418 XVm. Jahrg. 



Naturwissenschaftliche Rundschau. 



1903. Nr. 



die Erforschung des Elektronengehaltes der höheren 

 Luftregionen mit dem Luftballon von besonderem 

 Interesse sein. Nach den eingehenden Untersuchun- 

 gen von C. F. R.Wilson konnte es nicht mehr zwei- 

 felhaft sein , daß die in der Luft befindlichen Elek- 

 tronen eine bedeutungsvolle Rolle bei allen atmo- 

 sphärischen Kondensationsprozessen spielen (Rdsch. 

 1900, XV, 44). Der Gehalt einer Luftschicht, in der 

 soeben Kondensation eintritt , an freien Elektronen 

 muß daher für die Wolkenbildung in derselben von 

 großer Bedeutung sein. Dreierlei Arten von Konden- 

 sationskernen müssen wir in der Luft als vorhanden 

 voraussetzen : erstens Staubpartikel , auf denen der 

 Wasserdampf schon bei den geringsten Übersätti- 

 gungen sich niederschlägt; sie liefern mit diesem zu 

 Boden fallend elektrisch neutrale Niederschläge. So- 

 dann werden bei weiterer Kondensation zuerst die 

 negativen Elektronen als Kerne dienen, und die die 

 Erdoberfläche erreichenden Niederschläge werden 

 negative Ladungen mit herabbringen. Erst wenn die 

 Übersättigung sehr weit gegangen ist, werden auch 

 -\- Ladungen aus der Höhe mit herabgebracht. Hier- 

 durch erklären sich die wechselnden Vorzeichen in den 

 Ladungen, welche die atmosphärischen Niederschläge 

 bei einem Regenschauer oder einem Gewitter aufweisen- 

 „Die Elektronenzählungen sowohl am Boden wie 

 in den höheren Schichten liefern die Hilfsmittel, auch 

 der quantitativen Seite der Frage näher zu treten. 

 Schon in der Kumulusschicht, in etwa 3000 m Meeres- 

 höhe , fanden sich wiederholt Elektronenmengen, 

 welche die an der Erdoberfläche um das Vier- und 

 Mehrfache übertreffen. An der Erdoberfläche findet 

 sich unter normalen Witterungsverhältnissen rund 

 eine elektrostatische Mengeneinheit freier Elektrizität 

 im Kubikmeter, wie schon erwähnt, etwas mehr freie 

 -f- Elektrizität als freie — Ladung. Mit der Höhe 

 gleicht sich diese Unipolarität mehr und mehr aus 

 mit gleichzeitiger Zunahme der absoluten Ladungs- 

 menge; in 3 km Höhe haben wir mehr als vier elek- 

 trostatische Einheiten im m 3 . Nun berechnet z. B. 

 V.Conrad auf Grund der Elster-Geitelschen Mes- 

 sungen der elektrischen Ladungen der atmosphäri- 

 schen Niederschläge die in 1 g Wasser einer Kumu- 

 luswolke enthaltene Elektrizitätsmenge zu 1 / 3e 10 -8 

 Coulomb. In einer dichten Wolke, in der man nur 

 18 m weit sehen konnte, waren, nach Messungen von 

 Conrad, 5 g Wasser im m s , also etwa 1 / 7 10 — 8 Cou- 

 lomb Ladung vorhanden. Nimmt man den erwähn- 

 ten Wert von vier elektrostatischen Einheiten oder 

 */ 3 10~ 9 = Vao 10- 8 Coulomb negativer Elektrizität 

 an, so würde bereits diese Elektrizitätsmenge aus- 

 reichen, um die beobachtete Niederschlagselektrizität 

 auch quantitativ zu erklären. 



Im allgemeinen wird nur ein Bruchteil der vor- 

 handenen Elektronen durch den Kondensationsprozeß 

 ausgefällt wei'den. Denken wir uns aber an der 

 Kondensation zunächst nur die negativen Elektronen 

 beteiligt, so werden diese durch die Wasserhüllen 

 beschwert; sie sinken als Regen nieder; es bleibt 

 dann den Messungen zufolge etwa die gleiche Menge 



positiver Elektrizität pro m 3 in der Wolke zurück. 

 Geben wir z. B. dem genannten Kumulus nur 1 km 

 Radius, so wird er bei kugelförmiger Form mit 3 km 

 Mittelpunktsabstand von der Erdoberfläche an dieser 

 ein Potentialgefälle von zirka 11000 Volt pro Meter 

 Erhebung durch seine Eigenladung hervorrufen, 

 wie Conrad gleichfalls zeigt. Dies sind aber Werte, 

 wie sie tatsächlich bei Gewittern an der Erdober- 

 fläche beobachtet werden. Bedenken wir, daß bei 

 diesem Gefälle ein 500 m über dem Erdboden in der 

 Luft befindlicher Punkt gegen die Erde bereits einen 

 Spanuungsuuterschied von fünf und eine halbe Mil- 

 lionen Volt aufweisen würde, so werden wir hier 

 unmittelbar auf Spannungen geführt, wie wir sie bei 

 dem gewaltigsten elektrischen Prozesse der Atmo- 

 sphäre, bei dem Gewitter, sich ausgleichen sehen. 

 Bereits 1887 berechnete Linss, wie ungeheure elek- 

 trische Kräfte wachgerufen werden, wenn die in einer 

 Wolke von ihm vorausgesetzten Ladungen durch 

 größere Strecken hindurch räumlich getrennt wür- 

 den , und daß sich uns hier Energiequellen auftun, 

 die bei weitem ausreichen, um die heftigsten Ge- 

 wittererscheinungen zu erklären. Die Elektronen- 

 theorie gibt uns nun, wie gezeigt, eine überraschend 

 einfache Erklärung für diese Ladungen, und die 

 Elektronenfänge lieferten Ausbeuten , welche der 

 Größenordnung nach vollkommen ausreichen, um die 

 Erscheinungen auch quantitativ zu erklären. 



Und endlich auch das letzte Problem , welches 

 sämtlichen älteren Theorien völlig unüberwindliche 

 Schwierigkeiten entgegenstellte , beginnt sich vom 

 Standpunkt der neuen Theorie aus allmählich zu 

 lichten; das Problem, die dauernde Eigenladung des 

 Erdkörpers und die Tatsache des elektrischen Span- 

 nungsfeldes über ihm, d. h. die sogenannte Schön- 

 wetterelektrizität, zu erklären. 



Schon den älteren Beobachtern wurde klar, daß 

 der Erdboden gegenüber dem Luftraum immer eine 

 elektrische Ladung besitzt , auch wenn von einer 

 Gewitterstimmung im Umkreise keine Rede sein 

 konnte, also bei typischem „schönen Wetter". Bei 

 diesem erwies sich der Erdkörper negativ geladen 

 gegenüber der umgebenden Luft; nur bei wolkigem, 

 regnerischem, zur Gewitterbildung neigendem Wetter 

 schlägt das Vorzeichen der Erdladung gelegentlich, 

 aber nur auf kurze Dauer um. Zur Erklärung dieser 

 elektrischen Eigenladung der Erde sind die verschie- 

 densten Theorien aufgestellt worden, ohne daß irgend 

 eine genügt hätte. Die Eigenschaften der Elektronen 

 geben einen ganz neuen Gesichtspunkt, von dem aus 

 das Problem überraschend einfach erscheint. Die -4- 

 und — Elektronen unterscheiden sich überall, wo sie 

 auftreten, durch die Verschiedenheit ihrer Wande- 

 rungsgeschwindigkeit: die — Elektronen wan- 

 dern unter der Wirkung einer bestimmten elektrischen 

 Kraft viel schneller, sie sind leichter beweglich als 

 die -{-Elektronen, die mit einer größeren Menge 

 träger Masse bepackt erscheinen. Dagegen scheinen 

 beide Arten mit derselben Elektrizitätsmenge ge- 

 laden zu sein, die sich nur durch das Vorzeichen bei 



