Barometrie - Einführung

• Informationen für den Barometersammler
• Quecksilberbarometer - transportieren.
• Wir fotografieren unsere Wetterinstrumente
• Galilei - Viviani - Torricelli und das barometrische Experiment
• Betrachtungen zu den Anfängen der meteorolog. Beobachtungen in Deutschland
• Geht von einem Quecksilberbarometer bzw. einer solchen Sammlung eine gesundheitliche Gefahr aus?
• EU will 2020 Quecksilber endgültig "verbannen - eine Betrachtung, die zum Nachdenken anregen soll

Informationen für den Barometersammler

(stoe-pr) Unser Planet Erde ist von einer 11-12 km hohen Lufthülle umgeben. Diese übt auf jeden Punkt der Erde einen bestimmten Druck aus. Im Mittel sind dies in Meereshöhe 1013,3 hPa, bei 15 Grad Celsius. Ein Wert, der uns aus dem Physikunterricht vielleicht noch geläufig ist. Mit zunehmender Höhe nimmt der Luftdruck stetig ab.

Instrumente zum Messen des atmosphärischen Luftdrucks nennt man Barometer. Barometer, welche die Messwerte entlang einer Zeitachse graphisch aufzeichnen, bezeichnet man als Barographen.

Das Sammeln der Barometer und die Beschäftigung mit der Historie der Luftdruckmessung führt uns zurück bis in die Anfänge der Physik ins beginnende 17. Jh.

Der “Torricellische Versuch“, welcher im Auftrag Torricellis von seinem Schüler Viviani 1643 ausgeführt wurde, markiert den Anfang.

Quecksilberbarometer

Dabei wurde bis in die 40-iger Jahre des 19. Jh. der Luftdruck ausschließlich mit Hilfe einer Quecksilbersäule gemessen. Die ersten 200 Jahre der Barometrie gehören also ausnahmslos den Quecksilberbarometern und ihren Herstellern.

Eine grobe Einteilung erhält man dadurch, dass man diese in Gefäßbarometer (engl. Cisternbarometer) und Radbarometer (engl. Wheelbarometer) einteilt. Gebräuchlich sind auch die Bezeichnungen Stick- und Banjobarometer.

Das Angebot für den Sammler ist, insbesondere die Instrumente aus dem 19. Jh. betreffend, gut. England als Seefahrernation glänzt dabei mit einer enormen Vielfalt und einem großen Angebot. Hier waren es vor allem die aus Norditalien und Holland emigrierten Italiener, die ab etwa 1780 den Markt beherrschten. Stolz zieren ihre Namen die Skalen vieler Instrumente des nachfolgenden Zeitraums.

Aber auch auf dem Festland wurden in den Niederlanden, Frankreich, der Schweiz und in Deutschland schöne und interessante Barometer in großer Zahl gefertigt.

Wie überall im Antiquitätenbereich gilt auch hier: je älter, je seltener und je originaler der Zustand – desto höher der Preis. Bei vermeintlichen “Schnäppchen“ heißt es immer besonders aufgepasst! 

Aneroidbarometer

Quecksilberbarometer sind unhandlich und außerordentlich empfindlich. Da ist es nicht überraschend, dass schon früh nach Mittel und Wegen gesucht wurde, ohne Quecksilber auszukommen.

Aber erst im Jahre 1843 gelang es dem Franzosen Lucien Vidie, und weitere sechs Jahre später dann Eugene Bourdon, die konstruktiven Probleme zu überwinden. Damit war Vidie der erste, der ein Barometer ohne Flüssigkeit (griech. Aneroid) erfolgreich herstellen konnte.

Die Vorteile dabei waren derart überzeugend, dass die Verbreitung dieses Barometertyps ungemein rasch vonstatten ging. Dabei waren die Seefahrt und die Erdvermessung naturgemäß die ersten, die sich auf die neue Technik stürzten.

Konstruktiv hat sich dann in den folgenden 150 Jahren nicht mehr allzu Gravierendes getan, sodass Aneroidbarometer in erster Linie durch die Vielfalt ihrer Form und Gestalt, in Anlehnung an den Zeitgeschmack oder ihre Verwendung, für den Sammler von Interesse sind.

Das Angebot im Handel und auf den Flohmärkten ist vielfältig. Vom einfachen Haushaltsbarometer bis hin zum technischen Präzisionsinstrument lässt sich aus allen Epochen nahezu alles finden.

Leider ist festzustellen, dass sich in den letzten vierzig Jahren die Qualität der Barometerwerke, mal abgesehen von den wenigen Markenfabrikaten, ständig verschlechtert hat.

Deshalb sollte beim Kauf unbedingt darauf geachtet werden, dass das Werk funktionstüchtig, also die Aneroiddose noch intakt ist. Dies kann mit einer transparenten Plastiktüte, in die man das Instrument zur kurzen Überprüfung legt, leicht festgestellt werden. Einfach aufblasen und mit der Hand draufdrücken.

Bewegt sich der Zeiger, ist die Dose in Ordnung, wenn nicht - ist allergrößte Vorsicht angeraten! Das Barometer sollte dann von einem Fachmann geprüft werden. Auch facettierte Gläser sind heutzutage nur noch schwer zu ersetzen, sie sollten deshalb makellos sein.

Geht von einem Quecksilberbarometer bzw. einer solchen Sammlung eine gesundheitliche Gefahr aus?
Gerhard Stöhr 2003.03 (pr)

Ich möchte an diese berechtigte Frage einmal ganz unvoreingenommen herangehen. Dabei versuche ich dem Problem mit meinem gesunden Menschenverstand und meinem physikalischen Grundverständnis gerecht zu werden. Hierzu muss ich allerdings gedanklich etwas ausholen um somit auch die Hintergründe zu beleuchten.

Quecksilber = Mercury = Hydrargyrum = Hg hat einen Erstarrungspunkt von - 38,9⁰C und einen relativ hohen Siedepunkt von 357⁰C. Es ist das einzige Metall, das bei Raumtemperatur flüssig ist. Die Dichte beläuft sich auf 13,55 g/cm³. Der Sättigungsdampfdruck wird bei 20⁰C mit 0,0013 g/cm³ Luft angegeben. Als MAK-Wert (max. Arbeitsplatzkonzentration) werden in Deutschland 0,1 mg/m³ genannt. Viele Metalle, einschließlich der Edelmetalle, lösen sich in Quecksilber auf und bilden dann Legierungen, die man als Amalgame bezeichnet.

Quecksilber in flüssiger und ganz besonders in gasförmiger Form ist unzweifelhaft giftig. Das haben wir bereits in der Schule gelernt, und das ist auch schon seit alters her bekannt. Trotzdem wurde, ausgehend vom Mittelalter bis Anfang des 20.Jh., Quecksilber sogar in der Medizin zur Behandlung der so genannten "venerischen Krankheiten" in den verschiedensten Darreichungsformen eingesetzt. Die Patienten wurden bei diesen Therapien regelrecht mit Hg vergiftet. Man versuchte eben, den Teufel mit dem Beelzebub auszutreiben.

Neben der Medizin gab es jedoch früher auch eine ganze Reihe Berufe, die besonders stark mit Quecksilber in Berührung standen. Es waren dies in erster Linie die Berg- und Hüttenarbeiter, die das Quecksilber durch "Rösten" des Zinnobererzes vom Schwefel trennten und nachfolgend durch Kondensation des Quecksilberdampfes in tönernen Röhren in reiner Form gewannen.

Die Feuervergolder und Goldschmiede erreichten ihre glänzende Goldoberfläche durch Erhitzen und Verdampfen des Hg-Anteils im Amalgam.

Die Spiegelhersteller gossen reines Quecksilber auf eine Zinnfolie, wodurch ein Zinnamalgam entstand. Darauf wurde dann das Spiegelglas gelegt und mit schweren Steinen solange fest angepresst, bis es haften blieb. Das überflüssige Quecksilber lief in breiten Rinnsalen ab. So entstanden im 17. und 18.Jh. die prächtigen venezianischen Spiegel. Aber auch in den deutschen Hochburgen der Spiegelherstellung, Nürnberg und Fürth, wurde noch bis etwa 1880-90 dergestalt gearbeitet.

Die Hutmacher des beginnenden 19.Jh. hatten ebenfalls ihr giftiges Geheimnis. Der modische Haarhut löste seinerzeit den Wollhut ab. Hierzu wurden Hasenfelle mit Quecksilbernitratlösung präpariert, "gebeizt" und anschließend in getrocknetem Zustand gebürstet und geschoren. Eine im höchsten Maße ungesunde Tätigkeit, die durch das nachfolgend notwendige "Fachen", dem Verfilzen der so gewonnenen Tierhaare durch Klopfen, noch eine Steigerung erfuhr.

Da ging es den Thermometer- und Barometermachern noch vergleichsweise gut. Während die erstgenannten Berufe, bildlich gesprochen, "praktisch bis zu den Knien" im Quecksilber standen, hatten es die Letzteren zwar auch mit Quecksilber zum Befüllen ihrer Glasinstrumente zu tun, jedoch waren die Vorräte in Behältnissen und die Gebrauchsmengen, zumindest bei den Thermometern, vergleichsweise gering. Das Auskochen der Barometerrohre über der Flamme erfolgte wohl auch schon frühzeitig unter ausreichender Belüftung.

Allen diesen Berufsgruppen war jedoch der relativ hohe Anteil der durch das Quecksilber ausgelösten Erkrankungen gemein. Die bedauernswerten Angehörigen dieser Berufe wurden, solchermaßen immens exponiert, auch meist nicht alt. Dabei waren die Symptome der massiven Quecksilbervergiftungen schrecklich. So siechten ganze Goldschmiedefamilien elendiglich dahin und starben später unter grauenvollen Qualen. Es ist deshalb nicht verwunderlich, dass noch heute diese Erinnerungen und Schreckensbilder gegenwärtig sind, obwohl die Umstände heutzutage überhaupt nicht mehr mit den damaligen vergleichbar sind!

Nirgendwo fließt heute mehr das Quecksilber in Strömen, nirgendwo wird Quecksilber mehr offen verdampft und schon gar nicht als Medizin eingenommen. Deshalb ist heutzutage jede Quecksilberhysterie unangemessen.

Grundsätzliches zu "Verdunsten" und "Verdampfen"

Wird durch Zufuhr von Wärme der Siedepunkt einer Flüssigkeit erreicht und trotzdem weiter Wärme zugeführt, so wird damit keine Temperatursteigerung mehr erreicht, sondern es wird Flüssigkeit vom flüssigen in den gasförmigen Aggregatzustand überführt. Man spricht dabei vom "Verdampfen". Weiter ist bekannt, dass geringe Flüssigkeitsmengen an freier Luft allmählich verschwinden. Dieser Vorgang wird als "Verdunsten" bezeichnet. Die Verdunstung vollzieht sich dabei ohne Zufuhr von Wärme, sie ist abhängig von der Art der Flüssigkeit, der Temperatur und der Größe der Oberfläche. Dabei ist der Übergang von der Verdunstung zur Verdampfung fließend, beide Vorgänge sind auch weitestgehend vergleichbar.

Im Prinzip passiert dabei folgendes: Infolge der temperaturabhängigen Molekularbewegung der Substanz, verlassen an der Flüssigkeitsoberfläche einzelne lose Moleküle mit nur geringer Kohäsion ihren Verband und bewegen sich in den angrenzenden Raum. Dieser Vorgang wird durch Wind oder Zugluft, die über die Oberfläche streichen, verstärkt. Die Moleküle werden dann regelrecht herausgerissen. Eine Verdunstung oder eine Verdampfung in einem geschlossenen Raum ist nur solange möglich, bis der jeweilige temperaturabhängige Sättigungsdampfdruck, d.h. ein Gleichgewicht zwischen den Molekülen, welche die Flüssigkeit verlassen und denjenigen, die zurückkehren möchten, erreicht ist. Dabei gibt es Stoffe mit nur geringer Kohäsionskraft, die also sehr leicht verdunsten, wie z.B. Aceton, Äther, Spiritus und Benzin und andere, die sich damit schwerer tun, wie z.B. ölige Substanzen.

Quecksilber als flüssiges Metall mit hoher Dichte und seiner hohen Oberflächenspannung müsste meines Erachtens eher zu der zweiten Gruppe gehören. Dabei sind wir bei unseren normalen Umgebungstemperaturen ja auch noch sehr weit vom kritischen Siedepunkt entfernt. Hinzu kommt, dass die der Luft ausgesetzte Oberfläche in den Barometergefäßen nur ganz bescheidene Ausmaße hat und hier auch keinerlei Luft darüber streicht.

Deshalb mein gefühlsmäßiges Fazit: Die von unseren Quecksilberbarometern ausgehende Gefahr für die Gesundheit ist vernachlässigbar gering.

Bei Gefäßbarometern bietet sich dabei als zusätzliche Vorsichtsmaßnahme an, das Gefäß mittels durchbohrtem Korken und "Quecksilberfalle" zu verschließen. Das ist eine sehr hilfreiche Einrichtung, die verhindert, dass bei einem versehentlichen Umlegen des Barometers nicht gleich Quecksilber austritt. Trotzdem hat der Luftdruck durch eine stecknadelkopfgroße Öffnung ungehindert Zugang.

Bei Mehrflüssigkeitsbarometern (z.B. Kontrabarometern) ist das Hg durch die Anzeigeflüssigkeit abgedeckt, kann also gar nicht verdunsten.

Bei Radbarometern lastet ein Glasgewicht auf dem Quecksilberpegel, es besteht also hier auch nur eine geringe, rein theoretische Möglichkeit des Verdunstens.

Sie müssen also in erster Linie dafür Sorge tragen, dass niemand in Ihrem Haushalt versehentlich ein Hg-Barometer umlegt. Dies kann z.B. mit einem deutlich sichtbaren Hinweiszettel am Haken hinter dem Instrument geschehen. Aber auch wenn es trotzdem mal passieren sollte, so ist keine Panik angesagt, es ist eben nur eine "Riesensauerei".

Das ändert nichts daran, dass man mit Quecksilber verantwortungsbewusst umgehen muss. So gehört loses Quecksilber in ein stabiles Glas- oder Plastikfläschchen (kein Metallgefäß!), sollte ordentlich beschriftet und für Kinder unerreichbar aufbewahrt werden. Will man es entsorgen, so ist es als Gefahrgut zu behandeln!

Im übrigen verweise ich auf meine zusätzlichen Ausführungen über den Umgang mit Quecksilberbarometern in meinen NEWS vom 16.11. und 23.11.2002.

Wo aber bleibt letztlich der Beweis?
(stoe) 2003.5

Für alle Zweifler unter Ihnen, die jetzt noch sagen: " Nun ja - die Erklärung von Herrn Stöhr ist ja schön und recht und auch logisch, aber bewiesen hat er mit seiner Vermutung ja noch nichts", habe ich veranlasst, dass meine Wohnräume einer Quecksilber-Raumluftmessung unterzogen wurden.

In unserem offenen Wohnbereich, der über 2 Geschosse reicht, hängen seit nunmehr 19 Jahren 12 Quecksilberbarometer unterschiedlicher Bauart. Eines davon, mit einem Buchsbaumgefäß mit Lederboden, "schwitzt" seit Anbeginn ein wenig. Dies ließ sich auch mit einem neuen Lederboden leider nicht zuverlässig beheben.

Der Fußboden im UG ist aus Naturstein und mit Teppichen belegt, im übrigen Bereich ist Teppichboden verlegt. Es wird bei uns ganz normal gewohnt, geputzt, geheizt und gelüftet. Somit erschien uns diese Wohnsituation für eine solche Messung repräsentativ zu sein.

Beauftragt wurde das Ing.- Büro Heinrich & Ebert aus Fürth, das bei diversen Sanierungsfällen im Raum Nürnberg-Fürth, in der Vergangenheit ausreichend Erfahrungen sammeln konnte.

Die Messungen wurden von Herrn Dipl. Ing. Thomas Ebert persönlich durchgeführt.

Aber bitte lesen Sie selbst: Auftrag für Quecksilber-Raumluftmessung mit Ergebnisbericht - als pdf.Datei!

So, - es soll nun niemand behaupten, wir hätten dem Thema "Quecksilber" nicht genügend Raum gegeben. Ganz im Gegenteil. Ihre FaW-Redaktion hat keine Kosten und Mühen gescheut um die Angelegenheit sachlich klären zu lassen.

Dabei hat sich mein Gefühl bestätigt, dass von einer Quecksilberbarometer-Sammlung im Wohnbereich, bei Beachtung minimaler Grundregeln, keinerlei Gefahr für die Gesundheit ausgeht!

Quellenverzeichnis: Reth/ Haendel Physik für Alle, Band 1 Leipzig 1956
CIBA Zeitschrift Nr. 96 Wehr 1959