Inge Lehmann

Inge Lehmann war eine dänische Seismologin und Mathematikerin. 1936 entdeckte sie den festen inneren Erdkern. Bis dahin galt der Erdkern als vollständig flüssig. Lehmann zeigte anhand seismischer Aufzeichnungen, dass im Inneren des flüssigen Kerns eine zweite, feste Kugel stecken muss.¹ Sie leitete von 1928 bis 1953 die seismologische Abteilung des Königlich Dänischen Geodätischen Instituts. Bis Mitte achtzig arbeitete sie weiter.² Ihre Lebensspanne reichte fast 105 Jahre: vom Bismarck-Reich bis zum Ende der Sowjetunion.³

Inge Lehmann wuchs in einem Haus an der Kastelvej im Kopenhagener Stadtteil Østerbro auf. Mehr als fünfzig Jahre lebte sie später dort.³ Ihr Vater Alfred Lehmann führte die experimentelle Psychologie in Dänemark ein. 1919 wurde er Professor an der Universität Kopenhagen.⁴ Er war selten zu Hause. Trotzdem prägte er die Tochter durch Bücher und seine Hinwendung zu „exakten“ Wissenschaften.⁴ Die Mutter stammte aus der Familie Tørsleff, in der „jede Generation einen Pfarrer hatte“, so Bolt.³

Schon mit elf Jahren ertappten die Eltern Inge nach einem Schulball. Sie löste mit älteren Schülern quadratische Gleichungen.⁴ Die Eltern reagierten ambivalent. Einerseits förderten sie ihre Tochter. Andererseits wollten sie das schmächtige Mädchen vor Überanstrengung schützen.⁴ Später kommentierte Lehmann das trocken: „One could not expect them to understand that I could have been stronger if I had not been so bored in school.“⁴

Lehmann besuchte H. Adlers Fællesskole, die erste koedukative Schule Dänemarks. Hanna Adler hatte sie 1893 gegründet.⁴ Zwei Jahre zuvor hatte Adler zusammen mit Kirstine Meyer als erste Frau einen Physik-Abschluss an der Universität Kopenhagen gemacht. Sie war zudem eine Tante von Niels Bohr.⁴ Mädchen und Jungen lernten gemeinsam – auch in Sport, Nähen und Kochen.⁴

Diese Erfahrung prägte Lehmann tief. In Adlers Nachruf von 1947 schrieb sie: *„No difference between the intellect of boys and girls was recognized.“*³ Erst später musste sie erkennen, dass diese Haltung außerhalb der Schule kaum verbreitet war.³ Als die jüdische Adler 1943 im Lager Horserød interniert wurde, schrieben 400 ehemalige Schülerinnen und Schüler an den deutschen Reichsbevollmächtigten Werner Best. Adler kam frei.⁴

Im Sommer 1906 bestand Lehmann das Universitätszulassungsexamen mit Auszeichnung erster Klasse.³ Ab Herbst 1907 studierte sie Mathematik an der Universität Kopenhagen, daneben Physik, Chemie und Astronomie. Ihre erste Teilprüfung legte sie 1910 ab.³

Anschließend ging sie für ein Jahr ans Newnham College in Cambridge. Das College gehörte zu den wenigen englischen Häusern, die damals Frauen aufnahmen.³ Sie blieb länger als geplant und bereitete sich auf den Mathematical Tripos vor. Die strengen Regeln für junge Frauen empfand sie als Schock. Sie waren „completely foreign to a girl who had moved freely amongst boys and young men at home“, wie Bolt notierte.³ Im Dezember 1911 kehrte sie nach Hause zurück, völlig erschöpft.³

Die Erholung dauerte Jahre. Lehmann arbeitete zunächst in einem Versicherungsmathematik-Büro. 1918 schrieb sie sich erneut an der Universität Kopenhagen ein und schloss 1920 als Magistra in Mathematik ab.³ Ab 1923 assistierte sie dem Professor für Versicherungsmathematik in Kopenhagen. Erst 1928 schloss sie ein weiteres Examen in Geodäsie ab, mit einer seismologischen Arbeit. Sie erhielt den Titel mag. scient.³

1925 holte sie der Mathematiker Niels Erik Nørlund, Direktor der dänischen Gradmessung, als Assistentin. Mit drei jungen Männern installierte sie Seismographen in Kopenhagen. Keiner aus dem Team hatte je zuvor einen gesehen. Außerdem bereiteten sie Stationen in Grönland vor.³ Seismologie lernte Lehmann sich nebenbei selbst bei. Im Sommer 1927 wurde sie für drei Monate ins Ausland geschickt. Sie blieb einen Monat bei Beno Gutenberg in Darmstadt. Dazu kamen kurze Besuche bei Tams in Hamburg, Rothe in Strasbourg, van Dijk in De Bilt und Somville in Uccle.³

Über diese Lehrzeit schrieb sie später: *„I began to do seismic work and had some extremely interesting years … He gave me a great deal of his time and invaluable help.“*³ Gutenberg hatte bereits 1914 die Mantel-Kern-Grenze in rund 2.900 km Tiefe bestimmt. Er blieb ihr lebenslang verbunden.³

1928 wurde Lehmann als erste Frau dänische Staatsgeodätin. Sie leitete die neu geschaffene seismologische Abteilung am Königlich Dänischen Geodätischen Institut.³ Sie verantwortete die Station in Kopenhagen sowie die Stationen Ivigtut und Scoresbysund in Grönland. 25 Jahre lang betrieb sie diese fast im Alleingang.³

Die zentrale Frage der Seismologie hieß in den 1920er Jahren: Wie sieht das Erdinnere aus, das niemand sehen kann? Die Antwort liegt in den Wellen, die Erdbeben durch unseren Planeten schicken.

Primärwellen (P-Wellen) durchqueren als Druckwellen sowohl feste wie flüssige Schichten. Sekundärwellen (S-Wellen) sind Scherwellen – sie laufen nur durch festes Gestein. Schon Richard Oldham und Beno Gutenberg hatten gezeigt: Hinter etwa 105 Grad Entfernung zum Bebenherd entsteht eine sogenannte Schattenzone. Dort kommen keine direkten P-Wellen mehr an, weil sie am flüssigen äußeren Kern abgelenkt werden. Das galt als Beweis: Der Kern muss flüssig sein.¹

Trotzdem registrierten Seismographen in dieser Schattenzone schwache Signale, die niemand erklären konnte. Einige Forscher führten sie auf Beugung an der Kernkante zurück. Doch die Theorie wackelte.

Lehmann sah die Daten anders. Sie arbeitete mit den Aufzeichnungen großer pazifischer Beben. Besonders wichtig war ihr das Erdbeben in Neuseeland am 16. Juni 1929. Europäische Stationen hatten es gut erfasst.³ Auf den Seismogrammen zweier nördlicher Stationen erkannte sie deutliche Einsätze.³ Diese passten zur Phase PKP – also zu Primärwellen, die durch den Kern liefen.³

Ihre Idee war ein vereinfachtes Schichtmodell. Der Mantel sollte eine konstante P-Geschwindigkeit von 10 km/s haben, der äußere Kern 8 km/s. Im Zentrum nahm sie eine weitere Kugel an, mit 10 km/s und einem Radius von rund 1.400 km.³ Mit elementarer Trigonometrie zeigte sie: An dieser inneren Grenze müssen die Wellen gebrochen werden. Das erklärte die Signale in der Schattenzone. Auf Beugung musste niemand mehr zurückgreifen.

1936 veröffentlichte sie diese Idee in einer Arbeit mit dem knappen Titel „P′“. Die Publikation erschien in den Publications du Bureau Central Séismologique International (Serie A, Band 14, Seiten 87–115).¹ Der Schlusssatz fiel zurückhaltend aus. Lehmann schrieb: *„A hypothesis will be here suggested which seems to hold some probability, although it cannot be proved from the data at hand.“*³

Beno Gutenberg und Charles Richter bestätigten Lehmanns Hypothese 1938, Harold Jeffreys 1939.³ 1962 lieferte Bruce Bolt den ersten direkten neuen Beleg für eine scharfe Grenze. 1970 beobachteten Engdahl, Flinn und Romney am Lamont-Doherty-Observatory die Reflexion PKiKP eindeutig.³ Lehmanns Modell wurde 1981 im Preliminary Reference Earth Model endgültig konsolidiert.³

Die Bezeichnung „Lehmann-Diskontinuität“ sorgt bis heute für Verwirrung, denn sie steht für zwei verschiedene Strukturen.

Klassisch und am häufigsten benutzt: eine seismische Diskontinuität in rund 220 km Tiefe im oberen Erdmantel. Hier erhöhen sich die Geschwindigkeiten von P- und S-Wellen abrupt um 2 bis 6 Prozent.⁷ Lehmann beschrieb diese Struktur 1959 und 1961 anhand sorgfältig ausgewerteter europäischer Stationen. Die Grenze ist vor allem unter Kontinenten zu sehen, kaum unter Ozeanen. Ihre Ursache wird noch diskutiert. Wahrscheinlich liegt ein Wechsel im Verformungsverhalten des Mantelgesteins vor.⁷

Bruce Bolt schlug 1987 vor, den Namen stattdessen der Grenze zwischen äußerem und innerem Erdkern zuzuordnen.³ Diese Grenze in 5.150 km Tiefe ist Lehmanns eigentliche Entdeckung von 1936. In der Fachliteratur ist allerdings die obere Verwendung üblich geblieben. Die innere Kerngrenze heißt heute meist Inner Core Boundary (ICB).

Als Lehmann 1928 in das neu gegründete Geodætisk Institut eintrat, war sie die einzige weibliche Wissenschaftlerin am Haus.² Dänische Universitäten hatten Frauen erst seit 1875 zum Studium zugelassen, und in der Seismologie blieb sie jahrzehntelang ein Solitär. Sie heiratete nicht und bekam keine Kinder. Bolt vermerkt nüchtern, dass sie sportlich aktiv war, gerne in den Alpen und norwegischen Bergen wanderte und Ski lief.³

Ihre Frustration über männliche Kollegen behielt sie nicht für sich. Ihr Großcousin Nils Groes überlieferte einen Satz: *„You should know how many incompetent men I had to compete with – in vain.“*³ Das „in vain“ bezieht sich auf die männlichen Konkurrenten. Sie versuchten vergebens, ihr das Wasser zu reichen. Genau hier wird die Pointe in deutschen Übersetzungen oft verdreht.

1953 ging Lehmann mit 65 Jahren in den vorzeitigen Ruhestand. Damit begann eigentlich erst ihre produktivste Phase. Maurice Ewing lud sie 1952 ans Lamont Geological Observatory der Columbia University ein. Über 17 Jahre verteilt forschte sie dort rund 40 Monate.³ Sie reiste zudem ans Caltech in Pasadena, ans Dominion Observatory in Ottawa und mehrfach nach Berkeley.³

In dieser Zeit beschrieb sie die obere Mantel-Diskontinuität in 220 km Tiefe. Außerdem arbeitete sie an der 400-km-Diskontinuität. Ihre Methode galt schon Zeitgenossen als Kunst. Francis Birch nannte sie in seiner Bowie-Medaillen-Laudatio von 1971 eine *„master of a black art for which no amount of computerization is likely to be a complete substitute.“*³ Nils Groes erinnerte sich an Lehmann an ihrem Gartentisch in Søbakkevej. Dort sortierte sie Haferflocken-Kartons voller handgeschriebener Karten zu Erdbeben weltweit. Aus diesen Daten leitete sie Erdkrustenmodelle ab.³

Inge Lehmann wurde im Laufe ihres Lebens und auch posthum vielfach für ihre wissenschaftlichen Leistungen in der Seismologie und Geophysik ausgezeichnet. Die Ehrungen reichen von nationalen und internationalen Preisen über akademische Ehrenmitgliedschaften bis hin zu nach ihr benannten Auszeichnungen und wissenschaftlichen Förderprogrammen.³ ⁸ ⁹ ¹⁰ ¹¹

• Tagea Brandt Rejselegat (1938, 1967): Dänischer Wissenschafts- und Reisepreis für herausragende Forscherinnen.
• Harry Oscar Wood Award der Carnegie Institution for Science (1960): Für bedeutende Beiträge zur Seismologie.
• Emil Wiechert Medal der Deutsche Geophysikalische Gesellschaft (1964): Höchste Ehrung der DGG für Geophysik.
• Goldmedaille der Königlich Dänische Akademie der Wissenschaften (1965): Nationale Spitzenauszeichnung für wissenschaftliche Leistungen.
• Medal of the Seismological Society of America (1977): Höchste Ehrung der US-Seismologengesellschaft.
• William Bowie Medal der American Geophysical Union (1971): Als erste Frau überhaupt; für grundlegende Beiträge zur Geophysik und kollegiale Forschungsarbeit.

• Ehrendoktorwürde der Columbia University (1964).
• Ehrendoktorwürde der Universität Kopenhagen (1968).

• Auswärtiges Mitglied der Royal Society (1969).

• Asteroid (5632) Ingelehmann (1993): Benannt kurz nach ihrem Tod; entdeckt von Carolyn Shoemaker und Eugene Shoemaker am Palomar Observatory.
• Inge Lehmann Medal der American Geophysical Union (seit 1995): Für herausragende Forschung zu Erdmantel und Erdkern.
• Inge-Lehmann-Program des Independent Research Fund Denmark (seit 2021): Förderung früher Forschungskarrieren und Verbesserung der Geschlechterbalance in der Wissenschaft.

Lehmann lebte ihr Leben fast vollständig in Kopenhagen, fünfzig Jahre davon an der Kastelvej im Stadtteil Østerbro. Daneben verbrachte sie Sommer in ihrem Haus an der Søbakkevej nördlich der Stadt, wo sie auch ihren berühmten Hafergrütze-Karton-Datenarchiv pflegte.³ Ihre Forschungsaufenthalte führten sie regelmäßig in die USA, vor allem nach Palisades (Lamont-Doherty), Pasadena, Berkeley und Ottawa.³

Aus Briefen, Nachrufen und autobiografischen Notizen sind mehrere Sätze überliefert.

Über ihre Eltern und das Lernen:

• „They could not be expected to understand, I suppose, that I should have been stronger if I had not been so bored with school work.“⁴
• Sinngemäß: Sie hätte gesünder sein können, wenn die Schule sie nicht gelangweilt hätte.

Über die Schule von Hanna Adler:

• „No difference between the intellect of boys and girls was recognized.“³
• Sinngemäß: Niemand machte zwischen dem Verstand von Mädchen und Jungen einen Unterschied.

Aus der Hypothese eines inneren Kerns in „P′“ von 1936:

• „We take it that, as before, the Earth consists of a core and a mantle, but that inside the core there is an inner core in which the velocity is larger than in the outer one.“¹
• Sinngemäß: Innerhalb des Kerns liegt ein zweiter Kern. In ihm laufen die Wellen schneller.

Über männliche Kollegen, festgehalten von ihrem Großcousin Nils Groes:

• „You should know how many incompetent men I had to compete with – in vain.“
• Sinngemäß: Sie hatte im wissenschaftlichen Umfeld häufig mit fachlich unterlegenen männlichen Kollegen zu kämpfen, deren Konkurrenz sich letztlich als wenig sinnvoll oder erfolgreich erwies.