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III. Beitrag zur Theorie des Plutonismus.

Von A. Streng.

In einer neuerdings verSffentlichten h6chst interessanten Arbeit fiber den Yulkanismus als kosmische Erscheinungy nimmt T s c h e r m a k eine ~iltere Hypothese yon Angelot wieder aufy um mit ihrer Hilfe eine Reihe yon irdischen und kosmischen Erschei- nungen in einer durchaus zufriedenstellenden Weise zu erkl~ren. Er nimmt any dass die gliihenden Fliissigkeiten, aus denen einst- reals die Erde und die Planeten bestanden~ unter dem damals herrschenden hohen Atmosph~irendrucke grosse Massen yon Gasen absorbirt h~itten und dass diese Gase erst wieder in Freiheit gesetzt wiirden in dem Augenblicke der Erstarrung jener Fliissig- keiten, Rhnlich wie dies bei dem Spratzen des Silbers oder bei dem Erstarren des mit Wasserdampf ges~ittigten Schwefels der Fall ist. Er nimmt ferner any diese stark fiberhitzten Gase seien die Veranlasser der vulkanischen Eruptionen auf der Erde, auf dem Monde und auf anderen Planeten etc. Dutch ihre hohe Temperatur bewirkten sie ein Schmelzen der in hSheren Regionen befindlichen schon erstarrten Gesteine~ durch ihre hohe Spannung abet ein Empordringen derselben his zur Erdoberii~iche und das Zerst~uben zu Asche.

Man wird diese Hypothese als eine wohlbegrfindete anerkennen dfirfen unbeschadet der ~lteren Anschauungy wonach die Haupt- triebfeder ffir das Hervortreten feuerfliissiger Gesteine die durch Abkiihlung bewirkte Zusammenziehung der festen Erdrinde ist. Man wird vielleicht beide Anschauungen mit einander verbinden und den Satz aufstellen kSnnen: Die Eruptionen feuerflfissiger Gesteine haben stattgefunden durch die Zusammenziehung der festen Erdrinde und durch die bei dem Erstarren flfissiger Gesteins- massen freiwerdenden Gase, deren hohe Spannung die flfissigen Gesteinsmassen bis zur Erdoberfl~che trieby wenn hiezu die Kra f t ' der Zusammenziehung der Erdkruste nicht ausreichte. Das Zer- st~iuben der zu Tage getretenen flfissigen Massen~ die Bildung yon Aschen und Tuffeny die ja schon in den ~iltesten Zeiten bei den Emptionen der Diabase und Quarzporphyre stattgefunden habeny

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sind dann lediglich auf die Wirkung der Gase und ihrer hohen Spannung zuriickzufiihren.

Die Yer6ffentlichung der eben erw~ihnten Hypothese, die im Stande ist, unsere Yorstellungen yon der Beschaffenheit des Erd- innern zu modificiren, ist fiir reich die Yeranlassung geworden, einen Oedanken mitzutheilen, dem ich schon seit einer Reihe yon Jahren in meinen Yorlesungen Ausdruck gegeben habe und der vielleicht einen kleinen Beitrag zur KIRrung unserer Yorstellungen bez/iglich des Erdinnern zu liefern vermag.

Nach der jetzt ziemlich allgemein angenommenen Hypothese fiber die Entstehung und erste Entwicklung der Erde, befand sich diese einstmals in dem Zustande einer gliihendfliissigen Kugel, die won einer m~ichtigen Gashiille umgeben war e in deraller Stiekstoff, Wasserstoff und Sauerstoff der Erde, sowie alle leicht fliichtigen Elemente enthalten waren. Die Kugel selbst bestand also aus schwerfliichtigen Elementen in nicht oxydirtem Zustande, die sich nach ihrem spec. Gewichte derart anordnen mussten, dass die specifisch schwersten den inneren Kern einnahmen, um den sich in Kugelsehaalen Elemente yon immer geringer werdender Dichtigkeit lagerten. Wir mfissen dies desshalb annehmen, well die Elemente sieh nicht in allen Verh~iltnissen mit einander mischen und desshalb kein gleichm~issiges Gemenge geben kSnnen und well sie vermSge ihrer Bewegliehkeit im Stande waren, sich nach ihrem spec. Gewichte zu ordnen. Die Elemente lagerten sich also nicht nach der H6he ihres Siedepunktes aufeinander, d. h. nicht nach der Reihenfolge ihrer Yerdichmng aus dem Urnebel~ sondern schon w~hrend dieses Yerdichtungsprocesses nach ihrer Dichtigkeit. Die hohe Temperatur verhinderte sie zugleich, sich mit den gasf6rmigen Elementen~ Sauerstoff, Chlor, Schwefel etc. zu verbinden.

"Als nun bei weiterer Abkfihlung die Temperatur weit genug gesunken war, um chemisehe Yerbindungen der fliissigen Elemente mit den Bestandtheilen der Gashiille zu gestatten, verbanden sich die obersten aus den leichtesten Elementen~ Calcium~ Magnesium, Aluminbam und Silicium (denen vielleicht etwas Eisen beigemischt war) bestehenden Lagen der fliissigen Kugel mit dem Sauerstoff der Atmosph~ire und bildeten eine flfissige, die unterliegenden Elemente sch/itzende Oxydschicht, die Silicate. Wit kSnnen uus

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diesen Oxydationsprocess so denken~ dass sich zuerst die obersten leichtesten Elemente, Calcium (G - - 1"58) und Magnesium (G - - 1"74) oxydirten~ w~ihrend die Alkalien noch einen Gemengtheil der Luft bildeten. Dadurch entstand Calciumoxyd (G ~ 3"1) und Magne- siumoxyd (G - - 3"7)~ die beide specifisch schwerer sind~ wie Silicium (G "- 2"2) und Aluminium (G - - 2"7). Sie sanken daher unter und wurden verdr~ingt und ersetzt durch das leichte Silicium, welches vielleicht mit Aluminium gemischt war. Dutch ihre Oxy- datiou enstand nun kieselsaures Aluminium und Kieselerde. Vielleicht schlugen sich zu dieser Zeit oder etwas sp~iter die Alkalien in oxydirtem Zustande aus der Atmosphere nieder~ so dass ein durch Ueberschuss an Kieselerde sehr saueres Silikat yon Aluminium nnd Alkali sich bildete, welches nach abw~irts einen Theil seiner Kieselerde, Thonerde und Alkalien an die oxydirte Unterlage~ das Calc ium-und Magnesiumoxyd abgab. Es entstand so eine obere specifisch leichte Lage sauerer Silikate und eine untere specifisch schwerere Lage basischer Silikate~ denen sich namhafte Mengen yon Eisen beimischen konnten~ weil wohl das Eisen sich unmittel- bar unter dieser tiefsten Oxydschicht befunden haben mag und durch den in dem Silikatmagma gelSsten Sauerstoff oxydirt worden sein konnte~ was natiirlich nur an der kalk- und magnesiareichen Unterlage der Silikatschicht mSglich war. Dadurch wurde diese eisenreich und noch basischer und specifisch schwerer. Durch Diffusion konnten allmahlich kleinere oder grSssere Mengen yon Eisen, Calcium und Magnesium in die hSher liegenden saueren und alkalireichen Silikate und umgekehrt Silicium~ Aluminium und Alkali in die tiefer liegenden basischen Gesteine gelangen. Es ergibt sich hieraus, dass auch die Silikathfille nach dem spec. Gewichte geordnet sein musste~ nachdem der Oxydationsprocess vollendet war und dass sich oben eine sehr m~ichtige~ specifisch leichte~ stark silicirte eisenarme~ abet alkalireiche Kugelhfille~ unten eine 'weit weniger m~ichtige specifisch schwere, schwach silicirte eisen-, kalk- und magnesiareiche Kugelschaale befand~ zwischen denen~ als Endgliedern einer Reihe, alle mSgtichen Mittelglieder angenommen werden kSnnen (Mischlingsgesteine), die aber weder unter sich~ noch gegen die Endglieder hin~ scharfe Grenzen zeigten, da sie mit einander mischbar sind und desshalb allm~ihlich in einandcr iibergehen kSnnen.

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Unter dieser m~ehtigen Silikatsohicht kann man sieh metalli- sehes Eisen denken~, dessen Vorhandensein wahrseheinlieh g.emacht wird dutch sein Vorkommen theils in Meteorsteinen (zertriimmerten WeltkSrpern), theils in Basalten (Ovifak), welche einzelne Bruch- stiicke desselben aus der Tiefe mit emporgebraeht haben mSgen. kbe r aueh das hohe spec. Gewieht der ganzen Erde, die mittlere Diehtigkeit derselben = 5"5, lehrt uns~ dass das Innere derselben aus specifisch sehr schweren Stoffen bestehen muss, aus Stoffen, deren Dichtigkeit die Zahl 5"5 noch bedeutend iiberwiegt, weil die geringe Diehtigkeit der Erdrinde mit Einschluss des Meeres die mittlere Dichtigkeit der Erde stark herabdriiekt. Dieser Umstand ist es vorzugsweis% der uns veranlassen muss~ anzunehmen, die Stoffe, welehe die Erde zusammensetzen, seien yon unten naeh ob~n ihrem spee~ Gewichte naeh geordnet.

Herr Professor F. P f a f f in Erlangen, der so viele sch~itzens- werthe Beitr~ge zur Entwicklungsgesehiehte der Erde geliefert. und viel dazu beigetragen hat, unsere knschauungen in dieser Beziehung zu kl~tren, hat auf Pag. 42 seiner allgemeinen Geologie eine Reehnung ausgeffihrt, aus welcher sieh ergibt~ dass die hohe Diohtigkeit des Erdinnern sieh mSglicher Weise erkl~ren lasse ledigHch durch die Zusammendriickung, welehe die tiefer liegenden Erdregionen dutch die dariiberliegenden erleiden, dass also das Erdinnere aus denselben Stoffen, den Silikaten, bestehen kSnne, welehe die Erdoberfl~iche zusammensetzen nur in einem stark ver- diehteten Zustande. Diese Rechnung ist aber yon der Voraussetzung ausgegangen, dass der Compressions-Coefficient bei allen Druck- graden derselbe sei, eine Voraussetzung, die nach d e n Versuchen yon C o ! l a d e n und S t u r m fiir klkohol, &ether und Salzs~ure- ~ther nieht zutreffend erscheint. Denn diese Versuche haben gelehrt, dass der Compressions-Co~fiicient, d. h. d i e Zusammendriickbarkeit mit steigendem Drueke raseh abnimmt, d. h. dass mit steigendem Drueke der Widerstand, den die KSrper den zusammenpressenden Kr{iften entgegensetzen, immer grSsser wird. Mit einem Compressions- Co~ffieienten yon 0"0000025, wie er bei manchen KSrpern wirklich vorkommt, wird man daher bei Weitem nicht ausreichen, um dutch den Druck einer Masse yon der Dieke des Erdradius die StofF% welche die Erdrinde zusammensetzen, wenn wit sie ins Innere der Erde verlegt denken, bis zu einer Dichtigkeit yon weit mehr als

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5"5 zusammenzupressen. 1) Es kommt hinzu, dass die Temperatur nach dem Erdinnern zunimmt und damit der zusammendriickenden Kraft der aufliegenden Schiehten in immer steigendem Maasse entgegenwirkt~ dieselbe also theilweise aufhebt. Ausserdem lehrt uns ja das Hervorbreehen yon Silikaten mit hohem und niederem spee. Gewichte, dass schon in hSheren Regionen der Erde Stoffe yon verschiedener Diehtigkeit, getrennt yon einander, vorhanden sein miissen.

Man wird also wohl bereehtigt sein~ anzunehmen, dass das Erdinnere aus Substanzen bestehe~ die aueh an der Erdoberfl~ehe eine welt grSssere Dichtigkeit besitzen 7 als unsere Silikate, deren specifisehes Gewieht die Zahl 3 selten iibersteigt.

Wurde nun das fliissige Erdsph~ro~d der Abkiihlung aus- gesetzt, so musste eine ~iussere Erstarrungsrinde entstehen~ deren Dicke immer mehr zunahm. Drang die Temperatur-Erniedrigung aber tiefer in das Erdinnere, also in die Regionen immer dichter werdender Kugelschaalen ein, dann ist es denkbar~ dass die un- mittelbar unter der starren Erd~inde befindliehe Fi/issigkeit einen niedrigeren Schmelzpunkt besitzt~ wie eine darunter befindliche speeifiseh sehwerere Kugelschaale. In Folge dessen kann die letztere friiher erstarren, wie die erstere, so dass die flfissige Kuge]schaale unter der Erdrinde wieder yon einer festen Kugelschaale untero teuft wird~ unter weleher wieder eine fliissige Masse vorhanden sein kann.

Fiir den Wechsel fester und fliissiger Stoffe unter ~hnliehen Verh~ltnissen, haben wir treffende Beispiele in unseren H~tten- werken. ~Venn das Werkblei abgestochen ist und im Stechheerde unter einer Sehicht yon Sehwefelmetallen und einer Seh]ackendecke erkaltet~ dann ist die letztere in einem bestimmten Erkaltungs- stadium auf ihrer Oberfl~ehe erstarrt~ an einer etwas tieferen Stelle aber noeh fliissig. Darunter befindet sich die Lage des schon erh~rteten Steins oder Lechs~ unter dem wieder fliissiges Vferkblei vorhanden ist. Erkaltet ferner eine flfissige Stahlmasse unter einer Sehlackendeeke yon oben nach unten~ dann wird sieh unter der

~) Die Mal 1 e t'schen Compressions-Co~fficienten, erhalten an W~irfeln mit offenen Seiten, kSnnen hier gar nicht in Betracht kommen, da die letzteren ein Ausweichen der Substanz nach der Seite gestatten.

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obersten erstarrten Schlackenhiille eine Lage fliissiger Schlacke befinden, unter welcher wieder die Oberfliiche des Stah]s erstarrt ist, wRhrend die Hauptmasse des darunter befindlichen Stahls noch fliissig erscheint. Ganz Rhnlich kann man sich das Erdinnere vor- stellen, wenn man annimmt, class ein grosser Theil desselben aus metallischem Eisen besteht: Der oberste Theil der Silikathiille ist erstarrt, der unterste noch fliissig oder nur mit einzelnen festen Kugelschaalen versehen, welche durch fliissige Kugelschaalen yon einander gesondert sind. Darunter befindet sich die vlelleicht schon erstarrte Rinde des Eisens~ unter der noeh fliissige Eisenmassen vorausgesetzt werden kSnnen.

Nun ist schon yon P f a f f und &nderen hervorgehoben worden, dass der Druek der ~usseren Theile des Erdsph~ro~ds auf den innersten Kern den Schmelzpunkt des letzteren so erhSht haben k~nne, dass derselbe mSglicher Weise lest sei. Diese Hypothese ist indessen nur dann zuliissig, wenn das Erdinnere aus Stoffen besteht, die sieh im Augenblicke des Erstarrens zusammenziehen. Fiir so|ehe KSrper, die sich bei dieser Aenderung des Aggregat- zustandes ausdehnen, wie das Wasser, wiirde die Hypothese unzul~issig sein. Denkt man sieh den inneren Kern der Erde vor- waltend aus Eisen bestehend, so ist es bel~anntlich noch streitig, ob sich dieser K6rper beim Erstarren ausdehnt oder zusammen- zieht. Es wird desshalb auch die Frage, ob man sieh einen solchen Eisenkern lest oder fliissig vorzustellen habe~ vorl~iufig noch eine offene bleiben; die Vorstellung yon dem Vorhandensein fester Kugelschaalen zwischen fliissigen, wiirde manehe Erscheinungen zu erk|~ren vemSgen resp. die bisherigen Erkliirungen modificiren.

Aus dem u ergibt sich, dass das Erdinnere mSg- ]icher Weise eine sehr complicirte Besehaffenheit hat. Im innersten Kerne vielleicht eine feste Kuge], dariiber eine fliissige Kuge]- schaale, in tier mehrfaeh feste Kugelschaalen eingesehaltet sind, so dass mehrere feste und fliissige Kugelschaalen mit einander abweehseln. Das Ganze wiirde dann umhiillt yon der dicken festen Erdrinde. Beistehende Figur soll diese Yerh~ltnisse versinnlichen.

Naeh der yon T s c h e r m a k befiirworteten Hypothese ent- wickeln sieh beim Erstarren fliissiger Gesteine grosse Gasmassen, die vorher in ihnen gel6st waren. Dies wiirde nun an der Innen- seite sowohl der festen Erdrinde, als auch jeder festen Kugel-

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schaale der Fall sein. Diese Letzteren diirfen wir uns aber ebenso wenig wie die Erstere als regelfia~issJge Sph~iros vorstellen. Denn wenn die Ursaehe der Faltung der Schichten, der t tebungen und Senkungen der Erdrinde in der dutch Abkiihlung bewirkten Zusammenziehung der Letzteren gesueht werden darf, so wird man

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auch fiir die inneren festen Kugelschaalen eben solche Faltungen, Hebungen und Senkungen annehmen miissen, da aueh sie einer stetigen Abkiihlung ausgesetzt sind. Diese Hebungen und Sen- kungen werden dort sogar noeh starker hervortreten, wie auf der Erdoberfl~che~ da sie dort nicht durch Erosion abgeschw~eht werden. Aus den hierbei entstehenden Spa]ten werden sich die beim Ersteren frei werdenden Gase entwickeln~ werden die fliissige Silikatschieht durchstr6men und in h/~heren Regionen vulkanische Erseheinungen hervorbringen k6nnen.

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Die Thatsache, dass in allen Perioden der Erdgeschichte hier sauere, dort basische und" an einer anderen Stelle Mischlings- gesteine hervorgetreten sind, kann dadurch erkl{irt werden~ dass bei den Hebungen und Senkungen der Erdrinde grosse Bruehst~icke derselben mehr in die hoehgelegenen saueren oder in die tiefer liegenden schwereren und basischeren oder in die tiefstliegenden sehwersten und basischsten fliissigen Silikatmassen einsanken und die in jenen Bruchstiieken vorhandenen oder sich bildenden Spalten im ersten Falle sauere, im zweiten Mischlingsgesteine, im dritten basisehe Gesteine lieferten. Die genannte Thatsaehe kann aber auch darin begriindet sein~ dass eine der festen inneren Kugel- schaalen bei ihrer Faltung mehr oder weniger hoch in die basi- schen oder saueren Gesteinsmassen hereingedr~ingt wurde und dass der aus ihren Spalten sich entwiekelnde Gasstrom in Folge dessen h6here oder tiefere Regionen der fliissigen Silikate ergriff und in die HShe trieb.

Auch das Vorhandensein yon Bruchstiieken anderer Silikat- gesteine in eruptiven Gesteinen finder eine modifieirte Erkl~irung, namentlich die Einschl~isse yon Olivinfels in Basalt. Das spee. Gewieht des Olivinfels ist im Allgemeinen grSsser als dasjenige des Basaltes~ so dass Ersterer im Erdinnern unter dem Letzteren abgelagert sein wird. Wollte man sich den Olivinfels ebenso fliissig denken, wie den Basalt~ so wiirden keine B r u c h s t i i c k e d e s Ersteren im Letzteren zu finden sein. Nun ist abet der Sehmelz- punkt des Olivinfels hSher, als derjenige des Basalt; der Olivinfels wird also eine feste Kugelsehaale unter dem fliissigen Basalte bilden. ~) Entwiekeln sich nun Gase mit grosser Heftigkeit aus tieferen Regionen~ so werden sie die feste Kugelschaale des Olivin- fels durchbrechen und die Bruchstfieke desselben in den Basalt treiben. ~[it diesem gelangen sie dann zur Oberfl~che und zwar entweder eingelagert im Basalt oder nur mit einer Basaltkruste versehen als vulkanische Bombe (Dreyser-Weiher und Schwarzen- fels). Auch durch Faltung und Hebung kSnnten Theile der Olivin- fels-Schaale in den Basalt getrieben werden~ wobei sich in den

1) Da es Basalte gibt, deren spec. Gew. ebenso hoch und hSher ist, als dasjenige des Olivinfels, so kSnnte sich m~glicher Weise die feste OliviDfelslage mitten im flttssigen Basalte befinden.

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h6heren Regionen Bruchstiicke losl6sen und dem Basalte beimengen kSnnen.

Abet selbst noch tiefer liegende feste Gesteinsmassen, z. B. Bruchst~cke der lest gewordenen Eisenrinde konnten durch die Gewalt der sich Bahn brechenden Gasmassen oder durch Hebung in die in h6heren Regionen befindlichen flfssigen Basalte und mit diesen zur Oberfl~che gelangen, wie z. B. bei Ovifak~ w o e s dutch die Untersuchungen yon S t e n st r up wahrscheinlich geworden ist~ dass das in dem Basalte eingelagerte Eisen aus dem Erdinnern stammt. Diese Ansicht erscheint um so wahrscheinlicher, als wir aus dem Nickelgeha]t des specifisch schweren, dem Eisenkerne gewiss verh/iltnissm/issig nahe liegenden Olivinfels den Schluss ziehen d/irfen~ dass auch das unterliegende Eisen nickelhaltig sei, aus dessen Oxydation der Eisengehalt d e r basischen Gesteine wahrseheinlich hervorgegangen ist. Ausserdem ist durch die Unter- suchungen yon S o r b y d e r Beweis geliefert worden~ dass die W i d m a n s t/~ d t e n 'schen Figuren kein charakteristisches ]~erkm al des Neteoreisens sind, sondern durch andauerndes Erhitzen in der N/ihe des Sehmelzpunktes entstehen, eine Bedingung, die bei der fest gewordenen Rinde des im Innern angenommenen Eisenkerns erf/illt ist.

Indem ich das Vorstehende dem Urtheile der Fachgenossen fbergebe, bin ich mir wohl bewusst, dass das Neiste yon dem, was ich mitgetheilt habe, schon frfher bekannt war. Iqamentlich die Idee, dass im Erdinnern die Stoffe nach ihrer Dichtigkeit an- geordnet seien, ist schon vielF~.Itig angeregt und vertheidigt worden. Der neue Gedanke yon dem Vorhandensein fester Kugelschaalen zwischen flfssigen, bedarf einer Besprechung und Beleuchmng yon verschiedenen Seiten. Sollte hierzu durch das ~rorstehende die A~nregung gegeben sein, dann ist mein Zweck erffllt, gleichgfiltig~ ob jener Gedanke sich als ein wohlbegr/indeter und berechtigter erweist, oder ob er aufgegeben werden muss. Die Discussion dieses (~egenstandes wird unter allen Umst~nden dazu beitragen~ unsere Ansichten /iber die Beschaffenheit des Erdinnern und fiber den Plutonismus zu kl/iren.

G i e s s e n , den 4. Jan. 1878.