Elektrosmog durch Technics - mögliche Auswirkungen auf die Gesundheit

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1 Elektrosmog durch Technics - mögliche Auswirkungen auf die Gesundheit (von Beeinflussung, Gefährdung bis Schädigung) BAKKALAUREATSARBEIT Im Zuge des Seminars Bioklimatologie im SS 2005 Erste Arbeit zur Erlangung des akademischen Grades Bakkalaureus der Naturwissenschaften Bakk. rer. nat. Verfasser: Roland KRANABETER Betreuer: Univ.-Prof. Dr. G. Fischer Institut für Hygiene an der Medizinischen Universität Graz GRAZ, im Oktober 2005

2 Inhalt 1. Einleitung Seite 4 2. Technische Grundlagen Seite Was sind elektrische, magnetische und elektromagnetische Felder? Seite Niederfrequenzbereich Seite Hochfrequenzbereich Seite 7 3. Gleich- und niederfrequente elektrische und magnetische Felder Seite Elektrische Gleichfelder Seite Quellen elektrischer Gleichfelder Seite Gesundheitliche Auswirkungen elektrischer Gleichfelder Seite Niederfrequente elektrische Wechselfelder Seite Quellen niederfrequenter elektrischer Wechselfelder Seite Hochspannungsleitungen Seite Bahnoberleitungen Seite Arbeitsplatz Seite Biologische Wirkungen niederfrequenter elektrischer Wechselfelder Seite Wirkungen an der Körperoberfläche Seite Wirkungen im Körperinneren Seite Magnetische Gleichfelder Seite Quellen magnetischer Gleichfelder Seite Energieversorgung Seite Verkehrsmittel Seite Arbeitsplatz Seite Medizin Seite Haushalt Seite Biologische Wirkungen magnetischer Gleichfelder Seite Niederfrequente magnetische Wechselfelder Seite Quellen niederfrequenter magnetischer Wechselfelder Seite Hochspannungsleitungen Seite Hochspannungskabel Seite Transformatoren Seite Verkehrsmittel Seite Sicherheitssysteme Seite Arbeitsplatz Seite Haushalt Seite Biologische Wirkungen niederfrequenter magnetischer Wechselfelder Seite 25 Seite 2 von 50

3 4. Hochfrequente elektromagnetische Wellen Seite Quellen hochfrequenter elektromagnetischer Wellen Seite Nachrichtenübertragung Seite Mobilfunk Seite Radar Seite Medizin Seite Diebstahlsicherung Seite Hochspannungsleitungen Seite Induktionsöfen Seite Hochfrequenzschweißgeräte Seite Mikrowellenerwärmung Seite Zusammenfassung Intensitäten hochfrequenter Wellen im Alltag Seite Biologische Wirkungen hochfrequenter elektromagnetischer Wellen Seite Negative Auswirkungen von Hochspannungsleitungen? Seite Grenzwerte Seite Grenzwerte für elektrische Gleichfelder Seite Grenzwerte für niederfrequente elektrische Wechselfelder Seite Grenzwerte für magnetische Gleichfelder Seite Grenzwerte für niederfrequente magnetische Wechselfelder Seite Grenzwerte für hochfrequente elektromagnetische Wellen Seite Resümee Seite Abbildungs-/ Tabellenverzeichnis Seite Abbildungsverzeichnis Seite Tabellenverzeichnis Seite Quellenverzeichnis Seite 50 Seite 3 von 50

4 ELEKTROSMOG DURCH TECHNICS MÖGLICHE AUSWIRKUNGEN AUF DIE GESUNDHEIT (VON BEEINFLUSSUNG, GEFÄHRDUNG BIS SCHÄDIGUNG) 1. Einleitung Elektrosmog oder als Kurzform E-Smog ist ein zusammengesetztes Kunstwort aus Elektro und Smog, das wiederum aus den englischen Wörtern Smoke (Rauch) und Fog (Nebel) entstand. Es ist ein Ausdruck für das Vorkommen künstlicher elektrischer, magnetischer und elektromagnetischer Felder in unserer Umgebung im Zusammenhang mit einer potentiellen gesundheitlichen Beeinträchtigung ( In letzter Zeit haben die Medienberichterstattungen bezüglich Elektrosmog und dessen mögliche Auswirkungen auf die Gesundheit enorm zugenommen. Kaum ein Tag vergeht, an dem man nicht mindestens eine Meldung bezüglich Elektrosmog in den Medien findet. Ob und wenn wie sich Elektrosmog auf den menschlichen Organismus auswirkt, soll diese Arbeit zumindest ansatzweise zu klären versuchen. Spricht man von elektromagnetischen Strahlen, Wellen und Feldern, denkt jedermann an die anthropogen erzeugte Strahlung. Nie, oder nur selten, wird bei diesen Begriffen an die natürliche Strahlung der Erde gedacht. Es ist jedoch unumstritten, dass seit jeher elektromagnetische Strahlen, Wellen und Felder ein Bestandteil unserer Umwelt sind. So zeigt sich beispielsweise das elektrische Erdfeld in Form von Gewittern und das Erdmagnetfeld durch die Ablenkung der Kompassnadel. Der Mensch hat sich zwar teilweise an die Strahlung auf der Erde angepasst, es stimmt jedoch nicht, dass diese natürlich vorkommende Strahlung völlig unbedenklich ist. So kann beispielsweise Sonnenlicht im Übermaß und auf längere Zeit dem menschlichen Körper schaden (Hautkrebs, grauer Star etc.), ebenso wie die natürliche radioaktive Strahlung der Erde zu ernsthaften Erkrankungen führen kann (Krebs, Missbildungen etc.) (LEITGEB, 1990). Die Nutzbarmachung der Elektrizität hat unser Leben zwar erfüllter, sicherer und bequemer gemacht, sie hat uns aber auch zusätzliche elektromagnetische Felder und Seite 4 von 50

5 somit auch eine Mehrbelastung des menschlichen Körpers durch diese Felder und Strahlung gebracht (LEITGEB, 2000). Durch Verwendung bestimmter Technologien zum Beispiel Stromversorgungsnetz und Mobilfunk entstehen in der Umwelt des Menschen elektrische, magnetische und elektromagnetische Felder. Die rasche Entwicklung der Telekommunikationsdienste führt beispielsweise zur Aufstellung neuer Mobilfunkstationen, die auch in der Nähe von Wohn- und Geschäftshäusern sowie Schulen errichtet werden und fortwährend nichtionisierende Strahlung (= die Energie dieser Strahlung reicht nicht aus, um Atome und Moleküle zu verändern) aussenden ( Ob diese elektromagnetischen Felder gesundheitsschädlich sind oder nicht, lässt sich wie so oft nicht mit einem einfachen Ja oder Nein beantworten. Vielmehr bestimmen Dosis, Intensität und Expositionsdauer, ob elektromagnetische Strahlung gefährlich ist oder nicht. 2. Technische Grundlagen 2.1. Was ist unter elektrischen, magnetischen und elektromagnetischen Feldern zu verstehen? Niederfrequente elektrische, magnetische und hochfrequente elektromagnetische Felder bilden den Bereich der nichtionisierenden Strahlung. Zur Unterscheidung der verschiedenen Strahlungsarten dient ihre Wellenlänge (λ) bzw. ihre Frequenz (f), d.h. die Anzahl der Schwingungen in einer Sekunde (Maßeinheit: Hertz (Hz); f = 1/s). Frequenz und Wellenlänge sind fest miteinander verbunden. Sie sind ein Maß für den Energietransport der Strahlung. Bei hohen Frequenzen ist die Wellenlänge der Strahlung klein, während geringe Frequenzen mit großen Wellenlängen einhergehen. Strahlungsarten mit hohen Frequenzen und kurzen Wellenlängen sind energiereich ( Des Weiteren sind elektrische und magnetische Felder durch ihre Feldstärke charakterisiert. Die elektrische Feldstärke (E) hat die Einheit Volt pro Meter (V/m oder kv/m), die magnetische Feldstärke (H) hat die Einheit Ampere pro Meter (A/m) (BOES, 1999). Die magnetische Flussdichte oder Induktion (B) hat die Einheit Tesla (T). In der Praxis besitzt H nur eine untergeordnete Bedeutung, deshalb nennt man B manchmal nicht ganz korrekt magnetische Feldstärke, mit der Seite 5 von 50

6 nachgestellten Dimension werden eventuelle Missverständnisse ausgeräumt (FISCHER, 2001). Zu beachten ist, dass nicht nur die physikalischen Eigenschaften, sondern auch die biologischen Wirkungen elektrischer, magnetischer und elektromagnetischer Felder entscheidend von der jeweiligen Frequenz abhängen. Man unterscheidet zwei unterschiedliche Frequenzbereiche, die sich in ihren physikalischen Eigenschaften und in ihrer Wirkung auf Lebewesen voneinander unterscheiden: 1) Niederfrequenzbereich: > 0 Hz bis 30 khz 2) Hochfrequenzbereich: 30 khz bis 300 GHz (mit weiteren Unterteilungen) (LEITGEB, 2000) Niederfrequenzbereich Im Niederfrequenzbereich können die elektrischen und magnetischen Anteile noch getrennt voneinander betrachtet werden. Vom Gesichtspunkt der Frequenz aus hat man im Niederfrequenzbereich zwischen Gleich- und Wechselfeldern zu unterscheiden. Während Gleichfelder (statische Felder) eine Frequenz von 0 Hz aufweisen, haben Wechselfelder Frequenzen größer als 0 Hz (FISCHER, 2001). Die elektrischen und magnetischen Felder in Niederfrequenzbereich werden nicht nur von verschiedenen Ursachen erzeugt, sondern verhalten und wirken sich auch physikalisch und biologisch völlig unterschiedlich aus. Die Wellenlängen sind enorm groß und die Schwingungen so langsam, dass sich die Felder noch nicht vom Entstehungsort ablösen können. Es wäre daher zum Beispiel falsch zu sagen, Hochspannungsleitungen oder Elektrogeräte würden netzfrequente elektromagnetische Felder abstrahlen. Im Gegensatz zum Hochfrequenzbereich sind jedoch bei niedrigen Frequenzen die Bewegungen der Ladungen so langsam, dass diese gegenseitigen Beeinflussungen vernachlässigt und elektrische und magnetische Wechselfelder getrennt betrachtet werden können. Man spricht in diesem Bereich also von elektrischen oder magnetischen Feldern. Wenn man ihnen ausgesetzt ist, können Nervenund Muskelzellen erregt werden, weil ihre Schwingungs-Halbwellen lange genug dauern. Damit dies geschieht, muss jedoch die Stärke der Felder groß genug sein. Seite 6 von 50

7 Sie muss nämlich einen Mindestwert, die sog. Erregungsschwelle, überschreiten. Unterhalb dieses Wertes gibt es keine Erregung. Der Niederfrequenzbereich reicht bis zu 30 khz an jene Grenze, an der der elektrische Strom die Nerven und Muskel nicht mehr reizen kann. Er wird in folgende Teilbereiche unterteilt: ULF (Ultra Low Frequency)-Bereich: > 0 Hz bis 3 Hz ELF (Extra Low Frequency)-Bereich: 3 Hz bis 3 khz VLF (Very Low Frequency)-Bereich: 3 khz bis 30 khz. (LEITGEB, 2000) Hochfrequenzbereich Im Hochfrequenzbereich, z.b. Rundfunk- und Fernsehsignale (ab 30 khz bis 300 GHz), sind elektrische und magnetische Felder untrennbar miteinander verbunden (daher auch das Wort elektromagnetisch ). Elektromagnetische Felder kann man sich auf zwei unterschiedliche Arten vorstellen: a) Man kann sie sich einerseits als Schwingung vorstellen, die sich wellenförmig ausbreitet, so wie sich an der Seeoberfläche die Wellen vom Auftreffpunkt eines Steines fortbewegen. Erst im Hochfrequenzbereich erfolgen die Schwingungen schnell genug und können sich daher vom Entstehungsort (der Antenne) loslösen und in Form von Wellen in den Raum ausbreiten. Man spricht daher von elektromagnetischen Wellen. Dabei ist jeweils die Wirkung der einen Halbwelle jener der folgenden Halbwelle entgegengesetzt. Um im Körper z.b. einen Nervenimpuls auslösen oder einen Muskel anspannen zu können, ist Zeit erforderlich. Wenn jedoch die beiden Halbwellen einer Schwingung zu rasch aufeinander folgen, ist die Einwirkungsdauer für die Erregung einer Zelle zu kurz. Die folgende Halbwelle macht die Wirkung der vorhergehenden wieder rückgängig. Die Zelle kann dem ständigen Hin und Her nicht mehr folgen und verharrt in Ruhe. Dies ist der Grund, warum z.b. Mobilfunkfelder keine Körperzellen erregen können. Ihre Energie ist jedoch schon groß genug, um Körpergewebe zu erwärmen. Sie ist aber noch zu klein, um Moleküle ionisieren zu können. Ob die Erwärmung für uns bedeutsam wird, hängt davon ab, ob eine Mindeststärke überschritten wird. Seite 7 von 50

8 b) Elektromagnetische Felder lassen sich aber auch als Strom von Energieteilchen (Energie-Quanten) vorstellen, die auf den Körper auftreffen. Ihr Energiegehalt ist umso größer, je höher die Frequenz ist. So beträgt z.b. der Unterschied der Schlagkraft der Felder einer Hochspannungsleitung und jener einer Mobilfunk-Basisstation das ca fache. Trotzdem ist ihr Energiegehalt noch viel zu klein, um z.b. Moleküle ionisieren zu können. Dazu wären noch einmal ca. millionenfach höhere Energien notwendig. Die Frequenzen technischer elektromagnetischer Felder, denen wir in unserer Umwelt ausgesetzt sind, erstrecken sich über einen riesigen Bereich. Von den 16 2/3 Hz der Eisenbahn (in Österreich, Deutschland, der Schweiz und Norwegen) über 50 Hz der Stromleitung, den rund 10 8 Hz des UKW-Radios, den etwa 5*10 8 Hz des terrestrischen Fernsehens sowie den 10 9 Hz des Mobilfunks und des Mikrowellenherdes (LEITGEB, 2000). 3. Gleich- und niederfrequente elektrische und magnetische Felder 3.1. Elektrische Gleichfelder Elektrische Gleichfelder werden durch getrennte elektrische Ladungen hervorgerufen. Diese Ladungstrennung erfolgt meist durch Reibung z.b. beim Laufen über einen Teppich. In der Natur kennt man elektrische Gleichfelder z.b. bei Gewittern, dabei reiben turbulente Luftschichten aneinander und durch einen Blitz wird die entstandene Ladungstrennung stoßartig aufgehoben ( Elektrische Gleichfelder werden als elektrische Feldstärke (E) in Volt pro Meter (V/m oder kv/m) gemessen. Im Alltag trifft man eher selten auf elektrische Gleichfelder, da bei den meisten Elektrogeräten vorwiegend elektrische Wechselspannung verwendet wird (LEITGEB, 2000). Größere Bedeutung hingegen kommt den elektrostatischen Aufladungen zu, die gerade am Arbeitsplatz, z.b. bei automatisierten Förder- und Antriebsmitteln, Schweißgeräten etc. entstehen (LEITGEB, 1990). Seite 8 von 50

9 Quellen elektrischer Gleichfelder Von den technischen Quellen elektrischer Gleichfelder können hauptsächlich Hochgleichspannungsübertragungsleitungen (HGÜ-Leitungen) und als schwächere Feldquellen schienengebundene Verkehrsmittel (Straßen- und U-Bahnen, Triebfahrzeuge) auf Lebewesen einwirken. Während HGÜ-Einrichtungen in Europa sehr selten sind, betreibt eine Reihe von Ländern (u.a. Italien, Frankreich, Niederlande, Polen, Russland) seine Straßenbahnen und Züge mit Gleichspannung: Die Versorgungsspannung der Straßenbahnen liegt meist bei 600 Volt, wohingegen bei Bahnen wahlweise 1.5, 3 oder 6 kv eingesetzt werden. Bei ersteren sind in Kopfhöhe etwa 28 V/m, bei Eisenbahnen maximal 320 V/m zu erwarten (6 kv Fahrdrahtspannung). Elektrische Gleichfelder am Arbeitsplatz bzw. bei Freizeitaktivitäten beschränken sich auf einige wenige Geräte: Im industriellen Bereich sind dies Elektroschmelzöfen, Schweißgeräte und Elektrolyseanlagen, hier stehen infolge der großen fließenden Ströme die dadurch verursachten hohen magnetischen Gleichfelder im Vordergrund. Im Büro- und Freizeitbereich können bei Kopiergeräten und Computerbildschirmen starke elektrische Gleichfelder auftreten. Kopiergeräte sollte man insbesondere bei Dauerbetrieb zwecks Vermeidung überhöhter Ozonkonzentrationen nur in größeren, gut belüfteten Räumen aufstellen. PC-Röhrenmonitore und Fernsehbildschirme werden an hohen Beschleunigungsspannungen betrieben, sodass das Gesicht des Computerbenutzers wegen einer Feldstärke von maximal 700 V/m bis zu 100fach gesteigerten Partikeldepositionen ausgesetzt ist, was teilweise zu signifikant erhöhten Hauterkrankungen führen kann (FISCHER, 2001) Gesundheitliche Auswirkungen elektrischer Gleichfelder Das statische elektrische Feld und mit zu vernachlässigenden Unterschieden auch das stationäre Gleichfeld können aus physikalischen Gründen nicht in Materialien eindringen. Die Leitfähigkeit aller natürlichen oder künstlich erzeugten Stoffe ist um Zehnerpotenzen höher als jene der Luft. Deshalb existiert weder in solchen Materialien noch in den von ihnen umgebenen Hohlräumen ein statisches elektrisches Feld, Gleiches gilt für Lebewesen. Das stationäre elektrische Feld wird durch Gebäudewände jedweder Zusammensetzung abgeschirmt, aber auch Bäume wirken Seite 9 von 50

10 stark schirmend, daher ist ebenso im Wald die elektrische Feldstärke praktisch gleich null. Durch Ladungsumverteilungen innerhalb eines Körpers, der in ein elektrisches Gleichfeld gebracht wird, kommt es lokal an seiner Oberfläche trotz ausgeglichener Ladungsträgerbilanz zu Überschüssen an positiven und negativen Ladungen: Dieser Effekt wird als Influenz bezeichnet, er bewirkt, dass im Körperinneren das externe Feld vollkommen kompensiert wird (feldfreier Innenraum, Faraday-Käfig). Durch die Ladungsumverteilung gegenüber den ungestörten Verhältnissen stellt sich eine Feldverzerrung ein, was sowohl die Feldrichtung als auch seine Stärke betrifft. Abhängig von Lage und Form des Körpers kann es dabei zu einer wesentlichen Erhöhung der an der Oberfläche wirksamen Feldstärke kommen, was sich beim stehenden Menschen in einer 15 20fachen Feldstärkeüberhöhung am Kopf äußert. Kommt ein biologisches Objekt aus einem feldfreien Raum in ein elektrostatisches Feld bzw. wird dieses eingeschaltet, so erfolgt auf Grund der Ladungsumverteilung ein kurzer Stromfluss, der jedoch unter 1 ms Dauer bleibt. Die prinzipiellen Feldwirkungen direkter Natur zwischen elektrostatischen Feldern und Mensch bestehen in Kraftwirkungen auf geladene Teilchen sowie Kräften auf polarisierbare neutrale Moleküle. Der direkte Feldeinfluss tritt nur an der Objektoberfläche auf; da aber Luft keinen idealen Isolator darstellt, hat man es de facto nicht mit einem elektrostatischen, sondern einem stationären elektrischen Feld zu tun, wobei jedoch gegenüber netzfrequenten elektrischen Feldern ca. um den Faktor 1000 geringere Ströme fließen, sie sind auch bei extrem hohen Feldstärken biologisch vernachlässigbar (FISCHER, 2001). Tabelle 1: Auswirkungen elektrischer Gleichfelder auf den Menschen elektrische Feldstärke Auswirkung Quelle kv/m < 1 Keine Auswirkungen LEITGEB 2000 ca. 1 Wahrnehmbarkeitsschwelle LEITGEB 2000 (= einen eben noch sinnlich wahrnehmbaren Reizunterschied feststellen) ca. 100 starke Schmerzen, aber keine LEITGEB 2000 Lebensgefahr ca. 450 lebensgefährliches Herzkammerflimmern STRAHLENSCHUTZ- KOMMISSION 2001 Seite 10 von 50

11 3.2. Niederfrequente elektrische Wechselfelder Elektrische Wechselfelder setzen zeitlich veränderliche Ladungen voraus, im einfachsten und häufigsten Fall besteht eine sinusförmige Zeitabhängigkeit: Auf die positive Halbwelle folgt die negative, in der nächsten Periode wiederholen sich die Vorgänge, das entstandene elektrische Feld folgt diesem Verlauf (FISCHER, 2001). Elektrische Felder entstehen bereits, wenn eine elektrische Spannung zwischen zwei Punkten gegeben ist, unabhängig davon, ob Strom fließt. Sie sind in unserer Umgebung allgegenwärtig. Den größten Anteil haben die 50 Hz-Felder der Stromversorgung (in Europa 50 Hz, in den USA 60 Hz) und die 16 2/3 Hz-Felder unserer Eisenbahn. Darüber hinaus entstehen noch höherfrequente Felder durch Transformatoren jeder Größe, Fernsehgeräte und Personal-Computer und Frequenzgemische durch alle Geräte und Einrichtungen, in denen Funken entstehen z.b. Lichtschalter (bei Betätigung), Geräte mit Gleichstrommotoren. Frequenzgemische erzeugen aber auch Geräte, in denen die elektrische Leistung elektronisch eingestellt werden kann (z.b. Dimmerschalter, Geräte mit Schaltnetzteilen etc.) (LEITGEB, 2000) Quellen niederfrequenter elektrischer Wechselfelder Hochspannungsleitungen Die höchsten und räumlich am weitesten ausgedehnten technisch erzeugten elektrischen Wechselfelder werden von Hochspannungs-Wechselspannungs- Übertragungsleitungen (HWÜ) erzeugt. Die höchsten Übertragungsspannungen in Europa betragen 115 kv, 230 kv und 400 kv (früher 110 kv, 220 kv und 380 kv). Höhere Spannungen werden zur Langstreckenübertragung verwendet z.b. 765 kv in den USA und 1,1 MV in Russland. Hochspannungsleitungen bestehen aus mehreren Leiterseilen. Jedes von ihnen erzeugt ein eigenes elektrisches (und bei Stromfluss ein magnetisches) Feld. Das Gesamtfeld ergibt sich daher aus der Überlagerung der Teilfelder. Da die Spannungen der einzelnen Leiterseile nicht gleichzeitig, sondern zeitlich versetzt schwingen, heben sich ihre Beiträge zum Gesamtfeld in der Nähe teilweise auf. Dies geschieht umso besser, je geringer der Abstand der Leiterseile ist. Die höchsten Feldstärken treten an der Stelle des größten Durchhanges in der Mitte Seite 11 von 50

12 zwischen zwei Masten auf. Mit zunehmender seitlicher Entfernung nimmt die Feldstärke schnell, nämlich mit dem Quadrat der Entfernung ab. Häuser schirmen elektrische Wechselfelder wie ein Faraday-Käfig gut ab. Obwohl die Schirmwirkung eines Hauses mit zunehmender Frequenz abnimmt, ist sie bei der Frequenz unserer Stromversorgung noch sehr gut. Im Allgemeinen werden die elektrischen Feldstärken meist überschätzt. Das liegt daran, dass Häuser und Bäume die Feldstärken stark verringern. So vermindert z.b. ein durchschnittlich großer Baum in 5 m Entfernung die elektrische Feldstärke auf ca. die Hälfte (unabhängig von seiner Belaubung, also auch im Winter). In Hochspannungskabeln, die z.b. im Stadtgebiet verlegt sind, sind die Stromadern als Schutz vor mechanischen Beschädigungen mit einem Metallgeflecht umgeben. Dieses und das leitfähige Erdreich schirmen die elektrischen Felder ab. Es treten nach außen hin daher praktisch nur Magnetfelder auf (LEITGEB, 2000) Bahnoberleitungen Eisenbahnen mit einer Fahrdrahtspannung von 15 kv und einer Frequenz von 16 2/3 Hz werden (nur) in Österreich, Deutschland, der Schweiz und in Norwegen verwendet. Die elektrischen Feldstärken betragen in Kopfhöhe ca. 800 V/m. Schwankungen der Fahrdrahtspannung und damit der elektrischen Feldstärke um ± 20 % sind häufig. Die Abnahme der elektrischen Feldstärke mit dem seitlichen Abstand erfolgt jedoch nicht so schnell wie bei HWÜs, da die Kompensationswirkung durch die anderen Phasenseile fehlt (LEITGEB, 2000) Arbeitsplatz Die relativ höchsten elektrischen Feldstärken gibt es in Umspannwerken, da hier die Hochspannungsleitungen dem Boden am nächsten sind. Es können Feldstärken bis ca. 12,5 kv/m erreicht werden, in Russland können diese sogar bis auf 27 kv/m steigen. Die Feldstärken, denen Hochspannungsmonteure ausgesetzt sind, hängen von der Arbeitstechnik ab: Meist werden die Leitungen für Wartungsarbeiten abgeschaltet. Wenn Arbeiten unter Hochspannung durchgeführt werden müssen, ist ein Schutz Seite 12 von 50

13 vor Funkenentladungen durch Schutzkleidung und Schutzbrillen notwendig, diese schützen den Körper auch vor dem Eindringen elektrischer Felder. Höhere elektrische Feldstärken können in der Umgebung von Einrichtungen auftreten, die mit höheren Spannungen betrieben werden, z.b. Induktionsöfen (bis 20 kv), Schweißmaschinen, Funkenerosionsmaschinen, Lichtbogen- und Plasmaschmelzöfen. Besondere Aufmerksamkeit richtet sich wegen ihrer Verbreitung auf Computermonitore. In der Zwischenzeit erfüllen die meisten der Geräte eine Empfehlung der schwedischen Gewerkschaft (MPR-2) und werden als strahlungsarm bezeichnet, wenn die elektrische Feldstärke in 50 cm Abstand im Frequenzbereich von 5 Hz bis 2 khz unter 25 V/m bleibt. Relativ höhere elektrische Feldstärken mit bis zu ca. 500 V/m verursachen Leuchtstoffröhren und Energiesparlampen. Im Allgemeinen werden die in Industrie und Gewerbe verwendeten elektrischen Geräte und Anlagen nur mit 230 V und 400 V betrieben, auch wenn sie höhere Leistungen besitzen. Die von ihnen erzeugten elektrischen Feldstärken sind daher mit jenen im Haushalt vergleichbar (LEITGEB, 2000). Die elektrischen Feldstärken sind in unseren Wohnungen räumlich und zeitlich sehr verschieden und nehmen mit zunehmender Entfernung zu Elektrogeräten und Leitungen rasch (1/x 2 bei flächigen Quellen bzw. 1/x 3 bei Punktquellen) ab. Weil unser Körper daher nicht zur Gänze den Feldern ausgesetzt ist, ist die Situation grundsätzlich günstiger als bei den räumlich ausgedehnten Feldern der Hochspannungsleitungen. Elektrische Felder von Netzkabel werden meist überschätzt. In der Regel sind sie vernachlässigbar klein, weil sich die Felder der Hin- und Rückleitung weitgehend aufheben. In 10 cm Entfernung liegen sie bereits unter 0,02 V/m. Selbst vor Steckdosen sind sie in 10 cm Entfernung bereits unter 6 V/m abgesunken. Bei Elektrogeräten hängen die auftretenden elektrischen Feldstärken von der Konstruktion und der Verwendungsart ab. Abbildung 1 fasst die in Abhängigkeit der Entfernung ermittelten elektrischen Feldstärken zusammen (LEITGEB, 2000). Seite 13 von 50

14 Abb. 1. Elektrische Feldstärke von Elektrogeräten und Hochspannungsleitungen in Abhängigkeit von der Entfernung in doppeltlogarithmischer Darstellung. Man erkennt, dass die Feldstärken in der Nähe der Geräte zwar höher sein können, aber schnell kleiner werden. Vernachlässigbar kleine Felder erzeugen Netzkabel. Bei Hochspannungsleitungen erstrecken sich die Felder über größere Bereiche. Ab ca. 10 bis 20 m Entfernung nehmen sie aber auch hier rasch ab. Die Schirmwirkung von Häusern zeigt sich daran, dass die Felder von Hochspannungsleitungen im Hausinneren nicht größer sind, als jene von Elektrogeräten. Quelle: LEITGEB, Biologische Wirkungen niederfrequenter elektrischer Wechselfelder Die anthropogen erzeugten elektrischen Wechselfelder sind wesentlich größer als die in der Natur vorkommenden. Die Frequenz unserer Stromversorgung liegt in jenem Bereich, in dem unsere Nerven- und Muskelzellen am leichtesten zu erregen sind. Bei der Wirkung von elektrischen Wechselfeldern auf den menschlichen Körper gilt es zwei grundlegende Arten von Wirkung zu unterscheiden: Wirkungen an der Körperoberfläche und Wirkungen im Körperinneren Wirkungen an der Körperoberfläche Elektrische Felder erzeugen an freiliegenden behaarten Körperarealen mit der Kurvenform wechselnde Aufladungen des relativ schlecht leitenden Haarkleides; weil der im Vergleich dazu sehr gut leitende Körper praktisch auf Erdpotential liegt, werden zwischen den Haaren und der Hautoberfläche Anziehungskräfte wirksam, die eine Seite 14 von 50

15 Haarvibration bewirken. Die Vibrationsamplituden sind der Feldstärke proportional, ihre Weiterleitung an das zentrale Nervensystem erfolgt über am Haarfollikel liegende Berührungs- und Vibrationsrezeptoren. Unter normalen Umständen können vom Menschen 50 Hz-Feldstärken frühestens ab etwa 2 kv/m wahrgenommen werden, Gleiches gilt für die Empfindung des Prickelns zwischen Bekleidung und Körper. Im Tierversuch können Haarvibrationen direkte Feldeffekte im Körperinneren vortäuschen und beispielsweise Stressreaktionen auslösen, die einen Anstieg der Herzrate, veränderte Bewegungsaktivität und daraus ableitbar Stoffwechselveränderungen u.a. erhöhte Sauerstoffaufnahme usw. verursachen. Die Schwellenfeldstärke für die Feldwahrnehmung liegt bei Labornagern in etwa gleich hoch wie beim stehenden Menschen; oberhalb von ihr sind bei Humanexperimenten wegen der Perzeption von Haarbewegungen Blindversuche undurchführbar. An isolierenden Körperteilen bei Tieren können Kraftwirkungen zu Beeinflussungen kutaner Rezeptoren führen. Wenn durch solche Rezeptoren Effekte ausgelöst werden, treten sekundäre reflektorische Wirkungen ebenso an anderen Organen auf, in Muskeln, zentralnervösen Strukturen und ihren tonischen und reflektorischen Innervationen oder an vegetativen Organen, soweit diese durch Sinnesreize auch sonst zu Funktionsänderungen veranlasst werden (SCHÄFER, 1983, zitiert nach FISCHER, 2001) Wirkungen im Körperinneren Im Vordergrund dabei stehen die intracorporalen Verschiebungsströme, wobei hier insbesondere die Stromdichte im Gewebe (Strom pro cm 2 ) von Relevanz ist, jedoch die methodische Schwierigkeit vorliegt, dass sich diese Ströme infolge der inhomogenen Morphologie des Versuchsguts der Messung entziehen und somit nur Abschätzungen vorgenommen werden können. Aus Experimenten (BERNHARDT und MATTHES, 1991; TENFORDE, 1991, zitiert nach FISCHER 2001) lassen sich folgende relevanten Bereiche unterscheiden: Unterhalb von 0,1 µa/cm 2 sind keine wissenschaftlich abgesicherten biologischen Wirkungen bekannt; die Stromdichte von 0,1 µa/cm 2 entspricht der unter normalen Verhältnissen vorliegenden elektrischen Aktivität in den wichtigsten Organen und Geweben des Körpers, die im Herzen oder Gehirn fließenden Hintergrundstromdichten bewegen sich in der Größenordnung von 0,1 1 µa/cm 2. Bei Laborversuchen an Seite 15 von 50

16 Zellkulturen in vitro liegt jedoch kein Gesamtorganismus mit all seinen komplexen Regelkreisen vor mit Stromdichten über 0,1 µa/cm 2 sind vorübergehende biologische Effekte beobachtet worden, die sich zumeist auf geringfügige Veränderungen von Ionenverteilungen und Ionenspiegel beziehen; weiters wurden Änderungen von Zellmembranpermeabilitäten nachgewiesen, sie waren nur bei bestimmten Frequenzen und Feldstärken (Frequenz- bzw. Amplitudenfenster) zu beobachten. Beispiele dazu sind: Geänderter Ca-Ausstrom aus Gehirngewebe-Präparationen bei Exposition in elektrischen und magnetischen 16 Hz-Feldern und Hemmung der Melatonin-Produktion durch das Pinealorgan. Bei etwa 0,1 µa/cm 2 treten auch Elektro- bzw. Magnetophosphene (subjektive figurale Seheindrücke) auf, darunter geringe, im Allgemeinen reversible Effekte im Gewebe sowie eine Beeinflussung von circadianen Rhythmen. Zwischen 0,5 und 1 µa/cm 2 kommt es zur Änderung der Proteinsynthese, zwischen 1 und 10 µa/cm 2 erfolgt eine Beschleunigung der Knochenbruchheilung; hingegen können für die Oberfläche von elektrisch aktiven Nerven- oder Muskelzellen kurzzeitig Stromdichten von über 100 µa/cm 2 berechnet werden. Eine weitere Wirkung der intracorporalen Ströme könnte man in einer Gewebeerwärmung sehen; jedoch bleibt die Temperaturerhöhung selbst bei 10 kv/m und einstündiger Einwirkdauer bei Netzfrequenz unter (angenommenem) Ausschluss des Wärmeaustausches mit der Umgebung um ca. 6 Zehnerpotenzen niedriger als der Grundumsatz (FISCHER, 2001). Tabelle 2: Biologische Wirkungen niederfrequenter elektrischer Wechselfelder in Abhängigkeit der Größe der elektrischen Stromdichte im Körperinneren. (WHO, 1993; zitiert nach LEITGEB, 2000) Stromdichte Auswirkung µa/cm 2 unter 0,1 Keine beobachteten Wirkungen 0,1 1 Keine gesicherten biologischen Wirkungen 1 10 Stimulation einzelner Nerven- und Muskelzellen, beginnende Beeinflussung der Hirnfunktion 10 einige 10 Nerven- und Muskelstimulation über 100 Beeinflussung der Herzfunktion, Verkrampfung von Muskeln, erschwerte Atmung, Herzkammerflimmern Seite 16 von 50

17 3.3. Magnetische Gleichfelder Im Gegensatz zu elektrischen Feldern, die bereits entstehen, wenn elektrische Ladungen getrennt sind, treten magnetische Felder immer dann auf, wenn elektrische Ladungen bewegt werden, wenn also elektrische Ströme fließen. (LEITGEB, 1990). Das wohl bekannteste magnetische Gleichfeld ist das Erdmagnetfeld, welches am Äquator mit rund 30 µt am schwächsten und mit ca. 60 µt an den Polen am stärksten ist. Für Mitteleuropa ergibt sich ein Wert von ungefähr 45 µt. Da dieses jedoch natürlichen Ursprunges ist und in dieser Arbeit ausschließlich anthropogen erzeugte Felder behandelt werden, betrachten wir das Erdmagnetfeld als quasistatische Konstante. Magnetisierte Materialien werden für uns immer bedeutsamer. Magnetschichten speichern Computerdaten, Videos und Musik. Magnetkarten verschiedener Art dokumentieren unsere Identität, Geldkonten, Kreditwürdigkeit etc. Dennoch spielen Verursacher von magnetischen Gleichfeldern in unserem Alltag (noch) eine untergeordnete Rolle. Magnetische Gleichfelder gibt es überall dort, wo elektrischer Gleichstrom fließt, ihre Stärke schwankt daher auch mit dem Stromverbrauch (LEITGEB, 2000) Quellen magnetischer Gleichfelder Energieversorgung Hochspannungs-Gleichspannungs-Übertragungsleitungen sind in nur wenigen Ländern in Verwendung. Die Stärke ihres Magnetfeldes ist mit etwa 20 µt jedoch weniger als halb so groß wie die des natürlichen Magnetfeldes der Erde und kann somit vernachlässigt werden (LEITGEB, 2000) Verkehrsmittel Der schienengebundene Nahverkehr wird meist mit Gleichstrom gespeist. Wegen der niedrigeren Leitungshöhe können die Magnetfeldstärken größer als das Erdmagnetfeld sein. Bei Gleichspannungs-Eisenbahnen wie sie z.b. in Frankreich oder Ita- Seite 17 von 50

18 lien verwendet werden, kann nahezu die 40fache Stärke des Erdmagnetfeldes (über 2 mt) auftreten. Relativ hohe Magnetfelder werden bei Magnetschwebebahnen verwendet. Sie nützen den Effekt aus, dass zwei gleichnamige Magnetpole einander abstoßen. Durch leistungsstarke Magnetspulen können an der Schiene 20000fache Erdmagnetfeldstärken erzeugt werden. Im Fahrgastraum des Transrapid (Deutschland) wurden in Bodennähe Magnetfelder bis zu ca. 8fachen und in Sitzhöhe von ca. 2fachen Erdmagnetfeldstärken gemessen. Zusätzlich entstehen Wechselfelder mit geschwindigkeitsabhängigen Frequenzen bis zu ca. 500 Hz, um die Vorwärtsbewegung zu ermöglichen (LEITGEB, 2000) Arbeitsplatz Am Arbeitsplatz treten starke magnetische Gleichfelder überall dort auf, wo hohe Gleichströme fließen, z.b.: o in der Metallindustrie bei Hochleistungs-Gleichstrommotoren in Walzwerken, bei Lichtbogen- und Plasmaschmelzöfen (ca. 1000fache Erdmagnetfeldstärken, bis 50 mt) sowie bei Aluminium-Elektrolyse (ca. 200fache Erdmagnetfeldstärken, 10 mt); o bei der Schrottverwertung im Bereich der Hubmagnete; o in zugänglichen Bereichen von Kernfusionsreaktoren, z.b. 200fache bis 600fache Erdmagnetfeldstärken (10 mt bis 30 mt), bei Impulsbetrieb kurzzeitig sogar ca. 4000fache bis fache Erdmagnetfeldstärken (200 mt bis 6 T) (LEITGEB, 2000) Medizin Bei einem der aussagekräftigsten bildgebenden Verfahren der Diagnostik, der Magnetresonanz-Tomographie (MRT), wird der Umstand ausgenützt, dass manche Atome (z.b. Wasserstoff) ein eigenes Magnetfeld besitzen. Mit dem MR-Verfahren wird ein Schnittbild des Körpers aufgenommen, wozu der Patient für ca. 20 Minuten starken magnetischen Gleichfeldern bis zu ca fachen Erdmagnetfeldstärken (4T) ausgesetzt wird. Das Bedienungspersonal kann dabei ebenfalls Magnetfeldern von bis zu 2000 Erdmagnetfeldstärken (100 mt) exponiert sein. Seite 18 von 50

19 In Feldern von ca. 6600fachen bis 30000fachen Erdmagnetfeldstärken (300 mt bis 1,5 T) befinden sich Chirurgen, die unter MR-Kontrolle operieren. (LEITGEB, 2000) Ab Ende 2006 wird der Medizinischen Universität Wien und dem AKH Wien das erste österreichische Ganzkörper-7-Tesla-MR-Gerät zur Verfügung stehen. Mit Hilfe dieses neuen 7-Tesla-Ultrahochfeld-Magnetresonanz-Tomografen können unter anderem Aktivitäten von Hirnarealen mit hoher räumlicher Auflösung, Leberstoffwechselstörungen bei Zuckerkrankheit und frühe Schädigung des Gelenksknorpels nach Trauma oder bei Rheuma untersucht werden. All diesen Vorteilen für die Patienten und die Forschung steht allerdings die potentielle Gefährdung des Bedienungspersonals gegenüber, da dieses bei Betrieb des 7-T-MR-Tomografen natürlich noch weit höheren Magnetfeldern ausgesetzt ist, als dies bis dato der Fall war ( Haushalt Im Haushalt treten vereinzelt magnetische Gleichfelder nur bei Spezialmotoren und bei leistungsschwachen batteriebetriebenen Geräten auf, die Feldstärken sind gegenüber denen magnetischer Wechselfelder zu vernachlässigen; weiters muss man die Felder gewisser Geräte (Akkurasierer, -zahnbürste) wegen der betriebsbedingten Bewegung als Wechselfelder qualifizieren (FISCHER, 2001) Biologische Wirkungen magnetischer Gleichfelder Unter besonderer Berücksichtigung des Menschen lässt sich zwischen direkten und indirekten Wirkungen magnetostatischer Felder differenzieren: An direkten Feldeffekten sind Kräfte auf bewegte Ladungen und Kraftwirkungen auf Partikel mit magnetischen Momenten zu nennen. Kräfte auf bewegte Ladungen werden senkrecht zur Bewegungsrichtung ausgeübt, sie sind der Geschwindigkeit und der Induktion proportional. Bei Ionenströmen (z.b. strömendes Blut) kommt es durch den magnetohydrodynamischen Effekt über eine Ladungstrennung zur Ausbildung einer Spannung zwischen den Begrenzungsflächen (Hall-Effekt). Im Tierversuch waren mittels EKG bei etwa 300 mt keine Änderungen der Herzfrequenz oder gar Arrhythmien feststellbar, nach Ende des Feldaufenthaltes stellte sich daraufhin wieder der ur- Seite 19 von 50

20 sprüngliche Verlauf ein. Bei Menschen kam es erst bei 2 T zu unphysiologischen Effekten (ärztliche Herz-Kreislaufkontrolle bei MR-Diagnosen). Ebenfalls infolge der so genannten Lorentz-Kraft kann ab 100 mt eine Beeinflussung der Erregungsbildung bzw. ausbreitung im Herzen auftreten, was insbesondere bei Menschen mit kardialen Reizleitungsstörungen als Gefährdung zu werten ist. Kräfte auf Partikel, die magnetische Dipole oder ferromagnetisches Material darstellen, wur- den in vitro bei sehr hohen Feldstärken nachgewiesen (DNS: ab 1 T, Sichelzellen der Retina: ab 6 T). Es handelt sich dabei um reversible Ausrichtungseffekte, worauf auch die Diagnoseverfahren der Kernspin- bzw. Magnetresonanztomographie beruhen. Nach Feldabschaltung wird wieder die Ausgangslage eingenommen. Natürliche ferromagnetische Strukturen in magnetotaktischen Bakterien bzw. im Gehirn (Bienen, Tauben, Zugvögel, Mensch etc.) werden wesentlich höheren Kräften als nicht ferromagnetische Strukturen ausgesetzt, sie sind vermutlich für die Orientierungsleistungen dieser Lebewesen zumindest mitverantwortlich zu machen. In Gradientenfeldern kann auch eine Trennung para- und diamagnetischer Moleküle und Radikale erfolgen, Schwellenfeldstärken und Auswirkungen werden in der Literatur nicht beschrieben. Kraftwirkungen auf ferromagnetische Materialien sind auch die Auslöser für die indirekten Effekte statischer Magnetfelder: An metallischen Implantaten (künstliche Hüftgelenke, Prothesen, Klammern, Stimulationselektroden von Herzschrittmachern, Medikamentendepots) können Drehmomente bzw. Zugkräfte in inhomogenen Feldern entstehen, die schlimmstenfalls zu inneren Verlet- ziehen kann (FISCHER, zungen führen. Weiter besteht die Möglichkeit, dass durch starke Gleichfelder (ab 2 mt) direkt im Herzbereich Schrittmacher unbeabsichtigt umprogrammiert werden, was im Extremfall (gleichzeitiges Herzversagen) den Tod des Patienten nach sich 2001). Seite 20 von 50

21 Tabelle 3: Auswirkungen magnetischer Gleichfelder auf den Menschen. (FISCHER, 2001) Magnetische Flussdichte T ab 0,1 bis 0,4 Auswirkung Beeinflussung der Erregungsbildung bzw. ausbreitung im Herzen (= Gefährdung bei Menschen mit kardialen Reizleitungsstörungen) Nahtloser magnetischer Wundverschluss mit kosmetisch weitgehend unauffälligen Narben 0,1 1,5 Temperaturerniedrigung an Muskeln, Hautoberfläche und Venen (2 C bis 150 mt, 5 C bei 1,5, die Temperaturdifferenzen bildeten sich allerdings nach ~ 30 Minuten wieder zurück) 1,5 2 Veränderte Geschmacksempfindungen und Schmerzen in plombierten Zähnen > 2 Auftreten von unphysiologischen Effekten (ärztliche Herz-Kreislauf-Kontrolle bei MR-Diagnosen) 3.4. Niederfrequente magnetische Wechselfelder Magnetische Wechselfelder werden durch die Bewegung elektrischer Ladungen, also den elektrischen Strom, erzeugt. Während sich elektrische Felder mit einem vergleichsweise geringen Aufwand wirksam abschirmen lassen, ist eine Abschirmung niederfrequenter magnetischer Wechselfelder mit einem wirtschaftlich vertretbaren Aufwand nicht möglich. Jeder kann deshalb im Alltag magnetischen Feldern ausgesetzt sein (LEITGEB, 1990). Im Gegensatz zu den Wechselfeldern in der Natur sind wir der Stärke und Häufigkeit dieser technisch erzeugten Felder aber meist nicht willkürlich exponiert. Besonders in der eigenen Wohnung bestimmen wir zumindest teilweise selbst, wann wir diesen Feldern ausgesetzt sind, da sich die Stärke von magnetischen Wechselfeldern ständig mit dem jeweils momentanen Stromverbrauch ändert (LEITGEB, 2000) Quellen niederfrequenter magnetischer Wechselfelder Hochspannungsleitungen Der grundsätzliche räumliche Verlauf der Stärke des Magnetfeldes bei Hochspannungsleitungen ist ähnlich dem des elektrischen Feldes: Die stärksten Felder entstehen in der Mitte zwischen zwei Hochspannungsmasten, wo die Leitungen am tiefsten Seite 21 von 50

22 hängen. Zur Seite hin nehmen sie ab einer Entfernung, die ungefähr der Leiterhöhe entspricht, sehr schnell ab, nämlich mit dem Quadrat der Entfernung. Die Leiterströme sind nicht konstant, sondern schwanken mit dem Energieverbrauch. Je nach Art der angeschlossenen Verbraucher zeigt die Stromstärke und damit das Magnetfeld tageszeitliche, wöchentliche und jahreszeitliche Schwankungen. Es ist meist in der Nacht niedriger als am Tag. Die Magnetfelder an der Stelle des größten Durchhanges liegen je nach Bauform und Leiterbelegung im Bereich zwischen ca. 10 bis 50 µt pro 1 ka Leiterstrom (LEITGEB, 2000) Hochspannungskabel Hochspannungskabel (= Erdkabel) führen ähnlich hohe Ströme wie Freileitungen. Da sie nur ca. 1 m von der Erdoberfläche entfernt sind, wäre in ihrer Nähe ein stärkeres Magnetfeld zu erwarten. Tatsächlich ist es jedoch deutlich kleiner und beträgt etwa 10 µt pro 1 ka Strombelastung. Mit zunehmender seitlicher Entfernung nimmt es bereits innerhalb weniger Meter erheblich ab. Der Grund liegt darin, dass im Kabel die drei Phasenleiter des Drehstromsystems enger aneinander liegen und sich daher ihre Magnetfeldanteile gegenseitig besser kompensieren als bei Freileitungen (LEITGEB, 2000) Transformatoren Transformatoren haben die Aufgabe, die für die Energieübertragung gewählte Hochspannung zu erzeugen oder diese in der Nähe der Verbraucher wieder in niedrige Spannungen umzuwandeln. Wenn Transformatoren in Wohngebäuden untergebracht sind, sollten die Niederspannungskabel möglichst weit weg vom Wohnbereich und möglichst eng aneinander verlegt sein. Die leistungsstärksten Transformatoren stehen in Umspannwerken. Dort werden auch Spulen ohne Eisenkern verwendet, die die Aufgabe haben, bei Kurzschlüssen den Strom zu begrenzen. Da hier das entstehende Magnetfeld ungehindert in die Luft austreten kann, sind die Streufelder besonders stark und können in zugänglichem Bereich bis über 20 mt erreichen (LEITGEB, 2000). Seite 22 von 50

23 Verkehrsmittel In Österreich und Deutschland ist die Bahnfrequenz nur ein Drittel unserer Stromversorgungsfrequenz, nämlich 16 2/3 Hz. Die auftretenden Magnetfelder schwanken hier noch mehr als üblich. Kurzzeitige hohe Spitzen entstehen vor allem beim Anfahren und Beschleunigen der Züge. Die Magnetfelder im Inneren der Waggons sind wegen der Elektroheizung im Winter höher als im Sommer und liegen im Bereich von einigen µt. Die stärksten Magnetfelder treten naturgemäß bei Magnetschwebebahnen auf. Wenn keine zusätzlichen Abschirmmaßnahmen getroffen werden, können sie im Waggoninneren je nach Antriebsprinzip in die Nähe der zulässigen Grenzwerte kommen (LEITGEB, 2000) Sicherheitssysteme Magnetfelder werden heute angewandt zur Diebstahlsicherung, Zutrittsbeschränkung, zum Erkennen von Metallgegenständen etc. Die verwendeten Frequenzen bei solchen Sicherheitssystemen liegen im Übergangsbereich zwischen Nieder- und Hochfrequenz, nämlich zwischen 3 khz und 3 MHz. Torsysteme beispielsweise verwenden Frequenzen im Bereich von 100 Hz bis 10 khz. Die festgestellten Maximalwerte im Durchgehbereich liegen zwischen 100 µt bis 1 mt. Bei derart starken Feldern kann eine Beeinflussung von Herzschrittmachern nicht mehr ausgeschlossen werden (LEITGEB, 2000) Arbeitsplatz In Industrie und Gewerbe werden Magnetfelder im Frequenzbereich bis ca. 3 MHz gezielt erzeugt, um Metall zu schmelzen, zu erhitzen oder zu verschweißen. Darüber hinaus treten stärkere Magnetfelder auch überall dort auf, wo leistungsstarke Anlagen und Geräte betrieben werden und daher hohe Ströme fließen: o In der Nähe von Induktionsöfen (z.b. bis 70 mt bei 50 Hz), die verwendeten Frequenzen liegen im Bereich zwischen 50 Hz und 10 khz; o Schweißmaschinen (z.b. bis 13 mt); o Funkenerosionsmaschinen, die Frequenzgemische bis über 30 khz erzeugen; Seite 23 von 50

24 o Gießereiöfen mit Strömen bis über 10 ka; o Computerbildschirme (Kathodenstrahlröhrenmonitore) erzeugen Magnetfelder, die in 30 cm Entfernung kleiner als 0,25 µt sind (LEITGEB, 2000) Haushalt Im Haushalt entstehen Magnetfelder vor allem durch jene Geräte, die einen höheren Stromverbrauch haben (z.b. Geräte, die Wärme erzeugen wie Haarfön, Trockenhaube, Elektroherd, Bügeleisen etc.), Geräte die einen Transformator oder Magnetspulen enthalten (z.b. Fernsehgeräte, Stereoanlagen etc.) oder die von einem leistungsstarken Motor angetrieben werden (z.b. Staubsauger, Bohrmaschinen oder Mixer). Gemeinsam ist ihnen jedoch, dass die Magnetfelder bereits innerhalb unserer Körperabmessungen sehr klein werden. Meist sind sie z.b. nach 1 m bereits um das 100fache niedriger. Die Magnetfelder von Netzkabeln werden meist überschätzt. Selbst bei hohen Strömen bewirkt die Zusammenfassung der Hin- und Rückleitung eine rasche gegenseitige Kompensation. Auch bei den Leitungen unserer E- lektroinstallation heben sich die Felder der Hin- und Rückleitung gegenseitig großteils auf. Die vergleichsweise größten Magnetfelder finden sich im Sicherungskasten, da dort alle stromführenden Leitungen zusammentreffen. Die Magnetfelder können dort einige µt erreichen (LEITGEB, 2000). Abb. 2. Magnetfelder von Elektrogeräten und Energieversorgungseinrichtungen in Abhängigkeit von der Entfernung in doppelt-logarithmischer Darstellung. Man erkennt, dass die Felder in der Nähe der Geräte zwar höher sein können, aber bereits nach 1 m Abstand sehr klein sind. Vergleichsweise kleine Magnetfelder werden durch Netzkabel erzeugt. Bei Hochspannungsleitungen und Transformatoren reichen sie wesentlich weiter, nach 10 bis 20 m nehmen sie aber auch hier sehr rasch ab. Häuser schirmen Magnetfelder nicht ab. Quelle: LEITGEB, 2000 Seite 24 von 50

25 Biologische Wirkungen niederfrequenter magnetischer Wechselfelder Die Unterscheidung in direkte und indirekte Wirkungsmechanismen analog zu den anderen Feldtypen, ist auch beim niederfrequenten Magnetfeld nötig, zumal hier ein wesentliches Wirkungsprinzip gegenüber den magnetostatischen Feldern hinzukommt. Unter die direkten Einflüsse sind die Induktion intracorporaler Wirbelströme, die Kraftwirkung auf bewegte Ladungen (Hall-Effekt), magnetohydrodynamische Effekte bei fließenden Blutvolumina und die Beeinflussung der Ionendiffusion durch Membrane zu zählen. Zusätzlich dazu gibt es noch eine ganze Reihe von eher rein theoretischen bis hin zu ziemlich wahrscheinlichen Wirkungsmodellen. Als offensichtlichste Ausprägungsform der induzierten Ströme können Magnetophosphene aufgefasst werden; diese Sehphänomene subjektiver Natur entstehen durch Reizung der bipolaren Ganglienzellen der Retina, die maximale Empfindlichkeit dafür liegt zwischen 20 und 30 Hz, der Schwellenwert der Flussdichte für erste Flimmererscheinungen beträgt etwa 2 mt. Ebenso gelten für alle anderen aus Durchströmungsversuchen erhaltenen markanten körperlichen Erscheinungen frequenzabhängige Unterschiede hinsichtlich der jeweiligen Schwellen; dies betrifft die Wahrnehmung, sowie die Loslass- und Flimmerschwelle des Herzens. Vergleiche mit den infolge normaler physiologischer Vorgänge im Körper auftretenden elektrischen Stromdichten zeigen, dass solche von unter 0,1 µa/cm 2 keine Wirkung auf Nervenzellen haben, 0,1 1 µa/cm 2 bewirken die Erregung einzelner Körperzellen entsprechend der Wahrnehmbarkeitsschwelle sowie die Beeinflussung von Wundheilungsprozessen; ab 1 µa/cm 2 können frequenzabhängig Effekte auftreten, die jedoch keine Gefährdung von Personen bedeuten. Stromdichten von mehr als 100 µa/cm 2 im Herzbereich sind in der Lage, Kammerflimmern auszulösen. Stellt man diejenigen magnetischen und elektrischen Feldstärken gegenüber, die bei Netzfrequenz zur Verursachung gleicher intracorporaler Stromdichten in der Herzregion benötigt werden, so lässt sich erkennen, dass bereits Induktionen von nur µt ausreichen, um jene Stromdichte zu verursachen, für die ein Feld von 1 kv/m erforderlich ist. Dies zeigt, dass bei den am Arbeitsplatz maximal möglichen 100 mt verglichen mit den höchstzulässigen 20 kv/m etwa 2000 mal höhere Stromdichten vorkommen. Für die Wahrnehmbarkeit sind zumindest einige mt nötig, gefährliche Verkrampfungen treten erst über 100 mt auf. Bevor es durch steigende Feldstärken Seite 25 von 50

26 zum Herzkammerflimmern kommt, ist wegen der höheren Stromdichten an der Körperoberfläche als Warnsignal eine Erregung der Brust- und Bauchmuskulatur zu erwarten, was im Tierexperiment auch bewiesen werden konnte. Zum Abschluss der direkten Wirkmechanismen soll hier noch kurz eine Auflistung einiger eher hypothetischer Beeinflussungsmöglichkeiten erfolgen; abschließende Beurteilungen der praktischen Bedeutung und der erforderlichen Schwellenfeldstärken stehen derzeit noch aus: Josephson-Effekt, Änderungen des Winkels in Wasserstoffbrückenbindungen, quantenmechanische Wirkungsmodelle u.a.m. Die indirekten Wirkprinzipien zeitlich veränderlicher Magnetfelder sind grundsätzlich ident mit denen im magnetostatischen Feld, allerdings ändern die auftretenden Kräfte und Drehmomente auf ferromagnetische Implantate mit jeder Halbwelle ihre Richtung. Herzschrittmacher können in starken Feldern je nach Typ entweder zu Tachykardie oder Asystolie führen, besondere Vorsicht ist bei Feldern mit physiologischen (Modulations-)Frequenzen geboten: Bewegungsbedingt könnte dies beim Elektrorasierer und bei netzbetriebenen Zahnbürsten sowie während des Durchschreitens von gewissen Diebstahlsicherungsanlagen in Kaufhäusern und bei Zutrittkontrollsystemen der Fall sein (FISCHER, 2001). Tabelle 4: Auswirkungen niederfrequenter magnetischer Wechselfelder (50 Hz) auf den Menschen (BUWAL, 1993, zitiert nach MÜLLER, 2000). Magnetische Flussdichte Auswirkung T < 500 µt Keine gesundheitlich relevanten akuten Effekte > 2 mt Auftreten von Magnetophosphenen ca. 50 mt Schwellenwert für die Reizung von Muskel- und Nervenzellen > 500 mt Auftreten von Extrasystolen und Herzkammerflimmern (Lebensgefahr) Seite 26 von 50

27 4. Hochfrequente elektromagnetische Wellen Der Hochfrequenzbereich ist weit gespannt, er reicht von 30 khz bis 300 GHz. Unter dem Begriff hochfrequente Strahlung ist im Weiteren der große, sich über sieben Größenordnungen erstreckende Frequenzbereich gemeint. Er reicht von den Radiowellen bei 30 khz bis an das Ende des Mikrowellenbereiches bei 300 GHz. Die Einteilung nach den einzelnen Frequenzbereichen zeigt die folgende Tabelle. Tabelle 5: Frequenzbereich hochfrequenter elektromagnetischer Strahlung Hochfrequenzbereich 30 khz bis 300 MHz Langwelle (LW) 30 khz bis 300 khz Mittelwelle (MW) 300 khz bis 3 MHz Kurzwelle (KW) 3 MHz bis 30 MHz Ultrakurzwelle (UKW) 30 MHz bis 300 MHz Mikrowellenbereich 300 MHz bis 300 GHz Dezimeterwellen 300 MHz bis 3 GHz Zentimeterwellen 3 GHz bis 30 GHz Millimeterwellen 30 GHz bis 300 GHz (LEITGEB, 1990) Die Ausbreitungsgeschwindigkeit für alle elektromagnetischen Wellen unabhängig von der Frequenz ist gleich groß, sie entspricht der Lichtgeschwindigkeit c (~ km/s). Elektromagnetische Wellen transportieren Energie. Diese setzt sich aus den Energieanteilen der elektrischen und magnetischen Komponenten zusammen. Das entscheidende Maß für die Stärke einer Welle ist, wie viel Leistung (Energie pro Zeit) pro Flächeneinheit sie mit sich führt. Dies wird als Intensität bezeichnet. Wenn sich elektromagnetische Wellen in Materie ausbreiten, verlieren sie an Intensität. Dies geschieht deshalb, weil dabei ein Teil ihrer Intensität in Wärme umgewandelt, also absorbiert wird. Die biologischen Auswirkungen hängen dabei davon ab, wieviel Leistung pro Kilogramm Materie in Wärme umgewandelt wird. Dies wird als spezifische Absorptionsrate (SAR) bezeichnet und in Watt pro Kilogramm (W/kg) angegeben. Die Eindringtiefe ist das Maß, mit dem angegeben wird, nach welcher Wegstrecke die Intensität unter 37 % gesunken ist. Wie schnell die Wellen bei ihrer Ausbreitung schwächer werden, hängt außer von den Materialeigenschaften auch von der Entfernung zur Antenne ab (LEITGEB, 2000). Seite 27 von 50