Einfluss der natürlichen Umgebungsstrahlung auf Lebewesen

Zusammensetzung und Quellen der natürlichen Umgebungsstrahlung

Die natürliche Umgebungsstrahlung, welche uns allen bekannt ist, ist das sichtbare Licht, das von Sonne, Mond und Sternen zu uns kommt. Viel weniger bekannt ist die Tatsache, dass diese Himmelsobjekte insgesamt ein sehr breites Spektrum an elektromagnetischer Strahlung auf uns zuschicken, wovon wir mit unseren Augen nur einen Ausschnitt erfassen können, eben das sichtbare Licht.

Das Intensitätsmaximum der von der Sonne ausgestrahlten elektromagnetischer Strahlung liegt genau im Bereich dieses sichtbaren Lichts, wie man in Standard Lehrbücher nachlesen kann. Daher scheint es kein Zufall, dass die biologischen Organismen auf unserem Planeten während der Evolution besondere „Antennen“ entwickelt haben, mit deren Hilfe sie das Frequenzspektrum des Lichtes zu ihrem Vorteil nutzen können. Diese empfindlichen Antennen sind unsere Augen geworden.

Da die Sonne der uns am nächsten stehende Stern ist, ist sie die weitaus bedeutendste Quelle der natürlichen Umgebungsstrahlung. Heute geht man davon aus, dass die Sonne ihre Energie durch Kernfusionsreaktionen erhält, welche im Sonneninnern stattfinden, wobei eine riesige Menge an radioaktiver Strahlung freigesetzt wird. Auf dem Weg zum Sonnenäußeren wird die Strahlung abgebremst und in weniger schädliche Strahlung umgesetzt. Dieser Prozess ist an der Sonnenoberfläche soweit fortgeschritten, dass die Sonne ihr Strahlungsmaximum im Frequenzbereich des sichtbaren Lichts hat, mit Komponenten im ultravioletten Bereich und im infraroten Bereich. Dies ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Um die Absorption und Abstrahlung von elektromagnetischer Strahlung zu beschreiben, benutzt die heutige Physik unter anderem den Begriff des sogenannten idealen Schwarzen Körpers, der die auf ihn treffende elektromagnetische Strahlung bei jeder Wellenlänge vollständig absorbiert. Er dient als Grundlage für theoretische Betrachtungen und praktische Untersuchungen elektromagnetischer Strahlung.

Die Strahlung der Sonne (orange unterlegte Kurve im Bild) ähnelt der eines idealen Schwarzen Körpers mit einer Temperatur von etwa 5.900 K (gelb unterlegte Kurve).

Daneben werden aber auch andere Teile des elektromagnetischen Spektrums ausgesandt, wie Röntgenstrahlung und Radiowellen, die beide außerhalb des Darstellungsbereichs des Bildes liegen. Sie werden hauptsächlich in der Korona erzeugt, wo teilweise viel höhere Temperaturen als an der Sonnenoberfläche vorliegen. Dazu kommen weiterhin auch Materieteilchen, wie Protonen und Elektronen. Vor allem in Zeiten, in denen die Sonne nicht ruhig brennt, sondern viele Sonnenstürme aufweist, wird vermehrt Strahlung in den nicht-sichtbaren Bereichen ausgesandt.

Die von der Sonne ausgesandte Strahlung wird durch die Erdatmosphäre gefiltert, bevor sie auf der Erdoberfläche ankommt. Dieser Effekt ist stark von der Wellenlänge der Strahlung abhängig. Die sichtbare Strahlung und bestimmte Teile der Infrarotstrahlung werden ziemlich ungehindert durchgelassen, wohingegen die UV-Strahlung und andere Teile der Infrarotstrahlung fast vollständig gestoppt werden.

Dieses Phänomen der selektiven Durchlässigkeit der Atmosphäre wird auch mit dem Begriff der "Atmosphärischen Fenster" ausgedrückt. Man unterscheidet zwei atmosphärische Fenster, das „erste“ und das „zweite“. Die obige Abbildung zeigt den Frequenzbereich des ersten atmosphärischen Fensters, welches die Strahlung des sichtbaren Lichts und des nahen Infrarots durchlässt. Das zweite wird auch „Radiofenster“ genannt und lässt Wellenlängen zwischen etwa 3 mm und 30 m durch. Das zweite atmosphärische Fenster passt maßstäblich bei weitem nicht in das Bild des ersten atmosphärischen Fensters, weil die Wellenlängen sehr viel weiter nach rechts gehen würden.

Um trotzdem beide Fenster gemeinsam abbilden zu können, müssen wir eine andere Form der Darstellung benutzen, wobei die horizontale Achse logarithmisch eingeteilt wird (gleiche Abschnitte sind gleiche Faktoren), siehe nächste Abb. Dies hat den Vorteil, dass im gleichen Bild auch noch elektromagnetische Signale, welche in der Erdatmosphäre selber erzeugt werden, gezeigt werden können, die sogenannten „Atmospherics“.

So kommen wir zu drei Hauptbereichen der natürlichen Umgebungsstrahlung [KÖNIG 1986]:

• Erstes atmosphärisches Fenster: sichtbares Licht und nahes Infrarot
• Zweites atmosphärisches Fenster: etwa 10 MHz bis 100 GHz (entspricht 30 m bis 3 mm)
• Atmospherics: etwa 7 Hz bis zu 10 kHz, mit Ausreißern bis in den MHz-Bereich

Ein Teil der Atmospherics wird von den bekannten Schumannwellen oder Schumann Resonanzen gebildet. Sie sind stehende Wellen von elektromagnetischen Schwingungen, welche durch die überall auf Erden vorkommenden Blitzentladungen fortwährend aufrechterhalten werden. Sie haben Frequenzen von etwa 7 bis 30 Hz [KÖNIG 1986, SCHLEGEL 2002].

Mehr zu den diesen Themen finden Sie u.a. im Buch von Dr. S. Kiontke: Physik biologischer Systeme. [KIONTKE 2006].

Brauchen Organismen die natürliche Umgebungsstrahlung?

Diese Frage ist an sich zu einfach formuliert. Über die Strahlung, die durch das erste atmosphärische Fenster eintrifft, wissen wir nur zu gut, dass sie für das ganze organische Leben auf Erden unentbehrlich ist. Sie bringt uns nämlich Licht und Wärme. Ohne diese wäre es dunkel und sehr kalt auf der Erde – so kalt, dass sogar Sauerstoff und Stickstoff gefrieren und als Eisklumpen herumliegen würden und somit nicht für Lebensprozesse nutzbar wären. 

Eine weitere bekannte Wirkung  der Strahlung des ersten atmosphärischen Fensters ist die Vitamin D Produktion der Haut durch die Einwirkung von UV Licht. Die Bildung von Vitamin D findet mit Hilfe von UV-B Licht (Wellenlänge von 290 bis 315 nm) statt (mit einem Maximum bei 295-297 nm). Auch die Bräunung der Haut ist auf die Wirkung von UV Licht zurückzuführen.

Die Frage, die hiernach übrig bleibt ist, ob die natürliche Umgebungsstrahlung noch andere wichtige Wirkungen mit sich bringt und ob die anderen Bereiche (Atmospherics und zweites atmosphärisches Fenster) vielleicht auch irgendwelche Beiträge zu Lebensprozessen liefern. Obwohl sich die Wissenschaft darüber noch uneins ist, gibt es dazu bereits eine Reihe von bemerkenswerten Beobachtungen.

Die erste, bereits erwähnte Beobachtung ist, dass biologische Organismen während der Evolution gerade in dem Frequenzbereich Augen entwickelt haben, in dem sich das Intensitätsmaximum des ersten atmosphärischen Fensters befindet, dem Licht. Hier hat die Natur es geschafft, sich das ihr angebotene Frequenzspektrum zunutze zu machen. Es wird deshalb vielfach vermutet, dass dies nicht nur beim sichtbaren Licht der Fall ist, sondern dass biologische Organismen auch andere Teile der natürlichen Umgebungsstrahlung zu ihrem Nutzen einsetzen. Eine unterstützende Beobachtung ist die auffällige Übereinkunft zwischen der Struktur der Schumannwellen im Hz-Bereich und den unterschiedlichen Rhythmen des EEG's. Dr. König schreibt dazu in seinem Buch "Unsichtbare Umwelt" folgendes: 

Vergleicht man nun die Registrierungen des Alpha-Rhythmus und des Delta-Rhythmus mit den Registrierungen, die man bei der Messung des elektrischen Feldes im ELF-Bereich erhält, so fällt die frappierende Ähnlichkeit jeweils zwischen dem Alpha-Rhythmus des EEG's und den Signalen vom Typ I (Schumannwellen) und dem Delta-Rhythmus und den Signalen vom Typ II (lokale elektrische Feldschwankungen) auf. Selbst für einen Fachmann wäre es zumindest bei der Beurteilung eines relativ kurzen Registrierstreifens schwierig zu unterscheiden, ob es sich um eine Aufzeichnung von Gehirnströmen oder von in der Natur vorkommenden, elektrischen Feldschwankungen handelt.

Wie stark der Einfluss der natürlichen Umgebungsstrahlung im täglichen Leben auf den menschlichen Körper ist, lässt sich nicht leicht einschätzen, weil sie nicht „abgeschaltet“ werden kann. Dies ist der Grund, warum viele Beobachtungen über Phänomene, die bei verstärkten Strahlungsbedingungen auftreten, existieren, aber kaum Beobachtungen über den Einfluss der natürlichen Umgebungsstrahlung unter normalen Bedingungen.

Um diesen letzten Einfluss zu erforschen, braucht man eine experimentelle Vorrichtung, wobei die natürliche Umgebungsstrahlung weitgehend ausgrenzbar sein müsste. Weil der tieffrequente Anteil sehr durchdringend ist, bräuchte man dazu massive Abschirmungen. Eine solche Experimentiermöglichkeit wurde in den 60er Jahren des 20. Jahrhunderts in Andechs in Bayern realisiert. Der dazu gebaute Bunker ist als Andechser Bunker bekannt.

In diesem Bunker wurden jahrelang Experimente durchgeführt. In einem solchen Experiment wurde eine Gruppe von Personen, in elektromagnetisch abgeschirmten Räumen, mit einer anderen Gruppe, in elektromagnetisch nicht abgeschirmten Räumen, verglichen. Verglichen wurden die Tagesperiodik der Aktivitäts-Ruhe-Phasen, der Körpertemperatur, der Kalium- und Kalziumausscheidung mit dem Urin, der Zeitschätzung, der Geschwindigkeit von Kopfrechenaufgaben und der allgemeinen Befindlichkeit.

Nach einem Monat Untersuchungszeit zeigten die Personen in den abgeschirmten Räumen einen 25h- bis 26h-Rhythmus sowie die Desynchronisation der tagesrhythmischen Parameter. Auch die Abweichung der Parameter der einzelnen Personen hatte erhebliche Differenzen. Personen, die einen Monat in nicht elektromagnetisch abgeschirmten Räumen lebten, behielten ihren 24h-Rhythmus bei. Wenn die Personen der abgeschirmten Gruppe wieder unter normalen Verhältnissen lebten, stellten sich die 24h-Periodik und alle Synchronisationsvorgänge wieder ein. Dasselbe wurde auch erreicht, wenn mit einem 10 Hz gepulsten Magnetfeld auf die Personen der abgeschirmten Gruppe Einfluss genommen wurde. [WEVER 1967], [WEVER 1973].

Der Einfluss eines anderen Teils der natürlichen Umgebungsstrahlung wurde von Schienle et al. erforscht [SCHIENLE 1998]. Sie benutzten genau reproduzierte Signale, wie sie bei etwa 10 kHz im Bereich der Atmospherics auftreten und wendeten diese bei einer großen Zahl von Versuchspersonen an. Es wurde immer wieder festgestellt, dass diese Sferics Signale einen deutlichen und anhaltenden Einfluss auf die Struktur des menschlichen EEG Signals haben.

Abschließend kann man feststellen, dass durch solche Experimente gezeigt wird, dass die natürliche Umgebungsstrahlung einen wichtigen Einfluss auf die Rhythmen im menschlichen Körper hat. Weil die natürliche Umgebungsstrahlung aber permanent vorhanden ist, bleibt dieser Einfluss normalerweise unbeobachtet.

Erfahrungen mit erhöhter natürlicher Umgebungsstrahlung

Die Sonne ist kein ruhiges, seit jeher dahinknisterndes Feuerchen. Sie ist voller dynamischer Prozesse mit Schwankungen und Eruptionen die sich auch auf der Erde bemerkbar machen.

Einer dieser dynamischen Prozesse ist die Umkehrung des eigenen Magnetfeldes der Sonne (mittlere Stärke an der Oberfläche etwa 10 Gauss). Der magnetische Nordpol wird zum magnetischen Südpol und umgekehrt. Diese Umkehrung nennt man Polsprung und wiederholt sich in Perioden von etwa 11 Jahren. Bis der Vorgang des Polsprungs abgeschlossen ist, können einige Jahre vergehen.

In der Zeit des Polsprungs treten lokal vermehrt Bereiche mit viel höheren magnetischen Feldstärken auf. Davon zeugen die sogenannten Sonnenflecken. Dies sind kühlere Bereiche an der Oberfläche der Sonne, die deshalb dunkler als der Rest der Oberfläche sind. In diesen Flecken gibt es Magnetfeldstärken bis zu 4.000 Gauss. Die dunkelsten Flecken sind auch die kühlsten und haben die stärksten Magnetfelder.

Während eines Polsprungs ist die Zahl der Sonnenflecken am Größten. Die Sonne brennt zu der Zeit am unruhigsten. Dabei können heftige Gasausbrüche, wie Protuberanzen und Flares auftreten. Diese Ausbrüche sind als koronaler Massenauswurf oder als Sonnensturm bekannt. Sie verursachen einen vermehrten Teilchenstrom von der Sonne zur Erde unter Zunahme von Polarlichtern und einer vermehrten Abstrahlung elektromagnetischer Strahlung (vor allem außerhalb des Bereichs des ersten atmosphärischen Fensters). Das Erdmagnetfeld wird dadurch zu tieffrequenten Schwingungen angeregt.

Sonnenstürme können unsere hochempfindliche Kommunikationstechnologie stören. Besonders gefährdet sind Telekommunikations-Satelliten oder die Satelliten des Navigationssystems GPS. So störte im Januar 1994 eine Sonneneruption den kanadischen Telekom-Satelliten Anik-E2 fünf Monate lang. Ein besonders heftiger Sturm führte 1989 in Québec zu einer Überlastung des Stromnetzes und verursachte einen 9-stündigen Stromausfall in der Region um Montreal. Bekannt ist die Gefahr bereits seit 1859, als der bisher größte beobachtete Sonnensturm sogar in tropischen Gebieten Polarlichter verursachte und die gerade erst entwickelte Telegraphen-Technik erheblich störte.

Daher ist naheliegend, dass Sonnenflecken und Sonnenstürme, die unsere Technik derart stören können, auch eine Auswirkung auf die lebenden Organismen der Erde haben. Langzeitbeobachtungen haben dabei mehrere Korrelationen zu Tage gebracht. Zu Zeiten erhöhter Sonnenfleckenaktivität werden negativ beeinflusst [DMITRIEVA 2000], [MENDOZA 2004]:

• Herz und Kreislauf
• Atmungsphysiologie
• Lungenfunktion
• Sauerstoffaufnahme
• Blutchemie

Zusätzlich kommt es vermehrt zu:

• Infektionsanfälligkeiten
• Glaukomen
• Epilepsieanfällen
• allgemeinen Krankheitsverschlimmerungen
• Unfällen
• Todesfällen

Es sieht danach aus, dass das Leben auf Erde sich genau dem Niveau der durchschnittlich vorkommenden Menge an natürlicher Umgebungsstrahlung angeglichen hat. Daraus kann man schließen, dass sowohl ein völliges Fehlen, als auch ein Überschuss an natürlicher Umgebungsstrahlung negative Auswirkungen haben kann.