Bergluft macht leicht

Forscher der Universität Hannover und der Technischen Universität München untersuchen die Schwerkraft auf der Zugspitze

Am höchsten Punkt Deutschlands, der Zugspitze, ist nicht nur die Luft dünner, auch der Mensch wird leichter. Der Grund dafür liegt in der Schwerkraft, die am Gipfel um ein halbes Promille geringer ist als im Tal bei Garmisch-Partenkirchen, nämlich 9,8005 m/s² anstatt 9,8058 m/s². Ein Bergsteiger von 80 Kilogramm Körpergewicht wiegt auf der Zugspitze also bei einem Höhenunterschied von circa 2.200 Metern 40 Gramm weniger als im Tal. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Instituts für Erdmessung der Universität Hannover und des Lehrstuhls für Astronomische und Physikalische Geodäsie der Technischen Universität München haben im September 2004 erstmals Messungen mit einem hochempfindlichen Freifall-Absolutgravimeter auf der Zugspitze durchgeführt. Diese Messungen erlauben Rückschlüsse auf die Zusammensetzung des Gebirges und könnten sogar die Hebung der Alpen nachweisen.

Die Mitarbeiter des Instituts für Erdmessung der Universität Hannover arbeiten weltweit in geodynamisch (Tektonik) und seismisch (Erdbeben) aktiven Gebieten oder auch in Zusammenhang mit dem Meeresspiegelanstieg (Klimaänderung) in den Küstenregionen Nordeuropas. Die dafür benötigten Feldgravimeter können nur dann für die hochgenaue Überwachung von Erdmassenverlagerungen eingesetzt werden, wenn deren Eichung sehr präzise bekannt ist. Deshalb wurden im Jahre 2004 vier wissenschaftliche Absolutschwerestationen in den deutschen Alpen eingerichtet. Zwei Stationen befinden sich auf der Zugspitze, eine oben auf dem Wank und eine am Fuße des Wanks (Garmisch-Partenkirchen). Damit wurde eine Eichlinie mit möglichst großen Gravitationsunterschieden und mit möglichst kurzen Fahrzeiten eingerichtet.

Die Schwerkraft oder Gravitation der Erde verändert sich besonders stark mit der Höhe und hat oben auf der Zugspitze den niedrigsten Wert Deutschlands. Dieser Punkt hat somit eine einzigartige Bedeutung für die Eichung von Schweremessinstrumenten. Wissenschaftlich interessant ist der Zugspitzengipfel auch deshalb, weil sich dort über lange Zeit kleine Schwerkraftveränderungen bestimmen lassen, die mit dem Abschmelzen der Alpengletscher und mit dem langsamen Wachstum des Faltengebirges Alpen verbunden sind.

„Der wesentliche Beitrag der Universität Hannover bei diesen Messreihen war die Absolutschweremessung, die nicht direkt auf dem Gipfel, sondern in einem benachbarten Gebäude durchgeführt wurde“, erläutert Prof. Jürgen Müller vom Institut für Erdmessung. „Dieser Wert wurde durch Relativschweremessungen auf den Gipfel übertragen, GPS-Messungen dienen der Positionsbestimmung, damit genau nachgeprüft werden kann, wo welcher Schwerewert gemessen worden ist.“

Die hochgenaue Bestimmung der Schwerkraft auf den Stationen wurde erst durch den Einsatz eines neuartigen Freifall-Absolutgravimeters möglich, das Ende 2002 mit Unterstützung vom Bund und Land Niedersachsen über die VolkswagenStiftung für das Institut für Erdmessung der Universität Hannover beschafft werden konnte. Für jede Stationsbestimmung sind mehrere tausend Freifallversuche erforderlich. Dabei wird ein Glaskörper entlang eines Laserstrahls im Hochvakuum fallengelassen, um dabei die zurückgelegte Fallzeit und den Fallweg mit einem Bruchteil einer Nanosekunde bzw. eines Nanometers (1 nm = 1 Millionstel eines Millimeters) zu messen.