Sternengeschichten Folge 288: John Tyndall

Das ist die Transkription einer Folge meines Sternengeschichten-Podcasts. Die Folge gibt es auch als MP3-Download und YouTube-Video.

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Sternengeschichten Folge 288: John Tyndall

Am späten Vormittag des 19. August 1861 stand der 29 Jahre alte Engländer John Tyndall auf dem Gipfel des 4505 Meter hohen Weisshorn in den Walliser Alpen. Gemeinsam mit den Schweizer Bergführern Johann Josef Benet und Ulrich Wenger war er am Nachmittag des Vortags im Tal aufgebrochen. Sie übernachteten einige Stunden am Berg und kämpften sich durch Eis und Schnee bis zum Gipfel. Es war das erste Mal, dass das Weisshorn bestiegen wurde und eine der großen Leistungen englischer Bergsteiger während des sogenannten “Goldenen Zeitalter des Alpinismus”, als zwischen 1855 und 1865 die wichtigsten Berge der Alpen das erste Mal bestiegen wurden. Tyndall war einer dieser Pioniere und das Weisshorn nicht sein einziger großer Gipfel. Er kletterte jahrelang auf die Berge der Alpen und wäre fast der erste gewesen, der das berühmte Matterhorn bestieg. Bei seinem Gipfelversuch im Jahr 1862 gelang es ihm, dort so hoch zu klettern wie keiner vor ihm, scheiterte aber kurz unter der Spitze an einer unüberwindbar scheinenden Felsspalte. Erst drei Jahre später schaffte es sein Landsmann Edward Whymper bis auf den Gipfel.

Besteigung des Matterhorns (Gustave Doré, gemeinfrei)

Die Abenteuer der ersten Bergsteiger in den Alpen sind definitiv spannend und interessant. Aber in einem Podcast über Astronomie scheinen sie ein wenig fehl am Platz zu sein. John Tyndall war aber nicht nur ein Pionier des Bergsteigens. Er war vor allem ein Wissenschaftler. Ein Wissenschaftler allerdings mit einer ungewöhnlichen Karriere.

Geboren wurde John Tyndall am 2. August 1820 in Irland. Sein Vater war Polizist und er selbst erhielt anfangs keine besondere Schulausbildung. Im Alter von 20 Jahren begann er mit der Arbeit als Landvermesser – zuerst für die irischen Behörden; danach für ein Unternehmen in Manchester um Eisenbahnlinien anlegen zu können. 1847 trat er dann eine Stelle als Mathematiklehrer an und da traf er auch den Chemiker Edward Frankland. Frankland machte sich auf den Weg nach Marburg um dort im Labor von Robert Bunsen zu studieren. Tyndall kam mit und begann im Alter von 30 Jahren das erste Mal ein formales Studium an einer Universität. Bei Bunsen lernte er Mathematik, Chemie und Physik und schaffte es bis zur Promotion. 1859 wurde er sogar in die Göttinger Akademie der Wissenschaft gewählt und arbeitete ein Jahr an der Universität Berlin.

Als Tyndall zurück nach England kam, half ihm sein Studium in Deutschland leider wenig. Er musste erneut als Lehrer arbeiten, 1853 erhielt er aber die Gelegenheit, einen Vortrag bei der berühmten Royal Society zu halten. Der war so erfolgreich, dass er zum Professor für Naturkunde ernannt wurde und eine Stelle an der Royal Institution bei Michael Faraday antreten konnte. Tyndall war nun ein echter Wissenschaftler und seine Forschung so bunt wie sein Lebenslauf.

Eines seiner Forschungsthemen betraf die Streuung von Licht in der Luft. Den Effekt hat sicherlich schon jeder gesehen: Wenn man durch einen leicht nebelverhangenen Herbstwald spaziert, dann kann man die Sonnenstrahlen regelrecht durch die Blätter fallen sehen. Man sieht Strahlenbündel und Lichtkegel und John Tyndall war der erste, der erklären konnte, warum das so ist. Verantwortlich dafür sind mikroskopisch kleine Teilchen, die in der Luft schweben. Die Wassertropfen des Nebels etwa oder auch kleinste Staub- oder Pollenkörner. Wenn die Objekte in etwa so groß sind, wie die Wellenlänge des Lichts, dann kann das Licht an ihnen seitlich heraus gestreut werden. Der gesamte Lichtstrahl wird dadurch auch von der Seite sichtbar. Dieser Tyndall-Effekt wird heute zum Beispiel in optischen Rauchmeldern genutzt, die dann Alarm geben, wenn Rauchpartikel Licht zur Seite und auf empfindliche Sensoren lenken. Zur Messung von solchen winzigen Partikeln in Gasen oder Flüssigkeiten erfand Tyndall ein spezielles Gerät, das Nephelometer, das zu diesem Zweck auch heute noch benutzt wird, zum Beispiel bei der Wasseraufbereitung.

Tyndall-Effekt (James Brown, Public Domain)

Tyndall beschäftigte sich aber auch anderweitig mit der Wirkung von Strahlung auf Gase. Er wollte wissen, wie die verschiedenen Gase in der Erdatmosphäre auf Wärmestrahlung reagieren. Auch hier entwickelte er spezielle Techniken und Geräte, die einen wichtigen Schritt bei der Entwicklung der sogenannten “Absorptionsspektroskopie” darstellten. Vereinfacht gesagt: Lässt man Strahlung durch ein Gas fallen, kann man danach die Strahlung analysieren und nachsehen, welche Teile vom Gas absorbiert worden sind. Daraus kann man Rückschlüsse auf die Eigenschaften und die Zusammensetzung des Gases ziehen. Tyndall untersuchte, wie gut Gase wie Stickstoff, Sauerstoff, Wasserdampf, Kohlendioxid und Methan darin sind, Wärmestrahlung aufzunehmen. Er stellte dabei richtigerweise fest, das vor allem Wasserdampf besonders gut darin ist, Wärmestrahlung zu absorbieren. Und er konnte zeigen, dass das auf die Eigenschaften der Moleküle zurück zu führen ist. Damit bewies er, dass die Atmosphäre der Erde einen Treibhauseffekt verursacht. Das war zwar schon früher vermutet worden, wie ich in Folge 241 erklärt habe. Aber Tyndall war der erste, der über die Eigenschaften des Wasserdampfs einen konkreten Mechanismus dafür angeben konnte beziehungsweise der erste, der überhaupt erklären konnte, was ein “Treibhausgas” ist und wie es wirken kann.

Auf seinen Reisen durch die Alpen beschäftigte sich Tyndall auch ausführlich mit den Gletschern. Er wollte herausfinden, wie und warum sich Gletscher bewegen. Tyndall war der erste, der die Bedeutung der sogenannten “Regelation” erklärte. Wenn man Druck auf Eis ausübt, dann wird es nicht fester, sondern flüssig. Der Grund dafür ist die spezielle Struktur der Wassermoleküle, die im kristallinen, gefrorenen Zustand mehr Platz brauchen als im flüssigen Zustand. Unter hohem Druck können die Eiskristalle nicht mehr gebildet werden, das Eis wird flüssig und gefriert wieder, wenn der Druck abfällt. Ein Gletscher besteht zwar komplett aus Eis, aber da all dieses Eis auf die Basis des Gletschers drückt, kann er dort auftauen, fließen und sich so bewegen. Die Beschäftigung mit den Gletschern brachte Tyndall auch dazu, sich mit der Suche nach der Ursache der Eiszeiten zu beschäftigen. Er war der erste, der dafür Veränderungen in der Zusammensetzung der Erdatmosphäre verantwortlich machte. Von seinen Untersuchungen über Gase und Wärmestrahlung wusste er ja, dass die Temperatur der Atmosphäre von der Menge an Treibhausgasen wie Wasserdampf oder Kohlendioxid abhängt. Wenn die Menge dieser Gase in der Vergangenheit anders war, dann würde sich auch die globale Temperatur entsprechend verändern.

John Tyndall (Bild: gemeinfrei)

Die Untersuchung von Gletschern und die Anfänge der Klimawissenschaft waren aber noch längst nicht alles, mit dem sich Tyndall beschäftigte. Neben dieser Forschung – und neben seinen regelmäßigen Kletterexpeditionen in die Alpen, konnte er zum Beispiel nachweisen, dass Ozon tatsächlich aus mehreren Sauerstoffatomen besteht. Er entwickelte Geräte, deren moderne Version heute als Gastroskop bei Magenspiegelungen eingesetzt wird. Ein heute “Tyndallisation” genanntes Verfahren kann verwendet werden, um hitzempfindliche Lebensmittel zu sterilisieren. Er entwickelte eine verbesserte Atemmaske für Feuerwehrleute die giftige Gase aus der Luft filterte. Er baute ein System mit dem man den Kohlendioxidgehalt von Atemluft messen konnte, das auch heute noch die Basis bei der Überwachung von Patienten unter Narkose darstellt. Er untersuchte das Phänomen der Thermophorese, also die Bewegung von kleinsten Teilchen innerhalb einer Flüssigkeit, in der unterschiedliche Temperaturen herrschen. Er entwarf ein verbessertes Nebelhorn und erklärte, wie und unter welchen Bedingungen sich Schall in der Luft ausbreiten kann.

Und darüber hinaus war Tyndall auch ein großer Wissenschaftskommunikator. Er schrieb populärwissenschaftliche Bücher, die in vielen Sprachen zu Bestsellern wurden. Er hielt öffentliche Vorträge vor hunderten Menschen überall auf der Welt. Tyndall selbst hielt das Unterrichten immer für eine seiner wichtigsten Tätigkeiten und in den 1860er Jahren war er einer der bekanntesten Wissenschaftler der Welt. Tyndall setzte sich auch öffentlich stark für die damals noch neue Evolutionstheorie von Charles Darwin ein und hatte keine Hemmungen, sich im erbittert geführten Kampf zwischen Kirche und Wissenschaft zu positionieren. In seiner Antrittsrede als Präsident der “British Association for the Advancement of Science” im Jahr 1874 wies er deutlich darauf hin, dass religiöse Empfindungen nicht in die “Bereiche des Wissens eindringen sollen, in denen sie nichts zu sagen haben”.

John Tyndall starb im Jahr 1893 im Alter von 73 Jahren. Vermutlich an einer versehentlichen Überdosis des Schlafmittels Chloralhydrat. Seinen Namen findet man heute in den Tyndall Mountains in der Antarktis, auf dem Asteroid Tyndall und dem ebenfalls nach ihm benannten Mondkrater. Ein im Jahr 2000 gegründeter internationaler Zusammenschluss von Einrichtungen zur Klimaforschung heißt “Tyndall Centre for Climate Change Research”. Der von ihm 1862 erstmals bestiegene Nebengipfel des Matterhorns heißt Pic Tyndall. Und wer nicht ganz so hoch klettern möchte, kann auf die Belalp im Kanton Wallis wandern und dort das für ihn errichtete Denkmal betrachten.