in All 11! 111 illl iimwv' IIP j{ Jini ; i) Ji I: hhUn ? li III m WH ;fj||j PI i u f|||||i; 11 II iiiiiii- $ illiil j HI 18 iil Hill PlIi'sllonaVHji 11 lli iil I ilf lii I Handwrterbuch der Naturwissenschaften. Dritter Band. Handwrterbuch VOL der Naturwissenschaften Herausgegeben von Prof. Dr. E. KorSChelt-Marburg Prof. Dr. G. Linck-Jena (Zoologie) (Mineralogie und Geologie) Prof. Dr. F. OltmannS-Freiburg (Botanik) Prof. Dr. K. Schaum-Leipzig Prof. Dr. H. Th. Simon-Gttingen (Chemie) (Physik) Prof. Dr. M. Verworn-Bonn Dr. E.Teichmann-Frankfurt a. M. (Physiologie) (Hauptredaldion) Dritter Band r Ei und Eibildung Fluoreszenz Mit 921 Abbildungen JENA Verlag von Gustav Fischer 1913 Alle Rechte vorbehalten. Copyright 1913 by Gustav Fischer Publisher, Jena. Inhaltsbersicht. Nur die selbstndigen Aufstze sind hier aufgefhrt. Eine Keihe von Verweisungen findet sich innerhalb des Textes und ein spter herauszugebendes Sachregister wird nhere Auskunft geben. E. (Fortsetzung.) Seite ^Ei und Eibildung. Von Dr. E. Korscheit, Prof., Marburg i. H 1 NEichler, August Wilhelm. Von Dr. W. Ruhland, Prof., Halle a. S 40 Eis. Von Dr. H. He, Prof., Nrnberg 40 Eisengruppe 57 a) Eisen. \ 57 b) Kobalt. , Von Dr. F. Sommer. Charlottenburg 68 c) Nickel. I 73 ./Eiszeiten. Von Dr. M. Semper, Prof., Aachen 77 Eiweikrper. Von Dr. O. Cohnheim, Prof., Heidelberg 93 Elastizitt. Von Dr. Th. v. Karmn, Prof., Aachen 165 Elektrizitt. Von Dr. H. Starke, Prof., Greifswald 193 Elektrische Arbeit. Von Dr. E. Orlich, Prof., Berlin-Friedenau 201 Elektrisches Feld. Von Dr. H. Starke, Prof., Greifswald 214 Elektrische Hilfsapparate. Von Dr. H. Schering, Charlottenburg 227 Elektrische Influenz. Von Dr. C. Schaefer, Prof., Breslau 234 Elektrische Leistung. Von Dr. E. Orlich, Prof., Berlin-Friedenau 249 Elektrische Manormale* Von Dr. E. Grneisen, Charlottenburg 262 Elektrische Masysteme. Von F. Emde, Prof., Stuttgart 265 Elektrische Spannung, i 275 Elektrischer Strom. Von Dr. G. Schulze, Charlottenburg 284 Elektrische Ventile. I 303 Elektrischer Widerstand. Von Dr. H. Busch, Gttingen 321 Elektrizittsleitung. Von Dr. J. Koenigsberger, Prof., Freiburg i. B 347 Elektrizittsleitung in Gasen. Von Dr. E. Marx, Prof., Leipzig 364 Elektrizittsproduktion. Von Dr. F. W. Frhlich, Prof., Bonn 379 Elektrochemie. Von Dr. M. Le Blanc, Prof., Leipzig 396 Elektrodynamik. Von Dr. H. Scholl, Prof., Leipzig 408 Elektrokapillaritt. Von Dr. F. Krger, Prof., Danzig-Langfuhr 428 Elektrolytische Leitfhigkeit. Von Dr. A. Coehn, Prof., Gttingen 441 Elektromotorische Krfte. Von Dr. H. Th. Simon, Prof., Gttingen 449 ^-Elektronen. Von Dr. G. Mie, Prof., Greifswald 466 Elektrooptik. Von Dr. W. Voigt, Prof., Gttingen 477 Elektrostatische Messungen. Von Dr. H. Schultze, Prof., Charlottenburg . . . 483 NEndlicher, Stephan Ladislaus. Von Dr. W. Ruhland, Prof., Halle 499 Energetik der Organismen. Von Dr. A. Ptter, Prof., Bonn 499 Energielehre. Von Dr. G. Helm, Prof., Dresden 508 Enteropneusta. Von Dr. J. W. Spengel, Prof., Gieen . 527 28787 VI Inhaltsbersicht Seite -"-Entwickelungsmechanik oder Entwickelungsphysiologie der Tiere und der Pflanzen 542 , 'A. Entwickelungsmechanik oder Entwickelungsphysiologie der Tiere. Von Dr. C. Herbst, Prof., Heidelberg 542 __---- B. Entwickelungsmechanik oder Entwickelungsphysiologie der Pflanzen. Von Dr. H. Winkler, Prof., Tbingen 634 Enzyme der Pflanzen. Von Dr. F. Czapek, Prof., Prag 667 Epiphyten. Von Dr. G. Karsten, Prof., Halle a. S 673 ..--Erdbeben. Von A. Sieberg, Straburg i. E 687 .. Erde. Chemischer Bestand der Erde. Von Dr. G. Linck, Prof., Jena 710 Erden. Mineralien mit seltenen Erden. Von Dr. A. Ritzel, Privatdzent, Jena 712 Erdinneres. Von Dr. H. Thiene, Jena 716 " Erdmann, Hugo. . . . K r ^ _ . . , ^ , 722 Erdmann, Otto Linne.( Von Dr " E - von Me y er > Prof - Dresden 723 ---Erdwrme. Von Dr. H. Thiene, Jena 723 ^Erlennieyer, Emil. Von Dr. E. von Meyer, Prof., Dresden 731 Erzlagersttten. Von Dr. A. Bergeat, Prof., Knigsberg i. P 732 ' Escher von der Linth, Arnold. Von Dr. O. Marschall, Eisenach 769 Eschricht,' Daniel Friedrich. . . . i , T -. . ^ . , , -, , 769 Eschscholtz, Johann Friedrich von. < Von Dr - W - Harms > Pnvatdozent, Marburg ?6g Ester. Von Dr. K. H. Meyer, Mnchen 770 Euler, Leonhard. Von E. Drude, Gttingen 786 Exkretionsorgane. Von Dr. J. Meisenheimer, Prof., Jena 787 ^-Explantation. Von Dr. A. Oppel, Prof., Halle a. S 813 Explosionen. Von Dr. G. Just, Prof., Berlin 818 F. NFahrenheit, Gabriel Daniel.K. _ _ . p ..,, 828 VFaraday, Michael j \ on E. Drude, Gottingen 828 Farbe. Von Dr. B. Walter, Prof., Hamburg 829 Farben. Von Dr. A. Eibner, Prof., Mnchen 851 Farben der Mineralien. Von Dr. R. Brauns, Prof., Bonn 865 Farbstoffe. Von Dr. K. Elbs, Prof., Gieen 871 Farne im weitesten Sinne. Pteridophyta. Von Dr. F. O. Bower, Prof., Glasgow 912 Faserpflanzen. Von Dr. A. Voigt, Prof., Hamburg 991 Faujas de Saint-Fond, Bartheiemi. Von Dr. O. Marschall, Eisenach 998 -Favre, Pierre Antoine. . .) 17 _ _, , n ..,,. 999 Fechner, Gustav Theodor, i Von E " Drude ' Lotungen 999 "SFehling, Hermann. Von Dr. E. von Meyer, Prof., Dresden 999 NFermat, Pierre. Von E. Drude, Gttingen 999 Fernphotographie. Telautographie. Phototelegraphie. Fernsehen. Von Dr. P. von Schrott, Wien 1000 Feste Krper. Von Dr. E. Sommerfektf,Prof., Brssel 1009 Festigkeit. Von Dr. Th. von Karman, Prof., Aachen 1014 ^-Festland. Von Dr. G. W. von Zahn, Prof., Jena 1030 Fette, Oele, Seifen. Von Dr. H. Gromann, Privatdozent, Berlin 1033 Feuchtigkeit. Von Dr. R. Brnstein, Prof., Wilmersdorf 1049 Fische (Pisces). Von Dr. M. Rauther, Privatdozent, Neapel 1055 - Palontologie. Von Dr. J. F. Pompeckj, Prof., Gttingen 1107 NFittig, Rudolf. Von Dr. E. von Meyer, Prof., Dresden 1147 ^"Fixsternsystem. Von Dr. O. Knopf, Prof., Jena 1148 Fizeau, Armand Hippolyte Louis. Von E. Drude, Gttingen 1173 Flchenmessung. Von Dr. H. von Sanden, Privatdozent, Gttingen 1173 Flagellata. Von Dr. M. Hartmann, Prof., Berlin-Frohnau 1179 Flourens, Marie Jean Pierre. Von Dr. J. Pagel, weil. Prof., Berlin 1226 Fluoreszenz. Von Dr. H. Ley,'Prof., Mnster 1226 E. (Fortsetzung.) Ei und Eibildnng. Ei und Geschlechtszellen im allgemeinen. I. Morphologie der Eier: 1. Form, Gre und Zahl der Eier. 2. Struktur der Eier: a) Kern (Keimblschen). b) Kernkrper (Keimfleck), c) Dotterkern, Sphre, Mitochondrien usw. d) Ei- krper, Ooplasma, Dotter und Dotterbildung, Chromidien. e) Zur Keimzellendetermination in Beziehung stehende Differenzierungen im Ooplasma. 3. Eihllen. II. Eizelle und Eireifung. III. Eibildung (Oogenese): 1. Die verschiedenen Formen der Eibildung. 2. Solitre Eibildung. 3. Alimentre Eibildung : a) Follikulre Eibildung. b) Nutrimentre Eibildung. c) Dotterstcke. Ei nen. bei den Protozoen vorhanden, laten und Protozoen finden Bei Flagel- sich sreiel- und Geschlechtszellen im allgemei- Eier nennt man bei den Tieren die weiblichen Fortpflanzungszellen, welche sich beim Befruchtungsakt mit den mnnlichen Zellen (Spermatozoen, Spermien) vereini- gen, um den neuen Organismus aus sich hervorgehen zu lassen, wozu sie in besonderen Fllen (natrliche oder knstliche Partheno- genesis) auch ohne Hinzutreten einer mnn- lichen Zelle befhigt sind. Besondere, der Fortpflanzung gewidmete Zellen, die soge- nannten Propagationszellen, im Gegensatz zu den somatischen oder Somazellen, findet man bei allen Metazoen und entsprechend ihrer verschiedenen Funktion treten sie uns in der bekannten geschlechtlichen Differenzierung entgegen: die Sperma- tozoen, mit der Aufgabe die weiblichen Zellen zum Vollzug der Befruchtung aufzusuchen, flagellatenfrmig gestaltet und von sehr geringer Gre, die Eier hingegen, als ruhende Zellen gewhnlich von runder Form, fr den Ablauf der Entwickelungsvorgnge mit Nhrmaterial mehr oder weniger stark be- lastet und schon aus diesem Grunde, im Ver- gleich zu den Spermatozoen wie auch zu den Samenzellen, sehr umfangreich. Eine derartige Differenzierung der Ge- schlechtszellen und ihre Unterscheidung von anderen, nicht der geschlechtlichen Fortpflan- zung dienenden Zellenindividuen ist bereits Handwrterbuch der Naturwissenschaften. Band III. tragende, ihrer Gestalt wegen direkt als Spermatozoiden bezeichnete, Makrogameten und andere abgerundete, mit Nhrstoffen beladene, zuweilen ungleich viel grere Makrogameten, welche zum Vollzug der Befruchtung von jenen aufgesucht werden, und die man somit wegen der Ueberein- stimmung mit den Verhltnissen der Meta- zoen ohne weiteres als Eier" bezeichnet hat; es sei nur an das lngst bekannte Verhalten des Volvox, sowie an die erst spter daraufhin untersuchten Coccidien und Hmosporidien erinnert (vgl. die Artikel Algen", Flagel- laten" und Sporozoen"). Bei den viel- zelligen Tieren kommen die in der oben gekenn- zeichneten Weise differenzierten Geschlechts- zellen allen Abteilungen, von den nieder- sten bis zu den hchsten zu, finden sich also von den Schwmmen bis zu den Sugetieren und zwar in ungefhr bereinstimmender Ausbildung, abgesehen von gewissen Ab- nderungen der Zellformen, wie sie offenbar im Zusammenhang mit der Ausfhrung des Befruchtungsaktes mehr bei den mnnlichen als bei den weiblichen Geschlechtszellen in einzelnen Abteilungen des Tierreichs ein- treten kann. I. Morphologie der Eier. i. Form, Gre und Zahl der Eier. Fast scheint es in der Natur der Eier zu liegen, da man sich groe Zellen von runder, kugliger bis ovaler Form darunter vorstellt, doch braucht sich dies in Wirklichkeit nicht so zu ver- halten, denn im jugendlichen Zustand knnen die Eizellen andere Formen aufweisen. Sie knnen sich im Verband von Epithelien be- finden und sich gegenseitig abplatten, oder eine ganz unregelmige Form zeigen, wenn sie verhltnismig unabhngig im Gewebe des Krpers hegen, wie es bei den Keimzellen 1 Ei und Eibildung der Schwmme der Fall ist oder bei den ] auch fr die Eier verschiedener Clenteraten Hydroidpolypen, bei welchen die Keimzellen j (Hydroiden, Anthozoen Fig. 1 u. 45 A., Wanderungen innerhalb der Epithelschich- Dieses Verhalten steht zur Ausbilduno; der Darauf ist bei der Bildung wo auch einer genaueren Prfung zu unterwerfen sein wird; hier ten ausfhren der Eier zurck zu kommen, der Begriff Eizelle noch Eier in Beziehung und mu deshalb weiter unten noch besprochen werden, hier sei er-^ nt, da die Eier der genannten Tiere wie eine Ambe mit pseudopodenartigen Fort- soll zunchst nur auf ihre morphologische Stzen versehen sein knnen (Fig. 1 und 2). Beschaffenheit ganz im allgemeinen einge- Mit der zunehmenden Ausbildung verlieren gangen werden und wenn zunchst von auch brigens solche Eier die Fhigkeit der Eiern und Eizellen die Rede ist, so wird diese Pseudopodenbildung und amboiden Beweg- Bezeichnung spter noch eine gewisse Modi- lichkeit, runden sich allmhlich ab und nehmen fikation erfahren mssen. damit die gewhnliche Eiform an, welches Ver- halten bereits an eini gen der in Figur 1 ab- gebildeten Eizellen wahrnehmbar ist. Von letzterer weichen die tierischen Eier im ganzen nur selten ab, wenn nicht die das Ei umgebenden, noch zu erwhnenden Hllen gewisse Gestaltsvern- mit sich derungen bringen. Spindelfrmig gestaltet sind z. B. die Eier von Echinorhyn- chus. Kleinere Ab- weichungen von der ge- whnlichen, regel- migen Gestalt, die an und fr sich kaum in die Augen fallen, knnen insofern recht bedeu- tungsvoll sein als sie zum Verlauf der Em- bryonalentwickelung in Beziehung stehen und die sptere Ausbildung des Embryos schon am Ei andeuten. Es kann sich dabei um leichte Streckungen, Abplat- tungen und dergleichen handeln, die in Ver- bindung mit gewissen Eigentmlichkeiten der Eistruktur Bedeutung gewinnen. Davon wird weiter unten noch die Rede sein. Ungemein verschie- den ist die Gre der Eier, indem sie sich Aus Grnden phylogenetischer Natur zwischen mikroskopischer Kleinheit und erscheint es von Interesse, da sich der neu j dem betrchtlichen Umfang eines Vogel- entstehende Organismus unter Umstnden eies bewegt. Zur Gre der Tiere selbst von einer Zelle herleiten kann, welche die steht dieses Verhalten nicht in Bezie- Gestalt einer Ambe hat. Das gilt fr die hung, denn wir wissen, da die Sugetiere, jungen Eizellen der Schwmme, welche in und zwar auch die greren unter ihnen, recht deren Krperparenchym Ortsvernderungen kleine Eier haben, der Mensch z. B. solche durchmachen und in ganz hnlicher Weise von 0,2 mm Durchmesser, whrend kleine Fig. 1. Kleines Stck eines Schnittes durch den Krper eines Kalk- schwammes (Sycandrajrap.hanus) mit dem Kragengeielepithel (kg) der Radialtuben, dazwischen liegendem Mesodermgewebe mit Kalknadeln (n) und jungen Eizellen (ei) in verschiedenem Ausbildungs- zustand. Nach F. E. Schulze. Ei und Eibilduni Vgel und Reptilien Eier von recht ansehn- lichem Umfang hervorbringen, ebenso die Amphibien, z. B. die Frsche Eier von mehre- ren Millimetern Durchmesser produzieren und das gleiche bei noch weit kleineren Insekten der Fall ist. Der Umfang der Eier wird vielmehr bestimmt durch die Menge der Nhrsubstanzen, welche in ihm aufge- speichert werden und die sehr massig sein knnen, wie es gerade bei den vorher ge- nannten Tieren der Fall ist. Von denjenigen Nhrstoffen, welche in der Umgebung des Eies abgelagert werden, wie das Eiwei des Vogeleies, ist dabei abzusehen, da diese e^lB^A|g mm ' - : dl f 7 V> a fcr?cm. , . r. c j -, Fig. 2. Ei eines Swasserpolypen (Hydra) mit einer sogenannten Pseudozeile (B) daneben, gv Keimblsehen. Nach Kleinenberg. Substanzen in das Gebiet der Eihllen gehren. Die Gre der Eier kann bei ein und demselben Tier insofern verschieden sein, als von ihm Eier verschiedener Dignitt her- vorgebracht werden, welches Verhalten zwar nicht hufig ist, aber immerhin bei einer R?ihe von Tierformen vorkommt. So findet man bei gewissen niederen Krebsen (Daphnoiden) und bei den Rdertieren sogenannte W inte r- und Sommer ei er (Dauer- und Subi- taneier), von denen die letzteren sich rasch auf parthenogenetischem Wege (ohne Befruch- tung) entwickeln und daher wenig Nhrsub- stanzen besitzen, whrend die befruchtungsbe- drftigen Winter- oder Dauereier eine lngere Ruheperiode durchmachen und lngere Zeit zu ihrer Entwicklung bedrfen, daher mit mehr Nhrsubstanz versehen, auch durch festere Hllen als jene geschtzt sind. Eier verschiedener Gre bringen auch die Weib- chen der Rdertiere hervor, wobei ebenfalls die rasche oder langsame Entwicklungs- fhigkeit dieser Eier und infolgedessen ihre bessere Versorgung mit Nhrstoffen oder deren Fehlen, oder die leichtere oder festere Um- hllung eine Rolle spielt (dotterreiche, dick- schalige, befruchtungsbedrftige Dauer- eier und dnnschalige , parthenogenetische Subitaneier). Allerdings kommen hier noch andere Faktoren hinzu, indem von manchen Rdertieren grere Eier produ- ziert weiden, aus denen Weibchen hervorgehen und kleinere, aus denen sich die bei ihnen weit kleineren Mnnchen entwickeln, beides kann auf pathenogenetischem Wege ge- schehen (Maupas, Nubaum, Whit- ney, Shull). Freilich scheint diese Ein- richtung bei den betreffenden Rdertieren doch nicht so streng durchgefhrt zu sein, indem sich unter gewissen ueren Verhltnissen, besonders Ernhrungseinflssen groe Eier auch zu Mnnchen und kleinere zu Weibchen entwickeln (Nubaum). Sehr ausgesprochen hingegen ist der Unterschied zwischen groen weiblichen und kleineren mnnlichen Eiern bei einem den Ringelwrmern zugerechneten Wurm, Dinophilus, in dessem Gelege immer eine Anzahl grerer und eine solche kleinerer Eier abgelegt wird (Fig. 2 a) ; aus Fig. 2 a. Ei- kapsel von Dinophi Ins apatris mit greren weib- lichen und kleineren mnnlichen Eiern. ersteren entstehen die Weibchen, aus letzte- ren die Mnnchen bei denjenigen Dino- philus -Arten, welche durch den Besitz von Zwergmnnchen ausgezeichnet sind (Korscheit, Nelson, Conklin, v. Malsen u. a.). Bemerkenswert erscheint es, da (bei Dinophilus Conklini nach. Beau- champ) die kleinen mnnlichen Eier auch wegfallen knnen und dann wie bei den Rdertieren Parthenogenese eintritt; mehrere parthenogenetische Generationen knnen auf- einanderfolgen. Bei den Grenunterschieden der von ein und demselben Weibchen hervorgebrach- ten Eier der genannten Tiere hat es mit Recht ganz besonderes Interesse erregt, da bei ihnen das Geschlecht der Nach- kommen im Ei bereits vorbestimmt erscheint und das gleiche gilt fr die ebenfalls an Gre verschiedenen Eier der Reblaus (Phylloxera vastatrix), aus denen sich die beiderlei Geschlechtstiere entwickeln, wie auch sonst die parthenogenetisehen Reblausweibchen Eier von ziemlich diffe- renter Gre und Schalenstruktur hervor- bringen. Die Gre der Eier steht begreiflicherweise im direkten Zusammenhang mit der Zahl, in welcher sie von dem betreffenden Tier 1* Ei lind Eibildung erzeugt werden ; diese richtet sich aber wieder sehr nach dessen Lebensverhltnissen. Wenn die letzteren, zumal im Hinblick auf den Ablauf der Entwicklung, gewissen Schwierig- keiten unterworfen sind, dann steigt die Zahl der von dem einzelnen Individuum hervorge- brachten Eier und deren Umfang verringert sich gleichzeitig. Da die Zahl der Eier ins Ungeheure wachsen kann, so ist es begreiflich, da die Eier selbst dann eine sehr geringe Gre besitzen. Am besten wird dies durch das Beispiel einiger Tierformen erlutert, die einen ungemein komplizierten Entwicke- lungsgang aufweisen und bei denen infolge- dessen die meisten Eier und Larven zugrunde gehen, ehe einige wenige davon ihr Ziel, den Zustand des geschlechtsreifen Tieres, erreichen. Dies gilt vor allem fr parasitisch lebende Tiere, zumal fr solche, welche wie die Saug- und Bandwrmer (Trematoden und Cestoden) mehrere Wirtstiere durch- laufen mssen, bevor sie zur Geschlechts^ reife gelangen. Im Uterus eines Gliedes (Proglottis) der Bandwurmkette sieht man daher eine Unmenge der kleinen Eier liegen und da der Bandwurm aus Hunderten von Proglottiden besteht, auerdem im Lauf seines Lebens noch weit mehr Glieder produ- zieren kann, so ist die Zahl der von ihm erzeugten Eier unter Umstnden eine ganz enorme. Leuckart berechnet die Zahl der Eier in einer Proglottis von Taenia solium auf 53 000 und da dieser Bandwurm 800 und mehr Glieder im Jahr hervorbringt, so ist die Zahl der von ihm jhrlich produzierten Eier auf mindestens 42 Millionen zu schtzen. Eine hnliche fast ins Unermeliche gestei- gerte Eiproduktion kommt den ebenfalls unter recht ungnstigen Verhltnissen ihre Ent- wickelung durchlaufenden Spulwrmern (Nematoden) zu und man hat die Zahl der von einem weiblichen Spulwurm jhrlich erzeugten Eier sogar auf 64 Millionen be- rechnet (Eschricht, Leuckart). Eine groe, wenn auch lngst nicht so bedeutende Zahl von Eiern bringen die den Bandwrmern verwandten und wie sie unter sehr ungnstigen Entwickelungsver- verhltnissen lebenden Saugwrmern (Tre- matoden) hervor und es ist von Interesse, da die den letzteren recht nahestehenden, aber nicht parasitisch lebenden, Strudel- wrmer (Turbellarien) in dieser Hinsicht ganz andere Verhltnisse aufweisen, indem sie ihre Eier von Kapseln (Kokons) umgeben ablegen. In diesen finden die Eier nicht nur Schutz, sondern auch die geeignete Er- nhrung, so da sie viel mehr Aussicht haben, zur Entwickelung zu gelangen und diese durchzumachen, so da die Erhaltung der Art auch bei einer an Zahl ungleich geringeren Eiproduktion gesichert ist. Aehnliche Verhltnisse finden sich auch bei anderen Tieren und den vorher ange- gebenen enorm hohen Zahlen sind solche gegenberzustellen, die eine recht geringe Anzahl jhrlich produzierter Eier nennen. Auch bei ihnen steht es damit im Zusammen- hang, da diesen Eiern ein reicheres Nhr- material mitgegeben wird, da sie unter gnstigeren Verhltnissen abgelegt oder an und im Krper der Mutter, in besonderen Brutrumen oder dergleichen aufbewahrt werden und somit eines weitgehenden Schut- zes bei ihrer Entwickelung sich erfreuen. Um nur einige Beispiele zu nennen, gilt dies fr die dotterreichen Eier der Haifische, welche in noch zu erwhnenden festen Kapseln (Fig. 27) abgelegt werden oder fr die ebenfalls sehr dotterreichen, noch dazu von Eiwei umgebenen und von festen Hllen geschtzten Vogeleier (Fig. 17), welche die Mutter in einem Nest unterbringt und sorgsam bebrtet. Solche Eier sind besonders gut geschtzt und bieten daher alle Garantien fr den Ablauf der Ent- wickelung, so da nur verhltnismig wenig Eier hervorgebracht werden, bei den Vgeln im allgemeinen nicht mehr als 30 im Jahre, von manchen Vogelweibchen noch weniger (die Ueberproduktion von mehreren hundert Eiern im Jahre beim Haushuhn ist nur durch das Halten unter verbesserten Bedin- gungen hervorgerufen). Man vergleiche damit das Verhalten anderer Wirbeltiere, etwa der Fische, deren Eier ungeschtzt, frei ins Wasser abgelegt werden und von denen die Weibchen Tausende und Hunderttausende hervorbringen. Im Gegensatz dazu stehen dann auch wieder solche Fischarten, die ihre Eier schtzen wie der Stichhng, dessen Weibchen nur bis etwa hundert Eier in das vom Mnnchen bewachte Nest ablegt. . Bekannt ist ferner das Beispiel der hheren Krebse, von denen die im Meer lebenden Hummern und verwandte Formen (Ho- marus, Palinurus, Scyllarus) verhlt- nismig kleine Eier zu Tausenden hervor- bringen, whrend unser Flukrebs bestenfalls nur einige Hundert erzeugt. Seine groen dotterreichen Eier bieten jedoch dem Embryo das Material zur vollstndigen Durchfhrung der Entwickelung bis zur Erlangung der Gestalt des ausgebildeten Tieres, whrend viele andere Krebse das Ei in einer unfertigen Gestalt, d. h. als Larve verlassen und das Material fr die Weiterfhrung ihrer Ent- wickelung selbst erwerben mssen, dabei jedoch vielen Fhrlichkeiten ausgesetzt sind. Hier hegt es also im Interesse der Erhaltung der Art^ eine grere Zahl Eier zu produ- zieren, die dann entsprechend kleiner aus- fallen. Bei manchen niederen Krebsen, wie z. B. Daphnoiden, entwickeln sich die Eier in einem unter der Schale gelegenen und vom Ei und Eibildung mtterlichen Krper mit Nhrflssigkeit versorgtem Brutraum bis ungefhr zur Erlangung der Gestalt des geschlechtsreifen Tieres, dem daraus eine gewisse Belstigung erwchst. Dadurch wrde die Eiproduktion schon an und fr sich eingeschrnkt, wenn nicht infolge der durch den ausgezeichneten Schutz der Eier gewhrleisteten besseren Entwickelungsmglichkeit ihre Zahl von vornherein geringer zu sein brauchte. Die Entwickelung der Eier im Innern des mtter- lichen Krpers bedingt berhaupt so wie ihre Ausstattung mit einem reichen Nhrmaterial oder die ihnen von seiten der Mutter zuge- wandte Pflege die Hervorbringung einer geringen Zahl, wofr zuletzt als ein extremes Beispiel noch dasjenige der Sugetiere, zu- mal der greren unter ihnen, angefhrt sei, Bei ihnen ist zwar die Zahl der im Eierstock erzeugten Eier bei recht geringem Umfange eine ziemlich betrchtliche jedoch gelangen von diesen nur verhltnismig wenige zur Reife und noch weniger zur Entwickelung; die Bedingungen, unter denen diese verluft, sind fr die Mutter ganz ungemein schwierige, gewhrleisten hierdurch jedoch einen um so greren Erfolg fr die Entwickelung der Nachkommen. 2. Struktur der Eier. Insofern das Ei eine Zelle ist, hat man an ihm den Eikrper, entsprechend dem Protoplasmaleib der Zelle als Ooplasma und den Kern, das sogenannte Keimblschen, Vesicula germinativa, wie ihn die alten Embryologen (Purkinje 1825) seiner Blschenform wegen nannten, zu unterscheiden. Dabei ist immer festzuhalten, da wir von dem nicht gereiften, dem soge- nannten Eierstocksei sprechen, an welchem sich die beiden letzten Teilungen der Eireifung erst zu vollziehen haben. 2a) Der Kern (Keimblschen, das Purkinjesche Blschen, Vesicula germinativa der alten Embryo logen). Fassenwir praktischer Weise zuerst das Keim- blschen ins Auge, so verdankt es diese Be- zeichnung seiner Armut an frbbarer, ge- krnter Kernsubstanz (Chromatin), abgesehen von dem sogleich zu erwhnenden Nucleolus, wodurch es sich sowohl im lebenden wie im gefrbten Zustand als helle Blase von dem umgebenden dunklen Ooplasma abhebt (Fig. 1 und 3). Gegen letzteres pflegt das Keimblschen durch eine meist scharf hervor- tretende Kernmembran abgegrenzt zu sein, freilich ist das nicht unbedingt ntig, sondern nicht selten befindet sich das Keimblschen in einem Zustand, in welchem seine vorher scharfe Abgrenzung an einem Teil oder auch wohl am ganzen Umfang schwindet und an- scheinend ein Uebergang des Keimblschen- inhalts in das umgebende Ooplasma stattfindet. Auch kann die Begrenzung des Keimblschens wellig oder zackig sein, ebenso wie lngere oder krzere pseudopodenartige Fortstze an ihm auftreten knnen (Fig. 4 und 4a), die spterhin wieder eingezogen werden, worauf das Keimblschen seine frhere regelmige Gestalt wieder annimmt. Es scheint, da das Keimblschen durch Vergrerung seiner Ober- flche oder durch Rckbilden der trennenden Grenze eine innigere Verbindung mit dem Ooplasma herstellt ( Fig. 4 und 4 a) und dadurch der Stoffaustausch zwischen beiden erleich- tert wird. Alles dies hat man auf die rege Anteilnahme des Kernes an der aufnehmenden und Nhrsubstanz produzierenden Ttigkeit der Eizelle zurckgefhrt, wie man auch den Kern anderer Zellen an den verschiedenen Verrichtungen der Zelle (vielleicht leitend) beteiligt sein lt. Fr diese Annahme spricht ebenfalls die nicht selten am Keimblschen zu beobach- tende Lagevernderung. Im allgemeinen ist ihm eine ungefhr zentrale Lage im Ei zuzuschreiben, wie aus vielen der hier mit- geteilten Bilder hervorgeht, doch kann es diese gelegentlich aufgeben, um mehr nach der Peripherie und zwar vor allem an solche Stellen zu rcken, an denen eine besonders energische Ernhrungsttigkeit der Zelle stattfindet, wobei es auch eine Formvernde- rung erleiden kann (Fig. 4 a und Fig. 47). Ist diese erledigt, so nimmt das Keimblschen seine frhere Lage und Gestalt wieder an. Die Struktur des Keimblschens kann zu verschiedenen Zeiten der Eibildung eine recht differente sein, denn nicht immer findet man es arm an geformter Substanz ; vielmehr kann diese in Gestalt von Krnern, Strngen und Bndern recht reichlich in ihm vor- handen sein. Zuweilen, wie z. B. bei den jungen Ovarialeiern der Selachier und Amphi- j bien, durchziehen eigenartige Strnge, von denen feinere Fden ausgehen, das ganze Keimblschen und erfllen es ziemlich dicht. Aber diese Zustnde wechseln und im allge- meinen tritt die chromatische Substanz im lteren Keimblschen zurck, wodurch dann eben das helle, blschenartige Aussehen zustande kommt. Da die frbbare Substanz spter wieder eine Sammlung und Kon- zentration in Gestalt der Chromosomen (Kernschleifen) bei Ausbildung der ersten Reifuni>sspindel erfhrt, wird spter noch zu erwhnen sein, wie auch auf die Beziehungen des Keimblschens zum Ooplasma zurckzu- kommen ist. 2b) Kernkrper (Keimfleck). Ein recht auffallendes und doch in seiner Bedeu- tung schwer zu beurteilendes Gebilde im Keimblschen ist dessen Kernkrper oder Nucleolus, der sogenannte Keimfleck, die Macula germinativa der lteren Embryo- logen (R. Wagner 1835). Gewhnlich als ein im Leben hell, stark lichtbrechend erscheinendes, bei Frbung sich intensiv 6 Ei und Eibildmu tangierendes Gebilde, in der Einzahl vor- handen (Fig. 1, 3, 5 und viele der folgenden Figuren), kann der Keimfleck im Leben der Eizelle mancherlei Wandlung durch- machen. Vacuolen knnen in ihm auftreten und indem sie zusammenflieen grere denen Bestandteilen, die sich bei Frbung recht different verhalten, ist bei den Keim- flecken mancher Tiere, z. B. der Lamelli- branchiaten, aufgefunden worden (Fig. 6). Nicht immer ist das Keimblschen nur im Besitz eines Nucleolus, sondern es finden Fig. 3. Ei eines Seesterns im kon- servierten und gefrbten Zustand mit Keimblschen und Keimfleck. i i Fig. 4. Keimblschen mit umgebendem Ooplasma whrend der Bildung des Dotters von einer Spinne (P h o 1 c u s phalangoides). Vom Keimblschen geht ein Bschel Pseudopodien nach einer Ansammlung von Fettkrnchen. Nach van Bambeke. Fig. 4 a. Eierstockseier mit unregelmig gestalteten (amboiden) Keimblschen. A von einem Ringehvurm (Spinther minia- ceus), B von einem Haarstern (Antedon rosaceus), C vom Gelbrand (Dytiscus marginalis), letzteres vom Follikel- epithel umgeben, dem,(k=i an einer Nhrsubstanzabschei- fdung dicht anliegt. Fig. 5. Keimblschen mit Keimfleck und Chromatin- faden sowie umgebenden Oo- plasma von einem Ringel- wurm (0 p h r y o t r o c ha puerilis). Hohlrume im Keimfleck bilden, so da von ihm schlielich nur eine dnne Schale brig bleibt, die am Ende noch der Auflsung verfllt, welches Schicksal berhaupt frher oder spter den Nucleolus des Eies betrifft. In frheren Stadien der Eibildung kann man beobachten, wie der Keimfleck durch Zu- sammentreten kleinerer Krnchen gebildet wird. Eine Zusammensetzung aus verschie- sich mehrere darin und man hat dann von Haupt- und Nebenkeimflecken gesprochen, indem man ihnen eine verschiedenartige Zusammensetzung und Bedeutung zuschrieb. So wird es ohne weiteres einleuchten, da dem einen groen, oft sogar ganz besonders umfangreichen Keimfleck eine andere Deu- tung zukommen mag, als jenen zahlreichen, im Kernraum verteilten, kleineren Kugel- Ei und Eibildung eben, die ebenfalls als Nucleolen angesprochen werden. Zum Teil handelt es sich bei den soge- nannten Nucleolen des Eies berhaupt um Chromatin, welches sich in dieser Form gestaltet und in anderen Zustnden des Kernes, zumal bei der Chromosomenbildung wieder in Chromatinstrnge und Bnder bergehen kann. In vielen anderen Fllen schiedenartige Gebilde beschrieben worden, die sich im Tierreich ziemlich verbreitet finden j und sowohl bei wirbellosen wie bei Wirbel- i tieren vorkommen. Eines der bekanntesten und charakteristischsten Beispiele dafr lie- fern die Eier der Spinnen. Aus einer dem Keimblschen des jungen Eierstockes kappen- frmig aufsitzenden Anlagerung krniger Substanz (Fig. 7 A) differenziert sich ein heller, mit einem zentralen Kern versehener Krper heraus, der bald eine konzentrische Schicht erkennen lt (Fig. 7 B und C). Dies Fig. 6. Eierstockseier von Unio batavus und Limax maximus mit Keimblschen und Keim- fleck, letzterer aus zweierlei Substanz bestehend. Nach Obst. jedoch ist die Bedeutung und Verwendung der Nucleolen nicht recht ersichtlich; man hat an Keservestoffbehlter, Speicherorgane fr die Chromatinbildung im Keimblschen, aber auch an Abspaltungsprodukte bei der Umbildung der geformten Kernsubstanz, an Sekretstoffe, die im Kern abgelagert wurden (Haecker, Montgomery) und der- gleichen gedacht, doch gehren diese schwer lsbaren Fragen mehr in das Gebiet der Zellenlehre, als da sie hier weiter verfolgt werden knnten (man vgl. 0. H e r t w i g , ' G u r w i t s c h , M. H e i d e n h a i n). 2c) Dotterkern, Sphre, Mitochon- drien usw. Auer dem eigentlichen Kern, dem Keimblschen, sind im Eikrper hufig noch andere, freilich ebenfalls dem Wechsel ! unterworfene und mit der Ausbildung des \ Eies im Zusammenhang stehende Gebilde vorhanden, von denen vor allen Dingen der sogenannte Dotter kern zu erwhnen ist. Als Dotterkerne" sind freilich recht ver- kz '(' k- kz C s dk 'S, kz-' dk- x. Fig. 7. Eierstockseier einer Spinne (Tegenaria domestica) in verschiedenen Alterstadien mit Keimblschen (k), Krnchenzone (kz) darum, und Dotter kern (dk). Nach Van der Stricht. ist hier der ganz besonders scharf um- grenzte, durch eine besondere Struktur aus- gezeichnete und daher ungewhnlich her- vortretende sogenannte Dotterkern, der in diesem Fall ungemein bestndig ist, indem er nicht nur im Ei auftritt, sondern auf die Furchungsstadien bertragen wird und sich whrend des grten Teils der Entwickelung, sogar noch in der jungen Spinne vorfinden kann, was insofern mglich ist, als er in die nicht differenzierte Dottermasse des Embryos berging. Auffallend erscheint es. da ein so charak- teristisches Gebilde in den Eiern der Tiere nicht immer vorhanden ist, sondern bei ganz nahe stehenden Formen fehlt. So findet er sich bei Tegenaria, Lycosa, Salticus u. a., fehlt aber nach Balbani bei Meta und Epeira. Wieder bei anderen 8 Ei und Eibildung Spinnen zeigt er einen vllig abweichenden Bau, indem er einen wurstfrmigen, aus krniger Masse bestehenden Krper dar- stellt, der in der Nhe des Keimblschens hegt und zu verschiedenen Zeiten der Ei- bildung eine differente Beschaffenheit be- sitzt (Fig. 8 A bis D). Er zerfllt am Ende in einzelne Stcke krniger Substanz, die Schnecke (Arion empiricorum) heraus- zugreifen, welche von den genannten beiden Forschern behandelt wurde, so haben die Mitochondrien hier mit der Dotterbildung im Ei zu tun, wovon weiter unten noch die Rede sein wird. Entsprechend den in Verbindung mit dieser auftretenden Ansammlungen ge- formter Substanzen und gewi zum Teil D i; .' Fig. 8. Eierstockseier in verschiedenen Alterstadien von einer Spinne (Pholcus phalangoides) mit dem sogenannten Dotterkern neben dem Keimblschen. Nach van Bambeke. Fig. 9. Eierstocksei eines Fisches (Scorpaena scrofa) mit Austritt einer Chromatinwolke" aus dem Keimblschen. Nach van Bam- beke aus M. Heidenhains Mor- phologie und Biologie der Zelle. sich ihrerseits wieder in kleinere Bestandteile auflsen und am Ende schwinden, indem sie sich im Eidotter verteilen, an dessen Aus- bildung der Dotterkern offenbar beteiligt sein kann. Aehnliehe Dotterkerne" wie in den Eiern der Spinnen sind auch bei anderen Tieren z. B. bei Tausendfern (Geophilus) beschrieben worden. Dotterkerne von sehr verschiedener Form und Struktur fanden sich in den Eiern der niedersten wie der hchsten Tierformen, doch unterhegt es keinem Zweifel, da man recht verschieden- artige Dinge mit diesem Namen belegte. Zum Teil waren es bloe krnige Anhufun- gen, die mit der Bildung des Dotters in Be- ziehung stehen, welche man als Dotterkerne bezeichnete, zum Teil Chromidien oder hn- liche Substanzen, wie sie whrend der Aus- bildung des Eies vom Kern des Ooplasmas abgegeben werden knnen und sich als krnige Ansammlungen in der Umgebung des Keimblschens finden (Fig. 9). Als Dotterkerne oder in Verbindung mit ihnen haben gewi auch Mitochondrien -An- sammlungen, wie sie als Anhufungen kr- niger, fdiger oder stbchenfrmiger Gebilde in der Umgebung des Keimblschens auf- treten, eine groe Rolle gespielt, Van der Stricht, Lams und andere Autoren be- schrieben neuerdings Anhufungen krniger und fdiger Substanzen unabhngig von dem eigentlichen Dotterkern. Um nur zwei und zwar recht verschiedenartige Objekte, nmlich das Sugetierei und das einer damit identisch, abgesehen von der Ver- schiedenheit der betreffenden Objekte (vgl. Fig. 10. Junge Ovarialeier (Oocyten). A vom Sperling, B vom neugeborenen Kind, C aus dem Eierstock einer Frau, dk Dotterkern, ef Ei- follikel, s Sphre (die Deutung von Dotterkern und Sphre bleibe dahingestellt, vgl. den Text), v Mitochondrienschicht, vg Keimblschen. Nach Hertens und Van der Stricht. Fig. 13), finden sich die infolge ihrer be- sonderen Frbung als Mitochondrien zu Ei und Eibildung 9 bezeichnenden Gebilde in der Umgebung des Keimblschens (Fig. 10) oder auch weiter davon entfernt. Spter wandeln sie sich um und verteilen sich im Dotter, an dessen Ausbildung sie sich, wie gesagt, beteiligen, hnlich wie dies auch von manchen sogenannten Dotterkernen angegeben wurde. Im ganzen Eikrper verbreitet kann jetzt eine groe Menge von Balken und Schnren vorhanden sein, die sich aus sehr kleinen Mitochondrien zusammensetzen (Fig. 11); die Schnre zeigen im einzelnen sehr verschiedene For- men, verbreitern und verschmlern sich, ver- schwinden auch in der Umgebung, um dann von neuem zu beginnen (Fig. 11). Spterhin oder direkt als solcher angesehen wurde, nmlich mit der Sphre, dem Idiozom. Mit dieser Bezeichnung belegt man die um einen Zentralkrper (Centrosoma) mit Zen- tralkern (Centriol) gelagerten Gebilde, welche durch ein strahliges Gefge ausgezeichnet sein knnen oder von dem eine Sphren- strahlung ausgeht (Fig. 12 a). Ihre Entstehung und Bedeutung, zumal ihre Beziehung zur Zellteilung gehrt in das Gebiet der Cytologie (vgl. dieArtikel Zelle" und., Zellteilung"), hier sei nur erwhnt, da Sphren hufig und zwar schon in recht jungen Oocyten vor- kommen, wie sie berhaupt eine den Zellen im allgemeinen zukommende, wenn auch Fig. 11. Aelteres Eierstocksei der Frau, ba, bm, bm', bv das mitochondriale Netzwerk im Oosplasma, cv Sphre mit Zentralkern, vg Keimblschen, z Zona radialia. Nach Van der Stricht. lst sich das grbere Strangwerk in ver- streute Mitochondrien und Chrondromiten auf, die sich ziemlichgleichmigimOoplasma verteilen (van der Stricht, M. Heiden- hain). Doch damit gelangen wir schon zur Dotterbildung, auf welche noch einzugehen sein wird. Die Mitochondrien-Anhufungen knnen mit einem anderen bisher noch nicht be- sprochenen Gebilde in Beziehung stehen, welches ebenfalls zu Verwechselungen mit dem Dotterkern Veranlassung gegeben hat nicht immer sichtbar zu machende, aktiv vorhandene Einrichtung darstellen (Fig. 10 bis 11). Gut entwickelte Sphren zeigen dieselben Verhltnisse, wie sie aus anderen Zellen bekannt sind. Dmlich die Centro- somen mit ihrer charakteristischen Struktur, eine konzentrische Schichtung und vor allem die sehr deutlich ausgeprgte Strahlung (Fig. 12 a). Alles dies tritt oft freilich wenig deutlich hervor und die Sphren machen sich dann nur als krnige Masse mit einem zentralen Kern geltend, doch 10 Ei und Eil lildung- spielt dabei auch die Art der Konservierung eine Rolle, je nachdem es gelingt, diese oft nicht leicht zu erhaltenden Dinge wahrnehm- bar zu machen. Auch die schon vorher er- Fig. 12 a. Verschiedene Stadien der Eibildung von Limulus. A D jnnge Eierstockseier (Oo- cyten), zum Teil noch in Verbindung mit dem Ovarialepithel, E ltere Oocyte mit kernartigen Gebilden im Dotter (dk), kbl Keimblschen, pt Peritonealhlle des Eierstocks, s Sphre, st Stiel des Follikels. Nach Munson. whnte Umlagerung der Sphren durch Mitochondrien (Fig. 10) ist dazu angetan, sie Weniger deutlich hervortreten zu lassen. Beziehungen des Dotterkerns zu Centrosom und Sphre, oder seine Herleitung von diesen (Mertens, Winiwarter, Gurwitsch, Hollander u. a.). Die Frage, inwieweit Dotterkerne und Sphren identische Bildungen sein knnen, oder die ersteren auf letztere zurckzufhren, als hypertrophische Centrosomen oder Sph- ren anzusehen sind (Balbiani), kann hier ebensowenig eingehend diskutiert werden, wie die Beziehung zu anderen im Ooplasma vorhandenen Gebilden, den Mitochondrien, Chondromiten, Nebenkernen, Nebenkrpern, Polarringen und wie sie alle heien. Es sei in dieser Beziehung auf die am Schlu mit- geteilte, sowie auf die cytologische Literatur im allgemeinen verwiesen. Es scheint, da Dotterkerne" von den bisher besprochenen Gebilden auch unab- hngig sein knnen. So beschreibt v. Voss bei Acanthocephalen (Echinorhynchus) ein anfangs kleines, spter immer umfang- reicher werdendes Gebilde von kugliger Form und homogener Struktur, welches zuerst unabhngig vom Keimblschen ist, infolge seines Wachstums sich ihm jedoch schlielich anlegt; spterhin nimmt dieser Dotterkern an Umfang wieder ab. In diesem Falle stellte man sich die Entstehung des Dotterkerns" so vor, da bei lebhafter Materialaufnahme von Seiten des Eies diese Stoffe nicht gleich verarbeitet werden konnten, sondern der Ueberschu als Reservedepot eben im Dotterkern" niedergelegt wurde *** \ W\ fc* \i*> " * *i*S J 1 '\ A B C Fig. 12b. A C Chromatinabscheidung aus dem Keimblschen der jungen Oocyte von Proteus angumeus. Nach Jrgensen. Zellorganen sind fr recht verschiedene Tierformen festgestellt worden, so fr Echi- nodermen (van der Stricht), Wrmer (Vejdovsky), Limulus (Munson), Ara- chnoiden (Balbiani, Hollnder), Selachier (Schmidt), Knochenfische (Cunningham), Amphibien (Lams), Vgel und Sugetiere um spter mit verbraucht zu werden. Das wre also eine Beteiligung an der Dotter- biidung, wovon noch die Rede sein wird. Wie man in neuerer Zeit den als Chro- midien aus dem Kern stammenden Teilen eine groe Bedeutung fr die Ausbildung des Eies zuzuschreiben geneigt ist, so hat Ei und Eibildung 11 man auch den Dotterkern ganz oder teil- weise darauf zurckgefhrt (Goldschmidt, Jrgensen, Moroff u. a.). Bemerkenswert ist dabei, da diese Beobachtungen fr ganz verschiedene Formen, z. B. Trematoden, niedere Krebse (Copepoden) und Amphibien gelten. So treten nach Jrgensen bei Proteus whrend des Buketstadiums ge- formte Chromatinbestandteile aus dem Kern aus, um sich von ihm zu isolieren (Fig. 12b A bis C) und an der Bildung des Dotterkerns teilzunehmen. Nach einer von Moroff ge- gebenen Darstellung erfolgt diese bei Cope- poden ebenfalls durch Austritt geformter Gebilde, nmlich ziemlich umfangreicher man es hinsichtlich ihrer Herkunft und Ge- stalt mit ganz besonderen Formen von Dot- terkernen" zu tun und es ist klar, da der- artige Dinge mit den vorher geschilderten nicht ohne weiteres vergleichbar sind. Somit geht daraus abermals hervor, da man als Dotterkerne ganz verschiedene Bildungen im Ooplasma angesprochen hat, wie bereits oben bemerkt wurde. 2d) Eikrper. Ooplasma. Dotter und Dotterbildung. Chromidien. DieOrgani- sation des fertigen Eies ist ohne Kennt- nis ihres Zustandekommens nicht recht zu verstehen, weshalb, wie schon vorher ge- legentlich, so auch in diesem Abschnitt B r . r D Fig. 12c. A D Chromatinabgabe aus dem Keimblschen der jungen Oocyte von Paracalanus parvus zur Bildung 'des Dotterkerns. Nach Moroff. Krner, aus dem Keimblschen, die sich nachtrglich zu schleif enfrmigen, chromo- somenartigen Krpern vereinigen und schlie- lich eine einzige, recht umfangreiche Schleife bilden (Fig. 12 c A bis C). Von diesem als Dotterkern" bezeichneten Gebilde lsen sich dann kleinere oder grere Teile ab (Fig. 12 c D), welche sich direkt oder indirekt an der Ausbildung des Eies beteiligen, so da also auch in diesem Fall eine Anteil- nahme an der Dotterbildung vorlge. Gleich- zeitig geht der Dotterkern" seiner Auflsung entgegen. In den zuletzt beschriebenen Fllen hat etwas vorgegriffen werden mu. Wenn die Oogonien (vgl. Abschnitt II) ihre Teilun- gen eingestellt haben, so besitzen diejenigen Zellen, welche spter zu Eiern werden (Oocyten wie vorher als Oogonien), zunchst noch einen wenig umfangreichen Proto- plasmaleib. Auf dieser Stufe bleiben die Eier nur seilen stehen, denn gewhnlich bedrfen sie fr den Vollzug der spter an ihnen ein- tretenden Entwickelungsvorgnge der Ein- lagerung mehr oder weniger voluminser Nhrsubstanzen in das Ooplasma. Hufig ist diese Einlagerung verhltnismig gering und man spricht dann von dotterarmen 12 Ei und Eibildung Eiern, wie sie in allen Gruppen des Tier- reichs von den Schwmmen bis hinauf zu den Wirbeltieren vorkommen. Im ausgebil- deten Zustand vllig dotterlose Eier kommen wohl kaum vor und wenn man von alecithalen" Eiern spricht, so sind damit solche von sehr geringem Dottergehalt gemeint, denn eine gewisse, wenn auch nur bescheidene Dotter- menge brauchen wohl alle Eier zur Ent- wickelung. Fr gewhnlich ist die Dotter- einlagerung wie gesagt strker und erreicht unter Umstnden einen sehr bedeutenden Umfang, wie dies z. B. bei den ungemein dotterreichen Eiern vieler Insekten, Tinten- fische, Haifische, Knochenfische, Reptilien und Vgel der Fall ist. Mit dem Aufhren der Teilung beginnt also ein unverhltnismig starkes Wachs- tum der Eizelle und es fragt sich, wodurch dieses zu erklren ist. Das Verhalten des Kernes kann zunchst den Eindruck er- wecken, als ob die Zelle nochmals in die Tei- lung eintreten wolle, was sie in einem spte- ren Stadium wirklich tut (Reifungsteilung vgl. IL Abschnitt). Die frbbare Substanz des Kernes kann sich von neuem zu chromosom- artigen Schleifen anordnen, wodurch das bei ganz verschiedenen Tierformen (Spongien, Coelenteraten, Amphibien u. a.) beobachtete sogenannte Buketstadium (Fig. 12 b) zu- stande kommt. Wenn es sich hierbei um die Vorbereitung zu einer Teilung handelte, so wird diese jedoch unterdrckt .und das Chromatin des Kernes erfhrt eine mit der weiteren Ausbildung des Eies in Ver- bindung stehende Modifikation, auf welche weiter unten noch zurck zu kommen sein wird. Neuerdings hat man diese Vorgnge in enge Beziehung zur Bildung des Dotters gebracht, weshalb auf diesen zunchst einge- gangen werden mu. Der Dotter (Nhrdotter, D eu to- plas ma) ist ein Produkt der eigenen Ttigkeit der Eizelle und entsteht aus Nhr- substanzen, die auf verschiedenem Wege in das Ei gelangen, sei es, da dieses in der Leibeshhle der betreffenden Tiere oder in einem Hohlraum seiner Gonade von der er- nhrenden Flssigkeit umsplt und durch- trnkt wird, sei es, da bestimmte fr die Ernhrung des Eies vorhandene Zellen, Zellgruppen oder Zellschichten, die wir noch als Nhrzellen und Follikel kennen lernen werden, die von ihnen vorbereiteten Nhr- stoffe an das Ei abliefern. In jungen Eizellen unterscheidet sich die Beschaffenheit des Ooplasmas kaum von derjenigen des Cyto- plasmas anderer Zellen; allmhlich treten aber feinkrnige, spter grbere Einlagerun- gen auf, welche aus den oben erwhnten Nhrflssigkeiten innerhalb des Eikrpers abgeschieden oder aber von den Hilfszellen direkt an das Ei abgegeben werden. In die- sem werden die aufgenommenen Substanzen verarbeitet, d. h. durch Resorption, Assimila- tion und Wiederabscheidung in einen Zustand versetzt, in welchem sie fr die Eizelle bei deren weiterer Vernderung verwertbar sind. Treten dabei wieder krnige Gebilde mehr vereinzelt oder in Ansammlungen von gre- rem oder geringerem Umfang auf (Fig. 13), Fig. 13. Eierstockseier einer Ascidie (Molgula) in verschiedenen Altersstadien, die Vorstufen und allmhliche Ausbildung der Dottersubstanz zeigend. Nach Crampton. so handelt es sich zunchst wieder nur um Vorstufen des eigentlichen Dotters, welcher aus dieser vitellogenen Substanz hervorgeht, indem er in Form von kleinen Trpfchen oder Kgelchen im Ooplasma abgelagert wird (Fig. 13). Anfangs ver- einzelt, allmhlich immer zahlreicher treten die Dotterelemente in entsprechenden Lk- kenrumen (Vakuolen) des Ooplasmas auf, welches dadurch eine alveolre Struktur erhlt, insoweit diese nicht bereits vorhanden war, denn das Ooplasma mancher Eier zeigt an und fr sich ein schaumiges Gefge, wie es z. B. bei Medusen, Siphonophoren und Ctenopheren der Fall sein kann. Das Auftreten des Dotters im Ei erfolgt insofern auf recht verschiedene Weise, als es zuerst mehr in der Mitte, d. h. in der Umgebung des Keimblschens und unter dessen Einflunahme, aber auch anscheinend unabhngig davon an der Eiperipherie vor sich gehen kann. Im letzteren Fall, der z. B. beim Salamanderei beobachtet wird, treten in der schon angegebenen Weise kleine Krn- chen am Eirand auf, die vereinzelt in ziemlich unregelmiger Verteilung liegen, aber auch regelmiger in der Umgebung von Vakuolen verteilt sein knnen (Fig. 14 %). Die kleineren Ei und Eibildung 13 :*% .'- Fig. 14. Randzone von Eierstockseiern des Salamanders zur Erluterung der Bildung der Dotterplttchen, A in frherem. B im spteren Stadium; z uere homogene Randzone, F Follikelepithel. Dotterelemente werden spter zu greren finden, woraus sich dann das wesentliche Dotterplttchen, sei es, da eine Verschmel- ergeben drfte. zung unter ihnen stattfindet, sei es, da Man geht am besten von der jungen sie durch Hinzufgung neuer Masse aus Oocyte bald nach der letzten Oogonienteilung der gelsten Substanz des Ooplasmas aus, von welcher bereits weiter oben die Rede wachsen. war. Die frbbare Substanz des Kernes kann Da auch die als Dotter- kerne angesprochenen Eibe- A B standteile sich an der Bil- dung des Dotters beteiligen knnen, wurde bereits mehr- fach erwhnt. Der Dotter- kern kann dabei einem kr- nigen Zerfall oder einer Auf- lsung in anderer Form unterliegen (Fig. 8 und 4); jedenfalls treten auch dabei feinkrnige Massen auf, welche sich an der Ausbil- dung des Dotters beteiligen. Aehnliches wurde oben fr die Mitochondrien angegeben (Fig. 10 und 11). Immer wieder ist auch von einer An- teilnahme des Keimblschens an der Dotterbildung die Rede gewesen, sei es, da eine solche in Form einer bloen Beeinflussung des Ooplasmas durch den sich in dem wegen der eigenartigen Anord- Kern oder aber als Abgabe gelster oder ge- nung als Buketstadium bezeichneten Zustand formter Bestandteile stattfnde. Da ge- befinden (Fig. 12b A), doch erfhrt diese bald wisse Momente, wie die Aenderungen in der | eine Vernderung, indem sich kleinere Teile Gre und Struktur des Keimblschens, von den Schleifen abtrennen und diese sowie die Gestalt und Lagevernderungen dadurch zur Auflsung kommen (Fig. 12 b fr seine Anteilnahme an den im Ei- B und C). Von der Abgabe der Schleifen- krper sich vollziehenden Bildungsvorgngen enden aus dem Kern (Fig. 12 b A bis C) sprechen, wurde bereits erwhnt (S. 5) und war schon vorher in anderer Verbindung zwar wrde dabei vor allen Dingen die die Rede, jedoch findet eine Abgabe von Dotterbildung in Betracht kommen. So- Chromatin seitens des Kernes auch weiter- weit es sich hierbei um den Austritt ge- j hin noch statt. Um bei dein gewhlten Bei- lster Stoffe aus dem Kern in das Ooplasma ! spiel des Amphibieneies zu bleiben, so handelt, drfte die Beteiligung an der Dotter- beschreibt Jrgensen bei Proteus eine bildung schwer zu verfolgen sein, doch hat : immer weiter fortschreitende Verteilung man seit langem auch an die Abgabe ge- des Chromatins im Kern, welches in Form formter Substanzen seitens des Keimbls- j der Randnukleolen, zahlreicher feiner Krn- chens gedacht und derartige Vorgnge sind' chen usw. auftritt und schlielich eine Art von wiederholt beschrieben worden (Fig. 9), Zerstubung" erfhrt. Feinste Chromatin- ohne da sie sich einer besonderen Anerken- krnchen treten durch die Kernmembran nung zu erfreuen hatten. Ganz abgesehen in das umgebende Ooplasma aus. Den Aus- davon, ob es sich bei manchen dieser Angaben ! tritt solcher Chromidien aus dem Kern um Tuschungen gehandelt haben knnte, beschreibt derselbe Autor fr ein ganz gewannen sie neuerdings unter dem Einflu ; anderes Objekt, das Ei eines Schwammes der Chromidienlehre eine grere Bedeutung. (Sycandra) und entsprechendes wird von Diese legt gerade auch bei der Eibildung auf Schaxel fr Pelagia und allerdings in etwas die Abgabe chromatischer Bestandteile anderer Weise fr Ascidien, von Buchner seitens des Kernes und ihre Verwendung fr Sagitta und von Moroff fr Copepoden. beim Aufbau des Eikrpers ein groes Ge- wie auch noch von einer Reihe anderer wicht. Im einzelnen darauf einzugehen und Autoren fr verschiedene Objekte angegeben, die auf recht verschiedenartige Objekte die hier nicht alle genannt werden knnen, bezglichen Angaben zu erschpfen, ist Nur die Beobachtungen des zuletzt genann- ter unmglich, jedoch sollen wegen der ten Autors seien als besonders kennzeichnende diesen Vorgngen zukommenden allgemeineren noch hervorgehoben. Entgegen den Angaben Bedeutung einige von ihnen Bercksichtigung anderer Autoren, da eine Chromatinaus- 14 Ei und Eibildung Wanderung aus dem Kern nur in bestimmten Perioden erfolge, betont er, da sie bei den von ihm untersuchten Copepoden whrend der ganzen Zeit des Eiwachstums vor sich geht und zwar wrde danach die Chromatin- abgabe seitens des Kernes eine ungemein starke sein. Nicht nur in Form^ kleinerer Partikel tritt die frbbare Substanz zur Chromidienbildnng aus dem Kern hervor, sondern grere Partien, ganze Stcke des Kernfadens lsen sich von diesem ab, um durch die mehr oder weniger schwindende Kernbegrenzung in das umgebende Ooplasma A B ,--.'." \ m C Fig. 14a. Abgabe chromatischer Substanz (Chro- midienbildung) in der jungen Oocyte von Cen- tropages Kryeri. Nach Moroff. a einzutreten (Fig. 14 fr A bis C). Infolge der massigen Produktion von Chromiclien lt Moroff diese ganz direkt an der Dotter- bildung beteiligt sein, wie nach seiner An- nahme das gesamte Eiwachstum nur eine Folge der Chromidienauswanderung ist. Damit kommt diese Auffassung am radikalsten zum Ausdruck, aber auch die brigen genannten und manche andere Autoren schreiben unter deren Einflu den von R Hertwig aufge- stellten, von Goldschmidt und anderen seiner Schler energisch vertretenen Chromi- dienlehre den vom Kern produzierten Sub- stanzen einen weitgehenden Einflu auf die Ausbildung des Eies und damit auch auf die Dotterbildung zu. Die Beschaffenheit des Dotters im aus- gebildeten Ei ist eine recht verschiedene so- wohl was das rein morphologische wie chemische Verhalten dieser Substanzen be- trifft. In letzterer Hinsicht schlo man aus dem Verhalten des Dotters gegen gewisse Farbstoffe und Reagentien. da man es mit hnlichen Krpern wie beim Chromatin deb Kernes zu tun habe und machte dafr den nuklearen Ursprung verantwortlich. In Wirklichkeit sind jedoch im Dotter keine Nukleine, sondern die in ihrer chemischen Struktur abweichenden Paranukleinstoffe vor- handen (A. Kossei). Die in den Kernen der sich entwickelnden Eier enthaltenen Nukleine sind nicht im Dotter vorgebildet, sondern entstehen whrend der Entwickelung in den Kernen durch deren eigene Ttigkeit, wie sich denn auch aus Kossels Untersuchungen ergab, da der Gehalt an Nukleinen in dem sich entwickelnden Ei stetig zunimmt. Im allgemeinen besteht der Dotter aus Eiweikrpern, die zum Teil gelst, in flssiger oder halbflssiger Form, jedoch auch in fester Beschaffenheit vorhanden sind ; auerdem aber finden sich fettartige Sub- stanzen, Oeltropfen und dergleichen im Dotter verteilt oder sogar in Gestalt umfangreicher kugelfrmiger Gebilde. Die Beschaffenheit des Dotters chemisch zu fixieren, ist aber schon deshalb schwierig, weil er nicht nur in den Eiern verschiedener Tiere eine sehr differente Zusammensetzung zeigt, sondern auch whrend der Eibildung und dann im Lauf der Embryonalentwickelung gewissen Vernderungen unterworfen ist. Was das morphologische Verhalten betrifft, so mute auf die als Vitellogene oder Proto- lecithe bezeichneten Substanzen vorher bereits hingewiesen werden; hier sei bezglich der Beschaffenheit des Dotters im ausgebil- deten Zustand des Eies noch hinzugefgt, da er bei manchen Tieren ziemlich homogen oder gleichmig aus kleinen Krnchen zu- sammengesetzt erscheint. Bei anderen da- gegen zeigt er untermischt kleinere und greren kugelige Elemente oder besteht aus Plttchen von verschiedener Gre wie dies besonders bei den Haifischen und Amphibien der Fall ist (Fig. 15). Dabei kann offenbar eine Vereinigung der kleineren zu greren Dotterkrpern und andererseits auch wieder ein Zerfall der grberen in feinere Elemente stattfinden. Die Dotterplttchen knnen zu regelmig geformten Tfelchen werden und kristalloide Formen annehmen, wie auch direkt Kristalle J im Dotter auftreten knnen (wohl Eiwei- kristalle, wie sie gelegentlich in Eiern von 1 Gliedertieren und Wirbeltieren gefunden Ei und Eibildung 15 werden). Bei manchen Tieren, wie z. B. gewissen Insekten, kann der Dotter aus regelmig gestalteten Schollen bestehen, whrend er wieder bei anderen Insekten eine feine oder grobkrnige Masse darstellt. Fig. 15. Dotter- plttchen eines Rochens (Tor- pedo ocellata) in verschiedener Gre, nach Zer- fall der greren Plttchen. Nach J. Rckert aus Waldeyer: Die Geschlechts- zellen. Bestimmte Regeln fr die einzelnen Ab- teilungen des Tierreichs werden sich darin kaum aufstellen lassen, nur zeigen allerdings einzelne gewisse, fr sie recht charakteristische Be- sonderheiten. Dazu gehrt z. B. die Diffe- renzierung des Dotters in verschiedene Schichten und Regionen, wie sie unter anderen von den ungemein dotterreichen Eiern der Sclachier, Reptilien und Vgel bekannt ist. Am Vogelei unterscheidet man hauptsch- lich einen gelben und weien Dotter. Der erstere macht bei weitem die Hauptmasse des Dotters aus und setzt sich seinerseits wieder aus konzentrischen Schichten zu- sammen (Fig. 17). Er besteht aus gelblich gefrbten, sehr zartwandigen und leicht zer- strbaren Blschen, welche einen feinkr- nigen Inhalt aufweisen. Der weie Dotter (Fig. 16) ist aus kleineren farblosen Kgelchen zusammengesetzt, die einige stark licht- brechende Trpfchen enthalten, Bildungen, welche man frher als zelliger Natur ansah und im Anklang daran als Dottercytoid? bezeichnet (Fig. 16). Der weie Dotter des Vosreleies bildet noch eine strkere Anhufung A B Fig. 16. Dotterkrner des Hhnereies in ver- schiedener Gre, A ans dem gelben, B aus dem weien Dotter. Nach Balfour. unter der Keimscheibe (Cicatricula, Narbe, Hahnentritt der alten Embryo- logen, Fig. 17) und erstreckt sich in dnner Lage um den gelben Dotter (Eidotter. Ei- gelb), wobei man sich das Verhalten dieser Schichten brigens nicht so vorzustellen hat, da sie scharf getrennt seien, sondern sie gehen vielmehr an den Grenzen inein- ander ber. Die Verschiedenheit in der Zusammen- setzung des Dotters gibt sich bei vielen Eiern schon durch die Frbung zu erkennen; selten ist der Dotter farblos, so da die dotterhaltigen Eier die Durchsichtigkeit dot- terarmer Eier bewahren. Oefter ist der Dotter opak und von gelblicher Frbung, ch env Fig. 17. Lngsschnitt durch das Hhnerei, etwas schematisiert, ch Chalazen, dh Dotterhaut, eiw Eiwei, gd gelber Dotter, ks Keimscheibe, lk Luftkammer, s Schale, sh Schalenhaut, wd weier Dotter. 7. wie wir es besonders vom wo man direkt vom Eigelb spricht. Es kommen aber wir Vogelei kennen, als vom Dotter andere Dotter- wickelungsg geeignet. frbungen vor, rot, violett, blau, grn usw. ; derartig gefrbte Eier sind dann meistens sehr undurchsichtig und fr das Studium ent- eschichtlicher Vorgnge wenig ebrigens braucht die Farbe der Eier nicht an den Dotter gebunden zu sein, sondern kann dem sonstigen Ooplasma ange- hren und in Form zarter Pigmentkrnchen darin verteilt sein. Bekannt dafr sind besonders die Froscheier mit ihrer starken, braunen bis schwarzen, Pigmentierung der animalen Hlfte. Eine sehr charakteristische Pigmentierung findet sich bei einem Seeigel (Strongylocentrotus lividus), indem ein unter der Eioberflche gelegenes gelbrotes Pigment einen breiten, mehr dem vegetativen Pol genherten Ring um das Ei bildet. Derartige Differenzierungen haben sich fr das Studiuni der Entwickelung zumal als Marken fr den Ablauf des Furchungsvor- gangs als sehr wichtig erwiesen und bilden auch eine wertvolle Hilfe bei experimentellen Beobachtungen. Dem Dotter, seiner Verteilung im Ei und der Struktur des Eikrpers berhaupt mute eine eingehendere Betrachtung gewidmet sh 16 Ei und Eibdung werden, da diese Dinge als bedeutungsvolle Faktoren fr den Ablauf der Entwickelung erkannt wurden und die Eistruktur von bestimmendem Einflu auf die Art der Aus- bildung gewisser Regionen sein oder doch im engen Zusammenhang damit stehen kann. Bei vielen Tieren lassen sich zwischen bestimmten Regionen des Embryos und des Eies Beziehungen feststellen, so da diese Regionen im Ei bereits festgelegt erscheinen und aus der Form und Struktur des Eies, sowie der Dotter- und Pigment- verteilung in ihm erkannt werden knnen (prospektive Eistruktur). Experimentelle Untersuchungen an Coelenteraten, Echino- dermen, Ascidien, Amphibien und anderen Tieren haben dies mit Sicherheit erwiesen (vgl. den Artikel ,, E n t w i c k e lu n g s m e c h a - nik und Entwickelungsph ysiologie der Tiere"). In dieser und anderer Bezie- hung, vor allem hinsichtlich der Entwicke- lung der Organe ist die Verteilung des Dotters im Ei sehr bedeutungsvoll, weshalb ihr noch eine kurze Betrachtung zu widmen ist, soweit nicht vorher bereits die Rede da- von war. Die Verteilung des Dotters bringt es mit sich, da sich gewisse Regionen im Ei unterscheiden lassen. Bei den mit einem sehr geringen Dottergehalt versehenen, sogenannten alecithalen Eiern ist dies zwar weniger der Fall, wohl aber bei denjenigen m * Pol diejenige des Nervensystems, also eines animalen" Organsystems vor sich zu gehen pflegt, so da man diesen Pol den ani- malen Pol des Eies nennt. Er ist brigens fr gewhnlich noch dadurch gekenn- zeichnet, da an ihm als der an Protoplasma reicheren, also bildungsfhigeren Region des Eies die sogenannten Reifimgsteilungen er- folgen und dementsprechend hier die Rich- tungskrper" gefunden werden (vgl. weiter unten Abschnitt II). T e 1 o 1 e ci t h a 1 e" Eier sind ebenso wie die alecithalen" im Tierreich sehr verbreitet und finden sich von den Schwmmen bis hinauf zu den Sugetieren. Die Dotteranhufung am vegetativen Pol kann strker und strker werden, so da die Bildungsmasse, das Protoplasma immer mehr nach dem animalen Pol hin verdrngt wird und schlielich hier nur noch eine ganz dnne scheibenfrmige Lage bildet (Fig. 19). Dies ist dann der einzige noch Fig. 18. Gastropodenei mit Keimblschen, Keim- fleck und Dotter. Eiern, deren Dottergelialt mehr zunimmt. Dies so pflegt bei sehr vielen tierischen Eiern zu geschehen, da die Dotteranhufung an einem Pole eine strkere wird als an dem ^gengesetzten Pole (Fig. 18); man spricht dann von telolecithalen Eiern und be- zeichnet den dotterreichen als den vege- tativen Pol, weil spter in der Embryonal- entwickelung an diesem Teil des Eies zu- meist die Anlage eines ausgesprochen vege- tativen" Organs, nmlich des Darmkanals erfolgt, whrend an dem entgegengesetzten Fig. 19. Cephalopodenei im Lngsschnitt, oben die Keimseheibe (ks) mit dem Keimblschen, das brige Dotter. bildungsfhige Teil am Ei gegenber der so ungemein umfangreich gewordenen Nhr- substanz, welche den gesamten brigen Ei-Inhalt ausmacht; da an ihr zunchst ausschlielich die Eifurchung und Anlage des Embryos erfolgt (vgl. den Artikel Onto- genie"), so nennt man sie die Keimscheibe der so extrem ausgebildeten telolecithalen Eier (Fig. 19). Man findet diese sehr umfang- reich werdenden Eier vor allem bei den "Wirbeltieren, nmlich bei den Fischen, Rep- tilien und Vgeln, ausnahmsweise auch be; Ei und Eibildung; Vi Bedrfnis und bei von der den Amphibien (Ccilien) whrend die Suge- tiere kleine, verhltnismig dotterarme Eier besitzen, die sich total und nicht nur partiell furchen, wie es bei den anderen dotter- reichen Eiern der Fall ist. Diese durch eine discoidale, sich nur an der Keimscheibe vollziehende Furchung ausgezeichneten Eier der meisten Wirbeltiere nennt man deshalb meroblastische" Eier im Gegensatz zu den sich vollstndig (total) furchenden ,,h o 1 o b 1 a s t i s c h e n Eier n", wie sie auer den Sugetieren unter den Vertebraten noch den Amphibien wie den meisten anderen Tieren zukommen. Ausnahmsweise finden sich meroblastische Eier mit Keimscheibe auch noch bei einer Anzahl anderer Tierformen, so unter den Weichtieren bei den Cephalo- poden, unter den Gliedertieren beim Skorpion und einigen Krebsen (Oniscus, Mysis, Cuma), unter den Manteltieren (Tunicaten) bei den Feuerwalzen (Pyrosomen). Das Vorkommen dieser eigenartig strukturierten Eier mit einem dadurch bedingten besonderen Furchungsveiiauf bei so ganz verschiedenen Tierformen zeigt mit Sicherheit an, da diese Eiform dem vorhandenen folgend zu verschiedenen Malen der einen Tierform unabhngig anderen entstand, da ihr also irgendwelcher systematischer Wert nicht beizulegen ist. Ganz abweichend von der zuletzt ge- schilderten Verteilung des Dotters bei den telolecithalen Eiern ist diejenige, welche man bei den sogenannten centrolecithalen Eiern" findet. Bei ihnen sammelt sich der DottPr und zwar ebenfalls sehr massenhaft im Ei-Innern an, um nur eine recht dnne Auenlage protoplasmatischer Substanz frei zu lassen (Fig. 20), das Keimhautblastem" genannt, weil sich in diesem Bezirk, aber freilich in anderer Weise wie an der Keim- scheibe der telolecithalen Eier, die Ausbildunii- des Keims vollzieht. Jedenfalls ist aber auch hier diese ,, Bildungsschicht" gegenber der zentralen Dottermasse der centrolecithalen" Eier ausgezeichnet; allerdings vollziehen sich die ersten Entwickelungsvorgnge (Teilung der Furchungszellen) zunchst nicht in der peripheren Lage, sondern im Ei-Innern (vgl. den Artikel Ontogenie"). Die Furchuims- kerne begeben sich dann grtenteils oder sogar alle in die protoplasmatische Rindenschieht. um hier das Blastoderm, die Keimhaut, zu bilden, wodurch die Furchung zu einer super- ficiellen" wird. An dem Blastoderm ver- laufen zunchst die weiteren Entwicke- lungsvorgnge ziemlich unabhngig Dotter und da dies bis zu einem Grade auch die Furchung betrifft, so spricht man bei diesen Eiern ebenfalls von einer par- tiellen Furchung, was freilich im Hinblick auf die vorher im Eiinnern sich abspielenden Teilungsvorgnge nicht ganz richtig ist. Handwrterbuch der Naturwissenschaften Band lil Derartig gebaute und auf diese Weise sieh entwickelnde Eier besitzen hauptschlich die Giedertiere, obwohl manche von ihnen (gewisse Krebse, Spinnen, Tausendfe u. a.) eine totale oder dieser doch nahestehende Form der Furchung aufweisen, whrend wieder andere, wie schon oben erwhnt, Fig. 20. Dipterenei im Lngsdurchschnitt. bl Keimhautblastem, ch Chorion, d Dotter, ; Eizelle auer dem Nhrzellinhalt beher- bergen, so da man von ihnen als von Eiern'' zu sprechen pflegt (Fig. 28 A bis C). ei / dz , Fig 28. Eikapseln A von Microcotyle mor- "ri, B von Distomum tereticolle, C von 1 Prostoma Steenstrupi, dz Dotterzellen, i . Fig. 27. Eikapsel von S c vi 1 in m mit den Befesti- gungsfden. Nach Meisenheime r. und Ez Eizellen. Nach Lorenz, land und Halle z. Schauins- : Kokons, die allerdings nicht immer vom Leitungsapparat, sondern auch von Sekreten der Hautdrsen geliefert werden, kommen bei den Regen wrmern und Blutegeln vor (Fig. 29 Bei den zuletzt beschriebenen Eiern und 30 )- Im ersteren FaU handelt es sich finden sich zuweilen mehrere Eidotter" in A B einer Kapsel, welches Ver- halten zu den Kokons hinber leitet, fr die es gerade kennzeichnend ist, da in einer Eikapsel mehrere Eier enthalten sind. Auch bei ihnen wird die Kapsel von Abschei- dungsprodukten des Lei- tungsapparates gebildet und solche liefern auch den gewhnlich vorhandenen ernhrenden Inhalt des Kokons, wenn nicht zellige Elemente (sogenannte Nhr- oder Dotterzellen) zum gleichen Zweck darin niedergelegt werden. Letz- : 1 . sr SP sn tere* gilt z. B. fr die Eikapseln der Strudel- und Saugwrmer (Turbellarien und Trematoden) , von denen die letzteren aller- dings zumeist nur eine I Fig. 29. Regenwunn-Kokons(c)(Allolobophora foetida). A in der Schleimrhre (sr), B diese etwas zurckgezogen. Nach K. Foot. 22 Ei und Mbildung um gelbgefrbte, zitronenfrmige Gebilde, die etwa erbsengro werden und in der eiwei- haltigen Flssigkeit, welche sie erfllt, mehrere A i> Fig. 30. Blutegel-Kokons (Hirudo medicinalis) in Oberflchenansicht (A) und durchschnitten (B). Nach Meisenheimer. Eier fhren; sie werden auerdem bei der Ablage noch mit einer schtzenden Schleim- hlle umgeben (Fig. 29). Die bis zu 2 cm Lnge erreichenden Kokons der Blutegel sind von einer schwammigen Masse ber- deckt, welche ihrer Wand eine besondere Dicke verleiht (Fig. 30). Aehnliche Kokons, die jedoch innerhalb des Geschlechtsappa- rates gebildet werden, finden sich auch bei den Insekten. Bei Mantis sind es aus einer spongiosen Masse bestehende Kapseln, die mit breiter Basis an Pflanzenstengeln oder Steinen sitzen. Bei den Schaben (Peri- planeta und Phyllodromia) sind es feste chitinse Gebilde von kofferartiger Form, die in Fchern aufgereiht die Eier enthalten und vom Weibchen am Hinterleib herum- getragen werden. Bei dem Wasserkfer (Hydrophil us) stellt der Kokon ein regel- mig geformtes, ovales Gespinst dar, welches pallisadenartig angeordnet 45 bis 50 Eier enthlt, an der Unterseite schwimmender Bltter am Wasserspiegel angelegt wird, und von dem mastartig ein ebenfalls ge- sponnener dnner Stiel nach oben ragt. Aus Fden gesponnene Kokons umhllen auch die Eier der Spinnen, welche ebenfalls gelegentlich vom Tier herumgetragen werden. Kokons von recht verschiedenartiger Form und Struktur kommen bei den Schnecken vor, bei welchen sie rund, oval, becherfrmig gestaltet, mit Stielen versehen und gedeckelt sein knnen; die hutige Kapsel kann durch Inkrustation mit Kalksalzen die Konsistenz einer Kalkschale annehmen. Wenn die Kapsel bei einigen Landschnecken noch sehr umfangreich wird und wie bei der ceylonesi- schen Hei ix Waltoni die Gre eines Sper- lingseies oder bei einigen sdamerikanischen Bu lim us-Arten diejenige eines Tauben- eies erreicht, so ist die Aehnlichkeit mit einem Vogelei eine recht groe und kann zu einer Verwechselung damit fhren. Insofern solche Kokons nur einen Embryo zu ent- halten pflegen, sind sie von einem echten Ei" nur schwer zu unterscheiden. Eine Tuschung kann darin freilich insofern bestehen, als in dem Kokon zuerst mehrere Eier und Embryonen vorhanden waren, von diesen sich jedoch einige oder auch nur einer auf Kosten der anderen entwickelte und schlie- lich allein zur vlligen Ausbildung gelangte, whrend die anderen zugrunde gingen und direkt oder indirekt zu seiner Ernhrung verbraucht wurden. Bei einer anderen Schnecke (Janthina) werden die becherfrmigen Eikapseln an einen voluminsen spindelfrmigen, aus ent- sprechender Substanz bestehenden Krper befestigt, welcher luftfhrende Rume enthlt und mit welchen die Schnecke, da er am zugespitzten Ende ihres Fues befestigt ist, wie mit einem Flo herumschwimmt. Derartige wie einige der anderen angefhrten Flle gehren bereits in das Kapitel der Brutpflege, auf welchen Artikel hiermit verwiesen sei*(ArtikeIfBr utpf lege"j. IL Eizelle und Eireifung. Nachdem"; wir die "Morphologie des Eies kennen lernten, ist die Basis gewonnen fr die Errterung des Begriffs Ei" und Eizelle", welche im Rahmen dieses Artikels nicht zu ent- behren ist, wenn sie auch aus bestimmtenGrn- den gewhnlich in Verbindung mit anderen Er- scheinungen vorgenommen wird. Mit der Be- zeichnung Ei pflegt man recht verschiedene Dinge zu belegen, was sich praktisch schwer vermeiden lt und daher auch in den vor- stehenden Ausfhrungen geschah. So spricht man von einem Ei" als dem ganzen mit den Eihllen ausgestatteten Gebilde, wie wir es etwa im Vogelei kennen, anderer- seits nennt man Eier und Eizellen auch die hllenlosen, jngeren und lteren weib- lichen Keimzellen deren Kern das Keim- blschen ist und an denen sich also die Reifungsteilungen noch nicht vollzogen haben. Andererseits belegt man mit dem Namen Eizellen auch diejenigen Eier, welche den Reifungsproze bereits durchmachten. Obwohl dieser Vorgang erst am Schlu der Eibildung stattfindet, wird es aus den angegebenen Grnden wnschenswert sein, ihn schon an dieser Stelle kennen zu lernen, wenn dies auch allerdings hier nur gairz kurz geschehen kann und im brigen auf den Ar- tikel Befruchtung" verwiesen werden soll. Wenn das Ei seine vllige Ausbildung erlangt hat und der Befruchtung entgegen- geht, so vollzieht sich an ihm jener Vorgang, der schon lange als Bildung der Richtungs- I krper bekannt ist. Er besteht in der Haupt- Ei und Eibildung 23 sache darin, da die ungereifte, mit Keim- einer groen Zelle, der gereiften Eizelle blschen versehene Eizelle" eine zweimalige und zweier oder dreier kleiner Zellen, der Teilung durchmacht, welche zur Bildung sogenannten Richtungskrper fhrt (Fig. 31) ; A B Fig. 31. Verlauf der Eireifung vom Keimblschenstadium mit Chromosomen und Centrosomen (A) bis zur Ausbildung der ersten und zweiten Reifungsspindel (B E) und Abschnrung der beiden Richtungskrper (C F). Eingeleitet wird die Teilung dadurch, da das Keimblschen an die Peripherie des Eies und zwar gewhnlich an den proto- plasmareichen animalen Pol rckt, wobei die Kernmembran schwindet, die frbbare j Substanz des Kernes Chromosomen liefert und der Nucleolus verloren geht, am Rande aber ein sich teilendes Centrosoma mit den Strah- lungen auftritt (Fig. 31 A). An der Eiperi- pherie bildet sich also eine Kernspindel mit Aequatorialplatte (vgl. den Artikel Zell- teilung"); die sich weiter ausbildende, mit den beiden Tochterplatten versehene erste Reifungs- oder Richtungsspindel rckt mit ihrem ueren Teil in eine hgelfrmige Verwlbung des Ooplasmas hinein (Fig. 31 C . A^S5P3). Indem letztere sich abschnrt, ist die erste Reifungsteilung vollzogen und der erste Richtungskrper gebildet. Dieser sowohl wie die brig gebliebene groe Zelle gehen sofort eine neue Teilung ein, indem die beiden Tochterplatten zur Aequatorial- platte je einer im ersten Richtungskrper und im Ooplasma gelegenen zweiten Rei- fungsspindel werden (Fig. 31 D und E). So wird der zweite Richtungskrper gebildet und der erste teilt sich in zwei kleine Zellen (F). Der im Ooplasma zurckbleibende, ziemlich kleine und chromatinarme Kern wird zum Eikern" oder weiblichen Vorkern". Infolge seines geringen Gehaltes an frb- barer Substanz erscheint er hell und ist im Vergleich mit dem gewhnlich sehr umfang- reichen Keimblschen recht unansehnlich. Spter bei der Befruchtung vereinigt er sich mit dem Spermakern zur Bildung des Furchungskerns oder der Furchungsspindel. Das Ei ist also jetzt befruchtungs- und ent- entwickelungsfhig. Auf die wichtige Be- deutung des hier kurz geschilderten Vorgangs, auf die vielfachen Modifikationen, welche er zumal im Hinblick auf der Verhalten des Chromatins erfhrt, sowie auf die weit- gehenden theoretischen Folgerungen, welche man zumal im Hinblick auf das Vererbungs- problem daraus gezogen hat, kann hier nicht eingegangen werden (vgl. die Artikel Be- fruchtung" und Vererbung"). Da- gegen mu auf die Konsequenzen hingewiesen werden, welche sich aus dem Vorgang der Reifungsteilung fr die Auffassung der Eizelle ergeben. Es ist ersichtlich, da die Keimzelle vor dem Vollzug der Reifungsteilung nicht den gleichen Wert haben kann wie diejenige nach geschehener Abgabe der Richtungskper und da man sie nicht wohl mit derselben Bezeichnung Ei oder Eizelle belegen sollte, wie es zumeist geschieht und zwar deshalb geschieht, weil die morphologische Beschaf- fenheit des Eies durch den ganzen Proze kaum beeinflut wird. Eine gewisse Klrung dieser Verhltnisse ergibt sich aus dem Vergleich mit den bei der Bildung der Sperniatozoen sich vollziehenden letzten Teilungen. Man mu dabei auf die Ursamen- zellen zurckgehen , welche den bildungs- fhige]! Abschnitt der mnnlichen Keim- drse erfllen und in fortgesetzter Vermeh- rung begriffen sind; sie liefern die sogenannten 24 Ei und Eibilduns. Sperinatogonien, die zu den Spermatocyten heranwachsen und dabei gewisse Umbildun- gen ihres Zellkrpers erfahren. Die letzten beiden Teilungen dieser Zellen sind es nun, welche sich ohne weiteres mit den Reifungs- teilungen der weiblichen Keimzellen ver- gleichen lassen. Eine Spermatocyte erster Ordnung liefert in der ersten Reifungsteilung zwei Spermatocyten zweiter Ordnung (Fig. 32 A bis C) und jede von diesen durch den A B H Fig. 32. Verlauf der Samenreifung beim Pferde- spulwurm (As caris megalocephala bivalens). h. C Spermatocyten n. Ordnung, D H Sperma- tocytenlll. Ordnung oder Spermatiden (H). Nach A. Brauer. entsprechenden Vorgang, wie er oben von der zweiten Reifungsteilung des Eies beschrieben wurde, zwei sogenannte Spermatiden (D bis H), d. h. diejenigen Zellen, welche sich direkt zu den Spermatozoen umbilden Hier sind also vier funktionsfhige Zellen entstanden, whrend dort nur eine solche, die gereifte Eizelle und drei kleine bei der Embryonalentwickelung zugrunde gehende Zellen, die Richtungskrper, geliefert werden. Sie sind nichtsdestoweniger Zellen und der Vergleich mit jenen mnnlichen Zellen legt es nahe, sie als zurckgebildete, abortive Eizellen zu betrachten. In Analogie mit den mnnlichen Keim- zellen spricht man auch im weiblichen Ge- schlecht von Oogonien und Oocyten, von denen sich die Oocyten erster Ordnung bei der ersten Reifungsteilung in die beiden Oocyten zweiter Ordnung und diese in je zwei Oiden (gereifte Eizelle und zweiter Richtungskrper oder die Teilprodukte des ersten Richtungskrpers) teilt. Hiernach wre es angezeigt, die heranwachsenden weiblichen Keimzellen nur als Oocyten zu bezeichnen und den Namen Eizelle fr die gereiften Zellen zu verwenden, d. h. fr diejenige Zelle, welche mit der gereiften und ausgebildeten Samenzelle zum Befruch- tungsakt zusammentritt. Aber ebensowenig wie bei den mnnlichen hat sich dies bei den weiblichen Zellen recht durchfhren lassen, was wohl damit zusammenhngt, da die weiblichen Keimzellen vor wie nach der Reifungsteilung ungefhr gleiche Struk- tur und Gre zeigen. Bedient man sich, wie es zumeist geschieht, des Sammelbe- griffs Eizellen fr die weiblichen Zellen im nicht gereiften und gereiften Zustand, so mu man sich nur dessen bewut sein, da man es mit zwei recht verschiedenen Stadien der Oogenese zu tun hat. III. Eibilduiig (Oogenese). Von einem Teil der Eibildung mute schon in den beiden vorhergehenden Abschnitten ge- sprochen werden, da sie sich schwer von der Morphologie des Eies und seiner Reifung trennen lt. So wurde besonders die eigent- liche Ausbildung des Eies und die Dotter- bildung, bei denen auch Beziehungen zwischen Kern und Ooplasma in Betracht kommen, in Verbindung mit der Morphologie besprochen. Hier handelt es sich hauptschlich um die Beziehungen der Oocyten zu anderen Zellen des Krpers und vor allem zu denen, mit welchen sie bei ihrer Ausbildung in nhere Verbindung fe&k^^W- 7 i. Die verschiedenen Formen der Ei- bildung. Als primitivste Form der Ei- bildung wird man diejenige bezeichnen mssen, bei welcher die Eizellen regellos im Krper des Muttertiers verteilt sind, wie man dies bei den Schwmmen findet (Fig. 1). Die jungen Eizellen zeigen amboide Gestalt (Fig. 1 und 45 A), wie dies auch bei Ei und Eibildung 25 den Zellen des Krperparenchynis der Fall sein kann; so sind sie von diesen schwer zu unterscheiden und werden auch direkt von ihnen hergeleitet (F. E. Schulze, Jrgensen 1910). Amboide, ber einen betrchtlichen Teil des Krpers verstreute Keimzellen kommen auch bei den Hydroidpolypen vor, bei denen sie nicht nur Wanderungen in den Epithelschichten ausfhren, sondern auch von einem in das andere Keimblatt vor- dringen (Fig. 33 und 34), um ihre endgltige schon bei den Schwmmen eintreten kann. Die diffuse geht dann in eine lokalisierte Eibildung ber, wie sie den allermeisten Tierformen zukommt. Die Bildung erfolgt also im allgemeinen in den Gonaden, den weiblichen Keimdrsen, die man als Eier- stcke oder Ovarien bezeichnet. Diese selbst sind unter Umstnden nur mehr oder weniger umfangreiche Zellenhaufen, die durch fortgesetzte Zellwucherung entstanden (Fig. 35). Umgeben sie sich mit einer binde- ect ent ge. pm. h. B. cj.T pm.. V.r. pm,-- T.v. ect ent ent ect ei ->~ Fig. 33 u. 34. Lngsschnitte durch einen Zweig eines Hydroidpolypen (Eudendriuin race- mosum) mit wandernden Oocyten (ei) im Ectoderm (ect) und Entoderm (ent), sowie Durchbrechen der Sttzlamelle zum Durchtritt von einem in das andere Keimblatt, bl Blasto- stylknospe. Nach A. Weismann. Lagersttte aufzusuchen. Die Keimzellen bilden dann eine Gonade, wie brigens eine gruppenweise Zusammenhufung zur Bildung eines noch recht primitiven Ovariums auch Fig. 35. Entwickehmg des Eierstocks eines Ringelwunrjs (Amphitrite rubra). A C Keimepithel (ge) und Geschlechtsdrse (gdr) als Wucherung des Peritoneal- epithels (pm), D Ovarium mit sich loslsenden Oocyten (gz), Vv^r Bauchgef. Nach E. Meyen gewebigen oder epithelischen Membran, so hat man bereits besser abgeschlossene Ova- rien vor sich. Diese knnen plattenfrmig, sack- oder schlauchfrmig, traubenfrmig verzweigt und von manchen anderen Formen sein. In ihnen hegen die jngeren und lteren Ausbildungsstufen der Keimzellen entweder dicht gedrngt in einem massigen Keim- lager oder in Form eines Keimepithels (Fig. 36 und 37); sie lsen sich dann ab und gelangen in einen zentralen Hohlraum, welcher direkt oder indirekt in Verbindung mit dem Leitungsapparat steht, durchweichen die Eizellen nach auen gefhrt werden. In den Ovarien knnen recht verschie- denartige Zellen enthalten sein, je nachdem sich die Ausbildung des Eies in einfacher oder komphzierter Weise vollzieht. Vor allen Dingen lassen sich jedoch in der Ei- bildung drei Perioden unterscheiden, nmlich eine solche, whrend der sich die Keimzellen noch in Vermehrung (Teilung) befinden, 26 Ei und Eibildung Fig. 36. Lngsschnitt durch Eierstockund Eileiter eines Ruderfers (Cantho- camptus staphylinus). Nach V. Haecker. Fig. 37. Blindes Ende des Eierstocksschlauehes von epithel, jngeren und lteren Eiern. Nach Seesternen mit H. Ludwig. Keim- eine zweite, die Wachstumspe- riode, in welcher das Ei seiner Ausbildung ent- gegengeht und eine dritte , die Keifungsperiode, d. h. diejenige des Vollzugs der beiden Reifungs- teilungen , oder der Absclmrung der Richtungs- krper.Im Gegen- satz zu der Aus- bildung der mnnlichen Zel- len erfolgt der letztere Vorgang meistens nicht mehr in der Keim- drse, sondern im Leitungsapparat oder auerhalb des mtterlichen Krpers. Obgleich er also den Ab- schlu der Ooge- nese darstellt, mute er aus den oben angegebe- nen Grnden bei unserer Darstel- bereits vor- lung weg genommen sp_ I Bt . ep w3 8oo 40 >i S40 5 000 13 600 20 000 ? 2 000? 60 000 200? 53" 3 2N O IO 4050 s 6083 7080 6580 5070 67 90 100 oo( ?) 20(?) >I OOO 1 900 OOO 88 000 >IOO OOO 3 000 1 3 OOO OOO 2400 3200 2600 2900 3560 2900 2900 3800 7501900 700 900 4800 6000 1600 3200 700 2200 1700 2200 3000 4000 3900 4900 4600 4700 4700 4S00 53005400 6200 4400 4750 i.E. 6600 i. \Y. 31004500 1500 1700 1450 800 500 900 33oo 45005200 2000 2400 o 1300 300 400 100 400 o IIOO 1620 o 60(0) 2900 ? o o 1460 4000 200 o o o o greren Alpengletscher z. B. liegt sie zwischen 30 und 150 m/Jahr; .bei Gletschern des Himalaya wurden mehr als 700 m/Jahr gemessen, whrend einzelne Abflsse des grnlndischen Inlandeises Verschiebungen von 1000 bis 7000 m/Jahr erfahren. Der Uebergang von der Randgeschwindig- keit zur maximalen Achsengeschwindigkeit ist stetig; die Zunahme ist am Rand gro, gegen die Mitte klein; bei breiten Gletschern ist der mittlere Teil eines Quer- schnittes beinahe gleich rasch bewegt; in den Auenteilen (je 1 / i bis x / 5 der Breite) findet die Abnahme auf etwa y 5 bis 7 10 der Maximalgeschwindigkeit statt. Diese Art der Geschwindigkeitsnderung in einem Querprofil (an der Oberflche) bleibt dieselbe, wenn auch ein Gletscher aus meh- reren Zuflssen besteht; an den durch die Lngsmornen (vgl. unten) gekennzeichneten Verschmelzungsstellen zeigen sich keine sprungweisen Aenderungen der Geschwindig- keit. Die Kurve, welche die Oberflchenge- schwindigkeit fr einen Querschnitt angibt, zeigt fast bei allen beobachteten Gletschern in der Nhe des Randes zwei Wendepunkte. Fr den Hintereisferner liegen diese Punkte so, da sie Stellen starker Tiefenzunahme des Gletschers entsprechen. Es ist zu vermuten, da hnlich wie die Geschwindigkeit gegen den Rand abnimmt, sie sich auch in der Richtung der Tiefe ndert. Wenn fr das abwrts von einem zu untersuchenden Querschnitt gelegene Gletschergebiet an mglichst vielen Stellen die Oberflchengeschwindigkeit und der Be- trag der jhrlichen Eisabschmelzung be- kannt sind, so lt sich die Tiefe jenes Quer- schnittes an einzelnen Stellen ermitteln, 46 Eis unter der Voraussetzung, da fr alle senk- recht untereinander hegenden Eisteilchen die- selbe Geschwindigkeit gelte, wie fr die oberste. Solche Beobachtungen und Profil- rekonstruktionen wurden fr den Hintereis- gletscher (Oetztaler Alpen) ausgefhrt. Sp- ter angestellte Tiefbohrungen fhrten zu dem Ergebnis, da die mittlere Querschnitts- geschwindigkeit etwa 0,6 der Oberflchen- geschwindigkeit betrgt. Bei den Tief- bohrungen zeigte sich auch, da wahrschein- lich bis in groe Tiefe hinab fast die gleiche Geschwindigkeit wie fr die Oberflche gilt. Daraus folgt, da die Abnahme der Ge- schwindigkeit nach der Tiefe einem hnlichen Gesetz folgt, wie die von der Mitte gegen den Rand. Die Tiefbohrungen ergaben auerdem, da die Stellen starker Neigungsnderung im Querschnitt genau da liegen, wo sie nach den Konstruktionen auf Grund der Geschwindig- keits- und Abtragsmessungen liegen mssen. Dies ist eine wesentliche Sttze fr die Mei- nung, da ein Gletscher an stndiger Ver- tiefung seines Bettes arbeitet (vgl. unten Abschnitt 13). Im Lngsprofil nimmt die Geschwindig- keit von den obersten Punkten des Firnes zu bis zu einer Stelle, die dem Uebergang aus dem Sammelbecken in das engere Ab- flutal nahe liegt. Bis dahin wchst die Dicke der Eisschichte wegen des Zusammen- schubes von den Seiten her und wegen der Vermehrung des Materiales durch Auftrag von Schnee. Von dieser Stelle an bis zum Gletscherende nimmt die Geschwindigkeit, den wechselnden Neigungsverhltnissen ent- sprechend, ab, weil durch die Abschmelzung des Eises die Dicke des Gletschers bestndig abnimmt. Auch dies ist durch zahlreiche Beobachtungen besttigt. (Mer de Glace, Rhonegletscher, Hintereisferner, Vernagt- ferner u. a. m). Gelegentlich der Tiefbohrungen am Hinter- eisgletscher konnten Temper at u r m es- sungen bis zu 148 m Tiefe ausgefhrt werden. Sie ergaben, da die Gletscherzunge in ver- schiedenen Tiefen die dem (Vertikal-)Diuck entsprechende Schmelztemperatur hat. Diese Temperaturverhltnisse werden (mit Aus- nahme der Oberflchenschicht) durch die Jahreszeiten kaum beeinflut. Von welcher Stelle im Firn an die Schmelztemperatur herrscht, ist bis jetzt nicht sicher bekannt. 10. Spalten. Bei der Bewegung des Eises, wie sie vorausgehend in den Hauptzgen tnzeichnet wurde, mu jede der verti- und zur Gletscherachse senkrechten Platten, in die man sich den Gletscher zer- legt denken kann, ausgewalzt werden. Die Hauptstreckimg erfahren dabei die Rand- partien, in di nen die strksten Aenderungen der Geschwindigkeit stattfinden. Die bei dieser Streckung auftretenden Zugspan- nungen sind hufig grer, als die Zug- festigkeit des Eises; dies mu dann zer- reien und die entstehenden Risse sind senkrecht zu den Richtungen der Zugspan- nungen. Die Randspalten mssen dem- nach beim Entstehen vom Rand schrg aufwrts gegen die Gletscherachse gerichtet sein. Das Reien der Spalten ist von einem dumpfen Knall und einer fhlbaren Er- schtterung der Eismasse begleitet. Durch den anfnglich kaum ein Viertelmillimeter breiten Ri flieen die oberflchlichen Schmelzwasser teilweise ab. Die Spalten- rnder entfernen sich wegen der Abschmel- zung und wegen der Bewegung immer mehr voneinader; im gleichen Mae, wie sich die Spalten oberflchlich erweitern, setzen sie sich in die Tiefe fort und einige Wochen nach dem Reien klaffen fast senkrecht tiefe Schrunde, welche die Wanderung auf dem Gletscher erschweren. Bei groen Gletschern gehen nur ganz in der Nhe des Randes die Spalten bis auf den Grund; gegen die Mitte finden sie ihre Tiefengrenze wohl meistens im oberen Drittel der Eismasse. Aber auf dem Grunde des Gletschers, an der Gletschersohle, bilden sich Spalten aus der gleichen Ursache wie am Rand; auch hier finden starke Aenderungen der Ge- schwindigkeit statt und die deshalb ent- stehenden Grundspalten sind anfnglich schrg aufwrts gerichtet. Grundspalten entstehen auerdem, wenn das Eis eine nach unten konvexe Krmmung erhlt, wie etwa am Fu von Steilstufen, wo es vom greren zu kleinerem Geflle bergeht. Umgekehrt wird am oberen Rande einer solchen Felsstufe das Eis eine nach oben konvexe Oberflche erhalten; dann sind die obersten Eisschichten starken Zugkrften unterworfen und es bilden sich Spalten, welche annhernd dem Rande der Steil- stufe parallel, also meist quer ber den Gletscher laufen, Qu er spalten. Sie er- halten bei starken Gefllsnderungen groe Weite und reichen sehr tief in die Eismasse hinab, so da unter Umstnden das Gewicht des vorderen Teiles zu gro ist, um von dem Querschnitt, der die Verbindung mit dem oberen Teile herstellt, noch getragen zu werden. Dann bricht das vorgeschobene Stck ab und strzt der Hhe der Talstufe entsprechend in die Tiefe, um sich nach der Ankunft auf schwcher geneigtem Boden in Pyramiden, Zacken und Eisnadeln von grotesken Formen aufzulsen. Knnen die nachrckenden Eismassen ber die Wand der Talstufe eine Verbindung mit den unten liegenden herstellen, so wird der Sturz der Eismassen durch den Widerstand der unten- liegenden verlangsamt. Der entstehende Eisbruch (Serac), dessen steile Wnde. Eis 47 die wunderschn blaue oder blaugrne Fr- bung des Eises besitzen, zeigt starke Zerklftung in mehreren Richtungen, da auer den Querspalten auch noch Rand- spaltenbildung auftritt. Strzen die Eis- massen ber sehr betrchtliche Hhe ab, so ist ein frmliches Zerstuben die Folge. Die Trmmermasse schmiegt sich der Gestalt des auffangenden Untergrundes an und wenn sie gengend anwachsen kann, bildet sie einen regenerierten Gletscher, der mit seinem Nhrgebiet keinen unmittelbaren Zusammenhang hat. Tritt der Gletscher aus einer Talenge in eine Erweiterung, oder kann sich das Glet- scherende auf flachem Boden ausbreiten, so fliet die Eismasse nach den Seiten auseinan- der, es entstehen Lngsspalten, die an- nhrend in der Strmungsrichtung des Eises verlaufen. Am Gletscherende zeigen diese Lngsspalten fcherartige Anordnung; sie werden gegen den Rand des Eises immer weiter, da jede Ursache, sie wieder zu schlies- sen, fehlt. Dagegen werden Spalten aller Art, die in hher gelegenen Gletscherpartien gebildet werden, im Laufe der Bewegung des Eises wieder geschlossen. Auch im Firn treten Zugkrfte auf, welchen das Eis nur bis zu einem gewissen Grade Widerstand leisten kann. Doch sind hier die Rand- spalten, wegen der geringeren Bewegung, weniger hufig als auf der Gletscherzunge. Nur der Bergschrund (Randkluft), jene groe Kluft, die in den obersten Firnhngen beim Uebergang vom steilsten zum weniger steilen Eis ziemlich senkrecht zur Fallrichtung verluft, tritt mit groer Regelmigkeit auf. Er entspricht einer Querspalte und markiert die Stelle, von der an die eigent- liche Bewegung des Gletschers beginnt. Die ber der Randkluft gelegenen, steilen Eis- partien sind meist nur dnn und an den Untergrund angefroren, whrend der flieende Gletscher berall lose seine Unterlage be- rhrt. Im Sammelbecken der Gletscher ent- stehen Firnklfte von groer Weite schon bei Neigungsnderungen, welche die Gletscherzunge ohne wesentliche Strung ihres oberflchlichen Zusammenhanges pas- sieren kann. Spalten von 1 bis 2 m Breite finden sich im Firn an fast ebenen Stellen und solche von 10 und mehr Meter Weite gehren nicht zu den Seltenheiten. Auch hier kommen steile Abstrze vor und es hngt von der Hhe der Wand ab, ob in gewissen Zeiten abwechselnd mchtige Lawinen ab- strzen, oder ob ein fast rein weier Eisfall, in welchem die blauen Farben an den Wan- dungen der zertrmmerten Masse (die noch sehr lufthaltig ist) fast ganz fehlen, den oberen Rand der Abbruchsteile mit dem unteren flacheren Gebiete verbindet. Die Spalten in den oberen Teilen des Firnes sind nur im Sptjahr, wenn der Gletscher weit ausgeapert ist, bequem sichtbar; dann findet man auch leicht die Stellen, Schnee- brcken, an denen die Klfte berquert wer- den knnen. Frher, im Hochsommer, sind die Firnspalten meist noch verschneit; nur fr sehr gebte Augen ist, wenn nicht frischer Schnee gefallen ist, ihre Lage auf einige Meter Entfernung erkennbar. Sie bilden dann ein sehr tckisches und gefhrliches Hindernis fr die Gletscherwanderer, die in diesem Gebiete durch Seilverbindung sich gegenseitig sichern mssen. Die Zerklftung, wie sie hier geschildert wurde, trifft in erster Linie fr die Gletscher des alpinen Typus zu. Aber auch im grn- lndischen Inlandeis, sowohl in der Nhe der randlichen Nunataker, als im Inneren, gibt es Spalten und ebenso wissen wir, da die ' von mchtigen Hochgebirgen herabziehenden Eismassen des antarktischen Kontinentes stark zerklftet sind. Auch hier zeigt sich also der Einflu der Bodenformen auf die Gestaltung der Gletscheroberflche. Die Mchtigkeit der Inlandeisdecken kann dem- nach nicht auergewhnlich gro sein. ii. Struktur. Die Firnschichtung ist auf ausgedehnten Flchen zerklfteten Firnes gut zu sehen. Whrend der Bewegung des Eises erfahren die anfnglich fast horizontalen Schichten starke Deformation; sie werden in lffeifrmige, ineinander liegende Schalen ausgewalzt, deren Rnder sich gegen die Rnder der Gletscherzunge und gegen das Gletscherende steiler aufrichten, whrend die axialen Teile flach bleiben. Diese durch Umformung aus der Schichtung hervorge- gangene Struktur ist auf der Gletscherzunge als Bnder ung vorhanden und durch das Ausgehende abwechselnd luftfreien blauen und luftreichen weien Eises gekennzeichnet, das als eine Schar nach unten konvexer Linien ber die Eisoberflche luft (Ogiven). Der Zusammenhang zwischen Schichtung und Bnderung ist durch Beobachtung (TL F. Reid) des allmhlichen Ueberganges erkannt. Bei zusammengesetzten Gletschern hat jeder Zuflu fr sich sein System von Ogiven ; an der Vereinigungsstelle zweier Zuflsse stellen sich die Bnder beider Teile nahezu vertikal. Auer dem der Bnderung gibt es noch blaues und weies Eis an vielen Stellen der Gletschermasse. So entstehen Ein- lagerungen von blauem Eis, wenn Wasser in Spalten eindringt, die sich whrend der Bewegung teilweise schlieen und keinen Abflu gewhren. Die Kristallachsen des klaren blauen Eises, das aus dem allmhlich gefrierenden Wasser entsteht, sind senkrecht zu den Spaltenwnden. Fllt jedoch Schnee in solche sich schlieende Spalten, so wird er in lufthaltiges, weies Eis umgeformt. 48 Eis Auch aus Querspalten knnen bei Schrg- stellung ihrer Wnde, lngs deren feine Schmutzpartikeln verschoben werden, ogiven- hnliche quer ber die ganze Gletscherober- flche (und Obermornen) laufende Kurven entstehen. Oder es knnen in Eisbrchen ausgedehnte parallele Eiswnde in sich zu- sammenstrzen, whrend die benachbarten stehen bleiben. Die Abschmelzung wird beide Partien stark verndern, aber die Unterschiede im lufthaltigen aus dem zertrmmerten Material neu gebildeten Eise und dem benach- barten anderen bleiben unterhalb des Eis- bruches noch auf weite Strecken erhalten (Schmutzbnder). Gletscherkorn. Ein Stck Gletschereis ist aus Krnern zusammengesetzt, deren jedes ein Kristall von ganz unregelmigen Be- grenzungen ist, so da die Gletscherkrner gelenkartig ineinandergreifen. Die Grenz- flchen der Krner sind fr gewhnlich nicht sichtbar. Sie werden es, wenn Schmelzwasser durch die feinen Haarspalten zwischen den Krnern in die Eismasse eindringen kann; dann schmilzt das an den Korngrenzen vor- handene Eis etwas leichter, als das der Korn- masse selbst. Die Kristallachsen der Glet- scherkrner liegen wirr durcheinander; es soll brigens doch bei den Gletscherkrnern vom Ende des Gletschers, die auf ihrem langen Wege viele Urnkristallisationen und Umlagerungen erfahren haben, eine Parallel- stellung in der Achsenrichtung benachbarter Krner auftreten. Im Firn sind die Gletscherkrner klein, etwa von Erbsengre und durch Zusammen- schmelzen mehrerer Schneekristalle entstan- den. Am Gletscherende haben die Krner klaren, fast luftfreien Eises die Gre von Taubeneiern, ja von Fusten. In der Zeit, welche der Firn braucht um den Weg bis ans Gletscherende zurckzulegen, ist also die Zahl der Gletscherkrner immer kleiner, das durchschnittliche Volumen eines Kornes aber immer grer geworden. Bei diesem Proze des Kornwachstums werden die kleinen Kr- ner von der greren aufgezehrt. Die Ursache des Kornwachstums, das sich an allen Stellen innerhalb der Gletschermasse vollzieht, ist in | den durch die Bewegung der letzteren ver- anlaten Druckschwankungen zu suchen, durch welche teilweises Schmelzen und dar- auffolgendes Wiedergefrieren benachbarter Krner zustande kommt. Bei diesem Um- kristallisieren wirkt die Anziehungskraft der greren Krner richtend auf die fest wer- len Eispartikelchen. Fr das langsam ^findende Kornwachstum gengen ganz Druckschwankungen im Eise, das temperatur ist. Ein Beispiel isammensetzung des Gletschereises lock vom Ende des Glacier des ntblancgruppe). Er bestand aus 40 Krnern mit einem durchschnittlichen Gewicht von 30 g; die 16 grten wogen im Mittel je 65 g, die 10 kleinsten je 2,5 g. Bei den Umkristallisationen wird auch die Luft immer mehr ausgetrieben; mehrere kleinere Luftblasen vereinigen sich zu einer greren; deshalb mu die Reinheit und Klarheit des Eises gegen das Gletscherende hin bestndig zunehmen. 12. Theorie der Gletscherbewegung. Die ber Bewegung, Spalten und Struktur des Gletschereises beobachteten Tatsachen sind mit einer Theorie vereinbar, welche die Bewegung des Eises mit der einer sehr zhen Flssigkeit vergleicht, die an ihrem Bette durch Reibungswiderstnde gehemmt wird. Die Umfangsgeschwindigkeit ist in den verschiedenen Tiefen eines Querschnittes verschieden gro und ndert sich von Quer- schnitt zu Querschnitt. Daher darf die Be- wegung nur als ein Flieen oder Strmen, nicht aber als Gleiten auf fester Unterlage aufgefat werden. Ursache der Bewegung ist die Schwerkraft. Die beim Abwrts- bewegen erzeugte Energie wird z. T. inner- halb der Eismasse in Wrme verwandelt und hlt die Temperatur derselben auf dem Schmelzpunkt. Die im Eis von Schmelz- temperatur, das unter Druck steht, not- wendig vorhandene Wassermenge ist wesent- liche Ursache der Plastizitt des Eises, welche diesen Krper zum Flieen befhigt. Weil der Druck mit der Tiefe zunimmt, wchst auch diese Wassermenge und deshalb mu die Verschiebbarkeit der Eisteilchen (Glet- scherkrner oder Plttchen, aus denen ein Korn besteht) mit der Tiefe wachsen. Es ist wahrscheinluich, da die Differenz zwischen Oberflchen- und Grundgeschwindigkeit in einer Vertikalen dem Quadrate der Eistiefe proportional ist. Die geometrischen Beziehungen, welche fr eine strmende Eismasse bestehen, sind in S. Finster walders Strmungstheorie des Gletschers klar entwickelt. Diese Theorie hat mit der Erklrung der Bildung von Innenmornen (s. u.) einen besonderen Er- folg aufzuweisen. Sie gibt vollstndige Aufklrung ber die Ursache der Geschwindigkeitsabnahme gegen das Gletscherende. Es gengt vollstndig die oberflchliche Ablation und die dadurch erzeugte Verminderung der strmenden Eis- massen in Betracht zu ziehen, um bei den auftretenden Gletscherformen die Erschei- nung vorauszusehen." Ebenso sind das Stranden der Bewegungslinien am Gletscher- rande sowie die gegen diesen zunehmende Krmmung der Oberflche auf Grund dieser Theorie leicht zu verstehen. Ihr wesent- licher Inhalt besteht in Folgendem. Die Firnlinie teilt den Gletscher in zwei Gebiete, das Nhrgebiet und das Abschmelzgebiet. Ein Eis 49 Eisteilchen, das im Firn anfllt, tritt in die Gletschermasse ein und beschreibt in ihr whrend der Bewegung des Gletschers eine Stromlinie, die im Abschmelzgebiet wieder auf die Gletscheroberflche kommt, aus dem Gletscher austritt. Benachbarte Eisteilchen beschreiben benachbarte Stromlinien. Je hher im Firngebiet eine Stromlinie in den Gletscher eintritt, um so nher am Zungen- ende verlt sie die Gletschermasse. Es kann auf diese Weise das ganze Firngebiet auf die Zungenoberflche geometrisch abgebildet werden. Die Punkte der Firnlinie entsprechen dabei sich selbst. Wird der Gletscher als stationr voraus- gesetzt, ndert sich also seine Oberflchen- form an keiner Stelle, so mu in einer aus lauter Stromlinien gebildeten Rhre durch jeden Querschnitt in der nmlichen Zeit die gleiche Menge Eis befrdert werden (Kon- tinuittsbedingung). In sehr viele solcher Rhren kann man sich den Gletscher zer- legt denken; es kann keine Stromlinie aus einer dieser Rhren in eine benachbarte ber- treten. Damit wird nicht nur jeder Punkt der Firnoberflche je einem Punkt der Zungen- oberflche eindeutig zugeordnet, sondern einer durch ein Netz von Lngs- und Querlinien vorgenommenen Teilung des Firns entspricht eindeutig eine hnliche Teilung der Zunge. Hat eine Masche des Netzes im Firn die Flche F, die ihr zugeordnete auf der Zunge die Flche f, und fllt in der Zeiteinheit, senkrecht zur Gletscheroberflche gemessen, pro Flchen- einheit die Substanzmenge A an, whrend die ebenso gemessene Ablation auf der Zunge a betrgt, so sagt die Kontinuittsbedingung zunchst F.A-f.a, Treten in F die Stromlinien mit der Ge- schwindigkeit V unter dem Winkel

l, d. h. der Gletscher kann nicht mehr stationr sein (Rckgang). Wird die Akkumulation A im Firn grer als V, so mu der Gletscher wachsen. Fr einige Gletscher der Alpen (Hintereis, Forno, Rhone), fr welche die Ablation und die Geschwindig- keit im Firn und auf der Zunge an mglichst vielen Punkten gemessen wurde, konnten die Winkel $ und cp ermittelt werden. Es fand sich sinngeme Uebereinstimmung mit den Bschungsverhltnissen in Firn- und Abschmelzgebiet. Fr das Innere des Gletschers sagt die Kontinuittsbedingung, da fr benachbarte auf den Stromlinien senkrechte Querschnitte Fi und F 2 mit den Geschwindigkeiten v t und v 2 F^v^F^. Mit Beachtung dieser Beziehung kann aus den beobachteten Werten der Oberflchen- geschwindigkeit und der Ablation die Er- mittelung der Eistiefe an einer Stelle des Gletschers vollzogen werden, die innerhalb des Beobachtungsgebietes liegt. Die fr den Hintereisgletscher durchgefhrte Rekon- struktion ergab Tiefen, welche mit den durch sptere Bohrungen gefundenen auf ca. 4% bereinstimmen (vgl. oben Abschnitt 9). Auf das Firngebiet wurden die theoretischen Betrachtungen bisher nur insoweit angewandt, als es sich um die whrend der Eisbewegung eintretende Deformation der Schichtflchen handelt. Ein sehr wichtiges Ergebnis der Strmungstheorie wurde durch deren Ur- heber mit der Erklrung der Mornen- bildung erzielt (vgl. unten 13: Anordnung des Schuttes). Beim Zusammenflu zweier 1 Gletscher kommen Randgebiete der beiden in Berhrung; es kann aber kein Ineinander- flieen stattfinden; vielmehr wird eine schuttfhrende Trennungsflche zwischen beiden Gletscherteilen bestehen, die ent- weder schon vom Beginn des Zusammen- flusses an, oder erst unterhalb auf der Glet- scheroberflche durch einen Schuttstreifen gekennzeichnet wird. 13. Eis und Fels. Wasser, das bei nor- malem Druck in Gestein eindringt und dort wegen Temperaturerniedrigung gefriert, mu eine Sprengwirkung auf das Gestein ausben, weil es sich beim Festwerden ausdehnt. Es entstehen Risse im Fels und schlielich werden einzelne Bruchstcke von demselben losgesprengt. Auf diese Weise entstellt auch der feine Verwitterungsstaub, der sich berall in den Hochgebirgsregionen findet und z. B. auf den Firnfeldern ablagert. Solche Frost- verwitterung findet aber auch an der Sohle des Gletschers statt. Querschnittsnde- rungen, Gefllsnderungen der Eismasse be- dingen Druckschwankungen innerhalb der- selben, die besonders stark bei Bewegungs- hindernissen auftreten. Hier wird das Eis teilweise schmelzen und soweit es fest bleibt, seine Temperatur erniedrigen. Das unter hohem Druck gebildete Schmelzwasser dringt ' in das Gestein unterkltet ein und gefriert, sobald es unter geringerem Druck steht. Der Betrag, welcher durch solche Frostver- j Witterung vom festen Fels im Laufe eines Jahres abgelst wird, schwankt mit der Dichte und Hrte des Gesteins. Klftbarkeit ' des letzteren und der Verlauf der Klftungs.- Handwrterbucn der Naturwissenschaften. Band III. 4 50 Eis flchen gegenber der Bewegungsrichtimg des Eises werden ebenfalls von Einflu sein. Was an der Firnumrahmung eines Gletschers abwittert und seine Unterlage verliert, strzt auf die Firnoberflche; frisch fallender Schnee berdeckt die Felstrmmer, welche mit diesem langsam zum Boden der Firn- mulde hinabsinken, wo sie in das Eis einge- backen, mit der diesem eigenen Geschwin- digkeit weiter zu Tal wandern. Sie bleiben stets auf der Unterflche des Gletschers und bilden den ursprnglichen Bestandteil der Untermorne (Grundmorne). Sie kommen mit der Felsunterlage in unmittelbare Be- rhrung und bearbeiten diese in hnlicher Weise, wie die auf Leinwand gekitteten Schmirgelkrner Metalle schleifen und po- lieren. Das Gletscherbett zeigt berall die Spuren dieser Bearbeitung des Felses, dessen Oberflche geschrammt und poliert, gerundet und geschliffen erscheint (Rundhcker, Gletscherschliffe). Je nach der Hrte des Gesteins werden die schrammenden und kratzenden Geschiebe, die natrlich selbst kantengerundet und gekritzt werden, ihre Spuren verschieden tief eingraben, welche als nahezu parallele Streifen annhernd in der Bewegungsrichtung des Eises verlaufen. Der Schleifproze wird durch die Klftbar- keit und die Elastizitt des feuchten Gesteins begnstigt und verstrkt, so da als Produkte der Glazial-Erosion schlielich nicht nur feiner Schlamm und Schleifsand auf der Gletschersohle abtransportiert werden, son- dern auch die durch Frostverwitterung und einseitige Druckspannungen gelockerten grs- seren Gesteinsfragmente dem Trmmerwerk der Untermorne einverleibt werden. Sand und Schlamm werden durch die Schmelzwasser der Gletschersohle dem Gletscherbach zuge- fhrt, von diesem talauswrts verfrachtet und in um so greren Entfernungen vom Ursprungsort abgelagert, je kleiner ihr Korn ist. Ganz feiner Schlamm bleibt auch noch in den Gletscherabflssen suspendiert, wenn sie lngst das Gebirgsvorland erreicht haben. Die von Gletscherbchen mitgefhrten festen Bestandteile schwanken zwischen einigen Gramm und 13 kg pro Kubikmeter Wasser, sowrit bisher Messungen vorliegen. Die daraus berechneten Gren des Abtrages der sich fr ein Gletschergebiet ergibt, schwan- ken entsprechend zwischen einigen Tausend- stel Millimeter und 19 mm pro Jahr. Diese Zahlen mssen, um den wirklichen Abtrag fr ein Gletschergebiet zu geben, noch um die Gesteinsmassen vergrert werden, welche vom Gletscher abgelst, aber nicht vom Gletscherbach, sondern unter, im und auf dem Gletscher transportiert werden. Die groen Zahlen fr den Abtrag sind fr groe Gletscher (Alaska), die kleinen fr kleine erhalten. Man kann also wohl sagen da die glaziale Ero- sion mit der Gre der Gletscher und mit deren Geschwindigkeit wchst. Man ist von vornherein zu der Annahme geneigt, da an Stellen strkster Geschwindigkeit auch die Erosion am bedeutendsten ist (wenn das Gestein auf der ganzen Unterlage gleich- artig ist). Solche Gebiete sind die Region der grten Dicke des Eisstromes, die Stellen, welche kurz oberhalb der Eisbrche liegen und die Strecken starker Neigung bei diesen Brchen. Der Gletscher arbeitet also in der Region grter Geschwindigkeit an einer bestndigen Tieferlegung seines Bettes und bei Talstufen an einer Verringerung der Neigung derselben. Der ausgehobelte Schutt wird nahe dem Ende abgelagert, wo auch wegen Ab- nahme von Druck und Bewegung die Ero- sionswirkung klein ist. Bei einem Alpen- gletscher ist also das Ergebnis der erodierenden Ttigkeit eine zunehmende Verflachung des Bettes, in welchem die Zunge talaus gepret wird und eine Zunahme der Neigung an den Wandungen des Firngebietes. Der Querschnitt des Gletscherbettes er- hlt die Form eines breiten w im Gegensatz zu dem v frmigen Querschnitt eines durch Wassererosion entstandenen Tales. Auch bei kleinen, ber der Schneegrenze liegenden Firnmassen findet Erosion und Verwitterung der Bergwandung statt, welche i wegen des Abtransportes der Erosionspro- dukte immer mehr zurckweicht. Rck- schreitende Erosion und Karbildung. Von besonderer Wichtigkeit ist die Beachtung der erodierenden Wirkung des bewegten Eises bei Beurteilung des Anteiles, welcher den Gletschern der Eiszeit an der Modellierung der Erdoberflche zukommt. Die Alpen- tler z. B. sind von der oberen Schliffgrenze bis hinab zu ihren heutigen Sohlen, d. h. stellenweise 1600 m tief, unter Mitwirkung des Eises ausgestaltet; ebenso werden die Seen des Alpenvorlandes als Produkte gla- zialer Erosion angesehen. Die kleineren Tler zeigen an ihrem Ueber- gang in die groen Tler hher gelegene Sohlen, als diese. Die Haupttler sind gegen die Seitentler (Hngetler) bei tieft; in ihnen hat der mchtigere Gletscher strker erodiert, trotzdem sie krzere Zeit vom Eis erfllt waren, als diese, weil sich neben der greren Eismasse die Wirkungen des druckhaften plastischen Gesteins hier am strksten geltend machten. Wo besonders hartes und widerstands- fhiges Gestein das Gletscherbett bildet, mu dieses enger sein; es bleiben Felsriegel und Bodenschwellen stehen, wie sie in ehe- mals vergletscherten Tlern hufig gefunden werden : Selektive Erosion (z. B. Talenge Rhoneknie bei St. Maurice). Anordnung des Schuttes, a) Be- wegte Mornen. Was an der Firnumrah- Eis 51 mung eines Gletschers abwittert und auf diesen fllt, kommt allmhlich auf die Gletschersohle und bleibt Untermorne. Was am Rande der Gletscherzunge abwittert und auf die Zungenoberflche fllt, wird hier forttrans- portiert und ordnet sich zu einem Walle, Seiten morne, der so lange parallel dem Rande luft, bis er an Stellen geringerer Neigung des Gehnges sich mit der Grund- (oder Unter-)morne vermengt oder bis der Gletscherbach ihn zerstrt und wegschwemmt. Treten im Inneren der Firnflche Fels- inseln auf, welche vom Eis umflossen werden, so wird am Grunde beider Gletscherarme eine Bearbeitung der Insel stattfinden. Von der Vereinigungsstelle der Arme an bis zum Ende des Gletschers zieht dann im Inneren der Eismasse eine schuttfhrende Wand, In nenmoine,derenSchuttmasse von beiden Seitenflchen der Insel stammt, also ge- kritztes Grundmaterial ist. Liegt die Ver- einigungsstelle noch im Firn, so wird auch hier noch Schnee anfallen, der erst unterhalb der Firngrenze abschmilzt; also kann der Inhalt der Schuttwand erst unterhalb der Firngrenze auf die Oberflche der Gletscher- zunge gelangen. Von der obersten Aus- ! schmelzstelle an zeigt sich auf der Zunge eine Obermorne (Mittelmorne, Lngsmorne) die gegen das Ende des Gletschers immer breiter wird, da stets neues Material der Innenmorne das der Obermorne vermehrt. Liegt die Vereinigungsstelle der die Insrl umflieenden Gletscherarme, also auch z. T. die Insel selbst unterhalb der Firngrenze, so wird von hier aus eine aus der Innenmorne gebildete nach unten breiter werdende Ober- morne bis ans Gletscherende ziehen. Zu dem aus Grundmornenmaterial be- stehenden Schutt dieser Innenmorne kann auch noch Abwitterungsmaterial kommen, das von den die Gletscherobei flche ber- ragenden Felsen der Insel stammt. Im ersten der beiden Flle wird es sich mit dem Grundmaterial vereinen, also selbst Grund- material und auch gekritzt werden, da es ja von der Firnumrahmung stammt. Im zweiten Fall, wenn die Insel ins Abschmelz- gebiet eingreift, bildet das von einem Teil ihrer Felsen abwitternde Material nur einen nicht gekritzten Bestandteil der Obermorne, der aber, gleichbleibende Schuttproduktion vorausgesetzt, lngs des ganzen Walles der Obermorne gleich bleibt, whrend das Grundmaterial sich abwrts immer strker vermehrt. Felshindernisse im Firn, welche die Gletscheroberflche nicht berragen, liefern Innenmornen, die um so nher dem Glet- scherende auszuschmelzen beginnen, je hher oben die Hindernisse hegen. Sie bestehen, wie die im ersten der vorigen Flle, nur aus Grundmaterial. In den Wnden von Spalten, welche quer durch Obermornen laufen, sieht man nahezu vertikal verlaufende Streifen, lngs deren Schutt aus dem Eise tritt ; sie sind die Spuren der Innenmorne in den Spaltenwnden. Auf der Oberflche der Gletscherzunge zeigt sich die Spur der Schuttwand der Innen- morne als ein feuchtei Streifen, lngs dessen verschieden groe, hufig hochkant gestellte Schuttstcke ausschmelzen (Naht). Das Vorhandensein der Innenmornen ist ein direkter Beweis fr eine auf der ganzen Gletschersohle stattfindende Erosion. Bei Felsinseln, welche ganz im Bereiche der Gletscherzunge liegen, tritt Grundschutt auf die Eisoberflche, der sich mit Rand- schutt mischen kann. Von der Insel an abwrts zeigt sich ein Schuttstreifen von gleich bleibendem Inhalt. In diesem Falle ist aber die Obermorne nicht mit einer Innenmorne ver- bunden. Sind die Bewegungslinien, die Verteilung der Geschwindigkeit ber die Gletscher- oberflche sowie auf dem Grunde bekannt, so ist man imstande aus der lngs einer Innenmorne pro Jahr ausschmelzenden Schuttmenge auf die Gre des jhrlichen Abtrages zu schlieen. Solche Messungen wurden am Hintereisgletscher angestellt und ergaben einen Abtrag von mindestens 0,027mm pro Jahr. Grundmornenmaterial wird auch noch vom Eise in Grundspalten aufgenommen, die quer durch den Gletscher laufen. Kommen diese Eispartien in die Nhe des Randes, so kann der Schutt auf den Verschiebungs- flchen, die sich zwischen bodennahen, wh- rend des Winters festangefrorenen Eis- schichten und den nachdrngenden Eismassen bilden und lngs der alten Spaltenwnde ver- laufen, wegen der Abschmelzung allmhlich an die Oberflche gelangen, wo er dann als Quermorne auftritt. Auch solcher Schutt, der durch seitliche Wasserlufe im oberen Zungen- und Firngebiet auf den Grund von Spalten kam, die sich spter wieder schlssen, kann in der Nhe des Gletscherendes eine Quermorne bilden. Die Anordnung der bewegten Mo- S = M: I: Q= G = Fig. 1. = Seiten-Morne \ m Mittel- ) Obermoranen ^W ,',' ) ^mornen = Grund- ,, J Untermorne. 52 Eis rnen lt sich demnach in einem dem Gletscherende nahen (Ideal)- Querschnitt ver- anschaulichen, wie ihn die Figur 1 gibt. b) Abgelagerte Mornen. Aller Schutt, der auf, in oder unter dem Eise be- frdert wird, gelangt mit dem Verschwinden des Transportmittels zur Ablagerung. So lange ein Gletscher stationr ist, kann dieAblagerung, die nur an seinem Rande eintritt, blo zur Bildung wallfrmiger Schutthgel fhren, welche den Gletscher- rand umdmmen. Es entstehen Ufer- und Endmornen, indem an den Lngsufern und an der Gletscherstirn bestndig Grund- morne unter dem Eise hervorquillt, die sich an einzelnen Stellen mit dem von den Obermornen herstammenden Material mischt, wenn dieses von der steil abfallenden Gletscheroberflche abrutscht. Schwindet der Gletscher, so hrt die Bildung von Schuttwllen auf. Das abge- lagerte Material bildet dann eine ziemlich gleichfrmige Decke ber das eisfrei gewordene Gebiet, in welchem auch die Be- standteile der Innen- und Obermornen in Streifen angeordnet als Lngsmornen zur Ruhe kommen. Rckt der Gletscher vor, so bewegt sich das Eis zunchst ber die vorgelagerte Mornendecke, die nun als Ganzes zur Grund- morne wird und unter hinreichend starker Eisdecke weiter talwrts wandert. Ein schwacher Schuttwall umgibt den Rand des vorschreitenden Eises; es ist die erste Anlage einer neuen Endmorne, welche beim fol- genden Stillstand des Eises weiter ausge- bildet werden kann. Auch wenn der Rckgang eines Gletschers durch lnger dauernden Stillstand unter- brochen wird, kann ein Endmornenwall auf- geschttet werden. Deshalb sieht man hufig auf der dem zurckgegangenen Gletscher vorgelagerten Mornendecke solche Wlle; ihre Zahl entspricht dem Minimum von Stillstandslagen, welche whrend der Rck- zugsperiode eintraten. Bei groen Gletschern, welche an ihrem Ende auf breitem, flachen Boden auseinander- flieen, zeigen die Lngsmornen radiale Anordnung innerhalb der Mornendecke, welche sie mehr oder minder hoch berragen. Diese Lngsrcken entsprechen den Drums oder Dr umlins, welche in der Endmornen- landschaft eiszeitlicher Gletscher gefunden werden. Gletscher, die ins Meer endigen, schieben natrlich auch ihre Schuttlast der Ober- mornen, ebenso wie die Untermorne dahin. An der Stelle, wo das Eis wegen des Auf- triebes vom Boden abgehoben ist, entsteht auf diesem ein Schuttwall. Da die Erosionsfhigkeit eines Gletschers gegen das Ende zu immer kleiner wird, vor dem Gletscher aber, wegen der hufigen Schwankungen, eine Aufscht- tung stattfindet, so kann das Zungen- ende eines auf flachem Boden auslaufenden Gletschers in einer muldenfrmigen Ver- tiefung liegen. Diese Senke, das Zungen- becken ist an den Gletschern der Gegen- wart nicht, oder nur schwer nachzuweisen, innerhalb der Endmornenlandschaft der eiszeitlichen Gletscher bildet es eine charak- teristische Eigentmlichkeit. c) Alluvionen des Gletscherbaches. i Die durch die Eisbewegung verursachten Schuttablagerungen erfahren durch das schlammreiche Wasser des Gletscherbaches Strungen. An einer oder mehreren Stellen durchbricht der Bach die Endmorne, deren Geschiebe er teilweise fortrollt und auerhalb j des Mornenkranzes, mit Schlamm und Sand gemengt, ablagert. Es kommt so zur Aus- bildung groer Schotterflchen (Sandr): das vor dem Eise liegende Gebiet wchst ber j die Sohle des Eises empor; es entsteht vor i der Endmorne ein Schwemmkegel, Ueber- gangskegel, der stellenweise mit der End- morne eng verbunden, verzahnt ist. Vor den groen Gletschern in Island und Alaska wurden Sandr und Uebergangskegel be- obachtet. In den Alpen sind 5 bis 10 km vom Ende des Gletschers in den Ablagerungen der Bche die Spuren des Gletschertrans- portes vollstndig verwischt. Schutt, welcher durch Lngsspalten am Gletscherende auf den Grund fallen kann, wird dort mit Sand und Schlamm gemengt, stellenweise auch geschichtet, wenn der Gletscherbach ihn transportiert. Bei den eiszeitlichen Gletschern haben solche Bil- dungen teilweise groe Ausdehnung erhalten (sen, Eskers, Kames). 14. Ernhrung der Gletscher. Die Gletscher verdanken ihr Bestehen in erster Linie der Niederschlagsmenge, welche in den Sammelgebieten in fester Form anfllt. Diese schwankt mit den klimatischen Verhlt- nissen der Gletschergebiete und ist in ksten- nahen Strichen der Hochgebirge grer, als in kstenfernen. Messungen ber die jhr- liche Schneemenge in den Hochregionen sind bisher nur an einzelnen Stellen in den Alpen eingeleitet. Nach unserer bisherigen Er- fahrung darf fr die Firngebiete der zentralen Ostalpen etwa 1 m Niederschlagshhe pro Jahr (als Wasser gemessen) angenommen worden. Fr die Randzone und die West- alpen ist die Niederschlagsmenge wohl etwas grer anzusetzen. Im Kaukasus soll sie bis zu 4 m, in Alaska bis 7 m betragen (nach Schtzungen). Auf Grnland und den brigen arktischen Eisfeldern, sowie in der Antarktis wurden bisher immer mir kleine jhrliche Schneemengen beobachtet; doch fehlen gerade hier eigentliche Messungen in Eis 53 den Hochregionen der Eisdecken. Von der im Firn anfallenden Niederschlagsmenge geht jedoch whrend der Zeit hohen Sonnen- standes und klaren Wetters ein betrchtlicher Teil durch Verdunstung in die Luft zurck; der Rest sinkt abwrts und dient zur Er- nhrung der Gletscher. Auch Schnee, der auf die Gletscherzunge fllt, sowie Lawinen, die auf ihr abgelagert werden, vermehren die Gletschermasse: beide tragen also zur Erhaltung der Eisstrme bei. "Aufzehrung der Gletscher. In den Hochgebirgen erfolgt die Auflsung der Gletscher durch Wrme die dem Eise ent- weder durch direkte Bestrahlung, oder durch bewegte Luft, durch Regen und Tau, durch die Schmelzwasser und endlich durch das Gestein, auf dem der Gletscher liegt, zuge- fhrt werden kann. Strahlung, Luftwrme, Niederschlge und Schmelzwasser, die ber die Gletscheroberflche herabrinnen, wirken hauptschlich auf die Oberflche ein und ergeben als Summe ihres Einflusses die Abschmelzung von oben, die Ablatio n. Schmelzwasser, die von oben durch Spalten in das Innere der Eismasse gelangen, Wasser, das von den seitlichen Talabhngen herab unter den Gletscher fliet, Luftstrme, welche in Hhlungen mit den Wassermassen fort- gerissen werden, helfen mit das Eis zu zer- stren. Gegen die durch Ablation und Wasserlufe bewirkte Schmelzung des Gletschers ist die von der Erdwrme auf der Gletschersohle verursachte klein. Fr Kstengletscher, welche ins Meer endigen, tritt zu den angefhrten Mitteln, welche die Aufzehrung bewirken, als ein weiteres die Bildung von Eisbergen hinzu. Ablation. Fr die Ablation ist, ebenso wie fr die Verdunstung im Firn der Haupt- faktor die Strahlung, deren Intensitt fr die alpinenGletschergebiete zu etwa 2,1 cal/cm 2 in der Minute bei schwarzer Auffangflche, die zur Richtung der Wrmestrahlen senkrecht ist, angenommen werden kann. Die Strahlungswir- kung auf das Eis hngt von der Expo- sition der Eisoberflche gegen die Sonnen- strahlung und von der Reinheit des Eises ab. Wo eine dnne, dunkle Sanddecke auf dem Eis liegt, schmilzt diese bis zu einer gewissen Tiefe in das umgebende reine Eis ein. Grober Schutt, oder dicke Sandschichten, die sich nur in den obersten der Sonne zugekehrten Teilen stark erwrmen, schtzen das darunter hegende Eis gegen Abschmelzung; es bilden sich unter dicken Sandlagen Eiskegel aus, die ihre Umgebung um so mehr berragen, je mchtiger die schtzende Decke ist. Auf den Himalayagletschern und am Rande des Inlandeises in N E Grnland wurden solche Kegel von 15 20 m Hhe beobachtet. Auf Alpengletschern, hufig bei Quermornen zu sehen, erreichen sie bis 5 m Hhe. Unter groen Steinen bleiben Eispfeiler erhalten, so da die Steine, wie Tischplatten auf einem Eisfu ruhen (Gletschertische), von dem sie im Laufe der Zeit in der Mittagsrichtung abrutschen. Die schtzende Wirkung, welche grober Schutt auf das Eis ausbt, ist auch die Ursache davon, da die Obermornen auf Eiswllen liegen, die vielfach recht betrcht- liche Hhen (10 bis 20 m ber die umgebende Oberflche) erreichen. Der Anteil der ein- zelnen Faktoren, von denen der Ablations- betrag abhngt, kann bis jetzt nicht getrennt angegeben werden. Die gesamte Gre des oberflchlichen Abtrages ist mehrfach ge- messen worden, indem man Stbe in Bohr- lcher versenkte und deren Ausschmelzen beobachtete. Fr Alpengletscher fand sich die Ablation bis zu 18 m/Jahr; in Grnland wurden 2 bis 2,3 m/Jahr gemessen, in Lapp- land bis zu 3,3 m/Jahr. Der Ablationsbetrag wchst von der Firnlinie bis zum Gletscher- ende rasch an, er ist auch in den seitlichen Randgebieten grer, als in der axialen Zone. Die Abschmelzung an der Obeiflche erfolgt hauptschlich tagsber und nur whrend der warmen Jahreszeit. Nachts und im Winter ist die oberste Kruste des Glet- schers meist gefroren. Die Schmelzwasser bilden zunchst kleine Bche, welche ber die Gletscheroberflche rinnen. An Spalten werden sie in diese strzen und entweder bis auf den Grund gelangen, oder die Ausbil- dung von Kanlen im Eis veranlassen, welche in der Talrichtung und allmhlich auch gegen den Grund verlaufen. Hier vereinigen sich die einzelnen Wasserlufe zum Gletscher- bach, der am Ende des Gletschers aus dem Gletschertor hervorbricht. Wenn die Spalten, in welche Oberflchenbche strzen, im Laufe der Bewegung geschlossen werden, so bleiben doch hufig die von dem Sturzbach erzeugten vertikalen Kanle noch lange erhalten: Gletschermhlen; sie wandern mit dem Eise talwrts. Gehen diese Kanle bis zum Grund, so werden durch das ab- strzende Wasser Steine der Grundmorne in rasche Rotation versetzt; sie knnen bei hinreichender Hrte das feuchte, druck- hafte Gestein des Gletscherbettes stark bearbeiten und kreisfrmige Vertiefungen in diesem erzeugen, wenn die Fortschreitungs- geschwindigkeit des Eises nicht sehr gro ist. Auf diese Weise kann man sich die Riesen- tpfe und Strudellcher in den Randzonen der eiszeitlichen Gletschergebiete entstanden denken, auf deren Grund hufig die Rollsteine gefunden werden. Am Muirgletscher in Alaska wurden auch Kanle beobachtet, die innerhalb des Eises parallel zum Grund bis ans Gletscher- ende verlaufen. Die Abschmelzung durch die Erd- wrme betrgt ein Neuntel bis ein Siebentel 54 Eis der an der Oberflche des Gletschers statt- whrend morgens Niedrigwasser ist. Die findenden. Sie kann aus der winterlichen Stunden des Eintritts der Extreme sind fr Wassermenge der Gletscherbche ungefhr bestimmt werden. Abschmelzung durch warme Quellen kann nur in seltenen Fllen sicher nachgewiesen werden. Oberflchenbche, Schuttbedeckung, Run- dung der Spaltenwnde durch die Ab- schmelzung, Wechsel zwischen Bndern blauen und weien Eises geben der Gletscher- oberflche im Sommer auch an Stellen geringer Neigung eine sehr unebene Beschaffenheit, welche kurz nach dem Verschwinden der winterlichen Schneedecke in geringerem Mae vorhanden ist, als im Hochsommer. Weil gegen den Rand und das Gletscher- ende die Geschwindigkeit des Eises rasch ab- nimmt, erhlt in diesen Gebieten die Gletscher- oberflche grere Steilheit. Am Rand des grnlndischen Binneneises zeigen sich hufig 40 bis 50 m hohe vertikale Wnde an Stellen Sommer und Winter nicht gleich, weil im Sommer das Wasser aus einem greren Ge- biet stammt, also einen weiteren Weg bis zum Pegel hat, als im Winter. Aus dem gleichen Grund verschiebt sich der Eintritt des hchsten Wasserstandes zeitlich mit der Ausdehnung verschiedener Gletschergebiete. Je grer ein Gletscher, je lnger seine Zunge, um so spter am Tag zeigt sich das Maximum der Wasserfhrung nahe am Gletscherende. Der Umstand, da die Gletscherbche zur Sommerszeit am strksten flieen, whrend andere Bche und Flsse wasserarm sind, macht sie zu einer Art Regulatoren der Wasserfhrung groer Flsse und deshalb kommt ihnen fr die Wasserwirtschaft der Gebirgslnder groe Bedeutung zu. Kleine Gletscher sind im Winter an den mit ganz geringer Eisbewegung. Hier sind Boden angefroren (wenigstens im Randgebiet) die Strmungslinien fast horizontal, whrend die Abschmelzung bis zu fast 100 m Hhe ihren Betrag nicht ndert (vgl. Abschnitt 12). In den Firnfeldern bewirken die durch Strahlung und Luftwrme erzeugten ge- ringen Schmelzwassermengen besondere For- men der Gletscheroberflche; Schmelz- gangeln und Zackenfirn (Berschnee). Die letzteren Formen bizarrer Schmelz- figuren sind besonders in tropischen Firn- gebieten gro (bis zu 2 m Hhe) ausgebildet, und liefern kein Wasser. Bei groen Glet- schern, ebenso wie beim Inlandeis in Grnland, flieen die Gletscherbche aber auch im Winter. Ihre Wassermenge stammt dann fast ausschlielich von der auf der Gletscher- sohle durch Bewegung und Erdwrme ver- ursachten Schmelzung, das zeigt u. a. auch das Ergebnis ausgedehnter Winterwasser- messungen, welche an 27 Schweizer Gletscher- bchen vorgenommen wurden. Die Temperatur des Gletscherbaches finden sich aber auch in hheren Breiten, ist kurz nach dem Austritt aus dem Gletscher- Der Gletscherbach. Alles Wasser, tor etwas ber C, sie steigt wegen der das im Einzugsgebiet des Gletschers anfallt, ; Bewegung des Wassers und wegen der Luft- oder durch Schmelzen des Eises erzeugt wird, fliet im Gletscherbach ab. Da die Schmel- zung weitaus die grte Wassermenge liefert, gehen die Schwankungen in der Wasser- wrme mit wachsender Entfernung vom Gletscherende. Eisberge. Gletscher, welche ins Meer, oder in groe Seen endigen, erfahren auer fhrung des Gletscherbaches denen der Ab- durch die Ablation auch noch einen Substanz- lation ziemlich parallel. Die Wasserfhrung Verlust durch das Abbrechen ihrer am mu sich also mit der Tageszeit, mit der weitesten ins Wasser vorgeschobenen Teile. Jahreszeit und der Witterung ndern. Grere Die Bruchstcke fallen ins Wasser und Messungsreihen ber die Wassermenge der treiben mit dessen Strmungen als Eis- Gletscherbche hat man von mehreren l berge fort. Zerklftung, wie sie durch die Stellen der Ostalpen, vor allem aber von Bewegung im Gletscher hervorgerufen wurde, einer Anzahl von Schweizer Bchen. Dem die Abbruchflchen, Abschmelzung in der Sinne nach sind die Ergebnisse allerorts die '> Luft, die Einwirkung des salzigen Meer- gleichen, wenn auch die Betrge der Wasser- wassers durch Brandung, Schmelzung und mengen fr die einzelnen Bche sehr ver- Lsung vereinigen sich um den wandernden schieden sind wegen der ungleich groen Eisbergen die verschiedenartigsten Gestalten Einzugsgebiete. Whrend der Wintermonate zu geben. Erleiden sie einseitig grere Januar, Februar, Mrz betrug z. B. bei der Massenverluste, so mssen sie neue Gleich- Rhone in Gletsch die sekundliche Wasser- 1 gewichtslagen annehmen; dann steigen Teile, menge (fr 1900) 0,405 m 3 , sie stieg in den die lngere Zeit unter Wasser waren, ber folgenden Monaten rasch an, erreichte im I dessen Oberflche empor und zeigen die Juli mit 16,60 m 3 /sec den Hchstwert, hatte | durch die Schmelzwirkung des Wassers er- schon im Oktober nur mehr 2,1 m 3 /sec, um J zeugten Hohlkehlen, die manchmal reihen- dann noch weiter, bis 0,60 m 3 /sec abzunehmen, i weise bereinander, annhernd horizontal Auch die Tagesschwankung ist nicht unbe- trchtlich, etwa 14%; der hchste Wasser verlaufen. Der Abbruch, das Kalben" des Gletschers, stand tritt im Laufe des Nachmittags ein, kann entlang einer Flche erfolgen, die nur Eis 55 einen Bruchteil vom Querschnitt der Glet- scherzunge ausmacht. Geht die Bruchflche durch den ganzen Querschnitt, und hat das Bruchstck in der Lnge grere Ausdehnung als in der Tiefe, so entsteht ein groer Tafel- eisberg. Solche zeigen sich vielfach in der Umgebung des Randes der groen Eiskappe, welche den Sdpolarkontinent berlagert. Kleinere Eisberge werden beim Abbruch und Sturz ins Wasser wlzende Bewegungen aus- fhren, durch welche es eintreten kann, da die schutthaltigen Eispartien der Gletscher- sohle die oberste Stelle des schwimmenden Berges bilden und ber Wasser hegen. In allen Fllen erkennt man die Spuren der Schichtung an den Eisbergen, so da diese auer durch ihre Form, auch durch ihre Struktur von dem im Meerwasser gebildeten Eis unterschieden werden knnen. Das Volumen des unter dem Meerwasser befindlichen Teiles eines Eisberges ist etwa siebenmal so gro, als jenes des ber das Wasser aufsteigenden. Da die Hhe groer, flacher Eisberge ber Wasser bis zu 70 m be- tragen kann, so darf auf eine Dicke von 500 bis 600m geschlossen werden, welche die Auslufer des grnlndischen Inlandeises in den Fjorden besitzen, in denen sie dem Meere zustrmen. Daraus folgt, da die Mchtigkeit des In- landeises im allgemeinen kleiner als 600 m sein wird, weil gegen die Fjorde hin ein Zu- sammenpressen der Eismasse eintreten mu. Da die im Wasser frei schwebende Eismasse des Gletscherendes keine Reibung an Rndern und Sohle erfhrt, whrend die noch auf festem Land aufliegende Gletschermasse durch die Reibung gehemmt wird, treten an der Uebergangsstelle Spannungen auf, deren Resultat Spaltenbildung an Grund- flche und Rndern des ausragenden Eis- balkens ist. Auftrieb und Gewicht desselben fhren in wechselnder Wirkung seine Tren- nung vom Gletscher, eine groe Kalbung, herbei. Da selbst bei bedeutender Geschwin- digkeit des Eises 30 bis 40 Tage ntig sind, damit eine Eismasse vorgeschoben wird, deren Lnge grer als ihre Dicke ist, erklrt sich das seltene Eintreten solch groer Kal- bungen bei den grnlndischen Gletschern leicht. In der Antarktis, wo das Eis nicht durch Fjorde sondern in sehr breitem Fladen zum Meere kommt, ist dessen Dicke geringer, daher auch die Zahl der tafelfrmigen Eis- berge grer. Manche der antarktischen Eisberge bleiben auf dem der eigentlichen Kste vorgelagerten Schelf liegen. Zwischen ihnen, in ihren Spalten und auf ihrer Ober- flche anfallender Schnee, der an vielen Stellen Meerwasser ansaugen kann, bildet neues Eis, so da das Schelfeis ein Gemisch von Wassereis, Schnee und geschichtetem Material der Eisberge darstellt. 15. Gletscherschwankungen. Ernh- rung und Abschmelzung eines Gletschers sind allen klimatischen Aenderungen unterworfen; daher werden sowohl seine Gre, als auch die in seiner Masse herrschenden Bewegungen hnliche Schwankungen zeigen, wie sie dem Klima seines Gebietes zukommen. In der Tat ergaben die Beobachtungen, welche sich stellenweise auf sehr lange Zeitrume er- strecken, da die Lage der Gletscherenden sich mit der Zeit bedeutend ndert, da auf Perioden, whrend welcher die Gletscher weit ins Tal oder auf das Gebirgsvorland geschoben werden (Vorsto), Schwindperio- den folgen, whrend deren die Gletscher- enden immei hher gelegt werden (Rck- gang). Schneereiche Winter und khle Sommer, in denen die Abschmelzung geringere Sub- stanzminderung der Gletscherzunge hervor- bringt, wirken im gleichen Sinne; sie be- wirken eine absolute bezw. gegenber dem Mittelzustande eine relative Vermehrung der Gletschermasse, steigern die Geschwin- digkeit der Eisbewegung und vermehren (nach einiger Zeit) die im Abschmelzgebiet liegende Eismasse; der Gletscher rckt vor und zwar um so betrchtlicher, je grer die Niederschlagsmehrung im Firn und je gn- stiger die Abflubedingungen fr das Eis sind. Wo ausgedehnte steile Mulden den Firn sammeln, um ihn durch enge Talquerschnitte in die Tiefe zusenden, wird sich ein solcher Vor- sto durch eine starke Verlngerung der Zunge bemerklieh machen; wo beim Ueber- gang aus dem Sammelbecken ins Tal eine geringe Querschnittsnderung eintritt und auch die Neigung des Gletscherbettes eine kleine ist, da wird im allgemeinen ein Vor- sto weniger leicht zu beobachten sein. Nur bei sorgfltiger Messung der Lage des Randes und der Geschwindigkeit knnen in solchen Fllen Schwankungen des Gletscherstandes festgestellt werden. Neben dem Einflu des Klimas auf die Lage des Gletscherrandes, zeigt sich also noch ein Einflu der oro- graphischen Verhltnisse des Gletscherbettes. Diese sind fr benachbarte Gletscher sehr verschieden und daher kommt es, da die Gletscher einer und derselben Gebirgsgruppe, fr welche das Klima als gleichartig angesehen werden darf, vor allem die kleineren Vor- ste zu verschiedenen Zeiten beginnen. Nur wenn eine Reihe niederschlagsreicher Wmter und khler Sommer aufeinander folgen, tritt das Wachsen der Gletscher fr ein groes Gebiet, wie etwa fr die Alpen, annhernd gleichzeitig ein. Der Verlauf eines Vorstoes konnte am Vernagtferner im Oetztal verfolgt wer- den (1897 bis 1902). Es trat von 1889 an eine anfangs (bis 1893) kleine, dann rasch zunehmende Steigerung der Geschwindig- keit des Eises ein, welche 1899 auf den 56 Eis 17-fachen Betrag angewachsen war, den sie 1889 hatte. Dann folgte eine rapide Ab- nahme, so da schon 1903 nur noch etwa ein fnftel der Maximalgeschwindigkeit herrschte. Von 1897 bis 1899 schwoll das Ende der Gletscherzunge bedeutend an und rckte gegen das Tal vor, so da 1902 der Maximalstand erreicht war 3 Jahre nachdem im Meprofil die Geschwindigkeit den Hchstwert hatte. Die Anschwellung des Gletscherendes rckte schneller vor, als der aus dem Firnfeld kommende Massen- zuwachs, sie war bis 1898 mit 240 m/Jahr gewandert, whrend im Meprofil erst 177 m/Jahr als Geschwindigkeit bestand. Aehnlich, wenn auch nicht so genau, ist der Verlauf des Vorstoes noch an einigen anderen Gletschern beobachtet. Im Verlauf der Schwindperiode, die vorzglich am Rhone- gletscher verfolgt wurde, zeigt sich anfangs, unmittelbar nach dem Vorsto, eine rasche Abnahme an Substanz und Areal des Glet- schers. Spterhin wird die Abnahme um so kleiner, je kleiner das Gebiet der Zunge ist und je hher deren Ende hegt. Die Gre der Flchen- und Massen- schwankungen sind fr einzelne Gletscher sehr verschieden. Fr die nher untersuchten Alpengletscher betrug bis 1904 der Flchen- verlust in der letzten Rckzugsperiode 8 bis 10% des Areals, der Substanzverlust im Durchschnitt stark von einander abweichen- der Werte etwa 25 Kubikmeter pro Quadrat- meter Firn. Die Dauer einer ganzen Schwankung ist fr die einzelnen Alpengletscher ziemlich verschieden. Als Mittel aus ziemlich weit auseinander liegenden Einzelwerten ergab sich annhernd 35 Jahre. Fr andere Glet- schergebiete sind die Beobachtungen beson- ders aus lterer Zeit weniger reichlich, als fr die Alpen. Doch ist jetzt fr die Eis- regionen der ganzen Erde festgestellt, da ihre Gletscher periodischen Grennderungen unterworfen sind. Die Dauer der Periode wurde aber bisher noch nicht allgemeiner ermittelt. Wo dies geschah, wie fr Norwegen, da zeigte sie sich von der der alpinen Periode verschieden. Man neigt zu der Annahme, da die letztere, ebenso wie die etwa 19jhrige skandinavische als kleinere Schwankungen einer skularen Periode von noch unbekannter Dauer untergeordnet sind. Die geringe Uebereinstimmung in der Dauer einer Schwankungsperiode, wie sie bisher fr benachbarte Gletscher und fr die verschiedenen Gletschergebiete der Erde gefunden wurde, zeigt deutlich, da sich eine klimatische Periode, die ein greres Gebiet betreffen mu, mit einer durch die orogra- phischen Verhltnisse des Einzelgletschers gegebenen berlagert. Eine Trennung beider Komponenten konnte bisher noch nicht durchgefhrt werden. Auer den langperiodischen Aenderungen gibt es auch Schwankungen von kurzer Dauer. Da die Bewegung des Gletschers auch whrend des Winters andauert, whrend die Abschmelzung aufhrt, wird im Winter ein kleiner Vorsto des Gletscherendes, mindestens aber ein Stillstand des Rck- ganges eintreten. Auch in der Geschwindig- keit wurden durch besonders sorgfltige Messungen jahreszeitliche Schwankungen festgestellt. Am Hintereisgletscher ergibt fr den Sommer die Geschwindigkeit nahe am Ende grere Werte, als fr den Winter, whrend im Firn die Wintergeschwindig- keiten die greren sind. Diese Messungen, sowie die Ergebnisse der Beobachtungen am Rhonegletscher sttzen die Annahme, da sich die Drucknderungen, welche die wech- selnden Niederschlags Verhltnisse im Firn veranlassen, rasch durch die ganze Gletscher- masse ausbreiten. Dies ist auf die Wasser- mengen zurckzufhren, die das Eis einge- schlossen hlt. In mehreren Fllen haben besondere Er- eignisse, die mit den Schwankungen zusammen- hngen, zu Gletscherkatastrophen ge- fhrt. Es handelt sich dabei um Abstrze groer Eismassen, Gletscherlawinen, die in den Tlern Verheerungen anrichteten und um Ausbrche von Stauseen. Bei den Gletscherlawinen ist der Vorgang meist der, da durch das Wachsen der Gletscherzunge fr einen Querschnitt derselben eine Zug- belastung entsteht, der er nicht gengenden Widerstand leisten kann; es erfolgt Bruch und Abrutsch des unteren Zungenteiles (Eis- rutsch am Alteis, Lawinen des Biesgletschers Zerstrungen von Randa im Visptal, Eis- sturz am Gietrozgletscher im Val de Bagnes u. a. m. in den Alpen, Lawinen des Devdorak- gletschers im Kaukasus). Stauseen bilden sich, wenn das Eis eines vorschreitenden Glet- schers den Abflu eines benachbarten ab- dmmt. Dann bildet sich oberhalb des Eis- dammes ein See, der so lange besteht, bis der Wasserdruck hinreicht, um den an einer Stelle (durch Abschmelzung) geschwchten Eisdamm zu durchbrechen. Mit einem Male ergiet sich dann eine verwstende Flut- welle talwrts (Rofensee im Vernagtgebiet, Mattmarksee im Saaser Tal, Mrjelensee am Aletschgletscher u. a.). Die Nachrichten ber solche Katastrophen sind die einzigen, aus denen auf Gletschervorste in frheren Jahrhunderten geschlossen werden kann. Literatur. A. Heim, Handbuch der Gletscher- kunde. Stuttgart 1885. H. Hess, Die Gletscher. Braunschweig 1904. H. Barnes, Iceformation. New York 1906. W. H. Hobbs, Charac- teristics of existing Glaciers. New York 1911. R. S. Tatt' f The Yakutat Bay Region, Alaska Eis Eisengruppe (Eisen) 57 Washington 1909. Svenoniiis u. A., Die Gletscher Schwedens. Stockholm 1908. H. Hess, Ueber die Plastizitt des Eises. Annalen der Physik 1911. E. Riecke, Zur Erniedrigung des Schmelzpunktes durch einseitigen Druck oder Zug. Zentralbl. f. Min., Geol. u. Palontol. 1912. V. Paschinger, Die Schneegrenze in verschiedenen Klimaten, Gotha 1912. Zeit- schrift fr Gletscherkunde Bd. IVI. Wissenschaf tliche Berichte der Sd- polarexpeditionen vom Anfang des Jahrhunderts. Koch und Wegener, Die glaciologischen Be- mit Sauerstoff und Schwefel, sind dagegen uerst zahlreich und bilden zum Teil mchtige Erzlager. Die fr die industrielle Verwertung wichtigen Eiseumaterialien sind das Brauneisenerz (2Fe 2 3 .3H 2 0), der Spat- eisenstein (FeC0 3 ), der Roteisenstein (Fe 2 3 ) und der Magneteisenstein (Fe 3 4 ). Von den Schwefelmineralien ist das wichtigste der Pyrit (FeS 2 ), auch Eisenkies oder Schwefel- kies genannt, der vor allem in der Schwefel- surefabrikation zur Herstelluns: von Schwefel- H. Hess. obachtungen der Danmark- Expedition, Kopen- Dioxyd eine Rolle spielt. Wahrscheinlich hagen 1911. durch Oxydation des Eisenkieses entstanden, finden sich Eisenvitriole im Mineralreich. Weitere wichtige Erze sind der Kupferkies (Fe 2 S 3 , Cu 2 S), das Buntkupfererz (Fe 2 S 3 , 3Cu 2 S) und der Arsenkies (FeAsS)/ Alle Eisengruppe. natrlichen Wsser besitzen ferner einen i ^ t.*KoH \ tvt^l-oI mehr oder minder groen Gehalt an Eisen. a) Eisen, b) Kobalt, c) Nickel. Auch ^ ^ organis G chen Natur ist das Eisen Die Eisengruppe umfat die Metalle ver breitet. Es gehrt zu den wesentlichen Eisen, Nickel, Kobalt und bildet im periodi- Bestandteilen des Blutfarbstoffes, des Hmo- schen System die erste Triade der letzten c^bins. Im reinen Chlorophyll dagegen kommt Vertikalkolumne. Im Gegensatz zu den ^i sen n j c ht vor. Platinmetallen besitzen diese Metalle eine 3- Geschichte. Die Nutzbarmachung Elektroaffinitt, die etwas grer als die des des Eisens durch die Menschheit reicht, ob- Wasserstoffs ist. In ihren Atomgewichten wo j 1 ] es erst nac h dem Kupfer und der Bronze unterscheiden sie sich nur wenig, die Atom- en tdeckt wurde, bis in die ltesten Zeiten Volumina sind fast identisch. Die Fhigkeit, zur C k 5 unc l man findet es schon bei den gefrbte Salze und in Lsung gefrbte Ionen Aegyptern vor 5000 Jahren vornehmlich zu bilden, tritt bei ihnen allen charakteristisch zur Anfertigung harter Gegenstnde im hervor. Die Gruppe stellt die einzigen Gebrauch. Die verarbeiteten Erze waren stark magnetischen Metalle vor. Obwohl, ff en bar Brauneisenstein uncl Magneteisen- dem Atomgewicht entsprechend, dem Eisen s tein, die in Schmelzfen reduziert wurden, das Nickel" und diesem das Kobalt folgt, y on den sc hon damals erkannten Eigen- ordnen sie sich, ihrem chemischen und sc i ia ften sind besonders die Brchigkeit und physikalischen Charakter nach, in der Reihen- die Flligkeit, durch Berhrung mit Magnet- folge Fe, Co, Ni dem periodischen System e isenstein zeitweilig magnetisch zu werden, ein. Die Fhigkeit, drei Valenzen zur Ver- hervorzuheben. Spterhin, bis zum Beginn fgung zu stellen, die fr das Eisen charak- der Neuzeit, ist das Eisen in kleinen Stck- teristisch ist, ist dem Nickel ganz verloren f en direkt als Schmiedeeisen in unge- gegangen, whrend das Kobalt, namentlich sc hmolzenem Zustande hergestellt worden, in seiner Komplexchemie, noch dazu be- ^ durch Benutzung der Wasserkrfte und fhigt ist. Auch der Schmelzpunkt sinkt die dadurch ermglichte Verstrkung der Ge- in der Reihenfolge Fe, Co, Ni, ebenso die b] Se im Hochofen" das geschmolzene Magnetisierbarkeit. < kohlenstoffreiche Eisen erhalten wurde. Mit dem Beginn des 19. Jahrhunderts setzte a ) Eisen mit der Erfindung der Dampfmaschine Ferrum. Fe. Atomgewicht 55,84. und dem mchtigen Anwachsen da Ma- 1. Atomgewicht. 2. Vorkommen. 3. Ge- schinenindustrie das eiserne Zeit ^alter em schichte. 4 Darstellung. 5. Formarten und Der Hochofenproze wurde durch eingehende physikalische Konstanten. 6. Valenzund Elektro- Untersuchungen aufgeklart, wobei die aui- chemie. 7. Analytische Chemie. 8. Spezielle blhende chemische Analyse, welche schon Chemie. 9. Thermochemie. 10. Kolloidchemie, die schdlichen Begleiter des Eisens kennen 11. Spektralchemie. und bestimmen gelehrt hatte, bei der Unter- i. Atomgewicht. Fr das Atomgewicht suchung der Hochofengichtgase zum Ver- des Eisens ist von der internationalen Koni- stndnis des Prozesses wichtige linste mission in die Tabelle fr das Jahr 1912 leistete. Durch die Erkenntnis der Rolle des der Wert 55,84 aufgenommen worden. I Kohlenstoffs im Eisen, wodurch die Be- 2. Vorkommen. Das Eisen kommt in Ziehungen und Eigenschaften der einzelnen gediegenem Zustande vereinzelt als Meteor- Eisensorten aufgeklrt wurden, und durch eisen in Grnland, Sibirien und Mexiko vor. zahllose andere Arbeiten wissenschaftlicher Eisenverbindungen, namentlich im Verein und technischer Natur ist die Eisenindustrie 58 Eisengruppe (Eisen) heute zum wichtigsten Faktor in der Welt- industrie geworden. 4. Darstellung. 4a) Gueisen. Whrend sulfidische Erze den Ausgangspunkt fr die Darstellung vieler praktisch wichtiger Metalle, wie Kupfer, Zink, Blei und Quecksilber, bilden, benutzt man zur Darstellung des Eisens seine Oxydverbindungen. Der Re- duktionsproze vollzieht sich gegenwrtig im sogenannten Hochofen, einem Schacht von Doppelkegelform, in welchem die zuvor schwach gersteten Oxyde abwechselnd mit Schichten von Kohie und schlacken- bildenden Zustzen von oben, von der Gicht her, eingefhrt werden. Als Brenn- material verwendet man Koks, Holzkohle und Anthrazit, als Zusatz benutzt man Kalkstein oder Ton und Feldspat je nach der anwesenden Gangart. In dem unteren Teil, den Formen, befinden sich die Zu- fhrungen fr die aus den Geblsen ein- tretende heie Luft, die den Kohlenstoff, da es sich um Temperaturen von ungefhr 1100 handelt, zu fast reinem Kohlen- monoxycl verbrennt (s. unten). Dieses redu- ziert die Oxyde zu Metall. Den unteren Ab- schlu des Hochofens bildet der sogenannte Herd, wo sich das flssige Roheisen und dar- ber die flssige Schlacke absetzt. Die letztere pflegt kontinuierlich abzuflieen, whrend das Roheisen von Zeit zu Zeit abgestochen wird. Der Betrieb im Hochofen ist ein ununterbrochener. In dem Mae, wie der Proze fortschreitet, fhrt man durch die Gicht neues Material zu, so da ein solcher Ofen jahrelang im Betrieb sein kann. Die sich abspielenden Prozesse sind recht komplizierter Natur und wechseln mit der Temperatur. Da die kohlenoxydhaltigen Gase den Ofen von unten nach oben durch- strmen, also ein Temperaturgeflle durch- machen, hat man es in den verschiedenen Wrmezonen auch mit verschiedenen Vor- gngen zu tun. Im obersten Teil (400 bis 600) findet nur ein Trocknen des Materials statt. Beim Heruntersinken in die heieren Teile (700) beginnt die Reduktion von Eisen(III)- oxyd zu Fe 3 4 . Weiterhin erfolgt Reduktion von Fe 3 4 zu FeO und schlielich Reduktion zu Metall. Durch Einwirkung von Kohle auf Metall findet Zementation", Bildung von Eisen-Zementit (Fe 3 C)-Legierung, statt, und in den heiesten Teilen, wenig oberhalb der Formen, tritt Schmelzen des kohlenstoff- haltigen Eisens ein. Der Zementationsproze ist wegen der Herabsetzung des Schmelz- punktes ein wichtiges Glied im Hochofen- proze, da durch die niedriger liegende Tem- peratur das Ofenmateria] gesehnt wird. Die beiden wesentlichen Reaktionen, die sich im Ofen abspielen, werden durch die umkeh- baren Gleichungen ausgedrckt: FeO + CO ^ C0 2 + Fe (a) C0 2 +C ^CO (b) Da bei den Temperaturen (ber 700) und Drucken des Hochofens die CO-Konzentration, die dem Gleichgewicht (b) entspricht, grer ist als die des Systems (a), so ergibt die Theorie, da das CO-C0 2 -Gemisch immer reduktionskrftig bleibt. Praktisch aber kommt es nicht einmal so weit, das Gas- gemisch ist bei der groen Geschwindigkeit des Durchstrmens immer reicher an CO als der Theorie entspricht, das Gleichgewicht kommt nicht zur Einstellung. Die mittlere Zusammensetzung der Hochofengase betrgt ungefhr: Stickstoff: 54 bis 66%, C0 2 : 7 bis 19%, CO: 21 bis 31%, Wasserstoff: 1 bis 6%, Kohlenwasser- stoffe: bis 6%. Man hat nun lange geglaubt, das entweichende CO durch voll- stndige Verbrennung besser auszunutzen, wenn die Dimensionen der Hochfen mg- lichst groe wren, d. h. die Berhrung von CO und FeO intensiver gestaltet wrde. Eine einfache Ueberlegung auf der Basis des Massenwirkungsgesetzes lehrt jedoch, da hiermit nur wenig gendert wird. Denn in dem Gleichgewicht (a) ist das Verhltnis CO Ty.- allein eine Funktion der Temperatur und zwar ist die Aenderung gering, weil bei dem Reduktionsproze nur wenig Wrme entwickelt wird. Das Verhltnis CO t^T" ist dagegen vllig unabhngig vom Druck bezw. der Konzentration, ferner un- abhngig von der absoluten Menge des vorhandenen Eisens und Eisenoxyds. Es ist also die den Hochfen entweichende Menge Kohlenoxyd fr die gegebene Tem- peratur unvernderlich. Vgl. auch den Ar- tikel Chemisches Gleichgewicht". Man nutzt demgem heutzutage die Gase derart aus, da man sie entweder verbrennt und den Geblsewind damit vorwrmt, oder aber noch vorteilhafter, indem man sie nach gengender Reinigung mit Luft gemischt in Gaskraftmaschinen verpuffen lt. Derartige Hochofengasmotoren spielen im heutigen Wirtschaftsleben eine sehr groe Rolle. Das durch den Hochofen gewonnene Eisen ist niemals rein, sondern stellt ein Produkt dar, das durch Kohlenstoff (3 bis 4,5 %), ferner durch Silicium, Mangan, Phosphor und Schwefel verunreinigt ist. Ueber den Einflu dieser Elemente auf die verschiedenen Eisensorten siehe den Ab- schnitt 5. 4b) Schmiedeeisen. Der grte Teil des produzierten Roheisens wird durch Oxydationsverfahren in schmiedbares Eisen (Schwei- oder Flueisen) verwandelt, welches im Gegensatz zum Gueisen nur einen Eisengruppe (Eisen) 59 Kohlenstoffgehalt von 0,1 bis 0,2% enthlt. Die blichen Oxydationsprozesse sind das Herdfrischen und der Puddelproze. Bei beiden Verfahren wird unter der Einwirkung von Sauerstoff der Kohlenstoff zu Kohlen- oxyd, das Silicium und der Phosphor zu Kieselsure und Phosphorsure oxydiert. Kohlenoxyd entweicht oder verbrennt, die Suren werden verschlackt. 4c) Stahl. Unter Stahl verstand man frher ein Eisen, das 0,2 bis 0,5% Kohlen- stoff enthlt, jedoch zhlt man heutzutage auch Eisensorten mit weniger als 0,2%, die weichen Stahle, zu dieser Kategorie. Vom Roheisen ausgehend, findet der saure Bessemer-Proze, der Thomas-Gil- christ-Proze (basischer Bessemer-Proze), der Siemens -Martin-Proze, ferner der Tiegelstahlproze Anwendung. Beim sauren Bessemerproze wird durch das in einem birnenfrmigen Behlter befindliche geschmol- zene Roheisen unter Druck Luft eingepret und durch den Sauerstoff der Reihe nach, ent- sprechend ihrer Affinitt zum Sauerstoff, Silicium, Kohlenstoff und Mangan verbrannt. Die durch die Oxydation erzeugte Wrme gengt hierbei, die Masse bis ber den Schmelz- punkt des sich zuerst bildenden Schmiede- eisens zu erhitzen. Durch Zusatz von Gueisen, Schmiedeeisen oder Holzkohle kann man dem Stahl den gewnschten Kohlenstoffgehalt er- teilen. Durch Kippen wird die Birne entleert. Bei diesem Proze gelingt es jedoch nicht, dem Roheisen den namentlich in deutschen Erzen vorkommenden schdlichen Gehalt an Phosphor zu entziehen. Der Thomas-Gilchrist-Proze hat hier Abhilfe geschaffen. Durch Ausftterung der Bessemerbirne mit basischem Futter, mit Kalk oder gebranntem Dolomit, wird das entstan- dene Phosphorpentoxyd unter Bildung von Calciumphosphat verschlackt, nach beendetem Proze die Schlacke abgezogen und das Metall ausgegossen. Die Schlacke bildet hierbei ein wegen des Phosphorgehalts wertvolles Nebenprodukt, das gepulvert als Dnge- mittel (Thomasmehl) der Landwirtschaft zugefhrt wird. Der Siemens- Martin -Proze findet namentlich Verwendung zur Herstellung- feiner Eisensorten, da der Proze bequem kontrolliert werden kann und leicht Produkte bestimmter Zusammensetzung liefert. Die Rohmaterialien, meistens Alteisenabflle und Roheisen, werden unter Zusatz kleiner Mengen reiner Eisenerze, auf dem Herd eines Siemens- Flammofens entkohlt, je nach der Bei- mengung auf basischer oder saurer Sohle; nach beendeter Entkohlung werden Zu- schlge von Spiegeleisen, Eisenmangan, Nickel, Chrom usw. je nach dem zu produ- zierenden Eisen zugesetzt. Stahle von auergewhnlicher Qualitt werden in groem Mastabe nach dem Tiegelstahlproze hergestellt, bei welchem durch Abstehen des Stahls, d. h. vllige Ausscheidung von Schlackenmaterialien und Gasen, ferner Zerstrung gebildeten Eisen- oxyduls durch Silicium, ein hervorragendes Material erzeugt wird. Tiegelstahl wird ebenfalls vielfach durch Mischen mit Nickel, Chrom, Wolfram, Molybdn usw. auf Spezial- sthle verarbeitet. Auch die Elektrometallurgie des Eisens hat seit dem Jahre 1898, namentlich durch die Bemhungen von Stass an o und He roult bedeutende Fortschritte gemacht, so da heutzutage bereits eine grere Anzahl von Werken in Europa und in Amerika an Orten mit Wasserkrften fr die Gewinnung von Roheisen und Stahl im elektrischen Ofen in Betrieb gesetzt sind. 4d) Chemisch reines Eisen. Alles technisch dargestellte Eisen besitzt eine mehr oder minder groe Verunreinigung durch Fremdstoffe. Um chemisch reines Eisen zu gewinnen, reduziert man reines Eisen- oxyd, Eisen(II)chlorid oder Oxalat im Wasser- stoffstrom mglichst ber 450, da bei tieferen Temperaturen pyrophorisches Eisen entsteht. 5. Formarten, Legierungen und physi- kalische Konstanten. Chemisch reines Eisen ist ein silberweies, dem Platin hnliches Me- tall, von grerer Weichheit und Dehnbarkeit als das Schmiedeeisen. Es besitzt ein spezi- fisches Gewicht von 7,84 und schmilzt bei 1505. Ausgezeichnet ist es durch das Vor- kommen in drei allotropen Modifikationen, die alle regulr kristallisieren. Man kennt das a-Eisen oder den Ferrit, das -Eisen und das y-Eisen. Der erste Uebergang von y^-Eisen liegt scharf bei 880, der zweite von ^ a-Eisen vollzieht sich infolge auftretender Mischkristallbildung in einem Temperaturvall bei ca. 780, wie man auf der Kurve fr die Abkhlungsgeschwindig- keit von auf ca. 1000 erhitztem Metall aus den auftretenden Haltepunkten leicht erkennen kann. Die Umwandlung von y- in -Eisen ist dabei mit einer Volumvermehrung verknpft, bei der weiteren Umwandlung in a-Eisen entstellt dagegen ein dichteres Produkt. Der charakteristische Unterschied des a-Eisens vom - und j/-Eisen kommt auer in Verschiedenheiten m der elektrischen Leitfhigkeit, der spezifischen Wrme und dem spezifischen Gewicht, vor allem in seiner Magnetisierbarkeit zum Ausdruck. Nur das a-Eisen, also Eisen, wie es bei ge- whnlicher Temperatur vorliegt, besitzt mag- netische Eigenschaften, jedoch vermag die Anwesenheit von Kohlenstoff oder von Metallen wie Chrom, Wolfram, Nickel und Mangan eigenartige Aenderungen hervorzu- rufen. Durch Zustze der eben genannten 60 Eisengruppe (Eisen) Art knnen nmlich die Umwandlungstempe- raturen in verschiedenem Mae sinken bezw. die Umwandlungen selbst verzgert werden, so da z. B. ein Stahl, der mit 0,27% Nickel einen magnetischen Umwandlungspunkt bei 715 besitzt, bei einem Gehalt von 26% Nickel einen Umwandlungspunkt erst unter- halb besitzt. Ein solcher Stahl erscheint also bei gewhnlicher Temperatur unmagne- tisch, trotzdem er normalerweise magneti- sierbares a-Eisen enthalten sollte, und es bedarf starker Abkhlung, um die Um- wandlung in Ferrit herbeizufhren. Ein weiterer charakteristischer Unter- schied der drei Modifikationen liegt in der verschiedenen Lslichkeit fr Kohlenstoff und Eisencarbid. Hier ist das y-Eisen die bevorzugte Modifikation mit dem grten Lsungsvermgen. Auch das -Eisen besitzt eine beschrnkte Lslichkeit, whrend die- selbe dem a-Eisen vllig abgeht. Da die Menge und die Art der Lsung des im Eisen befindlichen Kohlenstoffs die grte Be- deutung fr die verschiedenen Eisen- sorten besitzt, sei an dieser Stelle eine kurze Besprechung der vorkommenden Eisen- kohlenstofflegierungen eingeschaltet. Eisen und Kohlenstoff knnen sich unter Carbidbildung vereinigen. Das ent- standene Produkt, von der chemischen Zusammensetzung Fe 3 C, fhrt als Struktur- element den Namen Zementit und ist von betrchtlicher Hrte (6 nach der Mo hs sehen Skala). Am einfachsten erfolgt die Bildung durch Auflsen von Kohlenstoff in flssigem Eisen, wobei man im Schmelzflu wohl ein Gleichgewicht zwischen Eisen, Kohlenstoff und Carbid annehmen kann. Je nachdem man nun die Schmelze langsam oder rasch erstarren lt, findet Abscheidung des Kohlenstoffs vorwiegend in elementarer Form oder infolge Unterkhlung als Carbid statt. Dasselbe bildet im letzten Falle eine feste Lsung in y-Eisen und fhrt als solche den Namen Martensit. Zunchst mgen die Erstarrungserscheinungen bei schnellerer Ab- khlung besprochen werden. Lt man eine kohlenstoffreiche Schmelze derart erkalten, so scheidet sich zunchst ein Teil des Kohlen- stoffs als Zementit ab und die Abscheidungs- temperatur sinkt auf 1130, wo die Schmelze zu einem eutektischen Gemisch von Martensit- Zementit mit einem C-Gehalt von 4,2% Ist der Kohlenstoffgehalt in der als dieser eutektischen geringer entspricht (2 bis 4,3% C), so erstarrt. Schmelze Mischung scheiden sich zunchst Mischkristalle aus, die weniger C enthalten, als die Schmelze. Da- durch steigt der C-Gehalt derselben, bis wieder die eutektische Zusammensetzung erreicht ist. Man hat schlielich Eutektikum und gest- tigte Mischkristalle mit 2% C. Sind in der Schmelze weniger als 2% C enthalten, so sind die Mischkristalle kohlenstoff- rmer. Mit der Erstarrung sind aber die Umwandlungserscheinungen noch nicht be- endet. Durch pltzliches Abkhlen in Eis- wasser auf Zimmertemperatur kann man zwar die eben geschilderten Zustnde fixieren. Lt man jedoch einem derartig erstarrten Produkt Zeit zur Abkhlung, so da sich jederzeit das wahre Gleichgewicht einstellen kann, so beginnt zunchst infolge der ab- nehmenden Lslichkeit eine Abscheidung von Zementit aus den Mischkristallen, bis bei 710 die Bestndigkeit der festen Lsung berhaupt aufhrt und sie vollstndig in ein Gemisch von Eisen und Zementitkristallen (wegen seines perlmutterartigen Aussehens Perlit genannt) zerfllt. Nheres siehe im Artikel Legierungen". Aus diesen Betrachtungen geht hervor, da bei rascher Abkhlung der in der Schmelze gelste Kohlenstoff chemisch gebunden bleibt und da man vornehmlich den harten Martensit in den Produkten behlt. Verluft die Abkhlung allmhlich, so sind zunchst die Bedingungen zur Kohle- abscheidung, in Form von Graphit und amorpher Kohle (Temperkohle) gegeben, da der zeitliche Zerfall: Fe 3 C ^t Graphit + Schmelze, zum Teil stattfinden kann. Auer- dem liefert der Zerfall des Martensits in Perlit ein Eisen von nur mittlerer Hrte. Unter diesen Gesichtspunkten betrachtet, wird der Unterschied zwischen den ver- schiedenen Roheisensorten (2 bis 5,1 % C) verstndlich. Gueisen, durch pltzliche Abschreckung hergestellt, enthlt den Kohlen- stoff als Zementit in fester Lsung und bildet das sprde harte, weie Gueisen. Langsam abgekhltes, also graphithaltiges Roheisen ist das weiche graue Gueisen. Ein Mangan- gehalt wirkt der Graphitabscheidung ent- gegen, derartiges Roheisen sieht also meistens wei aus. Ein 5 bis 20% Mangan enthaltendes Eisen kristallisiert in groen Blttern und fhrt den Namen Spiegeleisen. Gueisen erweicht nicht unterhalb seines Schmelz- punktes, der je nach der Zusammensetzung ! zwischen 1100 und 1250 liegt. Es ist also nicht schmiedbar. Sehr kleine Phosphor- mengen (0,1%) machen das Metall in der Klte brchig. Schwefelbeimengungen machen es in der Wrme brchig. Auch fr die verschiedenen Stahlsorten finden die Betrachtungen ber Eisenkohlen- stofflegierungen Anwendung. Langsam er- kalteter Stahl ist verhltnismig weich, abgeschreckter, martensithaltiger Stahl ist umgekehrt hart. Durch miges Erhitzen (Tempern) kann die Hrte des Stahls beliebig gendert werden (Anlassen des Stahls), da hierbei ein merklicher Zerfall von Martensit in Ferrit und Eisencarbid stattfinden kann. Aus den sogenannten Anlauffarben, die aus Eisengruppe (Eisen) 61 dnnen Oxydhutchen bestehen, kann der Grad des Anlassens beurteilt werden. Der Stahl ist im Gegensatz zum Schmiedeeisen ein elastisches Metall und besitzt groe Zhigkeit. Die Zerreiungsfestigkeit betrgt bis zu 100 kg pro qcm. Ein Kohlenstoff- gehalt von ber 1 % und allzu starkes Hrten nimmt dem Metall diese hervor- ragenden Eigenschaften. Stahl kann im Gegensatz zu reinem Eise und Schmiede- eisen dauernd magnetisch gemacht werden. Ueber den Einflu der Zustze zum Eisen, wie Chrom, Mangan, Wolfram, Vanadin, Nickel, Molybdn, die alle bei den sogenannten Spezialsthlen eine groe Rolle spielen, sei nur gesagt, da ihre Wirkung in einer Aende- rung der Bestndigkeit des Zementits, oder, wie bereits erwhnt, in einer Verschiebung der Umwandlungstemperaturen der allo- tropen Eisen-Modifikationen, ferner der elek- tischen Punkte, also der Mischkristall- felder liegt. Nickelstahle (2 bis 8 %) zeich- nen sich durch eine Zhigkeit aus, die doppelt so gro wie die des gewhnlichen Stahls ist. Man braucht sie deshalb zur Darstellung von Panzerplatten. Chrom und Wolfram vermehren die Hrte, ohne die Zhigkeit sehr herabzusetzen, auch wenn die Legie- rungen nicht abgeschreckt sind. Ein idealer Zusatz ist auch das Vanadin, welches die Zhig- keit in ganz hervorragendem Mae steigert. Physikalische Konstanten: Spezifisches Gewicht. Schmiedeeisen: 7,8; Gueisen 7,1 bis 7,7; Eisendraht 7,7; Gustahl 7,8. Schmelzpunkt. Reines Metall (99,95 %): 1505, Stahl: bis 1400, Gueisen: 1100 bisl250. Ausdehnungskoeffizient. Reines Metall: 0,000011 bei 18 ; zwischen und 100: 0,000012. Spezifische Wrme. Reines Metall: 0,105 bei 18; Stahl: 0,114 bei 18. Hrte. Reines Metall: 4,5; Stahl 5 bis 8,5 nach Auerbachs Skala. Elektrische Leitfhigkeit. Reines Metall: 13,1.10* bei 16. Stahl (1% C): 5,02.10* bei 18; Gueisen: 2,42.10* bei 20. 6. Valenz und Elektrochemie. Das Eisen tritt in den Ferrosalzen (Eisen(II)- salzen) zweiwertig auf, wie aus Molekular- gewichtsbestimmungen des Chlorids in L- sungen von BiCl 3 und Pyridin eindeutig hervorgeht, whrend die Dampfdichtebestim- mungen erst bei 1300 die einfache Mole- kularformel FeCl 2 hervortreten lassen. Unter- halb dieser Temperatur, auch bei Gelbglut liegen die Werte noch zwischen FeCl 2 und Fe 2 Cl 4 . Ferner spricht die Isomorphie des Eisen(II)sulf ats mit den zweiwertigen Kupfer-, Zink- und Magnesiumsulfaten deutlich fr die Zweiwertigkeit. In den Ferrisalzen (Eisen(III)- salzen) findet sich das Eisen in drei- wertiger Form vor. Zum Beweise knnen auch hier die Molekulargewichtbestimmungen des Chlorids in Pyridin, Alkohol und Aether dienen. Oberhalb 700 liefert auch die Dampfdichtebestimmung normale Werte.- Eine weitere Besttigung liegt in der Eigen- schaft des Ferrisulfats Alaune zu bilden, wobei das dreiwertige Aluminium und Chrom durch Eisen ersetzt wird. Hherwertiges Eisen findet man in den Peroxyden Fe0 2 und Fe 2 5 , ferner in den Salzen der Eisensure, z. B. in Kaliumferrat, wo das Eisen wahr- scheinlich sechswertig anzunehmen ist. Entsprechend der Fhigkeit des Eisens in Salzform zwei- und dreiwertig aufzu- treten, hat man es in der wsserigen Lsung von Eisensalzen mit zwei- und dreiwertigen Fe- Ionen zu tun. Die reinen Eisen(II)- salze, die in wasserfreiem Zustande weie Farbe, in wasserhaltigem grnblaue Farbe besitzen, spalten in wsseriger Lsung die blagrn gefrbten Fe"-Ionen ab. Diese Fe ,- -Ionen sind ausgezeichnet durch eine ausgesprochene Neigung durch Oxydation in das dreiwertige Fe -Ion berzugehen. Dieser Proze kann durch Chlor, Salpeter- sure oder auch durch den Sauerstoff der Luft vor sich gehen, wobei in neutraler Lsung unlsliches, braungefrbtes basisches Salz ausfllt (a), bei Gegenwart von H- Ionen , also in saurer Lsung, neutrales Oxydsalz entsteht (b) a)2Fe-+4Cl'+ 1 /2 = Cl 2 Fe 0- 2 +2H- = FeCl 2 . 2 Fe- ll) 2Fe-+6Cl' + + 6C1' + H 2 0. Die Eisen (III) salze spalten in wsseri- ger Lsung das schwach gefrbte Fe "'-Ion ab. Trotzdem erhlt man beim Lsen von Ferri- salzen meist braun gefrbte Lsungen, eine Erscheinung, die ihre Erklrung in der leichten hydrolytischen Spaltbarkeit der Eisen(III)slze findet. Fe- + 3H 2 ^ Fe(OH) 3 -f 3H\ Das abgespaltene Hydroxyd bleibt hierbei, falls die Hydrolyse nicht allzu stark in Kraft tritt, kolloidal in Lsung. Starke Suren, z. B. Salpetersure, drngen die Hydrolyse durch Verminderung der OH'-Ionen zurck, wie aus der Farbnderung zu sehen ist. Umgekehrt bewirken Salze einer schwachen Sure, wie das Natrium- acetat, infolge Bindung der H--Ionen starke hydrolytische Spaltung. Eisen(II)hydroxyd ist im Gegensatz zum Eisen(III)hydroxyd eine relativ starke Base, infolgedessen sind die Eisen(II)salze auch nur mig hydrolysiert. Die schwache Basizitt des Ferrihy- droxyds kommt besonders klar dadurch zum Ausdruck, da es im Gegensatz zum Ferro- hydroxyd, wie das Al(OH) 3 und Cr(0H) 3 kein Carbonat zu bilden imstande ist. Ferri- salze besitzen stark reduzierenden Stoffen 62 Eisengruppe (Eisen) gegenber betrchtliches Oxydationsvermgen, denn die dritte Valenz des Fe--Ions besitzt nur geringe Elektroaffinitt, da die Umwand- lung des Fe" in das Fe"'- Ion sich unter Energieverbrauch vollzieht. Schwefelwasser- stoff wird z. B. leicht unter Schwefelab- scheidung oxydiert: 2Fe- + S" - 2Fe- + S. Der Wert des elektrolytischen Gleichge- wichtpotentials Fe/l-n Fe", entsprechend dem Vorgang Fe ^ Fe" + 2 0, betrgt h = -0,43 Volt (Wasserstoffelektrode = 0). Jedoch erhlt man diesen Wert nicht un- mittelbar nach Einbringen des Eisens (ge- schmolzenes, reines Eisen) in die Ferro- sulfatlsung. Vielmehr zeigt sich das ge- messene Potential wahrscheinlich infolge der Langsamkeit, mit der der mgliche elektroly- tische Lsungsdruck erreicht wird (vgl. auch den Artikel,, Passivitt"), um 0,1 und mehr Volt edler und erst nach lngerer Zeit erhlt man konstante Werte. Umgekehrt bekommt man ein viel unedleres Potential, wenn man elektrolytisch abgeschiedenes, also H 2 -haltiges Eisen, besonders wenn es noch eine Zeitlang kathodisch polarisiert ist, zur Messung be- nutzt. Das Gleichgewichtpotential kann hier bei 0,66 Volt liegen. Diese Erschei- nung hat zur Folge, da auch der umgekehrte Vorgang, die kathodische Eisenabscheidung, ein verzgerter ist. Das Abscheidungs- potential liegt bei Zimmertemperatur fr Chlorid- und Sulfatlsungen bei h = 0,6 bis 0,7 Volt, also weit ber dem Gleichge- wichtpotential. Das Potential fr die Ionenumladung Fe" -> Fe*" berechnet sich aus der Kette Pt (platiniert) | FeCl 3 ,FeCl 2 ,HCl | gegen die Normalkalomelelektrode zu + 0,75 Volt. Ueber komplexe Ionen siehe die analy- tische und die spezielle Chemie. 7. Analytische Chemie. 7a) Qualitative Analyse, a) Vorproben auf trockenem Wege. Auf Kohle vor dem Ltrohr bei Gegenwart von Soda erhitzt, werden alle Eisenverbindungen zu Metall reduziert. Man erhlt kein Metallkorn, sondern Metall- flitterchen. Die Phosphorsalzperle gibt je nach der Konzentration des aufgelsten Eisens und der Temperatur verschiedene Frbungen, die in der Oxydations- und Reduktions- flamme ziemlich gleichartig sind. Die Farb- nderung verluft bei grerer Konzen- tration von rot zu gelbgrn, bei geringer von gelb zu farblos in der Klte. Die Borax- perle durchluft in der Oxydationsflamme die Farben rot bis gelb, in der Reduktions- flarnme die Farben braun bis schmutzig- grn mit abnehmender Temperatur. ) Nachweis auf nassem Wege, I. Reaktionen auf Fe"-Ionen. Schwefelwasserstoff fllt aus sauren Lsungen kein Sulfid. Mit Schwefelmmon fllt quantitativ FeS, das sich in Suren lst. FeS0 4 + (NH 4 ) 2 S = FeS + (NH 4 ) 2 S0 4 . Natronlauge erzeugt bei Luftabschlu eine vollstndige Fllung von weiem Ferro- hydroxyd, welches durch Luftsauerstoff rasch grnschwarz (Ferriferrohydroxyd) und schlielich rotbraun (Ferrihydroxyd) wird. FeS0 4 + 2NaOH = 2Fe(OH) 2 + Na 2 S0 4 . Ammoniak gibt bei Gegenwart von Ammoniumsalzen bei Luftabschlu keine Fllung (Zurckdrngung der OH'-Ionen- Konzentration durch die Gegenwart des gleichartigen NH 4 -Ions aus dem Ammonsalze. Bei Abwesenheit von Ammonsalzen tritt Fllung ein wie bei Natronlauge. Natrium carbonat gibt einen weien, in Suren leicht lslichen Niederschlag, der durch Luftsauerstoff unter Kohlensureab- spaltung allmhlich in braunes Ferrihydroxyd bergeht. FeS0 4 + Na 2 C0 3 = FeC0 3 + Na 2 S0 4 2FeC0 3 + 3H 2 + - 2C0 2 + 2Fe(OH) 3 . Kaliumcyanid erzeugt zunchst einen rotbraunen Niederschlag von Ferrocyanid, der sich im Ueberschu des Fllungsmittels unter Bildung des Kaliumsalzes der kom- plexen Ferrocyanwasserstoffsure lst. Die Ferroionen verschwinden dabei und die vorher beschriebenen Reaktionen bleiben nunmehr aus: FeS0 4 + 2KCN = K 2 S0 4 + Fe(CN) 2 Fe(CN) 2 + 4KCN = K 4 [Fe(CN) 6 ]. Kaliumeisen(III)cyanid gibt einen blauen, in Suren unlslichen Niederschlag von Turnbulls Blau (a), der in alkalischer Lsung grnschwarz wird (b), charakteristische Re- aktion auf Ferrosalze. a) 3FeS0 4 + 2K 3 [Fe(CN) 6 ] - Fe 3 [Fe(CN) 6 ] 3 +3K 2 S0 4 . b) Fe,[Fe(CN) 6 ] a +8KOH = 2K 4 [Fe( CN) 6 ]+ 2Fe(OH) 3 + F e(OH) 2 . Grnschwarz. Fhrt man die Reaktion a mit weniger als einem Molekl Ferrosulfat aus, so er- hlt man lsliches Turnbullsches Blau, das durch K-Ionen aussalzbar ist. K 3 [Fe(CN) 6 ] + FeS0 4 = KFe[Fe(CN) 6 ] + K 2 S0 4 . Kaliurneisen(II)cyanid fllt bei Luft- abschlu aus 1 Mol. Ferrosulfat weies Eisen(II)kaliumeisen(II)cyanid (a), bezw. aus 2 Mol. Ferrosulfat Eisen(II)eisen(II)cyanid(b). a) K 4 [Fe(CN) 6 ] + FeS0 4 = K 2 S0 4 + K 2 Fe[Fe(CN)J. b) K 4 [Fe(CN) 6 ] + 2FeS0 4 = 2K 2 S0 4 + Fe 2 [Fe(CN) 6 ]. Beide Niederschlge oxydieren sich rasch an der Luft, wobei aus a lsliches Berliner Eisengruppe (Eisen) 63 Blau, aus b unlsliches Berliner Blau gebildet wird. Das lsliche Berliner Blau scheint identisch mit dem lslichen Turnbullschen Blau zu sein. Khodankalium gibt zum Unterschied von Ferrisalzen keine Reaktion. II. Eeaktionen auf Fe ,,- -Ion. Schwefelwasserstoff reduziert in schwach salzsaurer Lsung zu Ferrosalz unter Schwefelabscheidung. Ausfllung von FeS findet nicht statt. Schwefelammon reduziert in gleicher Weise, und fllt, im Ueberschu angewandt, sofort FeS. Natronlauge, Ammoniak, Natrium- carbonat, Baryumcarbonat erzeugen eine vollstndige Fllung von rotbraunem Fe(0H) 3 . FeCl 3 + 3NaOH - Fe(0H) 3 + 3NaCl. Natriumacetat gibt in der Klte eine Rotfrbung, in der Hitze durch zunehmende Hydrolyse einen rotbraunen, in Suren ls- lichen Niederschlag, der sich beim Erkalten wieder lst. FeCl 3 + 3NaC 2 H s 2 = Fe(C 2 H 3 2 ) 3 +3NaCl (kalt). Fe(C 2 H 3 2 ) 3 + 2H 2 ^ Fe(OH) 2 C 2 H 3 2 + 2H.C 2 H 3 2 (hei). Natriumphosphat fllt gelblichweies Ferriphosphat, das in Essigsure unlslich, leicht lslich dagegen in Mineralsuren ist. Um die Fllung quantitativ zu machen, fhrt man sie deshalb bei Gegenwart von Alkaliacetat aus. FeCl 3 + Na 2 HP0 4 + Na .C 2 H 3 2 = 3NaCl + H.C 2 H 3 2 + FeP0 4 . Rhodankalium oder Rhodan- ammonium erzeugen eine blutrote, mit Aether oder Amylalkohol ausschttelbare Frbung von Ferrirhodanid, und zwar tritt, da die Reaktion umkehrbar, bei einem Ueberschu von Ferrisalz oder Rhodan- kalium die Rotfrbung am intensivsten auf. FeCl 3 + 3KCNS ^ 3KC1 + Fe(CNS) 3 . Diese sehr empfindliche Reaktion versagt bei Anwesenheit von viel Alkaliacetat, ferner bei Gegenwart von weinsauren Salzen in neutraler Lsung, von Mercurichlorid und von salpetriger Sure. Andererseits erzeugt konzentrierte HN0 3 ohne Gegenwart von Ferrisalz mit NH 4 .SCN eine ausschttel- bare, nach einiger Zeit verschwindende, Rot- frbung, herrhrend von Zersetzungspro- dukten der Rhodanwasserstoffsure. Kaliumeisen(II)cyanid gibt in neu- traler oder saurer Lsung eine Fllung von Berliner Blau, das in Oxalsure und kon- zentrierter Salzsure lslich ist, und mit Alkalien, wie alle Ferrisalze, unter Bildung von Ferrihydroxyd zersetzt wird. 4FeCl 3 + 3K 4 [Fe(CN) 6 ] = Fe 4 [Fe(CN) 6 ] 3 + 12KC1. Versetzt man Kaliumeisen(II)cyanid mit weniger als einem Molekl Ferrisalz, so erhlt man lsliches Berliner Blau, das mit K-Ionen aussalzbar ist. FeCl 3 + K 4 [Fe(CN) 6 ] = KFe[Fe(CN) 6 ] + 3KC1. Kaliumeisen(III)cyanid erzeugt in Ferrisalzlsungen nur eine braune Frbung. Allgemein ist zu den Reaktionen auf Fe"*- Ionen zu bemerken: Anwesenheit von orga- nischen Oxysuren z. B. Weinsure, ferner von Glycerin, Zucker und anderen Hydroxyl- verbindungen, hindert die Fllung des Eisens durch Ammoniak, Natronlauge, Natrium- carbonat, Alkaliacetat und -Phosphat. Schwefelammon fllt dagegen FeS aus. 7 b) Quantitative Analyse. a) Bestimmung als Fe 2 3 . Wesent- lich fr diese Art der Bestimmung ist Vorhandensein dreiwertigen das Eisens. Zu diesem Zweck behandelt man die wsserige Lsung, z. B. eine solche von Ferrosulfat in der Hitze mit einigen ccm konzentrierter Salpetersure und ver- setzt nach der Oxydation ebenfalls in der Hitze mit einem geringen Ueberschu von Ammoniak. Auf diese Weise fllt das Eisen in dunkelrotbraunen Flocken aus, die man filtriert, mit heiem Wasser auswscht, trocknet und in einem Porzellantiegel ver- brennt. Zum Schlu erhitzt man noch eine Zeitlang im halbbedeckten Tiegel ber der Bunsenflamme, nicht jedoch auf dem Ge- blse, da hierdurch leicht Fe 3 4 gebildet wird, was zu niedrige Resultate geben wrde. Man wgt als Fe 2 3 . Organische Substanzen drfen bei der Fllung nicht zugegen sein (vgl. oben bei der qualitativen Analyse). ) Bestimmung als metallisches Eisen. Liegen Eisenoxyde vor, so fhrt die Reduktion im Wasserstoffstrom zu metall- lischem Eisen rasch und bequem zum Ziel. Man bringt zu diesem Zweck die zu analysierende Substanz in einem Porzellanschiffchen in ein Rohr von schwer schmelzbarem Glas und leitet bei heller Rotglut einen getrockneten Wasserstoffstrom darber, bis sich an den kalten Teilen des Rohres keine Wassertrpf- chen mehr bilden. Man lt darauf im Wasserstoffstrom erkalten, verdrngt den Wasserstoff durch Kohlensure und wgt das entstandene graue Eisen. y) Maanalytische Bestimmung. Von den maanalytischen Methoden ist die Permanganatbestimmung die einfachste und genaueste. Die Bestimmung verlangt zwei- wertiges Eisen und beruht auf der Oxy- dation von Fe" zu Fe" - -Ion in saurer Lsung entsprechend der Gleichung: 2KMn0 4 + 10FeS0 4 + 8H 2 S0 4 = K 2 S0 4 + 2MnS0 4 + 5Fe 2 (S0 4 ) 2 + 8H 2 0. 64 Eisengruppe (Eisen) Liegt das Eisensalz in dreiwertiger Form vor, so mu es vorher durch Zink und Schwefelsure zu Ferrosalz reduziert werden. Ohne jede Schwierigkeit kann diese Be- stimmung bei Abwesenheit von Salzsure ausgefhrt werden. Man suert die zu titrierende Ferrosalzlsuug mit Schwefelsure stark an und verdnnt mit Wasser auf ca. 400 ccm. Hierauf lt man aus einer Brette bis zur bleibenden Rotfrbung 1 / 10 n-Kaliumpermanganatlsung zuflieen und berechnet aus der verbrauchten Menge KMn0 4 das vorhandene Eisen (1 Gewichtsteil KMn0 4 entspricht 5 Teilen Eisen). Mu die Titration in salzsaurer Lsung vorge- nommen werden, so titriert man, da Salz- sure durch Permanganat bei Gegenwart von Ferrochlorid zu Chlor oxydiert wird, bei Gegenwart von Mangansulfat und Phos- phorsure, da unter diesen Umstnden keine Chlorbildung eintritt, ferner die Schrfe des Umschlags infolge Bildung farbloser kom- plexer Phosphatverbindungen nicht beein- trchtigt wird. Man setzt also zur Aus- fhrung der Bestimmung ca. 5 g Mangan- sulfat und 3 ccm syrupse Phosphorsure hinzu und fhrt im brigen die Bestimmung wie oben angegeben aus. 7c)Elektroanalyse: Fr die quantitative elektroanalytische Bestimmung kommt prak- tisch einzig die von Classen ausgearbeitete Methode in Ammonoxalatlsung in Betracht. Man kann sowohl von Ferro- wie Ferrisalz- lsung ausgehen, kann ferner kalt und hei elektrolysieren, nur mu man Sorge tragen, da nicht Nitrate oder freie Salzsure an- wesend sind. Das abgeschiedene Eisen ist kohlenstofffrei, sobald man den Strom nach der Abscheidung der letzten Spuren Eisen unterbricht; setzt man die Elektrolyse un- ntz lange fort, so erfolgt durch Reduktion der aus der Oxalsure entstammenden C0 3 - Anionen Abscheidung von Kohlenstoff. Man verwendet auf 0,2 g Metall ca. 7 g Amnion- oxalat, verdnnt das ganze auf ca. 150 ccm und elektrolysiert in einer matten oder polierten Platinschale mit einer Badspannung von 2 bis 4 Volt und einer Stromdichte ND 100 = 1 bis 1,5 Amp. bei gewhnlicher Temperatur, 0,5 bis 1 Amp. in der Wrme. Nach Entfrbung der Lsung prft man mittels berschssigem Rhodankalium und Salz- sure eine Probe der zuvor mit HN0 3 oxy- dierten Lsung, hebert ab, falls keine Rot- frbung mehr auftritt, und reinigt die Schale mit Wasser. Nach dem Waschen mit Alkohol und Aether trocknet man im Luftbade bei 70 bis 80. Auch die Schnellfllung des Eisens mittels mechanischer oder nach Frary mittels magnetischer Rhrung liefert gute Resultate. Man elektrolysiert mit einer Badspannung von 6 bis 7 Volt und einer Stromstrke von 7 Ampere. Die Dauer einer derartigen Elek- troanalyse betrgt 25 bis 30 Minuten. Auer dem Zusatz von Ammonoxalat tut man in diesem Falle gut, noch 1 ccm gesttigte Oxalsurelsung hinzuzusetzen. 8. Spezielle Chemie. 8a) Allgemeines Verhalten des Metalls. Eisen ist unedler als Wasserstoff, infolgedessen lst es sich leicht in verdnnten Suren unter Wasser- stoffentwickelung zu den entsprechenden Salzen auf. Gegen konzentrierte Schwefel- sure und sogenannte Mischsure (Salpeter- sure und Schwefelsure) ist es dagegen sehr bestndig. Technische Prozesse, wie Sulfurierungen und Nitrierungen knnen daher in eisernen Gefen ausgefhrt werden. Auch von Alkalien wird Eisen kaum ange- griffen. Em merkwrdiges Verhalten zeigt es konzentrierter Salpetersure gegenber. Es geht ebenso wie Chrom, Nickel und Kobalt in den passiven Zustand ber, d. h. es wird edler und verdrngt nicht mehr den Wasserstoff in den Suren, auch vermag es edleren Elementen wie z. B. dem Kupfer nicht mehr seine Ladungen zu entziehen. Die Erklrung fr diese Erscheinung ist vielleicht in einer oberflchlichen Oxydation des Metalls zu suchen, die es vor ueren An- griffen schtzt, oder aber kann man die Tat- sache auch derart begrnden, da die Passivi- tt auf einer sehr kleinen Geschwindigkeit des Vorgangs Fe -> Fe " + 20 beruht, die in einer festen Lsung von Sauerstoff, der z. B. aus der Salpetersure stammen kann, ihre Ursache hat. Umgekehrt kann man auch annehmen und damit kommt man viel- leicht den Tatsachen am nchsten, da im aktiven Zustand der Vorgang Fe-3-Fe-+2 Q durch einen positiven Katalysator, nmlich durch mit Eisen legierten Wasserstoff, be- schleunigt wird. Der passive Zustand kann auch durch anodische Polarisation hervor- gerufen werden. An trockener Luft ist das Eisen bestndig, an feuchter Luft berzieht es sich mit einer Oxydschicht, es rostet. Zur Rostbildung ist nicht, wie man frher an- nahm, Kohlensure notwendig, indem sich durch hydrolytische Spaltung des gebildeten Carbonats Eisenhydrate bilden. Eisen rostet auch unter vollstndigem Kohlensureab- schlu. Wahrscheinlich tritt Rostbildung dadurch ein, da in Wasser gelster Sauer- stoff OH'-Ionen bildet, deren negative Ladung durch die positive Ladung von in Lsung befindlichen Eisen-Ionen kompensiert wird. ; Da das Lslichkeitsprodukt von Eisen- hydroxyd sehr klein ist, tritt Ausscheidung ein und der Vorgang, die Rostbildung, schrei- tet weiter. Um Eisen vor ueren Angriffen zu schtzen, verzinkt man es. Hier- durch erhlt man ein kurz geschlossenes galvanisches Element, in der Zink als unedleres Metall die Lsungselektrode bildet, whrend Eiseng-ruppe (Eison ) 65 das Eisen unangegriffen bleibt. Mit Sauer- stoff reagiert Eisen, namentlich, wenn es bei schwacher Kotglut durch Reduktion im Wasserstoffstrom erhalten wurde, bereits bei gewhnlicher Temperatur, es besitzt pyro- phorische Eigenschaften. Wasserdampf zer- setzt das Metall je nach der Temperatur unter Bildung verschiedenartiger Oxyde. In der Gegend von 350 entsteht, da hier der Dissoziationsdruck des Sauerstoffs aus dem Wasserdampf nur wenig grer als der des FeO ist, hauptschlich dieses Oxyd. Erst von 820 an wird der Sauerstoffdruck des Fe 3 4 und damit dessen Bildung erreicht. Wasserstoff wird von Eisen absorbiert und zwar wchst die Lslichkeit, die bei 800 ca. 0,2 mg pro 100 g Metall betrgt, mit der Temperatur. Charakteristische Sprnge tre- ten in der Lslichkeitskurve beim Uebergang von - in y-Eisen und besonders, wie auch beim Nickel und Kobalt, beim Schmelzpunkt auf. Der Uebergang von a- in -Eisen ist dagegen in der Kurve nicht erkennbar. Wie beim Platin, Nickel und Kobalt und anderen Metallen ist auch hier die Lslichkeit bei kon- stanten Temperaturen, bis herab zu Drucken von ungefhr 100 mm, der Quadratwurzel aus dem Wasserstoffdruck proportional, also offenbar auch hier atomistisch gelster Wasserstoff anzunehmen. Eine besondere Rolle spielt die Wasserstoffabsorption bei der elektrolytischen Abscheidung des Eisens. Elektrolyteisen ist stets wasserstoffhaltig und zwar um so strker, je hher die Strom- dichte und je niedriger die Elektrolyttempera- tur liegt. Technisch ist nun der Wasserstoff- gehalt eines Eisens von groer Bedeutung, da derartiges Metall, obgleich es sehr rein ist, zur Herstellung von Elektromagneten wegen der stark auftretenden Hysteresiserscheinung (magnetische Nachwirkung) nicht brauchbar ist. Es bedeutete daher einen groen Fort- schritt, da es krzlich gelungen ist, reines wasserstofffreies Elektrolyteisen herzustellen, welches, zum Bau von Motoren verwandt, einen Nutzeffekt ergab, der bisher nicht erreicht werden konnte. - - Zur Stickstoff- 8b) Verbindungen des zweiwertigen Eisens, Ferroverbindungen. Ferrooxyd, Eisen(II)oxyd, Eisen- oxydul, FeO entstellt durch Erhitzen von Eisen(II)oxalat bei Luftabschlu oder auch durch Reduktion von Eisen(III)oxyd mit Kohlenoxyd bei 500 als samtschwarzes Pulver von pyrophorischen Eigenschaften. Auf 1000 erhitzt bildet es eine stabilere Modifikation, die an trockener Luft haltbar ist. In Mineralsuren ist es leicht lslich. Ferrohydroxyd,Eisen(II)hydroxyd, Eisenhydroxydul,Fe(OH) 2 , bildet sich bei Sauerstoffabschlu als weier Niederschlag beim Versetzen einer Eisen(II)salzlsung mit Kaliumhydroxyd (vgl. 7, qualitative Analyse). F er rosulfid, Eise n( II) sulfid, Ei sen- su lfr, FeS, in der Natur als Troilit vor- kommend, bildet sich durch direktes Zu- sammenschmelzen aus den Komponenten. Es stellt eine metallglnzende Masse von dunkel- grauer bis grauschwarzer Farbe vor und schmilzt bei 950. Es dient zur Herstellung von Schwefelwasserstoff. Ferrochlorid, Eisen(II)chlorid, Eisen chlor r, FeCl 2 , bildet sich wasserfrei durch Glhenvon Eisenpulver in einem Strom von trockenem Chlorwasserstoffgas in Form weier Schuppen, die bei Rotglut schmelzen und schlielich in glnzenden Blttchen sublimieren. Der Siedepunkt liegt bei 1400. 100 g Wasser lsen bei 20 68,5 g anhy- drisches Salz. Aus der wsserigen konzen- trierten Lsung scheidet sich in der Klte das Hydrat FeCl 2 + 4 H 2 in grnen Kristal- len ab, die an der Luft durch Oxydation leicht gelbbraune Farbe annehmen. Ein zweites Hydrat FeCl 2 + 2 H 2 mit dem Uebergangs- piinkt bei 80~ erhlt man durch Kristallisa- tion aus heien Lsungen, oberhalb der Uebergangstemperatur. Am bequemsten erhlt man Lsungen von Eisen(II)chlorid durch Auflsen von Eisen in Salzsure. Ferrobromid, Eisen(II)bromid, E i s e n b r m r, Fe Br 2 , entsteht unter heftiger Reaktion direkt aus den Elementen. Da bei hherer Temperatur Eisen(III)bromid stets in absorption scheint das Eisen, ebenso wie das ; Eisen(II)bromid und Brom dissoziiert, er- Nickel und Kobalt, nur wenig Neigung zu hlt man unter diesen Bedingungen not- haben. Erst bei 1200 findet langsame Ab- wendigerweise stets das II-Bromid. Tech- sorption statt, die beim Schmelzpunkte unter irisch wichtig ist ein Gemisch von II-Bromid gleichzeitiger Nitridbildung lebhafter wird. und III-Bromid fr die Darstellung von Feinverteiltes Eisen, wie man es aus Eisen- Bromkalium und Bromnatrium, da beim Oxalat durch Reduktion im Wasserstoff strm Umsatz dieses Sesquibromides mit den erhlt, verbindet sich bei 80 unter starkem entsprechenden Alkalicarbonaten unter Koh- Druck mit Kohlenoxyd zu Eisentetracarbonyl lensureabspaltung neben Bromalkali ein Fe(CO) 4 . Unter bestimmten Bedingungen 1 gut filtrierbares, krniges Eisen(II)Eisen- kann man auch ein Eisenpentacarbonyl ge- (Ill)hydroxyd entsteht. Konzentrierte L- winnen, das wiederum im Licht in Hepta- sungen von Eisen(II)bromid scheiden in der carbonyl zerfllt. Bei hohen Temperaturen Klte blaugrne Kristalle der Zusammen- wird Kohlenoxyd durch feinverteiltes Eisen setzung FeBr 2 + 4H 2 ab. katalytisch in Kohle und Kohlensure ge- Ferrojodid, Eisen(II)jodI d, Eisen- spalten, jodr, FeJ 2 , entstellt ebenfalls direkt aus Handwrterbuch der Naturwissenschaften. Band III. & 06 Eisengruppe (Eisen) den Elementen und kristallisiert aus kaltem Wasser mit 4 Moleklen H 2 0. Ferrosulfat, Eisen(II)sulfat, Eisenoxydulsulfat, Eisenvitriol, FeS0 4 +7H 2 0, findet sich, wahrscheinlich durch Oxydation von Pyriten entstanden, in der Natur. Durch Lsen von Eisen oder Eisen(Il)sulfid in verdnnter Schwefelsure ist es leicht herzustellen. Es kristallisiert monoklin, mitunter jedoch auch rhombisch, in blagrnen Kristallen mit 7 Moleklen H 2 0, oxydiert sich jedoch leicht zu basi- schem gelbbraunem Sulfat. 100g Wasser lsen bei 20 26,42 g anhydrisches Salz. Andere Hydrate sind das 4-Hydrat mit einem Ueber- gangspunkt bei 56,6 und das 1-Hydrat mit einem solchen bei 75,8. Bei 100 getrocknet verliert das 7-Hydrat 6 Molekle Kristall- wasser, das 7. Molekl geht erst bei 300 fort. Das wasserfreie Salz besitzt weie Farbe. Beim starken Glhen wird S0 2 und S0 3 abgespalten und es hinterbleibt Eisenoxyd. Von seinen Doppelsalzen ist das wichtigste das Ammoniumeisen(II)sulfat, (NH 4 ) 2 Fe(S0 4 ) 2 + 6H 2 0, das sogenannte Mohrsche Salz, welches uerst luftbestndig ist und daher in der Maanalyse Verwendung findet. Die reduzierende Wirkung des Eisen(II)- sulfats kommt namentlich in seinem Ver- halten zu Goldlsungen zum Ausdruck, aus denen Metall ausgefllt wird. In alkalischer Lsung reduziert es organische Farbstoffe wie Indigo zur Leukobase, ferner Nitro- verbindungen zu den entsprechenden Amido- ' krpern. Ein eigentmliches Verhalten zeigt es, wie auch andere Eisen(II)salze , Stick- oxyd gegenber. Dieses Gas wird mit tief- brauner Farbe gelst und bildet je nach der Temperatur unbestndige Molekularverbin- dungen wechselnder Zusammensetzung. Beim Erhitzen zerfallen sie leicht wieder in ihre Komponenten. Vielleicht hat man es mit dem labilen Ionenkomplex FeNO" zu tun. Eisenvitriol wird als schwaches Desinfek- tionsmittel, ferner in der Frberei als Beiz- mittel und zur Darstellung von Tinten ver- wendet. Der tanninhaltige Gallpfelauszug bildet mit ihm Ferrotannat, welches durch Oxydation an der Luft in bestndiges schwr- zes Ferritannat bergeht Ferronitrat, Eisen(II)nitrat ent- j steht durch Umsetzung von Eisen(II)sulfat mit Baryumnitrat und bildet ein uerst zerflieliches Salz, Es kristallisiert mit 6 Mol H 2 bei gewhnlicher Temperatur aus, doch existiert noch ein 9-Hydrat mit dem Ueber- gangspunkt bei 12. 100 g Wasser lsen bei 20 83,5 g anhydrisches Salz auf. Ferrophosphat,Eisen(II)phosphat, Fe 3 (P0 4 ) 2 +8H 2 0, in der Natur den Vivianit ! bildend, entsteht auf nassem Wege durch Fllen von Eisensulfat mit phosphorsaurem Natrium als gelblich weier Niederschlag. Einen Uebergang zwischen zwei- und drei- wertigem Eisen bildet der Magneteisen- stein, Fe 3 4 , ein Eisenoxyduloxyd, wel- ches in der Natur hufig in undurchsichtigen schwarzen Oktaedern vorkommt. Fe 3 4 ist auch der sogenannte Hammerschlag. Synthetisch kann man es durch Verbrennen von Eisen in Sauerstoffgas darstellen. Es bildet das bestndigste Oxyd des Eisens, oxydiert sich in der Glhhitze nicht weiter und besitzt stark magnetische Eigenschaften. In Suren, selbst in konzentrierter Salpeter- sure ist seine Lslichkeit sehr gering. 8c) Verbindungen des dreiwertigen Eisens, Ferriverbindungen. Ferri- oxyd, Ei s e n(III)o xy d, Fe 2 3 , kommt in der Natur als Eisenglanz oder Rot- eisenstein vor. Es bildet sich leicht beim Glhen von Eisennitrat oder Eisensulfat, und entsteht ferner beim Rsten der Pyrite als Nebenprodukt der Schwefelsurefabrikation (caput mortuum). In stark geglhtem Zu- stande ist Fe 2 3 nur sehr langsam in Suren lslich. Von Wichtigkeit sind seine kataly- tischen sauerstoffbertragenden Wirkungen, z. B. die Beschleunigung des Vorgangs S0 2 + O ^ S0 3 , demgem kann Fe 2 3 den Platin- asbest im Kontaktproze ersetzen. Es findet praktische Verwendung als Poliermittel, als Farbe (Pariser Rot), ferner in der httentech- nischen Fabrikation des Eisens. Hydrate des Eisen(III)oxyds wechselnder Zusammen- setzung finden sich in der Natur als Braun- eisenstein oder brauner Glaskopf, als Brauneisenocker und Nadeleisenerz. Fe(OH) 3 Eisen(III)hydroxyd entsteht durch einfache Umsetzung von Eisen(III)- salzen mit Kalilauge. Im Gegensatz zu den Hydraten des Chroms und Aluminiums ist seine Lslichkeit in Alkali nur ganz gering. Es dissoziiert also nur ganz schwach nach dem Suretypus. Ueber seine Neigung, kolloidale Lsungen zu bilden, siehe n Kolloidchemie des Eisens. Ferrifluorid, Eisen(III)fluorid, FeF 3 , direkt synthetisch aus den Elementen darstellbar, ist dadurch interessant, da es mit Alkalifluoriden komplexe Verbindungen z. B. Na 3 [FeF 6 ] analog dem Na 3 [Fe(CN) 6 ] zu bilden vermag. Ferrichlorid, Eisen(III)chlorid, FeCl 3 , sublimiert beim Erhitzen von Eisen im Chlorstrom in Form metallisch glnzender, grnlichschimmernder Blttchen. Es ist enorm hygroskopisch und zerfliet anfeuchter Luft zu einer braunen Flssigkeit. 100 g Wasser lsen bei 20 91,8 g anhydrisches Salz. Auer in Wasser lst es sich in vielen organischen Flssigkeiten, wieAlkohol,Aether, Benzol, Toluol. Aus konzentrierten, wsse- rigen Lsungen kristallisiert bei Zimmer- temperatur ein gelbes Hydrat der Zusammen- setzung FeCl 3 + 12H 2 0. Auer diesem Eisengruppe (Eisen) 67 Hydrat kennt man noch das 7-Hydrat, mit einem Umwandlungspunkt bei 27, das 5-Hydrat mit einem solchen bei 30 und das 4-Hydrat, welches sich zwischen 55 und 66 im Gleichgewicht mit einer Lsung von Eisen(III)chlorid befindet. Das Studium dieser Hydrate ist fr die Geschichte der Phasenlehre von groer Bedeutung gewesen, da Bakhuis-Roozeboom an diesem Bei- spiel die Bedeutung der heterogenen Gleich- gewichtslehre in ihren umfassenden Anwen- dungsmglichkeiten erkannt hat. Wie bei allen Eisen(III)salzen macht sich in ver- dnnten Lsungen von Eisenchlorid die Hydrolyse stark bemerkbar, was durch Abscheidung basischer Salze zum Ausdruck kommt. Whrend das Eisen(III)bromid FeBr 3 bei gewhnlicher Temperatur bestndig ist (man erhlt es einfach durch Zusatz ent- sprechender Mengen Brom zu Eisen(II)- bromid), ist das nur in Lsung bekannte Eisen(III)jodid bereits bei Zimmertem- peratur stark in Eisen(II)jodid und Jod dissoziiert. Ferrisulfat, Eisen(III)sulfat bildet sich in mit Salpetersure oxydierten Lsungen von Eisen in Schwefelsure, ist jedoch wegen seiner Zerflielichkeit schwer isolierbar. In prachtvollen Oktaedern kristallisiert es in Alaunform z. B. als schn amethystfarbener Ammoniumeisenalaun von der Zusammen- setzung (NH 4 ).Fe(S0 4 ) 2 + 12 H 2 0. Bedeu- tung besitzt ferner der Rubidiumeisenalaun, weil er im Gegensatz zum Kalialaun ohne Zersetzung aus heien Lsungen umkristalli- siert werden kann und hierin eine Methode liegt, Rubidium vom Kalium zu trennen. 8d) Verbindungen, in denen das Eisen hherwertig auftritt. Im Eisen- di sulfid, FeS 2 , dem luftbestndigsten Eisen- sulfid, das in der Natur dimorph als Pyrit in glnzenden, goldgelben Wrfeln, Pentagon- dodekaedern und anderen Formen des regu- lren Systems oder aber als Markasit in Form von rhombischen Kristallen auftritt, ist das Eisen wahrscheinlich vierwertig anzu- nehmen. Bei Luftabschlu erhitzt, verliert der Pyrit Schwefel und verwandelt sich zum Teil in Fe 3 S 4 oder FeS. An der Luft ge- rstet, wird der grte Teil des Schwefels zu In in schwarzroten rhombischen Prismen, die mit Kaliumsulfat und Kaliumchromat iso- morph sind, kristallisiert erhalten werden. Infolge leichter Hydrolysierbarkeit zerfallen Lsungen dieses Salzes allmhlich in Kalilauge Eisenhydroxyd und Sauerstoff. Mitunter scheidet sich hierbei farbloses Natriumferrit, Na 2 Fe 2 4 , aus. Das der Eisensure zugrunde liegende Oxyd ist unbekannt. 8e. Komplexe Verbindungen. Die wichtigsten Verbindungen dieser Gruppe sind bereits in dem analytischen Abschnitt er- whnt worden. Das Ferrocyankalium, Kalium- ferro Cyanid, Kali um eise n (Il)cyanid, gelbes Blutlaugensalz, K 4 [FeCy 6 ], welches durch Einwirkung von Cyankalium auf Eisensalze nach der Gleichung: 6 KCN + FeS0 4 = K 4 Fe(CN) 6 + K 2 S0 4 ent- steht, wurde im groen frher durch Schmelzen von trockenen stickstoffhaltigen tierischen Abfllen (z. B. Blut, daher der Name) und Eisenfeilspnen mit Pottasche bei heller Rotglut hergestellt. Das gebildete Cyankalium und Kaliumeisensulfid KFeS 2 setzen sich bei der Extraktion mit Wasser zu gelbem Blutlaugensalz um. Heutzutage verwendet man als Ausgangsmaterial die trockene Gasreinigungsmasse, d. h. Eisen- hydroxyd, welches das im Steinkohlen- teergas enthaltene Cyan neben Schwefel gebunden enthlt. Gelbes Blutlaugensalz stellt ein zitronen- gelbes Salz vor, das in groen monoklinen Prismen kristallisiert. 100 g Wasser lsen bei 20 25,1 g anhydrisches Salz. Zum Schmelzen erhitzt, zerfllt es in Stickstoff, Cyankalium und Eisenkarbid. Konzentrierte Schwefelsure zersetzt das Salz unter Bil- dung von Kohlenoxyd, verdnnte Sure unter Entwickelung von Blausure. Die freie Ferrocyanwasserstoff- sure erhlt man aus konzentrierten F 2 3 . S0 2 oxydiert und es hinterbleibt Suren ist FeS 2 kaum lslich. S e c h s w e r t i g tritt das Eisen wahrschein- lich in der Eisensure H 2 Fe0 4 auf, in der es sich wie Schwefel verhlt. Die freie Sure ist unbekannt, dagegen erhlt man leicht ihre Salze, wenn man entweder Chlor in eine wsserige Suspension von Eisenhy- droxyd in Kalilauge bei 70 leitet oder konzen- trierte Kalilauge iter Verwendung gu eisernen Anode elektrolysiert. Die Lsung frbt sich purpurrot und das Salz kann Lsungen des Kaliumsalzes mit Salzsure in Form von unbestndigen weien Kristallen. DurchOxydationderwsserigenLsungmit Chlor oder durch anodische Oxydation erhlt man das rote Blutlaugensalz, Ferri- cyankalium, Kaliumferricyanid, Kaliumeisen(I II) Cyanid, K 3 [FeCy 6 ], welches wasserfrei in dunkelroten monoklinen Prismen kristallisiert. 100 g Wasser lsen bei 20 30,3 g anhydrisches Salz auf. Durch Zu- gabe von konzentrierter Salzsure fllt neben Kaliumchlorid die freie Ferricyanwasser- stoffsure aus in Form von weien Kristallen, die wasser- und alkohollslich sind. Die Bildung von lslichem und unlslichem Berliner und Turnbullschen Blau ist im analytischen Teil ausfhrlich beschrieben. 9. Thermochemie. Bildungswrme der wichtigsten Eisenverbindungen fr je 1 g- Molekl in g-Kalorien. 5* 68 Eisengruppe (Eisen Kobalt) Bildungswrme FeCl 2 82 200 cal FeCL, Aqua*) 102 100 ,, FeCl 3 96 000 , , FeCl 3 , Aqua 128600 ,, FeBr.,, Aqua 78 100 ,, FeJ Aqua 47650 ,, FeO" 64 600 , , Fe(OH), 68300 ,, Fe,0 3 3 x 64800 ,, Fe(OH) 3 95600 ,, Fe 3 4 4 x 67 700 ,, Fe SO 4 , Aqua 235600 FeS0 4 , 7H 2 240100 ,, Fe(N0 3 ),, Aqua 119 000 ,, FeC0 3 184500 Fe.,(S0 4 ) 3 , Aqua 652 100 ,, Fe(N0 3 ) 3 , Aqua 314300 *) Aqua bedeutet vi 'ssrige Lsung. 10. Spektralchemie. Die Linien des Eisen- Bogenspektrums nach Ex 11 er und Haschek sind es vom Ultraviolett bis tief ins rote Gebiet hinein 2392 werden ihrer groen Schrfe wegen in der Regel als Standardlinien bei "Wellenlngenmessungen benutzt und sind daher von verschiedenen Spektroskopikern sehr genau gemessenworden. Rowland gibt in seiner Table of Standard wave lengths" die Wellenlngen des Bogen- und Funkenspektrunis. Eine vollkommene Zusammenstellung der Eisenlinien im Sonnen- spektrum befindet sich in Rowlands Pre- liminary table of solar spektrum wave lenghts". Die Lsungen der einfachen Ferro- und Ferrisalze geben kein sehr charakteristisches Absorptionsspektrum; es zeigen sich nur diffuse einseitige Auslschungen. Charakte- ristische Banden treten dagegen in strker komplexen Eisenverbindungen auf, z. B. in therischen oder amylalkoholischen Lsungen des Eisenrhodanids, auch in der alkoholischen Lsung des Ferrichlorids. 11. Kolloidchemie. Die Darstellung von kolloidalem Eisen kann durch katho- dische elektrische Zerstubung von Eisen- drhten in ausgekochtem gekhlten Wasser durchgefhrt werden. Allerdings A. von Jptner, Grundzge der Sidero- logie, Leipzig, Felix, 1900 bis 1904, 4 Bde. H. Weilding , Grundri der Eisenhttenkunde, Berlin, Springer, 1907. O. Dammer, Hand- buch der anorganischen Chemie, Stuttgart, Encke, III. Bd. 1893 und IV. Bd. 1903 (Fortschritte der anorganischen Chemie in den Jahren 1892 bis 1902"). Graham und Otto, Lehrbuch der anorganischen Chemie 1889, Braunschweig, Vieweg & Sohn. Der Band Eisen ist ferner in den Handbchern von Chnelin- Kraut und von Abegg im Erscheinen begriffen,. F. Sommer, b) Kobalt. Co. Atomgewicht 58,97. 1. Atomgewicht. 2. Vorkommen. 3. Ge- schichte. 4. Darstellung und Verwendung. 5. Physikalische Eigenschaften und Konstanten. 6. Valenz und Elektrochemie. 7. Analytische Chemie. 8. Spezielle Chemie. 9. Thermochemie. 10. Spektralchemie. besitzen derartige Sole, da das Eisen unedler als Wasserstoff ist, nur eine uerst geringe Be- stndigkeit, und bestehen wahrscheinlich zum Teil immer aus kolloidalem Hydroxyd. Eine kolloidale, in der Klte unbegrenzt haltbare Lsung von Eisen(III)hydroxyd lt sich leicht herstellen durch vorsichtige in der Klte durchgefhrte genaue Neutralisa- tion einer 30% filtrierten Lsung von Eisen- (Ill)chlorid mit 25% Ammoniumcarbonat- lsung und nachfolgender mehrtgiger Dialyse. Beim Kochen oder Zusatz von Elektrolyten tritt Ausflockung ein. Literatur. A. Ledebur, Handbuch der Eisen- httenkunde, Leipzig, Felix, 1906 bis 190S, 3 Bde. 1. Atomgewicht. Das Atomgewicht des Kobalts ist von der internationalen Atomgewichtskommission 1912 zu f;8,97 an- genommen worden. 2. Vorkommen. Co ist ein stndigei Be- gleiter der Nickelerze und findet sich in der Natur in ganz hnlicher Weise wie das Nickel in Verbindungen mit Schwefel und Arsen, in sehr geringen Mengen kommt es auch im Meteoreisen vor. Man kennt den Kobaltkies Co 3 S 4 , den Speiskobalt CoAs 2 , den Tesseralkies CoAs 3 , den Glanzkobalt CoAs 2 +CoS 2 , die Kobaltblte Co 3 As 2 8 + 8H 2 0, den schwarzen Erdkobalt Co0.2Mn0 2 -f 4H 2 0, ferner den Kobaltvitriol von der Zusammensetzung CoS0 4 +7H 2 0. 3. Geschichte. Kobaltverbindungen das Wort Kobalt ist synonym mit Kobold und ist wie Nickel ein Spottname fr das Metall, welches trotz des schnen Aussehens kein Edelmetall (Silber) darstellte sind seit den ltesten Zeiten bekannt. So benutzten schon die alten Aegypter Kobaltverbindungen zum Blaufrben von Glas. In den schsischen Blaufarbenwerken wird seit ber 400 Jahren die Smaltefabrikation betrieben, indem durch Schmelzen der gersteten Kobalterze mit Kieselsure und Pottasche prachtvolles, tief blau gefrbtes Kobaltoxydulkaliglas, Smalte, mit 2 bis 7% CoO hergestellt wird. Das Metall selbst wurde zuerst im Jahre 1733 von Brandt in Stockholm in unreinem Zu- stande gewonnen, aber erst die moderne Entwickelung der analytischen Chemie, die die vllige Trennung des Nickels vom Kobalt lehrte, gestattete die Herstellung reinen Metalls. 4. Darstellung und Verwendung. Metallisches Kobalt kann wie das Nickel leicht durch Reduktion seiner Oxyde mittels Eisengrappe (Kobalt) 09 Wasserstoff bei zirka 200 oder Kohle bei Weiglut, ferner durch starkes Glhen des Oxalats gewonnen werden. Technisch wird das Metall kaum hergestellt, da es trotz seiner wertvollen Eigenschaften zu selten ist , um industriell verwertet zu werden. Wie schon erwhnt, wird Kobalt haupt- schlich in Form von Oxyd verwendet, welches durch die Eigenschaft, Glasflsse blau zu frben, hohen technischen Wert besitzt. Auch als feuerbestndige Glasur- und Emailfarbe hat es Bedeutung, whrend es als Anstrich- oder Malerfarbe seit dem Jahre 1845 vom Ultramarin verdrngt wurde. 5. Physikalische Eigenschaften und Konstanten. Das Co ist ein silberweies Me- tall von starkem Glanz, mit einem Stich ins Bluliche, etwa wie das Zink. Von allen Me- tallen besitzt es die grte Zhigkeit, nur einige Stahlsorten bertreffen es in dieser Beziehung. Infolge seiner groen Dehnbar- keit lt es sich wie das Nickel zu dnnstem Draht ausziehen. Das Metall ist strker magnetisch als das Nickel, etwas weniger als das Eisen. Bei 1150 verliert es die Eigen- schaft der Magnetisierbarkeit pltzlich. Sein Schmelzpunkt liegt bei 1464, etwa 30 hher als der des Nickels. In der Knallgas- flamme oder beim Behandeln mit starken elektrischen Strmen ist das Metall flchtig, jedoch schwerer als das Nickel. Physikalische Konstanten. Das spezifische Gewicht betrgt fr ge- Ol schmolzenes Metall: d j =8,718, fr im Wasserstoffstrom reduziertes im Mittel 8,357. Die Hrte ist nach der Mohsschen Skala 5,5. Der Ausdehnungskoeffizient berechnet sich zwischen und 300 zu a t =10~ 8 (1280+ 0,75t + 0,0035 t 2 ). Die spezifische Wrme besitzt fr das Intervall 182' bis +15 den Wert 0,0822, fr das Intervall +15 bis +350 den Wert 0,1087. Die elektrische Leitfhigkeit betrgt fr 99,8% Metall bei 20 10,3x10*. 6. Valenz und Elektrochemie. Kobalt tritt zwei- und dreiwertig auf, jedoch berwiegt die Zweiwertigkeit. Kobalt(II)- chlorid und Kobalt(II)bromid besitzen dem- gem in Pyridinlsung die monomolekulare Zusammensetzung CoCl 2 und CoBr 2 . Auch das Kobalt(II)acetylacetonat besitzt normale, der Formel Co(C 5 H 7 2 ) 2 entsprechende Dampfdichte. Ferner ist die Isomorphie des Kobalt(II)sulfats CoS0 4 .7H 2 mit den Zink- und Magnesiumsulfaten ein weiterer Be- weis, wie auch die Mischkristallbildung des CoCl 2 mit den gleich zusammengesetzten Manganochloriden vollkommen mit der Zwei- wertigkeit im Einklang steht. Die Drei- wertigkeit tritt vornehmlich in den Kobalti- alaunen und in der Isomorphie des Kobalti- cyankaliums mit dem Kaliumeisen(III)eyanid zu Tage. In den Komplexverbindungen mit Ammoniak findet man vornehmlich dreiwer- tiges Metall. Hhere Wertigkeiten bestehen vielleicht in der kobaltigen Sure und ihren Salzen (Me 2 Co0 3 ), ferner eventuell in der Kobaltsure H 2 Co0 4 . Da das Kobalt zwei Reihen von Salzen bildet, entsprechend zwei- und dreiwertigem Metall, so hat man es in wsseriger Lsung auch mit zwei- und dreiwertigen Kationen zu tun. Die gewhnlichen Salze leiten sich vom zweiwertigen Metall ab und erteilen beim Ls ungs Vorgang dem Wasser die rote Farbe des Co "Ions. In Gegensatz zu diesem ist das Co Ion grn gefrbt und derart zersetzlich, da es bereits die OH-Ionen des Wassers unter Zerfall in rotes Co" mit betrchtlicher Geschwindigkeit unter Sauer- stoffentwickelung zu zersetzen vermag ent- sprechend den Gleichungen: Co-f OH' -> Co"+OH;20H^O+H 2 O.GrneKobalt(III)- salzlsungen, z. B. das Sulfat, sind in- folgedessen nicht haltbar, da sie nach den Gesetzen der Massenwirkung entsprechend der Konzentration an Co - "- und OH'-Ionen mit bestimmter Geschwindigkeit zerfallen mssen. Die elektrolytisch, durch anodische Oxydation, durchfhrbare Synthese der grnen Salze geht demgem am besten vor sich in saurer Lsung (Verminderung der OH- Ionen) und mglichst niederer Temperatur, da hierdurch Bedingungen gegeben sind, die Zersetzungsgeschwindigkeit gegenber der Bildungsgeschwindigkeit zu vermindern. Da in stark schwefelsaurer Lsung hierbei das Lslichkeitsprodukt des Kobalt(III)sulfats berschritten wird, kann festes grnes Ko- baltsulfat isoliert werden. Kobaltsalzlsungen sind in geringem Grade hydrolytisch gespalten und zwar etwas schwcher als die entsprechenden Nickel- salzlsungen. Das dem Vorgang Co -> Co- entspre- chende Normalpotential (bezogen auf die Einheitskonzentration - 1 g Formelgewicht im Liter die Normalwasserstoffelek- trode als Nullpunkt) betrgt - 0,29 Volt. Das Vorzeichen entspricht der Ladung der Elektrode. Fr die Ionenumladung Co "->Co"* wurde der Wert + 1,8 Volt gefunden. Entsprechend der geringen Elektro ff initt ist das Co Ton in hohem Grade befhigt, Nebenvalenzen zu bettigen. Es existieren daher eine groe Reihe von Ionen, in denen das Kobalt, hauptschlich in dreiwertiger Form, als komplexes Kation bezw. Anion vorkommt. [Co(CN) 6 ]'", [Co(N0 2 ) 6 ]"' und [Co(NH 3 ) 6 ]"' sind die bekanntesten Beispiele. Auch die eigentmliche Erscheinung, da Kobalt(II)salze beim Versetzen mit Salzsure bezw. mit Chloriden w T ie CaCl 2 oder LiCl sich blau frben, ist wahrscheinlich auf Bil- 70 Eisengruppe (Kobalt) dng komplexer Kobaltionen zurckzufhren. Man hat es in der Lsung hierbei offenbar mit den Anionen CoCl 3 ' bezw. CoCl 4 " zu tun. 7. Analytische Chemie. 7a) Quali- tative Analyse: Alle Kobaltverbindungen geben mit Soda und Kohle vor dem Lt- rohr erhitzt weie, glnzende, magnetische Metallflitterchen. Perlreaktionen: In der Phosphorsalz- perle erhlt man im Oxydations- sowie im Re- duktionsfeuer blauviolette Frbungen. Die Boraxperle erzeugt im Oxydations- wie im Reduktionsfeuer rein blaue Perlen, die beim Erkalten dunkler sind als in der Hitze. Reaktionen auf Kobalt(II)salze bezw. Co"- Ionen. Schwefelammon erzeugt einen schwarzen in Essigsure und 4prozentiger kalter Salzsure unlslichen, in konzentrierter Salpetersure und Knigswasser leicht ls- lichen Niederschlag von Kobalt(II)sulfid. CoCl 2 + (NH 4 ) 2 S=CoS + 2NH 4 Cl. Natronlauge fllt in der Klte zuerst blaues basisches Salz, das beim Erwrmen und weiterem Zusatz von NaOH in reines rotes Hydroxvd bergeht. Durch Einwirkung von Luftsauerstoff wird der Niederschlag bald mifarbig und endlich braun unter Bildung von Kobaltoxyduloxydhydrat. /OH CoCl 2 +NaOH=Co<_ (blau) + NaCl .OH /OH Co/ +NaOH=Co<^ (rot) -f NaCl OH. /OH 3Co(OH) 2 + OH^ C0.O.C0.O.C0- \OH (braun) + H 2 Versetzt man gleichzeitig mit Natronlauge und Bromwasser, so fllt schwarzes Kobalti- hydroxyd aus. Ammoniak verhlt sich in geringen Mengen zugesetzt wie NaOH. In ber- schssigem Ammoniak lst sich der Nieder- schlag von Kobalthydroxyd leicht auf unter Uebergang in den wenig bestndigen Kobalt- (H)amminkomplex, welcher wiederum durch den Sauerstoff der Luft leicht in den be- stndigeren Kobalt(III)ammoniakkomplex bergefhrt wird. /OH 2Co<^ +14NH 4 OH+0=2[Co(NH 3 ) 6 ](OH) 3 + 2NH 4 C1+UH 2 Natrium- bezw. Kaliumcarbonat fllen rotviolettes basisches Carbonat aus. Cyankalium erzeugt zunchst einen Niederschlag von schmutzigrosafarbenem Ko- baltcyanid, das sich in berschssigem Cyan- kali mit grnbrauner Farbe zu dem komplexen Salz K 2 [CoCy 4 ] bezw. K 4 [CoCy 6 ] lst. Beim Kochen unter Sauerstoffzutritt frbt sich die Lsung durch Oxydation unter Bildung des sehr bestndigen" Kobalt(III)komplexes K 3 [CoCy fi ] gelb und gibt jetzt mit Natron- lauge und Brom keinen Niederschlag mehr (Unterschied vom Nickel). CoCl 2 + 2KCN= Co(CN) 2 + 2KC1 Co(CN) 2 + 4KCN= K 4 [Co(CN) 6 ] 2K 4 [Co(CN) 6 ] + + H 2 = 2K 3 [Co(CN) 6 ] L v +2KOH Rhodanammon frbt Kobaltsalz- lsungen blau unter Bildung von komplexen (NH 4 ) 2 [Co(SCN) 4 ]. Letzteres geht beim Aus- schtteln mit einem Gemisch gleicher Teile Amylalkohol und Aether mit intensiv blauer Farbe in die therische Lsung. Eventuell vorhandenes Eisen fllt man vorher durch Zusatz von etwas Soda als Carbonat aus. Konzentrierte Kaliumnitritlsung erzeugt in essigsaurer Lsung einen gelben kristallinischen "Niederschlag von Natrium- kobaltihexanitrit CoCl, + 7KN0 2 + 2C 2 H 4 2 = 2KC1 + H 2 + NO + 2C 2 H 3 2 K + [Co(N0 2 ) 6 ]K 3 (Unterschied vom Nickel.) 7b) Quantitative Analyse. Be- stimmung als Metall. Man fllt die Kobaltlsung am besten in einer Porzellan- schale siedend hei mit reiner Kalilauge und Bromwasser, filtriert das Kobalt(III)hy- droxyd, trocknet, glht im Wasserstoffstrom und wgt nach dem Erkalten als Metall. Eventuell extrahiert man nach dem Glhen noch mit Wasser, um mitgerissenes Alkali zu entfernen, und wiederholt das Ausglhen im Wasserstoffstrom. 7c) Elektroanalyse. Sehr bequem lt sich das Kobalt elektrolytisch bestimmen. Man verwandelt das zu bestimmende Metall (0,1 bis 0,2 g) durch Abdampfen mit wenig verdnnter Schwefelsure in das Sulfat und verdnnt unter Zugabe von 5 g Ammonium- sulfat, 30 ccm konzentriertem Ammoniak und 1 g Natriumacetat auf 150 ccm. Hierauf elektrolysiert man bei Zimmertemperatur entweder bei ruhender Elektrolytflssigkeit mit einer Stromstrke von 0,5 bis 1 Ampere oder aber unter Rhrung, die mechanisch oder nach Frary elektromagnetisch be- wirkt werden kann, mit 4 Ampere unter Benutzung einer Cl. Wink! ersehen Draht- netzelektrode. Im ersteren Falle dauert die Elektroanalyse 3 Stunden, im letzteren Falle ca. 25 Minuten. Das Kobalt scheidet sich fest haftend als graues Metall an der Kathode ab, die nacheinander mit Wasser, Alkohol und Aether gewaschen und sodann getrocknet und gewogen wird. 8." Spezielle Chemie. 8a) Allgemeines Verhalten des Metalls. Das reine Metall ist bei gewhnlicher Temperatur in trockener Luft oder Sauerstoff bestndig, oxydiert Eisengruppe (Kobalt) 71 Das entsprechende Hydroxyd Co(OH) 2 ist ein rosagefrbter Niederschlag, welcher aus Kobalt(II)salzen mit Kalilauge entsteht und durch Oxydationsmittel wie Brom in schwar- Was s er s t off wird von Kobaltpulver nur j zes Co(OH) 3 bergefhrt wird, schwer absorbiert. Bei 700 ist die Absorption Kobalt(IIu.III)oxyd, Kobaltoxydul- erst mebar und erreicht bei 1000 den Wert | oxyd, Co 3 C* 4 bildet sich beim Rotglhen von 0,4 Volumina. Wasser dampf wird bei Kobalt(II)oxyd, Kobalt(II)hydroxyd, Kobalt- sich jedoch leicht in der Glhhitze. Reduziert man Kobaltoxyd bei Temperaturen von ca. 250 im Wasserstoffstrom, so besitzt das er- haltene Metall pyrophorische Eigenschaften, Rotglut Vereinigung zersetzt. Whrend Kobalt zur mit elementarem Stickstoff selbst oberhalb des magnetischen Um- wandlungspunktes bei 1050 keine Nei- gung besitzt, absorbiert es in der Klte bereits groe Mengen Stickstoffdioxyd und bildet die Verbindung Co 2 N0 2 . Erhitzt man teinverteiltes Kobalt in einer Kohlen oxyd- Atmosphre unter 100 Atmosphren Druck auf 150 bis 200, so kann man orangefarbene Kristalle der Zu- sammensetzung Co(CO) 4 isolieren, die bei 42 bis 46 unter Zersetzung schmelzen. Bei hohen Temperaturen zerlegt Kobalt kata- lytisch das Kohlenoxyd nach der Gleichung 2Co=C + C0 2 . Das Kobalt, welches unedler als Wasserstoff ist, lst sich langsam in kalter Salzsure und Schwefelsure auf, schneller bei Gegenwart von Platin, wahrscheinlich infolge Bildung von Lokalelementen", hn- lich wie beim Zink. Verdnnte Salpetersure bleibt in der Klte ohne Einwirkung, kon- zentrierte Sure greift das Metall stark an. Unter bestimmten Bedingungen tritt die Erscheinung der Passivitt auf. Gegen Kalilauge ist das Metall auch in der Hitze sehr bestndig. Setzt man das Metall als Anode in alkalischer Lsung der Wirkung des elek- trischen Stromes aus, so geht es, am besten bei Anwendung kleiner Stromdichten, in seiner niedrigsten Oxydationsstufe (CoO) kolloidal mit blauer Farbe in Lsung. Trotz der groen Aehnlichkeit mit dem Nickel unter- scheidet sich das Kobalt von ihm durch die grere Bestndigkeit seiner Oxyd(III)ver- bindungen, die in Form von Komplexver- bindungen eine groe Rolle spielen und auf deren Bildung wichtige Trennungen beider Metalle beruhen. Die wasserhaltigen Salze sind karmoisinrot, die wasserfreien lila bis blau gefrbt. Beim starken Erhitzen ver- lieren die Salze ihre Sure, falls dieselbe flch- tig ist, und gehen in Oxyde ber. 8b) Verbindungen mit Sauerstoff und mit Schwefel. Von den existenz- fhigen Oxyden besitzen die folgenden Be- deutung. (Il)carbonat, -nitrat oder -Oxalat an der Luft oder in Sauerstoff. Es ist ein schwarzes Pulver und bildet kristallisiert stahlglnzende, mikro- skopische Oktaeder. Bei Weiglut geht es unter Sauerstoff entwickelung in CoO ber. In Suren ist es, mit Ausnahme von kon- zentrierter H 9 SO d , unlslich. Kobalt(III)oxyd, Co 2 3 , entsteht durch gelindes Glhen von entwssertem Kobalt- nitrat und bildet ein braunschwarzes Pulver. Durch Oxydation von Kobaltsalzen, nament- lich in alkalischer Lsung, erhlt man hydrati- siertes Co 2 3 von wechselnder Zusammen- setzung. Alle diese Oxyde lsen sich in Suren unter Sauerstoffentwickelung, in Salzsure speziell unter Chlorentwickelung, da Co-Jon in wsseriger Lsung ganz unbestndig ist (vgl. Abschnitt 6 Elektrochemie"). Kobaltige Sure, H 2 Co0 3 . Durch Versetzen von Kobalt(II)lsung mit Natrium- carbonat und Wasserstoffsuperoxyd erhlt man grne Lsungen, in denen wahrschein- lich Derivate der kobaltigen Sure, H 2 Co0 3 , abgeleitet vom Oxyd Co0 2 , enthalten sind. Kobaltsulfid. Durch Einwirkung von Schwefel oder Schwefelwasserstoff auf glhen- des Metall oder Kobaltoxyde entstehen Sulfide wechselnder Zusammensetzung. Durch Fllen einer Kobaltsalzlsung mit Schwefelammon entsteht hydratisiertes CoS, welches merk- wrdigerweise in verdnnten Suren unls- lich ist (vgl. NiS, Qualitative Analyse). Von konzentrierter Salpetersure oder Knigs- wasser werden alle Kobaltsulfide gelst. 8c) Salze des zweiwertigen Ko- balts, K o b a 1 1 o v e r b i n d u n g e n . Kobalt(II) chlorid, Kobaltchlorr, CoCl 2 , erhalten durch Einwirkung von Chlor auf Metall oder bequemer durch Lsen von metalli- schem oder oxydiertem Kobalt(CoOod.Co 2 3 ) in Salzsure ist als wasserfreies Salz blau ge- frbt. Die Lsung besitzt, entsprechend der Farbe des Co -Tons, rote Frbung. Auch das aus wsseriger Lsung mit 6 Mol H 2 kristalli- sierende Salz bildet rote gefrbte Prismen, geht jedoch in trockener Luft in das violette Hydrat CoCl 2 .2H 2 ber. 100 g gesttigte Kobalt(II)oxyd, Kobaltoxydul, CoO, I Lsung enthalten bei 25 34,4 g wasserfreies stellt ein graugrnes, an der Luft unvernder- j Salz. Wie aus der Lslichkeitskurve ersicht- liches, unmagnetisches Pulver dar. Es entsteht , lieh ist, erfolgt bei 25 Umwandlung des beim Glhen des Metalls im Wasserdampf- 6-Hydrats in 2-Hydrat, bei 50 Umwandlung strm oder beim Glhen des Hydroxyds oder in wasserfreies Salz. Durch Zusatz von Salz- Carbonats in indifferenter Atmosphre. Bei sure oder von Chloriden wie CaCl 2 oder LiCl Weiglut ist allein CoO bestndig. Von ! zu der wsserigen Lsung tritt Farbenum- Suren wird es zu Kobalt(II)salzen gelst, schlag in Blau ein, offenbar infolge von Bildung 72 Eisengruppe (Kobalt Nickel) der blau gefrbten Anionkomplexe CoCl 3 ' bezw. C0CI4". CoCl 2 ist auch in vielen or- ganischen Lsungsmitteln lslich. Kobalt(II)bromid, CoBr 2 , und Ko- balt(II) Jodid, CoJ 2 , knnen direkt durch Vereinigung von gepulvertem Kobalt mit Brom bezw. Jod in der Hitze erhalten werden. CoBr 2 bildet wasserfrei glnzende, grne Kristallblttchen, die sich in Wasser mit roter Farbe lsen. Verdunstet man die Lsung vor- sichtig, so bekommt man das 6-Hydrat als rote, bei 100 schmelzende Kristallmasse. Aus der Schmelze entweicht Wasser, und beim Erkalten hinterbleibt das 2-Hydrat als purpurblaue Masse. Bei 130 entweichen die letzten beiden Molekle Wasser und man erhlt wieder das grne Salz CoBr 2 . Kobalt(II)- jodid bildet wasserfrei eine graugrne, schmelzbare Masse, die sich in wenig Wasser grn, in viel Wasser rot auflst. Aus der Lsung knnen durch vorsichtiges Abdunsten die grngefrbten 2- und 4-Hyclrate bezw. die rotgefrbten, sehr unbestndigen 6- und 9-Hydrate gewonnen werden. Kobalt(II)sulfat, CoS0 4 +7H 2 bildet sich beim Auflsen von Kobalt in Schwefel- sure und kristallisiert in luftbestndigen, roten, monoklinen Prismen, die beim Erhitzen Kristallwasser verlieren und beim starken Glhen auch Sure abgeben. 100 g ge- sttigte Lsung enthalten bei 20 26,58 g wasserfreies Salz. Auer dem 7-Hydrat existieren noch eine Reihe anderer Hydrate. Ueber die Umwandlung in Kobalt(III)sulfat vgl. Abschnitt 6 Elektrochemie". Auch zur Bildung von Alaunen ist das Kobalt(III)- sulfat befhigt. Kobalt(II)nitrat, Co(N0 3 ) 2 +6H 2 ent- steht durch Lsen von metallischem Kobalt oder dessen Hydroxyd bezw. Carbonat in Salpetersure und kristallisiert in mono- klinen Kristallen, die bei 56 schmelzen und in das Trihydrat bergehen. Weitere Wasser- abspaltung ist mit gleichzeitiger Zersetzung verbunden. 100 g der bei 18 gesttigten Lsung enthalten 49,78% wasserfreies Salz. Kobalt(II) orthosilikat erhlt man durch mehrstndiges Erhitzen eines innigen Gemisches von CoO und CoCl 2 mit einem groen Ueberschu von amorphem Si0 2 auf Rotglut. Es hinterbleibt nach dem Extra- hieren mit KOH und H 2 als ein blau- violettes Pulver. Das Kalium- oder Natrium- kobalt(II)orthosilikat ist der frbende Be- standteil der in der Keramik als blauer Farb- stoff verwendeten S malte. Kobaltcarbonate existieren in mannig- fachen Zusammensetzungen. Das normale hellrote C0CO3 verliert schon bei geringem Erhitzen Kohlensure und geht in Co 3 4 ber. Kobaltaluminat entsteht durch Glhen von A1 2 3 mit Kobaltnitrat und ist bekannt unter dem Namen Thenards Blau. c <; Me K b alt(II) x y d - Z i n k x y d , erhalten durch Glhen von Zinkoxyd mit Kobaltoxyd, bildet das sogenannte Rinmanns Grn. 8d) Komplexe Verbindungen. Von groer Bedeutung, praktisch sowohl wie theo- retisch, sind die komplexen Kobaltverbindun- gen. Whrend die vom zweiwertigenMetallsich ableitenden Komplexverbindungen wie beim Nickel infolge ihrerUnbestndigkeit von unter- geordneter Bedeutung sind, bilden diejenigen des dreiwertigen Metalls wichtige, beraus bestndige, schn gefrbte Verbindungen. Die Koordinationszald, d. h. die Maximalzahl der Molekle (Ionen -j- Neutralteile), welche das Zentralion zu binden vermag, betrgt sechs. Kobaltammin Verbindungen. Von allen Ammoniakmetallen sind die Kobaltsalze am vollkommensten studiert worden. Die Konstitution der Hexamminkobaltsalze, die durch Einwirkung von Ammoniak auf Kobalt- salze bei Gegenwart von Sauerstoff entstehen, entspricht der Strukturformel: [Co(NH 3 ) 6 ]X 3 , wo X einen Surerest wie Cl', N0 3 ', N0 2 ', SCN' usw. bedeutet, NH 3 durch Pyridin, Aethylen- diamin, H 2 und andere Reste ersetzt werden kann. Aus dieser Reihe sind naturgem (vgl. Platin" im Artikel Osmiumgruppe") wiederum am interessantesten die Tetrammin- und die Diamminverbindungen vom Typus (NH 3 )J X uni L (Me = einwertiges Metall), zwei stereoisomeren Formen existieren knnen. Die physikalischen Unterschiede dieser Ver- bindungen kommen schon charakteristisch durch die verschiedenartigen Frbungen zum Ausdruck, indem die Salze der cis(1.2)-Reihe (vgl. den Artikel Platin") rotgelb bis violett (Flavo- und Violeoreihe) und die trans(1.6)-Salze gelb bis grnblau (Croceo- und Praseoreihe) gefrbt sind. Eine Besttigung der Koordinationslehre (s. den Artikel Valenzlehre") ist neuerdings durch das Studium der(Aethylen- diamin enthaltenden Komplexverbin- dungen erbracht worden, indem es nmlich Werner gelungen ist, Verbindungen wie die 1.2- Chloroammindithylendiaminkobalti- salze oder die 1.2-Dinitrodithylendiamin- kobaltisalze mittels Bromkampiersulfo- | sure in die optischen Antipoden zu spalten. Die optische Aktivitt ist hier durch das Auftreten zweier Spiegelbildisomeren in der cis-Reihe bedingt. Kobaltinitrito Verbindungen. In die- ser Gruppe interessieren neben den stereoiso- meren eis- und trans-Dinitrotetramminko- baltiverbindungen (Flavo- bezw. Croceosalze) und ihren Derivaten namentlich die sich von der Hexanitritokobaltiwasserstoffsure ab- leitenden Alkalisalze z. B. das K 3 |Co(N0 2 ) 6 ] wegen ihrer Bedeutung fr die analytische Chemie (s. Absatz 7, qualitative Analyse). ^(NH 3 ) 2 da sie beide 111 Eisengruppe (Kobalt - - Nick']) '3 Kobalticy an verbin dngen. Auch von diesen Verbindungen besitzen die bereits im Abschnitt Analytische Chemie" er- whnten das komplexe Kobalticyanion [Co(CN) 6 ]'" enthaltenden Alkalisalze Bedeu- tung, da das Kobalt hier in wsseriger Lsung in keiner Weise durch Fllungsreaktionen nachweisbar und hierdurch eine Trennung des Nickels vom Kobalt gegeben ist. 9. Thermochemie. Bildungswrmen der wichtigsten Kobaltverbindungen fr je lg-Mol. in g-Kalorien: Bildungs wrme CnCl, 76 500 cal CoBr 2 , Aqua*) 72900 ,, CoJ.,, Aqua 42 500 ,, Co 63800 ,, Co(OH), 63400 ,, Co(OH), 74 7 .1 CoS, xH.O 21 700 ,, C0SO4, Aqua 230500 CoS0 4 .7H 2 2345 ,, Co(N0 3 )o, Aqua H4 4 19 Co(N0 3 ) 2 .6H 2 119 300 *) Aqua bedeutet wssrige Lsung. 10. Spektralchemie. Kobaltsalze liefern kein verwendbares Fl a m nie n spekt.ru m, dagegen erhlt man mit Hilfe des einfachen elektrischen Funkens ein charakte- ristisches, linienreiches Spektrum, aus dem folgende Linien hervorzuheben sind: Hell- grne Linie 564,1, grne Linien 548,3, [535,3, 534,0], [528,0, 526,7], 521,2, 515,4, blaue Linien 486,8, 484, 481,5, 479,3, eine indigo- blaue Linie 453,3, und eine violette Linie 411,9. Die kursiv gedruckten Linien sind be- sonders deutlich zu beobachten. Die brigen Linien siehe bei J. M. Eder und E. Valenta, Atlas typischer Spektren, 2 Teile, herausgegeben von .der Kaiserl. Akad. d. Wissenschaften, Wien 1911, und in der Neuauflage der Wellenlngentabellen von Exner und Haschek, Leipzig und Wien 1911, Franz Deuticke. Die Lsungen der einfachen Kobaltsalze liefern kein sehr charakteristisches Ab- sorptionsspektrum, wohl aber alkoholische oder salzsaure Lsungen von Kobalt(II)- chlorid. Besonders geeignet zur spektral- analytischen Untersuchung sind die kom- plexen Kobaltrhodanide, von denen die grnlichblauen amylalkoholischen Lsungen durch charakteristische Absorptionsstreifen ausgezeichnet sind. Literatur s. unter Nickel". F. Sommer. c) Nickel. Ni. Atomgewicht 58,68. 1. Atomgewicht. 2. Vorkommen. 3. Ge- schichte. 4. Darstellung und Verwendung. 5. Physikalische Eigenschaften und Konstanten. 6. Valenz und Elektrochemie. 7. Analytische Chemie. 8. Spezielle Chemie. 9. Thermo- chemie. 10. Spektralchemie. 11. Kolloidchemie. 1. Atomgewicht. Das Atomgewicht des Nickels besitzt den Wert nach der Atomge- wichtstabelle fr das Jahr 1912 58,68. 2. Vorkommen. In gediegenem Zustande findet sich Nickel im Meteoreisen, welches 2 bis 8% enthlt. Ferner kommt es in Ver- bindung mit Schwefel und Arsen namentlich im Erzgebirge vor und bildet mit diesen Ele- menten den Nickel- oder Haarkies NiS, das Arsennickel NiAs, auch Rotnickelkies oder Kupfernickel genannt, das Weinickelerz NiAs 2 , den Nickelglanz oder Gersdorf fit NiS 2 +NiAs 2 , ferner die Nickelblte Ni 3 As 2 O s + 8H 2 0, ein Zersetzungsprodukt der nickel- haltigen Kiese. Auch existieren Verbindungen, in denen an Stelle von Arsen das Antimon ge- treten ist. Das technisch wichtigste Erz ist der Garnierit, ein wasserhaltiges Nickelsilikat, das mit Magnesiumsilikaten gemengt ist und hauptschlich bei Noumea auf Neukaledonien, ferner auch in Oregon gefunden wird. Ein weiteres reiches Nickellager ist das von Sud- bury in Kanada, wo nickelhaltiger Magnet- und Kupferkies vorkommt. Als Begleiter enthalten die Nickelverbindungen meist die analogen Kobaltverbindungen. 3. Geschichte. In den ltesten Zeiten verwendeten die Chinesen bereits das Nickel zur Herstellung von Packfong, einer dem Neusilber entsprechenden Cu,Zn.Ni-Le2,ie- rung. In Europa wurde das Nickel im Jahre 1751 von Cronstedt im Arsennickel ent- deckt und als neues Metall erkannt. Die Ver- httung der Erze, die erst im Jahre 1824 ver- sucht wurde, begann in groem Mastabe erst vor ungefhr 35 Jahren seit der Auf- findung der Nickelerze in Neukaledonien und Kanada. 4. Darstellung und Verwendung. Wh- rend die D ar s t e 1 1 u n g des Nickels im kleinen keine Schwierigkeiten bereitet die Re- duktion der Oxyde durch Wasserstoff oder mittels Kohle, ferner starkes Glhen von oxalsaurem Nickel fhren leicht zum Metall , ist die technische Verarbeitung ein schwieriger und verwickelter Proze. So wurde reines Nickel berhaupt erst seit Entdeckung der Garnieritlager hergestellt. Der Gang des Garnieritprozesses ist folgender. Durch eine Art Hochofenbetrieb werden die gersteten Silikate mit Koks und Zuschlgen reduziert und verschmolzen. Das so erhaltene kohle-, silicium- und eisenhaltige Rohnickel wird in einem Bessemer Converter oder Martin- Siemensofen verblasen, wobei die Kohle ver- brennt und das Eisen und Silicium verschlackt. Das zugleich oxydierte Nickel mu weiter reduziert werden. Elektrolytisch lt sich aus Nickelammoniunisulfatlsungen leicht ganz reines Metall abscheiden. 74 Eisengruppe (Nickel) Die Verwendung des Metalls ist eine mannigfaltige. In Verbindung mit Kupfer (75% Cu+25% Ni) wird es als Mnzmetall fr Nickelgeld verwendet. Das Neusilber oder auch Argentan, Alfenide, Alpacca ge- nannt, besteht aus Kupfer, Nickel und Zink und enthlt diese Metalle durchschnittlich im Verhltnis 5:2:2. Einen ungeheuren Ver- brauch an Nickel bedingt die Nickelstahl- fabrikation mit 2 bis 8% Nickel fr Panzer- platten. Die Nickelstahle besitzen eine Zhig- keit, die doppelt so gro wie die des gewhn- lichen Stahles ist. Bemerkt sei an dieser Stelle, da ein Nickelstahl von 36% Ni einen Ausdehnungskoeffizient < 0,000002 besitzt, und unter dem Namen Inwar zur Herstellung von Przisionsinstrumenten verwendet wird. Eine weitereVerwendung findet das Reinnickel zur Herstellung von Kochgeschirren, doch ist diese Art der Verwendung nicht unbedenklich bei der Angreifbarkeit des Metalls durch saure oder stark gesalzene Speisen, wenn man die physiologische Wirksamkeit der giftigen Nickelsalze bedenkt. Jedenfalls drfen nur erstklassige Fabrikate verwendet werden. Auch galvanisch vernickelte Gefe besitzen, da Nickel auf Eisen, Kupfer, Zink und auch Messing gut haftet, technische Bedeutung. 5. Physikalische Eigenschaften und Konstanten. Das Nickel ist ein stark gln- zendes, silberweies, leicht magnetisierbares Metall von groer Zhigkeit und Dehnbarkeit, soda es zu stannioldnnen Platten ver- arbeitet und zu haarfeinem Draht gezogen werden kann. Das Metall ist strengflssig wie Stabeisen und lt sich wie dieses schmieden, schweien und walzen. Der Schmelzpunkt liegt bei 1435. Das Metall besitzt bei 360.8 einen Uniwandlungspunkt, bei wel- chem es in eine unmagnetische Modifi- kation bergeht. Nickel verflchtigt sich bei der Temperatur des Knallgasgeblses und kann unter Anwendung starker elektrischer Strme leicht destilliert werden. Physikalische Konstanten. Das spezifische Gewicht betrgt fr ge- schmiedetes Nickel D 1/ = 8,82 bis 8,93"je nach der Darstellungsweise des Metalls. Die Hrte ist nach der Mohsschen Skala 3,8. Der lineare Ausdehnungskoeffizient betrgt zwischen und 300: a t =10~ 8 (1280+ 0,75t + 0.0035 t 2 ). Die spezifische Wrme besitzt fr das Intervall 185 bis +20 den Wert 0,0918, fr 15 bis 100 den Wert 0,10842. Die elektrische Leitfhigkeit betrgt bei 14,42 x 10*. 6. Valenz und Elektrochemie. Das Nickel ist ein vorwiegend zweiwertiges Metall. Die Zweiwertigkeit kommt vor allem in der Isomorphie seines Sulfats mit dem Magne- siumsulfat, ferner in der seines Chlorids und Nitrats mit den entsprechenden Kobalt(II)- salzen zum Ausdruck. Dreiwertig ist das Nickel im Ni 2 3 , Nickel(III)oxyd, von dem jedoch bis jetzt noch keine Salze bekannt sind. Nickelperoxyd, Ni0 2 , welches in zwei iso- meren Formen vorkommt, reprsentiert in der Form des schwarzen Oxyds vielleicht vierwertiges Nickel. Da das Nickel in Salz- form ein streng zweiwertiges Metall vorstellt, hat man es in Lsung nur mit dem grn ge- frbten Ni-Ion zu tun. Die Farbe der dunkel- roten Lsungen, die beispielsweise durch Ein- wirkung von Ozon auf mit Nickelsalz ver- setzte Kaliumbicarbonatlsung oder durch anodische Auflsung von Nickel entstehen, stammt nicht von gebildeten Nickel(III)- verbindungen, also Ni*"-Ionen, sondern stellt eine kolloidale Lsung von Ni0 2 vor. Nickel- (Il)salze sind in wsseriger Lsung schwach hvdrolysiert. NiS0 4 nach dem Schema: Ni- + 20H' ^ Ni(OH) 2 , Nickelchlorid da- gegen in folgender Weise: /Cl NiCk+OH'^Ni<^ tT OH Das dem Vorgang Ni - Ni" entsprechende Normalpotential (bezogen auf die Einheits- konzentration lg Formelgewicht im Liter die Normalwasserstoffelektrode als Nullpunkt) betrgt -- 0,22 Volt. Das Vor- zeichen entspricht der Ladung der Elektrode. Wie das Kobalt, kommt auch Nickel, allerdings nur in zweiwertiger Form, als kom- plexes Ion vor. [Ni (NH 3 ) e ]-\ [Ni(CN) 4 ]" sind die bekanntesten Beispiele. 7. Analytische Chemie, a) Qualita- tive Analyse. Mit Kohle und Soda vor dem Ltrohr erhitzt, geben Nickel- verbindungen magnetische Metallflitterchen. Perlreaktionen. In der Phosphorsalz- perle geben Nickelverbindungen in der Oxy- dations- und Reduktionsflamme fast gleiche Frbungen, in der Hitze eine dunkelrote, in der Klte je nach Konzentration eine gelb- braune bis grnlichgelbe. In der Boraxperle liefert namentlich die obere Reduktions- flamme metallisches Nickel, so da die Perle farblos erscheint. Reaktionen auf Nickel(II)salze bezw. auf Ni" -Ionen. Schwefelammon gibt einen schwarzen Niederschlag von NiS, der in Essigsure und 4% kalter Salzsure unlslich, in konzen- trierter Salpetersure und Knigswasser leicht lslich ist. NiCl 2 +(NH 4 ) 2 S=NiS+2NH 4 Cl Das bei dieser Fllung leicht in kolloi- daler Form in Lsung gehende NiS kann am besten durch Zusatz von Essigsure und lngeres Aufkochen ausgeflockt werden. Da NiS in 4 % Salzsure praktisch un- lslich ist, so sollte es eigentlich auch aus saurer Lsung durch Schwefelwasserstoff ge- Eisengruppe (Nickel) 75 fllt werden. Der Grund liegt wahr- scheinlich in einer auerordentlichen Trg- heit der Fllung, also einer charakteristischen Uebersttigungserscheinung. Natronlauge fllt grnes, im Ueber- schu des Fllungsmittels unlsliches Nickel(II)hydroxyd, das sich an der Luft nicht verndert. NiC] 2 +2NaOH=Ni(OH) 2 +2NaCl Durch Brom, Chlor oder unter- chlorige Sure wird es zu schwarzem Nickel(III)hydroxyd oxydiert. 2Ni(OH) 2 +0+H 2 0=2Ni(OH) 3 Ammoniak fllt in neutralen, ammon- salzfreien Lsungen grnes basisches Salz, das sich in berschssigem Ammoniak oder Ammoniumchlorid unter Komplexsalz- bildung mit blauer Farbe lst /OH Hi<( + 5NH 3 +H 2 0=[Ni(NH 3 ) 4 ](OH) 2 + NH 4 C1 Natrium- oder Kaliumcarbonat fllen apfelgrnes Nickelcarbonat. Cyankalium erzeugt eine hellgrne Fl- lung von Nickel(II)cyanid, die sich im ber- schssigen Fllungsmittel zu dem gelben Kaliumsalz der komplexen Nickel(II)cyan- wasserstoffsure lst. Ni(CN) 2 + 2KCN = K 2 [Ni(CN) 4 ] Aus dieser beim Kochen sich nicht ver- ndernden Lsung wird zum Unterschied von Kobalt durch Natronlauge und Brom schwar- zes Nickel(III)hydroxyd abgeschieden. CH 3 .C=NOH a-Dimethylglyoxim : CH 3 .C = NOH (Tschugaeffs Reagenz) gibt in essigsaurer oder ammoniakalischer Lsung eventuell erst beim Aufkochen noch bei einer Verdnnung von 1:400000 einen voluminsen roten Nieder- schlag von: CH,.C = NO Ni ON = C.CH, CH 3 .C C.CIL NOH HON (Unterschied von Kobalt). Sind bei Ausfhrung dieser Reaktion viel Kobalt(II)salze zugegen, so fhrt man diese erst durch Ammoniak und Wasserstoffsuper- oxyd in Kobalt(III)ammmsalze ber, zerstrt das berschssige H 2 2 durch Kochen und fllt erst jetzt mit dem Reagenz. So lt sich 0,1 mg Nickel in Gegenwart von 500 mg Kobalt noch nachweisen. Dicyandiamidinsalz fllt bei Gegen- wart von berschssiger Kalilauge alles Nickel als Dicyandiamidinnickel: (C 2 H 5 N 4 0) 2 .Ni + 2H 2 in Form von feinen gelben Nadeln, die in ammoniakhaltigem Wasser quantitativ unlslich sind. Unterschied von Kobalt. Grere Mengen von Ammonsalzen sind, da sie lsend wirken, bei der Fllung zu ver- meiden (siehe auch unter quantitativer Analyse). b) Quantitative Analyse, a) Be- stimmung als Nickeldimethylgly- oxim. Zu der siedend heien neutralen, hchstens ganz schwach sauren, Nickelsalzl- sung, die nicht mehr als 0,1 g metallisches Ni auf 200 ccm enthalten soll, setzt man etwa die fnffache Menge Dimethylglyoxim in Form 1 prozentiger alkoholischer Lsung, macht ganz schwach ammoniakalisch und filtriert am besten durch einen Neubauer-Platintiegel. Man wscht mit heiem Wasser aus und trocknet bei 110 bis 120. Man wgt: NiC H 14 N 4 4 . ) Bestimmung als Dicyandiami- dinnickel. Man setzt zu der mglichst neu- tralen kalten Nickelsalzlsung auf zirka 0,1 g Nickel 2 g Dicyandiamidinsulfat, welches in heiem Wasser gelst ist. Hierauf fgt man einige ccm Chlorammonlsung und reichlich ; Ammoniak hinzu, worauf man unter stndigem Umrhren mit berschssiger 10 prozentiger Kahlauge bis zum Farbenumschlag von blau | in gelb versetzt. Der sich in feinen Nadeln ; absetzende Niederschlag wird noch einige Stunden stehen gelassen, sodann am besten durch einen Goochtiegel filtriert, mit ammoniakhaltigem Wasser gewaschen und bei 115 getrocknet. Man wgt fleisch- farbenes (C 2 H 5 N 4 0) 2 Ni. Beide Methoden (a und ) fllen Kobalt nicht aus. c) Elektroanalyse. Die elektroanaly- tische Bestimmung des Nickels kann unter ganz denselben Bedingungen wie die des Kobalts vorgenommenwerden(vgl. ,,K o b alt", Elektroanalyse). 8. Spezielle Chemie. 8a) Allgemeines Verhalten des Metalls. Reines Metall ist bei gewhnlicher Temperatur an der Luft unvernderlich, berzieht sich jedoch beim Erhitzen in Luft oder Sauerstoff mit einer Schicht von NiO, wobei gleichzeitige An- wesenheit von Feuchtigkeit die Oxydations- geschwindigkeit begnstigt. Fein verteiltes Metall besitzt, bei mglichst niederer Tempe- ratur durch Reduktion mittels Wasserstoff gewonnen, pyrophorische Eigenschaften, ver- liert dieselben jedoch, wenn es einige Zeit im Wasserstoffstrom auf hhere Temperaturen erhitzt wird. Wird porses Metall lngere Zeit als Kathode in angesuertem Wasser behandelt, so werden betrchtliche Mengen Wasserstoff absorbiert. Wasserstoffabsorp- tion tritt auch direkt beim Erhitzen in einer H 2 -Atmosphre ein, und zwar beginnt sie bereits unterhalb 200, nimmt mit der Temperatur zu und betrgt bei 1000 rund 1 Volumen. Wie beim Platin erfolgt auch hier die Absorption nicht nach dem einfachen Henry sehen Gesetz, sondern sie 76 Eisengruppe (Nickel) ist der Quadratwurzel aus dem Wasserstoff- druck proportional. Ammoniak wird von fein verteiltem Nickel bereits bei miger Hitze in Stickstoff und Wasserstoff zersetzt; Neigung zur Nitridbildung scheint wie beim Kobalt nicht vorhanden zu sein. Interessant ist das Verhalten von fein verteiltem reduziertem Nickel gegen Kohlenoxyd. Zwischen 30 und 60 verbinden sich beide, besonders leicht unter Druck, zu dem sehr flchtigen Nickel- tetracarbonyl, einer farblosen, leichtbeweg- lichen, sehr giftigen, bei 43 siedenden Flssigkeit, die schon bei 155 in umkehr- barer Reaktion wieder in ihre Komponen- ten zerfllt. Au diesem Verhalten beruht der Mondsche Proze zur Darstellung von reinem Nickel. Bei hohen Temperaturen spaltet Nickel Kohlenoxyd katalytisch in Kohle und Kohlensure. Von Wasser ist Nickel auch in feinster Verteilung unangreifbar. Nickel lst sich nur langsam in verdnnter Phosphorsure, Schwefelsure und Salzsure unter H 2 -Entwickelung zu den entsprechen- den zweiwertigen Salzen auf. Auch konzen- trierte Schwefelsure greift das Metall nur sehr schwierig an. Leicht lslich ist es in verdnnter Salpetersure ; kalte konzentrierte Salpetersure macht das kompakte Metall passiv. Gegen Kalilauge ist Nickel, auch in der Hitze, sehr bestndig. Nickelbleche finden daher als Elektroden im Knallgascoulometer, in dem aus der Menge des aus Natronlauge entwickelten Wasserstoff- Sauerstoffgemenges die Stromstrke bestimmt wird, vielfach Verwendung. Fein verteiltes Nickel katalysiert in hohem Mae eine Reihe von Reduktions- prozessen, und spielt deshalb namentlich in der organischen Chemie eine gewisse Rolle. Bei Temperaturen oberhalb 250 beschleunigt Nickel zum Beispiel die Bildung von CH 4 aus Kohlenstoff undWasserstoff, ferner die Reduk- tion von Aldehyd zu Alkohol, auch der Ueber- gang von der aromatischen in die sogenannte hydroaromatische Reihe vollzieht sich in vielen Fllen leicht und gestattet die Synthese von Verbindungen, die sonst schwer zu- gnglich waren. 8b) Verbindungen mit Sauerstoff und Schwefel. Nickel(II)oxyd, Nickeloxydul, NiO, entsteht beim Glhen von Nickel(II)hydroxyd oder Carbonat unter Sauerstoffabschlu und bildet ein grnlich graues, surelsliches, unmagnetisches Pulver. Es ist wie CoO bei hohen Temperaturen das einzig bestndige Oxyd, da bei anhaltendem Glhen smtliche Oxyde in NiO bergehen. Nickel(II)hydroxyd, Nickelhydr- oxydul, Ni(OH) 2 , durch Fllen eines Nickel- salzes mit Kali- oder Natronlauge erhalten, bildet einen gelatinsen, apielgrnen Nieder- schlag, der sich in Ammoniak unter Komplex- bildung lst. Die dabei auftretende Blau- frbung ist auf das Entstehen der positiv geladenen Ionen Ni(NH 3 ) 4 " resp. Ni(NH 3 ) 2 - zurckzufhren. Tn wsseriger Lsung spaltet das Hydrat beim Kochen kein Wasser ab, erst bei strkerem trockenen Erhitzen bildet sich NiO. NickeHIL IIDoxyd, Nickeloxydul- oxyd, Ni 3 4 , kann durch Erhitzen vonNiCl 2 im Sauerstoff strm bei 350 bis 400 erhalten werden und stellt ein grauschwarzes Pulver dar, welches sich in Salzsure unter Chlor- entwickelung lst. Nickel(III)oxyd, Ni 2 3 , bildet sich bei gelindem Erhitzen von fein gepulvertem Nickelnitrat als schwarzes Pulver, das durch anhaltendes starkes Glhen ebenso wie Ni 3 4 in NiO bergefhrt wird. In Salzsure ist es unter Chlorentwickelung, in Schwefelsure und Salpetersure unter Sauerstoffentwickelung zu den gewhnlichen Salzen des zweiwertigen Nickels lslich. Auch Ammoniak wirkt unter Stickstoff entwickelung lsend. Ni 2 3 .3H 2 0, das normale, unter Wasser dunkelbraun gefrbte Hydrat, bildet sich stets durch Zugabe von unterchlorig- oder unter- bromigsauren Salzen zu Nickelsalzen bei Zimmertemperatur. Es verhlt sich beim Lsen wie das Oxyd. Nickeldioxyd, Nickelsuperoxyd Ni0 2 , kommt in zwei isomeren Modifikationen vor. Schwarzes Dioxyd entsteht am sichersten aus mit berschssigem Kaliumcarbonat alkalisch gemachten Nickellsungen durch Oxydation mit Alkalihypobromit bei 0. Die grne Modifikation bildet sich entweder aus freiem Nickel(II)hydroxydundWasserstoffsuperoxyd oder besser aus dem aus alkoholischer NiCl 2 - Lsung mittels KOH frisch gefllten Hydr- oxyd. Es besitzt grngraue Farbe und hat ein pulveriges Aussehen. Die chemische Zu- sammensetzung ist Ni0 2 .H 2 0. Das schwarze Dioxyd bildet im Edisonakkumulator den wesentlichen Bestandteil der Anode. Von den Verbindungen des Nickels mit Schwefel existieren die folgenden: Ni 3 S 2 , NiS, Ni 3 S 4 , NiS 2 , auerdem wahrscheinlich noch Ni 6 S 5 . Das gewhnliche hydratisierte Nickel (II) - sulfid,Nickelsul fr, NiS, erhlt man leicht aus Nickelsalzlsungen durch Fllen mit Schwefelammon, wobei das NiS groe Neigung zeigt, kolloidal in Lsung zu bleiben. Es ist in verdnnten Suren sehrweniglslich. Durch Zusammenschmelzen von Nickel und Schwefel unter Atmosphrendruck kann NiS nicht er- halten werden, da der Dampfdruck des Schwefels im NiS bei Schmelztemperatur grer als eine Atmosphre ist. Von allen Schwefelverbindungen des Nickels ist nur Ni 3 S 2 bei Schmelztemperatur bestndig. 8c) Salze des Nickels. Von Salzen des Nickels kennt man nur Derivate des Eisengruppe (Nickel) Eiszeiten 77 zweiwertigen Metalls. Alle bisherigen An- gaben ber Nicke] (Ill)salze beruhen auf Irrtmern. Nickel (II) chlorid, Nickelchlor r, NiCl 2 , entsteht wasserfrei durch Einwirkung von Chlor auf fein verteiltes Nickel. Die sehr lebhaft verlaufende Reaktion liefert gelbe, glnzende, dem Mussivgold hnliche Kris- tallschuppen. Auch durch Abdampfen von in HCl gelstem Nickel erhlt man es als braungelbe Masse. Es sublimiert ohne zu schmelzen und lst sich mit grner Farbe in Wasser. Auch in Alkohol ist NiCl 2 lslich. Von den Hydraten ist das grasgrne 6-Hydrat dasjenige, welches bei Zimmer- temperatur aus wsseriger Lsung stets auskristallisiert. In 100 Teilen Wasser lsen sich bei mittlerer Temperatur 60 g NiCl 2 - 6H 2 0. Nickel(II)bromid, NiBr 2 , durch Ein- wirkung von Bromdampf auf dunkelrot glhende Nickelfeile erhalten bildet nach dem Sublimieren je nach dem Aggregat- zustand strohgelb bis bronzebraun gefrbte Schuppen. Es lst sich in Wasser, wie alle Nickelsalze, mit grner Farbe. Nickel( II) Jodid, NiJ 2 , kann durch Erhitzen von Nickelpulver mit Jod im evakuierten zugeschmolzenen Rohr bei 500 erhalten werden. Von den Nickelsulfaten, die sich beim Auflsen von Metall in Schwefelsure bilden, ist das dem Ferrosulfat entsprechende 7-Hydrat das wichtigste. Es bildet schn smaragdgrne, mit Magnesiumsulfat isomorphe rhombische Kristalle. In 100 g Wasser lsen sich bei 15 34,19 g NiS0 4 . 7H 2 0. Das Salz, welches an der Luft bereits verwittert, verliert bei gelindem Erhitzen smtliches Kristallwasser und nimmt hellgelbe Farbe an. Es bildet mit Alkalisulfaten Dop- pelsalze, die mit 6H 2 kristallisieren. Das Ammonsulfat-Doppelsalz findet Verwendung bei der galvanischen Vernickelung. Als Anode dient dazu eine Platte aus reinem Nickel, die das auf dem zu vernickelnden Gegenstand abgeschiedene Nickel kontinuier- lich nachliefert. Nickel(II)nitrat, Ni(N0 3 ) 2 , kristalli- siert aus wsseriger Lsung in smaragd- grnen Kristallen. Eine bei 20 gesttigte Lsung enthlt 49,06% Ni(N0 3 ) 2 . 8d) Komplexe Verbindungen. Die komplexen Nickelverbindungen leiten sich, im Gegensatz zum Kobalt, nur vom zweiwertigen Metall ab, besitzen aber ihrer geringen Bestndigkeit wegen keine Bedeutung. Zu erwhnen sind hier die bereits bei der quali- tativen Analyse (Abschnitt 7) besprochenen Ammoniak- und Cyankomplexe. 9. Thermochemie. Bildungswrme der wichtigsten Nickelverbindungen fr je 1 g- Mol. in g-Kalorien: Bildungswrmen NiCl, 74 500 cal NiBr 2 , Aqua*) 71 800 ,, NU, Aqua 41400 ,, NiO 59 7 Ni(OH), 60 800 ,, NiS.xH,0 19400 ,, NiS0 4 , Aqua 229400 ,, NiS0 4 , 7H.,o 233 600 Ni(N0 3 ) 2 , Aqua 113 200 Ni(N0 3 ) 2 , 6H.0 120700 ,, *) Amin bedeutet \\ ssricrp T.r'kiinp- 10. Spektralchemie. Nickelsalze geben in der Flamme kein brauchbares Spektrum, wohl aber unter Zuhilfenahme des elek- trischen Funkens. Die fr das Nickel besonders charak- teristischen Linien sind die grnen 547,7 und 508,1, ferner die blaue Linie 471,5. Die brigen Linien findet man in den Wellen- I lngentabellen (Literatur siehe beim Ko- 1 balt, Spektralchemie). Die wssrigen, grngefrbten Lsungen von Nickelsalzen absorbieren den roten und violetten Teil des Spektrums. Aehnlich verhalten sich die grnen, alkoholischen L- sungen von Nickelchlorr. Die Auslschungen der salzsauren und ammoniakalischenLsungen sind wenig charakteristisch. 11. Kolloidchemie. Kolloidales Nickel, welches durch kathodische Zerstubung von Eisen- oder Zinkdrhten mit elektro- ! lytisch vernickeltem negativem Pol entsteht, bildet eine braunschwarze, ganz unbe- stndige, durch Elektrolytzusatz sofort , koagulierende Flssigkeit, * Dieselbe Unbe- stndigkeit haftet auch den nach anderen Methoden dargestellten Solen an. Literatur. Gmelin-Kraut, Handbuch der an- organischen Chemie, Band V, Abt. 1. Heidel- berg 1909. F. Sommer. Eiszeiten. 1. Begriff und Wesen einer Eiszeit. 2. Verbrei- tung und Alter der Eiszeiten: a. Die quartre Eiszeit: a) Das nordeuropische Iniandeis. ) Gebirgsvergletscherung in Europa, y) Das nord- amerikanische Inlandeis, d) Die brigen Erdteile. a) Die zeitlichen Beziehungen zwischen den quartren Vereisungen, b. Die spt-palozoische Eiszeit: u) Verbreitung, ) Alter, c. Verbreitung und Alter der frh-palozoischen und algon- kischen Eiszeiten. 3. Geologische Wirkungen der Eiszeiten: a. Aufschttungen: a) Erratische Geschiebe. ) Grundmornen (Lokalmornen, dnnbankige Absonderung, Steinpflaster). Ge- schiebemergel. Geschicbelehm. Geschiebesand. 78 Eiszeiten Steinsohle. Tillit. y) Endmornen, Zungen- becken, Seenlandschaften. Drundins. Stein- strme. Solifluktion. <5) Schotterfelder. Hvit- bildurigen. Sandr. Stauseen. Sedimente (Bn- derton). Ose (Asar). Fluviatile Sedimente, Lss. b. Erosionen: a) Glttung. Rundhcker. Streifung. Scheuersteine (Faeettengeschiebe). Riesentpfe. Solle, ) Uebertiefte Tler. Riegel. Fjorde. Kare. y) Terrassen und Talfurchen. c. Schichtenstrungen. Stauchung. Ueber- schiebung. Staumornen. 4. Ursachen der Eis- zeiten: a) Methodologische Vorbemerkung, ) Klima der Vereisungen, y) Klima des Inter- glacials und der Schwankungen. 1. Begriff und Wesen einer Eiszeit. Als erkannt war, da nicht allgemeine Ueber- schwemmungen, sondern eine ber das gegen- wrtige Ma hinausgehende Ausdehnung der Gletscher fr das ltere Quartr charak- teristisch sei, stellte sich die Bezeichnung Eiszeit" gleichbedeutend neben das bisher bliche Diluvium". Spterhin zwang die Entdeckung anderer, lterer Vereisungen von mindestens gleichem Umfang dazu, dem Begriff Eiszeit" die rein zeitliche Be- deutung zu nehmen und ihn anzuwenden zur Beschreibung eines Zustandes, der sich mehrfach wiederholt hat und noch jetzt in Grnland, der Antarktis und den hheren Gebirgen besteht. Der ursprngliche, zeit- liche Sinn tritt noch zuweilen hervor, aber stets bezeichnet man nur die unmittelbar oder mittelbar durch Vereisungen abgesetzten, niemals die gleichalten Bildungen anderer Entstehung und anderer Orte als eiszeitlich. Die Anzeichen fr vorzeitliche Vereisungen bestehen in Gesteinen und Oberflchen- formen, die sich auch noch jetzt durch Gletscher herausbilden. Es sind lockere Anhufungen des vom Eis transportierten Schuttes, ferner glaciale Erosionen, leicht zerstrbare Wirkungen also, die bei lnger andauernder oder verstrkter Verwitterung und Abtragung unkenntlich werden. Eine grere Widerstandskraft besitzen, schon wegen ihrer Ausdehnung, die Grundmornen, aber von lteren Eiszeiten sind auch sie nur erhalten, soweit sie durch bald nachfolgend aufgelagerte Gesteinsschichten oder durch Absinken an Verwerfungsspalten geschtzt und der Erosion entzogen waren. Die heutige Begrenzung der Grundmornen darf also nur bei der quartren Eiszeit der Begrenzung der einstigen Eisbedeckung gleichgesetzt werden, whrend wir von den lteren Eiszeiten nur die Orte des Auftretens, nicht den geo- graphischen Umri der Vereisungsherde kennen. Wenn Vereisungen an das Meer stoen, wie jetzt in Grnland und der Antarktis, oder in Swasserbecken eindringen, so entstehen zu- nchst Zwischenbildungen, in denen der Gletscher- schutt geschichtet abgelagert, weiterhin ber eine breite Driftzone durch Eisberge verschleppt wird. Dem rein marinen Sediment mischt sich dann in einer nach auen steigenden Verdnnung glaciales Material bei. In marinen Schichten, die fern von den Eisherden entstanden sind, wer- den derartige Fremdlinge sich nur selten finden, und es ist nicht wahrscheinlich, da die leicht zerstrbaren Merkmale des Eistransports, Schlei- fung und Schrammung, bei ihnen erhalten bleiben. Man wird also in der Regel eines ausreichenden Grundes entbehren, um unter Ablehnung anderer Erklrungsmglichkeiten aus ihrem Auftreten gerade auf die Existenz einer fernliegenden Ver- eisung zu schlieen. In der Tat wren sie die einzigen, freilich schwer kenntlichen Zeugen fr Eiszeiten auf versunkenen, leer gefegten oder sonst der Beobachtung entzogenen Flchen alter Kontinente. Zu negativen Schlssen, aus dem Fehlen von Eiszeitbildungen in den bekannten Ablagerungen einer Periode, sind, wie an anderer Stelle ausgefhrt, 1 ) die Grundlagen niemals ausreichend. Zweifelhafte Spuren von Eiszeiten werden genannt aus der oberen Kreide Englands, dem Oberkarbon und Unterperm Europas. Sichere Beweise liegen vor fr eine quartre, weltweit verbreitete, fr eine spt-palo- zoische der Sdhemisphre und Vorder- indiens, fr eine devonische in Sdafrika und schlielich fr frh-palozoische und al- gonkische Eiszeiten aus sehr verschiedenen Weltgegenden. 2. Verbreitung und Alter der Eiszeiten. 2a) Die quartre Eiszeit. Die jngste Vereisung wird fglich an den Anfang ge- stellt, weil ihre Bildungen weitaus am voll- stndigsten erhalten sind, und weil die Hauptherde in den geologisch am besten bekannten Weltteilen, in Europa und Nord- amerika lagen. a) Das nordeuropische Inlandeis. Von Skandinavien, also aus einer dem mittleren und sdlichen Grnland ent- sprechenden Breite, flo ein Inlandeis einer- seits westlich zum atlantischen Ozean, an- dererseits ber Finland, Nordwest- und Mittel- ruland, Polen und Norddeutschland und drang ber die Nordsee bis England vor. Die Eisscheide lag stlich der heutigen Wasser- scheide Skandinaviens und verlief in geschwunge- ner Linie aus dem Zentrum des sdlichen Nor- wegen nordstlich mitten durch Schweden und Lappland. In der Maximalausdehnung erreichte das Eis den Nordural und verband sich hier mit den vom Ural und Timan herabsteigenden Gletschern. Zwischen Petschoraquelle und Weich- selquelle trat es in drei breiten Zungen hervor; die stlichste berdeckte zwischen Ural und dem Oberlauf der Wolga das Quellgebiet der Wiatka und Kama, die mittlere drang zwischen Donetz und Unterlauf der Wolga bis nahe an den 50. Breitengrad, die westlichste schob sich im Dniepr- gebiet etwas ber den 50. Breitengrad hinaus. Von der Weichselquelle bis zur Nordsee liegt die Eisgrenze am Rand der Mittelgebirge, dann entlang dem heutigen Rheinlauf. Sie wird durch l ) Paloklimatologie 2 b a. Eiszeiten 79 den Harz im Norden zurckgehalten, berhrt aber seitwrts davon den Thringer Wald und die rheinischen Gebirge. Auf englischem Boden schlielich flo das skandinavische Inlandeis zwischen Yorkshire und der Themsemndung mit dem dort einheimischen, von Schottland ausgehenden Eis zusammen. An dieses Hauptgebiet schlieen sich einige Vereisungen von grerer oder geringerer Selbstndigkeit und Ausdehnung an: Nord- ural und Timan, Nowaja Semlja, Jan Mayen, Spitzbergen, Island und die Shetlandsinseln, ferner Irland und schlielich Schottland mit dem nrdlichen und mittleren England etwa bis an den Themselauf. Das Vorrcken und Zurckweichen des skandinavischen Eises stellt keine einfache Phase dar, sondern war von mehrfachen Schwankungen, vorbergehendem Wachs- tum und Abnehmen unterbrochen. Daher besteht die Grundmorne dieser Vereisung nicht berall in einer einfachen Decke, son- dern ist an vielen Orten in mehrere Decken, Zeugen wiederholten Vorschreitens, zer- spalten, die oft durch mchtige Bildungen nichtglacialer Entstehung getrennt sind oder vor der Eindeckung einer starken Ver- witterung ausgesetzt waren. Die Ausdehnung dieser Vorste und Rckzge lt sich noch nicht genau begrenzen, wie berhaupt diese Einzelheiten der quartren Eiszeit ein Gegen- stand unerledigter und vielfach scharf um- strittener Meinungsverschiedenheiten sind. Nur andeutungsweise kann der Stand der Frage wiedergegeben werden, wo das Eingehen auf Einzelheiten ausgeschlossen ist. Jedoch scheint die Klrung der Streitfrage nicht so sehr durch widersprechende Auffassung von Einzelheiten, als vielmehr durch die Beschaffenheit des Tat- sachenmaterials berhaupt und durch die Ver- schiedenartigkeit der Betrachtungsweise erschwert zu werden. Das Vereisungsgebiet ist ungleichmig durch- forscht: die Kenntnis beruht nur zum kleineren Teil auf zusammenhngender genauer Kartierung, fr weitaus die grere Flche auf mehr kursori- scher Begehung und eingehenderer Untersuchung kleinerer, abgerissener Areale. Daher ist ein Bedrfnis vorhanden nach einer Arbeitshypo- these, die erlaubt, whrend der Aufnahme den noch zusammenhangslosen Einzelheiten eine definierte Stellung in einem stratigraphischen System anzuweisen und die Verhltnisse eines enger begrenzten, aber genau studierten Gebiets als Typus der Gesamtentwickelung schemabildend einzusetzen. Nun sind zwei Mglichkeiten gegeben : entweder vollzogen sich die Schwankungen des Eisrandes insgesamt zu gleicher Zeit, die inter- mornalen Schichten und Verwitterungskrusten stellen also Leithorizonte dar, die zur zeitlichen Einstellung dienen knnen, oder aber die Schwan- kungen waren rein lokaler Natur: dem Vorrcken ( an einem Ort entsprach ein Zurckweichen oder Stocken an anderen. Die intermornalen Schich- ten und Verwitterungskrusten wren dann keine Leithorizonte, sondern ihre zeitlichen Beziehungen mssen durch besondere Untersuchungen erst festgelegt werden. Diese beiden in der Gegenwart vertretenen Anschauungsweisen sttzen sich vielfach auf Hypothesen ber das Klima der Eiszeiten und Intermornal-(Interglacial-)Zeiten, knnen also insoweit erst spter besprochen werden. Auf rein tatschlichem, geologischen Boden erhellt aber ohne weiteres, da nur die erstgenannte, in der Majoritt herrschende, die Bedingungen einer Arbeitshypothese erfllt. Mit der zweit- genannten Hypothese der Minoritt gelangte man erst zu einem Gesamtbild und einer Gliede- rung, wenn alle lokalen Einzelheiten lckenlos feststehen und angegeben werden kann, in welcher Weise und Reihenfolge die Einzelheiten zum jetzt vorliegenden Befund zusammen- wirkten. Nach jener ersten Vorstellung wre das Eis dreimal ber Norddeutschland vorgedrungen und zurckgewichen, jedesmal in anderer Ausdehnung. Die Grenzen lassen sich im einzelnen noch nicht bestimmen, doch gilt allgemein die zweite als die Haupteiszeit, weil im Norden ihre Grundmo- rne die der brigen an Mchtigkeit zu bertreffen schien und ihr deshalb die Maximalausdehnung zuzuschreiben war. Als tatschlicher Beweis dafr, da zwischen zwei Zeiten des Vorrckens lngere Zeit verflossen sei, wird angefhrt, da die lteren Mornen vor ihrer Eindeckung tief- grndiger verwittert seien, als die oberste, erst seit dem letzten Weichen des Eises freigelegte. Jedoch wrde dieser Schlu und damit die An- nahme eines auch rumlich weiten Rckgangs nur bindend sein, wenn die Mchtigkeit einer Verwitterungskruste nichts als eine Funktion der Verwitterungsdauer, und nicht auch der Strke der Verwitterungsagentien wre. Eine Dreiteilung des Glacials zeigt sich auch in Skandmavien, da dort die Bewegungsrichtung des Eises dreimal wechselte nach Ausweis der Schrammen, in Schonen beispielsweise whrend des lteren" und des jngeren baltischen Eisstromes" aus SSO, whrend der dazwischen liegenden Haupteiszeit" aber aus NO kam. Jedoch fehlt es durchaus an unbezweifelten Anzeichen fr Eisfreiheit in den Zwischenzeiten, besonders zwischen dem lteren baltischen Eis- strom und der Haupteiszeit, und so gewinnt die Ansicht, da in Skandinavien die Eisbe- deckung ununterbrochen bestand, immer mehr Anhnger. Dann wrde, als Ganzes betrachtet, das quartre Inlandeis Nordeuropas ein einheit- liches Ereignis gewesen sein, denn, wie es sich auch mit den Schwankungen in Norddeutschland und der ganzen Randzone verhalten haben mge, sie htten nicht auf den eigentlichen Eisherd zurckgegriffen, wren nicht Unterbrechungen der Eiszeit, sondern lokale Ereignisse greren und kleineren Mastabes gewesen. Ob sie in den Randzonen gleichzeitig oder rtlich zu ver- schiedenen Zeiten auftraten, kann nur durch direkte Beobachtung festgestellt werden: sind die intermornalen Schichten und Verwitte- rungskrusten berall durchgehende Horizonte, so wird man sie als Zeugen fr gleichzeitige Unterbrechungen der Eiszeit betrachten mssen. Lckenhaft, wie bis jetzt die Erkenntnis ist, lt sie sich, wenn allein die Argumente direkter 80 Eiszeiten Beobachtung in Betracht kommen, mit der einen wie mit der anderen Vorstellung vereinigen. Im uersten Westen finden sich, und zwar in Holland wie in Oldenburg, zwei Mornen- decken, in Hannover und Westfalen nur eine, in Schleswig-Holstein jedoch drei; es ist nicht beobachtet, wie weit sie sdwrts ber die Elbe vorschreiten und welche von ihnen bis an die Grenze der Maximalver- eisung geht. Am Harzrand sind zwei Decken bekannt, bei Berlin und in der Umgegend von Halle wiederum drei, von denen die lteste sich am weitesten, bis an den Rand des Thringer Waldes ausdehnt; die jngste bleibt am weitesten zurck. Die Umgegend von Leipzig war nur einmal vereist, Schle- sien in einiger Entfernung von den Gebirgen dagegen zweimal. Das Gebiet einer doppelten Mornendecke umfat den Nordosten Deutsch- lands sowie Polen und Litthauen. In den russischen Ostseeprovinzen sowie im ganzen inneren Ruland ist wiederum nur eine vor- handen und erst im Norden, in Finnland und im Olonetzgebiet stellt sich eine Verdoppe- lung wieder her. Sowie die Vereisung Englands von einem eigenen Eisherd in Schottland ausging, so scheinen auch die Schwankungen sich un- abhngig von den kontinentalen vollzogen zu haben. Jedenfalls hat das Schema Gei- kies, der sechs Eiszeiten und fnf Inter- glacialzeiten unterschied, sich auf die konti- nentalen Verhltnisse nicht anwenden lassen, brigens auch auf dem Boden Grobritanniens verschiedene Schwierigkeiten und manchen Widerspruch gefunden. ) Gebirgsvergletscherung in Eu- ropa. Quartre Vergletscherungen sind auf den hheren Teilen der europischen Gebirge vielfach nachgewiesen, in der Nhe des In- landeises und weit davon entfernt, in Frank- reich und Spanien. Grere Bedeutung gewannen die Gletscher jedoch nur in den Pyrenen und besonders in den Alpen. In smtlichen Fllen war der eiszeitliche Zu- stand nur graduell von dem heutigen ver- schieden, denn die quartre Schneegrenze verlief parallel zu der gegenwrtigen, nur mehr als 1000 m tiefer. Der Mittelpunkt der Alpenvereisung lag in. der Schweiz und Tirol. Sie bildete nirgends ein Inlandeis wie in Skandinavien, sondern die im allgemeinen schildfrmige Eismasse wurde durch Firngrate zerschnitten und in ein Eis- stromnetz zerlegt, dessen Maschen nach Osten und Westen lockerer wurden und schlielich zerfielen. Die Scheitelhhe lag ungefhr bei 2500 m; die Eisscheide befand sich nrdlich der heutigen Wasserscheide. Die Eisbewegung folgte im allgemeinen den- selben Bahnen wie die heutigen Flsse und trat auch in den heutigen Flutlern auf das Vorland hinaus, in breiten Gletscherzungen, die dann teils ; selbstndig blieben, teils zu einer Vorlandver- gletscherung zusammenflssen. So lt sich ein Rhonegletscher unterscheiden, der bis in das Saonetal vordrang; daran anschlieend ein Linth- und Reu-Gletscher und drittens ein Rheingletscher. In der Zeit der Maximalausdeh- nung war also die Schweiz unter einer ber 1000 m mchtigen Eisdecke begraben, die zu- sammenhngend von Lyon bis unweit Ulm reichte, den Schweizer Jura berstieg, aber am Schwarz- wald und am Schwbischen Jura eine Grenze fand. Von betrchtlicher Ausdehnung war auch noch das aus Hier-, Lech- und Isar- Gletscher zu- sammengeschobene Vorlandeis, das zeitweilig bis an den Schwbischen Jura und bis unweit Augsburg vordrang. Die ostwrts folgenden Gletscher im Gebiet des Inn, der Salzach, der Traun und Krems blieben immer mehr auf das unmittelbar anstoende Vorland und schlielich auf das Gebirge selbst beschrnkt. Im Westen und Sden der Alpen ward der Gebirgsrand nur im Gebiet der oberitalischen Seen berschritten, doch blieb das Ausma der Gletscher weit hinter dem der nordalpinen zurck. Im Osten wuchs nur der Drau- und Save-Gletscher zu betrcht- licher Gre, ohne aber das Vorland zu er- reichen. In den Pyrenen blieben die Gletscher getrennt und traten nicht in das Vorland. Auf der Nord- seite war die Vereisung strker als auf der Sd- seite, im Westen strker als im Osten. Penck und Brckner haben die Schwan- kungen des Eisrandes in den Alpen auf das eingehendste studiert und beschrieben. Sie unterschieden zunchst im nrdlichen Vor- land vier, durch lngere eisfreie Interglacial- zeiten getrennte Vereisungen, die als Gnz-, Mindel-, Ri-, und Wrm-Eiszeit bezeichnet werden. Die lteste, die Gnzeiszeit, hatte im groen und ganzen dieselbe Ausdehnung wie die jngste, in der Bodenform des Alpen- vorlandes bestimmend auftretende Wrm- eiszeit, die Mornen der Mindel- und Rieis- zeit, stark abgetragen und verwischt, drangen weit darber hinaus. Nur im Sdosten ber- schritt die Wrmeiszeit die Rimornen. Neben diesen groen Schwankungen traten auch solche kleineren Ausmaes auf, die aber wohl wegen der Erhaltungsbedin- gungen nur aus den Rckgangszeiten der Wrmeiszeit bekannt sind. Mornen der Gnzeiszeit sind so gut wie gar nicht erhalten; sie verrt sich hauptschlich in fluvioglacialen Schotterbildungen, die sich an die Mornen anschlieen. Bei erneutem Vor- dringen des Eises wurden diese von den Schmelz- wassern teilweise abgetragen und zerschnitten. Auf diese Weise entstanden Terrassen, die sich im bayrischen Vorland in Vierzahl, als lterer und jngerer Deckenschotter, Hoch- und Nieder- terrasse bezeichnet, finden und in derselben Reihenfolge der Gnz-, Mindel-, Ri- und Wrm- eiszeit entsprechen. Im Innern der Alpen waren nach den wenigen vorliegenden Beobachtungen die Un- terschiede zwischen den Gletschermchtig- keiten unbetrchtlich. Intermornale Ab- Eiszeiten 81 lagerimgen, der Zeit zwischen Ri- und Wrmeiszeit zugewiesen, finden sieh im Vor- land und nur ganz vereinzelt in den Rand- zonen des Gebirges, z. B. die Httinger Breccie bei Innsbruck. Der Flle von Beobachtungen gegenber, die Penck und Brckner zusammengebracht niemals mit den benachbarten in direkten Zusammenhang getreten ist. Wie in Europa, so beweiseu auch in Amerika Verwitterungskrusten und inter- mornale Bildungen nichtglacialer Ent- stehung, da die Ausdehnung des Eises mehr- fach schwankte. Auch scheinen die drei haben, ist es fr Umdeutungen des Befundes i Zentren nicht gleichzeitig ihre grte Be- schwer, sich Gehr zu schaffen Der meist .als deutung erlangt zu haben; insbesondere unbedingt triftig geltende Schlu da die Alpen das Keewatineis dem Labradoreis voran den Interglacialzeiten eisfrei oder nicht starker JJ,^,,,^ r; k; + mara + : A anan A ar >r, in als letzt vergletschert waren, ruht fast ganz auf und berdeckte Gebiete zuerst, m denen dann klimatischen Vorstellungen, die hier zunchst s P ater das Labradoreis einzog. Die Gkede- auer Betracht bleiben. Die intermornalen rungsversuche knnen bei der Ausdehnung Bildungen innerhalb des Gebirges werden von und unvollstndigen Durchforschung des anderer Seite als teils prglacial, teils postglacial Gebiets nur provisorische Geltung bean- bezeichnet. Im Gebirge sind Mornen der lteren I sprachen. Eiszeiten nicht vorhanden; sie wurden also ent- , , . , . ., ,. , weder abgetragen durch spteres Vorrcken der F f stehen sich ^Amerika dieselben Grund- Gletscher, oder es war bei einheitlicher Vereisung dort nur eine einheitliche Morne vorhanden. So anschammgen gegenber wie in Europa, der einen schwand die Eisbedeckung whrend der Eiszeit niemals gnzlich, sondern vernderte nur ihre Verbreitung: nach der anderen schoben sich zwischen die Eiszeiten Interglacialzeiten mit vlliger Eisfreiheit ein, doch widersprechen sich die Angaben ber deren Anzahl. Es werden zwei bis fnf Eiszeiten angegeben und mit be- sonderen, zuweilen in verschiedenem Sinn ange- wandten Namen belegt. <5) Die brigen Erdteile. Schon die ist bis jetzt auf dem Boden der geologischen Tat- sachen auch die andere Vorstellung mglich, da im Innern der Alpen das Eisstromnetz die ganze Zeit hindurch unverndert bestand, und da die Schwankungen nur in der Vorlandvereisung und vielleicht nicht einmal in allen Gletscherzungen gleichzeitig auftraten. Der sichtbarste Vorzug der Vier-Eiszeitentheorie ist ihre Verwendbarkeit als Arbeitshypothese. In den meisten brigen Gebirgen ist bei gewhnlich wenig umfangreichen Vereisungen nichts ber Schwankungen beobachtet. Je- doch findet sich z. B. im Schwarzwald eine dreifache Mornenbildung, im oberen Mosel- tal deuten vierfache Terrassen auf viermalige, in den Pyrenen dreifache Schotter auf dreimalige Vergletscherung. y) Das nordamerikanische Inland- eis. Whrend an der europisch-atlantischen Kste das Inlandeis nrdlich vom 50. Breiten- grad blieb, erreichte es in den. atlantischen Staaten Nordamerikas den 40., in den pazi- fischen den 47. Breitengrad. Diesem folgt im Westen des Festlandes die Sdgrenze der Maximalvereisung; sie geht dann an- nhernd dem Lauf des Missouri entlang bis in die Nhe von St. Louis und schwingt dann zurck, um in der Gegend von New York die Kste zu treffen. Das Eis drang also vor bis in die Breite Siziliens und bedeckte eine ungefhr dreimal so groe Flche als in Europa. Es ging aus von drei Vereisungs- herden, die in Labrador, in Keewatin zwischen Hudsonsbay und groem Sklavensee und in der Kstencordillere von Britisch-Colum- bia ihren Sitz hatten. Mehrere Zentren geringeren Umfangs schlssen sich an, auch wegten, aber sonst berall aufsteigenden Kste Gebirgsvergletscherungen in den Rocky moun- deuten - Besttigung bleibt abzuwarten, tains, der Sierra Nevada u. a. Auch das Gegen die sdliche gemigte Zone sank grnlndische Inlandeis, dessen quartre die Schneegrenze wieder herab. Daher nahm Ausdehnung die gegenwrtige bertraf, kann die Vereisung der chilenisch-patagonischen als ein amerikanisches Vereisungszentrum Anden sdwrts zu, doch erst vom 40. Grad betrachtet werden, obwohl es wahrscheinlich Sdbreite ab traten die Gletscher aus dem Handwrterbuch der Naturwissenschaften. Band III. b Cordillerenvereisung Nordamerikas ist mehr eine Gebirgsvergletscherung als ein Inlandeis. Diese letztere Vereisungsform tritt auer an den beiden Seiten des Atlantik nur noch in der Antarktis auf, wo die quartre Vereisung strker gewesen zu sein scheint als die gegen- wrtige. Auch waren damals die Kerguelen und Sdgeorgien eisbedeckt, dagegen die Falklandsinseln anscheinend nicht. In den meisten Gebirgen der Erdelag die quartre Schneegrenze tiefer als jetzt. So finden sich Gletscherspuren in Mittelasien von den Kstenketten am Ochotskischen Meer bis zum Sdabhang des Himalaja. am Kaukasus usw., auch in den Tropen, wie in den peruanischen Anden, am Kiliman- dscharo und in Westneuguinea am Wilhelmina Peak, hier berall jedoch erst in Meeres- hhen von mehr als 4000 m. Sehr auffllig ist, da am Franziskahafen in Deutsch-Neuguinea, auf 7 Sdbreite und in- mitten einer Kste, die an norwegische Fjord- landschaften gemahnen soll, angeblich quartre Mornen im Meeresniveau gefunden sind. Es wird angenommen, da sie in derselben Meeres- hhe entstanden sind, wie die sonstigen qnartren Gletscherbildungen der Tropen und auf starke lokale Senkungen an dieser vulkanisch sehr be- 82 Eiszeiten Gegenwart bergefhrt Gebirge heraus und bildeten auf der Ost- seite langgestreckte Vorlandsvereisungen. Auffllig ist demgegenber die Angabe, da auf den Falklandinseln keine quartre Verglet- scherung nachweisbar sei. Auch in Sdaustralien, Neuseeland und Tasmanien trat die Eiszeit als Gebirgsver- gletscherung von teilweise bedeutenden Di- mensionen auf. Die Kenntnisse ber die Ausdehnung dieser Gletscher sind vielfach noch ungenau. Schwankungen oder mehrfache Vereisungen werden nur aus Sdamerika berichtet, wo zweifache oder dreifache Mornenbildung stattgefunden hat, Das ltere Quartr wird demnach ber- all auf der Erde durch tiefere Lage der Schnee- grenze charakterisiert und war auch in solchen Lndern, in denen es nicht zur Gletscher- bildung kam, meist eine Zeit erhhter Nieder- schlge, eine Pluvialzeit, die wie die Eiszeit allmhlich und vielfach mit Schwankungen und vorbergehenden Stillstnden in die Verhltnisse der wurde. e) Die zeitlichen Beziehungen zwischen den quartren Vereisungen. Wenn auch das ungefhre Alter der bespro- chenen Glacialbildungen nicht zweifelhaft ist, da sie smtlich einer der Gegenwart un- mittelbar vorangehenden Zeitstufe, also dem Quartr angehren, so ist doch die Gleich- zeitigkeit der Eiszeiten an den verschiedenen Orten, noch mehr der angenommenen Einzel- phasen und Interglaciale, zunchst nur eine Arbeitshypothese der Stratigraphie, deren Zulnglichkeit fr palogeographisch-klima- tologische Zwecke der Nachprfung bedarf. Aber auch sonst legt die ungleichzeitig ein- getretene Maximalausdehnung der nord- amerikanischen Eiszentren den Gedanken nahe, zu verallgemeinern und die Ungleich- zeitigkeit der in verschiedenen Weltgegenden liegenden Eiszeiten als mglich zu betrachten. Hiernach aber erheben sich Bedenken, ob beispielsweise das von Penck und Brckner fr die Alpen abgeleitete Schema ohne weiteres auf andere Gebiete, auch bei rein strati- graphischer Betrachtung, bertragen werden drfe, besonders wenn unabhngige Unter- suchung zu einer anderen Einteilungsweise gefhrt hatte. In der Regel wird die Ent- scheidung hierber durch Hypothesen und Opportunitt bestimmt bleiben, denn nur inem einzigen Fall lassen sich die zeit- lichen Beziehungen zwischen den Schwan- kungen getrennter Eisherde mittels geolo- gischer Beobachtung der Lagerungsverhlt- nisse aufsuchen, nmlich zwischen den Alpen und dem nordeuropischen Inlandeis, da die von den alpinen Vereisungen abhngigen Terrassen des Rheins und die Grundmornen Hollands in Verbindung treten. Doch ist eine derartige Untersuchung noch nicht durchgefhrt. Es steht nicht fest, welche der drei in Nord- deutschlaDd bekannten Mornendecken sich bis Holland fortsetzt, nachdem neuere Beobach- tungen ber die Mornenmchtigkeit zeigten, da die mittlere, die der Haupteiszeit", nicht so weitaus die strkste ist, als man frher annahm. Zweitens ist unbekannt, ob die zwei Mornen- decken Hollands einer einzigen von den nrdlichen zugehren und nur untergeteilt sind, wie man es bisher fr die oldenburgischen annahm, oder ob jede die Fortsetzung einer der nrdlichen ist. Drittens ist vielfach bestritten worden, da die Niederterrasse des Rheinunterlaufs, die dem Glacial Hollands entspricht, die Fortsetzung der oberrheinischen Hochterrasse und der Schwei- zer Rimornen sei, wie man das behauptet hatte als Beweis fr die Gleichzeitigkeit der nrdlichen Haupteiszeit und der alpinen Rieiszeit, Daher ist es vorlufig nur eine Vermutung, da die Gnzgletscher Skandinaviens nicht nach Nord- deutschland gelangt seien, und da weiterhin die Mindeleiszeit der ersten, die Rieiszeit der zweiten, die Wnneiszeit der dritten Eiszeit des Nordens sowohl zeitlich als den Grenver- hltnissen nach entsprche, eine Vermutung, die, solange im Norden noch nirgends 4 Mornen bereinander nachgewiesen sind, zudem fr die Gnzeiszeit vllig in der Luft schwebt, und der, in welcher Begrndung sie auch auftritt, auf Grund anderer Verschiedenheiten im Auf- treten der nordischen Vereisung widersprochen wird. 2b) Die spt-palozoische Eiszeit, a) Verbreitung. Die spt-palozoische Eiszeit hatte ihre Herde auf dem Boden des alten Gondwanakontinents, in Australien, Vorderindien, Sdafrika und Sdamerika, weist also in der Verbreitung nicht die ge- ringste Aehnlichkeit mit der der quartren auf. Das australische Eis ging aus von einem sdlich des heutigen Kontinents gelegenen Festland und erstreckte sich ber Tasmania, Viktoria und die anstoenden Teile von Neusdwales. An das Inlandeis schlo sich nrdlich eine breite Driftzone, deren Spuren sich an der Ostkste des Erdteils bis ber den Wendekreis hinaus in Kohlenbildungen eingeschleppt finden, ferner, von anderen Strecken des Eisrandes ausgehend, an ver- schiedenen Orten Mittel- und Westaustraliens. Auch in Vorderindien lag der Ausgangs- punkt im Sden; die Grundmorne, das T a 1 c h i r k o n g 1 o m e r a t , beginnt sdlich vom 20. Grad nrdlicher Breite in der Umgegend von Gianda und lt sich ber breite Unterbre- chungen hinweg bis einerseits nach Bengalen, andererseits in das Pendjab und in die Salt- range verfolgen. Hier, jenseits des 32. Grades nrdlicher Breite, erreichten die Eismassen das Meer. Eine Driftzone ist unbekannt. Der Ausgangspunkt des sdafrikanischen Eiszeiten 83 Eises wurde bisher in Rhodesia gesucht. Jedenfalls kam die Bewegung in Transvaal, Natal und dem Kapland aus Norden. Die Grundmorne, das Dwykakonglomerat, ist ungefhr vom 25. Grad sdlicher Breite bis zum Kap ziemlich zusammenhngend be- kannt, ndert aber in der Gegend des 33. Breitengrades ihre Beschaffenheit insofern, als von hier ab sdwrts der x\bsatz unter Mitwirkung des Wassers, des Meeres oder groer Landseen erfolgt sein mu. Westlich wurde nach gefundenen Fossilien das Meer erreicht, in der Gegend von Keetmannshoop. Noch ungeklrt ist, ob die neuerdings bei Katanga auf 10 Grad sdlicher Breite gefundenen Glacialkonglomerate zum Dwyka gehren und ob nun der Ausgang der sd- afrikanischen Vereisung nrdlich oder sd- lich von Katanga zu suchen ist. Die Alters- bestimmung sttzt sich in Ermangelung anderer Anhaltspunkte nur darauf, da das Dwykakonglomerat das verbreitetste und bekannteste Glacial in Sdafrika ist. Da jedoch aus dem Kapland auerdem noch eine devonische und eine kambrisch-pr- kambrische Eiszeit genannt wird, und da ferner nach den bisherigen Anschauungen in Katanga Konglomerate verschiedenen Alters vorkommen, ist diese Art der Paralleli- sierung nicht beweiskrftig. Das gleiche gilt dann fr das noch weiter entfernte Glacial von Togo. Die spt-palozoische Vereisung Brasiliens ist erst in jngerer Zeit in den Staaten Minas Geraes und Paran erkannt, sowie Drift in S. Paulo, Sta. Catharina, Rio grande do Sul. Genauere Angaben stehen noch aus, auch darber, ob es sich um marine oder lagunre Drift handle. Die Nhe der Kste ist nach Beobachtungen anderer Art wahr- scheinlich. Weit auerhalb der sonst von diesen Vereisungen eingehaltenen Zone, auf dem 50. Grad sdlicher Breite sind auf den Falklands- inseln Ueberreste eines zugehrigen, in An- betracht der Entfernung wohl als selbstndig zu betrachtenden Eisherdes gefunden, lieber Bewegungsrichtung und ber Lage zum Meer ist nichts bekannt. Schwankungen und intermornale Ab- lagerungen sind bei den Mornen dieser Eiszeit nirgends beobachtet. ) Alter. Die Altersbestimmung der spt-palozoischen Eiszeit bietet Schwierig- keiten und schwankt, nachdem sie ursprng- lich auf eine Zwischenstufe ,,Permokarbon ; ' gelautet hatte, zwischen Oberkarbon und unterem Perm. Auf dem Boden stratigra- phischer Betrachtungsweise stellt man nach der schon beim Quartr besprochenen Ar- beitshypothese die verschiedenen Vereisungen trotz ihrer rumlich so weiten Trennung auf dieselbe Zeitstufe ein und bleibt dann im Einklang mit der grundlegenden Arbeits- hypothese der Stratigraphie, der zeitlichen Gleichsetzung identischer Fossilien, da in Australien, in der Saltrange und Deutsch- Sdwestafrika eine charakteristische, durch Conularia und Eurydesma bezeichnete K~ Fauna im Zusammenhang mit den Glacial- bildungen auftritt, und unmittelbar darber die ltesten Typen der ( ilossopterisflora. Dann aber gibt es verschiedene Wege, diese glaciale Zeitstufe in das stratigraphische System einzuordnen. S Bei strengem Festhalten an den Arbeits- hypothesen der Stratigraphie ergibt sich, da die sptpalozoische Eiszeit dem Oberkarbon, vielleicht sogar dem Mittelkarbon zuzurechnen sei, wie das durch Tschernyschew und neuer- dings durch Haug geschah. Die ostaustralische Drift findet sich in Schichten, deren Fauna eine gewisse, wenn auch nicht sehr starke Verwandt- schaft mit der des unteren Produktuskalks in der Saltrange aufweist. Dieser ist einerseits von dem glacialen Konglomerat durch eine Gruppe von Zwischenschichten getrennt und hat anderer- seits der Fauna nach enge Beziehungen zum uralischen Oberkarbon. Die zeitliche Gleich- stellung beider Faunen wird noch dadurch begnstigt, da die Fauna des mittleren Pro- duktuskalks der des russischen und mediterranen Perm entspricht. Zu gleichem Ergebnis fhrt die stratigraphische Auswertung der Pflanzen: in Afrika und in Brasilien berdecken sich die Verbreitungsgebiete der nrdlichen (Lepidoden- dron-) und der sdlichen (Glossopteris-) Flora. Hiernach wrden die Ekkaschichten, die in Sdafrika, und die Karharbarischichten, die in Indien in einigem Abstand den Glacialbildungen folgen, nebst den brasilianischen Aequivalenten zum unteren Perm, die Glacialschichten also zum Oberkarbon gehren. Jedoch geht der Produktuskalk nach oben ohne irgendwelche Unterbrechung des Zusammen- hangs in unzweifelhafte Triasbildungen ber, und es scheint nicht angngig, eine in sich so einheit- liche Schichtenfolge, deren Fauna deutlich auf geschlossene Entwicklung verweist, ber die lange Zeitspanne vom Beginn des Oberkarbon bis zum Beginn der Trias zu strecken, noch dazu auf Grund nicht gerade erdrckender Ueberein- stimmungen der Faunen und unter Nichtbeach- tung mancher faunistischen Unterschiede. Ferner tritt die lteste Glossopterisflora, bezeichnet durch die Gattungen Glossopteris und Gangamop- teris und der australischen Eisdrift und den Tal- chirschichten Indiens angehrig, wenig oder gar nicht verndert an der Dwina unmittelbar ber Schichten mit einer Zechsteinfauna auf, hier sogar vergesellschaftet mit Pareisaurus und .; Dicynodon, Reptilien der unteren Be auf ort- schichten, die in Afrika den Ekkaschichten folgen. Die Glossopterisflora wanderte also whrend oder nach der Eiszeit in Vorderindien ein und breitete sich spter, und zwar nach neueren Funden wahrscheinlich ber ein sibirisches Fest- land nordwrts aus. Da ist es aber kaum glaub- lich, da eine Kryptogamenflora bei ihrer raschen Wanderfhigkeit die Zeit vom Beginn des Ober- karbon bis in die Mitte des Perm habe aufwenden 6* 84 Eiszeiten mssen. Wenn nun bei der Altersbestimmung die | gewesen sei. Nimmt man aber lngere Dauer Zeitdauer von Wanderungen berhaupt berck- fr sie an, so tritt man in Widerspruch zu smt- sichtigt werden soll, so mu das auch bei Meeres- ; liehen bisher vorliegenden Rekonstruktionen. faunen geschehen. Nun ist die Fauna des Pro- duktuskalk offenbar erst nach dem Ende der Eiszeit in dieses Kstengebiet eingezogen und hat dort die ltere, durch Conularia bezeichnete verdrngt oder ersetzt. Ein Teil der eingewan- derten Arten tritt auch im Oberkarbon des Ural auf, ist dort aber als einheimisches Element zu betrachten, da eng verwandte Formen schon vorher in den rassischen Meeren lebten. Die Wanderung dieser Brachiopoden mu bei der geringen Wanderungsfhigkeit des Typus sehr viel lngere Zeit beansprucht haben, als die umgekehrt gerichtete der Glossopterisflora. Durch Betonung teils dieser Lagerungsverhltnisse, teils der theoretischen Argumente gelangten Noetling und Koken dazu, die Talchirschichten in das mittlere Rotliegende, folglich das Talchir- konglomerat und die Eiszeit etwa an die Grenze des unteren und mittleren Rotliegenden zu setzen, Die Abweichung zwischen diesen beiden Schlureihen beruht darauf, da die erste rein stratigraphisch verfhrt, die zweite aber mit der Mglichkeit rechnet, da Faunen und Floren wanderten ohne ihre Beschaffenheit wesentlich zu ndern, also in Annherung an palogeo- graphische Betrachtungsweise die Arbeitshypo- these der Leitfossilien nicht mehr als unbedingt gltig anerkennt. Der Versuch, sie durch Abwgen der Grnde zu einem Gesamtresultat zu ver- einigen, ist aussichtslos, weil sich die jeweiligen Methoden und Ziele ausschlieen. Jedoch ist gegen die zweitbesprochene Altersbestimmung verschiedenes einzuwenden. Der augenblickliche Stand der Altersfrage lautet also, da bei rein stratigraphischer Betrachtung die spt-palozoische Eiszeit dem Oberkarbon angehrt, da sich aber fr palogeographische Zwecke nur eine in weiten Grenzen schwankende Altersbestim- mung ergibt. Da letzten Endes alle Unter- suchungen ber Eiszeiten in palogeogra- phischer oder paloklimatiseher Richtung ausmnden, so erhellt, da diesen weiteren Betrachtungen bei der sptpalaeozoischen Eiszeit die von grundstzlichen Bedenken freie Unterlage fehlt. 2 c) Verbreitung und Alter der frh-palozoischen und algonkischen Eiszeiten. Sdafrika hat mehrfach Spuren lterer Vereisungen geliefert und zwar Drift- einschwemmungen in Schieferlagen des unter- devonischen Tafelbergsandsteins und eben- solche in dessen Liegendem. Die letzteren bedrfen noch der Besttigung und ihr Alter lt sich vorlufig auch nur als vordevonisch bezeichnen. Wie erwhnt, gehren mglicher- weise die Glacialbildungen von Togo und Katanga einer dieser Eiszeiten, oder auch einer selbstndigen anderen an. Auch Sdaustralien, die Gegend von Adelaide, war Schauplatz einer alt-palo- zoischen Vereisung, deren Herd wiederum jenseits der heutigen Kste zu suchen ist. Zwischen dem Ural und der Saltrange liegt = ein breites, so gut wie unerforschtes Gebiet, und ? st ^J ^S^Lu ^^^ 6 * 8 ^ es ist daher unbekannt, wieweit die uralische Fannenprovinz sich schon im Karbon und whrend der Eiszeit gegen Indien ausgedehnt hat. Die Dauer einer Wanderung, deren Weglnge man nicht kennt, lt sich nicht abschtzen. Ferner ist es nicht wohl angngig, sich nur von der einen Arbeitshypothese der Stratigraphie frei- zumachen, die andere aber, die bei palogeo- graphischer Betrachtung gleichfalls unzulnglich ist, die zeitliche Gleichsetzung der Vereisungen beizubehalten. Es ist dann zu bercksichtigen, da die sptpalozoische Eiszeit aus einer Reihe selbstndiger Vergletscherungen in weit ent- fernten Gebieten bestanden haben kann, die sich im Alter auf die Zeit vom Oberkarbon bis ins untere Perm verteilten. Die Conularienfauna oder Drift vorliegt; ebensowenig ist das Alter fest bestimmt, da die Glacialschichten diskordant auf archischen und konkordant unter kambrischen Schichten liegen. Derselbe zeitliche Spielraum zwischen Kambrium und Algonkian ist gelassen beim Glacial von Simla am Sdabhang des Hima- laja und von Wutschang am Yangtse; ein noch weiterer, zwischen Algonkian und Perm, bei den Glacialbildungen am Varangerfjord, dem unter allen hier zu nennenden am lngsten und genauesten bekannten Vorkom- men. Hieran reihen sich einige Eiszeiten frh-palozoischen oder pr kambrischen Al- ters, die noch mit Unsicherheiten verschie- erschiene dann als Bewohnerin abgekhlter rf 10 ' u \ c " f T a i 1 " lt . uuMi^iKai*u^ytDwu Meeresksten, verlre den Leitfossilcharakter und d ener Art behaftet sind Moranenbildimgen hnlich wre das Auftreten identischer Floren im Coppermine-Distrikt des arktischen Ame- ber den Glacialbildungen pflanzengeographisch, rika, m Labrador, Spitzbergen, an der Lena- icht in erster Linie zeitlich, zu begreifen. mndung und weiter sdlich, in Westschott- Zu einer methodologisch einwandfreien, rein land. In betrchtlicher Ausdehnung ist eine palogeographischen, Behandlungsweise ist das Oberkarbon und Perm noch nicht geeignet. Wie algonkische, huronische Eiszeit bekannt ge- nig Vertrauen die bisherigen Darstellungen wor den aus der Umgegend des Lake superior enen, -hellt aus dem Auftreten der gleichen | mid d kanadischen Provinz Ontario. Es Keptuiensattnngen m Sdafrika und an der ,. , , T ,. ., , Dwina. Danach mte im Perm eine Landver- ^egt nahe alle genannten Eiszeiten schwan- bindung quer ber die Tethvs bestanden haben: Bender Altersbestimmung mit dieser zeitlich nichts berechtigt zu dem Schlu, da sie nur festliegenden zu parallelisieren und >hr eine schmal und eine rasch vorbergehende Bildung , weltweite, die Bedeutung der quartren noch Eiszeiten 85 in Schatten stellende Verbreitung zuzuschrei- ben. Indessen wrde dadurch dem geologi- schen Befund in hnlicher Weise Gewalt angetan, wie es bei Annahme oberkarbo- nischen Alters fr die spt-palozoische Eis- zeit der Fall ist , denn die Ablagerungen, die sich in Australien und im Yangtsetal bei fast vlliger Konkordanz zwischen das Gla- cial und den ersten fossilfhrenden, kam- brischen Horizont schieben, scheinen nicht mchtig genug zur Deckung einer so gewal- tigen Zeitspanne. Demnach ist es richtiger, in den meisten dieser Flle auf genaue Alters- bestimmung zu verzichten und mit zwei zeitlich weit getrennten Eiszeiten von noch unbekannter Ausdehnung zu rechnen, die dann dem Kambrium und dem Algonkian, speziell dem Huronian, augehren. Einer nheren Betrachtung nach palogeo- graphischen und paloklimatischen Gesichts- punkten sind diese Bildungen einer so sehr lckenhaft bekannten Vorzeit ohnehin unzu- gnglich. 3. Geologische Wirkungen der Eiszeiten. 3a) Aufschttungen. a) Erratische Geschiebe. Die erratischen Geschiebe, Blcke landfremden Gesteins, die im Gebiet aller Quartrvereisungen sehr hufig und in betrchtlicher Gre auftreten, gaben zuerst Anla zur Aufstellung der Eiszeittheorie, nachdem man sich berzeugt hatte, da der Transport so groer Massen am einfachsten durch Eiswirkung, Gletscher oder Eisberge, erklrt werden knne. Die grten solcher Blcke haben von jeher die Aufmerksamkeit erregt, traten in Beziehung zur Sage und er- hielten, wie die Markgrafensteine bei Frsten- walde, besondere Namen. ) Grundmornen usw. Die Herkunft und damit die Richtung des Eistransports lie sich ermitteln, als man die eingeschleppten Gesteine anstehend in Skandinavien, den Alpen usw. fand. Jedoch erwiesen sich fr die Kenntnis der Eiszeiten die Grundmo- rnen weit wichtiger, deren Erkennung im nordeuropischen Diluvium den lteren Eisberg- und Drifttheorien den Garaus machte. Als Gesamtbezeichnung hat sich freilich im Deutschen das Wort Diluvium", im Englischen das Wort Drift" erhalten, doch ist der alte Sinn dieser Worte ver- loren gegangen. Die Grundmornen bestehen aus ungeschichteten Mergeln mit unregel- mig eingestreuten Geschieben, dem Pro- dukt der glacialen Erosion. Sie enthalten auer dem vom Ausgangsgebiet eingeschlepp- ten Schutt noch eine grere oder geringere Menge von unterwegs aufgenommenem. Die Quartrmornen Norddeutschlands fhren daher Trmmer tertirer und creta- cischer Gesteine, die den skandinavischen fehlen und haben auerdem aus den ber- schrittenen Tertirbildungen ihren Sandgehalt angereichert. Mornen, die vorwiegend aus Trmmern des direkt unterlagernden Ge- steins bestehen, nennt man Lokalmornen. Bisweilen wird der Eindruck der Schichtung hervorgerufen durch das Auftreten von dnn- bankiger Absonderung, die unter dem Druck der berlagernden Eismassen entstanden ist, ferner dadurch, da sich grere Geschiebe in ungefhr parallelen Lagen wie Steinpflaster anordnen, wahrscheinlich infolge rein lokaler, mit der Mecha- nik der Mornenbewegung zusammenhngender Ursachen. Die Gesteinsfarbe der Grundmornen, des frischen Geschiebe mergeis ist blaugrau. Durch Verwitterung geht sie ber in grau oder gelb. Nicht selten ist auch rote Ver- frbung beobachtet, die dem Mergel eine gewisse Aehnlichkeit mit Laterit, dem typisch tropischen Verwitterungsprodukt verleiht, doch lt sich noch nicht entscheiden, ob es sich nur um eine Aehnlichkeit der Farbe oder um weitergehende Uebereinstimmung handelt. Der durch Verwitterung entstandene Geschiebelehm unterliegt einer weiteren Vernderung dadurch, da die tonigen Be- standteile herausgesplt werden. Durch solche relative Anreicherung der sandigen Bestandteile entstehen zunchst Zwischen- stufen zwischen Sand und Lehm; das End- produkt ist reiner Geschiebesand, der dann zuletzt durch Auswaschung alles feinzerriebe- nen Detritus sich in eine Steinsohle, einen nur aus den grberen Geschieben bestehen- de Mornenrest umwandelt. Das Gestein der palozoischen Grund- mornen ist ein Geschiebemergel (englisch Till) mit allen Merkmalen des quartren, nur meist verfestigter und erhrtet. Er wird als Ti Hit bezeichnet. y) Endmornen usw. Die Endmornen sind nur aus dem Quartr bekannt und auch hier nur von dem letzten Eisvorsto, der die Gegend betroffen hat, da die ' der frheren Etappen durch die letzte abgetragen und in die neue Grundmorne aufgenommen sind. Direr Entstehung nach gehren die eiszeit- lichen Endmornen zum Komplex der Grund- mornenbildungen, da sie nicht wie die Stirnmornen der heutigen Gletscher vor- wiegend durch Anhufung des Oberflchen- mornenschuttes, sondern durch Aufstau- ung der Grundmornen entstanden sind. Daher bilden die Mornen der quartren Gletscher eine einheitliche Serie zusammen- hngender und zusammengehriger Erschei- nungen, die von Penck aus dem Vorland der Alpen eingehend beschrieben und als Zungen- becken bezeichnet sind. Um ein waiinen- frmiges vertieftes Feld, das nur von einer dnnen Grundmornenschicht bedeckt ist und dessen Mitte durch einen See oder ein Moor eingenommen zu werden pflegt, schliet sich ansteigender Boden, indem die Grund- 86 Eiszeiten morne sich verdickt, und zuletzt ein bogen- frmiger Grtel von Endmornen, die in der Landschaft als wallartige Erhebungen, meist in mehreren gleichlaufenden Zgen ange- ordnet, hervortreten. In der Umgebung eines Inlandeises sind ' die Zungenbecken selten deutlich individua- lisiert ; sie treten zu langen Zgen zusammen und verflieen ineinander. Dabei geht die \ Beckenform verloren ; die Endmornen ordnen sich zu langen Hgelzgen, die sich in Norddeutschland an verschiedenen Stehen, so z. B. zwischen Oder und Warthe und in der Kstengegend der Ostsee von Schleswig- Holstein bis Ostpreuen erhalten haben. Die Endmornengebiete sind hier wie im Vorland der Alpen landschaftlich charak- terisiert durch ihr bewegtes Bodenrelief und ihren Reichtum an Seen: die Seenland- schaften Bayerns, das Balticum usw. ge- hren zum grten Teil hierher. Eingehende Schilderungen der Grundmornen- und Endmornenlandschaften in Norddeutsch- land enthlt Wahnschaffes bekanntes Werk ber die Oberflchengestaltung des norddeut- schen Flachlandes. Die Endmornen bezeichnen im Gebiet der Inlandvereisungen nicht die uerste Grenze, bis zu der ein Eisvorsto gelangt ist, vielmehr geht die zugehrige Grundmorne oft weit ber die Endmorne hinaus; sie bezeichnen nur die Orte, an denen das zurck- weichende Eis lngere Zeit hindurch stationr blieb. Die verschiedenen Mornenzge erlauben daher, annhernd die Geschwindigkeit des Zu- rckweichens an verschiedenen Orten abzu- schtzen. So zeigt sich, da ihre Linien sich auf skandinavischem Boden gegen Christiania zu- sammendrngen und fcherartig ber das sd- liche Schweden ausstrahlen, wonach zwiscnen zwei Stillstnden der Rckgang in Schweden weit schneller erfolgt wre, als nher am Gebirge, dem eigentlichen Eisherd. Bemerkenswerter als diese Tatsache, die man auch ohne Beweis voraussetzen wrde, sind die Beobachtungen De Geers ber die kleinen Endmornen in der Gegend von Stockholm. Sie wiederholen sich in regelmigen Abstnden und gleich an Gre und Beschaffenheit, so da sie Stillstnden in kurzfristigen Perioden, vermutlich von Winter zu Winter darstellen mssen. Hiernach htte der jhrliche Rckgang 200 bis 300 m betragen. Zu den Grundmornengebilden gehren die Drumlin, schwarmfrmig angeordnete Hgel von elliptischem Grundri und in der Richtung des Eisschubs angeordnet. Sie bestehen aus dem Material der Grund- mornen, hufig mit einem Kern anderer, fluvioglacialer Entstehung, und finden sich bei Inland- und Vorlandvergletscherungen da, wo gegen die Endmorne zu die Grund- mornendecke mchtiger wird, sind also sicher unter Eisbedeckung entstanden. Da man sie von heutigen Gletschern nicht kennt, hat man ber ihre Entstehungsweise nur Vermutungen, nach denen sie entweder ein- gehllte Erosionsreste oder aufgeprete Teile der Grundmorne unter Lngsspalten in der Eisdecke darstellen. Nicht unbestritten ist die glaciale Ent- stehung der Steinstrme, die ein Analogon der heutigen Oberflchenmornen sein sollen und neuerdings mehrfach als Beweise fr die quartre Vergletscherung von Mittelgebirgen angefhrt werden. Man nimmt an, es seien hier von den Talrndern so gewaltige Massen von Schutt auf kleine Gletscher gestrzt, da sie von diesen nicht mehr htten transportiert und zu Endmornen aufgebaut werden knnen. Nach anderen Autoren ist jedoch diese Art von Blockanhufung nicht glacialer Entstehung, sondern eine Folge der Verwitterung in kaltem, aber gletscherfreiem Klima. Die Angabe, da die Falklandsinseln im Quartr nicht vereist gewesen seien, sttzt sich darauf, da die dort vorhandenen Stein- strme auf die letztere, Solifluktion genannte Art entstanden seien, die, wenn nuch abge- schwcht, noch jetzt dort fortwirkt. d) Schotterfelder usw. An die alpinen Zungenbecken und die Endmornenzge der Inlandvereisungen schlieen sich mehr oder weniger breite Schotterfelder, Sedimente der Gletscherbche und -flsse. Jede Schwan- kung des Eisrandes verschob die Grenze zwischen Glacial und Fluvioglacial; daher finden sich vielfach Mornen und Sedimente ineinander verzahnt und ineinander ber- gehend. Unter J vi tbil dngen versteht man Abstze der Gletscherbche in nchster Nachbarschaft des Eisrandes, Sande und grobe Gerllmassen, die sich ber den an- stoenden Boden ausbreiteten (Sandr) und von rasch flieendem, durch Erosionsschlamm getrbten Wasser (hvitar Weiwasser) her- beigefhrt wurden. Whrend der Rckzugszeiten bildeten sich vielfach in Nordeuropa, in grerem Ma- stab aber in Nordamerika Stauseen am Eisrand, Ansammlungen von Schmelzws- sern, denen auf der einen Seite durch die Bodenschwelle der Endmornen, auf der anderen durch das Eis der Abflu verlegt war. In sie drangen deltafrmig die Hvit- bildungen ein, andererseits schlug sich ruhiger sedimentiertes Material, Sande und Tone in ihnen nieder. Die sdlichsten Teile des 1 hv ykakonglomerats in der Kapkolonie sollen in Swasserseen abgesetzt sein, die man sich vielleicht den quartren Stauseen hnlich vorstellen knnte. Unter den Glacialtonen ist besonders bemerkenswert der Bnder- ton, ein auffallend fein geschichteter Ton, dem entweder winzig dnne Sandschichten in regelmigen engen Abstnden eingelagert sind, oder der in jeder Schicht dieselbe Reihen- folge von Farbvernderungen wiederholt. Man hat die Bnderung mit Jahresringen Eiszeiten s7 verglichen und durch Sedimentsvernderung wiegend aus unverwittertem Material, das infolge der jahreszeitlichen Verschieden- heit in der Zuflugeschwindigkeit erklrt. G. de Geer hat in sehr eingehender Unter- suchung hieraus die Dauer und Schnelligkeit der Abschmelzung whrend der letzten Eiszeit- stadien zu berechnen gesucht. Er fand, da unge- fhr 12 000 Jahre verflossen seien, seitdem das : letzte Quartreis Schonen verlie, und da der j jhrliche Rckgang in Sdschweden 50 rn, bei ] Stockholm (bereinstimmend mit dem oben S. 86 i angefhrten Ergebnis) 250 m, und weiter nrdlich 300 oder 400 m betragen habe. Zu den fluvioglacialen Ablagerungen ge- ' hren auch die Ose (isar), langgestreckte Kcken, die aus gerolltem Gletscherschutt bestehen, oft Kreuzschichtung zeigen, also aus stark bewegtem Wasser abgesetzt sind. Ihre Richtung fllt ungefhr zusammen mit der Bewegungsrichtung des Eises; die ebenso gerichteten Drumlin unterscheiden sich von den sen durch ihren kurz-elliptischen Grund- ri, ihr schwarmartiges Auftreten und durch ihre Zusammensetzung aus Grundmornen- material. Die Ose bilden vielmehr lange, in der Landschaft deutlich hervortretende Rcken, die sich auf Kilometerlnge, unab- hngig von den sonstigen Bodenformen ver- folgen lassen und zuweilen im Kartenbild an Flusysteme mit spitzwinklig einmnden- den Quellbchen erinnern. Diese topogra- phische Gesamtgestalt legt die Deutung nahe, da die Ose als Abstze subglacialer Schmelz- wasserbche entstanden seien durch Auf- hhung des Bettes zwischen den Wnden des Eistunnels. Eine andere Erklrung fat sie auf als Deltabildungen an der erweiterten Mndung solcher Tunnel, wobei die Lngen- erstreckung als Folge alljhrlicher Anstcke- lung beim Zurckweichen des. Eisrandes erschiene. Fr letzteres sprechen manche Einzelheiten im Aufbau, besonders eine Art von querserialer Anordnung des grberen und feineren Schuttes. Die fluvioglacialen Sedimente gehen in grerer Entfernung vom Eis in rein fluvia- tile Schotter, Sande und Tone ber, die nur insofern hier kurze Erwhnung finden, als ihr Material zu einem Teil den Mornen ent- nommen ist. Aus demselben Grunde ist hier auch der L anzufhren, feinster kalk- haltiger Tonstaub, der im Gebiet des quar- tren Glacials in der Hauptsache den Mornen entnommen ist, und unter Bedingungen ent- stand, die als eine Nebenwirkung im Gefolge der Vereisung auftraten. 3b) Erosionen. a) Glttung usw. Die ungeheure Masse des von eiszeitlichen Gletschern verfrachteten Schuttes beweist eine gleichzeitige, sehr starke Erosion. Wenn auch die Kontinentalflchen vor der Eiszeit tief- grndig verwittert und aufgelockert gewesen sein werden, so bestehen doch die Mornen vor- erst vom Eis losgebrochen und abgeschrammt wurde. Die Erosionswirkungen sind sehr oft, auch unter den palozoischen Mornen be- merkt worden, und zwar als Glttung und Polierung der festen Gesteinsoberflchen. Charakteristisch sind besonders die Rund- hcker, die im Liegenden des Dwykakonglo- merats so gut wie in Skandinavien und sonst im Quartr erhalten sind, ferner die Schram- mung und Streifung der polierten Flchen, der sicherste Anhaltspunkt, um die Richtung des Eisschubs zu bestimmen. Aehnliche Schrammung zeigen viele Geschiebe, die Sc heuer st eine. Ihr Vor- kommen gilt als bndigster Beweis dafr, da eine mornenartige Bildung wirklich drfen Eistransport und nicht als fluviatile oder marine Gerllschicht entstanden ist. Doch sind niemals alle Geschiebe gekritzt", auch geht die Schrammung durch Verwitte- rung der Oberflche oder bei weiterem Transport des Gerlls im Wasser verloren. Die Facettengeschiebe, wie sie zuerst aus den Mornen der Saltrange bekannt wurden und lngere Zeit als charakteristisch fr die spt- palozoische Eiszeit galten, finden sich auch in quartren Mornen, sind aber nirgends hufig. Sie zeigen mehrere, in scharfen Winkeln zu- sammenstoende Schliffflchen, haben also unter dem Gletscher oder in einem vor oscillierenden Eisrndern gelegenem Steinpflaster der Grund- morne eine Drehung erfahren, deren Ursache in lokalen Zufllen zu suchen sein wird. Fr die Kenntnis der glacialen Erscheinungen sind^diese Geschiebe bedeutungslos. 9| Lokalerscheinungen sind ferner die aus dem Gletschergarten bei Luzern, von Rdersdorf und sonst in groer Zahl bekannten Riese n- tpfe, entstanden durch den Strudel des in Gletschermhlen von der Oberflche des Eises auf die Unterlage herabstrzenden Schmelzwassers. Auch den Sollen, kreis- frmigen Seen von betrchtlicher Tiefe, die im lockeren Boden der norddeutschen Grundmornenlahdschaft nicht selten auf- treten, wird die gleiche Entstehung zuge- schrieben. Doch steht die Erklrung nicht recht im Einklang damit, da mehrfach auch schrgstellende, also wohl nicht durch Wasser- fall ausgebohrte oder ausgekolkte" Kessel beobachtet sind. ) Uebertiefte Tler usw. Den Erosionswirkungen kleineren Mastabs, aber sicher glacialer Entstehung stehen andere gegenber, die sich in der Landschaft vielfach formbestimmend ausprgen, deren Entstehung durch Eiserosion jedoch nicht unbestritten geblieben ist. Die Alpentler, durch welche die quartren Gletscher austraten, sind bertieft, d. h. sie zeigen nur oberhalb der von Eiswirkungen betroffenen Zone die Gehngeneigung, die reifen Talformen und 88 Eiszeiten der Gesteinsart entspricht; in der Tiefe ist die Sohle verbreitert, die Hnge sind ber- steil und die Seitentler fallen in einer scharfen Stufe zum Boden des Haupttals ab. Oberhalb der Stufe sind die Bden der Seiten- tler flach geneigt. Denkt man sie in dieser Neigung bis in die Mitte des Haupttals fort- gesetzt und in diesem von beiden Seiten her die Neigung der oberen Hnge nach unten verlngert, so treffen diese drei Flchen in einer Hhe zusammen, die annhernd die Lage der Haupttalsohle vor der Uebertiefung wiedergeben mu. Da tatschlich glaciale Erosion Ursache der Uebertiefung ist, geht auerdem noch hervor aus dem Auftreten von Riegeln, die in den Haupttlern zwar weniger auffallen als in den Nebentlern, aber doch deutlich vorhanden sind. Verfolgt man ein Seitental aufwrts, so findet man nicht selten, da Steilabstze gleich der Stufe zum Haupttal sich wiederholen. Hinter der Stufe ist der Talboden muldenartig vertieft und ausgeweitet, enthlt auch oft einen See, so da sich zwischen diesem und dem Steilab- satz eine Bodenschwelle, der Riegel befindet. Diese Talform ist charakteristischfr Gletscher- erosion und findet sich nur neben anderen Spuren der Gletscherwirkung; sie fehlt den allein durch flieendes Wasser ausgefurchten Tlern, wiederholt sich aber in den mulden- frmigen Mitten der Zungenbecken und in den Fjorden, die demnach als unter den Meeresspiegel gesenkte Gletschertler er- scheinen. Die Wertschtzung der Gletschererosion ist jedoch Gegenstand weitgehender Meinungsver- schiedenheiten, in denen sich vielleicht Ueber- schtzung auf der einen Seite, Unterschtzung auf der anderen die Wage halten. Da Fjorde nur an einstmals vergletscherten Ksten vor- kommen und bertiefte Tler nur an den Zugstraen alter Gletscher, so drfte der doch zweifellos vorhandenen Gletscher- erosion die Ausschleifung und Ausgestaltung der speziellen Bodenform mit Bestimmtheit zuzu- schreiben sein. Eiiie andere Frage ist, ob das Eis sich die Bahn selbst gebrochen oder nur die vorhandenen benutzt habe. Die erodierende Wirkung des Eises besteht im Abgltten und Schleifen, ist also, wie die Rundhcker und viele Beobachtungen an Gletschern der Gegenwart zeigen, gering auf glatten Flchen, die dem Eis keine Unebenheiten und Ansatzstellen zur Ab- hobelung bieten. Solche werden aber in der Unterlage des Eises durch Spaltenfrost und subglaciale Verwitterung stets neu geschaffen und bis auf eine Art von Gleichgewichtsflche wieder abgeglttet und ausgeschliffen. Es ist ohne weiteres anzunehmen, da der Eisabflu vor- handene Wasserrinnen bevorzugt haben wird, da also die heutigen Fjorde und Alpentler durch Luviatile Erosion angelegt und durch glaciale ausgeweitet und vertieft sind, in einer isammen- oder Nachein anderwirkens, die sich nicht generell abschtzen lt. Eine andere Art der Eiserosion zeigt sich in den Karen, Gebirgsformen der Gipfel- regionen, die in steilwandig begrenzten Ni- schen mit einem flachen oder wannenfrmig vertieften Boden bestehen. Sie umschlieen vielfach einen See und sind durch einen Riegel oder Steilabsturz gegen das anschlie- ende Tal abgegrenzt. Kare fehlen im Gebiet der Inlandvereisungen und bezeichnen in eiszeitlich-vergletscherten Gebirgen die obere Gletschergrenze. Die Karwnde zeigen keine Spuren von Eiserosion, sondern ver- danken ihre Entstehung der subaerischen Verwitterung. Sie sind die Reste der ber das Eis hinausragenden Firngrate, whrend die Karbden als Gletscherquellen" bezeich- net werden knnen. Der Zusammenhang zwischen Gebirgsform und Vergletscherung ist fr die Alpen von Penck und Brckner eingehend in Wort und Bild geschildert worden. y) Terrassen usw. Fluvio glaciale Erosion ist stark beteiligt an der Ausbil- dung der Landschaftsformen im Vorland der Vereisungen. Die Entstehung der Terrassen und ihre geologische Bedeutung wurde schon oben angemerkt. Weiterhin ist die Breite mancher Tler, die jetzt nur von unbe- deutenden Gewssern durchflssen sind oder ganz trocken hegen, auf Erosion seitens der massenhaften Schmelzwsser des Quartr zurckzufhren. In Norddeutschland lt die Lage der Tler erkennen, da der Strom, der die Schmelzwsser aufnahm, dem weichenden Eisrand folgend etap- penweise sich nach Norden verlegte. Die Richtung dieser quartren Tler hat den heutigen Flssen, die smtlich auf lange Strecken von OSO nach WNW verlaufen, ihre Bahn vorgezeichnet. In Nordamerika nahm der Mississippi einen betrchtlichen, wenn nicht den grten Teil der Schmelzwsser auf; sein Bett hat keine wesentliche Verlegung, wohl aber eine starke Einengung er- fahren. Es gehrt zu den Aufgaben der Geo- graphie, den Zusammenhang zwischen den quar- tren und den gegenwrtigen Flutlern im ein- zelnen aufzudecken. Die Eiszeit" kommt dabei nur in Betracht, weil die erodierenden Wasser- massen und das sedimentierte Material von Gletschern stammen. 3c) Schichtenstrungen usw. Wenn ein vorrckender Gletscher gegen eine feste Bodenschwelle stt, so gleitet er ber sie hinweg oder schleift sie zum Rundhcker ab ; eine Bodenschwelle aus lockerem Gestein, etwa eine Stirnmorne, wird zunchst fort- geschoben, dann ebenfalls berstiegen und eingeebnet, Die lockere Decke eines festen, ansteigenden Bodens wird dagegen vom Eis wie von einem Pflug abgeschlt und in Falten gestaucht. Das quartre Inlandeis hat in vielen Fllen kaum irgendeinen Einflu auf lockere Untergrundschichten ausgebt, in anderen Eiszeiten 89 aber Stauchungen und Durchknetungen hchst verwirrter Art hervorgerufen. Diese Strungen haben jedoch nur lokalen Wert und sind dadurch entstanden, da das Eis gegen eine Bodenschwelle oder beim Ueber- queren einer Bodensenke gegen die jenseitige Talwand, und zwar gegen lockeres Gestein gepret wurde. In festem Gestein knnen durch Gehngeschnb hnliche Erscheinungen entstehen. Nach Frech treten glaciale Stauchungen auch in plastischen Gesteinen nur auf, solange der Eisdruck gering und der Boden nicht durchgefroren und fest geworden ist, also nur am Stirnrand des vor- rckenden Eises oder dicht dahinter. Ist das Hindernis berwltigt, so bilden sich in dem durch Belastung und Frost starr gewordenen Grund nur die Erosionsformen festen Gesteins aus, Abschleifung und daneben Ueberschiebung. Glaciale Ueberschiebung ist eine Art von Geschiebeaufnahme greren Mastabs, tritt aber zuweilen als Fortsetzung einer Stauchung auf infolge Aenderung der Schich- tenplastizitt. Manche Kreidevorkommnisse Norddeutschlands, die technisch abgebaut werden, stellen sich trotz ihrer Gre als berschobene Schollen dar. Eine Stauchungserscheinung anderer Art sind die Staumornen. Sie werden nicht als Wirkungen des vorrckenden Eises aufgefat, sondern sollen am Rande des stillstehenden Eises aufgepret worden sein, indem der frisch angeschttete, bewegliche Untergrund nach der Seite minderer Belastung auswich und somit vor dem Eisrand nach oben durch- brach. 4. Ursachen der Eiszeiten. 4a) Metho- dologische Vorbemerkung. Der Frage nach dem Klima und den Ursachen der Eis- zeiten kommt im Lehrgebude der Geologie grere Bedeutung zu als den brigen pal- klimatischen Problemen, denn diese pflegen nur als eine Art von Zugabe zur Darstellung der geologischen Verhltnisse einer Periode aufzutreten und die eigentliche Untersuchung geht ohne Beteiligung klimatischer Erwgungen vor sich. Hier aber, besonders bei der quartren Eiszeit wird die Deutung und Anordnung des Befundes vielfach stark beeinflut durch Vor- stellungen ber die Beschaffenheit des glacialen und interglacialen Klimas. Es spricht nun nicht fr die Berechtigung, in dieser Weise von der sonst blichen Methode abzuweichen, da noch jede zusammenfassende Darstellung schlielich Wesen und Ursache der Eiszeit fr ein ungelstes Rtsel erklren und den Mierfolg der vielen auf dieses Thema verwendeten Mhe zugeben mute. Dieser bedenkliche Zustand des ganzen Problems wird noch unterstrichen durch den Umstand, da die Behandlungsweise sich ber- haupt von der sonst gegenber komplizierten Verhltnissen blichen unterscheidet. Es hat sich sonst bewhrt und gilt sogar als einzig zulssiger Weg, den leichtest angreifbaren, voll- stndigst bekannten Teil des Problems abzuson- dern, hierauf allein eine provisorische Theorie zu begrnden und bis auf weiteres anzunehmen, da die Lsung des zugnglichen der des unzu- gnglichen prjudiziere. Der Fortschritt ge- schieht dadurch, da man auch zu den anderen Problemteilen Zugang zu gewinnen sucht und die erste Theorie nach Magabe der neuen Er- fahrungen ergnzt, umgestaltet oder durch eine neue , umfassender gltige ersetzt. Dagegen gilt es vielfach fr erforderlich, das eiszeitliche Problem als ganzes, mit einer alles auf einmal aufklrenden Theorie zu lsen. So kann man oft den Einwand hren, da eine zur Erklrung eines Problemteils, etwa der quartren Eiszeit Europas, aufgestellte Theorie schon deshalb falsch sein msse, weil sie andere Problemteile, etwa die quartre Eiszeit Sdamerikas, nicht miterklre. Dabei wird aber nicht gefragt, zu welcher Theorie man denn gelangte, wenn man diese anderen Problemteile nach den fr den ersten provisorisch bewhrten Gesichtspunkten behandelte, sondern die in anderen Wissenschaften und auch sonst. in der Geologie erfolgreiche Methode, dem Problem mit Hilfe provisorischer Theorien schrittweise nher zu rcken, wird von vornherein als unzu- lssig abgelehnt. Der eingestandene Mierfolg dieses Vorgehens stellt die anders, d. h. in der allgemein blichen Art operierende Betrachtungsweise in den Vordergrund, wonach also hier Un Vollstndig- keiten des geologischen Befundes nur im Falle der Beobachtungsunmglichkeit durch theore- tisch-klimatische Erwgungen ergnzt werden drfen und die Betrachtung mit dem bestbekann- ten Teil, den klimatischen Verhltnissen eines nordeuropischen Inlandeises wie mit einem selbstndigen Problem zu beginnen hat. 4b) Klima der Vereisungen. Das Aus- gangsgebiet des nordeuropischen Inland- eises liegt ungefhr in der Breite des heutigen grnlndischen; es knnen also die klima- tischen Verhltnisse des letzteren fr die quartren Skandinaviens eingesetzt werden. Leider sind jedoch die Erfahrungen ber die Metereologie Grnlands noch sehr unvoll- stndig, besonders wissen wir zu wenig ber die Hhe und die jahreszeitliche Verteilung der Niederschlge auf dem Eisgebiet selbst. Nur steht fest, da die Gesamtmenge nicht sehr gro ist und doch ausreicht, um trotz der starken Abgabe durch Eisberge den gegen- wrtigen Zustand aufrecht zu erhalten. Die Firn- und Eisanhufung wchst zu solcher Mchtigkeit an hauptschlich wegen des geringen Verlustes durch Abtauen und Ver- dunstung. Die Eisscheide liegt in Grnland gegen Osten verschoben, die niederschlag- brmgenden Winde kommen von Westen, also aus dem Gebiet des durchschnittlich niedri- geren Luftdrucks. Ein skandinavisches Inlandeis wrde ber sich eine starke Ab- khlung der Luft hervorrufen und deshalb Winters und Sommers durch eine Antizyklone bezeichnet sein. Die Niederschlge wren zwar geringer als jetzt, aber weil zugleich die warmen, das Abtauen bewirkenden Winde teils fern gehalten, teils bald abgekhlt wrden, 90 Eiszeiten >^_/^j werden. so bedrfte es wie jetzt in Grnland auch keiner starken Zufuhr, um den einmal bestehenden Zustand aufrecht zu erhalten. Die Eisscheide lag, obwohl stlich von der heutigen skandi- navischen Wasserscheide, doch nahe dem Westrand des Eisgebietes; die Niederschlge kamen demnach von Ost und Sdost und in dieser Richtung mu ein Streifen durch- schnittlich geringeren Luftdrucks gesucht Die skandinavische Antizyklone verlegte die jetzt meist eingeschlagenen Straen der Minima und lie nur die sdlichen, an den Alpen vorber und von da nach und NO fhrenden offen, was die bezeichnete Abweichung von den heutigen Luft drucks Ver- hltnissen zur Folge haben mute. Lepsius erklrt die Lage von quartrer Eisscheide und heutiger Wasserscheide in Skan- dinavien durch die Annahme, da im Quartr Eisscheide und Wasserscheide zusammengefallen sei, und da durch schiefe tektonische Verschie- bung im Untergrund die letztere seit dem Quartr nach Osten verlegt wurde. Ein Inlandeis besitzt daher eine Art von Selbsterhaltungsflligkeit, insofern als eine vorhandene Eisflche sich bei gengender Gre die notwendigen klimatischen Bedin- gungen selber schafft. Damit steht im Ein- klang, da in Skandinavien, je kleiner beim Rckgang der Vereisung die Eisflche ward, desto mehr das Abschmelzen sich beschleu- nigte. Das grnlndische Inlandeis wrde sich weiter nach Osten und Sden ausdehnen knnen, wenn die Eisdecke ber ein Fest- land weiter glitte, statt auf die Kste zu treffen und dort in Eisberge zu zerbrechen; es bedarf also keiner Sondererklrung, weshalb vom skandinavischen Zentrum, war dieses einmal eisbedeckt, die Gletscher die Breitenlage Grnlands nach Sden berschritten. Die skandinavische Antizyklone und daher vermutlich auch deren quartre Ursache, die Eisdecke, bestand, wie Harmer mit Beob- achtungen belegt hat, schon zur Zeit des red crag. Daher ist die Ursache der Eiszeit auch nicht in Verhltnissen zu suchen, die erst im Quartr begannen; ohne Zweifel mu vielmehr dem kalten Meeresstrom, der sich gegen Ende des Tertirs im Nordseegebiet bemerkbar macht, ferner der nachweislich damals greren Hhe der skandinavischen Gebirge groe Bedeutung fr die erste Ent- stellung der skandinavischen Vergletsche- rung beigelegt werden, wenn man nicht ber- haupt hierin die ausreichende und einzige Ursache davon zu erblicken hat. Wie von meteorologischer Seite oft her- loben, bietet es bis hierher keine prin- a Schwierigkeiten, die Entstehung unO iehnung eines skandinavischen In- landeises durch die heutigen klimatischen Fak' u erklren, denn es ist mit geolo- gischen Beobachtungen zu belegen, da sich seit dem Pliozn Skandinavien klimatisch in der Lage des heutigen Grnland befand. Die Fortdauer dieses Zustandes im Quartr, kombiniert mit der Flligkeit groer Eis- flchen sich selbst zu erhalten und noch aus- zudehnen, weil alle Niederschlge infolge der Abkhlung der Luft in fester Form fallen, erklrt den Umfang dieses Inlandeises; als die heutigen geographischen Zustnde sich herstellten und der kalte Meeresstrom aus den europischen Gewissem verschwand, und zwar infolge von marin-geographischen Vernderungen, die sich, wie an anderer Stelle bemerkt (vgl. den Artikel Palo- klimatologie" 2a, y), weder in den Ksten- gebieten Europas noch unter wesentlicher Umgestaltung der Festlandsumrisse voll- zogen zu haben brauchen, mute nach dem Aufhren der Hauptursache die Vereisung erst allmhlich, dann beschleunigter zurck- gehen. Auerdem erfuhr Skandinavien whrend der Eiszeit eine starke Absenkung, vielleicht infolge der Eislast, doch ist nicht abzuschtzen, ob die berflche des mit einer mehr als 1000 m mch- tigen Eisschicht bedeckten Landes nun wesent- lich tiefer lag und mit geringerer Flche in die Schneeregion aufragte, als die des unvereisten im Pliozn. Von dem Gedanken, da die Eiszeit sich sozusagen ihr Ende selbst bereitet habe, nimmt man besser Abstand. Schreitet man auf diesem Wege fort, so ergibt sich zunchst, da die auf die sd- licheren Zugstraen gedrngten Zyklonen dort die Niederschlagsmenge erhhen, also Pluvialzeiten und auf den Gebirgen lokale Eiszeiten hervorrufen muten, letzteres so- weit durch den kalten Kstenstrom die Luft- temperaturen erniedrigt und die Schnee- grenze herabgedrckt wurde. Nun stammt aber nach A. Woeikof , der in dieser meteoro- logisch - palo klimatischen Betrachtungs- weise zuerst mit Nachdruck vorgegangen ist, die Feuchtigkeit der inlndischen Winde nicht vom Meer, sondern diese wird an den Ksten schon fast vllig abgefangen und spter durch neue, ber feuchten Land- strecken aufgenommene ersetzt. Die Tat- sache, da die Alpen im Norden strker als im Sden vergletschert waren, und die Lage der Eisscheide, die sich zwar nrdlich der heuti- gen Wasserscheide, aber doch dem Sdrand des vereisten Gebietes genhert findet, verweist darauf, da die Zufuhr der Nieder- schlge aus Norden und weniger aus dem mediterranen Pluvialgebiet und dem dortigen Streifen durchschnittlich niederen Luft- drucks erfolgte. Die von Norden kommenden Winde strichen aber whrend der Abschmelz- periode des nordischen Inlandeises ber ein viel feuchteres Land als vorher whrend dessen grter Ausdehnung. Daher ist von meteorologischer Seite oft behauptet werden, Eiszeiten 91 da die strkste Ausdehnung der Alpenver- eisung erst begonnen habe, als die des nrd- lichen Europas im Verschwinden war. Wei- terhin ergibt sich, wie Harm er ausgefhrt hat, da bei solcher Betrachtungsweise ein Alternieren der Vereisungen in Europa und in Nordamerika angenommen werden msse. Wre es nun mehr als Arbeitshypothese, da die Vereisungen berall zeitlich zusammen- fallen, so wrde mit diesen letzten Ergebnissen der Versuch einer meteorologischen Erklrung sein Scheitern bewiesen haben. Bis jetzt wird aber dadurch nur die Grenze bezeichnet, ber die hinaus jedes weitere Folgern ein zweck- loses Aneinanderreihen von leeren Vermu- tungen wre. Man knnte nur dann berechtigt sein, zwecks meteorologischer Erklrbarkeit eine Ungleichzeitigkeit in bestimmter Reihen- folge der quartren Eiszeiten an ihren ver- schiedenen Zentren einzusetzen, wenn geo- logische Beobachtung, unabhngig von aller Rcksicht auf Klimafragen, gezeigt htte, da die Eiszeit' der Alpen mit der nordeuro- pischen in einer Weise zusammenhngt, die eine meteorologische Erklrung begnstigt. Auch mte festgestellt sein, welche der nordischen Mornen sich nach England oder wenigstens bis Holland ausdehnt, ehe die zeitlichen Beziehungen zwischen der skandi- navischen und der grobritannischen Ver- eisung geprft werden knnen. Solange jedoch hierber Nachweise oder Gegenbeweise fehlen, besitzt die eben vorgetragene Theorie auch fr Skandinavien nur provisorischen Wert; immerhin erffnet sie schon jetzt manchen Ausblick auf wirkliche Erklrungsmglich- keiten und sttzt sich mehr als die sonstigen Theorien auf bekannte und der Beobachtung zugngliche Klimafaktoren. Nach Lepsius sind die alpinen Terrassen berhaupt nicht mittelbare Glacialwirkungen, sondern Folge tektonischer Ereignisse im Mittel- rheingebiet. Dann wre der Versuch, die schweizer Terrassen bis an die niederrheinischen Mornen zu verfolgen, zwecklos. Die Hhe der Schneegrenze ist im groben abhngig von der geographischen Breite: sie senkt sich, je nher den Polen, desto mehr auf Meeresniveau herab. Im einzelnen wird sie be- stimmt durch klimatische Faktoren, die ihrer- seits letzten Endes mit der Lage zum Meer, den geographisch-klimatischen Verhltnissen in diesem Meer und mit der Luftzirkulation zusammen- hngen. Die Gre der Gletscher ist hauptschlich bestimmt durch die Gre der Firnfelder und die Lufttemperaturen, da das untere Ende der Gletscher sich an der Stelle befindet, wo Eiszufuhr und Abtauung sich die Wage halten. Zunahme der Gletscher kann erfolgt sein erstens wegen Ver- grerung der Firnfelder infolge allgemeinen oder rtlich bedingten Herabsinkens der Schneegrenze oder Aufsteigens des Landes und Erweiterung der ber die unverndert stehende Schneegrenze aufragenden Flche; zweitens wegen Verminde- rung der Abtauung infolge allgemeiner oder rt- lich bedingter Temperaturherabsetzung des Som- mers. So viele Bedingungen, so viele Mglich- keiten auch, Vernderungen anzunehmen; daher entsteht eine unbersehbare Flle von Hypo- thesen, Varianten und Kombinationen zur Er- klrung der Eiszeit. Dagegen ruft, wie das Bei- spiel des jetzt wie im Quartr unvergletscherten Ostsibiriens zeigt, strenge Klte des Winters oder des ganzen Jahres fr sich allein noch keine Eiszeit hervor. Wenn man die Ungleichzeitigkeit der Ver- eisungen in Betracht ziehen darf, so wren viel- leicht die postglacialen" Schichten Islands und der Arktis mit ihrer jetzt weiter sdlich lebenden marinen Fauna zum Teil nicht dem skandinavi- schen Postglacial" gleichzusetzen, sondern ent- sprchen der dortigen Eiszeit. Sie bezeugten dann eine Art der marinen Zirkulation, wie sie an anderer Stelle (vgl. den Artikel Paloklima- tologie" 2a, y) als Ergebnis eines an der europ- ischen Kste entlang flieenden kalten Stromes entwickelt wurde. Der Vorsto wrmeren Klimas in Nordeuropa, der dem Rckgang des Eises folgte, wre dann davon getrennt zu halten. Das Ende der nordeuropischen Eiszeit wre am einfachsten durch die Annahme zu erklren, da noch im Quartr eine Senkung zwischen Grnland und Labrador den kalten Wassern einen Ausflu an der amerikanischen Seite des atlanti- schen Ozeans erffnete und so den heutigen Zu- stand herstellte. 4c) Klima des Interglacials und der Schwankungen. Die fr klimatische Zwecke wichtigsten Interglacialbilclungen Norddeutschlands bestehen in Austernbnken und anderen marinen Schichten mit einer an die heutige Nordsee gemahnenden Fauna, ferner in terrestrischen Ablagerungen mit Tieren und Pflanzen, die im groen und ganzen auch gegenwrtig in diesen Gegenden auf- treten knnten. In den Alpen sind besonders hervorzuheben die - - zwar nicht zahlreichen Vorkommnisse mit Rhododendron pon- ticum, die, wie z. B. die Httinger Breccie, meistens zwischen Ri- und Wrmeiszeit gestellt werden. Zwar knnen die Existenzbedingungen auch lebender Tiere und Pflanzen nicht ohne weiteres sichere Schlsse auf das Klima ihrer vorzeitlichen Standorte gewhrleisten; auch bleibt in vielen Fllen die Altersbestim- mung noch zweifelhaft, besonders besteht manches norddeutsche ,,Interglacial" aus verschleppten Schollen und ist nachweislich prglacialen Alters. Indessen bleibt gengen- der Anla zu dem Schlu, da wenigstens vorbergehend whrend der Eiszeit nicht ein ausgesprochen grnlndisches, sondern un- gefhr das heutige dort herrschende Klima in den Vereisungsgebieten bestand. Die ein- fachste Folgerung hieraus ist, da das Eis sich zeitweilig ganz zurckzog, in den Alpen bis in die Gipfelregion, im Norden mindestens bis Skandinavien. Oscillationen dieses Um- fangs lassen sich durch rein meteorologische 92 Eiszeiten Faktoren nicht erklren, wenn man nicht zu der ganz unwahrscheinlichen Annahme greifen will, da die Senkungen und Hebungen des Festlandes sich in Skandinavien und zwischen Europa und Amerika mehrere Male in genau derselben Weise wiederholt htten. Man wre also gezwungen, die Ursache der Vereisung in kosmischen, auerhalb der Erde liegenden Vernderungen zu suchen, wrde dann die in verschiedenen Gegenden beobachteten Schwankungen des Eisrandes fr Wirkungen derselben Ursache und fr gleichzeitig er- klren, gelangte also zu einer Anschauung ber das Wesen der Eiszeit, die frher als brauchbare Arbeitshypothese der Strati- graphie bezeichnet wurde. Rechnet man also mit mehrfachen Vereisungen und durch- greifenden, gleichzeitigen Interglacialstufen, so sttzt man sich weniger auf geologische Beobachtung, als auf abgeleitete Schlsse ber die Existenzbedingungen der inter- glacialen Tiere und Pflanzen. Keiner dieser Schlsse ist aber so fest begrndet, da er noch aufrecht erhalten werden knnte, wenn die Untersuchung der ' Lagerungsver- hltnisse die Ungleichzeitigkeit der alpinen und nordeuropischen Vereisung bewiese. Auerdem hat diese verbreitete Anschau- ung ber das Wesen der Eiszeit es noch nicht vermocht, eine erkennbare, der Beobachtung und Prfung zugngliche Angabe ber die Art der behaupteten kosmischen Vernderung aufzustellen. Die mit einmaliger Vereisung und lokalen Schwankungen rechnende Theorie zieht hauptschlich dadurch an, da sie einen Ausblick auf Verstndnis der Ursachen erffnet; ihre Schwche liegt darin, da man sich Rhododendren in den Alpen und in Norddeutschland Pappel und Linde nur ungern als Bewohner eines durch Eisnach- barschaft abgekhlten Landes denkt. Es ist unverkennbar, da die geographische Lage der vereisten Gebiete als Ursache in Be- tracht zu ziehen ist, lt sich doch sogar bei der sptpalozoischen Eiszeit noch bemerken, da die Kste der damaligen Meere nicht weit von den Inlandsvereisungen entfernt war. In Nord- amerika wie in Skandinavien gingen die quar- tren Gletscher von hochgelegenen, nachher ge- senkten und wieder aufgestiegenen Gebieten aus, wenngleich Lepsius, der nur mit diesem Faktor rechnet, wohl dessen Bedeutung berschtzt, anderes aber unterschtzt. Trat die Maximal- vereisung gleichzeitig in Europa und in Nord- amerika oder gar berall auf der Erde ein, so mssen die meteorologischen Faktoren nicht nur durch einen hinzutretenden hypothetischen er- zt, sondern teilweise durch ihn geradezu ben gewesen sein, weil die Niederschlags- irmemenge konstant bleibt und durch eine ung im Zusammenwirken jener klima- tischen ] aktoren nur anders verteilt wird; eine ng an einem Ort gleicht sich aus durch eine Verminderung an einem anderen. Ein hypo- thetischer Faktor mte ferner erklren, weshalb zwar auf den meisten Festlndern Abkhlung und Vermehrung der Niederschlge eintrat, aber die Verbreitung des klimatisch empfindlichsten Faunenbestandteils der tropischen Meere, z. B. der Riffkorallen nicht beeinflut wurde. Ein solcher Einflu ist nie behauptet oder nachge- wiesen und ebensowenig ein derartiger Klima- faktor auch nur hypothetisch namhaft gemacht worden, vielmehr htte alles, was als kosmische Ursache der Eiszeit angefhrt wird, auch die Tropen abkhlen und die dortige Fauna einengen mssen. Schlielich obliegt der Theorie von der mehrfachen Vereisung durch kosmische Fak- toren der Nachweis, da geologische Beobachtung in allen Glacialgebieten zu dem gleichen, an dem typischen Gebiet konstatierten System von Eiszeiten und Interglacialen fhrt. Bisher ist nur versucht worden, ein System hypothetisch von einem Gebiet auf ein anderes zu* bertragen und stets haben gewichtige Stimmen mit hchster Energie bestritten, da die Tatsachen sich dem bertragenen System einfgen lieen. Ebenso hat auch die Theorie von der Einheit der Eiszeit den Beweis ihrer Berechtigung noch zu erbringen und hat nachzuweisen, in welcher Weise die Schwankungen des Eisrandes im ein- zelnen geschahen, ferner, da die Interglacial- bildungen entweder wirklich teils prglacial, teils postglacial sind, oder, wenn der Vereisung gleich- zeitig, in ihrem Nebeneinander von Wldern und Steppen unter den klimatischen Bedingungen, wie sie in der Nachbarschaft eines Inlandeises herrschen, entstanden sein knnen, eine Aufgabe, mit deren Lsung sich hauptschlich E. Geinitz beschftigt hat. Vorlufig stehen sich also zur Erklrung der quartren Eiszeit zwei Hypothesen ent- gegen, die vorbildlich sind fr die Betrachtung der lteren Eiszeiten, aber trotz der Ent- schiedenheit, mit der sie zuweilen verteidigt werden, bisher nichts als Denkmglichkeiten vorstellen. Jede von ihnen hat ihre strksten Wurzeln dort, wo die andere schwach begrn- det ist. Unstreitig ist die polyglacialistische" bestechender, weil sie zu praktischer Ver- wendung als Arbeitshypothese taugt und ein sozusagen grandioseres Bild der quartren Erdgeschichte entwirft. Die monoglacia- listische" stellt dem nur ein in den Einzel- heiten noch verschwimmendes Bild entgegen, das an Stelle gewaltiger Allgemeinvorgnge ein lokales Nacheinander hnlicher Erschei- nungen bringt und erst klarer ausgestaltet und gruppiert werden kann nach Hinzufgung zahlloser, schwer bersichtlicher Einzelheiten geologischen, klimatologischen und biono- mischen Inhalts. Eine Entscheidung auf tatschlichem Boden ist somit noch uner- reichbar; die Hauptschwierigkeit besteht darin, da dem Geologen das meteorologische Element, dem Meteorologen umgekehrt das geologische zu wenig vertraut ist und deshalb minder gewichtig scheint. Jedoch ist vom methodologischen Standpunkt aus die heute meist anerkannte Vorstellung mehrfach wie- derholter Eiszeiten angreifbar, solange sie die Eiszeiten Eiweikrper 93 behaupteten Vorgnge auf eine dem Wesen nach unbekannte und unkontrollierbare Ur- sache zurckfhrt, denn so erfllt sie die Forderung nicht, die an eine wissenschaftliche Lehre zu allererst gestellt werden mu: beobachtete Tatsachen durch Zurckfhrimg auf eine Ursache und durch Schlsse auf das Wesen und die Wirkungsgesetze von Natur- krften wirklich zu erklren. Wohl mgen Krfte existieren, deren Wirkungen wir nur aus der Vorzeit der Erde kennen, aber in der Gegenwart bisher noch nicht herausfinden konnten, jedoch hat sich auch schon oft gezeigt, da nur deshalb auf vorzeitliche Mitwirkung von jetzt unbekannten Faktoren geschlossen wurde, weil der Beobachtungsstoff naturwidrig angeordnet war und es deshalb schien, als reichten die aus anderen Zusam- menhngen sehr wohl bekannten Naturkrfte zur Aufklrung des angeblich unlsbaren, in Wirklichkeit nur miverstandenen oder verunstalteten Problems nicht aus. Literatur. E. Hang, Traue de geologie IL Paris 1908 bis 1911. J. Geikie, The great Ice Age. 3. Aufl. London 1894- -F. E. Geinitz , Das Quartr Kordeuropas. Lethaea geognostica III, Bd. 2. Stuttgart 1908 bis 1904- Derselbe, Die Einheitlichkeit der quartren Eiszeit. Neues Jahrbuch f. Mineralogie usw. Beilage Bd. XVI, 1903. Derselbe, Die Eiszeit. Braunschweig 1906. F. Wahn- schaffe, Die Oberflchengestaltung des nord- deutschen Flachlandes 3. Aufl. Stuttgart 1909. JR. Lepslus, Geologie von Deutschland Bd. II. Leipzig 1910. Derselbe, Die Einheit und. die Ursachen der diluvialen Eiszeit in den Alpen. Abhandl. d. groherzogl. hess. geol. Landesanstalt zu Darmstadt Bd. V, 1910. A. Penck und E. Brckner, Die Alpen im Eiszeitalter. Leipzig 1909. G. F. Wright, The Ice Age in North America. 5 th ed. Ober- lin Ohio 1911. W. Sievers, Die heutige und die frhere Vergletscherung Sdamerikas. Ver- handlungen der Ges. deutscher Naturforscher und Aerzte 1911. F. Frech, Die dyadische Eiszeit der Sdhemisphre . Lethaea geognostica I, Bd. 2, 1902. E. Koken, Indisches Perm und die permische Eiszeit. Neues Jahrbuch fr Mineralogie usw. Festband 1907. E. Ph ilippi, Das sdafrikanische Dwykaconglomerat. Zeitschr. d. Deutschen geol. Ges. Bd. 55, 1904. T. W. E. David, Conditions of climate at different geological epoehs with special reference to glacial epochs. Compte rendu des X. internationalen Geologen Congresses 1906. Zu vergleichen sind auch die im Artikel Palo klimatologie" genannten Werke und der Artikel Eis". M. Semper. Eiweikrper. 1. Einleitung und Definition. 2. Primre Spaltungsprodukte. 3. Konstitution. 4. Zusammen- setzung aus den einzelnen Aminosuren. 5. Fer- mente. 6. Sekundre Spaltungsprodukte. 7. Re- aktionen. 8. Albumosen und Peptone. 9. Eiwei- salze. 10. Halogeneiweie und Verwandtes. 11. Physikalische Eigenschaften der Eiwei- krper. 12. Spezieller Teil. Einteilung. a) Einfache Eiweie. Albumine, Globuline, Alkohollsliche Eiweie, Histone, Protamine, Gersteiweie (frher Albuminoide genannt). b) Umwandlungsprodukte. Acidalbumin und Alkalialbuminat. Albumosen. Peptone. Pep- tide. Halogeneiwei usw. c) Proteide, Phos- phoproteide, Nucleoproteide, Hmoglobin, Glyco- proteide. I. Einleitung und Definition. Die Eiweikrper oder Proteinstoffe bilden eine scharf abgegrenzte Klasse von organischen Verbindungen, die in ihrem natrlichen Vor- kommen und in ihren Eigenschaften seit lange bekannt sind, und deren Konstitution in ihren Grundzgen erforscht ist. Sie be- | stehen aus Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauer- : stoff, Stickstoff und Schwefel in einem I ziemlich konstanten Verhltnis und setzen sich in der Hauptsache aus bestimmten a-Aminosuren zusammen, die als Sure- amide miteinander verkoppelt sind. Diese Struktur gibt ihnen eine solche Gleichartig- keit des chemischen Verhaltens, da man ber die Zugehrigkeit eines Krpers zu der Klasse kaum jemals im Zweifel sein kann. Synthetisch dargestellt sind bisher nur die allerersten Glieder der Reihe. Historisch hat man mit dem Namen Eiweikrper zuerst die kolloidalen Ei- weikrper bezeichnet, die in der Natur vor- kommen und den grten und wichtigsten Teil der lebenden Pflanzen und Tiere bilden. Erstens enthalten die Flssigkeiten der Tiere und Pflanzen, Blut, Lymphe, Zellsaft usw., Eiweikrper in gelster Form. Zweitens bil- den die Eiweikrper, der Hauptmasse nach Proteide, zusammen mit anderen organischen und unorganischen Substanzen das merk- wrdige, zwischen dem festen und flssigen Aggregatzustande in der Mitte stehende Ge- menge von eigenartiger Struktur, das man das lebendige Protoplasma der tierischen und pflanzlichen Zellen und Gewebe nennt. Aus den Organen lassen sich die Eiwei- krper teils durch einfaches Auflsen, teils aber nur durch strker verndernde Ein- griffe in Lsung bringen. Ein dritter Teil der Eiweikrper ist als Ernhrungsmaterial wachsender Embryonen in Pflanzensamen und den Eiern von Tieren, in fester, zum Teil kristallinischer Form abgelagert. Spter fand man, da im Tierkrper weit verbreitet Stoffe vorkommen, die in Zu- sammensetzung und Reaktionen mit den Eiweikrpern nahe bereinstimmen, sich aber physikalisch dadurch von ihnen unter- scheiden, da sie feste Krper sind, und die Gerstsubstanzen der Tiere bilden. Sie wurden als eiweilmliche Krper" oder Albuminoide bezeichnet, whrend wir heute keinen Grund haben, sie von den brigen 94 Eiweikrper natrlichen Eiweikrpern zu trennen. Eine weitere Ausdehnung erfuhr der Begriff, als man Krper kennen lernte, die aus der Ver- bindung eines Eiweikrpers mit einem an- deren chemischen Krper bestanden. Sie werden in der deutschen Literatur allgemein als Proteide bezeichnet. Die beiden Gruppen der nativen oder einfachen oder Eiweikrper im engeren Sinne und der Proteide oder zusammenge- setzten Eiweikrper kommen in der Natur vor. Ihnen gegenber stehen die eiwei- artigen Spaltungsprodukte und Derivate, die Albumosen, Peptone usw., die chemisch durchaus Eiweikrper sind, sich von den anderen Eiweien aber durch den Mangel des kolloidalen Charakters und durch ihren Ursprung unterscheiden. Sie kommen einmal in der Natur, als Produkte der Verdauung und des Stoffwechsel vor, sodann werden sie knstlich durch Spaltung der anderen Ei- weie dargestellt. Ihnen schlieen sich die synthetischen Peptide an. Ein Synonym fr Eiweikrper ist Pro- teine", wovon sich Bezeichnungen wie pro- teolytisch usw. ableiten. Das frher ge- brauchte Wort Albuminstoffe" ist nicht mehr blich, da es zu Verwechselungen mit. den Albuminen, einer bestimmten Gruppe von Eiweien, fhrt. Die Bezeichnung Proteide" wird im Deutschen fr die zu- sammengesetzten Eiweie reserviert. Im Englischen wurde bisher der Ausdruck Proteids" fr alle Eiweikrper im weitesten Sinne gebraucht, neuerdings haben sich die englischen und amerikanischen physiologi- schen Chemiker geeinigt, die Eiweikrper Proteins" zu nennen, die in simple", conjugated" und derived proteins" zer- fallen. Im Franzsischen ist der Name Substances albuminoides" fr alle Eiwei- krper blich und nicht etwa fr die Gerst- eiweie, die im Deutschen frher Al- buminoide genannt wurde. Doch sind auch Ausdrcke blich, die sich von proteine" ableiten. 2. Primre Spaltungsprodukte. Um die Konstitution des Eiwei zu erforschen, hat man das Eiweimolekl bis zum Ver- schwinden seines chemischen Charakters zer- legt und die dabei entstehenden Spaltungs- produkte untersucht. Die Zerlegung ge- schieht durch Kochen mit Suren oder Al- kalien, durch Oxydation mit Wasserstoff- superoxyd, durch Schmelzen mit Kali, durch Einwirkung berhitzten Wasserdampfes, i tierische und pflanzliche Fermente oder den Stoffwechsel lebender Organismen. Bei diesen Prozessen entsteht zu- nchsl (ine Reihe von Krpern, die noch mehr oder weniger den gleichen chemischen Bau besitzen wie das ursprngliche Eiwei, und die daher zu den Eiweikrpern im weiteren Sinne gerechnet werden, die Albu- mosen, Peptone, Peptide usw. Diese aber zerfallen wieder in Krper ganz anderer Art, die man im Gegensatz zu ihnen als kristallinische oder abiurete Spal- tungsprodukte bezeichnet. Beide Namen sind nicht mehr korrekt, seit man kristalli- sierende Eiweikrper und Peptone kennt, und seit zwischen den Peptonen, die die Biuretreaktion geben, und den einfachen Spaltungsprodukten eine Reihe von Ueber- gangsgliedern bekannt geworden sind. Doch werden beide Namen noch vielfach ange- ! wendet. Unter der groen Zahl der einfachen Spal- tungsprodukte nehmen einen besonderen Rang diejenigen ein, die beim Kochen mit Salz- oder Schwefelsure oder durch die Ver- dauungsfermente von der Art des Trypsins entstehen, die primren Spaltungspro- dukte. Bei dieser Spaltung bleiben die Kohlenstoffketten unversehrt und es wird lediglich die Bindung gelst, die sie an- einanderknpft. Andererseits ist es E. Fischer gelungen, zwei und mehr dieser primren Spaltungsprodukte zu Sureamiden zusammenzufgen, die den einfachsten Ei- weikrpern, den Peptonen, nahe stehen. Es kann keinem Zweifel untei liegen, da die primren Spaltungsprodukte im Eiwei- molekl sozusagen prformiert sind, seine Bausteine darstellen. Von den folgenden Spaltungsprodukten drfen wir nach unseren heutigen Kennt- nissen annehmen, da sie im Eiwei pr- formiert sind: 1. Aminoessigsure, Glykokoll, C 2 H 5 N0 2 . 2. a-Aminopropionsure, Alanin, C 3 H 7 j NO,. 3. a-Aminoisovaleriansure, Valin, C 5 H n N0 2 . 4. a-Aminoisocapronsure, a-Aminoiso- butylessigsure, Leuein, C 6 H 13 N0 2 . 5. a-Aminoisocapronsure, cc-Amino- /5-methylthvlpropionsure, Isoleucin, C 6 H 13 N0 2 . 6. a-Aminobernsteinsure, Asparaginsure, C 4 HgN0 4 . 7. a-Aminoglutarsure, Glutaminsure, C 5 H 9 N0 4 . 8. a-Pyrrolidincarbonsure, Prolin, C 5 H 9 N0 2 . 9. a-Oxypyrrolidincarbonsure, C 5 H 9 N0 3 . 10. Phenyi-a-aminopropionsure, Phenyl- alanin, CgH^NOa. 11. p-Oxvphenvl - a-aminopropionsure, Tyrosin, C^NO,.' 12. Indol-a-aminopropionsure, Trypto- phan, CgHuNoOa. 13. Imidazol-a-aminopropionsure. Histi- din, C 6 H 9 N 3 2 . 14. a,-Diaminovaleriansure, Ornithin, C 5 H 12 N 2 2 . Eiweikrper 95 15. a-,-Diamino-n-capronsure, Lysin, C 6 H 14 N 2 2 . 16. a-Amino-/5-oxypropionsure, Serin, C 3 H 7 N0 3 . 17. a-Diamino-/j-dithiodilaktvlsure, Cv- stin, C 6 H 1 .,0 4 N 2 S 2 . 18. Harnstoff, CH 4 ON 2 . 19. Ammoniak, NH 3 . Ornithin und Harnstoff sind zu dem Arginin vereinigt. Die Bindung zwischen ihnen wird durch Kochen mit Suren und die Fermente Trypsin und Erepsin nicht gelst, und bei diesen Spaltungen erscheint an Stelle von Ornithin und Harnstoff als Spaltungsprodukt das Arginin. Die Spaltungsprodukte der Eiweikrper sind alle a-Aminosuren, und die Gruppe NH, I -C-COOH H bestimmt ihr und damit auch der Ei- weikrper chemisches Verhalten. Fr die Eiweichemie kommen insbe- sondere folgende Eigenschaften der a-Amino- suren in Betracht: 1. Sie sind amphotere Elektrolyte und knnen daher mit Suren wie mit Basen Salze bilden, die aber stark hydrolytisch dissoziiert sind. 2. Durch Besetzung, sei es der sauren oder basischen Gruppe, kann ihnen dieser Doppelcharakter genommen werden; es ent- stehen Krper, die entweder nur Suren oder nur Basen sind. a) Glykokoll und die anderen Amino- suren bilden mit Alkoholen Ester, die Basen sind CH 2 NH 2 COOH + C 2 H 5 OH = CH 2 NH 2 C0.0 .C 2 H 5 . b) Glykokoll und die anderen Amino- suren bilden durch Methylierung die syn- thetischen Betaine, die ebenfalls deutlich basisch sind 4. Durch Anlagerung von Kohlensure an die Aminogruppe entstehen Carbamino- suren (Carbaminoreaktion): H 2 CN^ I H COOH CO.,: H 2 CN< H COOH COOH. Bei alkalischer Reaktion entstehen die Salze der betreffenden Carbaminosure. Die Aminosuren aus Eiwei sind mit Aus- nahme des Glykokolls, alle optisch aktiv; durch Kochen mit Alkali werden sie race- misiert, und zwar verschieden leicht. Koch leichter werden sie im allgemeinen racemi- siert, solange sie noch im Gefge des Eiwei- molekls stecken. Die Salze der Aminosuren mit Suren oder Basen haben ein von den freien Amino- suren verschiedenes, ja bisweilen das ent- gegengesetzte Drehungsvermgen. Da die Salze stark hydrolytisch dissoziiert sind, wechselt das Drehungsvermgen mit dem Gehalt an Salzsure und wird erst bei sehr groem Salzsureberschu einigermaen kon- stant, ist dann aber auch sehr charakteristisch und wird besonders hufig zum Beweise der Reinheit der Aminosuren benutzt. Zur Bestimmung der Polarisation sind die Amino- suren daher meist in Salzsure von 21 % gelst worden, bisweilen auch in Natron- lauge. Die Bezeichnung der Aminosuren als rechts- und linksdrehend (d- und 1-) erfolgt nach ihrem Drehungsvermgen in wsseriger, neutraler Lsung. Eine rationelle, genetische Bestimmung der sterischen Konfiguration ist bisher nur fr Serin, Cystein und Alanin gelungen, die auf Traubenzucker be- zogen folgende Konfiguration haben: COOH COOH COOH HC -N(CH 3 )< C-O 3. Durch Reaktion der Aminogruppen mit Aldehyden, z. B. Formaldehyd, ent- stehen Methylenverbindungen, die ausge- sprochene Suren sind H,CNH, H 2 CNCH 2 + HCOH = + H 2 0. COOH COOH Die Aminosuren sind neutrale Krper, die Methylenverbindungen Suren, und so kann das Sauerwerden einer Lsung beim Zusatz von Formol zum Kachweis Aminosuren z. B. im Harn dienen. von H 2 N-C H HoN-C H H,N-C H I I ! CH 3 CH 2 OH CH 2 SH Alanin Serin Cystein Dabei ist Alanin rechts-. Serin und Cystein linksdrehend. Das Glykokoll, das daher seinen Namen hat, und die anderen a-Aminosuren schmek- ken s, whrend die - und y- Amino- suren geschmacklos sind. Doch beschrnkt sich der Sgeschmack bei einigen Amino- suren auf eines der beiden Stereoisomeren. Beim Leucin schmeckt das im Eiwei vor- kommende 1-Leucin fade und schwach bitter, das d-Leucin stark, das d, 1-Leucin schwach s. Von den Spaltungsprodukten zeigen Tyro- sin, Tryptophan, Histidin und Cystin charak- teristische Farbenreaktionen (vgl. Abschn. 7). 1. Tyrosin, a) die Millonsche Reaktion, 96 Eiweikrper b) die Diazoreaktion, c) Dunkelf r bung durch Tyrosinase. 2. Tryptophan. a) Ad amkiewicz-Hopki n sehe Reaktion. b) Tryptophanreaktion, Violettfrbung beim Zusatz von Brom- oder Chlorwasser und Essigsure. Wird nur von isoliertem Tryptophan gegeben, und dient daher zum Nachweis der Zerlegung des Eiweies. 3. Histidin. a) die Diazoreaktion wie das Tyrosin. b) Brom wasser, wird durch Histidin erst entfrbt, dann gelb, beim Erhitzen erst farblos, dann weinrot. Tyrosin und Leucin haben charakteri- tische Kristallformen, alle anderen Amino- suren mssen zu ihrer Identifizierung iso- liert werden. Fr das Arginin, Lysin und Histidin geschieht das durch Fllung mit Phosphorwolframsure, die diese stark basi- schen Stoffe wie andere organische Basen niederschlgt und weiterhin nach einem von Kessel herrhrenden sehr genauen Ver- fahren. Die Monoaminosiiren werden nach Emil Fischer mit Salzsure und Alkohol verestert, die basischen Ester in Freiheit gesetzt und durch fraktionierte Destillation getrennt. Diese beiden Verfahren haben die Grundlage der heutigen Eiweichemie ge- bildet. Weitere primre Spaltungsprodukte als die angefhrten anzunehmen, liegt z. Z. kein Anla vor, abgesehen von einer Di- aminotrioxydodekansure, die einmal ge- funden ist. Der Schwefel ist in den ein- fachen Eiweikrpern anscheinend ausschlie- lich in Form von Cystin enthalten, in den zusammengesetzten Eiweien noch in anderer Form. Ein Kohlehydrat fehlt den einfachen Eiweien, unter den zusammengesetzten findet sich eine Gruppe, die Glukosamin enthlt. Whrend bei der Surespaltung die Hauptmasse des Eiweies in reine Bausteine zerfllt, entstellen durch eine Nebenreaktion auerdem braun- oder schwarzgefrbte Stoffe, die man wegen ihrer Aehnlichkeit mit den dunkeln Stoffen in verwesenden Substanzen als Humine bezeichnet. Wegen ihrer Aehnlichkeit mit den Melaninen, den schwar- zen oder braunen Pigmenten der Tiere, werden sie auch als Melanoidine bezeichnet. Sie entstehen nicht nur aus Eiwei, sondern in noch reicherem Mae aus Kohlehydraten, sind aber dann natrlich stickstofffrei, wh- rend die Humine aus Eiwei 5 bis 8 % N halten. Alle Humine zeigen hohen Kohlenstoff- und niederen Wasserstoffgehalt (64 und 5 %). Die Humine sind in Wasser Sure unlslich, in Alkalien leicht Jnter den Bausteinen des Eiweies zeig rote Neigung zur Huminbildung das Tryptophan und das Glukosamin, nchst ihnen Tyrosin und Lysin. Die Huminbildung bedingt einen Teil der Unsicherheit der Bestimmung der Aminosuren. 3. Konstitution. Die Eiweikrper werden durch Kochen mit Suren und durch die Einwirkung bestimmter Fermente in die bisher geschilderten Spaltungsprodukte zer- legt, die bis auf Harnstoff und Ammoniak alle a- Aminosuren sind, also die Gruppe H I H 2 N-C-COOH enthalten. Derartige Aminosuren sind zuerst von Curtius, spter von Schiff miteinander vereinigt worden. Die Auf- klrung der Konstitution der Eiweikrper erfolgte aber erst durch die Darstellung der Peptide durch Emil Fischer. In den Peptiden sind die Aminosuren als Sureamide so miteinander vereinigt, da das entstehende Peptid selbst wieder eine Aminosure ist. Das einfachste Peptid besteht aus 2 Moleklen Glykokoll oder Glycin und entsteht nach der Formel: NH 2 CHoCOOH+NH 2 CH 2 COOH-H,0 =NH 2 CH 2 CONHCH 2 COOH. Man schreibt es: H H I I H 2 N-C-C-N C-COOH. I II I I H H H Entsprechend entsteht aus 2 Moleklen Leucin das Leu cy Heu ein: H H I I H 9 N- C- -C- N- -C- COOH CH 2 H CH l CH 2 CH CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 In derselben Weise knnen verschiedene Aminosuren Peptide bilden. Da die ge- bildeten Dipeptide ihrerseits die anlage- rungsfhigen Gruppen der Aminosuren be- sitzen, und den a- Aminosuren, wie E. Fischer gefunden hat, in hervorragendem Mae die Flligkeit zukommt, lange Ketten zu bilden, so entstehen Tripeptide etwa vom Typus des Leucylglycylphenylamins, das aus je 1 Molekl Leucin, Glykokoll und Phenylalanin bestellt: H H H I I I H 2 N-C- -C N C C N- -C-COOH. CH, H H H CH CH 3 CH 3 CH, C 6 H 5 Eiweikrper 97 Die Synthese solcher Polypeptide ist bisher bis zu einer 18gliedrigen Kette, einem Okta- dekapeptid aus 3 Moleklen 1-Leucin und 15 Moleklen Glykokoll, fortgeschritten; neben den Mono amino suren sind auch die Eiweibasen in die Synthese einbezogen worden; neben den erst verwendeten race- mischen sind spter meist die optisch ak- tiven Aminosuren zum Aufbau der Peptide benutzt worden; ebenso sind Amide der Aminosuren und Peptide dargestellt. Mit dem Aufbau der Peptide ist die Frage nach der Struktur des Eiweies im Prinzip gelst; denn die Peptide stimmen mit den Eiweikrpern in ihren wesentlichen chemischen Eigenschaften berein. Die komplizierten Polypeptide stehen in bezug auf Lslichkeit, Fllbarkeit und andere Eigenschaften den natrlichen Peptonen sehr nahe; ja einige werden wie Albumosen ausgesalzen. Bei dem kombinierten Abbau von Eiwei durch Salzsure, Trypsin und Alkali gelangten E. Fischer und andere zu Peptiden, die sich mit synthetischen Peptiden als identisch erwiesen. Da diese Struktur nicht ausreicht, davon wird unten noch die Kede sein. Vor allem sind die natrlichen kolloidalen Eiwei- krper zweifellos noch viel komplizierter ge- baut als selbst das Oktadekapeptid mit dem Molekulargewicht 1213, obwohl dies schon eines der hchsten Molekulargewichte bei einem bekannten Krper ist. Aber die Peptone, die aus diesen kolloidalen Eiwei- krpern entstehen, sind im wesentlichen Polypeptide. Durch die Peptidstruktur werden folgende Eigenschaften der Eiweikrper erklrt: 1. Die Tatsache, da die Eiweikrper aus so sehr differenten Spaltungsprodukten sich aufbauen und doch alle in ihren Eigen- schaften auerordentlich gleichartig sind. Auch wird hierdurch verstndlich, da die Spaltung der Eiweikrper durch die verschiedensten Reagenzien so sehr gleich- mig verluft und nicht bald da, bald dort, sondern immer an dem prformierten locus minoris resistentiae angreift. Im Gegensatz zu den Kohlehydratfermenten, die fr die einzelnen Polysaccharide spezifisch sind, werden alle Eiweikrper von den gleichen Fermenten gespalten. 2. Die Biuretreaktion. Sie ist eine Rotfrbung, die das Biuret und entsprechend gebaute Krper beim Zusatz von Natron- lauge und wenig Kupfersulfat geben. Sie wird von allen Verbindungen gegeben, welche zwei CONH 2 - Gruppen an einem Kohlen- stoff- oder an einem Stickstoffatom oder direkt miteinander vereinigt besitzen. Im Eiwei liegt hiervon die Kombination -CHNH- CONH vor. Diese Reaktion wird von den meisten Peptonen und ebenso von vielen synthetisch aufgebauten Peptiden gegeben. Ganz klar ist bisher nicht, nach welchen Regeln bei den synthetischen Peptiden die Biuret- reaktion auftritt oder fehlt, und ebenso- wenig ist klar, weshalb die Biuretreaktion bei gewissen Peptonen, die sich sonst nicht von anderen Peptonen unterscheiden, fehlt, weshalb manche Peptide und Eiweikrper eine rote, andere eine viel undeutlichere violette Reaktion geben. 3. Das Verhalten zu den Eiwei- fermenten. Durch die Fermente vom Typus des Trypsins und Erepsins werden die Eiweikrper und die Di- und Polypeptide i in Aminosuren zerlegt, aber keine anderen Krper angegriffen (siehe unten). 4. Der gleichzeitig saure und ba- sische Charakter der Eiweikrper. Wie bei den Eiweisalzen eingehend aus- einandergesetzt werden wird, ist das Eiwei an sich in wsseriger Lsung nahezu neutral, kann aber mit Suren und Basen Salze bilden. Geradeso verhalten sich bis in alle Einzelheiten hinein die Aminosuren, die ! das Eiwei aufbauen. Nun ist aber die oben geschilderte Verknpfung, bei der die Amino- gruppe der einen mit der Carboxylgruppe der anderen in Verbindung tritt, die einzige, durch die der Doppelcharakter der Amino- suren gewahrt bleibt. Das Glycylglycin H 2 NCH 2 CONHCH 2 COOH und das Diglycylglvcin H 2 NCH 2 CONHCH 2 CONHCH 2 COOH sind ebensogut Aminosuren wie das Glyko- koll selbst. Fnde die Verknpfung nur durch die Aminogruppen statt, so wrden die freien Carboxyle das Eiwei zur Sure machen, umgekehrt wrden Verknpfungen zweier Carboxylgruppen die Eiweikrper zu Basen machen. Der sogenannte Amidstickstoff der Eiweikrper ist offenbar in derselben Weise gebunden, wie die Aminosuren aneinander. Er wird durch siedende Suren, Trypsin und Erepsin abgespalten. Emil Fischer und andere Autoren haben neben den Peptiden auch deren Amide dargestellt, die ebenfalls durch die Eiweifermente gespalten werden Argin in bin dng. Whrend in den bisher geschilderten Peptiden ein Stickstoff- atom zwei Kohlenstoffatome miteinander verknpft, an deren einem ein Sauerstoff- atom steht, also -C-N-C H H Handwrterbuch der Naturwissenschaften. Band III. 98 Eiweikrper sind im Arginin durch ein Stickstoffatom zwei Kohlenstoffatome miteinander ver- knpft, deren keines mit Sauerstoff ver- bunden ist. -C N C- H H H Auf diese Art werden Ornithin und Harn- stoff oder Guanidin und Aminovalerian- sure zum Arginin vereinigt. Diese Bindung wird von siedenden Suren und den Fer- menten vom Typus des Trypsins und Erep- sins nicht angegriffen, dagegen durch sie- dende Alkalien und das Ferment Arginase, wobei Ornithin und Harnstoff entstehen. Der Guanidin- oder Harnstoffrest ist end- stndig, d. h. das Arginin ist nicht anders eingefgt als die einfachsten Aminosuren. Diese zweite Bindung ist in der ber- wiegenden Mehrzahl der Eiweikrper viel seltener enthalten als die Peptid bindung. Da aber alle heute bekannten Eiweikrper Arginin enthalten, ist sie ebenfalls charak- teristisch fr das Eiweimolekl. In den Historien, wichtigen Eiweikrpern voiwie- gend der Zellkerne, ist der vierte Teil des Stickstoffs in der Form von Arginin ent- halten. Noch hher ist der Arginingehalt in manchen Protaminen und in den Prot- aminen Salmin, Clupein und Scombrin sind % des Stickstoffs Arginin, d. h. etwa 2 / 3 Guanidin. In ihnen sie sind die einzigen ganz aufgelsten Eiweie - - kommt auf je 2 Molekle Arginin nur je 1 Molekl einer Monoaminosure, d. h. es mssen in ihnen 2 Molekle Arginin miteinander verbunden sein; sie enthalten Diarginidkomplexe und die Untersuchung der Protone, der pepton- artigen Spaltungsprodukte dieser Protamine, hat ergeben, da die Anordnung der Bau- steine im Molekl eine symmetrische ist, d. h. da die Aminosuren zuerst zu Di- arginylvalin, Diarginylprolin usw. zusammen- gefgt und erst diese zum Protamin ver- einigt sind. Bei diesen Protaminen wird durch Arginase und durch Alkaliwirkung ein Teil des Harnstoffs, zweifellos dem end- stndigen Arginin entsprechend, abgespalten, whrend die Peptidbindungen des brigen Molekls erhalten bleiben. Bei den anderen, argininrmeren Eiweikrpern ist das in- dessen, wenigstens durch Alkali, nicht oder in viel kleinerem Mae der Fall. Salpetrige Sure spaltet aus dem Lysin Stickstoff ab. Solche Umwandlungsprodukte von Ei- weikrpern, die durch Alkali oder salpetrige Sure ihrer endstndigen Harnstoff- oder Aminogruppen zum Teil beraubt sind, sind unter den Namen Desamidopepton, Des- amidoalbumin usw. beschrieben worden. Lnung der Bausteine im Ei- weimolekl. Die Art, wie die primren Spaltungsprodukte miteinander verbunden sind, ist bisher besprochen. Weiterhin sind folgende Tatsachen bekannt: Wie Kossei und Wei gefunden haben, werden' die Spaltungsprodukte des Eiweies durch Alkalien sehr viel leichter racemi- siert, wenn sie im Eiwei gebunden, als wenn sie frei sind. Am leichtesten wird dabei das Ornithin racemisiert. Diese Bacemisierung beruht auf der Bildung einer Enolform, bei der das Kohlenstoffatom der Gruppe CH seine symmetrische Beschaffen- heit verliert. Ferner erfolgt die Abspaltung der Amino- suren verschieden leicht (Anti- und Hemi- gruppe). Seit Schtzenberger und Khne wei man, da das Eiweimolekl gegen die spal- tende Wirkung von Suren oder Fermenten verschieden resistent ist, und es hat sich spterhin herausgestellt, da der leicht spaltbare Anteil durch seinen Gehalt an Tyrosin und Tryptophan, der schwer spalt- bare durch Phenylalanin, Glykokoll und Prolin charakterisiert ist. Die anderen Aminosuren gehren beiden Teilen an. Dieser Unterschied in den Bausteinen und die verschiedene Festigkeit der Verknpfung gehn stets Hand in Hand. Frher nahm man meist an, da das Eiwei sich aus mehreren koordinierten Teilen von verschiedener Spaltbarkeit zu- sammensetze. Die einleuchtendere, heute meist akzeptierte Auffassung ist, da der Abbau durch Suren und Fermente all- mhlich erfolgt. Whrend die ueren' 1 Aminosuren schon abgespalten sind, bleibt ein Kern enthalten, der immer noch Eiwei ist. Jedenfalls ist die Erscheinung, da ein Teil des Eiweies sehr rasch gespalten wird, da dann aber Krper zurckbleiben, die nach Reaktionen und Eigenschaften sich scheinbar nicht allzuweit vom Aus- gangsmaterial entfernen, und noch den chemischen Charakter der Eiweikrper be- wahrt haben, bei allen Eiweispaltungen zu beobachten und praktisch und technisch wichtig. Einen dritten Hinweis auf die besondere Art der Anordnung der Bausteine im Ei- weimolekl bietet die Pepsinverdauung. Durch Pepsin wird nmlich das Eiwei in Peptone verwandelt, diese aber nicht in Aminosuren zerlegt (s. unten). Dabei sind die schlielich entstehenden Krper, die Peptone, zum groen Teil wahrschein- lcin gar nicht besonders hochmolekulare Krper, sondern mit den knstlichen Pep- tiden auf eine Stufe zu stellen, vielleicht entstehen selbst schon Dipeptide durch das Pepsin, dagegen niemals Aminosuren. Auch wird das Brechungsvermiren einer Eiweilsung, eine physikalische Konstante, die molekulare Aenderungen sehr genau zu Eiweikrper 99 erkennen gestattet, durch die Pepsinver- dauung gar nicht beeinflut, whrend die Zerlegung der Peptone in Aminosuren eine starke Vermehrung des Brechungsvermgens hervorruft. Die einzelnen Pepsinpeptone verhalten sich in der Weise genau wie das ursprngliche Eiwei, als durch Sure- oder Trypsinspaltung aus ihnen zunchst einzelne Aminosuren, darunter Tyrosin und Trypto- phan, abgespalten werden, whrend der Rest zunchst unverndert bleibt. Der Unterschied der Pepsinspaltung von der vlligen Spaltung kann nicht wohl anders gedeutet werden, als da die Peptone in irgendwie anderer Weise zum Eiweimolekl zusammengefgt sind, als die Aminosuren zu den Peptonen oder Peptiden. Andere Atomgruppierungen als die im vorigen Kapitel aufgefhrten Aminosuren und die durch ihre Verknpfung entstehenden Gruppierungen fehlen im Eiwei. Der Stickstoff ist ausschlielich als NH 3 vorhanden, nicht aber als Nitro-, Nitroso- oder Azostickstoff, was dadurch bewiesen wird, da fr das Eiwei wie fr alle seine Spaltungsprodukte die Bestimmung nach Kjeldahl ziemlich denselben Wert liefert wie die nach Dumas. Der Kohlenstoff gehrt teils der Fett- reihe, teils der aromatischen an. Die Ein- fgung beider ist nicht verschieden. Hetero- zyklische Gruppen sind das Tryptophan, das Histidin, das Prolin und die Oxy-a- Pyrroliclincarbonsure. Hydroxylgruppen enthalten von den Spaltungsprodukten das Tyrosin, Serin und die Oxy-a-Pyrollidin- carbonsure. Aldehyd- und Ketongruppen enthlt das Eiwei nicht Gruppen O.CH 3 und O.C 2 H 5 . 4. Zusammensetzung aus den einzelnen Aminosuren. Die qualitative Zusammen- setzung der Eiweikrper aus den einzelnen Gruppen schien anfangs eine sehr verschiedene zu sein. Mit der Verbesserung der Darstellungs- methoden haben sich diese Unterschiede aber immer mehr verwischt. Seit Kossei sichere Methoden zur Darstellung des Lysins, Arginins und Histidins angegeben hat, haben sich das Arginin in allen, die beiden anderen in nahezu allen Eiweikrpern gefunden. E. Fischers Methode fr die Monoamino- suren hat ebenfalls eine groe Ueberein- stimmung ergeben. Am wenigsten Bausteine (Ornithin, Harnstoff, Alanin, Prolin) ent- hlt das Protamin Scombrin, dann folgt mit fnf Spaltungsprodukten (Ornithin, Harn- stoff, Serin, Valin, Prolin) das Protamin Salmin, dann Clupein, Sturin und andere Protamine, die alle kein Cystin und wech- selnde, aber immer nur wenige Monoamino- suren enthalten. Alle brigen Eiwei- krper enthalten immer die meisten Bau- steine mit nur einigen Ausnahmen. So ebensowenig die fehlt das Glykokoll dem Casein, Zein, Globin und Serumalbumin, das Tyrosin dem Leim, das Tryptophan dem Leim und dem Zein, das Lysin dem Zein, Gliadin und anderen alkohollslichen Pflanzeneiweien. In einer Anzahl anderer sind einzelne Spaltungs- produkte, auch gut bestimmbare, in so winziger Menge vorhanden, da man an eine Beimengung anderer Eiweikrper denken mu. Diese ist schon bei den kristallisierenden Eiweien oft schwer auszuschlieen, noch schwerer aber ist das der Fall bei den Ei- weikrpern der Sttzgewebe, die immer in Wasser und Salzlsungen, hufig auch in ver- dnnten Suren und Laugen unlslich sind. Diese werden dann in der Regel so gewonnen, da die brigen Eiweikrper weggelst werden, und der unlsliche Rckstand das betreffende Gersteiwei darstellt. Dabei mu man dann gewhnlich zwischen der Gefahr, ungelste Reste eines anderen Eiweies mitzubekommen, und der Gefahr, das Ge- rsteiwei zu spalten, durchlavieren, und die Analysen des Leims, Elastins usw. be- sitzen immer eine gewisse Unsicherheit. Hauptschlich aber mssen die Unter- schiede der einzelnen Eiweikrper nicht sowohl auf Verschiedenheiten ihrer Bau- steine beruhen, als darauf, da diese Bau- steine in verschiedener Menge und verschie- dener Anordnung auftreten. Die Menge ist sehr different, da die meisten Spaltungs- produkte nicht einmal, sondern mehrfach im Eiweimolekl auftreten. So zeigt ein Vergleich des Histidins mit dem Tyrosin, da im Globin mindestens 10 Histidin- molekle vorhanden sein mssen. Legt man das aus den Analysenzahlen berechnete mindeste Molekulargewicht des Hmoglobins von 16 669 zugrunde, so ergeben sich sogar 12 Molekle Histidin. Entsprechend be- rechnen sich aus dem Arginingehalt des Zeins 17 Molekle Glutaminsure, aus dem Tyrosingehalt des Gliadins 38 Molekle Glut- aminsure. Das Salmin enthlt 10 Molekle Arginin auf 1 Molekl Valin oder Prolin. Bei der partiellen Spaltung des Eiwei- molekls finden sich die meisten Amino- suren sowohl in dem zerlegten Teil als im unangegriffenen Rest, mssen also an verschiedener Stelle des Molekls oder in verschiedener Bindung vorhanden sein. Es ist wohl mglich, da die durch die letzte Beobachtung wahrscheinlich gemachte verschiedene Anordnung der Aminosuren im Molekl auch eine Rolle spielt, bisher ist nur die Gesamt menge der auf die einzelnen Eiweie kommenden Aminosurenmenge bestimmt worden, und es hat sich dabei gezeigt, da jedem Eiwei eine ganz bestimmte und konstante Zusammensetzung aus Amino- suren zukommt, die es von jedem anderen Eiwei unterscheidet. Diese Zusammenset- 100 Eiweikrper zung ist daher die gegebene Grundlage fr die Einteilung der Eiweikrper, und es hat sich ergeben, da den lteren Gruppierungen, die sich auf den physikalischen Eigenschaften, der Lslichkeit usw. der natrlichen Ei- weikrper aufbauten, auch Uebereinstim- mungen in der Zusammensetzung aus den Aminosuren entsprechen. Im speziellen Teil werden bei jeder Gruppe die fr sie charak- teristischen Mengen der Bausteine angegeben werden. Die folgende Tabelle enthlt die Zusammensetzung weitgehend aufgelster und besonders typischer Eiweikrper. Ornithin und Harnstoff sind zusammen als Arginin aufgefhrt. Die Zahlen beziehen sich auf 100 g Eiwei, am Schlu ist in Prozenten angegeben, wieviel von den Bausteinen be- kannt ist: Glykokoll . . . Alanin .... Valin Leucin .... lsoleucin 2 ) . . Asparaginsure. Glutaminsure . Prolin Oxyprolin . . ' Phenylalanin . Tyrosin . . . Tryptophan . . Histidin .... Arginin .... Lysin Serin Cystin _..... Ammoniak . . o 4, J 9 30 1 ) 4,43 7,7 2,34 i,4 4, 2 4 2,1 0,56 2,53 o.Q5 .0 C =3 5 - --I -^ 1-3 S'3 3 .5 OS -ti 'S E = o CS3f* o 5 -^ s SS >> cd G 3 CD Om 3,0 3,6 1,0 15,0 2,0 10,4 3,6 2,5 3,82 + 3 ) + 3,o 4,0 0,8 1,17 vorn. 0,5 4,0 0,9 7,8 o,5 13,6 3,3 2,5 2,2 + 2,66 5,o6 3,26 + i.47 3,8 0,6 0,38 0,89 1 3,6 2,33 2,08 4,65 2,0 6,2 i,5i 0,24 0,21 14,5 8,7 8,0 5,95 5,6i 4,5 3,85 5,3o 0,91 0,58 14,5 12,94 16,97 23,42 37,33 i,7 3,65 3,22 4,23 7,06 2,4 3,55 3,75 i,97 2,35 2,1 3,3 i,55 4,25 1,20 + + + + 2,19 i-47 1,69 1,76 0,58 14,17 14,29 n,73 4,72 3,i6 1,65 1,04 4,98 1,92 2,28 1,80 2,05 4,01 5,ii o 1,34 1,40 7,o 1,32 43,20 13,73 5,o3 1,67 1,28 2,16 o o 9,79 8,98 19,55 i,73 26,17 9,04 6,55 3,55 o 0,82 i,55 o 4,87 | 3,64 o,5 3,46 11,8 3,66 1,46 2,2 6,31 + 1,21 14,36 7,7 1,66 3 6 o o 11 o o o o 87 o o o Summe .... 1 60 | 55 | 49 I74 60 | 62 ,59 *) Wahrscheinlich Summe von Valin, Leucin und lsoleucin. 66 83 92 55 100 2 ) lsoleucin ist selten bestimmt, 3 ) + bedeutet vorhanden, Vollstndig aufgelst sind demnach nur 2 Protamine, bei allen anderen fehlt der vierte Teil und mehr, da bei der Aufspaltung der Eiweikrper ja Wasser eintritt, und somit die Summe der Aminosuren 100% bersteigen mte. Doch hat man allen Grund anzunehmen, da das Defizit nur darauf be- ruht, da die Estermethode, wenigstens wenn man alle Aminosuren gleichzeitig bestimmen will, nur Minimalwerte liefert. Bei den Eiweikrpern der Pflanzensamen, die von den komplizierten Eiweikrpern am sorg- fltigsten untersucht sind, fehlt nicht mehr allzuviel zur vollstndigen Auflsung. Die physikalischen Eigenschaften der einzelnen Eiweikrper lassen sich aus ihrem Aufbau aus Aminosuren bisher nicht erklren, es lt sich nur feststellen, da das Fibrom der Seide und der ihm nahestehende charak- teristische Eiweikrper der Spinnenfden auf lallend reich an Glykokoll und Alanin sind, die Hornsubstanzen viel Tyrosin und besonders Cystin enthalten, die Eiweie der (ietreidearten 1. alkohollslich sind und 2. kein Lysin enthalten usw. Die Frage, ob die entsprechenden Ei- weikrper bei verschiedenen Tieren und Pflanzen identisch sind oder nicht, ist bisher nur bei einzelnen Gruppen von Eiwei- krpern systematisch untersucht worden. Osborne hat bei den Eiweikrpern der Pflanzensamen festgestellt, da Pflanzen, ; die morphologisch keine Aehnlichkeit be- sitzen, auch ganz verschiedene Eiweikrper als Reservestoffe fr den wachsenden Embryo in ihren Samen angehuft haben. Nahe ver- wandte Pflanzen haben dagegen auch Samen- eiweie, die sich auerordentlich nahe stehen, und nur unbedeutende, hufig schwer fest- i stellbare Differenzen in der Zusammen- j setzung zeigen. Ganz identisch scheinen die Sameneiweie indessen bei zwei ver- schiedenen Arten, selbst einer Gattung, nie zu sein, die Zusammensetzung des Samen- eiweies ist daher so gut Artmerkmal wie die anatomischen Unterschiede. Eine Anzahl von Fischen enthlt in ihren Spermatozoon charakteristische, stark basische Eiweikrper, die Protamine, und die Untersuchungen Kos s eis haben gelehrt, da jede der bisher untersuchten Arten ihr eigenes Protamin besitzt. Beziehungen Eiweikrper 101 zwischen Aelmliclikeit der Protamine und Verwandtschaft der Arten im System liegen nicht vor. Abderhalden hat die Aminosuren der Fibroine verschiedener Seidensorten be- stimmt, und ebenfalls unverkennbare Unter- schiede gefunden. Ebenso sind die Keratine der Haare verschiedener Tiere erheblich ver- schieden. Menschliche Haare haben einen gehalt fast doppelt so hohen Schwefel- und Cystin- als die von Pferden oder Schafen. Robert und Reichert und Brown haben die Kristallformen der Hmoglobine einer groen Anzahl verschiedener Tier- arten untersucht, und dieselben immer odsr fast immer deutlich unterschieden gefunden, wobei freilich nicht gesagt ist, da diese Unterschiede unbedingt auf chemischen IOO r- J2 Sturin Str Leim Hrn Rind I laare Pferd Elastin Nacken- band Fibroin Canton- seide Seiden - leim Canton- seide Casein Kuhmilch Casein Frauen- milch Vitellin Hhnerei Globin O 19,25 o.34 4,7 25,75 37,5 1,2 Glykokol o + 3,o 1,2 i,5 6,58 23,5 9,2 0,9 1,2 0,75 4,i9 Alanin 4,3 5,7 0,9 1,0 6,69 1,87 Valin o + 6,75 18,3 7,i 21,38 i,5 5,o 7,92 i,43 8,8 9,87 29,04!) Leu ein Isoleucin o 0,56 2,5 0,3 o,75 2,5 1,2 1,0 2,13 4-43 Asparaginsure o 14,0 14,0 viel 0,76 2,0 io,77 io,95 12,95 i,73 Glutaminsure II 7,7 6,4 3,6 3,4 i,74 1,0 2,5 6,7 0,23 * iS 2,34 1,04 Prolin Oxyprolin o viel 3, + 3,89 1,6 0,6 3,5 2,8 2,54 4,24 Phenylalanin o 4,58 3,2 o,34 9,8 2,3 4-5 4,7i 3,37 i,33 Tyrosin 2,0 T + Tryptophan o 12,9 0,4 + 0,61 o,53 2,6 1,90 10,96 Histidin 87 61,8 9,3 2,25 4,45 1,86 + 4,8 7,46 5,42 Arginin 12,0 5-6 + 1,12 2,48 5,8 4,81 4,28 Lysin 7,8 0,4 o,7 0,6 i,5 5,8 o,43 0,56 Serin 0? 6,8 7,98 0? + 0,31 Cystin 043 0,05 Spur i,5 i.S 1,25 o,93 Ammoniak 100 74 i 64 | 36 die unter Leucin angegebenen nicht quantitativ bestimmt. f ->5 Zahlen 78 beziehen 32 | 62 sich auf die I 54 l 7i I Summe von Leucin und Isoleucin. Unterschieden der Hmoglobine selbst be- ruhen mssen, da die Blutkrperchen und das aus ihnen sich zunchst abscheidende Hmoglobin noch andere Stoffe enthalten. Fr das Blutserum gestattet die bio- logische Reaktion, sichere Unterschiede zwi- schen allen Arten zu machen, wobei wieder- um nahe verwandte Alten hnliche Reak- tionen geben, entfernt stehende nichts Ge- meinsames haben. Freilich ist nicht sicher, wieweit die Reaktion auf den Eiweikrpern beruht. Selbst bei sehr wirksamem Pr- zipitin wird nur ein sehr kleiner Teil, weit unter 1 % des reagierenden Eiwei, gefllt, und chemisch sind Serumeiwei und Milch- oder Eiereiwei einer Art jedenfalls ver- schiedener, als die durch die biologische Reaktion zu unterscheidenden zwei Serum- eiweie. Die Przipitinreaktion erlaubt somit kein sicheres Urteil, ob die Spezifizitt der Art bereits bei dem chemischen Bau der Eiweikrper beginnt. Noch weniger ist ber die Organeiweie bekannt. Nur in einzelnen Organen, wie den Muskeln oder dem Fischsperma, sind spezifische Eiweie gefunden worden. Sonst wissen wir, da wir aus dem Protoplasma aller drsigen Organe Proteide und Globu- line isolieren knnen; aber wir wissen nicht, ob bereits an diesen Krpern die Spezi- fizitt der Organe haftet, ob die einzelnen chemischen Individuen die Funktion der Organe bedingen, oder ob nicht vielmehr aus gleichen chemischen Krpern das Proto- plasma sich in jeweils besondeter Art und Weise aufbaut, Mein- charakteristische Eigenschaften zeigen die Eiweikrper der Gerstsubstanzen, die also kein Teil des Protoplasmas, indessen von ihm gebildet sind. Die Kollagene, Keratine, Fibroine, Elastiu, Amyloid und Konchiolin sind ganz typisch gebaute Krper, deren Artspezifizitt bei "Keratin und Fibroin feststeht, beim Kollagen wahrscheinlich ist. 5. Fermente. Eiweispaltende Fermente sind unter den lebenden Wesen auerordent- lich weit verbreitet, ja wahrscheinlich pro- duzieren alle Organismen und vielleicht alle Zellen derartige Fermente. Folgende Fermente sind genauer unter- sucht: 1. Pepsin. Es wirkt nur in Gegenwart 102 Eiweikrper von H-Ionen, am besten zusammen mit einer etwa n / 10 - Salzsure. Es greift alle nat iirlichen einfachen und zusammengesetzten Eiweie an, wenn auch manche Gerst- eiweie, wie besonders das Keratin, sehr schwer, in dicker Schicht praktisch kaum lslich sind; nicht angegriffen werden die Protamine. Ungelste und gelste Eiwei- krper werden zunchst wenigstens zum grten Teil in sogenanntes Acidalbumin" verwandelt und dann in Albumosen und Peptone gespalten; auch hier ist die Spal- tung des Eiweies eine allmhliche, es treten Peptone und Acidalbumin neben- einander auf. Es scheint, da die Wirkung des Pepsins sich in der Art und Reihenfolge der Spaltungsprodukte nicht von einer Ei- weispaltung unterscheidet, die durch n- Salzsure oder schwchere in der Siedehitze vor sich geht, da das Pepsin also die Wir- kung der H-Ionen nur katalytisch beschleu- nigt. Dagegen unterscheidet sich die Pepsin- spaltung in Gegenwart schwacher Suren dadurch von der Spaltung durch starke Suren, da sie nicht ber die Peptonstufe hinausgeht, und da keine Aminosuren ge- bildet werden. Diese Tatsache ist von Khne gefunden und seitdem immer wieder besttigt worden. Die bei monatelang fort- gesetzten Versuchen bisweilen in Spuren gefundenen Aminosuren entstehen durch Sure-, nicht durch Fermentwirkung. Die knstlichen Peptide werden von Pepsin alle nicht angegriffen. Bei bestimmten geronnenen Eiweikr- pern, dem Myosin und besonders dem Fibrin, ist es fr die Pepsinwirkung er- forderlich, da die Eiweikrper in Suren quellen, und alle Substanzen, die diese Quellung verhindern, stren die Pepsin- wirkung. Doch drfen derartige, am Fibrin gemachte Beobachtungen nicht verallge- meinert werden. Die Widerstandsfhigkeit der Eiwei- krper gegen Pepsin ist verschieden; so wird das Serumalbumin leichter als das Eieralbumin gespalten, am schwersten das Serumglobulin. Die Verdaulichkeit des Eiweies wird durch trockenes Erhitzen, ja schon durch Kochen von im Wasser sus- pendiertem Eiwei sehr erheblich vermindert. Das Pepsin wird von bestimmten Drsen der Magenschleimhaut der Wirbeltiere sezer- niert. Eiweilsende Fermente, die am besten oder ausschlielich bei saurer Reaktion wirken, sind bei Wirbellosen und Ein- zelligen mehrfach beschrieben, aber nicht hinreichend studiert, um ihre Beziehungen zum Pepsin feststellen zu knnen. Die Pepsine der verschiedenen Wirbeltiere zeigen keine Differenzen, die berechtigen wrden, ihre Identitt zu bezweifeln. 2. Trypsin. Es lst Eiwei am besten bei der Reaktion einer verdnnten Bikar- bonatlsung, ist aber von der Reaktion wenig abhngig. Es lst die groe Mehrzahl der natrlichen Eiweikrper auf: Eine Ausnahme ist die Muttersubstanz des Glutins, das soge- nannte Kollagen, andere Gersteiweie, wie das Keratin, werden wenigstens sehr schwer an- gegriffen, und sind in einigermaen dicker Schicht praktisch unverdaulich. Eine zweite Ausnahme sind die Albumine, das Eier- und besonders das Serumalbumin, solange sie sich in kolloidalem Zustande befinden. Sie binden das Trypsin zwar wie andere Eiwei- krper, werden aber nicht oder so gut wie nicht gelst und hindern dadurch die Trypsin- Wirkung auf andere Eiweikrper. Ge- kochtes oder mit Sure behandeltes Albumin ist nicht schwer verdaulich. Das Trypsin bildet zunchst Peptone, zerlegt aber allmhlich einen groen Teil in Aminosuren. Ob alle Amino- suren zunchst in Form von Pepton aus dem Eiwei hervorgehen oder die leiclr- test abspaltbaren, wie das Tyrosi, ndirekt abgespalten werden, ist ungewi. Die schwer spaltbaren Peptone nennt man Antipeptone, der gar nicht angreifbare Rest gibt keine Biuretreaktion. Seine Menge ist bei den einzelnen Eiweikrpern verschieden, beim Casein hchstens 15%, beim Edestin fast die Hlfte, beides nur nach wochenlang fortgesetzter Verdauung. Nach krzerer Verdauung findet man erhebliche Mengen Pepton. Die Trypsinverdauung geht etwas weiter, wenn die Eiweikrper erst mit Pepsin peptonisiert, dann erst mit Trypsin gespalten werden, beim Casein vermindert sich die brigbleibende Peptonmenge auf etwa 8 %. Aus den Pepsinpeptonen werden Tyrosin und Tryptophan ganz, aridere Amino- suren zum Teil durch Trypsin abgespalten. Der Nachweis, da das Trypsin einen Teil des Eiweies unangegriffen lt, und wie gro der Anteil ist, wird am sichersten durch die Darstellung des unverdauten Restes geliefert. Auerdem aber existiert eine besondere Methode, die Formol- titrierung von Srensen, die den Spaltungsgrad der Eiweikrper zu erkennen gestattet. Das Prinzip der Methode beruht darauf, da Aminosuren, Peptone und Eiweikrper neutrale Krper sind, da sie aber durch Hinzufgung des eben- falls neutralen Formaldehyds in die Me- thylenverbindungen berfhrt werden, die Suren sind. CH 3 CH 3 HCNH 2 +H 2 CO=HCN:CH 2 +H 2 0. COOH COOH Man neutralisiert die zu untersuchende Lsung genau mit Lackmus, behandelt sie mit Formol, und titriert sie dann mit Phenol- Eiweikrper 103 phthalein bis zur starken Rotfrbung. Die Menge des zu dieser Titration verbrauchten Alkalis ist ein Ma fr die Menge der freien NH 2 - Gruppen, die mit Formol reagieren knnen. Da auch Ammoniak reagiert, mu es anderweit bestimmt und abgezogen werden. Wenn man nun ein Eiwei mit Trypsin verdaut, das Verdauungsgemisch der Formol- titration unterwirft, es nachher durch sie- dende Suren spaltet und es nun von neuem formoltitriert, so erhlt man einen hheren Wert als Beweis dafr, da neue NH 2 - Gruppen frei geworden sind. Nach dieser Methode gemessen, bleiben von Witte- pepton und von Casein auch nach einer Trypsinverdauung von 14 und 25 Tagen reichlich 40 % der Peptidbindungen un- gelst. In anderen Reihen blieben in einem Tage etwa 60, in 6 Tagen um 50 % unan- gegriffen. Andererseits kann die Formol- titrierung dazu benutzt werden, um das Vorhandensein eines Ferments zu beweisen, das ber die Peptonstufe hinaus Peptidbin- dungen lst. Von den knstlichen Peptiden wird durch Trypsin ein Teil gespalten. Der Angriff des Ferments auf Racemkrper erfolgt asym- metrisch, und Dipeptide, in denen eine oder beide Komponenten die optischen Antipoden der natrlichen Aminosuren sind, werden berhaupt nicht angegriffen. Auer- dem werden aber noch eine Reihe Peptide, die aus den natrlichen Aminosuren be- stehen, nicht angegriffen. Der Grund ist so wenig klar, wie die Differenz zwischen Hemi- und Antigruppe bei den natrlichen Eiweikrpern. Die Racemisierung der natrlichen Eiweikrper durch Alkali ver- nichtet oder vermindert auch ihre Ver- daulichkeit durch Trypsin. Das Trypsin lst nur die Peptidbindung, wirkt aber auf andere Stoffe, auch chemisch hnliche, z. B. die Hippursure, nicht ein. C 6 H 5 CO NH CH 2 - COOH Hippur- sure, NH 2 -CH 2 -CO-:-NH-CH 2 -COOHGlycyl- glycin. Das Trypsin wird von der Pankreas- drse der Wirbeltiere sezerniert, und durch die von der Darmschleimhaut sezernierte Enterokinase aktiviert. Trypsinhnliche Fermente, die viel- leicht mit dem Trypsin identisch sind, sind unter den Wirbellosen sehr weit verbreitet, z. B. in der Mitteldarmdrse der Cephalo- poden, bei Echinodermen usw. Auch in Pflanzen kommen derartige Fermente vor, z. B. das Papayotin, das Aminosuren frei macht, daneben aber Peptone bestehen lt, anscheinend mehr als das Trypsin. Papayotin soll bei 80 ein Optimum haben. 3. Erepsin. Es wirkt am besten bei neutraler oder der Reaktion einer verdnn- ten Bikarbonatlsung, ist aber wenig von der Reaktion abhngig. Es wirkt auf die kolloidalen oder Eiwei- krper im engeren Sinne gar nicht ein, die Histone und das Casein werden von ihm gespalten, aber langsam und unvollkommen; die verschiedenen Albumosen und die Pep- tone werden von Erepsin weitgehend ge- spalten, ob ganz vollstndig ist nicht genau bekannt. Vollstndig und sehr schnell werden die Pepsinpeptone zerlegt, so da die Spaltung erst durch Pepsin und dann durch Erepsin so vollstndig ist wie die durch siedende Suren. Das Erepsin spaltet auch alle unter- suchten knstlichen Peptide. Der Angriff erfolgt asymmetrisch. Hippursure spaltet es nicht. Das Erepsin ist zuerst im Extrakt der Darmschleimhaut und im Darmsaft der Sugetiere aufgefunden, aber auch im Darm aller untersuchten Wirbeltiere enthalten. Ferner findet es sich in grerer oder ge- ringerer Menge in den Formelementen des Blutes, und in allen oder fast allen unter- suchten Organen, und zwar auch wenn sie von Blutbestandteilen frei sind. Die Fermente der verschiedenen Organe voneinander zu unterscheiden, liegt bisher kein Grund vor; sie werden, da sie Peptone und Peptide spalten, Eiwei aber nicht, auch als peptolytische Fermente" be- zeichnet. Ein peptolytiscb.es Ferment der Magenschleimhaut spaltet Peptone bei schwach saurer Reaktion, nicht aber bei Gegenwart von freier Salzsure in Amino- suren. Die Gegenwart dieses Erepsins in Magenschleimhautextrakten, z. B. vielen kuflichen Pepsinen, hat schon viel Ver- wirrung hervorgerufen. Nachgewiesen wird das Erepsin durch Verschwinden der Biuretreaktion in Pepsin- peptonen oder durch das Freiwerden von Tryptophan und das Auftreten der Tryp- tophanreaktion in Peptonen und Peptiden oder das Ausfallen von Tyrosin bei Ver- wendung tyrosinhaltiger Peptone und Pep- tide oder die Verminderung der Drehung bei Verwendung von Peptonen, die selbst stark drehen, whrend die Spaltungsprodukte nur schwach drehend sind, endlich auch durch die Formoltitrierung. 4. Fermente, die Eiwei lsen, und es vollstndig in Aminosuren zer- legen, also wie eine Kombination von Trypsin und Erepsin wirken. Dahin gehrt zunchst ein Ferment der Hefe, die Endotryptase, die Eiwei an- scheinend vollstndig und die knstlichen Peptide so rasch spaltet, da sie hufig zu Fermentstudien verwendet worden ist. Ferner gehren hierher vielleicht die Fermente der 104 Eiweikrper Pflanzensamen, durch die das Reserve- eiwei des Embryos in den Stoffwechsel einbezogen wird. Auch sie bilden groe Mengen von Aminosuren und spalten die knstlichen Peptide. Da sich neben den Aminosuren in den Samen auch Peptone und vielleicht Peptide finden, ist es aber 1. nicht sicher, ob die Pflanzenfermente das Eiwei zu Ende spalten, und 2. ist es durch- aus mglich, da sich in den Pflanzen zwei Fermente finden, deren eines dem Pepsin, das andere dem Erepsin analog ist. Auch in anderen Pflanzenteilen als den Samen kommen eiweispaltende Fermente vor. Aminosuren bildet auch das Bromelin der Ananas. Hierher gehren vielleicht auch die auto- lytischen Fermente der Organe. Wenigstens werden die Organeiweie von ihnen gelst, und es treten groe Mengen Aminosuren, dagegen nicht oder nur vorbergehend Peptone auf, auch werden Peptide gespalten. Es ist aber ebensogut mglich, da es sich hier um Erepsin handelt. Denn bei den autolytischen Versuchen wird zwar das in Lsung gehende Eiwei ganz abgebaut, aber es geht immer nur ein Teil des Eiwei in Lsung und dieser knnte einem Eiwei entsprechen, das wie das Histon von Erepsin langsam angegriffen wird. Es ist fr die autolytischen Vorgnge typisch, da die Auflsung der Eiweikrper, die eigentliche Autolyse sehr langsam erfolgt, die Spaltung zugesetzten Peptons dagegen sehr schnell. In den weien Blutkrperchen und in der Milz sind zwei Fermente vorhanden, die Eiwei lsen und Aminosuren bilden, das eine wirkt in saurer, das andere in alkalischer Reaktion. Hedin bezeichnet das in al- kalischer Lsung wirksame als Lieno-a-pro- tease, das in saurer Lsung wirkende als Lieno-/?-protease. Nach Dakin wirkt auch das Nierenferment bei saurer Reaktion. Die Fermente der Bakterien lsen Ei- wei, bilden Aminosuren und spalten Pep- tide, sind aber noch wenig isoliert. Das Bacterium coli commune enthlt nur Erep- sin, kein eiweilsendes Ferment. 5. Arginase. Sie wirkt bei neutraler Reaktion und zerlegt Arginin in Harnstoff und Ornithin, lst also im Gegensatz zu Trypsin und Erepsin die zweite im Eiwei vor- kommende Bindung, wirkt also wie siedende Alkalien. Es ist schon erwhnt worden, da sie in den Protaminen, nicht aber in den anderen Eiweikrpern, diese Bindung auch intraprotein spaltet, Die Arginase ist in reichlicher Menge in der Leber enthalten, auerdem in der Dnndarmschleimhaut, der Thymus und den Lymphdrsen; im Muskel ist sie in geringer Menge vorhanden, im Blute, der Milz, den Nebennieren und der Galle ist sie nicht sicher, im Pankreassaft nicht nachweisbar. In der Hefe ist sie ge- funden, in Pflanzensamen nicht, 6. Sekundre Spaltungsprodukte. Bei allen Spaltungen zerfllt das Eiweimolekl zunchst in die Aminosuren, diese werden aber dann durch viele Eingriffe weiter ver- wandelt, und diese sekundren Umwand- lungsprodukte des Eiweies sind zum Teil biologisch und technisch von allergrter Bedeutung. Rein erhlt man sie nur dann, wenn man einzelne Aminosuren fr sich abbaut. Entstehen sie aus dem Eiwei, so sind sie nicht nur unter sich, sondern auch mit den primr entstandenen Amino- suren gemengt. 6a) Die knstliche Zersetzung des Eiweies durch Chemikalien, a) Die Spaltung des Eiweies durch siedende Alkalien. Die zunchst ge- bildeten Aminosuren sind optisch inaktiv, und an Stelle des Arginins erscheinen Or- nithin und Harnstoff. Weiterhin wird aus den Aminosuren Ammoniak abgespalten, und es finden sich statt und neben den Aminosuren die betreffenden einfachen Su- ren, Essig-, Propion-, Butter- und Valerian- sure, daneben natrlich in groen Mengen Ammoniak. Nebenher gehen noch andere Prozesse, die zum Auftreten von Ameisen- sure und Kohlensure fhren. Noch ener- gischer wirkt das Schmelzen der Eiwei- krper mit Kali in Substanz; auch hier treten Fettsuren auf, aus der Indolamino- propionsure, dem Tryptophan, wird Indol und Skatol, aus dem Cystin entstehen Schwefelwasserstoff und Merkaptan. Da Skatol, Merkaptan, Schwefelwasserstoff und manche Fettsuren durch den Geruch leicht nachzuweisen sind, ist das Auftreten bei der Kalischmelze schon frh beobachtet worden, und es wurde die Aehnlichkeit mit der Fulnis betont, bei der diese Stoffe zum Teil auch auftreten. Aehnlichkeit nicht allgemein Ganz hnlich wie das Kochen mit AI kalien scheint berhitzter Wasserstoff wirken. ) Die Oxydation des Eiweies mit Schwefelsure und Permanganat oder Bichromat, Hierbei entstehen ebenfalls Fettsuren, ebenso bei der Oxydation mit Permanganat allein. Das Arginin geht durch Permanganat erst in Guanidinbuttersure, dann und zwar quantitativ in Guanidin ber. y) Die Oxydation mit Wasserstoff- superoxyd. Diese spaltet aus den isolierten Aminosuren Kohlensure und Ammoniak ab, und es entstehen die um ein C rmeren Aldehyde, die dann zum Teil weiter zu den entsprechenden Suren oxydiert werden. Aus Alanin entstehen so Metaldehyd und Essigsure, aus Valin Isobutylaldehyd und Buttersure, usw. Bei der Einwirkung auf Doch gilt diese zu Eiweikrper 105 das gesamte Eiwei sind eine Reihe dieser Aldehyde gefunden worden. ) Die Oxydation mit Salpeter- sure. Es entstehen erhebliche Mengen von Oxalsure. Aus dem Arginin ent- stehen Nitro arffinin und Nitroguanidin; auch die aromatischen mutlich nitriert. Bausteine werden ver- e) Das Erhitzen mit Brom unter Druck. Es entsteht ebenfalls Oxalsure, daneben bromierte Fettsuren. 6b) Die Zersetzung des Eiwei im Stoffwechsel lebender Wesen, Bakterien, Pflanzen, Tiere. Im Stoffwechsel der Tiere, Pflanzen und Bak- terien wird Eiwei ab- und aufgebaut. Der Abbau beginnt, soweit wir wissen, ausnahms- los mit der Spaltung des Eiweies durch Fermente in Aminosuren. Die Amino- suren aber werden dann vielfach weiter verwandelt, und das Studium dieser sekun- dren Umwandlungsprodukte ist eins der wichtigsten Gebiete der physiologischen Che- mie. Fr diese sekundren Umwandlungs- produkte der Aminosuren schlagen Acker- mann und Kutscher neuerdings den Namen Aporrhegmen" vor, der sich in- dessen noch nicht eingebrgert hat. Ihre Bildung durch Fermente wird vielfach ange- nommen, es ist aber bis heute kein Fall be- kannt, in dem die Umwandlung der Amino- suren in Lsung nach Aufhebung der Struktur und des Lebens der Zelle noch vor sich ginge. Das Studium der sekundren Umwandlungsprodukte ist bei der Hefe und anderen Bakterien relativ einfach, weil hier die gebildeten Krper meist keine weitere Verwertung finden, bei den hheren Tieren, bei denen der Eiweikohlenstoff Energie- quelle ist, auerordentlich ' schwierig und oft nur auf Umwegen mglich. a) Eiweizersetzung durch Hefe. Die Hefe enthlt ein eiweispaltendes Ferment, das Eiwei wie siedende Suren spaltet. Aus den Aminosuren wird Ammo- niak und Kohlensure abgespalten, und der Rest der Aminosure wird weiter oxydiert. Es scheint, als ob, wie bei der Oxydation mit Wasserstoffsuperoxyd, zunchst immer der Aldehyd entsteht, der einen Kohlenstoff weniger enthlt, als die Aminosure, und da dieser dann sekun- dr entweder zu der betreffenden Sure oxydiert oder zu dem Alkohol reduziert wird. Daneben finden sich bisweilen auch niedere Homologe vor. Das Ammoniak wird zum Eiweiaufbau der Hefe verwendet, die Alkohole und Suren verbleiben in der Kulturflssigkeit und knnen dort nach- gewiesen werden. Aus Valin, Leucin und Isoleucin ent- stehen die drei Alkohole, die zusammen das Fusell bilden, Isobutylalkohol, Isoamyl- alkohol und aktiver Amylalkohol: CH 3 CH 3 \> CH I CHNH 2 COOH Valin werden zu CH 3 CH 2 CH I CH 2 OH Isobutyl- alkohol C H 3 CH CHo CHNH 2 COOH Leucin CH 3 CH 3 CH I CH 2 CH 2 OH Isoamyl- alkohol CHXH CHNH ; COOH Isoleucin CH 2 OH aktiver Amyl- alkohol. Aus Leucin entstehen daneben Iso- valeraldehyd, Isovaleriansure und Leucin- sure. Aus Glutaminsure entsteht in der Hauptsache Bernsteinsure, daneben Bern- steinsurehalbaldehyd und Oxyglutarsure. Aus Tyrosin entsteht Oxyphenylthylalkohol, aus Phenylalanin Phenylthylalkohol, aus Ornithin vielleicht Butylengiycol. Auch Milchsure ist ein solches mwandlungs- produkt. Der Angriff der Hefe erfolgt asymmetrisch, d. h. es wird nur die natrliche Aminosure verwandelt, fgt man racemische Aminosuren zur Hefe hinzu, so bleibt der nicht natrlich vorkommende Antipode ganz oder fast unangegriffen. Die sogenannten Nebenprodukte der al- koholischen Ghrung, die ja zum Teil un- erwnscht sind, wie das Fusell, zum Teil aber auch die Geschmacks- und Geruchs- stoffe der alkoholischen Getrnke bilden, haben demnach gar nichts mit der Umwand- lung des Zuckers in Alkohol und Kohlen- sure zu tun, sondern entstammen dem Eiweistoffwechsel der Hefe. Seit dieser Erkenntnis hat man auch bereits versucht, die Hefe statt mit Eiwei mit Ammoniak oder mit bestimmten Aminosuren zu er- nhren, oder ihr andere Aminosuren wegzunehmen, doch scheinen die Versuche bei der praktischen Anwendung noch auf Schwierigkeiten zu stoen. ) Eiweizersetzung durch Fulnisbakterien. Die Zersetzung des Eiweies durch die ubiquitren Fulnisbakterien oder die Bakterien des Darmkanals ist eine Zeitlang sehr eifrig studiert worden, und hat " eine Reihe 106 Eiweikrper Reihe von Bausteinen des Eiweies erschlieen lassen, lange ehe sie selbst direkt gefunden wurden. Spter hat man nicht mehr be- liebige Fulnisbakterien" auf das Eiwei wirken lassen, sondern Reinkulturen von bestimmten Bakterien, so den Rauschbrand- bazillusunter anaeioben Bedingungen, andere Anaeroben, den Tuberkelbazillus, den Strep- tococcus longus, das Bacterium coli und den Proteus vulgaris, den Bacillus mesen- tericus vulgatus, der das fadenziehende Brot" macht, die Bakterien des Grstrm- lings", eines skandinavischen Nahrungsmit- tels, das durch Einwirkung offenbar ganz bestimmter Mikroorganismen auf gesalzene Fische entsteht, die Bakterien, die das Casein der Milch bei der Reifung des Emmen- taler Kses zersetzen und andere. Diese Mikroorganismen verhalten sich zum Teil sehr verschieden, und die Resultate be- sitzen daher ein hohes biologisches Inter- esse. Fr die Eiweichemie sind die Unter- suchungen bedeutsamer, die nicht das ganze Eiwei, sondern einzelne primre Spaltungs- produkte der Bakterieneinwirkung aus- setzten. Die Bakterien spalten zunchst das Eiwei in der gleichen Weise wie die Fer- mente; es entstehen erst Albumosen und Peptone, dann die Aminosuren. Doch bleibt die Wirkung der Bakterien nur unter be- stimmten Bedingungen, wie bei der nor- malen Ksebereitung, bei ihnen stehen. Sind doch gerade die a-Aminosuren die besten Nhrstoffe der Bakterien. Die Amino- suren werden in verschiedener Weise weiter verwandelt. Es wird entweder analog wie durch Alkalien o der Oxydations- mittel, das Ammoniak eliminiert, aus den Aminosuren werden die entsprechenden einfachen Suren, der Stickstoff des Eiweies wird zu Ammoniak; oder es wird Kohlendioxyd abgespalten, es entstehen Basen; oder es werden, analog wie bei der Hefe und durch Wasserstoffsuperoxyd, Ammoniak und Kohlensure eliminiert, und es ent- stehen Aldehyde, Alkohole, Sure nund Oxy- suren. Ueber Umwandlungsprodukte des Gly- kokolls und Alanins ist nichts ganz Sicheres bekannt. Doch sind Ameisensure, Essigsure und Propionsure bei vielen Fulnis versuchen gefunden worden, auer- dem Methylamin und Methan. Valin, Leucin und Isoleucin werden durch manche Pilzarten genau wie durch Hefe zu den Alkoholen des Fusells. Ferner sind Buttersure, Valeriansure und Capron- sure wiederholt bei der Fulnis gefunden, die wohl zum Teil auf diese Aminosuren zu beziehen sind. In faulem Fleische ist Isoamylamin gefunden worden. Aus Asparaginsure wird Bernsteinsure und Propionsure, aus Glutaminsure n- Buttersure und y-Amino buttersure ge- wonnen. Fr das Phenylalanin ergibt sich aus den lteren Untersuchungen der Abbau: PhenylannnopropionsureC 6 H 5 CH 2 CHNH 2 COOH Phenylpropionsure C 6 H 5 CH 2 CH 2 COOH PhenylessigKure C 6 H 5 CH 2 COOH Benzoesure C 6 H 5 COH Daneben ist Phenylthylamin gefunden. Fr das Ty rosin ist folgende Reihe be- kannt : p-Oxyphenylaminopropionsure C 6 H 4 . OH. CH 2 CHNH 2 C00H p-Oxvphenylpropionsure . . C 6 H 4 . OH.CH 2 CH 2 COOH p-OxvphenVlessigsure . . . . C 6 H 4 . OH.CH 2 COUH p-OxVmandelsure C 6 H 4 . ()H.CH(OH)COOH p-Kresol C 6 H 4 .0H.CH 3 Phenol C 6 H 5 .OH In faulem Fleisch und abnormem Kse bildet sich p-Oxyphenylthylamin; auch im Mutterkorn ist ' es enthalten, bei dessen Bildung ja auch Bakterien eine Rolle spielen. Das Tryptophan, die Indolamino- propionsure bildet Indolpropionsure, Indol- cssi^sure (Skatolcarbonsure), Skatol und Indol. Auch die Bildung von Indolaldehyd ist wahrscheinlich, da im Harn ein Farbstoff vorhanden ist, der im Reagenzglas be- sonders leicht aus Indolaldehyd entsteht. Phenol, Indol und Skatol gelten als charakteristische Fulnisprodukte, da sie wegen ihres Geruches leicht nachweisbar sind, und weil sie als Endprodukte der Darmfulnis resorbiert und als gepaarte Schwefelsuren oder Glykuronsuren im Harn ausgeschieden werden. Urorosein, Skatolrot und Indican, drei Harnfarbstoffe, verdanken den Krpern ihre Entstehung, die aus dem Tryptophan von den Darmbakterien gebildet werden. Aus dem Histidin entstehen Imidazolyl- propionsure und Imidazolylaethvlamin. Das letztere ist von besonderem Interesse, weil es die oder eine der wirksamen Substanzen des Mutterkorns darstellt. Aus Ornithin entsteht Tetramethylen- diamin oder Putrescin Eiweikrper 107 CH,NH 2 CH, CrLNH, CH 2 NH 2 CIL CH," C0 2 CHNH, COOH" auerdem <3-Aminovaleriansure. Aus Lysin entsteht Pentmethylendia- min oder Kadaverin, C H 14 N 2 , CH 2 NH CH 2 CH, GH.; CHNH 2 CH.NH, CH.; C0 2 =CH, ch: COOH CH 2 NH 2 daneben vielleicht e-Aminocapronsure. Aus Arginin knnen Bakterien Ornithin und dann Putrescin bilden, oder sie knnen Guanidin bilden, dies aber auch in Harn- stoff verwandeln; im Mutterkorn findet sich Agmatin, C 5 H 14 N 4 , das durch Kohlen- sureabspaltung aus Arginin entsteht. Aus dem Cystin wird Schwefelwasser- stoff abgespalten, ein charakteristisches Fulnisprodukt, daneben bildet sich Methyl- merkaptan. Doch mu man liier mit Schlssen auf seine Herkunft sehr vorsichtig sein, da es auch synthetisch gebildet werden kann; auch unterschweflige Sure und Aethyl- sulfid sind beobachtet. Die giftigen Stoffwechselprodukte der Bakterien scheinen Eiweikrper zu sein, gehren aber nicht hierher. y) Die Spaltung im Stoffwechsel der Pflanzen. In den Samen der Pflanzen befinden sich Eiweikrper, die dem wachsenden Embryo als Reserve- material dienen und die beim Beginn der Keimung durch proteolytische Enzyme zerlegt werden. Diese Enzyme erzeugen die Aminosuren. Da nun im Gegen- satz zu den Tieren mit ihrem Zirkulations- system die Aminosuren nicht fortgefhrt werden, bleiben sie in dem Keim oder den Keimblttern liegen. Weiterhin beginnt in den Pflanzen eine Synthese, bei der aus einem Teile der Monoaminosuren Ammoniak abgespalten wird und dieses sich mit nicht vernderten Monoaminosuren zu Amiden vereinigt. Aus Asparaginsure und Glutaminsure werden Asparagin, C 4 H 8 N 2 3 , und Glutamin, C 5 H 10 N 2 O 3 . Beide finden sich als Reservematerial in den Keimen vor, knnen auch in diesem Stadium transportiert werden. Aus beiden wird dann, durch weitere kompliziertere Syn- thesen, Eiwei gebildet, eventuell unter Eintritt stickstofffreien Materials, das aus den stets vorhandenen Kohlehydraten, viel- leicht auch aus dem stickstofffreien Rest der Monoaminosuren, stammen kann. Ueber etwaige Zwischenstufen zwischen Amino- suren oder Amiden und Eiwei ist nichts bekannt. Guanidin, Ornithin, Tetra- und Pentamethylendiamin fehlen in allen unter- suchten Pflanzen. Ammoniak findet sich nur, wenn durch Abschlu des Lichtes die Synthese aufgehoben ist. Im spteren Leben bauen die Pflanzen ihr Eiwei aus Kohlehydraten und anorganischem Stick- stoff, d. h. in letzter Linie Ammoniak, auf. Zwischenglieder in diesem Proze sind aber nicht bekannt. Dagegen sind einige besondere Um- wandlungen einzelner Aminosuren im Pflan- zenreiche bekannt, die wohl speziellen Funk- tionen dienen. So wird das Tyrosin durch ein Oxydationsferment, die Tyrosinase, in rote, braune, schlielich schwarze Pro- dukte umgewandelt. Tyrosinhaltige Pep- tide werden ebenfalls angegriffen, und geben dann zum Teil grne oder blaue Farben. Auf der Wirkung der Tyrosinase beruht die Buntfrbung der Bltter im Herbst, die Dunkelfrbung an der Schnittflche von Pilzen, Rben und anderen Pflanzen, die Bildung des schwarzen Lackes durch den Saft des ostindischen Lackbaumes usw. Sodann findet man in Pflanzen methylierte Aminosuren, die sogenannten Betaine. Klar sind in ihren Beziehungen zu Eiweispal- tungsprodukten das Betain oder Trimethyl- glykokoll, das Stachydrin oder Dimethyl- prolin, das Hordenin oder Dimethyl-p- oxyphenylthylamin, und das Tetramethyl- putrescin aus Hyoscyamus muticus. Die Pyrrolidinderivate sind auf Prolin oder Ornithin zurckzufhren. Auch das Surin- amin und das Trigonellin gehren hierher. Die Bedeutung der Methylisierung und der Betaine fr den Stoffwechsel der Pflan- zen ist nicht bekannt. Die Betaine aber stellen in naher chemischer Beziehung zu den Alka- loiden der Pflanzen. Das Methylmerkap- tan, das nach Spargelgenu im Harn auf- tritt, verdankt seinen Umfang wahrschein- lich auch einem methylierten Umwandlungs- produkt des Cystins in den Spargeln. d) Die Eiweispaltung im tierischen Stoffwechsel. Das von den hheren Tieren verzehrte Nahrungseiwei wird im Magen- darmkanal durch die proteolytischen Fer- mente Pepsin, Trypsin und Erepsin in der Hauptsache bis zu den Aminosuren ge- spalten; ein gewisser Anteil wird vermutlich auch als Pepton resorbiert, das dann in den Organen durch deren proteolytische Fermente ganz aufgespalten wird, verhlt sich also schwerlich anders als die Hauptmenge. Jahre- lang war die allgemeine Meinung der Physio- logen, da das Nahrungseiwei in Form der Aminosurenresorbiert, denOrganen zugefhrt und dort verwertet werde, sei es um ver- brannt zu werden, sei es um zum Aufbau der Organeiweies zu dienen. Diesen Aufbau, 108 Eiweikrper der ja die besondere Funktion des Eiweies ist, stellte man sich so vor, da die Amino- suren dabei so zusammengefgt wurden, wie der Chemiker sie beim Aufbau der Peptide aneinanclerlegt, eine Neubildung von Amino- suren wurde nicht angenommen, und dem- nach wurde auf den Aufbau der Eiweie aus verschiedenen Aminosuren auch fr den Stoffwechsel und die ernhrende Funktion des Eiweies Wert gelegt. Diese Anschauung ist neuerdings unhaltbar geworden, es ist wahrscheinlicher, da der Tierkrper sein Organeiwei ebenso wie die Pflanze und die Pilze aus Kohlehydraten und Ammoniak aufbaut. Von den Zwischenprodukten dieses Auf- baues und des in der Kegel berwiegenden Abbaues wiesen wir indessen noch relativ wenig. Das Eiwei verlt den Krper, verbrannt zu Wasser, Kohlensure und Harnstoff. Der Weg von den Amino- suren zu den Endprodukten liegt fr uns noch zum groen Teil im Dunkel, und nur bestimmte experimentelle und pathologische Tatsachen gestatten, einige Streiflichter auf ihn zu werfen. 1. Es erfolgt eine Eliminierung des Am- moniaks aus den Aminosuren. Sie ist bei Fischen beim Durchtritt durch die Darm- wand beobachtet, bei Sugetieren bei Leber- durchblutung. In der Leber werden die Amino- suren in die betreffenden Ketosuren ber- fhrt, die nachtrglich zu den Alkohol- suren oder den einfachen Suren reduziert werden knnen. Unter pathologischen Um- stnden (Phosphorvergiftung) knnen die Um- wandlungsprodukte mit dem Harn aus- geschieden werden. Beobachtet sind: Ty- rosin, p-Oxyphenylbrenztraubensure, p-Oxy- phenylmilchsure, Phenylalanin, Phenyl- milehsure ; Phenylaminoessigsure, Phenylglyoxyl- sure, Mandelsure, Benzoesure; Alanin, Milchsure. 2. Die Eiweispaltungsprodukte Leucin, Tyrosin und Phenylalanin nebst anderen Krpern werden bei Durchblutung der ber- lebenden Leber zu Acetessigsure, die entweder zu Aceton weiter umgewandelt oder zu Oxybuttersure reduziert werden kann. 3. Als pathologische Abnormitt, bei der sogenannten Alkaptonurie, gelangt ein Krper des intermediren Stoffwechsels, die Homogentisinsure, zur Ausscheidung. Wenn man auch nicht mit voller Sicherheit ausschlieen kann, da der Wagen nicht schon frher auf ein falsches Geleise gelaufen" ist, so nimmt man doch allgemein an, da die weitere Oxydation eines normal entstehenden K] ! ehemmt ist und dieser daher durch die ' n Krper verlt, eine chemische Hemmungsmibildung. Die Homogentisinsure ist Dioxyphenyl- essio'sure. Sie entsteht aus dem Tyrosin und, dem Phenylalanin. Die drei OH Formelbilder CH 2 CHNH 2 COOH CH 2 CHNH 2 COOH Phenylalanin Tyrosin OH HO CHXOOH Homogentisinsure beweisen, da nicht nur an der Seitenkette, sondern auch am Benzolkern durch gleich- zeitige Oxydation und Reduktion Vernde- rungen vor sich gehen, wobei che Bildung chinolhnlicher Zwischenglieder wahrschein- lich ist. Die Alkaptonurie ist oft benutzt worden, um die Beziehung des Tyrosins oder Phenylalanins zu hypothetischen Zwischen- gliedern, die Umsetzung tyrosinhaltiger oder tyrosinhnlicher Krper zu studieren. 4. Eine zweite derartige chemische Mi- bildung ist die Cystinurie, bei der Cystin in grerer oder kleinerer Menge mit dem Harn entleert wird. Bei einem Teil der Flle erleiden Ornithin und Lysin eine Umwand- lung, indem sie, ganz wie durch Fulnis- bakterien, unter Abspaltung von Kohlen- dioxyd in Tetra- und Pentamethylendiamin bergefhrt und als solche ausgeschieden werden. Es besteht neben der Cystinurie eine Diaminurie oder Ptomainurie. Analog der Alkaptonurie schliet man aus der Ptomain- urie, da der normale Abbau der beiden Diaminosuren ber die Diamine fhrt. 5. Eine entsprechende Abspaltung von Kohlendioxyd lt aus dem Arginin aus dem das Agmatin entstehen, das sich im Heringssperma findet. 6. Eine analoge Kohlendioxydabspaltung ist es, wenn aus Asparaginsure /5-Ala- nin und aus Glutaminsure y-Amino- buttersure entsteht. 7. Durch Kohlendioxydabspaltung und gleichzeitige Oxydation des Schwefels ent- steht aus dem Cystin das Taurin. 8. Methylierungen im Tierkrper sind bei mit Phosphor vergifteten Hunden be- obachtet, die im Harn Trimethyl-}/-ainino- buttersure ausscheiden; die Muskeln von Krebsen enthalten Betain oder Trimethyl- glykokoll. 9. Im Fleischextrakt und im Harn findet sich Methyl- und Dimethylguanidin, die wenigstens mglicherweise Abkmmlinge des Eiweies sind. Auch Beziehungen zum Kreatin ergeben sich. Eiweikrper Kl!) 10. Aus Tryptophan entsteht im Or- ganismus des Hundes y-Oxychinolincar- bonsure oder Kynurensure. 11. Glykokoll kann nicht nur direkt aus Eiwei entstehen, sondern es entsteht im Krper als entgiftender Paarung in solchen Mengen, da seine Bildung aus anderen Aminosuren notwendig ist. 12. Physiologisch wichtig, aber chemisch ganz unaufgeklrt ist, da der grere Teil des Kohlenstoffs des Eiweies im Krper zu Traubenzucker beziehungsweise Glykogen wird. Der Weg von den Aminosuren zu den Kohlehydraten ist kein direkter. Vielmehr werden die Spaltungsprodukte offenbar erst sehr weitgehend abgebaut und dann von neuem synthetisiert. Der Kohlenstoff des Gly- kokolls und Alanins wird vollstndig in Glucose verwandelt, von den Kohlenstoff- atomen der Asparagin- und Glutamin- sure je drei. Tyrosin und Glukosamin geben keine Glukose. Aus 100g Eiwei knnen 58 g Glukose gebildet werden. 13. Umgekehrt wie aus den Beobachtungen bei der Alkaptonurie kann man aus der Nichtverbrennlichkeit mancher Krper darauf schlieen, da sie nicht im Stoffwechsel auf- treten. So wird subkutan gegebenes Tryp- tophan vollstndig verbrannt; wenn es aber durch die Bakterien des Darms vorher in Indol verwandelt ist, wird es grtenteils ausgeschieden. Indol ist danach kein nor- males Produkt des intermediren Stoff- wechsels. 14. Unter den sekundren Umwandlungs- produkten von Aminosuren im Pflanzen- stoffwechsel sind die dunkelgefrbten Stoffe genannt worden, die durch Tyrosinase aus dem Tyrosin entstehen. Ganz hnliche oder identische Stoffe werden auch im Tierreiche gefunden, und Melanine genannt. Dahin gehren die Tinte der Sepia und anderer Cepha- lopoden, die Pigmente der menschlichen und tierischen Haare, der Negerhaut, des Auges und mancher Geschwlste. Die am meisten untersuchten Melanine der Geschwlste sind in trockenem Zustande schwarze, glnzende Massen, als feines Pulver sehen sie heller, mehr braun aus. Sie sind in Wasser, Suren, neutralen Salzlsungen, Alkohol, Amylalkohol Aether, Chloroform, Benzol usw. unlslich, In Alkalien, Ammoniak oder kohlensauren Al- kalien lsen sich die Melanine dagegen leicht zu einer, bei strkerer Konzentration schwarz- oder braunroten, in grerer Verdnnung gelbbraunen Flssigkeit auf, aus der sie durch Suren gefllt werden. Rein dargestellt sind die Melanine aus den Geweben nicht, man hat hufig Gemenge von Melanin mit Eiweikrpern und anderen untersucht. Die Analysen ergeben etwa 58% C, 4% H, 11% N. Ueber die Humine s. o. Abschnitt 2. 7. Reaktionen. Als chemisch berein- stimmend gebaute Krper haben die Eiweie eine Reihe von Reaktionen miteinander ge- mein, von denen zwar keine an sich fr das Eiwei charakteristisch ist, die aber, wenn sie alle odercloch mehrere von ihnen zusammen auftreten, einen Krper als Eiwei erkennen lassen. I. Die Farbenreaktionen. Mit Aus- nahme der Biuretreaktion ist keine der Farbenreaktionen dem Eiwei als solchem eigentmlich, sie kommen vielmehr alle gewissen anderen Komplexen beziehent- lich Atomgruppierungen zu und werden von dem Eiwei deshalb gegeben, weil diese Grup- pen im Eiweimokl in reaktionsflger Form enthalten sind. Sie beweisen daher die An- oder Abwesenheit der betreffenden Gruppe und dienen dadurch zur Charakteri- sierung der einzelnen Eiweikrper. 1. Die Xanthoproteinreaktion. Fgt man zu einer wsserigen Eiweilsung starke Salpetersure, so tritt entweder schon in der Klte, in der Regel erst beim Erwrmen eine tiefe dunkle Gelbfrbung ein, die beim Zusatz von berschssiger Natronlauge rotbraun, mit Ammoniak schn orangefarben wird. Die Reaktion beruht auf der Bildung von Nitroderivaten und ist der Indolgruppe im Tryptophan und den Benzolderivaten zuzuschreiben. 2. Die Millonsche Reaktion. Kocht man Eiwei in wsseriger Lsung oder Ei- wei in Substanz in Wasser aufgeschwemmt mit dem sogenannten Millonschen Reagens, einer Lsung von salpetersaurem Quecksilber- oxyd, die etwas salpetrige Sure enthlt, so frbt sich die Flssigkeit wie der entstandene Niederschlag rosa bis schwarzrot. Die Reak- tion wird von allen Benzolderivaten ge- geben, die einen Wasserstoff durch die Hydro- xylgruppe ersetzt haben; sie entspricht im Eiwei der Tyrosingruppe, der einzigen Oxyphenylgruppe. Eintritt von Jod in das Tyrosinmoiekl verhindert die Millonsche Reaktion, die daher von Jodeiweien nicht ge- geben wird. Chlornatrium in etwas strkerer Konzentration verhindert die Reaktion. 3 . D i e P a u 1 y s c h e D i a z r e a k t i n . Ve r - setzt man eine Eiweilsung mit Soda und lgt 3 bis 5 ccm einer Soclalsung hinzu, die einige Zentigramm Diazobenzolsulfosure ent- hlt die am besten frisch aus Sulfanil- suro bereitet wird , so tritt eine kirschrote Frbung ein. die beim Verdnnen mit Wasser bestndig ist. Beim Ansuern nimmt die Lsung einen orangeroten Ton an. Die Reak- tion wird von den Eiweispaltungsprodukten Tyrosin und Histidin gegeben und kommt, da beide sehr verbreitet sind, den meisten Eiweikrpern zu. 4. Die Schwefelbleireaktion. Wenn man Eiwei mit Alkalilauge und einem Blei- salz kocht, so bildet sich ein schwarzer Nieder- 110 Eiweikrper schlag, oder doch zum mindesten eine Schwarz- oder Braunfrbung. Die Reaktion beruht auf der Abspaltung von Schwefel- wasserstoff und der darauf folgenden Bildung von Schwefelblei; sie gehrt dem Cystin an. 5. Die Reaktion von Adamkiewicz- Hopkins. Man fgt zu einer wsserigen ; Eiweilsung einige Tropfen einer wsserigen Lsung von Glyoxylsure und unterschichtet mit konzentrierter Schwefelsure. An der Berhrungsstelle entsteht ein blauvioletter Ring. Die Reaktion ist sehr empfindlich. Sie beruht auf dem Tryptophan. Auch andere, besonders aromatische, Aldehyde geben mit dem Eiwei, d. h. dessen Tryptophan- gruppe, farbige Reaktionen. 6. Die Reaktion von Molisch. Diesel Reaktion ist eine Kohlehydratreaktion und { beruht auf der Bildung von'Furfurol. Sie, wird nur von dem Eiwei gegeben, das eine Kohle- hydratgruppe enthlt, d. h. von den Glyko- proteiden. Da viele Eiweistoffe Kohle- hydrate beigemengt enthalten, und die Reaktion sehr empfindlich ist, hat sie viel Verw irru ng angericht et . 7. Die Biuretreaktion. Fgt man zu einer wsserigen Eiweilsung eine reich- liche Menge Natron- oder Kalilauge und wenige Tropfen einer verdnnten Lsung von Kupfer- sulfat, so entsteht bei den nativen Eiwei- krpern eine blau- bis rotviolette, bei den Umwandlungsprodukten, den Albumosen und Peptonen, sowie bei einigen Vitellinen und den Histonen eine rein rote Frbung. Fr die praktische Ausfhrung ist von Wichtig- keit, da ein Ueberschu von Kupfersulfat infolge der entstehenden Blaufrbung die Reaktion verdeckt, Auch darf bei Aus- fhrung der Biuretreaktion nicht erwrmt werden, da heie Natronlauge viele Peptone zersetzt. Die Biuretreaktion ist dadurch von einer besonderen Wichtigkeit, da sie im Gegen- satz zu den anderen Reaktionen, mit einer Ausnahme, keinem der nicht mehr eiwei- artigen Spaltungsprodukte des Eiweies zu- kommt. Sie wird daher allgemein zur Ab- grenzung des Eiweies gegen seine einfacheren Spaltungsprodukte benutzt und gewhnlich als die wichtigste Farbenreaktion der Eiwei- krper bezeichnet. Denn da Biuret, Malon- amid, Oxamid usw. in der Natur nicht vor- kommen und bei physiologisch-chemischen Arbeiten nicht auftreten, so beweist sie das Vorhandensein von Krpern der Eiwei- gruppe. Wenn das Eiwei durch Fermente oder Suren zerstrt wurde, so sah man das Verschwinden der Biuretreaktion als den Be- weis der vollstndigen Zertrmmerung des Eiwei an. Diese "Wertschtzung ist sehr bertrieben. Denn es existieren Peptide und Peptone, die keine Biuretreaktion geben, und von den Aminosuren zeigt das Histidin eine Andeutung von Biuretreaktion. Doch ist die Scheidung praktisch hufig brauchbar, z. B. bei Zerlegung der Pepsinpeptone durch andere Fermente oder bei der Ausfllung von Eiwei aus Gewebsextrakten oder zum Nachweis von Peptonen und Albumosen. Die Pepsinpeptone geben die Reaktion noch in einer Verdnnung 1:100000; fr Albumosen und natives Eiwei ist die Empfindlich- keit geringer. Unter den Albumosen scheinen sich Krper zu befinden, die den Eintritt der Reaktion stren. Die stark basischen Prot- amine geben die Biuretreaktion ohne Alkali- zusatz, das kupferhaltige Hmocyanin ohne Kupferzusatz. IL D i e F 1 1 u n g s r e a k t i o n e n. Die Eiweikrper sind im allgemeinen nur in Wasser lslich und werden daher bei Zusatz von Aceton, Chloroform, Aether gefllt, Am wichtigsten ist die Fllung mit Alkohol. In absolutem Alkohol sind alle Eiw T eikrper unlslich, der Grad der fl- lenden Verdnnung ist dagegen bei den ein- zelnen Eiweikrpern sehr verschieden und dient zu ihrer Charakterisierung. Die alko- hollslichen Pflanzeneiweie sind in abso- lutem Alkohol unlslich, in Alkohol von 90% aber lslicher als in Wasser. Die Chloride und Natronsalze des Eiweies, zumal des denatu- rierten Eiweies, sind in Alkohol viel lslicher als die Eiweie selbst, so da bei nicht neu- traler Reaktion Alkohol schwer fllt. Wie Basen verhalten sich Harnstoff und alkohol- lsliche Salze, indem sie die Lslichkeit in Alkohol erhhen. Von dem Aussalzen, von der Hitzekoagu- lation und dem Ausflocken wird in Ab- schnitt ii die Rede sein. Mit einer Reihe von Suren und Basen bilden die Eiweikrper schwer- oder unls- liche Verbindungen und werden so aus ws- seriger Lsung gefllt. Diese Fllungsreak- tionen zeigen bei den kolloidalen Eiwei- krpern eine Reihe von Eigentmlichkeiten, 'die ebenfalls in Abschnitt n besprochen werden. Bei den Albumosen und Peptonen treten die Fllungen schwerer ein als bei den eigentlichen Eiweien, und um so schwerer, je weiter sie vom Eiwei abstehen. a)Die Fllungen der Eiweikrper mit Salzen der Schwermetalle. Sie er- folgen bei jeder Reaktion. Die Fllungen sind im Ueberschu des Eiweies und des Metall- salzes lslich. Fast alle Schwermetalle fllen, hufige Anwendung finden davon die fol- genden: 1. Eisenchlorid und Eisenacetat. Im Ueberschu des Eisenchlorids lsen sich die Eiweifllungen leicht auf. 2. Kupfersulfat und das noch empfind- lichere Kupferacetat. 3. Quecksilberchlorid. Wegen seiner Eiweikrper 111 desinfizierenden Eigenschaften ist es von praktischer Wichtigkeit. 4. Bleiacetat, basisches und neutrales. 5. Zinkacetat. 6. Uranylacetat. Es wurde bei der Reinigung der Fermente von Eiweikrpern benutzt. Auer von den Schwermetallen wird das Eiwei von einer Reihe organischer Basen, Farbbasen, gefllt, so durch Malachitgrn, Brillantgrn, Neufuchsin, Auramin, Phenol- safranin und Rosanilinacetat. Analog verhalten sich einige basische Eiweikrper, die Historie und Protamine, die in alkalischer Reaktion anderes Eiwei fllen. 2. Fllung durch Suren. Alka- loidreagenzien. Als organische Base wird das Eiwei durch eine Reihe komplexer or- ganischer Suren, die sogenannten Alkaloid- reagenzien, gefllt. Da aber die Eiwei- krper sehr schwache Basen sind, so werden die Salze, das phosphorwolframsaure usw. Eiwei, durch die Ionen des Wassers hydro- lysiert, und die Niederschlge bilden sich nur bei einem Ueberschu von Sure. Bei alka- lischer Reaktion lsen sie sich wieder auf; ker basische Eiweie, die nur einige Histone, das Histopepton und besonders die Protamine, werden auch bei schwach al- kalischer oder mindestens neutraler Reak- tion gefllt. Schon bei den eigentlichen Ei- weien, noch mehr bei den Peptonenund einem Teil der Albumosen sind die Niederschlge im Ueberschu des Fllungsmittels lslich. Die wichtigsten Alkaloidreagenzien sind: Phosphorwolframsure, und, seltener angewandt, P ho s p ho r rao 1 y b d an s u r e. Beide fllen auerdem die basischen Amino- suren und die meisten Peptone. Phosphor- wolframsaure Pe])tone (und Aminosuren) sind in Alkohol und Aceton lslich. Gerbsure (Vorschrift 70 Gerbsure, 100 g CINa, 50 cm Eisessig ad 1000 Wasser). Sie fllt auch die meisten Peptone. Besonder- heiten s. u. Abschnitt n. Gerbsaure Peptone sind in Aceton lslich. F e r r o cy an w as s er s t o f f s u r e. Meist als Ferrocyankalium und Essigsure, in dieser Form klinische Eiweiprobe. Pikrinsure mit Essigsure, als ,,Ebachs Reagens" klinische Eiweiprobe. Joclquecksilberjo dkalium + Salz- sure, sogenanntes Brckesches Reagens. J o d w i s m u t - J o d k a 1 i u m + Jod- wasserstoffsure (50 KJ, 100 BiJ 3 in 100 cm 0,5 JH. Das Fllungsvermgen nimmt zu, wenn die Lsung reichlich Neutralsalze enthlt. iVuch Jod-Jod-Kalium, Metaphosphor- sure, Platinchlorid, Quecksilberchlorid, Bromwasser, Allotellursure fllen Eiwei. Ebenso verhalten sich manche saure Anilin- salze, die gefrbte und daher gut erkenn- bare Niederschlge geben. Fllende Eigen- schaften besitzen auch einige, komplizierte organische Suren, Nucleinsure Taurochol- sure, Chondroitinschwefelsure, auch sie nur bei saurer Reaktion. Etwas verschieden von dem Besprochenen ist die Fllung der Eiweikrper, auch man- cher Albumosen, durch starke Mineralsuren, Salzsure, Schwefelsure, Salpetersure und Phosphorsure. Von diesen ist wichtig die Salpetersure. Die Reaktion mit Sal- petersure ist sehr empfinlich und wird daher als klinische Eiweiprobe im Harn angewandt. Die eigentlichen Eiweie lsen sich im Ueber- schu der Salpetersure und beim Erwrmen nicht, wohl aber die Albumosen. Beim Er- kalten kommt der Niederschlag wieder. Beim Erwrmen tritt nebenher die Xantho- proteinreaktion auf. 8. Albumosen und Peptone. Wenn die in der Natur vorkommenden Eiweikrper durch irgendwelcheEingriffe gespalten werden, so zerfallen sie zunchst in die Albumosen und Peptone. Diese sind selbst noch Eiwei- krper im weiteren Sinne, denn sie besitzen dieselbe chemische Struktur und zerfallen in dieselben Bruchstcke. Sie geben daher auch die chemischen Reaktionen der Eiweikrper, die Farbenreaktionen, vor allem die Biuret- reaktion, und die Fllungen mit Suren und Basen. Doch sind die Albumossen und ihre Salze viel lslicher, so da sie, je weiter sie sich von den Eiweikrpern entfernen, desto schwerer gefllt werden und eine An- zahl von Reaktionen teils nicht mehr, teils nur unter besonderen Bedingungen zeigen. Dagegen fehlen ihnen die physikalischen Eigenschaften des Eiwei, diejenigen, die auf seiner Molekulargre und seinen kolloi- dalen" Eigenschaften beruhen. Man hat sie daher von jeher mit den Dextrinen, Di- und Monosacchariden in Parallele gestellt, die aus den kolloidalen Kohlehydraten entstehen. Der Uebergang von den nativen Eiwei- krpern zu den Aininsuren ist nun ein sehr allmhlicher und erfolgt ber eine groe Reihe von Zwischenstufen. Da er noch nirgends vllig aufgeklrt ist und aus der sehr groen Zahl der existierenden Krper nur wenige als chemische Individuen erkannt sind, ist die Einteilung zurzeit schwierig und willkrlich. Frher nannte man diese Krper Peptone, und der Name ist noch vielfach ge- bruchlich und bisweilen kaum zu umgehen. Die heute geltende Einteilung stammt von Khne. Er nennt Peptone diejenigen Eiweikrper, die berhaupt nicht ausgesalzen werden knnen; sie geben die Fllungsreaktionen nur noch zum Teil, von den Farbenreaktionen ausnahmslos die Biuretreaktion, die brigen nur sehr teil- weise. Dagegen werden alle diejenigen lslichen Spaltungsprodukte des Ei- 112 Ei weikrper wei, die nicht mehr koaguliert wer- den knnen, aber durch irgendwelche Salze (am wirksamsten sind Ammonsulfat und Zinksulfat bei sauerer Reaktion) aus- gesalzen werden knnen, als Albu- mosen bezeichnet. Sie werden wieder ein- geteilt in primre Albumosen, die dem Eiwei zum Teil noch recht nahe stehen, und in Deuteroalbumosen, deren Abgrenzung gegen die Peptone ziemlich willkrlich ist. An die Peptone schlieen sich die synthetischen Polypeptide an. Hier irgendeine Grenze ziehen zu wollen, wre ganz willkrlich. Am besten erscheint es, wenn man die ihrer Struktur nach vollstndig bekannten Krper Polypeptide, und die, bei denen das nicht der Fall ist, Peptone nennt. Die Trennung der Albumosen von den Peptonen auf Grund ihrer Aussalzbarkeit hat Bedenken, da unter den knstlichen Peptiden, die gar nicht be- sonders hochmolekular sind, einige aussalzbar sind. Indessen ist es auch nicht angebracht, diese Unterscheidung ganz fallen zu lassen. Denn bei der Surespaltung und bei der be- sonders genau studierten Pepsinverdauung entstehen anfangs ganz berwiegend aus- salzbare Krper; in dem Mae, wie die Ver- dauung fortschreitet, gehen immer grere Anteile in die nicht aussalzbare Form ber Auch die geringere Dialysierfhigkeit und geringere Lslichkeit der Albumosen sprechen durchaus dafr, da sie wirklich ein greres Molekulargewicht haben und zwischen dem Ausgangseiwei und den Peptonen stehen. Genauer untersucht sind die Albumosen j bei der Pepsinverdauung ; weniger hufig die j Albumosen der Spaltung durch verdnnte Suren, Alkalien und berhitzten Dampf. Von Peptonen sind untersucht die der Pepsin- und Trypsinverdauung und die durch Sure- spaltung entstehenden sogenannten Kyrine, ferner Alkalipeptone und die aus den Prot- aminen entstehenden Protone, auerdem Pep- tone, die in Pflanzen, im Fleischextrakt und im Harn vorkommen. Endlich sind auer- dem durch Abbau mittels Suren, Alkalien und Fermenten genau gekannte Peptide ge- wonnen worden. Die Albumosen sind in trockenem Zu- standeweie, staubende, nicht hygroskopische, nicht kristallinisch gewonnene Pulver. Mit Ausnahme der Heteroalbumose sind sie in Wasser leicht lslich, noch lslicher sind viele ihrer Salze. Durch Alkohol werden alle, aber bei sehr verschiedener Konzentration gefllt, in verdnnten Alkoholen sind sie zum Teil leicht lslich. Die Biuretreaktion geben die Albumosen mit einer roten, ins Violette spie- lenden Farbe. Ebenso geben alle dieXantho- proteinreaktion. Die anderen Farbenreaktio- nen richten sich nach den Komplexen, die in den einzelnen Krpern enthalten sind. Die Albumosen werden durch Eisenchlorid, neutrales und basisches essigsaures Blei, Quecksilberchlorid und andere Metallsalze gefllt, die Niederschlge sind aber im Ueber- schusse der Fllungsmittel mehr oder we- niger leicht lslich. Kupfersulfat und das empfindlichere Kupferacetat fllen nur die primren, nicht die Deuteroalbumosen, dienen daher zu ihrer Trennung. Essigsure plus Ferrocyankalium, fllt alle Albumosen; doch kann die Anwesenheit von Pepton die Re- aktion stren. Der Niederschlag verschwindet beim Erhitzen und kehrt in der Klte wieder. Durch Salpetersure werden die primren Albumosen auch in salzarmer Lsung, die Deuteroalbumosen nur bei Gegenwart von Kochsalz, die niedrigsten schlielich nur in mit Kochsalz gesttigter Lsung gefllt. Der Niederschlag ist im Ueberschusse der Salpetersure, besonders aber beim Er- wrmen, lslich, und kehrt beim Abkhlen wieder. Durch die Alkaloidreagenzien werden die Albumosen gefllt, die Nieder- schlge verhalten sich zum Teil wie die des nativen Eiwei, zum Teil sind sie in der Wrme und im Ueberschu sehr leicht lslich. Taurocholsure, daher Galle bei saurer Raektion, und Nucleinsure fllen einen Teil der Albumosen. Die primren Albumosen werden bei alkalischer Reaktion durch Protamin und Histon gefllt. Die Albumosen diffundieren durch Pergament, aber verschieden schnell, die Heteroalbumose sehr langsam, die Protalbumose und manche Deuteroalbumosen schnell und vollstndig. Beim Aussalzen scheiden sich die Albu- mosen als ein zher, klebriger Niederschlag aus, der auf der Flssigkeit schwimmt oder an der Wand des Gefes oder an einem zum Rhren dienenden Instrument haftet und oft besser durch Ausrhren oder Abschpfen als durch Filtrieren entfernt werden kann. Zur Untersuchung der Albumosen hat meist das Peptonum siccum" von F. Witte in Rostock gedient, das zum grten Teil aus Albumosen besteht. Spter hat man die Al- bumosen hufig aus bestimmten Eiweikr- pern gewonnen. Die Albumosen der einzelnen Eiweie werden ]e nach der Herkunft aus Glo- bulin, Vitellin, Myosin, Gelatine, Fibrin usw. als Globulosen, Vitellosen, Myosinosen, Gela- tosen, Fibrinsen bezeichnet; Albumosen wrden danach nur die Spaltungsprodukte des Eier- oder Serumalbumins heien, doch wird der Name allgemein auch auf die Pro- dukte der anderen Eiweikrper ausgedehnt, dritten den hat dafr den besonders im Englischen viel gebrauchten Namen Proteo- sen eingefhrt. Die Heteroalbumosen, daher auch das Al- bumosengemenge, das Wittepepton, u. a. zeigen bei parenteraler, d. h. bei Zufuhr direkt in die Blutbahn eine Reihe von Giftwirkun- Eiweikrper 113 gen, Blutdruckerniedrigung, Ungerinnbar- machen des Blutes usw. Die Peptone sind farblose, trockene Pulver. Sie sind in Wasser ungemein ls- lich, auch in Eisessig, ebenso in allen Salz- lsungen, zum Teil lslich in 96proz. Alkohol, unlslich in allen anderen gebruchlichen Lsungsmitteln. Sie geben alle noch in groer Verdnnung eine sein* intensive, rein rote Biuretreaktion, auerdem alle die Xanthopro- teinreaktion, die anderen Farbenreaktionen sind verschieden. Sie sind schwefelfrei. Die Schwermetalle bewirken keine Fllungen; die Alkaloidreagenzien fllen mit Ausnahme von Ferro Cyanwasserstoff sure und Pikrin- sure, doch sind die Fllungen unvollstndig und lsen sich im Ueberschu des Reagens oder auch nur von Sure meist leicht wieder auf. Die Fllbarkeit der Peptone nimmt zu, wenn man sie in gesttigten Salzlsungen (Ammonsulfat, Calciumchlorid, Calciumni- trat, Natriumchlorid) fllt. Ohne Salzzustze fllt noch am vollstndigsten die Phosphor- wolframsure. Im Gegensatz zu den Eiwei- basen wird die Fllbarkeit der Peptone durch Gegenwart von Schwefelsure nicht erhht, eher vermindert. Oft kommt man gut zum Ziel, wenn man zunchst den grten Teil der Peptone mit Phosphorwolframsure fllt, abfiltriert, und nun erst den Rest ausfllt. In verdnnter Lsung bleibt die Fllung aber auch dann noch unvollkommen. Die Nieder- schlge der Peptone mitPhosphorwolframsure sind in Alkohol und Aceton lslich. Die argininreichen Peptone werden wie das Argin in selbst durch Silbersulfat und Sttigen der Lsung mit Barythydrat gefllt. Wie alle Eiweikrper sind die Peptone amphotere Elektrolyt^, der Surecharakter berwiegt bei ihnen betrchtlich; sie sind aus- gesprochene Suren, deren Salze relativ wenig hydrolysiert werden. Bei der Pepsin Verdauung entsteht zunchst Acidalbumin, dann die primren Albumosen, die Proto- und Heteroalbumose, die durch Sttigen mit Chlornatrium und durch Halbsttigung mit Ammonsulfat fllbar sind. Aus ihnen entstehen die Deutero albumosen, die nur durch Ammonsulfat gefllt werden, daraus schlielich die Peptone. Doch ist die Reihenfolge nur so zu verstehen, da an- fangs die mit Kochsalz aussalzbaren Albu- mosen berwiegen, spter die Deuteroalbu- mosen, und da endlich beigengend langer Ver- dauung, wirksamem Pepsin und viel Salzsure die Albumosen ganz verschwinden. Kleine Mengen Peptone finden sich aber schon im Beginn der Verdauung und ebenso treten von Anfang an Peptone auf, die keine Biuret- reaktion geben. Die Bedeutung der Albu- mosen ist frher sowohl fr die Eiweichem'e wie in biologischer Hinsicht sehr hoch einge- schtzt worden. Heute wissen wir, da bei Handwrterbuch der Naturwissenschaften. Band III. den gnstigen Verhltnissen des lebenden Magens der grte Teil des Eiweies zu Pepton wird, und die Albuniosen nur Durchgangs- stufen sind. Bei der Verdauung in vitro kann man allerdings betrchtliche Mengen von Albumosen bekommen. Die vielfachen Versuche zur Zerlegung der Albumosen haben bisher kaum mehr zu Krpern gefhrt, die eine Gewhr fr chemische Reinheit bieten. Eine Ausnahme macht vielleicht die Heteroalbumose, die den schwerst angreifbaren, beziehungsweise den noch nicht angegriffenen Teil des Eiweies darstellt (vgl. Abschnitt 3). Sie ist tyrosinfrei, und ist ver- hltnismig sehr resistent, auch gegen die Einwirkung anderer Fermente, der Trypsins und Erepsins. Die Heteroalbumose ist in Wasser unlslich; in verdnnten Salzlsungen ist sie lslich, aber bisweilen verliert sie auch diese Lslichkeit, und scheidet sich spontan aus. Diese Ausscheidung ist Dysalbumose, Antialbumingerinnsel oder Plastein genannt worden. Durch wirksames Pepsin gehen diese Krper wieder in Lsung, und die Abscheidung hat nicht die Bedeutung, die man ihr ge- legentlich zugeschrieben hat. Bei Verdauung mit viel Sure und wirksamem Pepsin gehen Eiwei und Albumosen rasch in Pepton ber. Aus dem Gemenge der Pepsinpeptone des Fibrins lt sich, in schlechter Ausbeute, ein Individuum isolieren, dessen Analysen auf die Formel C 21 H 34 N 6 9 fhren. Doch mu die Formel vervielfacht werden. Bei der Spaltung liefert es Tyrosin, Tryptophan Arginin, Lysin, Asparagin- und Glutamin- sure. Ein entsprechendes Pepton aus Leim ist besonders reich an Glykokoll. Aus den Histonen entsteht ein zu den Deuteroalbumosen gehriger Krper, das Histopepton, das sich durch seine Fllbar- keit durch Natriumpikrat bei neutraler Reaktion auszeichnet, und sehr reich an Argi- nin und Lysin ist. Aus dem Elastin entsteht durch Pepsin- verdauung eine Albumose, das Hemielastin, das durch Aufkochen seiner wsserigen neutralen Lsung ausgefllt wird, um sich beim Erkalten wieder aufzulsen. Da diese ,,Hemi- elastinreaktion" keinem anderen Eiwei- krper zukommt, ist sie verwendet worden, um einen ,, gezeichneten" Eiweikrper durch den Organismus zu verfolgen. Durch die Einwirkung von verdnnten Suren, V10 bis 7 -HCl oder H 2 S0 4 , ent- stehen im allgemeinen dieselben Albumosen und Peptone wie durch Pepsin- Salzsure. Nur ist die Wirkung langsamer und geht bei lngerer Einwirkung bi weilen weiter. Durch mehrwchentliche Einwirkung von 12 bis 17prozentigerHCl bei Krpertempera- tur entstehen aus Eiwei und Peptonen stark basische Komplexe, die sogenannten Kyrine, 8 114 Eiweikrper die durch Phosphorwolframsure fllbar sind. IhreAnalyse fhrt auf die Formel C 22 H4 7 N 9 8 (Caseinokyrin) oder hnliche. Bei der Spaltung durch siedende Suren ent- stehen hauptschlich Arginin und Lysin, beim Globinokyrin auch Histidin, daneben wenig Glutaminsure und Glykokoll. Die Phosphorwolframat-Peptone sind im Gegen- satz zu den anderen Peptonen kristallinisch. Durch Einwirkung von 70prozentiger Schwefelsure bei Zimmertemperatur ent- stehen aus Fibrin, Edestin unter anderen Eiweien Di- und Tripeptide. Aus den Protaminen entstehen durch Kochen mit Schwefelsure von 10% in Y 2 bis 3 Stunden die sogenannten Protone, die auch kristallinische Derivate liefern. Beim Clupein sind diese Protone in ihrem Bau aufgeklrt, und als Diarginylvalin, Diarginylprolin usw. erkannt. Durch verdnntes ( % n) Alkali, durch ber- hitzten Wasserdampf oder durch Papayotin entstehen Albumosen, die den Pepsin- albumosen hneln. Die Protone, die durch Alkali aus den Protaminen entstehen, ent- halten statt des Arginins Ornithin, da der Harnstoff intraprotein abgespalten ist. Durch Trypsin entstehen Albumosen nur ganz vorbergehend, ein groer Teil der Eiwei zerfllt in Aminosuren, der ungespaltene Rest wird als Antipepton be- zeichnet. Aus dem Antipeptongemenge lassen sich Individuen isolieren, deren Analysen auf die Formel C 10 H 17 N 3 5 fhren. Sie enthalten Lysin, Arginin, Glykokoll und verschiedene andere Aminosuren, kein Tyro- sin und Tryptophan. Durch Trypsinein- wirkung auf die Pepsinpeptone entsteht neben Aminosuren Antipepton, durch Ein- wirkung von Suren auf Antipepton ent- stehen Kyrine. Nach langer Trypsinwirkung bleiben Antipeptone zurck, die einen er- heblichen Teil der Eiweie ausmachen, aber nur noch eine sehr schwache Biuretreaktion geben. Vor kommen von Albumosen undPep- t o nen. Im Mageninhalt findet man alle Pep- sinalbumosen, daneben relativ wenig Peptone; in dem Chymus, der in den Darm bertritt, findet man berwiegend Peptone, neben denen dann in steigendem Mae Aminosuren auf- treten. Am Ende des Dnndarmes findet man kaum noch Peptone. Dagegen enthlt fr gewhnlich kein Teil des menschlichen oder tierischen Organismus, mit Ausnahme Verdauungstraktus, nachweisbare Men- gen von Albumosen oder Pepton. iter pathologischen Umstnden, bei Eiterungen, bei der Einschmelzung und Resorption von Exsudaten und hnlichen Prozessen kommt es zur Bildung von Albu- mosen im Innern des tierischen Organismus. Durch autolytische Vorgnge werden sie postmortal gelegentlich schnell und reichlich gebildet, z. B. bei der Phosphorvergiftung. Ferner hat sich eine Beziehung von im Blut kreisenden Albumosen zum Fieber ergeben; ebenso sind im Sputum Albumosen beobachtet worden. Bei allen diesen Pro- zessen wurden nun stets auch Albumosen im Harn gefunden, dagegen niemals Pepton. Was den Nachweis der Albumosen im Harn anlangt, so knnen dadurch Irrtmer ent- stehen, da das Urobilin mit Natronlauge und Kupfersulfat eine Frbung gibt, welche von der der Biuretreaktion nicht zu unter- scheiden ist. Im Fleischextrakt finden sich hufig Leim-Albumosen, die aus dem Bindegewebe des Fleisches stammen. Im Harn ist ein Krper enthalten, der in mancher Beziehung an die Albumosen erinnert, in anderer Hinsicht an das be- sonders resistente Antipepton , das eine schwache Biuretreaktion gibt. Er wird Oxy protein sure genannt. Die Ana- lysen fhren auf eine Formel C 43 H 82 N 14 31 S. Bei der Surehydiolyse liefert sie viel Gly- kokoll und kleinere Mengen von anderen Aminosuren. Sie gibt die Mi 1 lo n sehe, aber nicht die Biuretreaktion. Aus der Oxy- : proteinsure stammt ein Teil des Glykokolls, j das man in menschlichem Harn findet. Menschlicher Harn enthlt 3 bis 4 g pro Tag oder mehr. 4 bis 5% des Gesamtstickstoffs und eine gewisse Menge des unoxydierten Schwefels kommen auf sie. Auch der Hunde- harn ist reich daran. Bei der Seeschnecke Tritonium nodosum findet sich in den Speicheldrsen neben A^paraginsure ein Krper, der nach seinen Reaktionen ein Pepton ist. Aus ungekeimten Pflanzensamen (von Lupinus luteus) lt sich in einer Menge von 100 g auf 80 kg Samen ein Pepton gewinnen, das in seinen Eigenschaften mit denPepsinpep- tonen bereinstimmt. Bei der Surespaltung konnten Lysin, Arginin und Glutaminsure isoliert werden. Tierkohle absorbiert dies Pepton. Ferner kann man aus den Samen nahezu aller Kulturgewchse, Getreidearten, Legu- minosen und Oelsamen, neben den nativen Eiweikrpern kleinere, selten etwas grere Mengen von Albumosen isolieren, die etwa die Eigenschaften der Pepsinalbumosen haben. Ob dieselben in den lebenden Samen pr- formiert sind, ist fraglich, da die Samen fr die sptere Keimung proteolytische Fermente enthalten, die whrend der Ex- traktion die Eiweikrper angreifen knnen. In den Nhrlsungen, in denen Bakterien wachsen, finden sich in der Regel Albumosen, und bei pathogenen Bakterien haftet an solchen Toxalbumosen" bisweilen die Gift- wirkung der Bakterien. Doch knnen Eiweikrper 115 auch die gewhnlichen Albumosen, wie sie etwa zur Herstellung des Nhrbodens dienen, Fieber hervorrufen. 9. Eiweisalze. 9a) Elektrolytischer Charakter. Hydrolytische Dissocia- tion. Wie im Abschnitt 3 auseinanderge- setzt wurde, sind die Eiweikrper Amino- suren. Wie diese sind sie daher amphotere Elektrolyte". Die gleichzeitige Anwesenheit der NH 2 - und der COOH-Gruppe in einem Molekl schwcht beide so weit ab, da die Aminosuren und die Eiweikrper sehr schwache Basen und sehr schwache Suren sind. Als Base ist das Eiereiwei nur 500 mal strker als Wasser, und 34 mal schwcher als Anilin. Ein Teil der Eiweikrper kann aller- dings auch strker sauer oder basisch sein, ohne darum aufzuhren, amphoterer Elek- trolyt zu sein. Als sein* schwache Suren und Basen bilden die Eiweikrper Salze, die weit- gehend hydrolytisch sind. In Abwesenheit von Suren und Basen sind sie neutrale Stoffe, die nur wenige Ionen enthalten, den elektrischen Strom kaum leiten und wenig reaktionsfhig sind. Bei Gegenwart einerstarken Sure, etwa Salzsure wird diese durch Hydrolyse frei, die Lsung reagiert stark sauer und verhlt sich wie ein Gemenge von Salzsure und Salz. Bei Gegenwart einer starken Base reagiert die Lsung umgekehrt alkalisch, und enthlt reichlich OH-Ionen. Es liegt im Wesen der Hydrolyse, da sie, auch abgesehen von der Temperatur, nicht konstant ist, sondern sie schwankt mit der absoluten und der relativen Menge beider Komponenten. Sie hngt bei dem salzsauren Eiwei ab 1. von der Konzentration, 2. von dem Ueberschu der Salzsure. Mit steigen- der Konzentration nimmt die Hydrolyse ab, so da verdnnte Lsungen mehr freie Salzsure und weniger salzsaures Eiwei enthalten als konzentrierte. Viel wirk- samer ist ein Ueberschu von Salzsure, der die Hydrolyse verringert; bei starkem Salzsureberschu ist die hydrolytische Dissoziation fast Null, whrend 80 bis 90% hydrolysiert sind, wenn Sure und Eiwei in quivalenten Lsungen vorhanden sind. Umgekehrt bindet im Casein-Natrium 1 g Casein bei starkem Ueberschu von Alkali 180. 10- 5 g-Mol (0,1 g) KOH, bei dem auf Lackmus neutralen Punkt 51.10- 5 g-Mol (0,05