Elektrosmog

Elektrosmog ist ein zusammengesetztes Kunstwort aus Elektro und Smog, das wiederum aus den englischen Wörtern Smoke (Rauch) und Fog (Nebel) entstand. Dabei handelt es sich um elektromagnetische Felder und Strahlung im Lebensumfeld. Der Ausdruck ist bewusst gewählt, um negative Auswirkungen auf Mensch und Umwelt zu implizieren.

In der Öffentlichkeit wird der Begriff auch als Schlagwort in der Diskussion um die eventuelle Schädlichkeit von Mobiltelefonen und Mobilfunksendestationen verwendet. Ein endgültiger wissenschaftlicher Beweis für die Schädlichkeit ebenso wie für die völlige Unschädlichkeit des Mobilfunks, sowie anderweitiger uns umgebender Quellen elektromagnetischer Strahlung steht noch aus. Die Diskussion wird daher zum Teil heftig und emotional geführt.

Grundlagen

Elektromagnetische Felder sind durch ihre Frequenz (wie schnell ändert sich das Feld) und ihre Feldstärke (= Amplitude = Grösse der Schwingung) charakterisiert. Man unterscheidet folgende Arten elektrischer, magnetischer und elektromagnetischer Felder:

Elektrostatisches Feld

Ein elektrostatisches Feld ist ein zeitlich unverändertes elektrisches Feld, welches zwischen einer positiv und einer negativ geladenen Elektrode entsteht. Seine Grösse wird gemessen in Volt pro Meter (V/m). Dipole richten sich in einem elektrostatischen Feld aus und Ladungen (z.B. Elektronen oder Ionen) wandern zu derjenigen Elektrode mit der entgegengesetzten Ladung. Elektrische Felder lassen sich leicht abschirmen (Faradayscher Käfig).

In unserer Erdatmosphäre herrscht ein dauerhaftes, langsam variierendes statisches elektrisches Feld mit einer Grösse von 130 - 270 V/m je nach Wetterlage zwischen Erdboden und höheren Schichten (Ionosphäre).

Aus dem Alltag ist Elektrostatik bekannt durch das "elektrostatische Aufladen" beim Gehen über Kunststoffteppich und der danach erfolgenden Entladung beim Berühren für Metallteilen.

In Wohnräumen mit elektrisch nicht leitfähigen Bodenbelägen (z. B. Laminat) können sich elektrostatische Felder aufbauen. Erkennbar ist dies z. B. an den Staubansammlungen ("Wollmäusen"). Durch das elektrostatische Feld kann es zu einer Trennung der in der Luft in geringer Menge vorhandenen positiv und negativ geladenen Ionen kommen, was von manchen Menschen als Beeinträchtigung des Raumklimas empfunden wird.

Statisches Magnetfeld

Statische Magnetfelder entstehen durch Permanentmagnete oder in der Umgebung von elektrischen Leitungen, die von Gleichstrom durchflossen sind. Die Maßeinheit der magnetischen Flussdichte ist Tesla ( $T$ ).

Um hohe Feldstärken zu erzeugen, kann die elektrische Leitung mit vielen Windungen um einen Eisenkern gewickelt werden. Eine technische Anwendung ist z. B. die Trennung von Eisen- und Nicht-Eisen-Metallen beim Recycling.

Im Alltag begegnet man konstanten Magnetfeldern z.B. in Form des Erdmagnetfeldes (ca 50 $\mu T$ ), in der Nähe der Fahrleitung von gleichstromgespeisten Straßenbahnen (ca 300 $\mu T$ ) oder bei medizinischen Untersuchungen (Kernspintomographie, Grösse der Flussdichten 0,25 bis 3 Tesla).

Niederfrequente elektromagnetische Felder

Niederfrequente Wechselfelder entstehen in der Umgebung von elektrischen Leitungen und Geräten. Hierbei unterscheidet man zwischen den elektrischen Wechselfeldern, die durch den Spannungsunterschied zwischen zwei Leitern oder zwischen einem Leiter und dem Erdboden (bei Hochspannungsleitungen) entstehen, und den magnetischen Wechselfeldern, die durch den Stromfluß in einem Leiter entstehen.

Eisenbahnoberleitungen haben z. B. eine Frequenz von 16 2/3 Hz, Haushaltsgeräte werden in der Regel mit Netzfrequenz von 50 Hz betrieben. Hochspannungsleitungen erzeugen starke elektromagnetische Felder mit der Netzfrequenz. Die auftretenden Feldstärken in der Nähe von Hochspannungsleitungen können ca 1 kV/m für das elektrische Feld und 20 $\mu T$ für das magnetische betragen. Etwas höher liegen die Magnetfelder in der Nähe von Bahnoberleitungen (ca 100 $\mu T$ ). Dies sind ungefähr dieselben magnetischen Flussdichten denen wir bei Betrieb von typischen Haushaltsgeräten (Fernseher, Staubsauger, Haarföhn) ausgesetzt sind, hier liegen die elektrischen Feldstärken unter 200 V/m.

Hochfrequente elektromagnetische Felder, elektromagnetische Strahlung

Höherfrequente Schwingungen (> 100 kHz) in elektronischen Anlagen führen bei geeigneten Antennen zu einer Energieabstrahlung von der Quelle in Form von elektromagnetischen Wellen. Die praktische Anwendung dieses Effekts sind funktechnische Sendeanlagen. Bei Annahme einer punktförmigen Quelle, der Antenne, nimmt die abgestrahlte elektrische Leistung mit dem Quadrat des Abstandes von der Quelle ab. Die wichtigste Messgröße hierbei ist die Energieflussdichte $S$ , gemessen in Watt pro Quadratmeter $W/m^{2}$ oder Mikrowatt pro Quadratcentimeter $\mu W/cm^{2}$ .

Umrechnung:

 $1{\frac {\mu W}{cm^{2}}}=10.000{\frac {\mu W}{m^{2}}}=0,01{\frac {W}{m^{2}}}$

Als elektromagnetische Strahlung bezeichnet man elektromagnetische Felder, die sich im Raum fortpflanzen. Das elektromagnetische Spektrum umfasst alle möglichen Frequenzen (einschließlich Radiowellen, Licht, Röntgenstrahlung etc.).

Elektromagnetische Strahlung besitzt sowohl Wellen- als auch Teilchencharakter. Bei der Wechselwirkung mit Atomen oder Molekülen treten die Teilcheneigenschaften der elektromagnetischen Strahlung in den Vordergrund: Eine elektromagnetische Welle kann Energie nur "paketweise" abgeben, d.h. nur Vielfache einer gewissen Energiemenge: Elektromagnetische Felder sind quantisiert. Diese kleinstmögliche Energiemenge entspricht einem Photon. Die Energie der Photonen ist proportional zur Frequenz der elektromagnetischen Strahlung.

Die Welleneigenschaften hingegen zeigen sich beispielsweise bei der sogenannten Interferenz von Wellen: Aufgrund der starken Richtwirkung der Sendeantennen und der überall auftretenden Abschattungen durch Gebäude und andere Hindernisse ist die Feldstärke bei Mobilfunk-Sendeanlagen lokal sehr ungleichmäßig verteilt. Neben dem Hauptstrahl gibt es viele Nebenkeulen. Diese sorgen für sehr ungleichmäßige Felder im Bereich des Antennenstandortes. Hinzu kommen Reflektionen an Nachbargebäuden. Die direkten Wellen überlagern sich mit den reflektierten Wellen, was an dem einem Standort zur Addierung der Feldstärken und schon wenige Meter oder Zentimeter daneben zur gegenseitigen Auslöschung der Wellen führen kann. Dieses Phänomen tritt auch bei der Verwendung von Mobiltelefonen in Kopfnähe durch Strahlungsreflektionen an der Schädelinnenwand auf (sogenannte hot spots)

Zur abschliessenden Begriffserläuterung: Die Photonenenergie der Strahlung ist bestimmt durch die Frequenz und besagt etwas über die Art der Wechselwirkung mit der Umwelt. Die Energieflussdichte ist die auf eine Fläche auftreffende Strahlungsleistung und besagt etwas über die Grösse dieser Wechselwirkung (=Strahlungsintensität).

Im Alltag auftretende Quellen elektromagnetischer Strahlung

Rundfunksendeanlagen
Fernsehsendeanlagen
Radar (z.B. Flughafen)
Bildschirmgeräte (PC, Fernsehen)
Bürokommunikation (WLAN)
Mobilfunkantennen (GSM)
Mobilfunkantennen (UMTS)
Mobiltelefone

Elektrosmog durch GSM-Mobilfunk

Ein Großteil der Diskussion um Elektrosmog dreht sich um die Wirkungen des Mobilfunks. Dass hierbei zwischen GSM und UMTS bezüglich der möglichen Wirkungen unterschieden werden muss, weil Modulationsverfahren und Signalformen unterschiedlich sind, ist allgemein bekannt. Es wird jedoch meist nicht berücksichtigt, dass es allein bei GSM drei völlig unterschiedliche Formen von Sendesignalen gibt, die bei der Diskussion und bei der Bewertung der Aussagekraft eines Forschungsergebnisses auseinander gehalten werden müssen.

Sendesignale von Mobilgeräten

GSM arbeitet mit einem Zeitschlitzverfahren von acht Zeitschlitzen pro Frequenz. Für ein Gespräch wird einem Teilnehmer ein Zeitschlitz zugewiesen. Somit sendet das Mobilgerät dann nur auf dem zugewiesenen Zeitschlitz nicht jedoch auf den anderen sieben Zeitschlitzen. So entsteht das gepulste Sendesignal mit ca. 217 Pulsen pro Sekunde.

Beim UMTS-Verfahren wird kein Zeitschlitzverfahren benutzt. Das Sendesignal ist nicht gepulst, sondern in Amplitude und Phase in komplexer Weise moduliert (CDMA).

Sendesignale der ersten Sendestufe von Mobilfunkzellen

Jede GSM-Funkzelle hat mindestens eine Sendestufe und oft auch nur diese eine. Auf der Frequenz dieser einen oder ersten Sendestufe muss die Basisstation auf allen acht Zeitschlitzen mit gleicher und konstanter Sendeleistung senden. Dies ist erforderlich, damit Mobilgeräte, die eingeschaltet werden oder in benachbarten Funkzellen sind, das Vorhandensein der Zelle als solche überhaupt erkennen können. Auf Zeitschlitzen, die gerade keinem Gespräch zugeordnet sind, werden Füllsignale gesendet. Somit ist das Sendesignal als Ganzes betrachtet nicht gepulst, sondern es handelt sich um ein Dauerstrichsignal, wie es jeder Radio- und Fernsehsender auch aussendet. Alle Überlegungen und Befürchtungen zu gepulsten EM-Wellen sind hier also fehl am Platze.

Sendesignale der zweiten und folgenden Sendestufe von Mobilfunkzellen

Die zweite und ggf. weitere Sendestufe einer Funkzelle sendet nur bei Bedarf, also wenn mehr Gespräche geführt werden, als Zeitschlitze auf der ersten Sendestufe verfügbar sind. Dies ist in der Regel in der so genannten Hauptverkehrstunde des Tages der Fall (meist später Vormittag und früher Abend). Somit ist das Sendesignal ständigen Veränderungen unterworfen. Wenn ein Gespräch begonnen oder beendet wird, wird einer der Zeitschlitze ein- bzw. ausgeschaltet. Während des Gesprächs wird die Sendeleistung des Zeitschlitzes durch die dynamische Leistungsregelung häufig verändert. Somit führt jedes Gespräch und jede Leistungsregelung zu einer Veränderung der Signalform, ähnlich der Balkenanzeige am Syntheziser einer höherwertigen HiFi-Anlage.

D. h. die zweite Sendestufe kann pulsen, tut dies aber nur während eines geringen Teil des Tages und insbesondere nicht nachts. Die Signalform, also die Form des Pulsens, ändert sich ständig. Dies ist ein wichtiger Unterschied zum Sendesignal des Mobilgerätes. Wichtig nämlich in Bezug auf die mögliche athermische Wirkung; denn es ist genau ein möglicher Effekt bekannt, wie Signale geringer Leistung irgendetwas schädigen könnten und das ist die Resonanz. Wenn es also etwas im Organismus gibt, das durch die Pulsfrequenz der Mobilgeräte von 217 Hz in Resonanz geraten und geschädigt werden kann, dann hat die zweite Sendestufe der Funkzelle aufgrund ihrer ständig wechselnden Signalform wenig "Chancen" die gleiche Schädigung hervorzurufen.

Die Wahrscheinlichkeit für eine Schädigung durch die Funkzelle ist also ungleich geringer, als die durch die Mobilgeräte.

Unterschiedliche Frequenzbereiche bei GSM

Für GSM sind mehrere unterschiedliche Frequenzbereiche standardisiert worden. Zwei hiervon werden in Europa verwendet, nämlich der Bereich um 900 MHz und der um 1.800 MHz. Da die eine Frequenz ungefähr doppelt so hoch ist wie die andere, können Erkenntnisse über die Schädlichkeit oder Unschädlichkeit des einen Frequenzbereichs nicht einfach auf den anderen Frequenzbereich übertragen werden.

Mit den drei in den vorherigen Abschnitten beschriebenen Signalformen und den zwei Frequenzbereichen gibt es also in Summe sechs unterschiedliche Sendesignale, deren mögliche Wirkungen man getrennt betrachten muss.

Wechselwirkungen elektromagnetischer Felder mit biologischer Materie

Niederfrequente elektrische Felder

beeinflussen die räumliche Ladungsverteilung, können daher, bei geeigneter Stärke einen Stromfluss im Körper bewirken.

Niederfrequente magnetische Felder

können bei geeigneter Stärke einen Stromfluss im Körper induzieren.

Hochfrequente elektromagnetische Felder

laufen entweder ohne Einfluss durch Gewebe hindurch, oder werden absorbiert. Im Falle der Absorbtion ist es eine Frage der Energie der Strahlung, welche Form der Absorbtion stattfindet:

Anregung von Atomzuständen, Ionisation
Anregung von Molekülschwingungen
Hochfrequente Verschiebung freier Ladungsträger, Polarisation

Wirkungen auf den Organismus

Es werden folgende Untersuchungsmethoden angewandt

physikalische Methoden (Absortions-, Ionisationsmessungen)
Untersuchungen an Zellkulturen
Tierversuche
Epidemiologische Untersuchungen

unter letztere fallen die Langzeit-Beobachtung der Gesundheit von Bevölkerungsteilen.

Gemäss den im vorigen Abschnitt erwähnten Wechselwirkungen, kann technische Strahlung folgende biologische Wirkungen hervorrufen:

Ionisierende Wirkung der Strahlung
Gewebeerwärmung durch Strahlungsabsorbtion
Intrazelluläre Prozesse durch Strahlungsabsorbtion oder elektrische Felder
Speziell die Veränderung von Seh- und Linsenzellen des Auges durch Strahlungsabsorbtion
Beeinflussung des Hormonsystems durch Strahlungsabsorbtion
Direkte Beeinflussung der biologischen Ströme (Nervensystem, Gehirn) durch Wechselfelder
Speziell Beeinflussung des Herz- Kreislaufssystems
hinzu kommen eventuelle psychologische Wirkungen

Wichtig zu betonen ist, dass ebenfalls eine Unterscheidung zwischen Kurz- und Langzeiteinflüssen zu treffen ist. Während oftmals Einigkeit über Kurzzeitwirkungen herrscht, sind Langzeitauswirkungen infolge der schwierigeren experimentellen Voraussetzungen oftmals umstritten.

Im einzelnen:

Ionisierung: Die technisch verwendeten Frequenzen im Niederfrequenz-, Radiowellen-, und Mikrowellen-Bereich sind mit 10 Hz - 10 GHz noch weit unterhalb der typischen Ionisierungsenergie typischer Moleküle (mind. 800 THz, also mehr als das tausendfache), so dass Erbgutschädigungen oder Schädigungen ähnlich wie die durch UV-Strahlung oder Radioaktivität hervorgerufenen (Sonnenbrand, Krebs), durch diesen Effekt auszuschließen sind.

Gewebe-Erwärmung durch Strahlungsabsorbtion: Im nichtionisierenden Frequenzbereich sorgt die Absorption von Strahlung durch Körpergewebe zu einer Erhöhung der Gewebetemperatur. Diese Art von Erwärmung ist u. a. das Funktionsprinzip von Mikrowellenherden oder auch Infrarot-Heizstrahlern. Die Stärke und der Ort der Erwärmung hängt vom SAR-Wert ab, das ist der Wert der die Eindringtiefe der Strahlung in das Gewebe beschreibt.

Intrazelluläre Prozesse durch Strahlungsabsorbtion

z.B. Membraneffekt

Beeinflussung des Sehsystems durch Strahlungsabsorbtion:

Vermutungen über Grauen Star bislang bei den geringen im Alltag auftretenden Feldstärken nicht betätigt. Gilt bei hohen Feldstärken als möglich.

Beeinflussung des Hormonsystems durch Strahlungsabsorbtion

z.B. Beeinflussung der Melatoninausschüttung

Direkte Beeinflussung des Nervensystems
- Elektrosensibilität ist die (nicht erwiesene) Veranlagung empfindlich auf elektromagnetische Wechselfelder reagieren. Die Symptome können von Unwohlsein bis schwere Schlafstörungen reichen. Wegen widersprüchlicher Studienergebnisse nicht allgemein anerkannt.
- Beeinflussung von Gehirnströmen. Durch die unmittelbare Nähe des Mobiltelefones zum Gehirn besteht die Möglichkeit, dass die hochfrequenten Wechselfelder zu Wechselströmen im Gehirn führen. Da die Neuronen Informationen mittels Spannungen und Strömen transportieren, könnte die Strahlung die Informationsverarbeitung beeinflussen. Diese Auswirkung wird wegen der stark unterschiedlichen Bereiche der Frequenzen der biologischen Prozesse sowie der technisch auftretenden Strahlungsfrequens als unwahrscheinlich erachtet.

Psychologische Wirkungen:Indirekte Auswirkung von Strahlung

z.B. Krankheit durch Angst vor vermeintlich schädlichen magnetischen oder elektrostatischen Feldern

Versuch einer Zusammenfassung der Wirkungen auf den Organismus

Es gibt kein Wirkmodell, das als Grundlage für den geforderten wissenschaftlichen Beweis für gesundheitliche Schädigung derzeit im Alltag verwendeter elektromagnetischer Strahlung gesehen wird. Daher ist man auf groß angelegte epidemiologische Studien angewiesen. Im Bereich Mobilfunk wird die Interphone-Studie der Weltgesundheitsorganisation (WHO) in 13 Ländern gleichzeitig durchgeführt; ihre Ergebnisse werden für 2005 erwartet. Des weiteren gibt es das EMF-Projekt der WHO, welches allgemein die Wirkungen elektromagnetischer Strahlung dokumentiert.

Als vorsichtiges Fazit derselbigen lässt sich sagen: Ein Zusammenhang zwischen technisch im Alltag auftretendender elektromagnetischer Strahlung und Krebserkrankungen oder Einflüssen auf Schwangerschaften konnte bislang nicht bestätigt werden, so dass, wegen der grossen Anzahl von Untersuchungen in diesem Bereich davon ausgegangen werden kann, dass eventuell vorhandene Auswirkungen äusserst gering sein müssen. Das Feld Elektrosensitivität, Beeinflussung der allgemeinen Befindlichkeit entzieht sich derzeit einem abschliessenden Urteil.

Grenzwerte

In Deutschland ist der Schutz der Bevölkerung vor elektromagnetischen Feldern und Strahlung durch die frequenzabhängigen Grenzwerte aus der 26. Verordnung zum Bundes-Immissionsschutzgesetz geregelt. Sie beruhen auf Empfehlungen der Strahlenschutzkommission beim Bundesminister für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit sowie auf denen der International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection(ICNIRP) und orientieren sich allein an den thermischen Effekten der Strahlung. Beispielsweise muss die Feldstärke von Mobilfunk-Sendeanlagen der Frequenz 900 MHz unter 41,25 V/m (bzw. 0,11 A/m oder 4,5 W/m^2) bleiben. Für Haushaltsgeräte wie z. B. Handys gelten weitere Grenzwerte bezüglich der abgestrahlten Leistung. Die Einhaltung der Grenzwerte wird vom Bundesamt für Strahlenschutz überwacht. Technische Messungen obliegen der Regulierungsbehörde für Telekommunikation und Post (RegTP) und den kommunalen Ordnungsbehörden. Der Schutz von Arbeitnehmer ist in der Unfallverhütungsvorschrift BGV B11 geregelt.

In der Schweiz existiert die Verordnung über den Schutz vor nichtionisierender Strahlung, welche die Immissionen vorsorglich begrenzt. Für die GSM-Frequenz 1.800 MHz gilt ein Grenzwert von 58 V/m für ungepulste Strahlung (Sendemasten).

Es gibt eine ganze Reihe Empfehlungen für Grenzwerte, die sich nicht ausschließlich an den erforschten thermischen Wirkungen orientieren. Sie kommen von Vereinigungen und Strömungen, die der Mobilfunktechnik kritisch gegenüberstehen und Gefahren im Bereich der gültigen Grenzwerte vermuten. Sie geben deshalb eigene Vorsorgewerte heraus.

BUND 1997 für HF-Felder im 900MHz Bereich: 0,045 µW/cm² = 450 µW/m² (Info aus Handbuch aaronia.de: HF-Detektor II)
BUND 1997 für HF-Felder im 1800MHz Bereich: 0,090 µW/cm² = 900 µW/m²
ECOLOG-Empfehlung 2003 für UMTS/E-Netz/D-Netz (900MHz-2100MHz): 0,3 µW/cm² = 3000 µW/m²
ECOLOG-Empfehlung für WLAN-Belastung an Arbeitsplätzen: 0,1µW/cm² = 1000 µW/m²
Oekotest 2001: < 10 µW/m² = geringe Belastung, 10-100 µW/m² = mittlere Belastung, >100 µW/m² = hohe Belastung
das Nova-Institut hat wichtige Grenzwerte und Vorsorgwerte zusammengefasst

Schutzmaßnahmen

Zum Schutz vor Elektrosmog werden verschiedene Maßnahmen angeboten. Etliche unseriöse Anbieter nutzen die Unsicherheit und Hysterie besorgter Bürger aus und verkaufen wirkungslose Schutzeinrichtungen.

Grundsätzlich gilt:

elektrische Felder können durch geeignete Metallkonstruktionen abgeschirmt werden (Faraday'scher Käfig)
magnetische Felder lassen sich kaum abschirmen (MU-Metall).
scheinbar massiv erscheinende Trennwände (Beton) sind insbesondere für niederfrequente elektromagnetische Wellen keine wirksame Abschirmung.
Verringerung der Spannung (beispielsweise durch Niedervolt-Halogen-Beleuchtungen) bei gleicher Leistung verringert zwar das elektrische Feld, erhöht jedoch zugleich den Strom und somit das magnetische Feld.

Weblinks

Offizielle Quellen

Informative Seiten

Siehe auch

Elektromagnetische Verträglichkeit - ionisierende Strahlung