Elektrosmog. Man könnte doch meinen, zu diesem Thema sei schon längst alles gesagt worden. Die Idee, dass die elektromagnetischen Felder, die wir im Alltag verwenden, den Menschen beeinflussen, wird von vielen Menschen als Unsinn abgetan. Aber warum genau können wir sagen, dass wir von diesen Feldern unbeeinflusst bleiben? Was sagen Physik und Biologie dazu? Brauchen wir wirklich 500 Meter Abstand zu Mikrowellen, wenn wir überleben wollen? Die Antworten gibt es hier.

Gibt es einen naturwissenschaftlichen Begriff, der emotional stärker aufgeladen ist als das Wort „Strahlung“? Vermutlich nicht. In der allgemeinen Wahrnehmung ist Strahlung prinzipiell gefährlich, vielleicht auch radioaktiv. Licht ist aber ebenfalls Strahlung. Die Wärme der Heizung ist Strahlung. Und auch die Mikrowelle strahlt. All diese Effekte – von der radioaktiven Strahlung bis hin zu den Funkwellen, die wir in unserem Alltag verwenden – sind Teil des elektromagnetischen Spektrums.

Wir werden gleich sehen, welche Wirkung elektromagnetische Strahlung auf Gewebe hat. Vorher allerdings ein kleiner Disclaimer:

In diesem Beitrag soll es darum gehen, über die vermeintlichen Effekte von Elektrosmog aufzuklären. Eine umfassende, biophysikalische Einführung in das Thema ist natürlich nicht möglich, also wird an allen Ecken und Enden vereinfacht. Zwei Missverständnisse möchte ich aber direkt am Anfang ausräumen.

1.) Ich werde häufig entweder von elektrischen oder magnetischen Feldern sprechen, je nachdem, welche Effekte wir gerade betrachten. Diese Felder existieren aber nur gemeinsam. Kein Magnetfeld ohne elektrisches Feld. Schreibe ich also, dass Magnetfelder den Körper durchdringen, heißt das nicht, dass sie sich weiter in den Körper bewegen, als es das korrespondierende elektrische Feld tut. Magnetfelder wirken aber auch dort, wo elektrische Felder es vielleicht nicht tun.

2.) Elektromagnetische Felder und deren Wirkung sollten nicht gleichgesetzt werden mit dem Fließen eines Stroms, wie es z.B. in der Steckdose passiert.

Das elektromagnetische Spektrum

 

Der kleine Regenbogen in der Mitte, das ist unser sichtbares Licht. Zusammengesetzt aus vielen verschiedenen Farben. Jede Farbe des sichtbaren Lichts unterscheidet sich von seinen Nachbarn durch seine Wellenlänge und seine Frequenz. Die Wellenlänge ist die räumliche Ausdehnung der elektromagnetischen Welle. Sie schwankt über riesige Bereiche und wird häufig irgendwo zwischen Kilometern und Nanometern angegeben (in der Physik auch gerne in Ångström oder Femtometern) und bezeichnet die räumliche Ausdehnung einer Welle. Die Frequenz wird in Hertz angegeben und bezeichnet die Rate, mit der die Welle pro Sekunde schwingt. 50 Hertz bedeuten also, dass eine Welle 50-mal pro Sekunde schwingt. In der Elektrotechnik wird die Frequenz genutzt, um zu beschreiben, die oft ein Strom in der Sekunde die Richtung wechselt. Der Wechselstrom, den wir aus der Steckdose holen, wechselt also mit einer Frequenz von 50 Hertz genau 50-mal pro Sekunde die Richtung. Stellen wir uns die elektromagnetischen Felder als Welle vor, bewegen sie sich gleichförmig durch den Raum. Die Frequenz ist hier definiert als die Zeit die es benötigt, bis eine Wellenlänge sich über einen bestimmten Streckenabschnitt bewegt hat.

Schauen wir uns das Diagramm links vom sichtbaren Licht an, betreten wir den Bereich der ionisierenden Strahlung, beginnend mit dem UV-Licht. Diese Strahlung besitzt so hohe Frequenzen und so geringe Wellenlängen, dass die Energie ausreicht, Materie zu durchdringen und chemische Bindungen zu knacken. Passiert das in unseren Zellen, besteht die Gefahr, dass sich DNA-Stränge trennen und bei der Reparatur (oder nicht erfolgten Reparatur) Mutationen entstehen, die schlimmstenfalls zu Krebs führen können.

Auf der rechten Seite unseres sichtbaren Lichts findet sich die Infrarot- oder Wärmestrahlung. Gehen wir weiter nach rechts finden wir die elektromagnetische Strahlung, die wir zur Kommunikation verwenden. Hier sind die Wellenlängen groß und die Frequenzen gering. 50 Hertz klingt für den Alltag nach einer ziemlich Großen Schwingungsrate, ist aber klein im Vergleich zu den 100 Billionen Schwingungswiederholungen, die unser sichtbares Licht pro Sekunde durchführt. Die niedrige Frequenz führt hier auch zu sehr großen Wellenlängen, die im Bereich von Millimetern (Mikrowellen) bis zu Kilometern (Funkwellen) liegen. Damit breiten sich elektromagnetische Wellen hervorragend über einen sehr großen Bereich aus, was sie ideal für unsere Kommunikation machen. Und da sich die Energie der Welle über eine so große Fläche verteilt, und nicht – wie bei der ionisierenden Strahlung – auf einen Punkt konzentriert ist, kann diese Strahlung keine chemischen Bindungen aufbrechen.

Da es in diesem Beitrag um Elektrosmog gehen soll, werden wir uns auch nur auf die Strahlung mit Frequenzen unterhalb des sichtbaren Lichts konzentrieren, also auf die Anwendungen, die man allgemein mit Niederfrequenter und Hochfrequenter Strahlung bezeichnet.

Niederfrequente Felder sind solche in der Größenordnung von etwa 100 Hertz, Hochfrequente Felder decken den Bereich von einigen Kilohertz (1000 Hertz, bzw. 10^3 Hertz), bis zu einigen Gigahertz (1 Milliarde Hertz, bzw. 10^9 Hertz) ab.

Nachdem klar ist, welche Frequenzen wir in diesem Artikel betrachten, müssen wir die Frage beantworten, wie man Ströme und alle damit verbundenen Größen misst.

Volt, Ohm und Ampere

Beginnen wir mit dem Widerstand, der in Ohm gemessen wird. Der Widerstand ist eine materialspezifische Eigenschaft. Definiert ist der Widerstand als die Spannung (Volt) die anliegen muss, um einen bestimmten Strom zu transportieren. Also ist die Spannung nichts anderes als das Vehikel, das verwendet wird, um den Widerstand zu überwinden. Je stärker das Vehikel ist, desto leichter wird der Widerstand überwunden. Der Strom, der in Ampere gemessen wird, sind die Insassen des Vehikels. Die Leistung ist jetzt das Produkt aus Strom und Spannung. Sie gibt den Energieumsatz innerhalb einer bestimmten Zeitspanne an und wird in Watt gemessen. Eine andere Darstellung für Volt, Ampere und Ohm ist diese:

Warum der Abstand wichtig ist: Feldstärken kann man messen

Jetzt wo klar ist, um welche Strahlung es gehen soll, müssen wir Möglichkeiten einführen, unterschiedliche Intensitäten dieser Strahlung zu vergleichen. Wir müssen sie messen. Dafür werden in der Physik in erster Linie Volt/Meter (V/m) genutzt, um die Stärke eines elektrischen Feldes zu beschreiben. Die Stärke eines Magnetfeldes wird in erster Linie durch die sogenannte magnetische Flussdichte beschrieben und ihre Einheit ist das Tesla (T).

Ein Tesla ist eine Einheit, die in dieser Größe nicht auf der Erde vorkommt. Ein Volt ist hingegen eine kleinere Einheit. Um nicht ständig über 1000000 Volt oder 0,0000001 Tesla zu reden, führen wir einige Einheitenpräfixe ein. Als Beispiel verwenden wir Tesla, die Präfixe gelten analog aber natürlich auch für Volt (und alle anderen Maßeinheiten):

Ein Kilotesla (kT) entspricht 1000 Tesla.
Ein Megatesla (MT) entspricht 1 000 000 Tesla.
Ein Gigatesla (GT) entspricht 1 000 000 000 Tesla.

Analog dazu gelten folgende Präfixe für kleinere Vielfache:

Ein Millitesla (mT) entspricht 0,001 Tesla, also einem Tausendstel Tesla.
Ein Mikrotesla (µT) entspricht 0,000 001 Tesla, also einem Millionstel Tesla.
Ein Nanotesla (nT) entspricht 0,000 000 001 Tesla, also einem Milliardstel Tesla.

Wenn wir elektromagnetische Felder messen wollen, ist der Abstand zur Strahlenquelle extrem wichtig. Denn, je weiter wir uns von ihr entfernen, desto geringer sind die messbaren Feldstärken. Das Nachlassen der Feldstärken folgt dem Gesetz des sogenannten Abstandsquadrats.

Im Klartext bedeutet das folgendes:
Habe ich eine Strahlenquelle (S) und entferne mich um eine bestimmte Strecke (r) von dieser Strahlenquelle, so bekomme ich eine bestimmte Menge Strahlung ab. Angedeutet wird dies durch das Feld, das von 9 Strahlen durchdrungen wird. Verdopple ich diesen Abstand (2r), benötigt es schon 4 Felder, um die 9 Strahlen aufzufangen. Jedes Feld bekommt nun weniger Strahlung ab. Wenn ich den Abstand verdreifache (3r), braucht es schon 9 Felder, um die Strahlung abzufangen, aber gleichzeitig sinkt die Strahlenbelastung jedes Feldes auf 1/9 der Ausgangsbelastung. Und dieses Spiel könnte man weiterspielen. Bei einer Vervierfachung des Abstands beträgt die Belastung eines jeden Feldes nur noch 1/16, bei einer Verfünffachung nur noch 1/25 usw.
Der Abstand zur Strahlenquelle ist also deshalb von so großer Bedeutung, weil die Strahlenbelastung auf den Körper schon bei kleinen Verbesserungen des Abstands enorm nachlässt. Es ist also nicht nur wichtig, die Stärke der elektrischen und magnetischen Felder zu messen, sondern ebenfalls die Frage zu stellen, welche Entfernung man zur Quelle dieser Felder einhalten kann.

Zellen sind Isolatoren. Und Nervenfasern sind träge

Nachdem wir nun einen kleinen Physik-Crashkurs hingelegt haben, müssen wir noch über ein paar wichtige biologische Aspekte sprechen, die für das Verständnis von elektromagnetischer Strahlung im Körper relevant sind.

Zunächst wollen wir kurz den Aufbau der Zellmembran besprechen. Im Wesentlichen besteht die Zellmembran aus einer sogenannten Lipiddoppelschicht. Lipide sind im allgemeinen Sprachgebrauch als ‚Fette‘ bekannt. Vereinfacht gesagt zeichnen sich Fette dadurch aus, dass sie in Wasser unlöslich sind und sich nur in Substanzen wie Öl oder anderen organischen Lösungsmitteln gut lösen.

Die Lipide, die bei Menschen und Tieren die Zellmembran bilden, verfügen über eine Besonderheit. Sie sind sowohl in Wasser als auch in Fett löslich. Verantwortlich dafür ist die Struktur der Lipide. Die lange Kette aus Kohlenstoffatomen (im nächsten Bild orange dargestellt), ist unpolar und damit nicht wasserlöslich. Der Kopf der Lipide (rot) ist hingegen polar und löst sich somit im Wasser.

Gebe ich diese Lipide also in Wasser, werden sie den Regeln der Thermodynamik folgen und einen energetisch günstigen Zustand annehmen. Die unpolaren Schwänze der Lipide streben vom Wasser weg, lagern sich also zusammen, während ihre polaren Köpfe zum Wasser hinstreben, sich also in diese Richtung orientieren. Energetisch ist es am günstigsten, wenn sich nun unpolare Lipidschwänze an andere Lipidschwänze anlagern und die Doppelschicht entsteht. Durch diese Anordnung des polaren Kopfes, der Strom leitet, den beiden unpolaren Schwänzen, die keinen Strom leiten und dem letzten polaren Kopf wird die Zellmembran zu einem hervorragenden Isolator. Dies ist auch nötig, da die elektrochemischen Vorgänge innerhalb der Zelle nicht unbeabsichtigt andere Zellen beeinflussen sollen. Die Isolationsfähigkeit von Zellmembranen ist bemerkenswert. Ohne Ionenkanäle wäre eine reine Lipiddoppelschicht ein Isolator mit einem Widerstand von hundert Millionen Ohm/cm^2.

Dieser hohe Wert überrascht erstmal, aber er ist dringend nötig. Möchte man sich der Feldstärke an der Zellmembran annähern, verwendet man das Konzept des Plattenkondensators. Die Feldstärke ist definiert über Volt/Meter, also Spannung pro Abstand. Wie weit sind die Köpfe der Lipiddoppelschicht voneinander entfernt? Etwa 2 Nanometer (nm). Die Spannung über der Membran beträgt etwa 200 Millivolt (mV). Die Feldstärke über der Membran liegt also bei etwa 10 Millionen Volt pro Meter.

Ohne weitere Einordnung klingen diese Werte so, als würden sich in unserem Körper stärkere Effekte abspielen als wir im Inneren von Gewitterwolken finden. 10 Millionen Volt pro Meter illustrieren vielmehr die bemerkenswert stabile Struktur, die unsere Zellen ausmacht. Wir dürfen nicht vergessen, dass die obige Rechnung eine Annäherung ist. Die Realität verhält sich ein wenig komplizierter. Betrachten wir eine Zelle:

Bringen wir diese Zelle nun in ein Spannungsfeld. Die genaue Voltzahl ist hierfür irrelevant.

Da die Zellmembran als Isolator fungiert, kann kein Strom durch die Membran fließen. Trotzdem kann das elektrische Feld eine kleine Ladungsverschiebung bewirken. Ein Teil der geladenen Teilchen wandert nun an eine Seite der Zellmembran, der Rest an die entgegengesetzte Seite. Die geladenen
Teilchen verfügen ebenfalls über ein elektrisches Feld (wie jedes Teilchen). Dieser Effekt nennt sich Influenz.

Nun kommt es durch das elektrische Feld der Ladungen auf der Innenseite der Zelle (hier: Links) zu einem Absinken der Feldstärke, die von außen angelegt wurde. Auf der gegenüberliegenden Seite (hier: Rechts) kommt es dann wieder zu einem Anstieg.  Die Ladungstrennung im inneren der Zelle neutralisiert das Feld, das von außen angelegt wurde weitestgehend und sorgt dafür, dass das Innere der Zelle nicht vom äußeren elektrischen Feld beeinflusst wird. Auch wenn ein elektrisches Feld angelegt wird, arbeitet die Zelle ungestört weiter. Bei Feldern, die durch Wechselstrom verursacht werden, also ebenfalls mit einer bestimmten Frequenz schwingen, wird die Membran durchlässiger. Der Widerstand sinkt. Der Anstieg der Wechselspannung erhöht die sogenannte Durchlässigkeit der Zelle. Ionen und Moleküle können somit leichter in die Zelle hinein bzw. aus ihr hinaus. In der Gentechnik wird diese Methode verwendet, um fremdes Genmaterial in die Zelle zu schleusen, aber auch in der Krebsforschung erhofft man sich durch diesen Mechanismus die Möglichkeit, Medikamente effektiver in den Tumor zu bringen. Der zugrundeliegende Mechanismus ist noch nicht genau bekannt, es gibt aber diverse Arbeitshypothesen. Nun könnte man sagen: „Aha! Da haben wir doch den Mechanismus, mit dem die Strahlung unserem Körper schadet!“. Damit die Durchlässigkeit erhöht wird, sind aber diverse Faktoren vonnöten. Wichtig ist, dass Spannung und Frequenz stimmen. 

Durch verschiedene Versuche an Zellkulturen (z.B. Lymphozyten) weiß man, dass sich Frequenzen im Bereich von 1-100 Hz mit einer Spannung von 100-500 Volt eignen. Bei Leberzellen sind Frequenzen von 50 Hz und 20 Volt bekannt und für Neuronen werden Frequenzen von 100 Hz bei Spannungen von 1400 V verwendet. Diese Werte sind darauf ausgelegt, in Zellkulturen zu funktionieren und die beste Mischung aus teilungsfähigen Zellen und erfolgreicher Integration des Erbgutes zu ermöglichen. Von daher wäre eine Elektroporation auch bei geringeren Feldstärken statistisch möglich. Aber auch geringere Feldstärken müssen direkt an der Zelle anliegen, nicht in irgendeinem elektrischen Feld, durch das sich unser Körper bewegt. Wir werden gleich sehen, wie hoch die Feldstärken im Körper sind, die von elektromagnetischen Feldern außerhalb des Körpers erzeugt werden. Diese liegen um mehrere Größenordnungen unterhalb von 1 Volt. 

Zudem können nicht beliebig hohe Frequenzen zur Elektroporation verwendet werden. Irgendwann laufen die Frequenzen auf einen Sättigungswert zu, bei dessen Überschreitung keine Effekte mehr zu sehen sind. Zudem ist der Effekt reversibel. Schaltet man den Strom ab, wird die Zelle auch nicht mehr durchlässig. Die Durchlässigkeit der Zellmembran ist bei den Frequenzen, die in unserem Alltag verwendet werden, kein Faktor, der uns Sorgen bereiten müsste. Die Sättigungsfrequenzen sind im Bereich von Hertz bzw. Kilohertz zu erwarten. Beispielsweise liegen W-Lan-Frequenzen im Bereich von Gigahertz und stehen somit oberhalb der Sättigungsfrequenzen der Zellen.

Wie Nerven ihre Reize leiten

Da es im Rahmen dieses Beitrags auch um die Frage gehen soll, ob Nervenzellen von elektromagnetischen Feldern beeinflusst werden können, müssen wir uns der Frage widmen, wie Nervenzellen Signale übertragen.

Damit eine Nervenzelle „feuert“, muss eine bestimmte Spannung auf sie wirken. Dabei ist wichtig, dass diese Spannung einen bestimmten Schwellenwert überschreitet. Eine Nervenzelle existiert nur in zwei Zuständen. An oder aus. Entweder sie feuert oder sie feuert nicht. Es ist ein binärer Zustand. Egal welche Spannung an der Zelle anliegt, wenn er zu gering ist, um die Zelle zum Feuern zu bringen, wird sie es auch nicht tun und ganz normal funktionieren. Wenn der Reiz aber ausreicht, um die Zelle zu aktivieren, dann feuert sie, egal wie groß der Reiz ist. In der nachfolgenden Grafik ist dies dargestellt. Wenn der Reiz den Schwellenwert übersteigt, feuert die Zelle. Und auch nur dann.

Zudem kann eine Nervenzelle nicht endlos feuern. Sie benötigt immer wieder kurze Regenerationszeiten, um ihr Gleichgewicht wiederherzustellen. Und genau das macht unseren Haushaltsstrom so gefährlich. Denn seine Frequenz von 50 Hz ist beinahe die optimale Frequenz, um Zellen anzuregen und ihnen gleichzeitig genügend Zeit zur Regeneration zu lassen. Daher verkrampft die Muskulatur auch, wenn man die Hand nicht schnell genug von der Steckdose entfernt. Steigt die Frequenz weiter, nimmt die Empfindlichkeit unserer Zellen für den Strom schnell ab, unsere Nerven sind einfach zu träge, um der großen Frequenz zu folgen. 

Aber anstatt etwas über das Aktionspotential von Zellen zu lesen, warum lassen wir nicht den Mann zu Wort kommen, dessen Forschung uns dieses Feld eröffnet hat und der für diese Leistung mit einem Nobelpreis geehrt wurde?

Elektrische Felder

 

Diese Grafik präsentiert einige durchschnittliche Feldstärken, denen wir im Alltag ausgesetzt sind. In einer Gewitterwolke finden wir Feldstärken in der Größenordnung von bis zu 500.000 Volt/Meter, oder 500 kV/m. Hochspannungsleitungen übertragen Strom mit einer Feldstärke von 380 kV/m. Unsere Neuronen arbeiten mit einer Feldstärke im Bereich von etwa 0,07 V/m, also 70 Millivolt (mV). Unser Körper selbst produziert noch andere Quellen für elektrische Felder. Im EKG werden beispielsweise Werte im Bereich von 2mV/m gemessen. Um die Effekte von elektrischen Feldern zu verstehen, ist es aber nicht nur wichtig, ein paar Größen zu kennen, die dabei helfen werden, Messwerte einzuordnen. Es ist auch nötig, über elektrostatische Aufladung zu reden. Laufen wir mit Wollsocken über einen Teppich, laden wir uns elektrostatisch auf. Berühren wir einen Leiter (z.B. einen anderen Menschen), führt das zu einer spürbaren Entladung. Berühre ich aber z.B. eine Heizung, die ebenfalls elektrisch leitet, während ich über den Teppich gehe, kann sich keine elektrostatische Aufladung aufbauen. Dieses Wissen ist zum Verständnis des folgenden Bildes wichtig.

 

 

Es gibt Dinge zwischen Himmel und Erde, Horatio, von denen sich eure Schulweisheit nichts träumen läßt. Eines dieser Dinge ist das elektrische Feld von der Ionosphäre zum Erdboden. Angedeutet werden solche Felder durch Pfeile, welche die Richtung des Feldes widerspiegeln. Die Stärke dieses elektrostatischen Feldes beträgt (je nach Wetterlage) zwischen 100 und 300 V/m. Aus unserer Steckdose kommen 230 Volt. Unser Körper müsste also enormen elektrischen Feldstärken ausgesetzt sein. Warum spüren wir sie nicht?

Hier kommt die Information aus dem letzten Absatz ins Spiel. Die Körperoberfläche ist ein guter Leiter. Bevor sich die elektrostatische Aufladung ausbildet, haben wir sie bereits in Richtung Erdboden abgeleitet, bevor sie in unseren Körper eindringt. Andernfalls würde die Spannung ausreichen, um unsere Nerven zu reizen und unser Herz zu beeinflussen. Bei ausreichend hoher Luftfeuchtigkeit kann sich die Aufladung sogar noch schneller ableiten. Strenggenommen sind die elektrischen Felder, die wir durch Hochspannungsleitungen und Steckdosen jagen nicht statisch. Mit einer Frequenz von 50 Hz handelt es sich um Wechselstrom. Allerdings ist die Frequenz so gering, dass wir diese Felder noch als statisch, oder Niederfrequent betiteln.

Quellen für Magnetfelder

 

 

Magnetfelder interagieren nicht auf die gleiche Weise mit Gewebe, wie es elektrische Felder tun. Magnetfelder durchdringen das Gewebe und interagieren mit diesem nur unter bestimmten Umständen. Um die Auswirkungen von Magnetfeldern zu erkennen, vergleichen wir die stärksten Magnetfelder die wir erzeugen mit denen, denen wir in der Natur ausgesetzt sind. Die stärksten Magnetfelder finden wir in MRTs. Meist handelt es sich um Feldstärken im Bereich von 1 Tesla. Moderne Anlagen schaffen aber gerne magnetische Feldstärken bis zu 7 Tesla. Viele Menschen, die in ein MRT hinein- bzw. aus ihm herausgefahren werden, beschreiben verschiedene Effekte. Einige sehen Lichtblitze, andere haben einen metallischen Geschmack im Mund und wieder anderen wird dabei leicht schwindelig. Diese Effekte bauen darauf auf, dass sich elektrische Leiter in einem Magnetfeld bewegen. Diese Bewegung induziert sogenannte Wirbelströme. Die Ströme, die so verursacht werden, können bei bestimmten magnetischen Feldstärken stark genug sein, um Nerven zu reizen. Die so entstandenen Effekte sind allerdings nur von kurzer Dauer und bessern sich bereits in dem Moment, in dem man komplett in das MRT gefahren wurde und still liegt. Oder selbiges verlassen hat.

Andere Magnetfelder, die uns im Alltag begegnen sind um den Faktor 1 Millionen kleiner als ein Magnetfeld mit der Stärke von 1 Tesla. Beispiele hierfür sind das Erdmagnetfeld mit 50 µT (Mikrotesla, ein Millionstel Tesla), dem Magnetfeld des Herzens von 0,01 µT oder den Magnetfeldern, die von elektrischen Geräten abgestrahlt werden und die sich ungefähr im Bereich von 0,1-20 µT bewegen.

Verglichen mit der hohen Feldstärke von 1 Tesla sind die nachgewiesenen Effekte eher schwach. Dass uns selbst ein so starkes Magnetfeld durchdringen kann, ohne großartig mit unserem Körper zu interagieren, liegt an der magnetischen Permeabilität.

Wir alle kennen den Begriff der Leitfähigkeit, der angibt, wie gut ein bestimmter Stoff Strom leitet. Häufig weniger bekannt, ist das magnetische Äquivalent hierzu. Die magnetische Permeabilität beschreibt (extrem stark vereinfacht) die Bereitschaft eines Stoffes, sich magnetisieren zu lassen.

Stoffe wie Eisen verfügen über eine hohe Permeabilität und interagieren mit dem Magnetfeld. Im Gegensatz dazu durchdringt das Magnetfeld Stoffe wie Wasser quasi ohne Interaktion. Daher sind hohe Feldstärken nötig, wie sie z.B. in MRTs auftreten, um im Körper Effekte zu erzeugen.

Insbesondere das Verhalten diverser Zellen und Körperteile wurde in Abhängigkeit von mäßigen bis sehr Starken Magnetfeldern untersucht. Bei der Untersuchung von Nervenzellen bei 1,2 T wurde kein Einfluss auf die Weiterleitung von Nervenreizen festgestellt. Gleiches gilt für das Transmembranpotenzial und Transmembrane Ströme, die wir im Abschnitt über Zellen im elektrischen Feld kennengelernt haben.

Eine Wirkung von statischen Magnetfeldern wird auch durch ihren angeblichen Einfluss auf die Durchblutung postuliert. Immerhin befinden sich im Blut genügend gelöste Ionen, also geladene Teilchen, die auf so ein Magnetfeld reagieren könnten. Könnten ist hier das Zauberwort. Denn bei Experimenten, die solche Einflüsse nachweisen sollten, konnten keine Effekte gefunden werden.

Auch dem Herzen wird eine Sensitivität für statische Magnetfelder nachgesagt, könnte doch die regelmäßige Kontraktion des Herzmuskels einen Strom induzieren, wenn der Mensch sich dabei in einem Magnetfeld aufhält. Die Idee dahinter ist keine Verletzung des Gewebes, sondern eine – durch die induzierten Ströme ausgelöste – Arrhythmie. Solche Effekte auf den Herzrhythmus lassen sich auch tatsächlich zeigen. Allerdings erst bei magnetischen Feldstärken im Bereich von 8 Tesla. Einem Wert, den wir selbst in einem normalen MRT nicht erreichen. In der Umwelt ohnehin nicht.

Da Magnetfelder in diesem Text eine größere Rolle spielen werden als die elektrischen Felder, schauen wir uns mal an, welche magnetischen Feldstärken unsere Haushaltsgeräte so aussenden:

Zu beachten ist hierbei, dass es sich um eine logarithmische Skala handelt. Die Messwerte steigen also nicht linear ein (1,2,3,4,5 usw.), sondern verzehnfachen sich mit jedem Schritt. Wichtig ist die Größenordnung in denen sich die Felder bewegen, nicht die genauen Werte, die sie bei den jeweiligen Abständen annehmen. Was zu sehen ist, ist die schnelle Abnahme der Feldstärke mit dem Abstand. Betrachten wir beispielsweis den Föhn, sehen wir, dass die Feldstärke bei einem Abstand von 3cm etwa 2000 µT beträgt. Bei einem Abstand von 30 cm ist dieser Abstand bereits auf etwa 7 µT gesunken. Und so verhält es sich auch mit allen anderen Elektrogeräten.

Aber die Stärke elektrischer und magnetischer Felder sinkt nicht nur rapide mit dem Abstand. Auch beim Eintritt in den Körper verlieren die Felder schnell an Intensität.

In dieser Grafik wurden Feldstärken von Wellen im Mikrowellenbereich vor dem Eintritt in das Gewebe auf 1 normiert und anhand von Modellen die Feldstärke beim Durchdringen verschiedener Gewebe berechnet, bis zu einer Eindringtiefe von etwa 1,5 cm. Auch diese Skala verhält sich logarithmisch. Vom Ursprungswert (1) verkleinert sich die Skala mit jedem Schritt um den Faktor 10.
1.E-06 markiert den Wert, bei dem die Stärke der Felder auf ein Millionstel oder 0,000001 des Ausgangswertes gesunken ist.

Gewappnet mit diesem Wissen können wir nun damit beginnen, einige der Mythen rund um Elektrosmog in Angriff zu nehmen.

Hochspannungsleitungen und Leukämie

Obwohl wir bisher einige der behaupteten negativen Effekte von elektromagnetischer Strahlung auf den Körper ausschließen konnten, indem wir die zugrundeliegende Biophysik betrachten, bedeutet dies nicht, dass es keine unbekannten Mechanismen geben kann, über die elektromagnetische Strahlung auf den Körper wirken kann.

1979 erschien eine Studie, die den Anschein erweckte, einen solchen Mechanismus gefunden zu haben. In ihrer Studie mit dem Titel „Electrical wiring configurations and childhood cancer“ erklären die Autoren Wertheimer & Leeper, sie haben einen Zusammenhang zwischen dem Wohnort von Kindern und dem Auftreten von Leukämie gefunden. Die Zahl der Leukämiefälle soll dort am größten sein, wo der Abstand der Wohnungen zu Hochspannungsleitungen am geringsten ist. Hiermit sollte also der erste Entscheidende Hinweis geliefert worden sein, dass die elektromagnetische Strahlung, der wir im Alltag ausgesetzt sind, negative Auswirkungen auf unseren Körper hat.

Da gibt es nur ein paar kleine Probleme. In der Studie selbst hat man nach Menschen im Bundesstaat Colorado (genauer: Im Großraum Denver) gesucht, die zwischen 1950 – 1978 im Alter von unter 19 Jahren an Krebs verstorben sind. Man hat die Geburts- und Sterbeadresse der 328 Probanden besucht und den Abstand zu Hochspannungsleitungen, Transformatoren und ähnlichen Bauelementen notiert. Anschließend wurden die Gebäude – ausgehend vom Abstand zu den Bauteilen – entweder in die Gruppe mit hoher oder niedriger Belastung unterteilt. Fertig.
Da die Studie ausschließlich verstorbene Menschen über einen Zeitraum von 28 Jahren rückblickend betrachtet hat, wurde nicht ermittelt, ob die Betroffenen tatsächlich nennenswerten Feldern ausgesetzt waren. Zudem zeigt sich, dass vermutlich 1/3 der Haushalte der falschen Belastungsgruppe zugeordnet war.

Weiterhin werden die Ergebnisse dieser Studie dadurch getrübt, dass eine ähnliche Studie die Fälle in Rhode Island untersuchte, trotz gleichem Versuchsaufbau die Ergebnisse nicht bestätigen konnte.

Ich könnte nun diverse Arbeiten aufzählen (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9), die den Zusammenhang zwischen Hochspannungsleitungen und Leukämie untersucht und keine, bzw. keine statistisch signifikanten Effekte gefunden haben. Dazu noch einige Metaanalysen, sowie diese umfangreiche Studie des National Research Council der USA. Allerdings existieren ebenfalls einige Metastudien, die zumindest schwache Zusammenhänge zwischen der Exposition in einem Magnetfeld ab 0.4 µT und dem Auftreten von Leukämie bei Kindern gefunden haben wollen. Es stehen sich also sehr unterschiedliche Studienergebnisse Gegenüber. Im Folgenden soll es um die Frage gehen, welche Effekte erklärt werden müssen, wenn man Hochspannungsleitungen mit Leukämie assoziieren will und welche physikalischen Effekte dem im Weg stehen:

Im Allgemein lässt sich sagen, dass bisher kein eindeutiger Zusammenhang zwischen der Exposition in einem Magnetfeld und dem Auftreten von Leukämie im Kindesalter gefunden werden konnte. Die erwähnten Studien, die ein erhöhtes Leukämierisiko ab 0,4 µT zeigen, haben starke Limitierungen. Leukämie tritt bei Kindern glücklicherweise relativ selten auf. Die Inzidenz für Neuerkrankungen liegt bei 3 Fällen pro 100.000 Kindern. Daher ergeben kleine Anstiege der absoluten Fallzahlen bereits einen großen prozentualen Anstieg. Diese geringen Fallzahlen machen es schwer, ein effektives Dosis-Wirkungs-Verhältnis aufzuzeigen, was noch weiter erschwert wird, wenn man bedenkt, dass die Grenzwerte von 0,4 µT lediglich (je nach Studie) bei 0.5 – 3% der Kinder gemessen werden konnten.

Zudem stellen sich einige Fragen zur Entstehung der Leukämie. Zuerst steht die Frage im Raum, warum es ausgerechnet Leukämie ist. Magnetfelder durchdringen den gesamten Körper. Wieso bildet sich scheinbar nur Leukämie aus? Man müsste erwarten, dass andere Zellen mit ähnlich hoher Teilungsrate ebenfalls Tumore bilden. Außerdem bilden sich Tumore nicht einfach so. Es lassen sich bereits vor der Entstehung von Tumoren eine Vielzahl von Mutationen oder Zellschädigungen erkennen, deren Akkumulation in Krebs endet. Wo sind diese Schädigungen? Wenn es diese nicht gibt, welcher Mechanismus sorgt dafür, dass Leukämie entsteht und dabei die bekannten Mechanismen zur Krebsentstehung umgeht? Wenn Magnetfelder tatsächlich Leukämie auslösen, wieso beeinflussen sie weder die Überlebenswahrscheinlichkeit noch das erneute Auftreten der Erkrankung? Und wieso konnte bisher keine dieser Fragen beantwortet werden, obwohl es tausende Studien gibt, die sich den Effekten elektromagnetischer Strahlung auf den Menschen annehmen?

In Situationen, in denen ein vermeintlicher Effekt beobachtet wird, aber keine Erklärung für sein Entstehen vorliegt, kann es nötig sein, auf Tierversuche zurückzugreifen, und die Vielzahl an möglichen Effekten dort zu untersuchen, wo man die Umgebung kontrollieren und störende Faktoren vermeiden kann. Und für die Effekte von elektromagnetischen Feldern auf die Reproduktion und die Entstehung von Krebs sind die Ergebnisse eindeutig. Es werden keine negativen Effekte gefunden. Brent et al 1999 zeigen beispielsweise anhand diverser in vivo Studien die Herausforderungen aber auch die Ergebnisse diverser Tierstudien auf. Diese Ergebnisse werden von einer Bandbreite weiterer Studien unterstützt (Z.B: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7). Die Tierversuchsergebnisse sprechen eine eindeutige Sprache. Sofern die Dauer und die Stärke der Exposition auch nur ansatzweise im Rahmen der Felder liegen, denen Menschen im Alltag ausgesetzt werden, findet man keine negativen Effekte.

Die Studie von Wertheimer und Leeper ist bald 50 Jahre alt. In dieser ganzen Zeit ist es niemandem gelungen, einen soliden signifikanten Nachweis für einen Zusammenhang von elektromagnetischer Strahlung und Krebs zu erbringen. Es ist zu bezweifeln, dass dieser Zusammenhang noch gefunden wird. Ein weiteres wichtiges Argument hierfür findet sich erneut in der Biophysik. Rechnen wir also mal ein wenig:

Direkt unterhalb einer Hochspannungsleitung ist das elektrische Feld 5000 V/m stark. Legen wir diese Arbeit des Physikers R. Adair zugrunde, gehen wir davon aus, dass aus diesem 5000 V/m Feld durch die hohen Widerstände der Körperzellen nur noch ein Feld von 100 µV/m anliegt.

Unter dieser Voraussetzung können wir dieses elektrische Feld mit dem Feld vergleichen, das Moleküle verursachen, die sich zufällig im Körper bewegen. Diese Bewegungen nennt man Brownsche Molekülbewegung und sie entsteht durch die thermische Energie der Teilchen. Diese versetzt sie in zufällige Bewegungen, was bedeutet, dass die Teilchen ungeordnet gegeneinanderstoßen. In seiner Arbeit berechnet Adair eine Größenordnung dieses – von der zufälligen Molekülbewegung verursachten – Feldes im Bereich von 20.000 µV/m. Das entspricht dem 200-fachen des elektrischen Feldes, das direkt unter der Hochspannungsleitung auf den Menschen wirkt. Dabei ist die genaue Größenordnung unerheblich. Selbst wenn wir annehmen, dass Adair den Effekt mit dem Faktor 10 oder sogar 20 zu groß angesetzt hat, finden wir trotzdem erheblich stärkere elektrische Felder im Menschlichen Körper, die von ihm erzeugt werden als solche, die von außen kommen.

In den Leukämiestudien werden aus diesem Grund auch nicht die Auswirkungen elektrischer Felder herangezogen, sondern die Effekte, die magnetische Felder auf den Körper haben. Wie bereits erwähnt, durchdringen magnetische Felder den Körper relativ ungehindert. Bewege ich jetzt ein geladenes Teilchen in einem solchen Magnetfeld (oder bewegt sich das Magnetfeld selbst, z.B. mit einer Frequenz von 60 Hz), entstehen sogenannte Wirbelströme. Direkt unterhalb einer Hochspannungsleitung beträgt die Magnetfeldstärke etwa 5 µT. Die von einem solchen Magnetfeld im Körper verursachten Wirbelströme haben etwa die Stärke von 500 µV/m. Sie sind also etwa 5-mal stärker als die elektrischen Felder, die von der Hochspannungsleitung im Körper induziert werden, aber dennoch knapp 40-mal kleiner als die Feldstärken, die von den zufälligen Molekularbewegungen verursacht werden. Und wir reden hierbei von dem Aufenthalt unmittelbar unterhalb einer Hochspannungsleitung. Erinnern wir uns nun an das Gesetz vom Abstandsquadrat, wird klar, dass schon bei Entfernungen von 50 Metern die elektromagnetische Feldstärke von Hochspannungsleitungen nur noch ein paar Hundert Volt beträgt. Die Effekte im Körper werden also noch geringer ausfallen.

Aber die wichtigste Frage habe ich mir bis zum Schluss aufgehoben:
Warum zur Hölle korreliert der Anstieg von Hochspannungsleitungen in den USA nicht mit dem Auftreten von Leukämie bei Kindern?

Wenn es nun doch zu Leukämieclustern kommen sollte, also Gebieten, in denen die Leukämieinzidenz größer ist als durch puren Zufall zu erwarten wäre, ist es wichtig, alle Faktoren in Betracht zu ziehen. Neben Umweltfaktoren (ich will gar nicht wissen, welche Stoffe in den 1950ern in amerikanischen Wasserleitungen, Wandfarben und Dämmmaterialien zu finden waren) ist auch die Möglichkeit in Betracht zu ziehen, dass die Häufung tatsächlich nur zufällig entsteht. Diese Clustering-Illusion lässt uns Muster im statistischen Rauschen erkennen. Im folgenden Gif wird dies schön illustriert. 10.00 Punkte werden rein zufällig generiert, trotzdem finden sich bestimmte Gebiete mit einer Punkthäufung und solche, in denen weniger Punkte entstehen. Obwohl die Häufung der Punkte klar zu sehen ist, folgt sie keinem Muster. Dieses wird erst durch uns interpretiert.

Aber genug von Leukämie und Hochspannungsleitungen. Es gibt noch genug andere vermeintliche Probleme, die uns elektromagnetische Felder so bescheren.

Interphone-Studie, WHO und das IARC

Welche Begriffe passen ähnlich gut zusammen wie, „Hochspannungsleitungen“ und „Leukämie“? Genau: „Handy“ und „Hirntumor“.

Angefeuert werden diese Ängste von der WHO, die angeblich bestätigt haben soll, dass Handystrahlung krebserregend sei. Verantwortlich für diese „Bestätigung“ war das IARC. Die „International Agency for Research on Cancer“. Aufgabe dieses Instituts ist die Beantwortung der Frage, wie stark die Hinweise sind, dass ein Stoff krebserregend ist. Nicht die Frage, ob und in welcher Konzentration ein Stoff krebserregend ist. Daher ordnet das IARC alle Stoffe, die es untersucht in folgende Kategorien ein:

Gruppe 1: karzinogen für Menschen

Gruppe 2A: wahrscheinlich karzinogen

Gruppe 2B: möglicherweise karzinogen

Gruppe 3: nicht eingestuft

In Gruppe 1 stecken viele der Stoffe, von denen jeder von uns um ihre krebserregende Wirkung weiß. Zigarettenrauch, radioaktive Strahlung, Asbest, Alkohol. In Kategorie 2A wird es schon lustiger. Der Konsum von Getränken über 70°C steht dort, genau wie Glyphosat oder der Friseurberuf bzw. Arbeiten in der Nachtschicht, sowie der Konsum von rotem Fleisch. Elektromagnetische Strahlung reiht sich in Kategorie 2B neben dem Job als Schreiner, Aloe Vera, Kaffeesäure oder der kanadischen Orangenwurzel ein. Kann man noch nicht genau sagen, wie hoch das Krebsrisiko im Allgemeinen ist, landet ein Stoff in Gruppe 3. Hierzu sagt das IARC ausdrücklich:

An evaluation in Group 3 is not a determination of non-carcinogenicity or overall safety. It often means that the agent is of unknown carcinogenic potential and that there are significant gaps in research.

Da die Qualität der IARC-Einstufungen bereits Teil des Glyphosat-Artikels war, möchte ich mich darauf fokussieren, wie das IARC zu seiner Einstufung elektromagnetischer Felder in die Gruppe 2B kam. In der IARC-Monographie stechen zwei Studien heraus. Die sogenannte Interphone-Studie, sowie die Arbeiten von Hardell et al.

Beginnen wir mit der Interphone-Studie:
Die Interphone-Studie wurde mit Patienten, die zum Zeitpunkt der Studiendurchführung an Hirntumoren (Meningeom oder Gliom) erkrankt waren durchgeführt. Um zu gewährleisten, dass die Patienten mit hoher Wahrscheinlichkeit Handynutzer waren, wurden nur Patienten zwischen 30 und 59 Jahren in die Studie aufgenommen. Durchgeführt wurde sie in 13 Ländern. Insgesamt wurden rund 5000 Patienten und eine entsprechende Kontrollgruppe zu ihrem Handynutzungsverhalten befragt. Fallkontrollstudien wie diese sind immer retrospektiv, also darauf angewiesen, dass Patienten sich an ihre Vergangenheit erinnern, was eine der großen Limitierungen dieser Studien ist. Die Ergebnisse der Studie beschreiben die Autoren folgendermaßen:

Overall, no increase in risk of glioma or meningioma was observed with use of mobile phones. There were suggestions of an increased risk of glioma at the highest exposure levels, but biases and error prevent a causal interpretation. The possible effects of long-term heavy use of mobile phones require further investigation

Die Studie fand für den Zusammenhang zwischen Hirntumoren und der Handynutzung keine Ergebnisse. Mit einer Ausnahme, nämlich bei Gliomen in der Gruppe derer, die über 1600 Stunden telefonierten. Das höchste Risiko hatten hierbei Menschen, die erst 1-4 Jahre vor Beginn der Studie damit anfingen, ein Mobiltelefon zu nutzen. Die anderen Gruppen (5-9 Jahre vorher, sowie über 10 Jahre vorher) hatten kein erhöhtes Risiko für Gliome. Eine detailliertere Besprechung dieser Auffälligkeit findet sich hier.

Die Autoren sind sich dieser Auffälligkeit bewusst, und ordnen sie im Rahmen ihrer Studie ausführlich ein. Man geht von einer Stichprobenverzerrung aus, weil Tumorpatienten in diesen Studien aufgrund der persönlichen Betroffenheit eher eine Bereitschaft zur Teilnahme zeigen, als Patienten der Kontrollgruppen. Daher ziehen die Autoren auch keine Schlussfolgerung bezüglich des Anstiegs an Gliomen.

Die Expertengruppe am IARC tut dies hingegen schon und sieht in der Interphone-Studie einen Hinweis auf den Anstieg des Hirntumorrisikos. Warum sie dies tun obwohl selbst die Autoren der Studie diese Zusammenhänge nicht artikulieren, ist fraglich.

Hardell et al haben sich ebenfalls daran gemacht, die Inzidenz von Tumorerkrankungen mit dem Anstieg der Nutzung von Mobiltelefonen zu korrelieren. Ebenfalls Retrospektiv mittels Fragebogen und anschließendem Telefoninterview hat er 1200 Patienten und 2400 Menschen in einer Kontrollgruppe befragt. Erkrankungszeitraum waren die Jahre 1997-2003. Und hier wurden klare Zusammenhänge zwischen der Mobilfunknutzung und dem Auftreten von Gliomen gefunden.

Naja, es gibt da schon ein paar kleine Probleme. In erster Linie, dass man keinen Anstieg der Fallzahlen bei Gliomen finden konnte, die mit Hardells Ergebnissen übereinstimmen. In dieser Studie wurden 35.000 Gliompatienten zwischen 1979 und 2008 untersucht. Kein Anstieg der Fallzahlen, obwohl gerade in dieser Zeit die Zunahme der Mobiltelefonnutzung immens war.

Das National Cancer Institute der USA hat sich explizit Hardells Arbeiten angenommen und konnte die Ergebnisse ebenfalls nicht bestätigen. Im folgenden Diagramm sieht man die Prognose Hardells (Rot) und die tatsächlichen Tumorraten bei weißen US-Amerikanern (Türkis). Ein gewaltiger Unterschied zu dem, was Hardell prognostiziert hat. 

Aber auch andere Studien finden keine Ergebnisse. In Dänemark hat man nach der Untersuchung von 350.000 Menschen kein erhöhtes Krebsrisiko in Abhängigkeit der Nutzung von Mobiltelefonen gefunden.

Nachdem darüber hinaus noch weitere Studien veröffentlicht wurden (1, 2, 3), die keinen Zusammenhang zwischen Hirntumoren und Gliomen gezeigt haben, hat sich die WHO 2015 zu einem Statement hinreißen lassen:

A large number of studies have been performed over the last two decades to assess whether mobile phones pose a potential health risk. To date, no adverse health effects have been established as being caused by mobile phone use

Man könnte also meinen, die Frage ob Mobilfunkstrahlung Krebs verursacht, wäre abschließend geklärt. Gäbe es da nicht noch eine Studie des National Toxicology Programs, der US-Gesundheitsbehörde. Die haben über zwei Jahre hinweg Ratten und Mäuse 9 Stunden täglich mit modulierter Mobilfunkstrahlung (1.5, 3, und 6 Watt/kg) bestrahlt. Begonnen wurde dabei bereits im Mutterleib. Ziel der Studie war nicht die Frage, ob die Strahlungswerte, die bei normaler Belastung im menschlichen Alltag auftreten Krebs verursachen, sondern die Frage, ob man überhaupt unter möglichst hoher Belastung einen Anstieg von Tumoren findet. Aufgrund der Länge des Artikels möchte ich die erwähnenswertesten Ergebnisse kurz zusammenfassen:

Ein erhöhtes Vorkommen an Krebs hat man ausschließlich bei männlichen Ratten gefunden, weder bei weiblichen Ratten noch bei Mäusen. Die bestrahlten Tiere lebten im Mittel länger als die Unbestrahlten. Zudem hat man die Tiere auf Tumore in Leber, Niere, Hypophyse, Nebenniere, Herz, Hirn, Prostata (bzw. Brustdrüse), Pankreas, Thymus usw. untersucht. Bei männlichen und weiblichen Ratten, bzw. Mäusen ergibt dies 4 Gruppen, für die jeweils das Auftreten dieser Tumorarten untersucht wurde. Nehmen wir nur die aufgezählten Beispiele, sind das also 4×9, sprich 36 Parameter, die untersucht wurden. Eigentlich sind es noch mehr, aber ich wollte nicht noch alle Tumorarten raussuchen, die man untersucht hat. Damit ein Ergebnis wissenschaftlich Signifikant ist, muss es mit einer Wahrscheinlichkeit von 95% einen echten Effekt zeigen. Das heißt, es besteht eine Chance von 1/20, dass ein Effekt nur durch Zufall auftritt. Untersuche ich also fast 40 Effekte, steigt die Wahrscheinlichkeit, dass ich einen signifikanten Effekt finde, der nur durch Zufall entstanden ist, stark an. Wer sich für mehr Details zu dieser Studie interessiert, sei auf diesen Artikel verwiesen.

Anhand dieser mehr als vagen Ergebnisse stellt sich die Frage, wieso das IARC zur Entscheidung gekommen ist, die elektromagnetische Strahlung in Kategorie 2B einzustufen.

Gepulste Strahlung und 5G

Die Liste der Bedenken über Elektrosmog wird nicht kürzer, obwohl wir so einige Themen besprochen haben. Nachdem wir gesehen haben, dass die Stärke des elektrischen Feldes das ganz natürlich vom Körper erzeugt wird, größer ist als Felder, die von außen zugeführt werden und dass selbst die Wirbelströme, die durch Magnetfelder induziert werden, geringer sind, geht die Idee für eine angebliche Wirkung von Elektromagnetischer Strahlung nun in eine andere Richtung. Nämlich die gepulste Strahlung, die Mobilfunknetzwerke benutzen, um Informationen zu übertragen.

Wenn wir von Funkwellen reden, dann reden wir von elektromagnetischen Wellen, die sich mit einer bestimmten Frequenz im Raum ausbreiten. Wenn jetzt aber alle Geräte mit der gleichen Wellenlänge schwingen würden, könnte man keine Signale übermitteln. Die verwendete Wellenlänge ist einfach nur eine Art Grundrauschen, die man auf bestimmte Art modulieren kann, um Informationen zu übertragen. Diese Modulierung kann auf verschiedenen Wegen erfolgen:

1. Amplitudenmodulation (AM): Hierbei wird die Amplitude des Trägersignals moduliert, um die Information zu übertragen. Die Amplitude beschreibt den höchsten Wert, den die Welle annehmen kann.
2. Frequenzmodulation (FM): Hierbei wird die Frequenz des Trägersignals moduliert, um die Information zu übertragen.
3. Phasenmodulation (PM): Hierbei wird die Phase des Trägersignals moduliert, um die Information zu übertragen. Die Phase beschreibt (stark vereinfacht) die Richtung, in die die Welle zuerst schwingt. Schwingt die Welle hoch, könnte man diesem Zustand z.B. eine 1 zuordnen. Schwingt sie nach unten, könnte man diesem Zustand eine 0 zuordnen und so ebenfalls Informationen übermitteln.
4. Quadratur-Amplitudenmodulation (QAM): Hierbei werden Amplituden- und Phasenmodulation kombiniert, um höhere Übertragungsraten zu erreichen. In den Frequenzbereichen, die wir uns hier anschauen, überwiegt der Wellencharakter der elektromagnetischen Strahlung. Daher lässt sich diese auch mit den physikalischen Formeln einer harmonischen Oszillation beschreiben. Die Details gibt’s hier:
   
   

    

Hat das Handy einen schlechten Empfang, muss es die Sendeleistung (Watt) steigern. Das elektrische Feld des Telefons wird dadurch verstärkt. Somit wächst ebenfalls die Amplitude und damit der Energieeintrag der Mobilfunkstrahlung ins Gewebe.

Zusätzlich zu dieser Modulierung kann man ebenfalls steuern, wie lange das Signal ausgesendet wird (Pulsbreite), sowie die Regelmäßigkeit, mit der dieser Puls gesendet wird (Pulsfrequenz).

Wird also die Sendeleistung des Handys gesteigert und dazu ein Signal mit einer hohen Pulsfrequenz gesendet, besteht bei vielen Menschen die Befürchtung, dass der Energieeintrag ins Gewebe zu lokalen und übermäßigen Erwärmungen führt, die Zellen (besonders im Gehirn bzw. im Kopf) schädigen. Eine Befürchtung hierbei ist, dass die Strahlung ins Gewebe eindringt und die oberflächlichen Thermorezeptoren auf der Haut umgeht.

Das Gehirn selbst ist allerdings von Thermorezeptoren durchzogen, wird also in der Lage sein, auf den Anstieg der Temperatur zu reagieren. Zudem wird das Gehirn kontinuierlich durchblutet, wodurch etwaige Temperaturunterschiede innerhalb von Millisekunden ausgeglichen werden.

Des Weiteren haben Studien 2005 und 2007 gezeigt, dass eine Erwärmung des Gewebes beim Telefonieren selbst dann stattfindet, wenn die Mobiltelefone ausgeschaltet sind.

5G

Vodafone, O2, 1&1 sowie die Telekom teilen sich das 5G-Frequenzband von 3400 – 3700 MHz in Deutschland auf. Eine Besonderheit ist der 26 Gigahertz-Frequenzbereich, der aufgrund seiner stark begrenzten Reichweite dort seinen Einsatz finden soll, wo z.B. viele Menschen auf einem Fleck stehen – wie im Fußballstadion.

Frequenzbänder inklusive 5G

Funktion	Frequenz [MHz]
Schnurloses Telefon (DECT)	1800 – 1900
Autotelefon C-Netz	405 – 465
Autotelefon D-Netz	890 – 960
GSM-900	890 – 915 935 – 960
GSM-1800	1710 – 1785   1805 – 1880
UMTS	1920 – 1980   2110 – 2170
LTE	800 / 1800 /2000 / 2600
5G	3400 – 3700

Hier sehen wir eine Übersicht der bisher in Deutschland zur Telekommunikation verwendeten Sendefrequenzen. Dabei ist zu beachten, dass für den neuen 5G-Standard zwar Frequenzen im Bereich von 3000 MHz vergeben werden, aber natürlich auch alle anderen vergebenen Frequenzen auf den 5G-Standard umgerüstet werden können. Dies wird auch nötig sein. Die hohen Frequenzen der 5G-Kommunikation ermöglichen einen hohen Durchsatz beim Versenden von Daten. Dies erkauft man sich allerdings durch eine deutlich reduzierte Reichweite. Um also möglichst große Bereiche flächendeckend mit 5G versorgen zu können, muss eine Ankerfrequenz eingeführt werden, um eine Synchronisation der Sendemasten zu gewährleisten. Der Bereich von 700-780 MHz eignet sich hierfür besonders gut und wird in Zukunft dieser Aufgabe im 5G-Netz nachgehen.
Die Sendemasten selbst decken also einen kleineren Bereich ab, wodurch es nötig wird, die Zahl der Sendemasten pro km^2 zu steigern. Insgesamt könnte dies sogar zu einer Reduzierung der Belastung durch elektromagnetische Felder führen, da durch die höhere Verfügbarkeit der Masten eine bessere Abdeckung gewährleistet wird und Mobiltelefone somit eine geringere Sendeleistung benötigen. Zudem kann die 5G-Frequenz nicht so tief ins Gewebe eindringen wie bisher verwendete Frequenzen, da die Eindringtiefe ins Gewebe mit der Frequenz abnimmt. Modellrechnungen für das Magnetfeld in Abhängigkeit der Frequenz zeigen, dass die Stärke des Magnetfelds im Körper mit steigender Frequenz abnimmt, da der Skin-Effekt die Strahlung weiter in Richtung Körperoberfläche drückt. Im menschlichen Körper kann der Skin-Effekt beobachtet werden, wenn sich ein Mensch in einem Wechselstromfeld befindet. Die Stromstärke ist am höchsten an der Oberfläche der Haut, da die Haut eine hohe elektrische Impedanz hat, die den Stromfluss durch das Gewebe behindert. Der Strom fließt daher hauptsächlich an der Hautoberfläche entlang und dringt nur sehr wenig in das Körperinnere ein.

Mikrowellen, W-Lan und Elektrosensibilität

Wenn im Verlaufe dieses Textes ein Umstand klar geworden sein sollte, dann dass elektromagnetische Strahlung in unserem Umfeld keine Einflüsse auf den menschlichen Körper hat, solange die gesetzlichen Grenzwerte eingehalten werden. Trotzdem gibt es Leute, die behaupten, ein W-Lan-Router, die Mikrowelle oder das Handy würden sie krank machen. Diese Menschen bezeichnen sich selbst häufig als Elektrosensibel, behaupten also, auf die elektromagnetischen Felder in ihrer Umgebung zu reagieren. Im „Buch Krank durch Elektrosmog: 125 Untersuchungs- und Erfahrungs-Berichte [sic!]“ sind viele Geschichten von Elektrosmoggeschädigten aufgelistet. Hier eine kleine Auswahl, wofür Elektrosmog so verantwortlich sein soll:

Stress, Gereiztheit, Schlafstörungen, zitternde Hände, Bluthochdruck, Depressionen, Verfolgungswahn, Schuppenfleche, Tinnitus, Lymphknotenschwellung, Zahnentzündung, Nahrungsmittelunverträglichkeit, Hörsturz, Augenentzündung (auch bei den Meerschweinchen), langsames Wachstum, „nervtötender Pfeifton im Gehirn“,
Zitat: „Ohren: schon nach wenigen Sekunden Handy-Telefonat höre ich auf dieser Ohrseite schlechter (ähnlich Hörsturz) und fühle mich verblödet.“
Gefühl der Hilflosigkeit, Appetitlosigkeit, Lärmempfindlichkeit, Hitzegefühl, Gereiztheit, Aggressivität, zwanghafte Denkwiederholungen, Schreibfehler, Vergesslichkeit, Gelenk- und Muskelschmerzen (Arme), Nackenschmerzen, Steigerung der Suizidrate“

Insbesondere in Bezug auf die Verwendung von Mikrowellen wird außerdem noch vor folgenden Gefahren gewarnt:

Kumulierender Langzeitverlust der Vitalenergien von Menschen, Tieren und Pflanzen, welche sich in einem Umkreis von 500 Metern vom aktivierten Gerät befinden.

Rose, Wulf-Dietrich. Krank durch Elektrosmog: 125 Untersuchungs- und Erfahrungs-Berichte (German Edition) (S.28). Kindle-Version.

Wo soll man da nur anfangen? Beginnen wir vielleicht damit, dass das Phänomen der tatsächlichen Elektrosensibilität noch nie nachgewiesen werden konnte (1, 2, 3, 4, 5,). Sollten Probanden angeben, ob sie Momentan einem aktiven elektromagnetischen Feld ausgesetzt sind oder nicht, war es ihnen bisher nie möglich, ein Ergebnis zu erzielen, das nicht durch pure Wahrscheinlichkeit (sprich: Raten) erklärt werden konnte.

Die Frequenzen für W-Lan (2.4 GHz, 5 GHz) und Mikrowellenöfen (2.45 GHz) ähneln sich. Da Mikrowellenöfen ziemlich gut darin sind, wasserreiche Lebensmittel zu erwärmen, fürchtet man sich häufig vor ähnlichen Effekten durch W-Lan-Router. Meist wird erklärt, dass die Mikrowelle auf die Resonanzfrequenz des Wassers abgestimmt sei. Dem ist aber nicht so. Wasser besitzt eine Resonanzfrequenz von etwa 22 GHz. Dass die Mikrowelle in diesem Bereich nicht strahlt, ist unter anderem darauf zurückzuführen, dass höhere Frequenzen die Eindringtiefe der Strahlung verringern, und man sich von einer Frequenz von 2,45 GHz eine gleichmäßigere Erwärmung des Essens wünscht. Trotzdem ist klar, dass Mikrowellen wärmende Effekte haben. Im letzten Abschnitt haben wir diesen Umstand besprochen. Mit unserem Wissen über Biophysik, das wir uns in diesem Beitrag angeeignet haben, sollte aber klar sein, warum die Effekte, die Mikrowelle und W-Lan besitzen, absolut zu vernachlässigen sind. Große Abstände zur Strahlenquelle, geringe Eindringtiefe in den Körper, zu vernachlässigende thermische Effekte, die Liste ist lang. Wenn Elektrosensibilität nicht existiert und die Abstände zu den Strahlenquellen zu groß sind, um noch Effekte zu zeigen, dann sind die Auswirkungen, die angebliche Elektrosensible spüren, nicht im Bereich der Physik zu finden.

Trotzdem sind die Auswirkungen von Mikrowellenstrahlung bis heute Gegenstad diverser Untersuchungen. Häufig dienen Tierversuche, sowie Zellkulturen als Untersuchungsgegenstand. Die große Schwäche dieser Modelle ist die fehlende Übertragbarkeit auf den Menschen. Dies gilt insbesondere für Zellkulturen. Hier lässt sich jeder denkbare Effekt sowohl Be- als auch Widerlegen.

Zwar sind Tierversuche in diesem Zusammenhang um einiges robuster, aber nicht der Weisheit letzter Schluss. Besonders kritisch ist das Aufstellen einer Dosis-Wirkungs-Beziehung. Wenn ich ein Tier in ein elektromagnetisches Feld einbringe, sollte also ein Effekt sichtbar sein, der ansteigt, wenn man die Stärke des Feldes steigert. Dazu ist zu beachten, dass ein Tier, welches einige Zentimeter groß ist, in einem Mikrowellenfeld, welches eine räumliche Ausdehnung im Zentimeterbereich hat, diesem Feld ganz anders ausgesetzt ist, als ein Mensch mit entsprechender Größe. 

Nehmen wir mal ein Beispiel. Nämlich der Einfluss von W-Lan-Strahlung auf die Spermienqualität. In dieser Studie wurden 27 Ratten in 3 Gruppen eingeteilt. Eine Gruppe diente als Kontrolle, 2 Gruppen wurden mit W-Lan-Strahlung im Bereich von 2,45 GHz bestrahlt. Eine Gruppe wurde 2 Monate lang für eine Stunde am Tag bestrahlt, die andere Gruppe für 7 Stunden am Tag. In der Studie wurden eine Vielzahl von Parametern gemessen, im Folgenden will ich nur einige exemplarisch darstellen. 

In der Studie wurde unter anderem die Spermienzahl gemessen, sowie die Zahl der normalen Spermien. Begonnen wird mit der Kontrollgruppe. Es folgt die Gruppe, die eine Stunde am Tag bestrahlt wurde und die Gruppe, die 7 Stunden täglich bestrahlt wurde.

Sperm count (×106/ml)	3.49 ± 1.72	2.16 ± 2.77	2.68 ± 1.261
Normal sperm (%)	87.34 ± 1.05	78.66 ± 1.22	83.68 ± 0.901

Betrachtet man die Messwerte inklusive der Messunsicherheiten, sieht man deutlich, dass keine großartigen Unterschiede in der Spermienzahl, sowie der Zahl der gesunden Spermien zu finden ist. Besonders sticht heraus, dass die Gruppe der Ratten, die 7 Stunden täglich bestrahlt wurde, eine gesündere Spermienqualität besitzt, als die Gruppe, die nur eine Stunde pro Tag bestrahlt wurde.

Die kleine Stichprobengröße von 27 Tieren, sowie das Laborsetting sind natürlich keine Grundlagen, auf denen man Handlungsempfehlungen für den Menschen aufbauen kann. Gleichzeitig gibt es kaum Studien, die Untersuchungen am Menschen vornehmen und sich nicht auf Tierversuche oder Zellkulturen beziehen. Eine Arbeit, die sich tatsächlich mit Effekten beim Menschen auseinandersetzt, verwendet Spermaproben von 29 Erwachsenen. Der Versuchsaufbau war ziemlich geradlinig. Proben in die Petrischale, Laptop oben drauf und fertig ist der Versuchsaufbau. Jetzt noch ordentlich die Proben bestrahlen, indem man das W-Lan aktiviert. Und man hat tatsächlich Effekte gefunden. Die Spermienqualität war im Vergleich zur Kontrollgruppe, bei der keine W-Lan-Verbindung aufgebaut wurde, tatsächlich beeinträchtigt. Bis heute kursieren viele Arbeitshypothesen, wie es dazu kommen könnte, aber ein endgültiger Mechanismus ist noch nicht gefunden. Ob dieser Effekt außerhalb eines Laborsettings tatsächlich auch auftritt (also ob die Kampfschwimmer schon im Körper Schaden nehmen), ist genau so unklar wie die Frage, ob ein messbarer Effekt auf die Fruchtbarkeit gefunden werden kann. 

Wenn es so einen Effekt geben sollte, wird er höchstwahrscheinlich etwas mit thermischen Effekten zu tun haben. Aber egal was die Ursache sein sollte, der Schutz ist relativ einfach. Abstand zur Strahlenquelle aufbauen. Oder im Klartext: Nehmt die Laptops von den Hoden!