Drachen, Kröten und Physik: So spürte schon vor 2.000 Jahren eine Erfindung Erdbeben auf

Das wahrscheinlich erste Seismoskop der Geschichte aus dem alten China und sein Erfinder Zhang Heng von einer Briefmarke aus dem 20. Jahrhundert. (Bildquelle: Wikimedia Commons und seismoscope.allshookup.org)

Achtet darauf, welcher Drachenkopf die Kröte füttert. Das gefüllte Maul sagt euch, wo das Beben seinen Anfang nahm. Wer sich jetzt fragt, welch seltsame Wette unser Autor Gerald verloren hat, der irrt.

Denn wir beschreiben euch Hightech des alten Chinas: das erste bekannte Seismoskop der Menschheitsgeschichte. Es registrierte automatisch Erdbeben und zeigte sogar, in welcher Himmelsrichtung sie sich ereigneten.

Fusion von Kunst und Wissenschaft

Vor fast 2.000 Jahren entstand eine Verschmelzung aus Skulptur, Gefäß und wissenschaftlichem Apparat oder kurzum geniale Ingenieurskunst, ein Seismoskop. Sein Name Houfeng didong yi.

Das bedeutet ins Deutsche übersetzt: Instrument, um auf den Wind horchen. Zu dieser expliziten Bedeutung weiter unten mehr. In der Wissenschaft heißt es meist geläufig Houfeng-Seismoskop oder Houfeng-Erdbeben-Instrument.

0:54 Im Dienste der Wissenschaft: Massenhaft schwarze Bälle werden in ein Wasserreservoir geschüttet

Sein Erfinder gilt als Universalgelehrter, ähnlich wie Leonardo da Vinci mehr als ein Jahrtausend später. Zhang Heng lebte von 79 bis 139 nach Christus in China – die Epoche der Herrschaft der Han-Dynastie. Seine Professionen reichten von Erfinder und Astronom über Bauingenieur, Wissenschaftler, Berater bis hin zum Künstler.

Laut historischen Aufzeichnungen sei mittels seines Seismoskops ein Beben Hunderte Kilometer erkannt worden. Das Gerät habe die für Menschen vor Ort nicht zu spürenden Erschütterungen erkannt und Wochen später seien Berichte eingetroffen, die ein starkes Beben in einem entfernten Teil Chinas bestätigten.

Funktionsweise des Houfeng didong yi

Der äußere Mechanismus, quasi das Display: Die acht Köpfe der Drachen, die außen am oberen Rand des Gefäßes hervorragen, tragen je eine Kugel in ihrem mechanischen Rachen. Der Durchmesser des Geräts beträgt etwa zwei Meter. Jeder Drache steht für eine der acht Haupthimmelsrichtungen (Nord, Nordwest, West, Südwest, Süd, Südost, Ost, Nordost).

Darunter wartet ein aufgerissenes Krötenmaul auf die jeweilige Kugel. Fällt eine Kugel, hat die Erde gebebt. Das aktivierte Tierpärchen zeigt die Richtung an, aus der eine Erschütterung das Houfeng didong yi traf. Doch was steckt dahinter?

Das Innenleben des Houfeng didong yi: Vorweg sei gesagt, dass alles Folgende auf Interpretationen beruht. Wir wissen nicht sicher, wie die Konstruktion von Zhang Heng funktionierte. Zudem ist keines erhalten geblieben – dafür aber Berichte oder grobe Zeichnungen. In den frühen 2000ern testeten chinesische Wissenschaftler eine Rekonstruktion erfolgreich.

Im Inneren hängt ein Pendel herab. Es ist nur mit der Oberseite des Houfeng didong yi verbunden und kann frei an einem Tau pendeln. Unter dem Pendel befindet sich eine zentrale, leicht erhöht sitzende Plattform. Auf ihr ruht eine Bronzekugel. Sie berührt sanft die Spitze des Pendels. In jede Himmelsrichtung führt ein abfallender Kanal zu einem Mechanismus, der jeweils einen der Drachenköpfe betätigt.

Wenn jetzt eine Erschütterung die Apparatur trifft, bewegt sie sich wenige Millimeter. Sie verrückt mit dem Erdboden, auf dem sie steht. Das Pendel bleibt aber mittig hängen, ehe es kurz darauf hinterher schwingt. Doch diese Millisekunden an Verzögerung reichen, um Zhang Hengs Technik-Zauber zu wirken:

Denn die steif verbundene Plattform bewegt sich ja direkt mit. Die Kugel will also eigentlich dem Boden folgen, kann aber nicht. Der leichte Druck von oben hält sie fest und schiebt sie minimal von der ausbalancierten Plattform im Zentrum – hinein in einen Kanal. Hier rollt sie bis zu einem Hebelarm, den sie zur Seite schiebt: Dies lässt den Drachen die äußere Kugel ausspeien, was die Kröte füttert.

Link zum YouTube-Inhalt

Missdeutung der Ursachen

Allerdings ist das erfolgreiche Erkennen eines Erdbebens nur der erste Schritt. Offen blieb: Was löst die Erschütterung des Bodens denn aus? Zhang Heng meinte historischen Berichten zufolge, Erdbeben rühren von gequetschter Luft her. Sobald starker Wind Luft in Sackgassen und Mulden im Gelände presst, drücke sie ausreichend stark in den Erdboden, um ihn zu erschüttern. Je stärker der Wind und je gewaltiger das Hindernis, desto mächtiger fiele das Erdbeben aus.

Heutzutage wissen wir es genauer. Es gibt verschiedene Ursachen für seismische Wellen, sie lassen sich grob folgendermaßen unterteilen:

• Plattentektonik: Kontinentale oder ozeanische Platten kollidieren, gleiten verhakt aneinander vorbei oder eine Platte taucht schabend unter einer anderen ab.
• Vulkanismus/Gase: Aufsteigendes Magma oder Gase aus im Untergrund überhitzten Flüssigkeiten bahnen sich einen Weg zur Oberfläche.
• Einschläge von Asteroiden: Große Objekte wie Chicxulub, der die Dinosaurier auslöschte, können Erdbeben verursachen
• Sprengungen: Auch wir als Menschen können schwache Erdbeben auslösen. Kernwaffen, die unterirdisch explodieren, sind auf Seismometern klar zu erkennen. So wiesen Forscher zum Beispiel die nordkoreanischen Atombombentests nach.
• Sonstiges: Seismische Wellen schwächeren Ausmaßes können auch durch andere Ereignisse losbrechen. Zwei extrem spezielle Erdbeben erschütterten beispielsweise 2023 die Erde. Hier läge Zhang Heng mit seiner Erklärung gar nicht mal so falsch, allerdings hätte er sich bei dem schuldigen Element vertan.

Dennoch sollten wir Zhang Heng für seine Leistung Respekt zollen. In Anbetracht des damaligen Wissensstandes stellt allein der Bau solch eines feinfühligen Geräts eine Höchstleistung dar. Zhang Heng könnte dabei noch Gegenstand etlicher Artikel sein. Der chinesische Universalgelehrte erfand nämlich eine beachtliche Zahl von heutzutage vor allem in China legendären Apparaturen.

Habt ihr Interesse an mehr chinesischen Erfindungen? Schreibt es uns gern in die Kommentare!