ein zartes Band (oder einen Faden) tragt, das ebenfalls aus dem Protoplasma entstanden ist. Letzteres wird Blepnaroplast genannt, aus ihm entstehen die Cilien. Das so gebildete, mit vielen Cilien versehene, Spermatozoid stellt die bei den Filicales und Equisetales haufigste Form dar. Aehnlich finden wir es bei Iso- etes, nur die Form, die GroBenverhaltnisse, sowie die Zahl der Windungen und der Cilien andern sich. Der Typus fiir die Psi- lotales ist noch nicht bekannt. Die Lyco- podiales haben ein zweiciliges Sperma- tozoid, und diese Verschiedenheit in der Zahl der Cilien wird von manchen als wich- tiger Unterschied zwischen ihnen und den anderen Pteridophyten angesehen. Das Archegonium off net sich auch an seinem Scheitel, indem die Zellen der Ro- sette, die denselben bilden, sich vonein- ander trennen. Das wird bewirkt durch Quellung der Halskanalzellen. Die Oeff- Fig. 12. Ophioglossum vulga- tum. A bis C Entwickelung des Archegoniums, D reifes Arche- gonium, geoffnet, mit 2 Spermato- zoiden s vor der Miindung. h Halszellen, hk Halskanalzelle, o Eizelle, b Basalzelle. Nach Bruch- mann. Fig. 13. Onoclea sensibilis. Befruchtung. A Vertikal- schnitt durch ein geoffnetes Archegonium, wahrscheinlich 10 Minuten nach Eindringen des ersten Spermatozoiden. VergroBerung 500-fach. B Bauch des Archegoniums mit Spermatozoiden und dem kollabierten Ei, in dessen Kern ein Spermakern eingedrungen ist. VergroBerung 1200-fach. Nach Shaw. 206 Fortpflanzung der Glewach.se (Fame) nung kann ganz plotzlich vor sich gehen, und der Schleini wird ausgestoBen. Dabei gehen natiirlich die Halskanalzellen und auch die Bauchkanalzelle in dem Hals zu- grimde, und es entsteht ein offener Kanal, der bis zum Ei hinunterfiihrt. Das Ei ist eine Zelle. bestehend aus Cytoplasma und Kern. Das Verhalten von Ei und Sperma- tozoid vor und nach der Befruchtung ist bei gewissen Farnen sorgfaltig verfolgt und untersucht. Die nach auBen gekehrte Flache des Eies ist zunachst konkav (Fig. 13). Spater aber wird sie konvex und der Scheitel stellt nun den Empfangnisfleck dar. Das Spermatozoid bewegt sich frei schwimmend in dem Wasser, in das es aus dem Anthe- ridium entlassen wurde. Es macht aktiv ] schraubige oder spiralige Bewegungen, deren Richtnng ganz willkiirlich und unregel- mafiig erscheint, solange nicht richtende Einfliisse auftreten. Solche sincl aber ge- geben durch Losnngen (Aepfelsaure), welche aus dem Hals heraus diffundieren (vgl. den Artikel ,, R e i z e r s c h e i n u n g e n der Pflanze n" : Taxien [Chemotaxis]). Damit werden die Spermatozoiden in den Hals hineingelockt und eins von ihnen tritt am Empfangnisfleck in das Ei ein. Von Shaw ist beschrieben worden, j wie das Ei, sobald das Spermatozoid ein- gedrungen ist, seine prall abgerundete Form verliert. Es mag sein, daB der stark turgeszente Zustand, in dem sich das Ei befindet, dem durch den engen Hals sich herabschraubenden Spermatozoid es erleichtert, sich in das Cytoplasma des Empfangnisflecks einzubohren, und daB durch den plasmolysierten Zustand nach dem Emdringen eines Spermatozoids die folgenden Spermatozoiden dieses Vorteils beraubt werden; so wurde das Ei vor An- griffen derselben, oder gar vor mehrfacher Befruchtung geschiitzt. Kurz nach dem Emdringen des Sperma- tozoids in das Ei erlangt dieses wieder die friihere Turgeszenz. Der mannliche Kern tritt mit dem Eikern in Verbindung, wahrend Plasmaband und Blepharoplast im Cyto- plasma des Eies verbleiben, um dort ab- sorbiert zu werden. Nach Beriihrung mit dem Eikern wird der Spermakern soi'ort netzformig, seine Struktur wird lockerer, die spiralige Form verschwindet. SchlieB- lich geht er vollkommen im Eikern auf. Es ist noch nicht sicher, ob die bei den Farnen beobachteten Einzelheiten allgemein fur alle Pteridophyten gelten. Das Ergebnis ist eine Zygote, die sich inzwischen mit einer zarten Wand umgeben hat. 7. Entwickelung des Embryos. Die Tat- sache, daB aus der Zygote der Embryo ent- wickelt wird, wie \vir das schon beim \Vurmfarn fcstgestellt hatten, gilt fiir alle Pteridophyten. Die Form jedoch, die der Embryo annimmt, \vt-chselt in den verschiedenen Fallen. Dariiber ist der Artikel ,,Farne" nachzulesen. AuBer- dem ist in den Diagrammen A bis H der Figur 14 in rohen Umrissen eine Darstellung gegeben. Man sollte zunachst denken, daB so welt aus- einandergehende Formen nicht in ein gemein- sames Schema gebracht werden kunnten. \\Yim Fig. 14. Diagramme von ver- schiedenen Pteridophyten-Em- bryonen. Der Suspensor ist ge- strichelt, die hypobasale Hemi- sphare ist punktiert gezeichnet, die epibasale ist weiB ge- blieben. A Selaginella spinu- losa, B Selaginella Martensii. C Lycopodium selago, D Lyco- podium davatum, E Lycopo- dium cernuum, F Isoetes, G Equisetum, H Adianturn: c Cotyledo, ap Stammscheitel. r Wnrzel, hyp Hypocotyl, f FuB, s Suspensor. In den Dia- grammen sincl divergente Typen nebeneinandergestellt, um die Punkte, in denen sie iiberein- stimmen und die, in denen sie sich unterscheiden, hervorzu- hebem Fortpflanzung der Gewachse (Fame) 207 man aber die sekundaren und variablen Charak- tere trennt von den primaren und konstanten, so ist es mb'glich, einc grundlegende Ueberein- stimmung zu erkennen. Das Vbrhandensein oder Fehlen eines Suspensors, mit welchem der Embryo tiei in das Gewebe des Prothalliums versenkt ist; die Bildung von haustorienartigen Auswiichsen usw. konnen als spezielle biologische Anpassungen unberiicksichtigt bleiben. Konstant dagegen ist immer der Ort der Entstehung des Scheitels der Achse in Beziehung zn der urspriinglichen Po- laritat des Embryos, die Orientierung des Coty- ledo oder ersten Blattes z\i diesem Scheitel, und die seitliche Stellung der ersten Wurzel. Tat- sachlich ist der Embryo vom ersten Anfang an ein SproB, der Blatter und seitliche Wurzeln tragt in verschiedenen Stellungen. Die spater erscheinenden Unterschiede werden vemrsacht durch die Anpassung dieses jungen Sprosses an die Erfordernisse der Ernalirung. Sogar das Vorhandensein oder Fehlen eines Suspensors kann in Beziehung gesetzt werden zu den bio- logischen Bediirfnissen des Embryos. Seine Bildung ist bestimmt durch die erste Teilung der Zygote, die transversal zur Achse des Arche- goniums verlauft (Fig. 15). Von den zwei Zellen, I B y y Fig. 15. Diagramme, die die Teilungen des Embryos darstellen. I mit einem Suspensor, II ohne Suspensor. Die Schattierung wie in Fig. 14. BB Basal wand, x Scheitel, y Basis, o, o Oktantenwande. die so entstehen, wird die dem Halse niiher liegende zum Suspensor verlangert und ver- grabt die andere, die embryonale Zelle, tief in das Gewebe des Prothalliums. Wir linden einen Suspensor bei den Lycopodinen , bei Botry- chium obliquurn, bei Helminthostachys und bei Danaea. Er lehlt bei den meisten Farnen, bei Equisetum und Isoetes. Ein Vergleich der beiclen Kategorien zeigt, daB das Vorhandensein des Suspensors charakteristisch ist liir die Gruppen, die ein verhaltnismafiig groBes Pro thallium besitzen, das oft unter- irdisch lebt und sich saprophytisch ernahrt. Bei den Gruppen ohne Suspensor linden wir ge- wohnlich kleinere oberirdische und autotrophe Prothallien. Der bestimmende Faktor ware demnach die GroBe und Masse des ernahrenden Prothalliums, d. h. die Nahrungsaufnahme im Jugendstadium. Bei den Farnen entsteht aus einem Pro- thallium gewohnlich nur ein einziger Sporophyt. DieProthallienvonEquiseturn,Ophioglossum und Ly co podium konnen jedoch mehr als einen Sporophyten tragen. Im ersteren Fall wird durch den SexualprozeB keine Vermehrung der Indiviiluenzahl veranlaBt, wie diese durch die Zahl der Sporen gegeben war. Im anderen Fall aber ergibt auch die Sexualitat eine Ver- mehrung der Zahl der Individuen gegeniiber der durch die Sporenzahl der Elternpflanze bestimm- ten. Auch bei diesen Pteridophyten lindet durch die Sexualitat keine wesentliche Vermehrung statt. Sie dient nur der Erhaltung des Rasse mit alien den Vorteilen, die sich aus dem Sexual- prozeB ergeben. 8. Sporangien. Das Sporangium ist ebenfalls eine Kapsel, welche bei der Reife die Sporen enthalt eine oder viele nach auBen geschiitzt durch eine Wand, die aus einer oder mehreren Zellagen aufgebaut ist. Bei alien primitiveren Typen werden die Sporen durch Aufspringen des Sporangiums frei, bei Wasserformen durch Auflb'sung der Wand. Die Sporangien kb'nnen zn einem Sy- nangium vereinigt sein, oder aber einzeln und getrennt voneinander stehen. In manchen Fallen sind die Sporangien groB, mit kurzem massivem Stiel und vielen Sporen. Dann pflegen sie in das Gewebe des sie tragenden Organs eingesenkt zu sein wie bei Ophio- glossum; in anderen Fallen wieder stehen sie auf langen Stielen(bei den meistenFarnen), dann sind sie relativ klein und enthalten eine maBige Anzahl von Sporen. Der erste Typus diirfte der altere, der zweite der abgeleitete sein. Fur das Aufspringen ist vorgesorgt durch die Struktur der Wand. Die Stelle, an welcher der Bruch stattfinden soil, ist genau vorausbestimmt. Mechanisch-atitomatische Vorrichtungen, die namentlich bei den kleineren Sporangien gut ausgebildet sind, veranlassen das weite Klaffen des Kisses, und sogar das heftige AusstoBen der reifen Sporen. Ein Beispiel hierfiir haben wir in dem Wurmfarn gesehen. Die Sporangien konnen einzeln, z. B. bei Lycopodium, oder zu Gruppen vereinigt stehen. Im letzteren Fall sind sie haufig einem gemeinsamen Receptakulum aufge- setzt, das mit einem GefaBbiindel versehen ist. 1st dabei die Zahl der Sporangien klein, so wird das Gauze Sp or angiophor genannt, so bei Equisetum und Psilotum. Bei vielen Farnen treffen wir eine ahnliche An- ordnung, aber dort sind die Sporangien vie! zahlreicher, die Versorgung mit einem Ge- faBbiindel fehlt bisweilen. Man spricht hier von Sori, die in der verschiedensten Weise iiber die Blatter, welche sie tragen, verteilt sind (Fig. 1). In alien Fallen beginnt die Entwickelung des Sporophyten mit einer vegetativen Periode, die mehr oder weniger lange dauern kann. Dann werden Sporangien erzeugt, die auf die verschiedenste Art und Weise auf ihm verteilt sind. Bei Lycopodium Selago, beim Wurmfarn u. a. unterscheiden sich die 208 Fortpflanzung der Crewachse (Fame) Sporophylle nicht von den anderen j Blattern. Es 1st so, als ob einfach die ; Sori auf diese aufgesetzt wareu. Dies sind offenbar die primitivsten Formen, in welchen alle Blatter alle Funktionen er- fullen. In anderen Fallen, die man als Zwischenstufen ansieht, werden die Sporan- gien nur in besonderen Regionen des Sprosses j erzeugt. Beispiele hierfur sind die end- standigen Aehren von Lycopodium cla- vatum und Equisetum. Endlich finden sich besondere Sporophylle getrennt von den j gewohnlichen Blattern, wie bei Lorn aria; Spicant, oder aber besondere fertile Teile eines Blattes, wie bei Osmunda regalis. Das sind spezialisierte und abgeleitete Formen. Aber welches auch die Verteilung sei, immer ist das Ziel der vegetativen Entwickelung des Sporophyten die Er- zeugung von Sporen. Sind alle Sporen gleich, j wie bei den primitivenhomosporen Typen, so wachst mit der Zahl der produzierten Sporen auch die Aussicht auf Erhaltung und Ausbreitung der Rasse. An dieses Prinzip sollte in jeder Studie liber die sporen- tragenden Glieder der Pteridophyten erinnert werden. Mag die GroBe, Form, Art der Grup- pierung usw. der Sporangien auch noch so sehr variieren, im wesentlichen sind es immer Kapseln, die Sporen enthalten. Diese ent- stehen bei alien Pteridophyten aus einer oberflachlichen Zelle, oder einer Gruppe von solchen. Das junge Sporangium teilt sich derart, daB in den einfachsten Fallen eine einzige, in komplizierteren eine Gruppe von Zellen gebildet werden, die innerhalb einer i umgebenden Wand liegen. Diese inneren ! Zellen sind das sporogene GewebeJ charakterisiert durch den dichten Proto- plasmainhalt seiner Zellen. Nach weiteren Teilungen, die in Zahl und Richtung (merk- wiirdig konstant sind rechtwinkelige Tei- lungen) bei verschiedenen Typen verschieden sind, entsteht eine Menge von annahernd wurfelformigen Zellen, das sind die Sporen- mutterzellen. Diese sind umgeben von einem Nahrgewebe, den Tapetenzellen (s. Fig. 16). Die Sporenmutterzellen, mit groBem Kern und guternahrtemProtoplasma, trennen sich voneinander, runden sich ab und schwimmen nun in einer Nahrfliissigkeit, die das sich vergroBernde Sporangium ausfullt. Die Tapetenzellen werden bei der Reifung des Sporangiums allmahlich aufgelost und zuweilen erleiden gewisse Sporenmutter- zellen das gleiche Schicksal (Fig. 16, B a). Die geloste Substanz der Tapetenzellen dringt zwischen die voneinander getrennten Sporenmutterzellen ein, und mischt sich mit dem schon erwahnten Nahrmedium. So ist es besonders bei den Farnen. Der nachste Schritt ist, daB in jeder Sporenmutterzelle Tetradenteilung des Ker- nes eintritt, verbunden mit Reduktion der Chromosomenzahl auf die Halfte. Der Kernteilung folgt Zellteilung in 4 Zellen. Diese bleiben zunachst noch im Zusammen- hang, aber mit fortschreitender Reife werden sie getrennt, da jede eine dicke, schiitzende Wand ausbildet. Die reife Spore ist also eine einzige Zelle, mit einem Kern von haploider Chromosomenzahl, das Cytoplasma versorgt mit einem ziemlich beschrankten Vorrat von Nahrmaterial, nach auBen ge- schiitzt durch eine verdickte Wand, die ver- ziert ist mit unregelmaBigen Vertiefungen und Erhohungen. Mit der Spore beginnt die Fig. 16. Equisetum Limosum. A Sporangiumscheitel, das sporogene Ge we be umgeben von dem Tapetum (schattiert) und der Sporangiu:mwand. B Teil eines alteren Sporangiums, das Tapetum (t) noch deutlich, seine Zellen jedoch nicht mehr gegeneinander abiegrenzt; innen das sporogene Gewebe, von dem gewisse Zellen (a) zugrunde gehen. Vergro'Berung 200-fach. Fortpflanzung der Gewachse (Fame) 209 haploide Phase des Entwickelungskreises. Nach einer Ruhepause, die auch ausfallen kann, keimt sie und erzeugt einen Gameto- phyten, das Prothallium. 9. Vergleichung der Antheridien, Arche- gonien und Sporangien. Eine Vergleichung der Sexualorgane der Pteridophyten mit den Sporan- gien zeigt, daB alle drei Organe die Beschaffen- heit einer Cyste oder Kapsel haben, urageben von einer Wand, die sich b'ffnet, um die Fort- pflanzungszellen frei zu geben. Es besteht also eine weitgehende Aelmlichkeit zwischen ihnen. Ob das mehr bedeutet als einen Hinweis auf ihre Entstehung an der Luft und auf das Bediirfnis nach Schutz fur die Fortpflanzungszellen ist wohl fraglich. Besteht doch ein wesentlicher UnterscMedzwischendenSexualorganen nicht blofi vermoge ihres Inhaltes, sondern auch in der Art wie sie sich offnen. Die Sporangien offnen sich in- folge von Austrocknung, die reifen Sporen selbst stellen einen trockenen Staub dar. In der Tat ist das Sporangium, das Endprodukt eines Lebens auf demLande, an welches derSporophyt angepafit ist. Auf der anderen Seite ist das Prothallium nicht an ein Leben an trockenen Orten angepaBt, die Sexualorgane reifen nur, wenn von auBen Wasser herantritt. Sollten Sporangien und Sexualorgane homo- loge Gebilde sein, was doch wegen ihrer Stellung auf verschiedenen Generationen unwahrscheinlich ist, so miifiten sie sich schon in einer sehr friihen Periode aus einem gemeinsamen Anfang heraus- differenziert haben. Eine andere Frage ist es indessen, inwieweit Antheridien und Archegonien vergleichbar sind. Sie zeigen offensichtlich analoge Strukturen, die noch deutlicher erkennbar sind bei den Bryo- phyten. Fiir beide Gruppen kann wohl mit Recht behauptet werden, daB Autheridien und Arche- gonien irn Grunde ahnliche Gebilde sind, die entsprechend ihrer geschlechtlichen Bestimmung Differenzierungen zeigen. Es liegt nahe, sie mit den Gametangien gewisser Algen zu analogisieren. Jedoch ist es zurzeit nicht moglich, mit diesen Analogien so weit zu gehen, daB man irgend- welche heute bekannte Algen mat Sicherheit als die Ahnen der Archegoniaten bezeichnen konnte. 10. Heterosporie. Es ist ziemlich sicher, daB die homos por en Formen, bei denen alle Sporen von gleicher GroBe sind, die primi- tiveren der Pteridophyten sind. Wir finden Homosporie unter vielen friiheren Fossilien, wie auch bei Lycopodium, Equisetum und alien lebenden Farnen, ausgenommen die Hydrppterideae. Die Homosporie hat einfach eine Vervielfachung der moglichen Lebewesen zur Folge, die untereinander alle die gleichen Chancen haben. Die Entwicke- lungsmoglichkeit jedes Individuums dieser Gruppe ist aber beschrankt durch den ge- ringen Vorrat der Spore an Nahrmaterial, so daB der aus ihr hervorgehende Gameto- phyt sehr bald sich selbst ernahren muB. Die Folge ist, daB viele Individuen schon den bei der Keimung drohenden Gefahren erliegen: ihr Verlust wird nur aufgewogen durch die ungeheuere Zahl der erzeugten Sporen. Einen Fortschritt gegenilber dieser primitiven Handworterliuch der Naturwissensehaften. Band IV Methode der Vermehrung bedeutet das Auf- treten der Heterosporie. Bei vielen Pteri- dophyten finden wir mannliche und weib- liche Prothallien (Equisetum), die Sporen aber, aus welchen diese entstehen, sind gleich und es laBt sich nicht ohne weiteres vorher sagen, ob aus einer gegebenen Spore ein mannliches oder ein weibliches Prothallium entstehen wird. In anderen Fallen aber sind schon die Sporen von ungleicher GioBe, ent- sprechend dem Geschlecht, dem sie den Ur- sprung geben sollen. Wir unterscheidenMikrosporen als die- jenigen, welche nur mannliche Prothallien hervorbringen ; sie sind klein und gleichen in GroBe und Aussehen den Sporen der homosporen Typen. Ihnen gegeniiber stehen die Produzenten weiblicher Prothallien, die Makrosporen, welche viel groBer sind als die Sporen der primitiven Typen. Als Beispiel wahlen wir Selaginella. Bei dieser Pflanze- stehen bekanntlich die Spo- rangien (Fig. 17) auf der Basis der zu ahren- fb'rmigen Gebilden vereinigten Blatter. Fig. 17. Selaginella. A fertiler Zweig, B Gipfel desselben im Langsschnitt. Links Mikro-, rechts Makro- sporangien tragend. Zwecks Eutwickeltmg der Mikrosporen bilden die Mikrosporangien zunachst eine groBe Anzahl von Sporenmutterzellen (Fig. 18, A). Diese werden umgeben yon einer Schicht Tapetenzellen, welche ihrerseits wieder der ein- oder mehrschichtigen Spor 14 210 Fortpflanzung der Ge\vachse (Fame) angienwand anliegeu. Durch Teilung samtlicher Sporenmutterzellen in 4 Sporen entstehen die Mikrosporen (Fig. 18, B). Die Makrosporangien haben in ihrer Jugend dasselbe Aussehen wie die Mikrosporangien. Auch sie erzeugen zahlreiche Sporenmutter- zellen. Zwecks Bildung der Makrosporen aber entwickelt sich nur erne Sporenmutter- B Makrosporen besitzen eine sehr derbe Wand, einen erheblichen Vorrat von Reserve- substanzen und Protoplasma, sowie einen Zellkern. Wenn sie sich auf feuchtem Sub- strate entwickeln, so teilt sich der Kern in i eine groBe Anzahl von solchen, die sich in bestimmten Abstanden ordnen. Erst spater wird jeder Kern mit einem be- stimmten Anteil des Proto- plasmas durch Zellwande gegen die benachbarten abgegrenzt. Die so entstehende Zellmasse stellt das weibliche Prothal- , V& limn dar, das hier vollig farb- los ist und sich auf Kosten der Reservesubstanzen er- nahrt, die in der Makrospore gehauft waren. Auf dem Scheitel des Prothalliums ent- stehen einige wenige Arche- gonien und nun wird (Fig. 18, E) Fig. 18. A C Selaginella-Sporangien irn Langsschnitt. A mit Sporenmutterzellen, B mit Mikro-, C mit Makrosporen, a, b Wanthings-, c Tapetenzellen, D gekeimte Mikrospore, p Pro- thallium, w Wand, s Spermatozoiden. E Makrospore mit Prothallium und Embryonen im Langsschnitt. zelle weiter, alle anderen werden reduziert ! (Fig. 18, C). Aus der einen weiter entwickelten Sporenmutterzelle gehen dann 4 groBe Sporen hervor, von denen 3 in der Figur sichtbar sind. Bei der Keimung der Mikrosporen ent- steht an dem einen Pol derselben eine kleine uhrglasfb'rmige Zelle (p) Figur 18, D. Das ist das ganze Prothallium, das hier also sehr reduziert ist. Im Zusammenhang mit ihm bildet sich ein Antheridium heraus, dessen Wandzellen (w) und Spermatozoiden-Mutter- zellen (s) in der Figur unschwer zu erkennen sind. Die Spermatozoiden werden frei durch AufreiBen derWandung infolge von Benetzung. die Wandung der Makrospore gesprengt. Bei geniigendem Wasservorrat dringen die Spermatozoiden in die Archegonien ein und befruchten die Eizellen. Die so gebildeten Zygoten entwickeln sich nicht alle weiter. In der Regel wachst nur ein Embryo zur normalen Selaginellapflanze heran. " Eine Eigenart unserer Gruppe ist es, daB die Embryonalanlage durch einen wenigzelligen Fortsatz, den Embryonaltrager, in das Pro- thalliumgewebe hinabgeschoben wird, um von diesem ernahrt zu werden. Die Heterosporie finden wir nicht bloB bei den lebenden Arten von Selaginella und Isoetes und bei den Hydropterideae. Fortpflaazung der Gewachse (Fame) 211 Sie war auch vorherrschend bei den fossilen | Lepidodendraceae und ist fur Ca- lamostachys nachgewiesen worden. Aus den erwahnten Beispielen geht hervor, daB die heterospore Differenzierung in mehreren verschiedenen Reihen vor sich ging, und es ist wohl anzunehmen, daB sie polyphyleti- schen Ursprungs ist. Durch diese Neuer- werbung wurden nicht wesentlich verandert die Mikrosporangien, in welchen die Mikro- sporen so zahlreich sincl wie bei den ver- wandten homosporen Formen die Sporen. In den Megasporangien jedoch (welche am aller- ersten Anfang den Mikrosporangien gleich sein mochten, so zeigend, daB sie beide gemein- samen Ursprungs sind) wird ein Teil der Keimzellen geopfert, um der besseren Er- nahrung der noch bleibenden zu dienen. Die Zahl der gebildeten Megasporen wechselt: bei den Lycopodinen finden wir Zahlen von 24, 16, 8 bis 4 und 2, bei Selaginella ru- pestris und bei den Hydropterideae wohl nur eine einzige, gut ernahrte Spore als alleiniges Erzeugnis jedes Megasporangiums. Die Megaspore ist von betrachtlicher GroBe und mit reichlichem Nahrmaterial aus- gestattet; auf dessen Kosten wird gewohn- lich ein ziemlich reduziertes Prothallium ge- bildet, das eines oder mehrere Archegonien tragt. Was dabei gewonnen wird, ist, daB ein betrachtlicher UeberschuB von Nahrstoffen nach der Befruchtung iibrig bleibt, von welchem dann tier junge Sporophyt leben i kann, bis er imstand'e ist, fur sich selbst zu sorgen. Die so besser garantierte GewiBheit seines Bestehens und Fortkommens ist das Gegengewicht gegen die Vermin demng der Zahl der erzeugten Sporen. Die Heterospoiie bedeutet also einen biologischen Fortschritt. 10. Biologische Betrachtungen iiber den Generationswechsel. Wir haben ge- sehen, daB die Archegoniatenreihe wahr- scheinlich von Wasserformen abstammt, die, wie so viele unserer heutigen Algen, seichtes SuBwasser oder aber die hoheren Zonen zwischen den durch die Gezeiten gegebenen Grenzen bewohnen. Soweit diese Algen Sexualorgane besitzen, finden wir eine sehr wechselnde Ausbildung der haploiden und der diploiden Phase. Bei manchen ist letztere durch eine einzige Zelle dargestellt, bei an- deren wieder durch eine selbstandige Pflanze. Wir wissen nicht, wie der Sporophyt der Archegoniaten entstand. Es kann sein, daB er schon bei einem solchen Prototyp in der Gruppe der Algen als selbstandige Gene- ration oder Pflanze vorhanden war; und daB als sekundare Erscheinung, infolge des Ueber- gangs zum Landleben, der Umstand auftrat, daB die Zygote, statt sich vor der Befruch- tung von der Mutterpflanze loszulosen, in dem Gametangium zuriickblieb, welches sich nun zum Archegonium entwickelte. Die urspriinglich freilebende Pflanze wird nun zunachst von der Mutterpflanze ernahrt, ein Zustand, der, bei den Archegoniaten all- gemein vorhanden, seine offensichtlichen Vorteile bei dem Leben an der Luft hat. Oder aber es kann sein, daB die Entwickelung der Zygote von Anfang an in diesem Organ vor sich ging, und daB die einfachen Verhalt- nisse, wie wir sie bei manchen Bryophyten finden, darauf hindenten, wie von vielen angenommen wird, wie der Sporophyt sich zuerst entwickelte. Es ist nutzlos, zurzeit die Frage nach dem letzten Ursprung des Sporophyten dieser Pflanzen weiter zu ver- folgen. Aber die biologischen Bedingungen, welche dessen immer weitergehende Ent- wickelung begiinstigten, liegen klar zutage. Bei den Algenahnen der Archegoniaten wurde die sexuelle Vermehrung moglich durch das umgebende Wasser, und wenn nur sonst alle Bedingungen erfiillt waren, konnte die- selbe stets stattfinden, da das Wasser jeder- zeit vorhanden war. Wenn jedoch gewisse Formen, vieUeicht um dadurch der Konkur- renz ails dem Wege zu gehen, sich am Lande verbreiteten, so war dort nur gelegentlich das Vorhandensein von Wasser gegeben. Bei ihnen konnte der SexualprozeB nur statt- finden, wenn es regnete, oderzurZeit derFlut oder bei reichlichem Tan, und selbst dann nur, wenn gerade die Sexualorgane reif waren. So war also die Vermehrung durch die Sexua- litat nicht mehr gentigend gesichert, und es muBte eine andere Methode der VergroBe- rung der Individuenzahl gefunden werden. Diese Schwierigkeit wurde gelost durch die starke Ausbildung des Sporophyten mit seinen vielen Sporen. Einmal befruchtet, konnte die Zygote Teilungen eingehen und auf die eine oder andere Weise zahlreiche Sporen hervorbringen. Jede dieser Sporen bildet dann den Ausgangspunkt fur ein neues Individuum, und Trockenheit, die die Sporen in eine pulverige Masse verwandelt. begunstigt ihre Ausstreuung. In je trockenere Re- gionen nun diese Pflanzen sich begaben, um so geringer wurden die Aussichten einer haufig wiederkehrenden Vermehrung durch Sexualitat, und um so mehr nahm die Not- wendigkeit der Vermehrung durch Sporen zu. Jede VergroBerung der Sporenzahl aber bedingte die Beschaffung einer groBeren Menge von Nahrstoffen zu deren Bildung. Bei den Pteridophyten kommt dies dem Sporophyten zu, der selbstandig wird, nach- dem die ersten Stadien der Embryo- entwickelung voriiber sind. Je wirksamer also die Ernahrung durch den Sporophyten betrieben werden konnte, um so besser wurden die Aussichten auf Erhaltung und Ausbreitung der Rasse. Es ist so denn ganz natiirlich, daB wir bei den Pteridophyten den Sporophyten als die uberwiegende, be- 14* 212 Fortpflanzung der Gewachse (Fame) - - (Zwischenstufen usw.) herrschende Generation vorfinden. Seltsam dabei ist, mit welcher Beharrlichkeit diese Pflanzen in ihrer Befrnchtung den Typus der Wasserpflanzen beibehalten. Erst bei den Samenpflanzen sehen wir den Befruch- tungsvorgang dem Luftleben angepaBt. Bei ihnen erfolgt die Befruchtung durch einen Pollenschlauch, ist also imabhangig von auBerem Wasser. Dieser Umstand hat zweifellos zu der iiberwiegenden Ausbreitung dieser Pflanzen beigetragen. Ein Schritt vorwarts zu diesen Pflanzen bin bedeutete das Auftreten der Heterosporie, wie wir sie bei den Pteridophyten beginnen sehen. Literatur. 1. A 1 1 g e m e i n c s : Hofmeister, Vcrgleichende Untersuchungen, 1851. --Engler uncl Prantl, Die nali!r//i-/i<'/> Pflanzenfamilien, 1,4- -K- (xoebcl, Organographie der Pflanzen , Jena 1898 bis 1901. - - it. H. Campbell, Mosses mid Ferns. Macmillan, 1905. F. O. Bower, The Origin of a Land-Flora. Macmillan 1908. 7. .P. Lotsy, Botanischc Stammesgeschichte. Cormophyta Zoidogamia, 1909. 2. Spezicllc Abh andl n n if i' n : C. T. Druery, Observations mi . Also p. 289 Apogamy in Nephrodium. H. Schenck, Ueber die Phylogenie der Archegoniaten und der Characeen. En glers Bot. Jahrbuch, Bd. 42, 1908. - - K. Goebel, Ueber Homologien in der Entwicklung mannlicher und weiblicher Geschlechtsorganc. Flora, go, S. 292, 1902. - B. M. Davis, Origin of the Archegonium. Ann. of Bot., 17, p. 477. - It. M. Mottier, Fecundation in f'/mifs. Carnegie Institute, 1904. W. R. Shaw, Fertilisation in Onoclea. Ann. of Bot., 12, p. SGI. - - Scott, Studies in Fossil Botany. Second Edition, 190S. On M'iadesmia and Lepidocarpon see, Vol. I, p. 193 and Vol. 2, p. 6S6. F. O. Bou-er. 3. Zwischenstufen zwischen Farnen und Samenpflanzen. 1. Einleitung. 2. Die Cycadofilices. 3. Die Pteridospermeae. 4. Die Verwandtschaft der Primofilices mit den Pteridospermeae und Cyca- dales. 5. Die Bennettitales. 6. Die Bennettitales und die Angiospennen. 7. Die Bennettitales und die Gnetales. 8. Die Cordaitales, Coniferales und Gingkoales. 9. Die phylogenetischen Be- ziehungen dieser Gruppen. i. Einleitung. Das rein klassifizierende Studium der hoheren Pflanzen wahrend des vergangenen Jahrhunderts hatte die Ent- stehung einer Keihe von Systemen znr Folge, wie die von de Candolle, Bron- gniart, Braun u. a. Sie muBten jedoch einer betrachtlichen Aenderung unterworfen werden, als durch Robert Brown (1827) der Unterschied zwischen Gymnospermen und Angiospennen entdeckt wurde, und dann wieder als die glanzenden Arbeiten Hof- meisters iiber die Entwickelungsgeschichte der Moose, Fame und Phanerogamen (in den Jahren 1849 und 1851) erschienen. Nun wurden andere Schemata aufgestellt, sie alle zeigten schon eine natiirlichere Gruppierung als die fruheren. Diese Periode kann man als abgeschlossen betrachten mit dem System von Eichler (1883), dessen beide groBe Abteilungen, die Crypto- gameu und die Phanerogamen, mit den Unterabteilungen der Thallophyten, Bryo- phyten und Pteridophyten, Gymnospermen und Angiospennen, noch heute als Grund- lage unserer Systeme allgemein angenommen werden. In den letzten Jahren haben neue Einfliisse die Aenderung der a-lten Systeme hinsichtlich der Verwandtschaft der groBeren Gruppen veranlaBt; es sind dies die Phylo- genie und die Palaobotanik. Die meisten derjenigen, die sich mit dem Studium der Floren der Vergangenheit beschaftigen, sind zu der Ansicht gekommen, daB alle die hoheren Pflanzen, die in die Pteridophyten und Phanerogamen einbegriffen sind, nr- sprunglich von primitiven, Farn-ahnlichen Ahnen abstammen, und daB wir es mit meh- reren, unabhangig voneinander aus solchen Ahnen sich entwickelnden Reihen, selbst in der Flora der Gegenwart zu tun haben. Ein System auf Grund solcher phylogene- tischer Betrachtungen unterscheidet sich sehr wesentlich von jedem der bisher auf- gestellten klassenbildenden Systeme. Die Griinde dafiir sollen im folgenden aus- einandergesetzt werden. Betrachtungen dieser Art sind ziemlich Fortpt'l.-m/imt;- (lev Gowaehse (Zwischenstufen usw.) 213 modern, und es soil nicht behauptet werden, daB die Beweise immer vollstandig seien; sie werden es aber wohl in den nachsten Jahrzehnten sein konnen. Seit 1875jedoch, als Williamson die Struktur von Lygino- dendron und Heterangium beschrieb, waren geniigend Beweismittel vorhanden, inn die Hauptlinien der Beweisfiihrung auf eine feste Basis zu stellen. Bis zu jenem Jahr hatte die fossile Botanik wenig oder nichts fiir die Erforschung der phylogenetischen Verwandtsehaftsbeziehungen der heutigen und auch der Pflanzen fruherer Zeitalter der Erde geleistet. Seit der Zeit jedoch hat das Studium der anatomischen Palaobotanik - d. h. fossiler Pflanzen, deren anatomische Struktur uns pft in wunderbarer Vollkommen- heit der Einzelheiten erhalten geblieben ist - in immer steigendem MaBe zur Losung der Probleme der natiirlichen Verwandt- schaften beigetragen. Die Hauptabteilungen der alten Systeme, die auf rein morpho- logischer Vergleichung begriindet waren, sind dadurch ernstlich in ihrer Existenz bedroht oder gar vernichtet worden, und an ihrer Stelle wurden neue geschaffen, beruhend auf phylogenetischer und deshalb natiirlicherer Gruppierung. Es wird unsere Aufgabe sein, die Fossilieu zu besprechen, die sich als Bindeglieder zwischeu Alt em und Neuem erwieseu haben. Diejenigen Fossilien, die uns AufschluB gaben iiber die Herkunft der Gymnospermen, sind ent- deckt wordeu zu einer Zeit, wo wir noch kein Beweismaterial ftir die Abstammung der Angiospermen und Gnetales besaBen, und es wird daher das beste sein, sie zuerst zu betrachten. Ein weiterer Gnind fiir die Einhaltung dieser Reihenfolge ist, daB die Gymnospermen geologisch viel alter sind als die Angiospermen. Um eine klare, zusammeuhangende Ueber- sicht iiber den zu betrachtenden Gegenstand zu geben, seien die Hauptetappen dieser Entdeckungen summarisch vorausgeschickt. Das waren: 1. Die Erkenntnis der Tatsache, daB ein groBer Teil der sogenannten Fame der oberen palaozoischen Gesteine und besonders des Karbons nicht echte Fame sind, sondern synthetische Typen, die Fame und Cycadeen verbinden. 2. Die Entdeckung der samenahnlichen Fruktifikatiou dieser sogenannten Fame, jetzt Pteridospermen genannt. 3. Die Aufklarung iiber die voile Beweis- kraft der Struktur "des Zapfens des meso- zoischen Genus Bennettites. 2. Die Cycadofilices. Es ist schon seit 200 Jahren bekannt, daB in den oberen palaozoischen Gesteinen Abdriicke von Farn- wedel-ahnlichen Blattern haufig zu finden sind, besonders auch in den Gesteinen des Karbons. Viele derselben sind beschrieben in der alteren Literatur iiber botanische Fossilien, und die Fossilien selbst sind wiederholt mit den Wedeln von Pteris und andereu heute lebenden Farnen verglichen worden. In der Tat scheint bis 1850 niemand irgendwelche Vermutung geauBert zu haben, daB diese Wedel anderen Pflanzen als den Faruen angehoren konnten. Diese An- schauung stimmte uberein mit der damals vorherrschenden Meinung, daB die Flora der Karbonzeit im groBen und ganzen nicht sehr verschiedengewesen sei von der heutigen, wenigstens so weit die wichtigeren Aehn- lichkeiten der gemeinen Pflanzen in Frage 1 kommen. Bei der weiteren Forschung nach solchen Fossilien aus dem Karbon wurden gelegentlich Abdriicke ans Tageslicht ge- bracht, die aussahen wie Stamine von Baum- farnen, wodurch die Richtigkeit der oben erwahnten Meinung noch bestatigt schien. I in Anfang des letzten Jahrhunderts gab man den Abdriicken der Wedel auch Namen wie Sphenopteris, Neuropteris und Aletho- pteris, und verschiedene Typen wurden als Species dieser Genera unterschieden von Schlotheim,Sternberg,Brongniartu.a. Mit der Zeit hauften sich viele Tausende von solchen Abdriicken in den europaischen Fig. ]. Sphenopteris Honinghausi; der Wedel von Lyginodendron. 214 Fortpflanzung der Grewachse (Zwischenstufen usw.) Museen an, und es stand geniigend Material zur Verfiigung fur eine eingehende Bearbei- tung der Fossilien. Da machte man eine seltsame Beobachtung. Selbst in groBen Sammlungen fanden sich keine Exemplare von Blattern, die, dem Farntypus ent- sprechend, auf der Unterseite der Wedel fruktifizierten, wie man das wohl erwarten durfte und wie man das in der Tat bei anderen Genera aus dem Karbon findet. So bemerkt z. B. ein englischer Geologe (G. E. Roberts) im Jahre 1860 iiber solche Fossilien: ,,Daist noch ein anderer Umstand, der ihre Deutung erschwert der fast ganzliche Mangel irgendwelcher Anzeichen einer Fruktifikation. Ich glaube nicht, daB jemals Sporen oder Samen in ihrer natiir- 1 lichen Lage auf den Blattern mit unzwei- deutiger Sicherheit nachgewiesen sind." Wie wir spater sehen werden, waren diese Be- hauptnngen sehr treffend und eilten ihrer Zeit weit voraus. Dem groBen b'sterreichi- schen Palaobotaniker Stur fiel diese ganz- liche Abwesenheit der typischen Farn-ahn- lichen Fruktifikation so' sehr auf, daB er j (1883) gewisse genau abgegrenzte Genera ! von Abdriicken zusammenfaBte unter dem ! Namen ,,Nichtfarne". Er fand damit aber nicht die Anerkennung, die er verdiente. und erst einige Jahre spater bekehrte man sich zu seiner Ansicht. Wenn nun diese Pflanzen keine Fame waren. was waren sie dann ? Diese Frage blieb fur mehrere Jahre unbeantwortet. Bislang haben wir uns mit dem friiheren Material, bestehend aus Abdriicken der Wedel von Sphenopteris, Neuropteris und Aletho- pteris beschaftigt. Die Gesteine des Karbons und des Perms jedoch lieferten noch weiteres Material, von ganz anderer Natur, und von 1869 an wurde dadurch die Diskussion wesentlich beeinfluBt. In seltenen Fallen sind uns fossile Pflanzen in Form von Petrefakten erhalten geblieben. An diesen kb'nnen wir, anders als bei den struktur- losen Abdriicken von Stammen oder Blattern, I den anatomischen Auf ban genau untersuchen, soweit dieser mehr oder weniger vollstandig erhalten ist. Solche Petrefakte sind uns hauptsaohlich bekannt aus clem unteren Karbon Schottlands (,,calciferous sandstone- series"), aus den Kohlenflozen des .,West-| phalian" (lower coal measure) von Lancashire i und Yorkshire in England, aus dem ,,Ste- phanian" von Autun und Grand Croix in Frankreich, und aus dem Perm Sachsens. j Die Untersuchung und Bearbeitung der | englischen und franzosischen Petrefakte, in England begonnen durch W. C. William- son in Manchester (1869), in Frankreich durch den verstorbenen Bernard Renault in Paris etwa zur gleichen Zeit. ergab fur unser Problem wie auch fiir andere Fragen wichtige Resultate. Es seien ini folgenden die Hauptentdeckungen der beiden Forscher zusammengestellt. Williamson wies nach, daB die Stamme und Blattstiele der Pflanzen, die nach dem Sphenopteris-Typus beblattert sind, in ihrem anatomischen Auf ban sich von den lebenden Farnen unterscheiden. Wahrend der Habitus und der Ban mancher Gewebe dieser Pflanzen im wesentlichen Farn-ahnlich sind, nahern sichdieselben in anderen Punkten sehr den Cycadeen. Es ist klar, daB wir es hier mit Bindegliedern zu tun haben, die eine Mittelstellung zwischen Farnen und Cycadeen einnehmen. In ahnlicher Weise zeigte in Frankreich Renault, daB die Struktur gewisser Stamme und Blattstiele, die der Beblatterung nach dem Alethopteris- und Neuropteris-Typus angehoren, Farn-ahnliche und Cycadeen-ahn- liche Charaktere in sich vereinigt. Diese Pflanzen sind also offensichtlich keine echten Fame. Sie zeigten niemals eine Fruktifi- kation wie unsere Fame, und ihre Anatomic war weder ganz die der Fame, noch ganz die der Cycadeen. Fiir diese Pflanzen schlug Potonie (1897) den dam als zu- treffenden Namen Cycadofilices vor, der dann auch angenommen wurde. Wir wollen uns nun diese Pflanzen die halb Fame, halb Cycadeen sind, naher anschauen. Es sei vorher noch bemerkt, daB erst viele Jahre nach der Veroffent- lichung der Entdeckungen von Williamson und Renault iiber die Fruktifikation dieser Pflanzen etwas bekannt wurde; dariiber ist im nachsten Abschnitt berichtet. Zu den drei best bekannten Genera gehoren die Stamme von Lyginodendron, Heterangium und Medullosa. Die beiden ersteren tragen Blatter vom Spheno- pteris-Typus ; Sp h e n o p t e r i sH o e n i n g h a u si ist eine Species von Lyginodendron, Sphe- nopteris elegans eine solche von Heter- angium. Medullosa dagegen zeigt zwei Typen der Beblatterung; einige Species haben neuropteride, andere wieder alethopteride Wedel. Lyginodendron besitzt Farn-ahnlichen Habitus. Die Stamme sind schlanker. aber von groBer Liinge und tragen eine groBe Zahl Blatter vom Sphenopteris-Typus, mit klein gelappten Fiederchen. Der Wuchs war aufrecht, vielleicht aber war die Pflanze eine Kletterpflanze. Stamm, Blattstiele und Blatter waren bedeckt mit Driisenhaaren. Unten tragt der Stamm zahlreiche ver- zweigte Adventivwurzeln. In einigen Fallen ist der Stamm verzweigt. Die Struktur des Stammes ist sehr interessant und vom phylogenetischen Stand- punkte aus von groBer Bedeutung. Die Sprosse sind durchschnittlich bis zu 4 cm Fortpflanzung der Gewiichse (Zwischenstufen usw.) 215 dick und gehoren dem monostelaren Typus dendron liegt darin,daB es in seinem Habi- an. Wir finden ein machtiges Mark aus tus und in seiner Anatomic Charaktere ver- diinnwandigem Gewebe, in dem zahlreiche einigt, die teils den Farnen, teils den Cyca- ,,Nester" von sklerotischen Elementen ein- deen angehoren. Der auBere Anblick ist der gelagert sind. Die GefaBbiindel sind kollateral, ihre Zahl schwankt zwischen 5 und 8, gewohnlich sind es aber 5. Das Holz zeigt sekundares Dickenwachstum mittels eines Cambiums, und in den meisten Fallen findet man eine wohl entwickelte, mehr oder minder fortlaufende Zone sekundarer Holz- und Siebteilelemente. Das primareHolz wurde zentri- petal angelegt, die sekundaren Gewebe dagegen zentrifugal. Nach auBen bin schlieBt sich ein Pericykel an, ebenfalls mit Gruppeu von sklerotischen Ele- menten wie im Mark. Dieser ist umsclilossen von einer diinn- wandigen iuueren Kinde und von einer auBeren Rinde, die ein charakteristisches Netzwerk von anastomosierenden Fasern enthalt. Die sekundaren Gewebe sind im groBen und von der Art. wie wir sie bei denDikotyledoueu und den Coniferen finden; aber die primaren Holzbiindel, deren wir 5 bis 8 am Rande des Marks sehen, sind strukturell sehr ver- scliieden von dem, was wir bei jeneu Gruppen kennen. Nicht nur werden die Elemente zentripetal entwickelt, sondern wir sehen auch, daB das zuerst gebildete Protoxylem in der Mitte des Biindels liegt (mesarcher Typus). Die Tracheiden des primaren und sekundaren Holzes haben behrfte Tiipfel, mit Ausnahme der erstgebilde- ten Spiral- und Treppen- elemente. Die primaren Fig. 3. Biindel treten durch die Rinde aus und bilden die Blattspuren, die regelmaBig in der 2 / B Stellung ; eines angeordnet sind. "Die Blattspuren gan z en Lyginodendron Querschnitt Stark vergrofiert. des Stammes Heterangium; Staramquerschnitt. Stark vergrcjfiert. Nach Williamson und Scott. w erden Fames ; auch sind Blattstiele konzentrisch die wie Biindel der bei diesem, befm Durchgang durch den Pericykel zwei- und die Struktur des primaren Holzes geteilt; beim Eintritt in die Blattstiele sind ist die gewisser Fame. In semen sekundaren Geweben jedoch gleicht Lyginodendron einer Cycadee, und das doppelte Biindel der Blatt- & die Biindel nicht mehr kollateral, sondern konzentrisch. Der Ban der Blatter und der Wnrzeln ist auch genanbekannt; wir brauchen spuren ist fast identisch mit dem, wie wir es uns iedoch damit ietzt nicht zu beschaftigen. bei dem Eintritt in die Blattstiele der Stan- ^!. " T __ _*_ _:__ 1 - 1_ - _ Jl _ _ /~1 _ _!__!_ P*_1_ Die theoretische Bedeutnng von Lygino- geria. einer lebenden Cydadee, vorfinden. 216 Fortpflanziing der Gewachse (Zwischenstufen usw.) Heterangium 1st ebenfalls einem Farn ahnlich, sowohl in der Beblatterung als durch den langen, eckigen, selten ver- zweigten Stamm, der spiralig angeordnete Wedel mit der Divergenz 3 / s tragt. Die Struktur des Stamrnes istnochFarn-ahnlicher als bei Lyginodendron. Wir finden hier kein Markgewebe, sondern die Mitte der Stelle wird von dem primaren Holze ein- genommen, das aus groBen Tracheiden mit vielreihigen, behoften Tiipfeln besteht. An der Peripherie dieses Gewebes liegen kleine, mesarche Gruppen von Elementen, die den 5 bis 8 mesarchen, primaren Btindeln bei Lyginodendron entsprechen. Auch hier treten diese durch Pericykel und Kinde aus als Blattspuren. Diese Zone primarer Gewebe ist umgeben von einem Ring sekun- darer Holz- und Siebteilelemente vom gleichen Typus wie bei Lyginodendron, nur weniger gut entwickelt als dort. Die Rinde besteht aus einem inneren dlinn- wandigen Gewebe, in welches vertikale Reihen von zahlreichen, horizontalen Flatten aus dickwandigen Elementen eingebettet sind, und aus einer auBeren Zone dunn- wandiger Elemente, mit zahlreichen, verti- kalen, selten anastomosierenden Sclerenchym- fasern. Der Ban der Blattspuren ist der gleiche wie bei Lyginodendron. Heterangium ist also noch mehr einem Fame ahnlich als Lyginodendron, obwohl es in denselben Punkten wie dieses den Cycadeen gleicht. Es ist nicht nur der Habitus typisch der eines Fames, sondern auch die Masse des primaren Holzes kommt dem eines protostelaren, lebenden Fames gleich. Medullosa, das dritte Genus, ist sehr groB; einige Species tragen Blatter vom Neuropteris-, andere solche vom Alethopteris- Typus. Auch hier ist der Habitus im wesent- lichen Farn-ahnlich. Die Anatomie des Stam- mes jedoch ist komplizierter als bei Lygino- dendron und Heterangium; sie zeigt viel deutlicher die Farn-Charaktere. Vom anato- mischen Standpunkt aus kann man Medullosa ein polystelares Heterangium nennen, d. h. es besitzt 3 oder mehr Stelen, deren jede der einzigen Stele des letzteren Genus gleicht. Die Stamme sind von betrachtlicher GroBe, bekleidet von den breiten Blattbasen oder Blattstielen, die ein langes Stiick an den Stamm angeschmiegt verlaufen, ehe sie von diesem abbiegen. Sie sind anatomisch merkwiirdig dadurch, daB sie Polystelie mit sekundarem Dickenwachstum verbinden. Die Blattspuren unterscheiden sich von denen bei Lyginodeudron; sie teilen sich wieder- holt bei ihrem Austritt, sind zuerst kon- zentrisch, nehmen aber weiterhin kollateralen Ban an. Medullosa stimmt also mit den Farnen iiberein im Besitz der Polystelie, in seinem Habitus und seiner Beblatterung, wahrend es in der Anatomie der Blattstiele und ! Wurzeln den Cycadeen naher steht. 3. Pteridospermen. Unsere nachste Aufgabe ist es nun. den gegenwartigen Stand unserer Kenntnisse von der Fruktifi- kation der im vorigen Abschnitt beschriebenen Pflanzen zu besprechen. Erst seit dem Jahre 1903 wissen wir iiberhaupt etwas dariiber. In diesem Jahre konnten Oliver und Scott zeigen, daB die Wedel von Lyginodendron Fig. 4, Lagenostoma Lomaxi; der Sarnen von Lyginodendron umschlossen von seiner Cupula. Stark vergrb'Bert. Radialschnitt. Nach Oliver und Scott. Fortpflanzung cler Gcwiichse (Zwischenstufen usw.) 217 (Fig. 2) (Sphenopteris Honinghausi, Fig, 1) Samen tragen, die bis dahin im losgelosten Zustande unter dem Namen Lagenostoma Lornaxi schon bekannt waren. Lyginodendron war also eine Samenpflanze und keine Sporenpflanze. Merkwiirdigerweise erwies sich der Samen, statt von primitive! Struktur zu sein, von viel komplizierterem Bau als der irgendwelcher anderer Gymnospermen. Wie der Cycadeensamen besaB er eine gut ausgebildete Pollenkammer und Vorrichtun- gen zum Festhalten des Pollens. Der Samen war eingeschlossen in eine Hiille, Cupula genannt, und das Ganze glich einer HaselnuB ohne Schale. Die Cupula ist von belapptem Bau, bedeckt mit einzelnen Driisenhaaren. Bis auf den heutigen Tag hat man die Samen und ihre Cupula nicht an den Wedeln ansitzend gef unden; aber die Identitat der Driisenhaare auf der Cupula mit denjenigen, die man schon lange am Stamme, den Blatt- stielen und den Fiederchen von Lygino- dendron kannte, fiihrte dazu, die beiden Organe in Zusammenhang zu bringen ; um so mehr als Lyginodendron die einzige bekannte Pflanze des Karbons ist, die solche Haare tragt. Dieser SchluB ist zur Tatsache bestatigt worden durch die Entdeckung der Samen einer anderen Species von Lagenostoma (Fig. 5), die von einer in der Form etwas ver- Der nachste Schritt in der Aufklarung der Fruktifikation von Lyginodendron war die Entdeckung der mannlichen Organe durch Kids ton im Jahre 1905. Auch diese hatte man im losgelosten Zustand schon gekannt und ihnen den Namen Crosso- theca gegeben. Sie wurden nun an ge- wohnlichen Wedeln von Sphenopteris Hoeninghausi anhangend gefunden. Die fertilen Fiedern jedoch sind betrachtlich reduziert und tragen eine Anzahl bilokularer, spindelformiger, hangender Sporangien, das Ganze sieht aus wie eine Epaulette mit ihren Fransen. 1m ganzen genonnnen scheint die Fruktifikation wie die der Marat- tiaceen zu sein. Fig. 5. Lagenostoma Sinclair!; 2 Samen in ihrer Cupula, an einem kleinen Stuck des Wedels. 5-fach vergrofiert. schiedenen Cupula umschlossen sind, die nun aber wirklich noch ansitzen an Wedeln vom Sphenopteris-Typus mit reduzierten Lamina. Fig. 6. Crossotheca, das mannliche Or- gan von Lyginoclendroii. Vergrofiert. Nach K i d s t o n. So sind nun also die mannlichen und weiblichenFortpflanzungsorgane von Lygino- deudron bekannt. Dasselbe hat sich als eine Samenpflanze erwiesen, obwohl es in mancher Hinsicht einem Fame gleicht. Fur diese Pflanzen aus der Gruppe der Cycadofilices und auch noch fiir andere palaozoische Farn-ahnliche Pflanzen, die Samen tragen, hat man den Namen Pterido- s per men vorgeschlagen und auch ange- nommen. Bei Heterangium ist weder von mann- lichen noch von weiblichen Fortpflanzungs- organen bis heute etwas bekannt. Dagegen wissen wir etwas mehr von Medullosa. Wir kennen die Samen einer Species von 218 Fortpflanzung der Gewachse (Zwischenstufen usw.) Medullosa, die ihrer Beblatterung nach als Neuropteris heterophylla bezeichnet wird. Dieser Same, Rhabdocarpus genannt, wurde Fiedern der Wedel anhangend und sie ab- schlieBend, kurz nach der Entdeckung von Oliver und Scott mit Bezug auf Lygino- Fig. 7. Rhabdocarpus, der Same einer Medullosa, mit dem Neuropteris-Typus der Be- blatterung. VergroBert. Nach Kids ton. dendron aufgefimden. Weiterhin ist es sehr wahrscheinlich, daB der unter dem Namen Trigonocarpuswohlbekannte Samen zu einem Wedel vomAlethopteris-Typusgeh6rt,obwohl bis ietzt diese Vermutung nicht bestatigt wurde durch Exemplare, die beides im Zu- sammenhang zeigen. Die mannlichen Organe von Medullosa sind noch sehr wenig bekannt. Zwei der groBen Genera der Cycadofilices sind also zweifellos Samenpflanzen. Es sind nun aber auch noch andere Farn-ahnliche fossile Pflanzen entdeckt worden, deren Anatomic unbekannt geblieben ist, und die zu den Cycadofilices gehoren mogen oder nicht: sie zeigen zwar Charaktere ahnlich wie Lyginodendron und Medullosa. Alle bisher besprochenen Genera stammen aus dem oberen Karbon. Im Jahre 1904 zeigte White, daB im unteren Karbon der Vereinigten Staaten von Nordamerika eben- t'alls Pteridospermen vorkommen. Er be- schrieb Wedel vorn Adiantites-Typus, die l ; ? Fig. 13. Hypothetisehes Diagramm der Bliite der bis jetzt unbekannten Ahnen der Angio- spermen (Hemiangiospermen). Nach Arber und Parkin. in den Stand, uns ein anschauliches Bild von der Organisation des Zapfens der Gymnospermen-Vorfahren der Angio- spermen zu machen. Auf Grund derselben kb'nnen wir uns den Strobilus der Hemi- angiospermen, wie dieser unbekannte, theore- tische Typus bezeichnet wurde, rekon- struieren durch die Synthese von Charak- teren einerseits des Zapfens von Bennettites und andererseits des primitiven Bliitentypus der Angiospermen. Bei der Besprechung von Bennettite? 224 Fortpflanzung der Gewachse (Zwischenstufen usw.) hatten wir besonders auf die eigentumliche Anordnung der Organe des Zapfens an der Achse aufmerksam geraacht. An der Basis hatten wir einen Perianth, dariiber die Microsporophylle, dann die Megasporophylle mit dazwisclien stehenden Schuppen ge- funden. Ein soldier Aufbau ist nirgends mehr zu finden unter fossilen Pflanzen und unter den lebenden Pflanzen kommt er nur bei den Angiospermen und den Gnetales vor. Diese Tatsache allein ist schon sehr be- zeichnend. Es ist nun durchaus nicht anzu- nehmen, daB die Angiospermen in direkter Linie von den Bennettiteae abstamraen. Im Gegenteil, sie sind wahrscheinlich be- trachtlich auseinander gegangen, jedes seine besondere Entwickelung von dem Urstamm an durchlaufend, besonders soweit das die Megasporophylle angeht. Es bietet jedoch keine Schwierigkeit. den Perianth und die Microsporophylle der Angiospermen von den entsprecheuden Organen bei Bennettites abzuleiten. Die Stamina mogen reduziert worden sein zu der stereotypen Form von Sporangiophoren, die zwei Synangien eines primitiven Microsporophylls, wie jenes von Bennettites, tragen. In der Tat wissen wir jetzt, daB einige Glieder der Bennettitales Microsporophylle besaBen, die auBerordent- lich reduziert sind im Vergleich zu den Farn-ahnlichen Blattern der amerikanischen Spezies von Bennettites. Was die Mega- sporophylle betrifft, so gibt uns Bennettites keinen AufschluB iiber die Gestalt dieser Organe bei den Hemiangiospermen; die Betrachtung der Angiospermen selbst aber macht es augenscheinlich, daB deren Carpelle denen des lebenden Genus Cycas sehr ahnlich sind. Es wird auch wahrscheinlich, daB die Angiospermen ins Leben gerufen wurden durch die Annahme der Entomophilie in- folge der dicht znsammenschlieBenden Car- pelle, und daB sie dadurch von Anfang an eine unzweifelhafte Ueberlegenheit iiber alle die anderen hoheren Pflanzen besaBen, sowohl an Zahl als an Mannigfaltigkeit der Formen. Dies ist der Stand unserer Kenntnisse von dem Zapfen der Bennettitales mit Hinsicht auf das Problem der Abstammung der Angiospermen. Unsere Synthese oder Eekonstruktion des Bilcles der direkten Vorfahren dieser Gruppe mag fehlerhaft und unvpllkommen sein, und ehe nicht weiteres fossiles Beweismaterial zur Verfiigung steht, bleibt das Ganze hypothetisch; aber wir haben doch wenigstens einmal eine Theorie, welche die Herkunft der Angiospermen er- klart, wenn auch noch nicht alles erreicht ist, was wiinschenswert erscheint. 7. Die Bennettitales und die Gnetales. Weiterhin haben wir die kleine und bis vor kurzem wenig verstandene Gruppe der Gnetales zu betrachten, die nur 3 Genera umfaBt, namlich Ephedra, Gnetum und Welwitschia, letzteres mit nur einem Vertreter und auBerordentlich beschranktem Verbreitungsgebiet. Obgleich diese Genera einander ziemlich unahnlich sind, sowohl vegetativ als in Hinsicht auf die Keproduk- tionsorgane, so bilden sie doch zweifellos eine natiirliche Gruppe. Sehr wahrscheinlich sind sie die iiberlebenden Keste einer Gruppe, die in der Vergangenheit an Zahl und Mannigfaltigkeit der Formen weitaus be- deutender war. Leider aber kennen wir keine Glieder dieser Gruppe im fossilen Zustand, und bei irgendwelchen Vermutungen iiber ihre wahrscheinlichen Vorfahren konnen wir also'unsere Schliisse nur auf die vergleichende Morphologie der lebenden Formen stiitzen. Ueber diesen Gegenstand ist viel gestritten worden unter den Botanikern, fruher und bis auf den heutigen Tag. Die Mehrheit stimmt darin iiberein, daB diese Pflanzen Gymnospermen seien, und daB keine Spur eines Carpells in den Zapfen oder Bliiten irgendeiner Spezies zu finden sei. Einige dagegen halten sie fur offensichtliche Angio- spermen und behaupten, daB ein einem Car- pell homologes Organ vorhanden sei. Wiederum ist auch die vergleichende Morphologie der Bliiten dieser drei Genera noch umstritten. Es ist die Ansicht geauBert worden, daB die mannliche Fruktifikation von Welwitschia, die, wenn auch nicht funktionell, so doch in Wirklichkeit amphi- sporaugiat ist, der primitivste der vorhan- denen Typen sei, und daB die mannlichen und weiblichen Zapfen der anderen Genera von ihr durch Eeduktion abzuleiten seien. Es ist gezeigt worden, daB dieser Zapfen im wesentlichen nach einem ahnlichen Prinzip aufgebaut ist wie die primitive Angiospermen- bliite, und ebenso wie der Zapfen von Benuet- tites. Diese Anschauungen stimmen iiberein mit der modernen Tendenz, die Gnetales aus der Nachbarschaft der Cpniferales abzuriicken zu den Angiospermen hin, obgleich durchaus verneint wird. daB eine dieser Gruppen von der anderen abzuleiten sei. Wenn unter den Fossilien Bennettites irgendeinen Auf- schluB gibt iiber die Phylogenie der Angio- spermen, so ist es zu diesein Zweck auch wertvoll in bezug auf die gymnospermen Gnetales. Die beiden Gruppen sind nahe verwandt, und zeigen deutlich, daB sie von einem gemeinsamen Ahn abstammen, von dem aus sie sich, in vieler Hinsicht, parallel entwickelt haben. Die Ahnen der Gnetales sowohl als der Angiospermen waren ohne Zweifel die hypothetischen Hemiangio- spermen, von denen wir im vorhergehenden Kapitel sprachen. 8. Die Cordaitales, Coniferales und Gingkoales. Die Coniferae sind eine sehr Fortpflanzung der Orewachse (Zwischen&tufen usw.) 225 alte Gruppc, die bis zum Ende der Carbon- zeit zuruckreichen. Sie sind also viel alter als die Angiospermen, mit denen sie friiher zusammengestellt wurden ; denn die letzteren erscheinen erst in der unteren Kreide. Wie wir sehen werden, haben neuere Arbeiten die unerwartete Tendenz gefordert, die Coniferae und die Angiospermen phylo- genetisch anseinander zu rucken. Offenbar sind nicht alle Familien der Coniferae gleich alt. Es ist sehr wahrscheinlich, daB die Araucariaceae, die gewohnlieh als die alteste Familie angesehen werden, im Palao- zoikum lebten, wahrend das erste Auftreten der Abietineae in den spaten Jura fallt. Allerdings behaupten einige amerikanische Palaobotaniker anf Grund der Untersuchung der Anatomie einiger Coniferen ans der Kreide. daB die Abietineae anatomisch primitiver und also alter seien als die Araucariaceae. Das widerspricht jedoch dem geologischen Beweismaterial und ist einfach eine Sache morphologischer Interpretation. Bis jetzt ist indessen noch keine fossile Conifere gefunden worden. die irgendwie auf die Vorfahren der Gruppe einen SchluB zulieBe. Die Gingkoales haben eine groBe Ver- gangenheit, sind jetzt aber beinahe ganz ausgestorben. Ein einziger Vertreter, Gingko biloba, lebt heute noch im kultivierten Zustand, ist aber wahrscheinlich nirgends wild vorkommend zu finden. Die Gingkoales sind sicher ebenso alt wie die Coniferae. Die Gesteine des Mesozoikums besonders liefern uns die groBen Mengen Abdriicke von Blattern und auch hier und da von Fruktifikatipnen; erstere sind zum Teil fast identisch mit denen der heute noch lebenden Pflanze; es finden sich aber auch Genera, die langst ausgestorben sind. Auch hier geben uns die Fossilien in keiner Weise Aufschlufi iiber die Yorfahren. Es fragt sich nun. ob nicht die Unter- suchung der fossilen Pflanzen irgendwelche Relikte der Vergangenheit ans Tageslicht gebracht hat, die weder eclite Coniferen noch Gingkos sind, aber doch offenbar im Zusammenhang stehen mit diesen beiden Gruppen und sie verbinden, und so vielleicht das Dunkel der Herkunft derselben er- leuchten helfen? Es kann mit groBer Sicher- heit gesagt werden, daB die palaozoischen Cordaitales, so wie wir diese jetzt kennen, diese Liicke ausfiillen. Es sind ja zu der einen und anderen Zeit Versuche gemacht worden zu zeigen, daB die Coniferales von den Lycopoden abstammen. Das ist erst neuerdings wieder behauptet worden, be- sonders in bezug auf die Araucariaceae, aber es haben sich nur wenige Anhanger dieser Ansicht gefunden. Es besteht ohne Handworterbuch der Natunvissenschaften. Band IV Zweifel in manchen Punktcn cine gewisse Aehnlichkeit zwischen den beiden Gruppen, aber es ist mehr als wahrscheinlich, daB diese richtiger interpretiert werden als Falle paralleler Entwickelung, und die mono- phyletische Natur der Coniferae im ganzen genommen erscheint fast unangreifbar. Cordaites ist die best bekannte Form der Cordaitales, em groBer Baum, der eine Hohe bis zu 50 FuB erreichte und frei ver- zweigt war, nach oben bin monopodial (nicht dichotom). Die Blatter standen spiralig angeordnet an den jiingeren Sprossen. Sie waren groBe, einfache, ungeteilte Ge- bilde, oft riemenformig oder lanzettlich, manchmal linear zugespitzt. Man kennt solche, die iiber 3 FuB lang sind. Jedes Blatt war von einer groBen Zahl paralleler Nerven durchsetzt. Der allgemeine Habitus des Baumes war nicht unahnlich dem einiger Fig. 14. Rekonstruktion von Cordaites. Stark verkleinert. Nach Scott. Spezies von Agathis oder Podocarpus, ob- gieich die Blatter viel groBer waren. Die Anatomie des Stamnies, besonders des Holzes, ist im wesentlichen vom Typus der Coniferen, nur war immer ein grofies Mark vorhanden, das in kurzen Abstanden von Diaphragmen aus parenchymatischen Elementen iiberbriickt wird. Das erste Holz unterscheidet sich von dem spater gebildeten 15 220 cler Gewiidise (Zwischenstufen usw.) dadurch, da6 es nicht Treppen-Tracheiden, sondern Spiral- Tracheiden liat. Das sekun- dare Holz mit seinen behoften Tiipfeln ist nicht zu unterscheiden von dem einer wie der einiger Coniferen, auch ahnelt es diesen in dem Ban des Stammes und der Wurzeln. Das groBe Mark wieder erinnert an Cycadeen, ebewso wie die Anatomie der Fig. 15. Cordaites. Radialschnitt clurch den mannlichen Zapfen. Nach Renault. Araucaria. Die mannlichen und weiblichen Organe wurden anf besonderen katzchen- artigen Sprossen getragen. Die mannlichen Sprosse bestehen aus einer dicken Achse, an der spiralig schuppenformige Blatter sitzen; in der Achsel jedes derselben stehen ein oder mehrere Staubblatter. Jedes Stanbblatt besteht ans 3 bis 4 Pollensacken, die auf einem gemeinsamen Stiel sitzen. In den Achseln der Brakteen der weiblichen Sprosse findet sich vielleieht ein einziges Ei auf einem kurzen Stiel. Das Ei hat mog- licherweise zwei Integnmente, der obere Teil des Nucellus ist zu einer Pollenkammer umgebildet, wie das gewohnlich der Fall ist bei palaozoischen Samen. Sehr wahrschein- lidi \\urde die Befruchtnng ausgefiihrt durch freischwimmende Antherozoiden, doch ist das nodi nicht sicher nachgewiescn. Das Ergebnis war ein herzformiger Same. Cnnlaitos ist cine selir bemerkenswerte fossile Form; denn mit Charakteren, die nur ihm eigcn sind, vereinigt es solche, die es gemein hat mit Coniferen, Cycadeen und mit Gingko. Der Habitus ist der gleiche Fig. 16. Cordaites. Radialschnitte, links diucli den weiblichen Zapfen, rechts diirch den Samen. Vergrb'Bert. Nach Renault. Blatter. Mit (Jingko endlich hat es gemein die doppelten Blattspuren und eine gewisse Aehnlichkeit im Ban der mannlichen Sprosse. Ohne Zweifel kann uns also Cordaites dazu dienen, eine Verbindung zwischen den Coni- ferales und den Gingkoales herzustellen. Erstere sind wahrscheinlich von den palao- zoischen Cordaitales abzuleiten, letztere stellen offenbar einen Seitenzweig dar, der von denselben Ahnen ausging wie die Cordaitales. Ueber die direkten oder frilheren Vor- fahren der Cordaitales wissen wir zurzeit wenig. Zwei wichtige Umstande jedoch deuten darauf hin, daB die Cordaitales mit denPteridospermenzusammenzubringen sind, oder daB beide Gruppen wenigstens gemein- same Ahnen batten. Das ist einmal die Aehn- lichkeit der Samen beider Gruppen. Zum anderen die Tatsache, daB bei einigen der alteren Genera der Cordaitales, z. B. Pitys, am Rande des Markes mesarche Strange Fortpflanzung cler (unvaclise (Zwischenstufen us\v. - - Samenpflanzen) 227 von primarem Holze sich finden, so wie wir Die dritte Gruppe entwickelte ebenfalls denselben bei Lyginodendron begegnet waren. einen Strobilus, der aber monosporangiat ist 9. Die phylogenetischen Beziehungen ! lllld anders gestaltet. als der der Cycadeen. dieser Gruppen. Wir haben gesehen, daB Dieser Typus ist im primitiveren Zustand unter den fossilen Pflanzen gewisse Gruppen zu finden bei den Cordaitales und Gingkoales, von hervorragender Bedeutung sind, da sie eine Mittelstellung einnelimen zwischen anderen, die uns entweder heute noch in lebendem Zustande bekannt oder die nur noch fossil zu finden sind. Von diesen synthetischen Typen oder Bindegliedern sind die folgenden die wiehtigsten, soweit die phylogenetischen Beziehungen zwischen den Farnen einerseits und den Gymnospermen und Angiospermen andererseits in Frage komnien: die Pteridospermeii (besonders Lyginodendron und Medullosa), die Bennetti- tales und die Cordaitales. Diese sind alle gyinnosperm. Sie alle stiitzen die fundamental Annahme, daB die Gesamtheit der hoheren Pflanzen von primitive!!, Farn- ahnlichen, bis jetzt unbekannten Vorfahren abstammt. Aus diesen Farn-ahnlichen Ah lie n ent- standen zunachst die Primofilices, die Stamm- pflanzen der mesozoischen. tertiaren und rezenten leptosporangiaten Fame. Aus ihnen entstanden weiterhin die Pteridospermen, die einerseits zu den Cyca- dales, lebenden und fossilen, fiihren, anderer- seits zu den Bennettitales. Weiterhin sind von ihnen herzuleiten die hypothetischen Hemiangiosperinen und deren Nachkommen, die Angiospermen auf der einen, die Gnetales auf der anderen Seite. Und endlich konnen wir auf diese Farn- ahnlichen Ahnen zuriickfuhren die Cor- daitales und vielleicht die Gingkoales. Die Cordaitales ihrerseits sind wahrscheinlich die Stammpflanzen der mesozoischen und rezenten Coniferales. Die erste dieser drei Gruppen von Nach- kommen der primitive!!, Farn-ahnlichen For- men ist charakteristisch durch dieBeibehaltung der zerstreuten, nicht zapfenartigen An- ordnung der Fruktifikationen. Bei der zweiten Gruppe ware als Haupt- schritt der Entwickelung die Annahme des zapfenformigen Habitus zu verzeichnen. Beide Typen sind von verschiedenen Gliedern erworben worden: der monosporangiate Stro- bilus trat zuerst auf bei den Cycadales, den amphisporangiaten (hermapliroditen) Strobilus finden wir bei den Bennettitales, den hypothetischen Hemiangiosperinen und endlich bei Angiospermen und Gnetales. Die friiheren Formen bleiben alle gyinno- sperm, jedoch gab die Umhiillung des Eies und von ihin ist ohne Zweifel der Strobilus der Coniferales herzuleiten. 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Allgemeines. Im FortpflanzungsprozeB der Phanero- durch die Carpelle in Verbinduiig mit der gamen (Bliitenpflanzen, Anthophyta; Em- Annahme der extraseininalen Methode der bryophyta siphonogama, Samenpflanzen) Pollination den Angiospermen ihre Ent- ] wechseln, wie bei den Moosen und Pterido- stehuns. phyten, ungeschlechtliche undgeschlechtliche 15* 228 Fortpflanzung der Gewachse (Samenpflanzen) Generationen in regelmaBiger Folge mit- einander ab. Ihre geschlechtliche Generation 1st aber noch viel starker reduziert als bei den heterosporenPteridophyten. Sie ist ganz unselbstandig geworden, wird von der un- geschlechtlichen Generation ernahrt und er- scheint gleichsam als ein Teil derselben. Schon bei den heterosporen Pteridopliyten ist die Geschlechtsdifferenzierung dem Prothallium entzogen und auf die unge- schlechtliche Generation iibertragen worden. Bei den Phanerogamen werden nun die Fort- pflanzimgsorgane des Sporophyten als eigent- liche Sexualorgane ausgebildet und die sexu- elle Fortpflanzung wird von der Gegenwart fliissigen Wassers unabhangig gemacht. Dies bedingt nun eine ganze Reihe spezieller Einrichtungen an den zu Sexualorganen ge- wordenen Teilen des Sporophyten und den von ihnen erzeugten Mikro- und Makro- sporen. In der Fortpflanzungslehre der Phanerogamen sind fur dieselben besondere Namen gebrauchlich, mit welchen wir uns zunachst bekannt machen iniissen. Die Makrosporen der Bliitenpflanzen heiBen Embryosacke. Sie bleiben stets im Makrosporangium, der Samenanlage (Samenknospe, Ovulum), eingeschlossen. Diese besteht aus dem Knospenkern (Nucellus) und einer oder zwei von seinern Grunde, der Chalaza, ausgehenden Hiilleu, den Integumenten, die liber seinem Scheitel einen schmalen Zugang. die Mikropyle, freilassen. Ein kurzer Stiel, der Funi- culus. verbindet die Samenanlage mit dem Fruchtblatt (Makrosporophyll). Imjungen Nucellus bilden sich, vergleichbar mit den Vorgangen im jungen Makrosporangium der Pteridopliyten, mehrere oder auch nur eine einzige Makrosporenmutterzelle. Unter ihren durch Teilung entstehenden Abkommlingen befindet sich wieder nur eine einzige, ent- wickelungsfiihige Makrospore, der Embryo- sack. Das in ihm entstehende Endosperm (Prothalliumgewebe) erzeugt an seinem Scheitel eine groBere oder kleinere Anzahl von Archegonien oder auch nur eine einzige befruchtungsfahige Zelle, eine Ei- zelle. Bei solchermaBen veranderten Verhalt- nissen in der Makrosporenentwickelung ware es zwecklos, wenn die Mikrosporen, wie bei den Pteridopliyten, auf der Erde ein Pro- thallium mitAntheridienund Spermatozoiden erzeugon wiirden, da die letzteren ja nn- moglich zu den weiblichen Zellen gelangen konnten. Die Befruchtung inuB also bei den Bliitenpflanzen in anderer Weise ermog- licht werden. Die Mikrosporcn uder Pollenkorner der Bliitenpflanzen werden in den Pollen- sacken (Mikrosporangien) gebildet, die ein- zeln oder in Mehrzahl an den Staub- blattern (Mikrosporophyllen) sitzen. Sie werden bei den Gymnospermen durch den Wind auf die Samenknospen, bei den Angio- spermen durch Wind, Wasser, Insekten, Vogel, Schnecken oder andere Tiere auf ein besonders differenziertes Organ der Frucht- blatter, die Narbe, getragen. Hier erst geht ihre weitere Entwickelung, die Pro- thalliumbildung, vor sich. Dabei kommt es bei der Mehrzahl der Gymnospermen und alien Angiospermen zur Bildung einer langen, sciilauchformigen Zelle, des Pollen- schlauches, durch welchen die befruchten- den Elemente in die Nahe der Archegonien oder der Eizelle gefiihrt werden. Die Be- fruchtung selbst besteht, wie in den iibrigen Abteilungen des Pflanzenreiches, in der Ver- schmelzung zweier Kerne, von denen der eine einer mannlichen, der andere einer weiblichen Geschlechtszelle angehb'rt. Wie bei den Moosen und Pteridopliyten ist auch bei den Bliitenpflanzen der Vor- gang der Sporenbildung (Pollenkorner und Embryosacke) bei der Teilung der Sporen- mutterzellen mit einer Redtikfion der Chro- mosomenzahl ihrer Kerne auf die Halfte verbunden. Infolgedessen weisen die Zellen des Sporophyten doppelt so viele Chromo- somen auf, als diejenigen des Gameto- phyten. Die Bezeichnungen 2x-Generation fiir die ungeschlechtliche und x-Generation fiir die Geschlechtsgeneration (vergl. den Artikel ,,Fortpf lanzung der Fame", 3. das Verhalten der Kerne), sind also auch fiir die Bliitenpflanzen giiltig. Die sporenbildenden Blatter der Phanero- gamen, Staubblatter undFruchtblatter , sind in der Regel in grb'Berer Zahl zu Bliiten vereinigt. An deren Zusammensetzung haben meistens auch andere Blattorgane Anteil, welche dem Schutze der Geschlechtsorgane dienen oder in irgendeiner Weise die Ueber- tragung der mannlichen Organe auf die weiblichen fordern. In der Einteilung der Bliitenpflanzen in die beiden Unterabteilnngen Gymnosper- men (nacktsamige Pflanzen) und Angio- spermen (bedecktsamige Pflanzen) kommt der auffallendste Unterschied in der Anord- : nung der Fortpflanzungsorgane znm Aus- drnck. Die Frnchtblatter der Angiospermen treten znr Bildung geschlossener Gehause, der Fruchtknoten, zusammen, in denen die gesamte Entwickelung der Samenanlagen und der darin enthaltenen Makrospore sich abspielt. Bei den Gymnospermen dagegen sitzen die Samenanlagen frei an der Ober- flache der sie erzeugenden Fruchtblatter. In Ban und Entwickelung der Fortpflanzungs- organe selbst sind zwischen Gymnospermen und Angiospermen so viele und groBe Unter- schiede vorhanden, daB eine getrennte Be Fortpflanzimg der Gewachse (Gymnospermen) 229 handlung einer zusammenfassenden Dar- stellung vorzuziehen 1st. A. Ernst. a. Gymnospermen. 1. Uebersicht iiber den Bliitenbau der Gymno- spermen. 2. Pollenbildung und Pollenaus- streuung. 3. Entwickelung der Samenanlage und Ausbildung des Archespors. 4. Endosperm- und Archegoniumbildung. 5. Keimung der Pollenkorner und Befruchtung. 6. Embryo- bildung. 7. Same und Frucht der Gymno- spermen. i. Uebersicht iiber den Bliitenbau der Gymnospermen. Die Bliiten ^der Gymno- spermen sind mit ganz wenigen Ausnahmen (Welwitschia und einzelne Gnetum- und Ephedraarten) eingeschlechtig, d. h. Mikrp- undMakrosporophylle bilden getrennt voneinander mannliche und weibliche Bliiten und Bliitenstande. Dabei finden sich entweder mannliche und weibliche Bliiten auf demselben* Individuum (ein- hausige, monocische Arten), oder sie sind auf verschiedene Individuen_verteilt (zwei- AuBer den Taxus zu 5 bis 9 auf der Unterseite von laubblattahnlichen oder schuppenformigen Sporophyllen. Bei den Cycadeen sind die Mikrosporophylle auf ihrer Unterseite mit einer, bei den einzelnen Gattungen und Arten zwischen 100 bis 800 betragenden Zahl von Pollensacken bedeckt (Fig. 2, j). Diese sind nicht etwa unregelmaBig iiber die gauze Flache zerstreut, sondern in Gruppen von 3 bis 6 Stiick, also gleichsam wie bei den Farnen zu Sori angeordnet. Die Pollensacke liefern aus ihren innersten Zellschichten die Pollenmutterzellen (Mikrosporenmutterzellen), von denen jede durch Vierteilung eine Pollentetrade erzeugt. Audi die weiblichen Bliiten bestehen bei zahlreichen Gymnospermen aus einer Achse, an welcher die Sporophylle quirlig oder spiralig angeordnet sind. Indessen ist der Bau der weiblichen Bititen doch von weit gro'Berer Mannigialtigkeit als derjenige der mannlichen. Das beruht zum Teil auf der Tatsache, daB die Zahl der in einer weiblichen Bliite vereinigten Fruchtblatter starker variiert als diejenige derPollenblatter in mannlichen Bliiten und sogar bis auf eins hausige, diocische Arten). sporenerzeugenden Blat- tern (Mikrosporophylle, Staubblatter in den mannlichen, Makrosporp- phylle, Fruchtblatter in den weiblichen Bliiten) sindhaufig kerne anderen Blattorgane an der Bil- dung der Gymnospermen- bliite beteiligt. Nur die Gnetaceen machen davon eine nennenswerte Aus- nahnie und nahern sich in ihrem Bliitenbau demjenigen der Angio- spermen (vgl. die Artikel ,, Bliite" und ,, Gym- nospermen"). Die mannlichen Bliiten der Gymnosper- men sind Sprosse mit be- grenztem Langenwachs- tum und von katzchen- oder zapfenformiger Ge- 'Tjo- ! y'i auch Fig- ! Mannliche Bliite und Staubblatter von Pinus Bliit*e"und Montana. A Liingsschnitt durch eine fast reife Bliite, B Langs- r schnitt durch ein Staubblatt, C Querschnitt rturch ein Staubblatt, , , ijr y m n o s p e i in en j . Ihre Achse ist meistens ifeg p n en korn von Pinus silvestris. Nach Strasburger. mit zahlreichen, spiralig oder quirlig gestellten Staubblattern be- : reduziert werden kami. Im letzteren Falle setzt. An der Basis sitzt etwa eine aus J sind haufig zahhreiche Bliiten zu auffalligen schuppenformigen Niederblattern bestehende Bliitenstanden vereinigt. Die Gestalt der und der Bliitenknospe als Schutzorgan Gymnospermen-Fruchtblatter ist sehr ver- dienende Hiille (Perianth). Die Pollen- schieden. Diejenigen von Cycas (Fig. 2, 2 ) sacke (Mikrosporangien) sitzen bei Abies, zeigen an ihrem sterilen Endteil noch deut- Picea, Pinus (Fig. 1) usw. zu zweien, bei lich den fiederigen Bau der Laubblatter ; sie Agathis und Araucaria zu 5 bis 15, bei tragen die Samenanlagen an den Seiten 230 Fortpflauzung der Gewachse (Gymnospermen) ihrer basalen fertilen Halfte. Bei anderen Cycadeen sind sie schild- oder schuppen- fo'rmig (vgl. die Artikel ,,Blute" und Fig. 2. Fertile Blatter vonCycas. 1 Staub blatt von C. circinalis, von unten, 2 Frucht- blatt von Cycas revoluta. Nach Richard nnd Sachs. ,,Gymnospermen") mjt je einer Samen- anlage rechts und links. Bei Gnetum, be- steht die Bliite aus einem einzigen Frucht- blatte, das auch nur eine einzige Samen- anlage ausbilclet, die vom sterilen Teil des Fruchtblattes bis weit hinauf integument- ahnlich umhullt wird. Bei Ginkgo und ebenso bei den Coniferen werden die Fruchtblatter ganz oder nahezu ganz zur Bildung der Samenanlage verbraucht, so daB sterile Fruchtblatteile fehlen oder nur noch in Form kleiner wulst- oder schuppenformiger Bil- dungen an der Basis der Samenanlagen vorhanden sind. 2. Pollenbildung und Pollenausstreu- ung. Am jungen Staubblatt der Gymno- spermen tritt der einzelne Pollensack zu- nachst in Form eines kleinen Zellhockers auf, an dessen Bildung die Epidermis und die erste subepidermale Zellschicht be- teiligt sind. Eine oder mehrere Zellen der letzteren bilden das junge Archespor (Fig. 3, i, ,.,). Durch Teilung seiner Zellen in tangentialer Richtung entstehen die Mutterzellen der subepidermalen Wand- schichten, sowie Zellen, durch deren weitere Teilungen der Komplex sporogener Zellen (Fig. 3, o i,i s 5) geliefert wird. Auf einem weiter vorgeschrittenen Stadium der Ent- wickelung ist die Wandung des Pollen- sackes aus der Epidermis und 2 bis 4 weiteren Zellschichten zusammengesetzt. Die Epidermis besteht schon friihzeitig aus hohen, radial gestreckten Zellen (Fig. 3, 5i e ) Fig. 3. Entwickelnng und Ban des Pollensackes (Mikro sporangium). 1 bis 4 erste Entwickemngsstadien eines Pollensackes bei Zaraia floridana, 5 Partie eines Pollen- sackes von Dioonedule, a Archespor, e Epi- dermis (Exothecinm) mit verdickten Wanden, i innere Zellschichten der Pollensackwand, t Tapetenzellen, sp sporogenes Gewebe. Nach F. G. Smith und Chamberlain. und ( wandelt sich spater zum Oeffnungs- mechanismus der Pollensackwand um. Die Zellen der inneren Schichten dagegen sind melir tangential gestreckt, verlieren bald ihren Inhalt und werden zum Teil noch vor dem Oeffnen der Pollensacke vollstandig resorbiert. An der Oberflache des sporogenen i Komplexes entsteht das Tapetum (t). Zur , Zeit der Tetradenteilung im Archespor werden i seine plasmareichen Zellen meistens zwei- kernig. Nach der Tetradenteilung beginnen sie zu degenerieren und sind zur Zeit der Pollenreife kaum noch in Spuren wahr- nehmbar. Zwischen der Ausbildung des sporogenen Zellkomplexes und der Pollen- bildung liegt haufig eine groBere Ruhe- periode. Bei vielen Coniferen z. B. ist das sporogene Gewebe gewohnlich schon im Herbst ausgebildet, walirend die Entwicke- lung und Teilung der Pollenmutterzellen erst im nachsten Friihjahr erfolgt. Der Teilung der Pollenmutterzellen geht das Synapsisstadium des Kerns voraus (vgl. den Artikel ,,Zellteilung"). Die erste Kernteilung ist eine Reduktionsteilung. Die Zahl der dabei aut'tretenden Doppelchromo- somen ist innerhalb der Gymnospermen verschieden, doch herrscht die Zahl 12 vor. So sind z. B. bei Ceratozamia und Zamia, auch bei anderen Cycadeen, bei Ephedra, Furtpflanzung der Go \vfirlisc- (Gymnospermen) 231 12 Chromosomen gefunden worden, bei Welwitschia dagegen 24. Ebenso weisen die meisten Pinaceen bei der Reduktionsteilung 12 Chromosomenpaare aul'. Unter den Taxaceen wurde die Zahl 12 bei Podo- carpus festgestellt. wahrend Taxus und Torreya nur 8 Doppelchromosoimen auf- weisen. Die beiden Tochterkerne erhalten also die reduzierte Chfomosomenzahl, welche auch bei alien nachfolgenden Teilungen der entstehenden Geschlechtsgeneration beibc- halten wird. Der ersten Kernteilung in den Pollenmutterzellen kann sofort cine Ze-11- teilung nachfolgen. die durch Bildung eines peripherischen, nach innen wachsenden Ring- walles eingeleitet wird. Der Kernteilung in den beiden Tochterzellenfolgt durch einen zweiten Zellteilungsvorgang die Bildung der Pollen- tetrade nach. In anderen Fallen finden beide Kernteilungen rasch naeheinander statt und die Tetradenbildung beruht - - das gleiehe ist auch bei der Sporenbildung der Moose viel- fach der Fall (vgl. S. 194) - - auf einer simul- tanen Vierteilung der Mutterzelle (Fig. 4 tb). mm /^;w.iNft ^....^igp;^|i;:pj^'> l-~^^M^-^^ ^"'''-. , ""' ;;'. ^ r ' - Fig. 4. Partie eines Pollensackes von Finns Laricio mit Kernteilungen und Tetradenbildung in den Pollenmutter- zellen. e Epidermis, t Tapetenzellen, tb Te- tradenbildung. Nach Coulter und Chamber- lain. Die vier Zellen einer Tetrade losen sich aus dem Verbande los und runden sich ab. Ihre Membran differenziert sich in zwei Schichten, von denen die innere, die In tine, aus Zellulose besteht und diinn blcibt, wahrend die auBere, die Exine, starker ausgebildet und kutinisiert wird. Bei den meisten Abietineen ist die anfiere Membranschicht mit zwei blasigen Auftreibungen, den Luft- sacken (Fig. 1, 4 ), versehen, welche als Flugapparate gedeutet werden. Beim Oeffnen der Pollensacke ist, wie bei den Sporangien der Pteridophyten, die durch eigenartige Ausbildung ihrer Zell- wiinde ausgezeichnete Epidermiszellschicht, das Exothecium, beteiligt. Das Oeffnen selbst geschieht je nach Form und Stellung der Staubblatter verschieden, bei den einen Formen durch Querrisse. bei anderen durch Langsrisse. Zur Zeit der Pollenreif e scheiden die Samen- anlagen einen Fliissigkeitstropfen aus, der aus der Mikropyle hervorquillt. In diesen Tropfen gelangen die vom Wind zwischen die Sporophylle der weiblichen Bliiten oder Bliitenstande hineingewehten Pollenkorner und sinken, auf der allmahlich eintrocknen- den Fliissigkeit schwimmend, auf die Kern- warze des Nucellus (Fig. 5, :; ) hinnnter. Bei Fig. 5. Ver schie dene Fo r men von Same n - an lag en. 1 Langsschnitt durch eine junge Samenanlage von Ginkgo biloba, 2 Langs- schnitt durch eine weibliche Bliite von Gnetum Ineinon, 3 medianer Langsschnitt durch eine empfangnisreife Samenanlage von Picea ex- celsa. p Pollenkorner auf und in der Nucellus- warze, i Integument, ii inneres Integument, ai aufieres Integument, pg perigonartige Hiille der Samenanlage, w Wucherung des Sporophylls, m Mikropyle, n und nc Nucellus, e Embryo - sack mit Prothalliumgewebe, pk Pollenkammer, t Pollenschlauche,h Halsteil eines Archegoninms, a Bauchteil eines Archegoniums. Nach Coulter, Chamberlain, Lotsy und Strasburger. denCycadeen und Ginkgo gelangen die Pollen- korner beim Verdunsten des Pollinations- tropf ens in eine im oberen Teil des Nucellus entstandene tiefe und nicht selten verzweigte Hohlung, die Pollenkammer (Fig. 5, ^ v ^). Bei Welwitschia mirabilis findet die Uebertragung der Pollenkorner auf die Samenanlage durch Insekten statt, die durch den an der Mikropyle ausgeschiedenen, zuckerhaltigen Fliissigkeitstropfen angelockt werden. Das gleiehe ist auch bei Gnetum und bei Ephedra campylopoda der Fall. 3. Entwickelung der Samenanlage und Ausbildung des Archespors. Die Samen- 232 Fortpflanzung der Grewachse (Gymnospermen) anlagen der Gymnospermen (Fig. 5, i bis 3 ) ' bestelien aus dem eiformigen Nucellus und einem oder zwei Integumenten (Fig. 5, j, aii u) Diese gehen von der Basis des Nucellus aus. In ihrem oberen Teile steheu sie von dem- selben ab und umschlieBen einen trichter- formigen Gang (Mikropylengang), der ,auf den Scheitel des Nucellus, die Kernwarze, hinunterfiihrt. Bei Gnetum (Fig. 5, 2 ) ist das innere der beiden Integumente schlauch- artig verlangert und funktioniert als pollen- auffangendes Organ. Wo dieses fehlt, wird ; schon durch die besonderen Stellungsverhalt- nisse der Fruchtblatter und Samenanlagen dafiir gesorgt, daB die auf den Zapfen fallen- den Pollenkorner den Weg zum Mikropylen- gang finden. Die ersteu Entwickelungsstadien der Samenanlage stimmen bei den Gymnospermeu vollkommen mitdenjenigen der Angiospermen (vgl. S. 246) iiberein. bei welchen sie infolge der gunstigeren Orientierung in den , Fruchtknoten leichter festgestellt werden konnen und eingehender studiert worden sind. Zunachst differenziert sich im Nucellus ein gro'Berer oder kleinerer Komplex sporogener Zellen, welche dem sporenbilden- den Gewebe im Innern eines Pteridophyten- Sporangiums entsprechen. Sie entstehen ; bei den einen Formen in Gestalt einer hypo- dermalen Zellplatte, bei anderen als hypo- ! dermaler Zellkorper bedeutenden Umfanges. Nacli der Anlage dieses Archespors findet eine starke Teilungstatigkeit in den ober- flachlichen Zellschichten des Nucellus statt, so daB allmahlich iiber dem urspriinglich subepidermalen Archespor eine stark "ent- wickelte sterile Spitze des Nucellus, die Kernwarze, geschaffen wird. Von den j Archesporzellen wird in der Regel nur eine einzige zu einer Makrosporenmutterzelle, die anderen bleiben steril. Durch zwei rasch aufeinander folgende Teilungsschritte, ver- gleichbar der Tetradenteiluiig der Pollen- mutterzellen, entsteht ebenfalls eine Tetrade von vier Enkelzellen. die hier aber in einer Reihe angeordnet sind. Von diesen vier Zellen, den Makrosporen, entwickelt sich nur eine einzige weiter, sie wird zum Embryo- sack (Fig. 6, i). Bei einzelnen Gymnospermen ist derVerlauf der Tetradenteiluiig abgekiirzt, So unterbleibt z. B. in der oberen der beiden durch die erste Teilung aus der Mutterzelle hervorgegangenen Tochterzellen haufig der zweite Teilungsschritt. Als Pro- dukt der Tetradenteiluiig entsteht also eine Reihe yon nur drei Zellen, von denen wieder- um die unterste zum Embryosack wird (Fig. 6, o )lis 3 ). Vollstandige Unterdriickung der Tetradenteilung, wie sie bei den Angio- spermen nicht selten ist, ist bis jetzt unter den Gymnospermen noch nicht beobachtet worden. 4. Endosperm- und Archegonium- bildung im Embryosack. Die in der Ent- wickelung begiinstigte Makrospore wachst zunachst unter Verdrangung der Schwester- Fig. 6. Tetradenteiluiig der Embryosack- mutterzelle bei Cycadeen. 1 vollstandige Tetrade von 4 Enkelzellen im Nucellus einer Samenanlage von Zamia florid an a, 2 abge- kiirzte Tetradenteilung, Bildung von drei Zellen, in einer Samenanlage von Ceratozamia longi- fplia, 3 Verdrangung der zwei oberen Zellen einer dreizelligen Reihe von Makrosporen in einer Samenanlage von Stangeria paradoxa. Xach Smith, Treub und Lang. zellen und meistens auch der tibrigen sporo- genen Zellen des Nucellus heran. Los- losung aus dem Zellverbande des Nucellus findet weder auf diesem ersten noch auf spateren Entwickelungsstadien statt. Das Wachstum der jungen Embryosackzelle ist von Kernteilungen begleitet. Durch zahlreiche, rasch nacneinander stattfindende Teilungen (Fig. 7, t ) entstehen oft mehrere Hunderte freier Zellkerne. Da wahrend dieser Vorgange die Zunahme des Cyto- plasmas nicht mit der GroBenzunahme der Zelle Schritt halt, bilden sich darin kleinere, durch Verschmelzung sich vergroBernde Saftraume aus, die sich schlieBlich zu einem zentralen Saftraum vereinigen und das ge- samte Plasma mit den Kernen an die Wand drangen. Durch Vielzellbildung wandelt sich spater der kernreiche Wand- belag in eine Scliicht einkerniger Zellen um. Durch tangentiale Teilungen der Zellen dieser Schicht wird eine zweite innere Zell- schicht erzeugt und wahrend die Teilungen weiter in zentripetaler Richtung fortschreiten, wachst auch der Embryosack als Ganzes. Die Zellen der innersten Schicht, welche un- mittelbar an die zentrale Vakuole greiizen und vorjeder Teilung gleichsam in dieselbe hinein- Fortpflanzung der Gewachse (Grymnospermen) 233 umzahl auf ein einziges reduziert. In un- ewb'hnlich roBer Zahl daeen finden sich Archegonien bei der auch sonst in der Differenzierung der beiden Geschlechtsgene- wachsen, sincl an Hirer Innenseite nackt. SchlieBlich ist der Embryosackraum mit einem kompakten Zellgewebe, dem primaren Endo- sperm erfiillt, in dessen Zellen reichlich Re- servestoffe angehauft werden. An der Oberflache des Endo- spermkorpers finden sich in- dessen mehrere, haufig auch nur eine einzige Schicht kleinerer und an Reservestoffen armerer Zellen, von denen sich einzelne zu Archegonien entwickeln (Fig. 8, i bis 2). Daraus geht klar hervor, daB der Embryosack der Gymnospermen der Makro- spore der heterosporen Pterido- phyten, das in demselben ent- stehende primare Endosperm dem weiblichen Prothallium der letzteren homolog zu setzen ist. Die Embryosacke der Cycadeen und einzelner Coniferen besitzen auch noch eine kutikularisierte Wandschicht (Fig. 8, o. c), die dem Exosporium freiwerdender Makrosporen verglichen werden kann. Bei einigen Forme n ist ferner, bei Cycas gelegentlich, bei Ginkgo dagegen als Regel, ein Ergriinen des Endosperm- gewebes zu beobachten. Bald nach dem Auftreten von Tei- lungswanden im jungen Embryo- sacke kommt es in seinen Zellen zur Chlorophyllbildung und es ist sehr wahrscheinlich, daB ein Teil der im Prothallium ge- speicherten Starke ein Produkt der eigenen Assimilationstatig- keit darstellt. Kommt bei Ginkgo dem Prothallium noch eine gewisse Selbstandigkeit zu, so ist allerdings in anderen Fallen die Ausbildung des Pro- thalliums schon bedeutend re- duziert, doch niemals so weit, wie bei den Angiospermen. Am weitesten ist innerhalb der Gym- nospermen die Reduktiou in der Prothalliumbildung bei den Gnetinae vorgeschritten, bei denen Ephedra rationen zahlreiche primitive Merkmale auf- und Welwitschia noch ein zusammenhangen- weisenden Gattung Microcycas. Ihre Zahl des Endospermgewebe aufweisen, wahrend betragt hier gegen 200, sie kommen nicht im Embryosacke von Gnetum nur noch nur iiber die Mikropylarregion des machtig zahlreiche freie, im Plasma verteilte Kerne entwickelten Prothaliiums (Lange 2,5 bis gebildet werden. 1 3,5 cm bei 1,75 bis 2 cm Breite!) verteilt Die Zahl der innerhalb eines Embryo- vor, sondern auch an den zahlreichen rand- sackes erzeugten Archegonien ist verschieden. standigen Lappen und beliebigen anderen Am Scheitel des Embryosackes von Zamia Stellen desselben. Abgesehen von diesem finden sich z. B. zwei bis vier von einander und einigen anderen Ausnahmefallen geht durch einige Schichten vegetativer Pro- die Bildung der Archegonien von Zellen der thalliumzelien getrennter Archegonien vor; oberflachlichen Zellschicht aus. Die Arche- beiTorreya taxifolia ist die Archegoni- goniummntterzellen (Fig, 8, 2 , i) vergrb'Bern Fig. 7. Prothallium- und Archegoniumbildung bei Ephedra trifurca. 1 freie Kernteilungen im jungen Embryosack, 2 und 3 junge Archegonien mit Zentralzelle und den ersten Halszellen, 4 Querschnitt durch einen Archegoniumhals, 5 Querschnitt durch den Embryosack in der Hohe der Zentralzellen der Archegonien, 6 und 7 weitere Entwickelungsstadien der Archegonien, 8 Eikern und Bauchkanalkern am oberen Ende der Zentralzelle, 9 Eikern, umgeben von einer Zone verdichteten Cyto- plasmas, vor der Befruchtung. Nach Land. 234 Fortpflanzung der Gewachse (Gymnospermen) sich rasch: sie zeichnen sich vor den anderen Endospermzellen durch groBeren Plasma- gehalt und groBere Kerne aus. Beim weiteren Fig. 8. Entwickelung des Endosperms und der Archegonien von Dioon edule. 1 peripherische Partie eines Embryosackes, kurze Zeit nach erfolgter Zellbildung, 2 Bil- dungszelle eines Archegoniums, 3 junges Arche- gonium aus Zentralzelle und Halszelle, 4 junges Archegonium mit stark gewachsener Zentral- zelle und geteilter Halszelle, 5 obere Partie eines ausgewachsenen Archegoniums mit stark vergroBerten und vorgewolbten Halszellen, Bauchkanal-Zellkern, 6 oberflachlidie Partie eines ausgewachsenen und als Reservestoff- behalter funktionierenden Endosperms, e Epi- dermiszellen des Pro thalliums, i Initiale des Archegoniums, lij primare Halszelle, h 2 sekun- dare Halszellen, h Halszelle, c verdickte und laitinisierte Wand des Embryosackes. st Starke- korner, g gerbstoffhaltige Zelle. Xach Cham- berlain. Wachstum erfahren sie bestimmte, an die Archegoniumentwickelung der Pteridophyten erinnernde Teilungen. Die Archegonien der Gymnospermen sind dem Endospermgewebe ganz eingesenkt. Sie bestehen aus einer groBen, meistens gestreckten Zentralzelle (Fig. 7. u. 8) und einem kurzen Halsteil. I\lit den Archegonien der Pteridophyten stiininen sie darin uberein, daB die Zentral- zelle sich meistens erst kurz vor der Be- fruchtung in eine groBe Eizelle und eine kleine Bauchkanalzelle teilt. Im Gegen- satz zu den Farngewachsen ist dagegen bei den Gymnospermen die Bauchkanal- zelle von der Eizelle gewolmlich nicht durch cine Membran abgetrenht, sondern nnr durch einen irci im Plasma liegenden Kern reprasentiert. eigene Wandschicht wird nicht gebildet; gemeinschaftlichen Eine doch ist vielfach an der Oberflache der Ei- zelle eine Deckschicht vorhanden, die aus besonders geformten, gewohnlichen Endo- spermzellen, oder, wie fiir eine Anzahl von For- men angenominen wird, aus steril gewordenen Archegoniumanlagen hervorgegangeu ist. Hire Zellen sind, wie z. B. bei den Cycadeen, an der Ernahrung der Eizelle beteiiigt und er- moglichen durch intensive Nahrungszufuhr deren auffallende GroBenzunahme. In be- fruchtungsreifen Embryosacken von Dioon edule sind Eizellen mit einer Lange von 4 bis 6 mm und einer Breite von 5 mm festgestellt worden. Der Halsteil des Archegoniums besteht in der Eegel nur aus Wandzellen. Nur bei Microcycas und gelegentlich bei Cephalo- taxus, ist auch ein Halskanalzellkern vor- handen. Bei samtlicheii untersuchten Cy- cadeen, bei Ginkgo und bei Cephalotaxus ist der Archegoniumhals zweizellig; aus zwei oder mehr Zellen setzt er sich bei den iibrigen Taxaceen und den anderen Coniferen zu- sammen. Am zahlreichsten sind die Hals- zellen bei PJphedra, wo sie bis 8 Etagen zu je 4 bis 8 Zellen bilden (Fig. 7, 3 j lis 7 ). Bei Gnetum und AVehvitscliia dagegen ist die Archegoniumbildung reduziert. Bei Gnetum finden sich die den Archegonien entsprechen- den Elemente entweder als freie Eizellen vor, oder eine groBere Zahl freier Kerne am oberen Ende des Embryosackes konnen gleichmaBig bei der Befruchtung als Ei- kerne in Frage kommen. Bei Welwitschia wird nach durchgefiihrter Vielkernbildung das untere Ende cles Embryosackes mit einem aus vielkernigen Zellen bestehenden, ' sterilen Gewebe ausgefiillt. wahrend im oberen Teile des Sackes zwei- bis fiinfkernige Zellen enthalten sind. Einzelne derselben treiben schlauchartige Fortsatze ins Nu- cellusgeAvebe, welche den Pollenschlituchen entgegenwachsen. Man hat diese Zellen als den Archegonien der iibrigen Gymnospermen homologe Bildungen aufgefaBt. 5. Keimung der Pollenkorner und Be- fruchtung. Nach der Uebertragung der Pollenkorner auf die Kernwarze der Samen- anlagen, bei einzelnen Gymnospermen auch schon vor der Ausstreuung aus den Pollen- sacken, gehen in denselbenKern- und Zell- teilungen vor sich, welche eine Homologi- sierung mit dem Vorgang der Prothallium- bildung in der keimenden Mikrospore der heteros})oren Pteridophyten moglich machen. Das Pollenkorn wird zunachst mehrzellig. Bei alien Gymnospermen differenziert es sich ausnahmslos in eine vegetative Pollen- kornzelle (Schlauchzelle) und eine Antheri- diumzelle (auch antheridiale, spermatogene Zelle genannt). Hirer Entstehung (Fig. 9 und 10) geht gewolmlich diejenige von 1 bis Fortpflanzung der Gewfirhsr (Gymnospermen) 2 weiteren Zellen voran, welche vegetative Prothallinmzellen reprasentieren. Sie nehmen nach ihrer Entstehung nicht mehr an GroBe zu und verschwinden liikifig voll- standig. Die vegetative Pollenkornzelleerzeugt spater den Pollenschlauch. Die Anthe- ridinmzelle (Fig. 10, 3) a/ ) wachst zu dieser Wahrend der zuletzt beschriebenen Tei- Inngen konnen die membranosen Abgren- zungen der einzelnen Zellen verschwinden oder iiberhanpt nicht zur Ausbildung ge- langen. Besonders hanfig ist das Fehlen einer deutlichen Abgrenzung zwischen den beiden spermatogenen Zellen, deren /c$T^v"sr % y ~$&*\- .;; 11 1 I f&M? v ! \5 Fig. 9. Prothalliu m- und Pollenschlauch bildung von Finns Laricio. p sterile Pro thalliumzellen, k Kiirperzelle, v Pollenschlanch kern, w Wand- oder Stielzelle, g Spermakerne Nach Coulter und Chamberlain. Pollen- schlauchbildung bei Dioonund Microcycas. 1 bis 5 Prothalliument- wickelung in Pollenkorn und Pollenschlauch von Dioon edule, e Exine, i In tine, vp vegetative Prothalliumzelle, az An- theridiumzelle, w Wand- oder Stielzelle, k Korper- zelle, b Blepharoplast, (Cilienbildner), 6 Pollen- schlauch von Micro- cycas calocoma mit 9 Spermatozoidmutter- zellen. Nach Chamber- lain und Caldwell. Zeit unter starker Vorwolbnng in den Raura der Schlauchzelle maclitig heran. Sie teilt sich spater meistens in eine kleinere, vege- tative Zelle, Stiel- oder Wandzelle (w) genannt, welche an die vegetativen Pro- fhallinmzellen anschlieBt, nnd eine scheitel- standige groBere Zelle, die Korperzelle (k). Diese verhalt sich spater wie eine Spermato- zoidmutterzelle nnd liefert dnrch eine letzte Teilnng zwei Tochterzellen, die spermato- genen Zellen, die in den verschiedenen Klassen der Gymnospermen in Gestalt nnd weiterem Verhalten sehr verschieden sind. Kerne, die Spermakerne, in gemeinschaft- lichem Plasma liegen oder doch zu liegen scheinen. Bei den Cnpressineen sind sie von gleicher GroBe, bei Abietineen und ebenso bei verschiedenen Taxaceen dagegen verschieden groB nnd nnr der groBere ist zur Befruchtnng befahigt. Bei verschiedenen Podocarpeen und Araucarieen ist die Anzahl der im Pollenkorn entstehenden Kerne und Zellen bedeutend vermehrt. So werden z. B. bei Dammara robnsta insgesamt bis 10, bei Agathis bis 13, bei Araucaria sogar 30 bis 40 Kerne und Zellen gebildet, 236 Fortpflanzung der Gewachse (Gymnospermen) deren Bedeutung allerdings noch nicht voll- thallien auf. Sie kommen den Angiospermen kommen genau festgestellt worden 1st. Im am nachsten und unterscheiden sich von Pollenkorn der Gnetaceen dagegen erfolgt denselben nur noch durch einen einzigen in der Regel nur die Bildung einer einzigen, Teilungsschritt. Der bei der .Bildung der vegetativen Zellen und der An- theridiumzelle nicht verbrauchte und einen eigenen groBen Kern enthaltende Best des Pollen- korns, diesogenannte S c hi auc fa- ze lie, bildet nach Sprengung der dicken AuBemvand einen sackformigen Fortsatz, welcher in das Gewebe des Knospen- kerns eindringt (Fig. 11). Da die Bestaubnng und die eben beschriebenen Entwickelungs- vorgange im Pollenkorn sich schon zu einer Zeit abspielen, da im jungen Nucellus erst die Differenzierung des Archespors oder die Teilung der Embryo- sackmutterzelle stattfindet, wird die Pollenschlauchentwickelung gewohnlich bald unterbrochen und erst wieder fortgesetzt, wenn befruchtungsfahige Arche- gonien vorhanden sind. Bis. dahin vergehen bei den einzelnen Formenreilien innerhalb der Gymnospermen sehr verschie- dene Zeitraume, wenige Wochen bis ein Jahr und mehr. Auch sonst sind in den bis zur Be- fruclitung noch notwendigen Entwickelungs- und Wachstums- vorgangen groBe Unterschiede innerhalb der Gymnospermen vorhanden. Bei den Coniferen wachsen die Pollenschlauche (p) in Gestalt langer, unverzweigter und ziem- lich gleich dick bleibender Schlauche von der Kernwarze gegen den Scheitel des Embryo- sackes vor, wobei eine Auf- lockerung und teilweise Auf- losung der hindernden Nucellus- zellen erfolgt (Fig. 11, t u . 2 ). Der befruchtende Pollenschlauch erreicht schlieBlich den Halsteil eines Archegoniums, drangt sich zwischen den Zellen desselben hind urc h in die Bauchkanalzelle bald degenerierenden Prothalliumzelle und j und zuletzt bis in dieEizelle hinein vor. Schon einer Antheridialzelle. Nur bei Ephedra auf einem friihen Stadium der Schlauch- liefert diese durch eine erste Teilung noch eine Wandzelle. Bei den anderen Ver- tretern (Gnetum und Welwitschia) dagegen, werden schon bei ihrer ersten Teilung zwei Spermakerne erzeugt. Von alien Gymno- spermen weisen also die Gnetaceen die am Fig. 11. Pollenschlauchwachstum und Befruch tung bei Coniferen. 1 oberster Teil der Samenanlage von Pinus silvestris im Langsschnitt, i Integument, ps Pollenschlauch, h Halsteil des Archegoniums, be Bauch- kanalzelle, o Eizelle, 2 Pollenschlauchende am Scheitel des Embryosackes von Torreya taxifolia, p Pollenschlauch, k Kb'rperzelle, sk und vk Kerne der Schlauch- und Stielzelle, e Embryosack im Stadium der freien Kernteilung. Nach Stras burger, Coulter und Land. bildung sind im Pollenkorn die beiden sper- matogenen Zellen oder die zwei Spermakerne aufweisende Sperinatozoidniutterzelle frei geworden und zusammen mit dem Kern der Schlauchzelle und demjenigen der aufge- losten Stielzelle in den Pollenschlauch ein- weitesten reduzierten mannlichen Pro- gewandert, in dessen scheitelstandigem Plas- Fortpflanzung der Gewiichse (G-ymnosperraeii) 237 ma sie beim weiteren Wachstum mitgefiihrt werden. Wenn schlieBlich an der in die Eizelle vorgedrungenen Pollenschlauchspitze die Membran aufgelost wird oder platzt, so wird ein Teil des Schlauchplasmas mit den darin enthaltenen vier Kernen in die Ei- zelle hinein entleert. Der eine der beiden Spermakerne (bei den Formen mit ver- schieden groBen Spermakernen der groBere) wandert zum Eikern, mit clem er zur Bildung des Keimkerns verschmilzt. Bei den Gnetumarten (Fig. 12) entleert der bis zum Embryosack vorgedrungene Pollen- Fig. 12. Embryosackscheitel von Gnetum Rumphianum nach der Entleerung eines Pollenschlauches. ps Pollenschlauch, PK Pollenschlauchkern, ink mannliche Kerne (Spermakerne), wk weibliche Kerne (Eikerne). Nach Karsten. schlauch (ps) seinen Inhalt in den mit zahl- reichen Eikernen (wk) versehenen Embryo- sackscheitel. Die beiden Spermazellen des Pollenschlauches, oder vielmehr deren Kerne (mk), verschmelzen mit je einem der weib- lichen Kerne. Wahrend bei vielen Algen, bei alien Moosen und Pteridophyten die mannliche Zelle in Gestalt eines ' selbstandig beweg- lichen Spermatozoides auftritt, sind bei den Coniferen und Gnetaceen, das gleiche gilt auch fiir alle Angiospermen, die maun- liclien Zellen oder die haufig allein noch wahrnehmbaren mannlichen Kerne ohne Eigenbewegung. Sie werden durch das Wachstum des Pollenschlauches, also vollig passiv, der Eizelle zugefiihrt. Von hochstem Interesse ist es nun, daB auch einer Anzahl Gymnospermen typische Spermatozoiden- befruchtung vcrblieben ist. Fiir die Homo- logien- und Abstammungslehre der hoheren Pflanzen ist besonders wertvoll, daB die Spermatozoidenbildung gerade bei denjenigen Gymnospermen beibehalten worden ist, von denen man schon lange, auf Grand anderer primitiver Merkmale, annahm, daB sie den heterosporen Pteridophyten am nachsten stehen, namlich bei den Cycadeen und bei Ginkgo. Zuerst haben zwei japanische Forscher, Ike no und Hi rase, die Sperma- tozoiden bei Cycas und Ginkgo nach- gewiesen. Durch sie angeregt, suchte und fand Webber ahnliche bewegliche Zellen bei Z a m i a integrifolia und spater auch bei Z a in i a p u m i 1 a und f 1 o r i - d a n a (Fig. 14, i). Seither haben sich nicht nur zahlreiche Forscher von der Richtigkeit der gemachten Angaben iiber- zeugt, sondern Spermatozoiden auch bei alien anderen daraufhin untersuchten Cy- cadeen (Arten von Cycas, Microcycas, Zamia, Ceratozamia, Dioon (Fig. 13) und Stangeria) nachgewiesen. Bei all diesen Formen or- folgt die Keimung der zunachst einzelligen Pollenkb'rner in der Pollenkammer (pc) des Nucellus. Sie i'iihrt zur Bildung einer vege- tativen Prothalliumzelle, der Antheridium- zelle, die sich in Stielzelle und Spermatozoid- mutterzelle teilt und schlieBlich der beiden spermatogenen Zellen, deren Inhalt sich zu einem Spermatozoid (sp) umformt. Bei der Gattung Microcycas werden bei der Teiinng der Antheridiumzelle 8 bis 10 Spermato- zoidmutterzellen (Fig. 10, , ; ) gebildet, von denen jede zwei Spermatozoiden liefert, so daB also im Pollenschlauch dieser Pflanze 16 bis 20 Spermatozoiden gebildet werden. Der aus der vegetativen Restzelle des Pollen- korns entstehende Pollenschlauch dringt in das Gewebe des Knospenkerns ein und ver- ankert das Pollenkorn. Er bleibt bei den Cycadeen kurz und gedrungen. bei Ginkgo ist er reich verzweigt. Durch Platzen seiner Spitze gelangen die Spermatozoiden in die i mit Fliissigkeit erfiillte Pollenkammer, in welcher sie schwimmend den Weg zu den Archegonienhalsen zurticklegen. Bei Zamia findet sich oberhalb der Archegonien eine kleine Einsenkung im Prothalliumgewebe von ca. 2 mm Durchniesser und 1 mm Tiefe. Die Pollenschlauche wachsen bis in diese kleine Grube, die Archegonienkammer, vor, und platzen hier erst infolge des Wider- standes, den die etwas vorragenden 238 Fortpflanzung der Clewiichse (Gymnospermen) pc Halszellen der Archegonien ihrem Wachs- 1 den von ihnen auseinandergedrangten Hals- turn entgegensetzen. Sie entlassen dabei zellen hindurch. Ini Cytoplasraa des Eies die beweglichen Spermatozoiden zusammen werden Cilieukorper und Plasmahiille ab- mit einem Tropi'en wasseriger Fliissigkeit, geworfen und der nackte Spermakern wan- der ihnen die Bewegung gestattet. dert zu dem bedeutend gro'Beren Eikern, * * * Fig. 13. Langsschnitt durch die oberste Partie einer Samenanlage von Dioon edule zur Zeit der Befruchtung. i Integu- ment, p Pollenschlauche, pc Pollenkammer, h Halsteil des Archegoniums, a Archegonien, sp Spermatozoid. Nach Chamberlain. Die freien Spermatozoiden der Cycadeen sind schon mit bloBem Auge sichtbare, rimtl- liche Korper. Diejenigen von Zamia (Fig. 14, i) sind nach Webber 220 bis 330 /< Jang und 220 bis 300 // breit, die etwas kleineren Spermatozoiden von Cycas haben nach Miyake einen Durchmesser von 210 bis 250 fji. Sie besitzen mehr oder weniger die Form einer an einem Pole eiformig ge- stalteten Kugel. Von diesem Pole ans wird die Oberflache des Spennatozbiden- korpers von einer spiraligen, 5 bis 6 Win- dungen bildenden Furche umzogen, aits der dicht beieinanderstehende Cilien hervor- ragen. Der von den Spermatozoiden zuriick- zulegende Weg ist bei alien Cycadeen und auch bei Ginkgo kurz. StoBen sie in ihrer Bewegung auf einen Archegoniumhals, so pressen sie sich unter starker Gestalts- veranderung durch den engen Kanal zwischen 2 Fig. 14. Spermatozoiden bildung und Befruchtung bei Zamia floridana. 1 Pollenschlauche mit vegetativer Prothallium- zelle v, Stielzelle s, und den beiden Spermato- zoiden. a vor Beginn, b nach Beginn der Zilien- bewegung, 2 befruchtete Eizelle. Der Sperma- kern wird in einer grubigen Vertiefung des grb'Ueren Eikerns aufgenpiumen. Das abge- worfene Spiralband liegt im Plasma der Spitze des Eies. Bin zweites Spermatozoid an der Oberflache der Eizelle. Nach Webber. von welchem er in einer trichterformigen Einsenkung der Oberflache aufgenommen wird (Fig. 14, >>). Auch bei den Cycadeen erfolgt die Befruchtung erst mehrere Monate nachdem die Pollenkorner in die Mikropyle gelangt sind. Fiir Ceratozamia w r ird sogar angegeben, dafi Pollenentleerung und Be- fruchtung ein voiles Jahr auseinanderliegen. Die bei den Cycadeen und Ginkgo fest- gestellten Verhaltnisse sind fiir die phylo- genetische Deutung des Pollenschlauches von hochstem Werte. Der in das Nucellargewebe eindringende Schlauch dient in erster Linie der Befestigung des Pollenkorns am Nucellus und besorgt wohl auch die Nahrungszufuhr fiir die weitere Entwickelung ties Pollen- korns. Ferner werden durch die Schlauch- bildung die werdenden Spermatozoiden schon in die Nahe des Prothalliumscheitels ge- bracht und bei Zamia findet ja cleren Ent- lassung aus dem Pollenschlauch erst in un- mittelbarer Nahe der Archegonien selbst statt. Bei alien iibrigen Formen der Gymnospermen ist nun die Eigenbewegung der Spermatozoi- den offenbar aus dem Grunde aufgegeben worden, weil der Pollenschlauch weiter wachst und seine Entleerung erst in der Fortpflanzung dor Gewachse (Grymnospermen) schlauchartiger Verlangerung zum Embryo- trager auswachsen. Dieser schiebt sodann die vorderste, den eigentlichen Embryo liefernde Etage in das mit Reservestoffen erl'iillte Nahrgewebe des Prothallinms hin- unter. In anderen Gattungen der Coniferen 1'indet wahrend der Entwickelung des Pro- embryos eine Trennung der vier Zellreihen statt, von denen jede gleichsam fiir sich zu einem Proembryo wird. Da nicht selten in einem Embryosacke infolge des Eindringens mehrerer Pollenschlauche auch zwei oder mehr Archegonien befruchtet werden und sich zu entwickeln beginnen, kb'nnen am 3 Eizelle selbst stattfindet. Eine Umwandlung der spermatogenen Zellen in Spermatozoiden ist dadurch zwecklos geworden, da im Plasma der Eizelle auch die nackten Kerne den Weg zum Eikern fiuden. Der Pollenschlauch aber hat durch diese Umgestaltung der Be- fruchtungsverhaltnisse eine neue Funktion erhalten, welcher auch seine bei Coniferen, Gnetaceen und Angiospermen iiberein- stimmende, langgestreckt schlauchformige Gestalt angepafit ist. 6. Embryobildung. Die Entwickelung des Embryos aus der Keimzelle ist nicht nur innerhalb der verschiedenen Klassen der Gynmospermen, sondern auch innerhalb der Scheitel des Endosperms junge Keime in be- kleineren Kreise, der Familien, ja selbst der trachtlicher Anzahl auftreten SchlieBlich Gattungen, auBerordentlich verschieden. Bei erlangt aber im Verlaufe der Entwickelung Ginkgo (Fig. 15, i un ,i *) I'iillt sich nach , stets ein Keim das Uebergewicht und ent- einigen freien Kernteilungen die Keirazelle vollstandig mit festem Zellgewebe an. Sie erzeugt so direkt einen Embryo, wahrend bei alien iibrigen Formen zunachst ein wenig- bis vielzelliges Gewebe, der Proembryo, gebildet wird, der sich nacb- her wieder auf verschiedene Weise in Embryotrager (Suspensor) und eigent- lichen Embryo differenziert. Bei den Pinusarten z. B. (Fig. 16) wandern nacheiner doppelten Teilung des Keimkerns alle vier Kerne an den der Mikropyle ab- gewendeten Scheitel der Keimzelle. Sie ordnen sich hier ungefahr in eine Ebene ein, teilen sich wieder, worauf sich zwischen den acht, nuiimelir in zwei Stockwerken angeordneten Kernen zunachst Quer- und nachher auch Langswande ausbilden. So entsteht ein achtzelliger Proembryo, dessen vier obere (der Mikropyle zugekehrten) Zellen gegen die Ansatz- Fig 15> Embryobildung bei Ginkgo biloba. 1 Stadium der freien Kernteilung im Proembryo, 2 Entstehung des pro- embryonalen Gewebes durch Segmentation der ganzen Keim- zelle, 3 Schema eines Langssclmittes durch einen weit ent- wickelten Embryo, ct gerbstofi'haltige Zellen, pf erste Laubblatt- stelle der Keimzelle offen bleiben, d. h. hier in das ungeteilte Plasma der Keim- zelle iibergehen. Bei den weiteren Teilungen gehen die vier basalen Zellen zu- nachst voran, die scheitelstandige Vierer- gruppe folgt nach. Das oberste der ent- stehenden vier Stockwerke bildet den de- finitiven AbschluB des Embryos, die drei iibrigen beteiligen sich weiter an der Em- bryoentwickelung und zwar in der Art, daB die Zellen der beiden mittleren Etagen unter anlagen, cot Keimblatter. Nach Strasburger und Sprecher. wickelt sich unter Verdrangung aller anderen zum einen Embryo des Samens. Eine weitere interessante Modifikation im Verlaufe der Embryobildung ist bei Zamia (Fig. 17) und anderen Cvcadeen be- schrieben worden. der befruchteten Hier tritt der Keimkern Eizelle ebenfalls bald in 240 Fort.pi'lanzung der Ge-svarhsp (Gfymnospermen) Teilung und liefert durch freie Kernteilung . gewebe hineinschiebt (4). Der ausgewachsene in acht aufeinander folgenden Teilungs- schritten, an welchen sich meistens alle Embryo der Gymnospermen besitzt (Fig. 15, 3) eine nach der Mikropyle gerichtete in der Keimzelle vorhandenen Kerne be- Hauptwurzel (Radicula), eine Hauptachse (Hypokotyl), eine Stammknospe (Plumula) und eine wechselnde Zahl von Keimblattern V*f.*?ffl>f:i- .:..;''.:,(>; ';.j -^ Fig. 16. Entwickelungsstadien des Pro- embryos und des Embryos von Pinus Laricio. 1 bis 5 Entwickelungsstadien des Pro- embryos, p Pollenschlauch, n Pollenschlauch- spuren im Plasma der Keimzelle, k Kerne der Keimzelle nachden beiden ersten Kernteilungen. s Suspensorzellen, e embryobildende Zellen. 'i innger Embrj 7 o aus drei Zellstockwerken am Scheitel des langgestreckten Suspensors. Nach Coulter und Chamberlain. teiligen, ca. 256 freie Kerne, die im Plasma des Scheitels der groBen Keimzelle verteilt sind. Auf diesen Teil der Keimzelle ist zu- nachst auch der nachfolgende Vorgang der Zellteilung lokalisiert (2). Der entstehende Proembryo liefert spater aus seinen scheitel- standigen Zellen den eigentlichen Embryo, wahrend aus seiner Basis der rasch in die Lange wachsende Suspensor (3) entsteht, der den Embryo ebenfalls in das Nahr- 3. 2 Fig. 17. Procmbryo- und Embryoent- wickelung bei Zamia floridana. 1 Pro- embryo im Stadium der freien Kernteilungen, 2 Gewebebildung am Scheitel des Proembryo, 3 Differenzierung des scheitelstandigen Gewebes in Suspensor und Embryo, 4 junger Embryo mit langem Suspensor. Nach Coulter und C h a m b e r 1 a i n . (Kotyledonen). Die Cyoadinae, Ginkgoinae (Fig. 15, 3) und Gnetinae, ebenso die Taxa- ceae und die moisten Cypressineen \\ r eisen 2 Keimblatter auf. wahrend bei den Abietineen deren Zahl 2 bis 15 betragt. Auch iin reifen Samen liegt der Embryo noch im Endosperm (Prothalliumgewebe) eingebettet, Trotzdem dieses die zur Em- bryobildung notwendigen Baustoffe zu lie- fern hat, ist es selbst noch bedeutend ge- \\aclisen und crfiillt infolge Verdrangung der Nucellusreste den gesamten Raum inner- Fortpflanzung- der Grewachse (Gymnospermen) 241 lialb der Samenschale. Seine Zellen sind mit Starke, Fett und EiweiB gefiillt. 7. Samen und Frucht der Gymno- spermen. Eine Unterscheidung von Fruclit und Samen ist bei den Gymnospermen nur , in jenen Fallen moglich, in welchen, \vie z. B. bei den Cyeadeen, Ginkgo usw., sterile Teile der Fruchtbliitter bis zur Samenreife orhalten bleiben. In den zahl- reichen anderen Fallen, in welchen das Fruehtbhitt ganz oder fast ganz zur Bildung der Samenanlagen auigebraucht wird, decken sich die beiden Bezeichniingen. Die reifen Samen sind von verschiedener Besehaffenheit. Bei den Cycadinae, Ginkgoi- nae und einzelnen Taxaceen sind sie j steinfruchtartig. Der anfiere Teil des Inte- gumentes wird bei der Reife fleischig und ' meistens lebhaft, bei ('yeas z. B. intensiv rot. gefarbt ; die inneren Gewebeschichten werden hart. Bei den Abietineen und Cupressineen sind die Samen hartwandig. In verschiedener Weise konnen sich bei diesen Formen nach der Befruchtung die Frtiehtschuppen und Deckblatter der Bliiten und Blutenstande verhalten. Werden die- selben holzig, so entstehen Holzzapfen: bleiben sie weich und fleischig, so gehen aus clem Bliitenstand Beerenzapfen her- vor. Bei Gnetuni kommen beerenartige j Friichte dadurch zur Ausbildung, daft das Fruehtblatt fleischig, das Integument da- gegen holzig wird. Bei Ephedra nehnien an der Entstehung ebenfalls beerenartiger ,. Friichte" die den Samen zuniiclist stehen- den und fleischig werdenden Hochblatter teil. In der Art ihrer Fortpflanzung nehmen , die Gymnospermen eine iiberaus bemer- kenswerte Zwischenstellung zwischen den Pteridophyten und den Angiospermen ein. Besonders auffallig sind die zwischen den primitivsten Gymnospermen und den Pteri- dophyten bestehenden Homologien in der Entwickelung der Makrosporangien und Makrosporen, der archegonientragenden Pro- thallien, sowie in der Keimnng der Pollen- korner und der Spermatozoidenbildung. An- dererseits weisen die hoehst entwickelten Gymnospermen auffallige Beziehungen zum Typus tier Angiospermen anf, wie den Be- ginu einer Fruchtknotenbildung, Andeutung von Zwitterigkeit bei Welwitschia und Ephedra, Uebergang von der Windbliitigkeit zurPolleniibertragung durch Insekten. Ueber- ! einstimmung herrschtferner in derReduktion der Prothailiumbildung (Guetumarten und alle Angiospermen), in der Ausbildung der Pollenschlauche zum Transport der niiinn- lichen, bewegungslos gewordenen Sexual- zellen zur t^izelle usw." Inwieweit es sich dabei um bloBe Konvergenzerscheinungen ZAvischen Gruppen verschiedenen Ursprungs handelt oder inwieweit bestimmte Gruppen Hanchvorterljuch der Xaturwissenschaften. Band IV. der Angiospermen mit solchen der Gymno- spermen in phylogenetische Beziehungen gesetzt werden konnen, ist auf Grund der Betrachtung der Fortpflanzungsverhaltnisse allein nicht zu entscheiden (vgl. den Artikel ,, Gymnospermen"). Literatur. a) Zusammenjassungen ilber die For tpj'l ll. G. Karsten, Bearbeitung der Phanerogainen im ,,Bonner" Lehrbvch der Botanik, 11. Aufl. Jena 1911. b) Z e i t s chr ij t e n lit c r n t n r : O. W. CaJdwell, M!f>'<>cycas calocoma. Botanical Gazette, 1907, Bd. 44. J, E. Car others, Development of the ovule and female gametophyte in Ginkgo. Bot. Gazette, 1907, Bd. 43. J. Ch. Chamberlain, Oogencsis in Finns Luricio. Bot. Gazette, 1899, Bd. 27. Der- selbe, The ociile und female (jamctoplnjte of Dioon. Bot. Gazette, 1906, Bd. 42. Der- selbe, Spermatogenesis in Dioon edulc. Bot. Gazette, 1909, Bd. 47. -- J. M. Coulter, The embryo sac arid embryo of Gnetitm Unemon. Bot .^Gazette, IMS, Bd. 46. - - J. M. Coulter mid C. J. Chamberlain, The embri/ngeni/ of Zamia. Bot. Gazette, 1903, Bd. 35. J. M. Coulter and J. G. Land, Gametophytes ninl i-iitbri/<> of Torrei/a tn.i-ifolia. r Bot. Gazette, 1905, Bd. 39. S. Hirase, Eludes sur la fecondation et I' embryo genie du Ghiktjo In'loba. Journ. Imp. Coll. Sc. Tokyo, 1895, Bd. 8 und /.v.v, Jid. 12. S. Ikeno, Entwickelung der Geschlechtsorgane und Vorgang der Befruchtung bei Cycas revolula. Jahrb. f. wiss. Botanik, 1898, Bil. 32. - - G. Karsten, I'nterxitcluingen iiber die Gattnng Gnetiim. Ann. Jardin bot. Buitenzorg, 189S, Bd. n. Derselbe, Zur Entivickelungxoexe/n'chte der Gattnng Gnetum. Co/ms Beitn'ige zur Biologic der Pflanzen, 1893, Bd. 6. II". J".