Neue Versuche zur Analyse des Primären Geoelektrischen Effekts

Summary

• 1. Precondition for the development of a lasting physical geoelectric effect (GEE) in a membrane system is the existence of a diffusion potential. For the potential change which develops in a concentration chain after its transfer into the vertical position two different factors seem to be responsible: (a) a sedimentation of the heavier solution upon or within the membrane, and (b) a change of the ion mobility within the membrane caused by the gravitational field.

• 2. To evaluate how much sedimentation contributes to the total effect a continuous stream of solution was passed through the more dilute chamber of the chain. Thereby the formation of a sedimentation layer was effectively prevented.

• 3. The GEE developing in a 10^-2m/10^-3m KCl-parchment paper chain in the ↑-position is strongly reduced if one lets the more dilute solution stream through the upper chamber. However, a significant residual effect always remains which not even the strongest streaming can eliminate. From this observation it can be concluded that the part of the total reaction cancelled by streaming represents the component induced by sedimentation, while the residual effect has to be attributed to a gravitational influence upon the cation-mobility within the membrane.

• 4. The extent of the residual effect depends largely on the weight of the cation of the concentration chain. In 10^-2m/10^-3m chains of LiCl, KCl and CsCl with the dilute chamber being streamed through the GEE rises in the sequence: Li<K<Cs. This shows that the upward movement of the cation of the chain is more strongly impeded by gravity the heavier it is.

• 5. The component of the GEE resulting from the formation of a sedimentation layer depends on the specific weight of the solutions concerned. Accordingly this component also is greatest with CsCl and smallest with LiCl.

  In the ammonia-chain, where the more concentrated solution is specifically lighter than the more dilute solution, the sign of the total GEE is reversed correspondingly: the positive charge of the upper, more dilute chamber increases.

• 6. In the ↓-position the two factors of the GEE generally act against each other. Sedimentation promotes the penetration of the membrane by the more concentrated solution and thus reduces the potential. The influence of gravity upon the ion mobility now appears as an acceleration of the cation leading to a rise of potential. Streaming of the more dilute solution through the lower chamber therefore reduces the first factor and thus makes visible the positivating effect of the second factor.

• 7. The question is discussed whether in living plant organs the conditions for the development of a physical GEE are also given under natural circumstances.

Zusammenfassung

• 1. Für die Entstehung eines bleibenden physikalischen GEE ist die Präexistenz eines Membrandiffusionspotentials im System Vorbedingung. An der in der vertikalgestellten Konzentrationskette beobachteten Potentialänderung können grundsätzlich zwei verschiedene Faktoren beteiligt sein: a) eine Sedimentierung der spezifisch schwereren Lösungsstufe auf oder innerhalb der Membran, und b) eine schwerkraftbedingte Veränderung der Ionenbeweglichkeit innerhalb der Membran.

• 2. Zur Ermittlung des Anteils der Sedimentierung am Gesamteffekt wurde die verdünntere Kammer der Kette mit der für sie vorgesehenen Konzentrationsstufe dauernd durchströmt. Dadurch ließ sich die Ausbildung einer Sedimentationsschicht wirksam verhindern.

• 3. Vorversuche ergaben, daß die Durchströmung der verdünnteren Kammer das Membrandiffusionspotential der Kette erheblich ansteigen läßt. Die Zunahme ist bei permeablen Membranen (Pergamentpapier) stärker als bei dichteren (Collodium).

• 4. Für die beobachtete Potentialerhöhung ist in erster Linie das Wegspülen der durch die Membran diffundierten konzentrierteren Lösung verantwortlich, in geringerem Maß aber auch die Entstehung eines Strömungspotentials in den Membranporen. Dieser letztere Effekt tritt auch in einseitig durchströmten symmetrischen Membranketten auf.

• 5. In einer 10^-2m/10^-3m-KCl-Pergamentpapierkette wird der in ↑-Stellung entstehende GEE (=↑-GEE) bei Durchströmung der oberen, verdünnteren Kammer stark reduziert. Es verbleibt jedoch stets ein signifikanter Resteffekt, der auch bei stärkster Durchströmung nicht verschwindet. Diese Beobachtung läßt darauf schließen, daß der Anteil der Reaktion, den die Durchströmung aufhebt, die durch Sedimentierung bedingte Komponente darstellt, während der Resteffekt durch die Beeinflussung der Kationenbeweglichkeit im Schwerefeld verursacht wird.

• 6. Das Ausmaß des Resteffekts hängt weitgehend vom Gewicht des Kations der Konzentrationskette ab. In Vergleichsversuchen mit durchströmten 10^-2m/10^-3m-Pergamentpapierketten von LiCl, KCl und CsCl ergab sich für den ↑-GEE folgende Wirkungsreihe: Li<K<Cs. Die Aufwärtsbewegung des Kations der Kette wird demnach durch die Schwerkraft um so stärker gehemmt, je schwerer es ist.

• 7. Die auf der Entwicklung einer Sedimentationsschicht beruhende Komponente des GEE hängt vom spezifischen Gewicht der beteiligten Lösungen ab. Dementsprechend ist auch sie am größten beim CsCl, am kleinsten beim LiCl. In der Ammoniak-Kette, bei der die konzentriertere Lösungsstufe spezifisch leichter ist als die verdünntere, kehrt sich deshalb das Vorzeichen des gesamten GEE um: die positive Ladung der oberen, verdünnteren Kammer nimmt zu.

• 8. In der ↓-Stellung wirken die beiden Faktoren des GEE einander entgegen. Die Sedimentierung begünstigt die Durchdringung der Membran mit der konzentrierteren Lösung: Potentialabfall. Der Einfluß der Schwerkraft auf die Ionenbeweglichkeit äußert sich hier in einer Beschleunigung des Kations: Potentialanstieg. Durchströmung der unteren, verdünnteren Kammer reduziert demnach in allen Fällen den ersten Faktor und läßt dadurch den positivierenden Effekt des zweiten Faktors sichtbar werden.

• 9. Es wird die Frage diskutiert, ob in lebenden Pflanzenorganen die Bedingungen für die Entstehung eines physikalischen GEE auch unter natürlichen Bedingungen gegeben sind.