Ueber die zunehmende Stärke des Schalls in der Nacht; von Alexander von Humboldt.

(Eine Vorleſ. gehalt. am 13. März 1820 in d. Akad. d. Wiſſ. in Paris).

Nach einem einzelnen Abdruck aus den Ann. de Chim. et de Phyſ., den ich dem Verf. verdanke, frei überſetzt von Gilb.

Ueber viele Naturerſcheinungen laſſen ſich genaue Meſſungen und direkte Verſuche anſtellen, einige aber ſind mit fremden Umſtänden ſo vermengt und es wirken bei ihnen der ſtörenden Urſachen ſo viele mit ein, daß man ſich blos auf Nachdenken und Analogie bei ihrer Erklärung beſchränkt ſieht.

Zu der erſten Art gehört die von den Polen nach dem Aequator zu abnehmende Stärke der magnetiſchen Kräfte, die Veränderung der Temperatur der Luft, die Beſchaffenheit ihrer Elektricität in den höhern Luftſchichten, und ſo ferner.

Beiſpiele der zweiten Art giebt alles, was mit dem ungeſunden Zuſtand der Atmoſphäre in Verbindung ſteht, alles, was in den höhern unzugänglichen Regionen des Luftkreiſes vorgeht, die Bildung der Wolken und des Hagels, das Beſtehen bläschenartigen Dunſtes in Temperaturen unter dem Froſtpunkte, das Getöſe des Donners, die Zunahme der Elaſticität durch Wärme-Entwickelung bei derjenigen Verdichtung, welche in der Fortpflanzung des Schalls vor ſich geht, und dergl. mehr.

Als man in der Phyſik noch nicht die ſtrenge Methode befolgte, der wir die großen Entdeckungen des letzten Jahrhunderts verdanken, blieb alles, was ſich nicht genau und unmittelbar meſſen ließ, ein Spiel gewagter und unbeſtimmter Hypotheſen.

Man bedachte damals nicht, daß ſich durch ein genaues Erwägen jeder der ſtörenden Urſachen, und durch Abſondern deſſen, was bei anſcheinend verwikkelten Phänomenen durch fremde Umſtände bewirkt wird, auf dem Wege des Ausſchließens von dem Bekannten zu dem Unbekannten gelangen laſſe, und daß Naturgeſetze nicht blos durch Betrachtungen, welche auf mathematiſcher Analyſe beruhen, ſondern auch nach der Analogie von Erfahrungen und direkten Meſſungen können aufgefunden werden.

Die Zunahme der Stärke des Schalls während der Nacht, der Gegenſtand dieſer Abhandlung, iſt eine der Fragen, auf die man in unſern phyſikaliſchen Werken keine Antwort findet.

Ich will verſuchen, eine Erklärung dafür aus den neueſten Unterſuchungen über die Theorie der Schallwellen abzuleiten; doch bevor ich von den Urſachen der Erſcheinung rede, muß ich die Bedingungen, unter denen ich dieſe Erſcheinung ſelbſt betrachte, angeben.

Schon im Alterthume wußte man, daß der Schall während der Nacht an Stärke zunimmt.

Es ſprechen davon Ariſtoteles in ſeinen Problemen ( ſect. 11, quaeſt. 5 §. 33) und Plutarch in ſeinen Dialogen ( Sympoſiac. l. 8 c. 3).

Es verſteht ſich, daß hier blos von der zunehmenden Stärke des Schalls in der Nacht, bei ruhiger, windloſer Luft, und nicht von dem Einfluſſe des Windes auf die Stärke des Schalls die Rede iſt.

Es hat mir geſchienen, daß in der heißen Zone der Schall des Nachts in den Ebenen ſich verhältnißmäßig mehr verſtärkt, als auf dem Rücken der Andes in einer Höhe von 3000 Meter über dem Meere , und auch in den niedrigen Gegenden mitten im feſten Lande mehr als auf offener See; Schätzungen, zu denen mich das Getöſe zweier Vulkane, des Guacamayo und des Cotopaxi , verholfen hat.

Ich hörte daſſelbe Tags und Nachts, das des einen auf einer Bergebene (plateau) zwiſchen der Stadt Quito und der Maierei Chillo, das des andern auf der Südſee 10 franzöſ. Meil. weſtlich von der Peruaniſchen Küſte.

Das Gebrüll (bramidos) der Vulkane der Cordilleren folgt auf einander in der Regel mit vieler Gleichförmigkeit von 5 zu 5 Minuten, iſt von keinen über dem Rande des Kraters ſichtbaren Exploſionen begleitet, und gleicht bald entferntem Donner, bald wiederholten Schüſſen ſchweren Geſchützes von großem Kaliber.

Es würde intereſſant ſeyn, in Ländern, wo der Boden den Winter über mit Schnee bedeckt iſt, in der Nähe eines Waſſerfalles zu unterſuchen, ob nicht das nächtliche Zunehmen des Schalls im Winter geringer ſey, als im Sommer wenn der Boden des Tags über durch die Sonnenſtrahlen ſtark erhitzt worden iſt.

Es verſteht ſich, daß hier blos von den verhältnißmäßigen Unterſchieden der Stärke des Schalls Nachts und Tages, und nicht von der abſoluten Stärke des Schalls, in den Ebenen und auf den Höhen die Rede iſt.

Für die Abnahme des Schalls mit Zunahme der Höhe in der Atmoſphäre, hat man längſt die mathematiſche Theorie, und Hr. Poiſſon iſt durch ſie ſelbſt zu dem merkwürdigen Reſultate geführt worden, daß, es möge der Schall ſich von oben nach unten, oder von unten nach oben, lothrecht oder in ſchiefen Richtungen fortpflanzen, die Intenſität deſſelben immer nur allein von der Dichtigkeit derjenigen Luftſchicht abhängt, von der er ausgeht.

( Journ. de l’ecole polytechn. t. 7 (1808) p. 328.)

v. H.

In der Ebene um die Miſſion von Aturès hört man das Getöſe der über 1 franz. Meile davon entfernten großen Waſſerfälle des Oronoco noch ſo laut, daß man ſich in die Nähe der Brandung an einer felſigen Küſte verſetzt glaubt.

Nachts iſt dieſes Getöſe drei Mal ſtärker als während des Tags, und giebt dieſen einſamen Orten einen unausſprechlichen Reiz.

Welches kann die Urſach dieſer Zunahme an Stärke des Schalls in einer Einöde ſeyn, wo, wie es ſcheint, nichts das Schweigen der Natur unterbricht?

Die Geſchwindigkeit des Schalls nimmt, wenn die Temperatur kleiner wird, nicht zu, ſondern ab.

Die Stärke wird geringer bei widrigem Winde, in verdünnter Luft, und in den höhern Regionen des Luftkreiſes, wo die Theilchen der erzitternden Luft in jedem Schallſtrahle minder dicht und elaſtiſch ſind; Trockenheit und Feuchtigkeit der Luft ſind dagegen ohne Einfluß auf die Stärke des Schalls; im kohlenſauren Gas iſt dieſe aber geringer als in Mengungen von Stickgas und Sauerſtoffgas.

Aus dieſen Thatſachen, den einzigen, welche wir mit einiger Gewißheit kennen, läßt ſich ſchwerlich jenes Phänomen erklären, welches wir auch in Europa in der Nähe jedes Waſſerfalles wahrnehmen, und das ſchon lange vor meiner Gegenwart in dem Dorfe Aturès dem Miſſionair und den Indiern aufgefallen war.

Die Temperatur iſt dort 3° C. niedriger Nachts als Tags, und zugleich nimmt die ſichtbare Feuchtigkeit des Nachts zu, und der Dunſt, welcher den Waſſerfall bedeckt, wird dichter.

Ich habe aber ſchon bemerkt, daß der hygroſkopiſche Zuſtand der Luft keinen Einfluß auf die Fortpflanzung des Schalls hat, und daß Erkältung der Luft die Geſchwindigkeit derſelben vermindert.

Vielleicht glaubt man, in dieſen menſchenleeren Gegenden mache das Summen der Inſekten, das Gezwitſcher der Vögel, und das Rauſchen der beim leiſeſten Winde ſich bewegenden Blätter Tags über ein verwirrtes Getöſe, das man bei ſeiner Einförmigkeit nicht wahrnehme, das aber das Ohr beſtändig fülle und dadurch die Intenſität eines ſtärkern Getöſes vermindere; indeß dieſe Verminderung während der Stille der Nacht nicht Statt finde, weil dann Inſekten, Vögel und Luft ruhen.

Aber dieſer Grund, auch wenn man ihn überhaupt als gültig zugeben wollte, findet auf die Wälder am Oronoco keine Anwendung.

Hier iſt die Luft ſtets von einer unzählbaren Menge Moskitos erfüllt und das Summen der Inſekten Nachts viel ſtärker als am Tage, und läßt Wind hier je ſich ſpüren, ſo iſt das nicht anders als nach Sonnen-Untergang der Fall.

Ich bin vielmehr der Meinung, daß die Gegenwart der Sonne auf die Fortpflanzung und die Stärke des Schalls durch die Hinderniſſe einwirkt, welche beiden die Luftſtröme verſchiedener Dichtigkeit und die partiellen Undulationen der Atmoſphäre entgegenſetzen, welche durch ungleiche Erhitzung der verſchiedenen Theile des Erdbodens hervorgebracht werden.

In einer ruhigen Luft, ſie ſey trocken oder ſey gleichförmig mit bläschenartigem Dunſt vermengt, pflanzt ſich die Schallwelle ohne Schwierigkeit fort.

Ziehen dagegen durch ſie in mannigfaltigen Richtungen (en tous ſens) kleine Ströme wärmerer Luft, ſo theilt ſich jedes Mal da, wo die Dichtigkeit des Mittels ſich plötzlich verändert, die Schallwelle in zwei Wellen, und es bilden ſich partielle Echos, welche den Schall ſchwächen, weil eine der Wellen in ſich ſelbſt zurückläuft.

Von ſolcher Theilung der Wellen hat Hr. Poiſſon kürzlich die Theorie mit dem ihm eigenen Scharfſinn gegeben . Meiner Meinung nach ſchwächt alſo nicht die fortſchreitende Bewegung der Lufttheilchen von unten nach oben in dem Tags über aufſteigenden Luftſtrome, und in kleinen ſchief anſteigenden Luftſtrömen, durch Stoß die Fortpflanzung der Schallwellen.

Ein Stoß gegen die Oberfläche einer Flüſſigkeit würde um den Mittelpunkt des Stoßes Kreiswellen bilden, ſelbſt wenn die Flüſſigkeit in Bewegung iſt; mehrere Arten Wellen können ſich in der Luft wie im Waſſer durchkreuzen, ohne ſich in ihrem Verbreiten zu hindern, und kleine Bewegungen gehen über einander fort, (de petits mouvemens ſe ſuperpoſent); die wahre Urſach der geringern Intenſität des Schalls am Tage ſcheint der Mangel an Homogenität zu ſeyn, der dann in dem elaſtiſchen Mittel herrſcht.

An allen Stellen eines ungleich erhitzten Bodens, wo kleine Luftſtreifen von höherer Temperatur aufſteigen, findet eine plötzliche Unterbrechung der Dichtigkeit Statt, und überall, wo Luftſchichten von ungleicher Dichtigkeit mit einander in Berührung ſind, theilen ſich die Schallwellen, gerade ſo wie die Lichtſtrahlen, wenn ſie gebrochen werden, und bilden eine Art von Kimmung (Mirage).

Bei den Schallwellen wie bei den Lichtwellen werden, wenn ſie durch Mittel von ungleicher Dichtigkeit fortgehen, ſtets zugleich zwei Wirkungen hervorgebracht; Veränderung in der Richtung der Fortpflanzung, und Erlöſchung (extinction) von Licht und von Schall.

Die Zurückwerfung, welche bei jeder Brechung erfolgt, ſchwächt die Intenſität des Lichts; eben ſo verurſacht die Theilung der Schallwelle da, wo die Dichtigkeit der Luft ſich plötzlich verändert, partielle Echos, und der Theil der Welle, welcher in ſich ſelbſt zurückläuft, bleibt bei ſehr ſchwachem Schalle unſerm Ohre unmerkbar.

In einer Abhandlung, welche ich meinen Leſern in einem der folgenden Hefte vorlegen werde. Gilbert.

Bei der Luftſpiegelung (Kimmung, Mirage) mit doppelten Bildern, iſt ſtets das Bild, welches durch Brechung zunächſt am Boden entſteht, ſchwächer, als das direkt geſehene.

Es können Luftſchichten von ſehr verſchiedener Dichtigkeit ſo mit einander abwechſeln, daß die urſprünglichen Richtungen des Lichtſtrahls und des Schallſtrahls dieſelben bleiben, die Intenſität des Lichts und des Schalls werden dann aber nichts deſto weniger ſehr geſchwächt ſeyn.

In der Nacht erkaltet die Oberfläche des Bodens; die mit Raſen oder mit Sand bedeckten Theile nehmen eine gleiche Temperatur an, und es ſteigen nun nicht mehr Striche wärmerer Luft lothrecht oder ſchief aufwärts, nach mancherlei Richtungen in der kältern Luft.

In einer mehr homogen gewordenen Flüſſigkeit, pflanzt ſich die Schallwelle mit minderer Schwierigkeit fort, und die Intenſität des Schalles nimmt zu, weil der Theilungen der Schallwellen und der partiellen Echos weniger werden.

Um etwas Genaueres über die Urſach dieſer Strömungen wärmerer Luft zu geben, welche Tags über von einem ungleich erwärmten Boden aufſteigen, will ich aus dem hiſtoriſchen Berichte meiner Reiſe nach den Gegenden unter dem Aequator (t. 1 p. 164, 625, t. 2 p. 201, 283, 303, 376) einige Beobachtungen mittheilen, welche ich zwiſchen den Wendekreiſen gemacht habe.

In den Llanos oder Steppen von Venezuela hatte der Sand um 2 Uhr Nachmittags eine Hitze von 52,5°, einige Mal ſelbſt von 60° C. (48° R.), indeß die Temperatur der Luft im Schatten eines Bombax 36,2°, und in der Sonne, 18 Zoll über dem Erdboden, 42,8° C. betrug.

In der Nacht hatte der Sand nur noch eine Wärme von 28°, hatte alſo um mehr als 24° C. an Wärme verloren.

Um die Waſſerfälle des Oronoco iſt die Erde mit Raſen bedeckt, und nimmt Tags über nur eine Wärme von 30° an, während die Luft 26° Wärme hat; aber der hier in bedeutender Ausdehnung anſtehende Granit, erhitzte ſich während deſſen bis 48° C.

Ich habe eine große Menge ähnlicher Beobachtungen in meinem Berichte von den Meſſungen und Beobachtungen bekannt gemacht, welche von mir über die Mirage zu Cumana zu eben der Zeit ſind angeſtellt worden, als ſich Dr. Wollaſton mit dieſem Gegenſtande in England beſchäftigte.

Iſt die Urſach, welche ich für die nächtliche Zunahme des Schalls angebe, die wahre, ſo darf man ſich nicht verwundern, daß dieſe Zunahme zwiſchen den Wendekreiſen größer im Innern des Landes als auf offenem Meere, und größer in den Ebenen als auf dem Rücken der Cordilleren iſt.

Die Oberfläche der Meere um den Aequator wird gleichförmig von der Sonne erwärmt, und nicht bis über 29° C., indeß die verſchiedenfarbige, aus Materien von verſchiedener wärmeſtrahlenden Kraft beſtehende Oberfläche des feſten Landes hier Temperaturen annimmt, die von 30° bis 52° C. reichen.

In den tropiſchen Ländern bleibt allgemein die Erde während der Nacht wärmer als die Luft.

In den gemäßigten Zonen wird dagegen der Erdboden in ruhigen und hellen Nächten um 4 bis 5° C. kälter als die Luft, und es nimmt dann die Temperatur nicht vom Boden aufwärts ab, ſondern anfangs zu, bis in Höhen von 50 bis 60 Fuß, daher manchmal die irdiſche Strahlenbrechung hier Nachts faſt eben ſo ſtark als am Tage iſt.

Horizontale Luftſchichten von verſchiedener Dichtigkeit ſind über einander immer vorhanden; aber die Streifen wärmerer Luft, welche durch die Atmoſphäre in ſchiefer Richtung aufſteigen, ſind Nachts ſeltner als am Tage.

In dem unter dem Aequator liegenden Theile der Andes beträgt in 3000 Meter Höhe die mittlere Temperatur der Luft nur 14° C., und die Wärme-Ausſtrahlung nach dem wolkenloſen Himmel, durch eine ſehr trockene und reine Luft hindurch, verhindert es, daß der Boden während Tags nicht bedeutend erwärmt wird.

Doch genug von ſolchen örtlichen Umſtänden.

Es iſt hinreichend, die nächtliche Verſtärkung des Schalls aus der Theorie der Schallwellen und ihrer Theilung im Allgemeinen abgeleitet zu haben.

Die ganze Erſcheinung hat ihren Grund in eben dem Mangel an Homogenität der lothrechten Luftſäulen in der Atmoſphäre, welche (nach der ſinnreichen Anwendung, die Arago von der Lehre von der Interferenz und Neutraliſirung der Lichtſtrahlen gemacht hat) die wahre Urſach des mehr oder minder ſtarken Funkelns der Fixſterne iſt.

Man weiß überdem, daß die Fortpflanzung des Schalls merklich geändert wird, wenn man in einer an ihrem einen Ende verſchloſſene Röhre eine Lage Waſſerſtoffgas über eine Lage atmoſphäriſcher Luft ſteigen läßt.

Wenn Ariſtoteles in ſeiner intereſſanten Schrift: Problemata , auf die Frage: „warum hört man den Schall beſſer während der Nacht?“ antwortet: „das kömmt daher, weil es dann mehr Ruhe giebt, wegen der Abweſenheit des Heißeſten, welche Abweſenheit alles ruhiger und leidender macht, indem die Sonne das Princip aller Bewegung iſt:“— ſo ſcheint er die wahre Urſach geahnet zu haben.

Ueberhaupt aber muß man die Menge richtiger, oft feiner Beobachtungen bewundern, welche dieſes Werk des Philoſophen von Stagira über den Thau, die Urſachen der Mirage, die Wärmeleitung der Metalle und der Aſche, die Höhe der Wolken als Wirkung aufſteigender Strömungen und dergl. mehr enthält, und wenn man dabei bedenkt, wie unvollkommen der Zuſtand der Naturlehre bei den Alten war, die in gänzlicher Unbekanntſchaft mit der experimentalen Methode waren .

Ariſt.

Opera omnia Ed. du Val. 1639 t. 2 p. 115—123.

Man ſehe meine Samml. aſtron. Beobb. Th. 1 S. 127. Weder in Ariſtoxenes Buch von der Muſik, noch in Seneca ’s quaeſt. natur. , noch bei Theophylactus Simocatta kömmt die Frage vor, wohl aber bei Plutarch (Ed. Pariſ. 1624 t. 2 p. 721 D.) Der erſte der mit einander Redenden, behauptet, die Kälte der Nacht figire und verdichte die Luft, und man höre den Schall am Tage ſchlecht, weil es weniger leere Räume gebe.

Der zweite Redende verwirft dieſe leeren Räume und nimmt mit Anaxagoras an, während Tags ſetze die Sonne die Luft in eine zitternde und ſchlagende Bewegung, man höre am Tage ſchlecht, wegen des vielen Staubes, der dann in der Luft ziſche und murmele, in der Nacht aber höre die Erſchütterung, und folglich auch das Ziſchen des Staubes auf.

Doch müſſe Anaxagoras darin berichtigt werden, daß man auf dieſen Schall der kleinen Körperchen in der Erklärung Verzicht leiſte, indem es hinreiche die Erſchütterung und Bewegung derſelben anzunehmen.

Die Bewegung der Luft nehme von der Stimme immer etwas fort und entführe etwas von ihrer Stärke und Größe.

Der große Regierer und Heerführer am Himmel, die Sonne, ſetze alles, bis auf die kleinſten Lufttheilchen in Bewegung, und ſo bald er ſich zeige, errege und bewege er alles.

v. H.

Die Bewohner der Alpen und der Andes halten eine ungewöhnliche Verſtärkung des Schalls während ruhiger Nacht für ein ſicheres Vorzeichen eintretender Veränderung der Witterung.

„Es wird regnen, ſagen ſie, weil man das Rauſchen der Ströme näher hört.“

Herr Deluc hat dieſes aus Veränderung des barometriſchen Luftdrucks durch das Platzen einer größern Menge von Luftblaſen an der Oberfläche des Waſſers zu erklären geſucht (Ueber die Atmoſphäre §. 1031 Anm. b.); dieſes iſt aber eine gezwungene, wenig genügende Erklärung.

Ohne mich auf eine andere einzulaſſen, begnüge ich mich, auf die Analogie dieſes Vorzeichens mit dem einer mindern Extinktion des Lichtes aufmerkſam zu machen.

Die Bergbewohner kündigen eine Veränderung der Witterung an, wenn bei ruhiger Luft die Schneeberge plötzlich dem Beobachter näher zu ſtehen ſcheinen, und ihre Umriſſe gegen den blauen Himmel mit ungewöhnlicher Schärfe zeigen.

Welche Beſchaffenheit der Luft auch dieſe Erſcheinungen veranlaſſe, immer iſt es intereſſant, in ihnen eine neue Aehnlichkeit zwiſchen den Schallwellen und den Lichtwellen wahrzunehmen.