Ein Bericht über die breit gefächerten Arbeiten Rudolf Tomascheks (1895 - 1966) auf dem Gebiet der Schweremessung ist nicht ganz problemlos, da man heute Gravimetrie vielfach mit dem gleichsetzt, was K. Jung genauer als "Schwerkraftverfahren in der angewandten Geophysik" bezeichnete (wobei die Anwendung dieser und ähnlicher Verfahren auf Fragen der Krustentiefe, Isostasie, Mantelstruktur usf. einbegriffen sei) und weil ausserdem experimentelle Arbeiten zur Gravitationstheorie auch im Rahmen der Physik in Deutschland bestenfalls randläufigen Charakter haben. Tomascheks gravimetrische Arbeiten sind von den Nachbardisziplinen nicht scharf zu trennen und in ihrer Zielsetzung oft komplex und vielschichtig. Diese Vielschichtigkeit kennzeichnet im übrigen die Arbeiten Tomascheks insgesamt, der von der Chemie zur Physik und schliesslich zur Geophysik kam. Seine "gravimetrischen" Arbeiten als Ganzes lassen sich, streng genommen, nicht in den Rahmen der Geophysik einordnen; sie stellen vielmehr verschiedenartige, aber weitgehend zusammenhängende Beiträge zu Disziplinen von der Gravimetrie über die Kosmologie bis hin zur Tektonophysik dar; letztere könnte man im Angelsächsischen grossenteils der "geodesy" bzw. "zero frequency seismology" zuordnen. Im Deutschen wird der Begriff "Geodäsie" demgegenüber meist enger gefasst.

Am ehesten könnte man seine geophysikalischen Beiträge als Geodynamik im weitesten Sinne auffassen, wobei "Geodynamik" durchaus im modernen Sinn verstanden werden soll. Denn Tomaschek sprach schon früh von Plattenstruktur der Kruste, zwar zunächst in Anlehnung an die Neokontraktionshypothese Kobers (1942); er ging aber später von dessen tektonischen Vorstellungen ab, und lange bevor Hess (1965) in den USA den Begriff "Plattentektonik" formulierte, kam er, u.a. auf Grund seiner Gezeitenergebnisse, zu einer Konzeption der "Grossschollenstruktur der Erdkruste", die sich in ihren Grundvorstellungen weit entfernt hatte von dem, was seinerzeit gängige Schulmeinung in Deutschland war und in einigen wesentlichen Punkten den Konzeptionen der "new tectonics" nahe kam. Sicherlich gingen seine - grossenteils qualitativen - Vorstellungen nicht in allen Details bis hin zu dem, was wir mit diesem Begriff heute verbinden. Die Konsequenzen für die Entstehung der Erdkruste lagen natürlich soweit ab von seinen eigenen Arbeitsgebieten, dass sie in seiner Argumentation kaum eine Rolle spielten. Deshalb ist auch die Diskussion darüber, ob im Grunde Tomascheks Vorstellungen nicht eher den "klassischen" Richtungen - wie etwa den Theorien Beloussovs (1962) oder gar Stilles (1924), Dartons (1910) oder Ampferers (1939, 1940) - zuzurechnen seien, genauso problematisch wie die Beantwortung der Frage, ob Wegeners (1962) "Kontinentalverschiebung" oder gar Vening-Meinesz' (Heiskanen u. Vening-Meinesz, 1958) "Mantelkonvektion" letztlich - trotz aller konzeptionellen Unterschiede - Vorreiter der Plattentektonik sind.

Vielleicht war aber eine weit wichtigere Erkenntnis Tomascheks die Tatsache, dass als Konsequenz dieser Plattenstruktur die Love-Zahlen h und k letztlich keine globalen Parameter, sondern Ortsfunktionen sind (Tomaschek u. Groten, 1963a), deren globale Mittelwerte astronomisch beobachtet werden können, so dass die astronomischen Resultate - oder heute die Satelliten-Beobachtungsergebnisse - ein von den terrestrischen Messergebnissen wesentlich verschiedenes Resultat liefern.

Etwas vereinfachend kann man Tomascheks Tätigkeit in der Schwereforschung in drei Teilabschnitten betrachten: erstens die Zeit in Marburg, die noch wesentlich geprägt war von der Tätigkeit in Heidelberg (Tomaschek, 1933 a-d; Tomaschek u. Schaffernicht, 1931, 1932 a-d, 1933 a-c). Während die Arbeiten in Marburg noch entscheidend im Zeichen der Untersuchung von Schwereeffekten im Zusammenhang mit der Erforschung der Äthertheorien standen, rückte ab etwa 1937 die geophysikalische Betrachtungsweise in den Vordergrund (Tomaschek, 1937 ff.). Im zweiten Teilabschnitt wurden seine zunächst auf Gravimetermessungen konzentrierten Arbeiten durch Tiltmeterbeobachtungen und eine Anzahl anderer Arbeiten aus den Randgebieten zwischen Geophysik und Physik erweitert. Dieser Abschnitt prägte seine Tätigkeit in Dresden und schliesslich seine Münchner Zeit mit. Der dritte Abschnitt schliesslich umfasst seine wissenschaftliche Tätigkeit in England nach dem Zweiten Weltkrieg bis zu seiner Rückkehr nach Bayern, die fast rein geophysikalisch war (Tomaschek, 1956, 1957 a, c, 1958b; Tomaschek u. Rinner, 1958). Das trifft letztlich auch auf die anschliessenden Arbeiten bis zu seinem Tode im Februar 1966 zu.

Tomascheks Übergang von der Physik zur Geophysik und die fruchtbare Synthese von minutiösen instrumenteilen Arbeiten und weitreichenden geophysikalischen Konzeptionen im Sinne von "Physique du Globe" sind keineswegs selbstverständlich. P. Jordans Buch "Die Expansion der Erde" (Jordan, 1966) zeigt vielleicht am ehesten, wie weit in Deutschland die Kluft zwischen Physikern und Geophysikern in Wissensgebieten geworden ist, die gerade hier einmal typisch für enges Zusammenwirken zwischen Physikern, Astronomen, Geophysikern, Geodäten und Mathematikern waren und anderswo noch heute sind. Der Bau von Geräten und die Auswertung von Messdaten als Einzelheiten befriedigten ihn offenbar kaum, solange sie ihm nicht einen Beitrag zur Gewinnung qualitativ neuer Erkenntnisse ermöglichten.

Die wesentlichen Einzelheiten der Arbeiten Tomascheks und ihre Zusammenhänge auf seinem Weg zum Geophysiker erkennt man am deutlichsten bei chronologischer Betrachtung. Manche scheinbare Widersprüchlichkeit wird erst verständlich, wenn man die damalige Situation der Physik - gerade in Heidelberg - berücksichtigt und den Ätherwind bedenkt, der zu Tomascheks Zeiten dort noch die Gemüter bewegte.

In Heidelberg hatte Tomaschek in den Zwanziger Jahren das bekannte Trouton-Noble-Experiment mit hoher Genauigkeit wiederholt, um die "Absolutbewegung" der Erde (bezogen auf den Weltäther) bzw. die Frage des Ätherwindes elektromagnetisch zu untersuchen. Als diese Experimente und auch seine Wiederholung des Michelson-Morley-Versuchs im Optischen (mit Sternlicht) ein negatives Ergebnis zeigten, welches damals verschiedentlich mit einer möglichen Lorentzkontraktion der Erde erklärt wurde, setzte er das von Schweydar (1914) zuvor angewandte Bifilarprinzip zur Messung von Schwereunterschieden ein, um mit bis dahin in der Physik wenig gebräuchlichen Schwereexperimenten eine eindeutige Lösung des Problems zu finden (Tomaschek, 1933 a-d; Tomaschek u. Schaffernicht, 1931, 1932 a-d, 1933 a, b). Die Genauigkeit seiner Schwereregistrierungen übertraf um etwa das Zwanzigfache diejenige der Schweydarschen Messungen von 1914. Als das Ergebnis auch dieser Beobachtungen eine klare Absage an die klassische Theorie - im Sinne einer Relativbewegung zum Äther - und speziell an die Vorstellungen von Courvoisier in Potsdam über die Lorentz-Kontraktion der Erde lieferten, und man schliesslich dieses Resultat der Bifilaraufhängung zuschrieb, ging Tomaschek - mit viel Geduld - vom astasierten Bifilargravimeter zum linearen Interferenzgravimeter über (Tomaschek u. Schaffernicht, 1933c); vgl. Abb. 1. Dass mit diesem Gravimeter damals - d.h. ohne elektronischen Abgriff - keine höhere Genauigkeit erreichbar war, schien von vornherein klar zu sein.

Man ist heute vielfach geneigt, die Einflüsse der Mikroseismik auf Präzisionsmessungen der Schwere u.a. zu unterschätzen und glaubt, dass seit Einführung elektronischer Abgriffe mit höchster Auflösung das astasierte Prinzip für stationäre Registriergravimeter überholt sei. Dabei übersieht man jedoch, welche Schwierigkeiten Tomaschek die Mikroseismik schon bei der damaligen Genauigkeit der Schweremessung mit linearem Gravimeter bereitete.

Der auf den ersten Blick inkonsequent erscheinende Übergang zum linearen Gravlmeterprinzip ist jedoch aus der seinerzeitigen Argumentation Courvoisiers gegen das Bifilarprinzip zu verstehen, deren Unwahrscheinlichkeit Tomaschek aber schon 1932 hervorhob. Den mikroseismischen Einflüssen beim Interferenzgravimeter begegnete er mit einer recht einfachen magnetischen Dämpfung; für die Eichung verwandte er das Auftriebsprinzip (Teilevakuierung führt zu scheinbarer Massenänderung); ein Vergleich mit der beim Bifilargerät von ihm angewandten (günstigeren) elektrostatischen Eichvorrichtung ist nicht bekannt. Die Technologie der Interferenzmethode scheint 1931 noch nicht ganz unumstritten gewesen zu sein; wenn man die damaligen Arbeiten sorgfältig durchsieht, gewinnt man jedenfalls diesen Eindruck.

Vergleicht man die Parallelregistrierungen der beiden Schweremesser in Marburg (vgl. Abb. 2) mit heutigen Parallelmessungen, so erkennt man den grossen Fortschritt in der Stabilisierung der Gravimeter während der letzten vierzig Jahre, die vor allem den Feldgravimetern zugute kam. Die Steigerung der Relativgenauigkeit der Schwereregistrierung von ca. +/- 0,2 myGal (unter optimalen Bedingungen) heute entspricht etwa der Genauigkeitssteigerung, die Tomaschek seinerzeit im Vergleich zu Schweydar u.a. erreichte. In Marburg beginnt Tomaschek mehr und mehr, sich geophysikalischen Problemen (Tomaschek, 1933b; Tomaschek u. Schaffernicht, 1933b) zuzuwenden, die etwa von 1937 an bei ihm vorrangig werden (Tomaschek, 1937); er fängt auch Neigungsmessungen an. Setzt man aus der bekannten Gleichung
g = 1 + k - h
in
d =1 + h - 3/2 k
(g [gamma] Verminderungsfaktor der horzizontalen Gezeitenkomponenten, k, h Love-Zahlen und d [delta] Gravimeterfaktor) ein, so erhält man

d = 2 - g - k/2

und erkennt unmittelbar den Zusammenhang zwischen Neigungs- und Gravimetermessung in der Gezeitentheorie. Das zentrale Problem der Gezeitenforschung - das ist die Bestimmung von h und k - bringt somit die Neigungsmessung in das primär gravimetrische Gezeitenproblem hinein.

Vom heutigen Standpunkt der Instrumententechnik aus überrascht es, dass langperiodische Neigungsmessungen hoher Genauigkeit viel früher möglich waren als Schweremessungen. Der Langrohr-Neigungsmesser von Michelson u. Gale (1919) sowie vor allem die Horizontalpendel vom Zöllner-Typ, auf die Tomaschek zurückgriff, ermöglichten erstmalig die Bestimmung von h und k. Die Experimente, die er z.T. von Dresden aus in den Bergwerken bei Berchtesgaden, Pillnitz und Beuthen durchführte, können sich zwar nicht in der Genauigkeit mit modernen Beobachtungen messen, gaben aber bereits Hinweise auf die bemerkenswerten Ergebnisse, die er mit seinen Geräten nach dem Zweiten Weltkrieg in Winsford/England (Tomaschek, 1952a, 1954b; Tomaschek u. Groten, 1964) erzielte.

Diese Geräte (vgl. Abb. 3), die z.T. noch heute eingesetzt werden und in etwas modifizierter Form als Tomaschek-Ellenberg-Pendel im Deutschen Geodätischen Forschungsinstitut in München gebaut wurden, ermöglichten auch erste Hinweise auf nicht- und langperiodische, z.B. jahreszeitliche Neigungsänderungen (vgl. auch seine ersten Messungen jahreszeitlicher Schwankungen in Bohrlöchern; Tomaschek, 1952b), wenn auch die starke Zeitabhängigkeit des Eichwertes und unregelmässige Drifterscheinungen Langzeitmessungen noch wesentlich beeinträchtigten.

Die vektorielle Darstellung der Analysenergebnisse (Tomaschek u. Groten, 1964; Tomaschek, 1957c), die er schon in den dreissiger Jahren anwendete und die später auch Nishimura (1950) in Japan mit viel Erfolg in der lokalen Interpretation von Neigungsmessungen verwandte, führte dann in den fünfziger Jahren zu einer Vielzahl von Publikationen (vgl. z.B. Tomaschek u. Baars, 1952; Tomaschek, 1953, 1955b, 1959), in denen die Interpretation von regionalen und kontinentalen aperiodischen Effekten, wie z.B. meteorologisch bedingte Belastungseffekte, erste Nachweise von Neigungen infolge regionaler Schneebelastungen (die J.C. Harrison, 1969, neuerdings in Colorado mit Hughes-Tiltmetern beobachtete) und erste Messungen von Neigungen als Vorläufer sehr weit entfernter Erdbeben (Tomaschek, 1955b) behandelt wurden. Hier finden sich auch die ersten Hinweise auf periodische Störeffekte meteorologischer u.a. Herkunft (Tomaschek, 1959), die später Buchheim (1970) und andere detailliert und eingehender untersucht und diskutiert haben.

Seit dieser Zeit kann man im Grunde drei Ziele oder Arten der Neigungsmessung unterscheiden: 1. die astronomisch-geodätische, die aber keineswegs ohne Störungsrechnung wegen ozeanischer, meteorologischer, tektonischer u.a. geophysikalischer Effekte möglich ist, 2. die lokal orientierte, wie sie früher von Nishimura und neuerdings mehrfach mit Bohrlochpendeln in Verwerfungszonen erfolgreich angewendet wurde und 3. die regional orientierte im Sinne der Tektonophysik zwecks Untersuchung von Krustenstrukturen und -bewegungen. Dabei sind unter 2. und 3. die periodischen und die aperiodischen Neigungen klar zu unterscheiden.

Eingehende Berechnungen (Tomaschek, 1960) von Meeresgezeiteneinflüssen der M₂-Tide für die Station Winsford, die nur z.T. veröffentlicht sind, beschäftigen Tomaschek in den fünfziger Jahren. Die Gezeitenmessungen in Winsford wurden ergänzt durch kurzzeitige Beobachtungen in anderen Orten Englands (Tomaschek, 1952b), u.a. auf den Shetland-Inseln (Tomaschek, 1955a, 1957 b, c). Dabei sind die Versuche zur Messung der Schwereabsorption durch die Mondmasse während der totalen Sonnenfinsternis 1954 im Sinne der Gravitationswellentheorie von besonderem Interesse (Tomaschek u. Schaffernicht, 1933a). Da er sich auch hier - wie meistens - am Rande der überhaupt realisierbaren Beobachtungsgenauigkeit befand, wendete er wiederum Parallelregistrierungen an und kommt ähnlich wie später in Zusammenarbeit mit Brein (Tomaschek u. Groten, 1963c) zu Grenzwerten für den Absorptionskoeffizienten, die mit dem Bottlingerschen um 1912 verglichen werden (vgl. Lit. in Tomaschek u. Groten, 1963c).

Tomaschek geht dabei davon aus, dass die Mondmasse die von der Sonne herrührende Gravitation im Sinne der allgemeinen Relativitätstheorie absorbieren könne. Dieser Effekt, der sich nicht genau mit dem deckt, was man heute als (allgemeine) Schwereabsorption - im Zusammenhang mit der Gültigkeit des Äquivalenzprinzips (vgl. hierzu z.B. Treder, 1971) - bezeichnet, war bislang nicht empirisch beobachtet, sondern im wesentlichen von Majorana (1920) postuliert worden.

Als etwa ab 1960 infolge der Fortschritte der Instrumententechnik in den fünfziger Jahren die Frage im Zusammenhang mit Eigenschwingungen des Erdkörpers zunehmend an Interesse gewann und gleichzeitig Hinweise auf Gravitationswellen im Sinne Einsteins eingehender diskutiert wurden, die bekanntlich zu globalen Schwingungen führen können, knüpfte Tomaschek gewissermassen an seine ersten Arbeiten an. Er regt zu Horizontalpendelmessungen während der Sonnenfinsternis im Februar 1961 an (Tomaschek, 1961). Die Ergebnisse sind in Tomaschek u. Groten (1963c) analysiert und diskutiert worden und fanden grosses Interesse. Als Resultat ergaben sich eine genauere Begrenzung des Absorptionskoeffizienten auf [lambda] l < 0,7 x 10^-15 cgs und einige vorsichtige Hinweise auf mögliche Frequenzen von Gravitationswellen.

Alle diese Fragen passten genau in den Bereich zwischen Geophysik und Physik, aus dem heraus er seinen Weg zur Geophysik in den dreissiger Jahren begonnen hatte. Zwar hatte er nicht die Mittel und Möglichkeiten, über die beispielsweise J. Weber (vgl. z.B. FALK u. KUPPEL, 1973) in USA heute verfügt, und die eher geeignet sind, eindeutige Antworten zu geben. Aber die Impulse und Anregungen, die auch auf diesem Gebiet von diesen späten Arbeiten ausgehen, sind z.T. richtungsweisend.

Lassen Sie uns noch ein paar Anmerkungen zur praktischen Bedeutung der gravimetrischen Entwicklungsarbeiten Tomascheks anfügen, die klar wird, wenn man den heutigen Stand und die damaligen technischen Möglichkeiten mitberücksichtigt. Das sei an zwei Beispielen erläutert:

Dem Bifilargravimeter, das Tomaschek bis zu einer gewissen Perfektion weiterentwickelte und dessen Theorie Voit (1949) auf seine Anregung hin später detailliert untersuchte, waren Schranken des Astasierungsgrades und damit der Empfindlichkeitssteigerung sowie von der Linearität her gesetzt; die Schwierigkeiten, speziell um den Umkehrpunkt herum, liessen sich mit den heute vorhanden elektronischen Reglern leicht über den feed-back-System, also mittels Nullmethode, umgehen. Seine Anwendung der elektrostatischen Relativeichung bei diesem Gerät liesse sich durchaus zur Erfassung der Nichtlinearität des Masssystems verwenden; andererseits eignet sich - bei ausreichender Vorspannung zur Überwindung der Nichtlinearitäten des elektrostatischen Systems - gerade diese Anordnung ausgezeichnet zur Nullablesung, wenn man über ein Reglersystem eine der Auslenkung der Gravimetermasse (als Folge der Schwereänderung) proportionale Spannungsänderung auf eine Kondensatorplatte des elektrostatischen Eichsystems gibt.

Beim Interferenzgravimeter als Lineargerät wurde konsequenterweise die damals höchste Auflösung, nämlich die optisch-interferometrische, angewendet. Das nicht-astasierte Federprinzip mit geringer Eigenperiode, zum dem z.B. R. Brein (priv. Mitt.) wieder zurückgekehrt ist, lässt sich mit Nullablesung und elektronischem Abgriff - z.B. kapazitiv - heute voll ausnützen, sofern man ausreichend filtern kann.

Bedenkt man, dass Tomaschek unter Ausnützung aller damals verfügbaren Möglichkeiten (z.B. Beobachtung unter Tage, weil er keine Thermostasierung der derzeit verfügbaren Genauigkeiten verwenden konnte) vor mehr als 30 Jahren Genauigkeiten erreichte, die zwischen ñ 10^-8 und ñ 3 x 10^-9 lagen, während heute die besten Gravimeter etwa ñ 10^-10 oder etwas besser erreichen, so wird sein messtechnisches Talent verdeutlicht. J. Weber (priv. Mitt. L. Lacoste) hat im Bendix-Mondgravimeter beim LaCoste-Romberg-Sensor das o.a. elektrostatische Prinzip zur Nullablesung in höchster Perfektion eingebaut; auch Lecolazet (vgl. Gostoli, 1970) in Strassburg hat es mit Erfolg verwendet.

Selbstverständlich ist die technologische Überlegenheit - angefangen von der Federbehandlung und der daraus resultierenden Stabilität bis zur Elektronik heutiger Schweremesssysteme - sehr gross; das wirkt sich vornehmlich beim Bau kompakter Feldgravimeter aus; die prinzipiellen Fortschritte gegenüber 1932 halten sich aber in Grenzen.

Die letzten Jahre Tomascheks waren begleitet von Überlegungen über Zusammenhänge zwischen Erdbeben und Gezeitenkräften u.a., wie sie beispielsweise von Tamrazyan (1968) diskutiert wurden. Tomaschek ging dabei noch einige Schritte weiter; über die Einzelheiten wird vielleicht später einmal zu berichten sein.

Goethe schreibt in "Wilhelm Meisters Lehrjahre" den Satz: "Alles, was uns begegnet, lässt Spuren zurück, alles trägt unmerklich zu unserer Bildung bei". Er fällt einem gerade beim Überblick über Tomascheks Arbeiten ein; nur bei Berücksichtigung der damaligen Situation in der Physik kann man sie wohl voll begreifen.

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