Sind Spitzenentladungen mitverantwortlich für ... - Revita.San
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<strong>Sind</strong> <strong>Spitzenentladungen</strong> <strong>mitverantwortlich</strong> <strong>für</strong> Waldschäden?<br />
Von Rainer Fischer, Sinzheim<br />
Überarbeitet im Juni 2007
<strong>Spitzenentladungen</strong> sind elektrische Entladungen, die von Spitzen oder exponierten Krümmungen<br />
elektrischer Leiter ausgehen, also von Punkten, an denen bereits bei relativ kleinen Spannungen die<br />
Feldstärke groß genug ist, um eine sogenannte Gas- oder Dunkelentladung in der umgebenden Luft<br />
hervorzurufen. Derartige Dunkelentladungen werden technisch zur Erzeugung von Ozon und atomarem<br />
Wasserstoff genutzt. Daneben werden auch Stickoxide erzeugt. <strong>Spitzenentladungen</strong> an Bäumen sind<br />
hinreichend bekannt und beschrieben und nehmen mit der Höhe und in Meeresnähe deutlich zu. Es gibt<br />
nun vielfache Hinweise darauf, dass durch Immissionen einerseits und durch veränderte solar-terrestrische<br />
Verhältnisse andererseits <strong>Spitzenentladungen</strong> gegenüber früher begünstigt werden, was einen erheblichen<br />
zusätzlichen Stress <strong>für</strong> Bäume bedeuten würde. Es erscheint auch mehr als wahrscheinlich, dass<br />
besonders in den Hochlagen Bodenversauerungen durch einen erhöhten luftelektrischen Ladungsausgleich<br />
ausgelöst werden, da selbst hohe künstliche Säureberegnungen keine Bodenversauerung auslösten.<br />
Es bleiben noch Widersprüche<br />
Das Absterben von Waldbäumen wird durch vielerlei Faktoren beeinflusst, sei es durch anthropogene<br />
Emissionen und deren Umwandlungsprodukte oder sekundär entstehende Photooxidantien, sei es durch<br />
Nährstoffmangelerscheinungen und versauerte Böden oder durch lokale, auf bestimmte Jahre beschränkte<br />
klimatische Faktoren wie etwa Trockenheit. Obwohl viele Zusammenhänge und Ursachen abgestorbener<br />
Wurzeln und geschädigter Nadeln und Blätter geklärt werden konnten, gibt es auch Widersprüche,<br />
und das ganze Ausmaß der Schäden ist noch nicht völlig zweifelsfrei begründbar. So ist es bisher nicht<br />
gelungen, mit den als ursächlich vermuteten Stressoren künstlich genau die Schäden zu erzeugen, wie<br />
sie in "Reinluftgebieten" und Hochlagen der Mittelgebirge zu finden sind. Bei Begasungsversuchen<br />
konnten zwar Schäden erzeugt werden, aber nur mit sehr hohen, in den geschädigten Wäldern meist<br />
nicht anzutreffenden Konzentrationen. Zudem lösen Begasungen allein andere Schadsymptome aus (14),<br />
als sie in den Hochlagen anzutreffen sind.<br />
Ebenso werden Widersprüche erkennbar bei der Frage einer direkten Schädigung von Nadeln und Blättern<br />
durch Säureeinwirkung (z. B. Leaching) und bei dem Problem der Bodenversauerung und ihren Folgen.<br />
So gelang es im Höglwald trotz einer über 6 Jahre andauernden Beregnung mit verdünnter Schwefelsäure<br />
weder eine Nadelschädigung bei den Fichten zu erreichen (30) noch den Boden-pH-Wert erkennbar<br />
zu beeinflussen (29). In der Haard, am Nordrand des Ruhrgebietes, konnten dagegen 24mal so hohe<br />
Immissionseinträge einschließlich Protonen nachgewiesen werden wie im Schwarzwald, jedoch keinerlei<br />
Schäden wie sie dagegen <strong>für</strong> die Hochlagen auch ohne große Belastungen typisch sind (18).<br />
Bei der Untersuchung eines erwarteten Zusammenhangs zwischen Immissionseinträgen, Bodenversauerung<br />
und Baumschäden stellten PRINZ ET AL. (44) Widersprüche fest, woraus der Schluss gezogen<br />
wurde, dass die Bodenversauerung nicht als alleiniger Ursachenfaktor angenommen werden könne, da<br />
der Grad der Versauerung weder mit den ermittelten Immissionseinträgen noch mit dem Grad der<br />
Baumschäden übereinstimme. Es wurde daher angeregt, klimatische Faktoren stärker zu berücksichtigen.<br />
Gibt es einen bisher unberücksichtigten Faktor <strong>für</strong> die Bodenversauerung und den oxidativen<br />
Stress an Nadeln und Blättern ?<br />
Großräumig gesehen ist zwar ein Zusammenhang zwischen Immissionsbelastung und Waldschäden<br />
erkennbar. So sind die Schäden im Osten Deutschlands und in der Nähe stark immissionsbelasteter<br />
Gebiete der Tschechei deutlich höher. Allerdings finden sich auch hier die massivsten Schäden nur in<br />
den Hochlagen, die aus den Bereichen mit hohen Immissionsbelastungen herausragen.<br />
Dies wirft die Frage auf, ob Immissionen nicht auch indirekt den Bäumen schaden könnten, indem sie<br />
massiv in den luftelektrischen Ladungsausgleich zwischen negativ geladener Erde und positiv geladener<br />
Ionosphäre eingreifen (Abb. 1). Der Ladungsausgleich erfolgt über Kleinionen der Luft, die in der unteren<br />
Atmosphäre durch kosmische Strahlung, Radioaktivität und Wasserverwirbelungen (Meereswellen,<br />
Wasserfälle o.ä. gebildet werden.<br />
Kleinionen sind geladene Komplexe von 3 bis 12 Molekülen mit nur einer elektrischen Elementarladung<br />
(z.B. 0 2 - , N 2 + , CO 2 - , H 2 O + ). Wegen ihrer großen Beweglichkeit von 1 bis 2 cm/s/Volt/cm und ihrer<br />
Membrandurchlässigkeit haben sie große biologische Bedeutung (61).<br />
Großionen sind geladene Kondensationskerne aus 10 6 Molekülen mit etwa 10 Elementarladungen und<br />
einer Beweglichkeit von 10 -3 bis l0 -4 cm/Vs. Mittelionen liegen dazwischen.<br />
Diese Kleinionen werden durch Immissionen sofort abgebaut, da sie sich an Aerosole anlagern und<br />
dabei entstehen elektrisch unbewegliche Mittel- und Großionen. An arbeitsfreien, immissionsärmeren<br />
Tagen sinkt daher das luftelektrische Potential in Ballungszentren regelmäßig stark ab, da sich aufgrund<br />
der höheren elektrischen Leitfähigkeit der Luft Luftelektrizität besser abgebaut werden kann.
Immissionen bewirken also eine luftelektrische Isolation, die insbesondere die Tallagen erfasst. Die<br />
Erde als guter elektrischer Leiter ragt mit ihren Bergen und den darauf stehenden Bäumen ab einer<br />
gewissen Höhe aus der immissionsbedingten Isolationsschicht heraus. Der gesamte luftelektrische<br />
Ladungsausgleich wird durch Immissionen also auf die höheren Lagen konzentriert, was eine erhebliche<br />
Überlastung der dortigen Bäume und ihrer physiologischen Leistungsfähigkeit darstellen dürfte.<br />
Abb. 1: Feldverzerrung im luftelektrischen Erdfeld durch Bodenerhebungen: Links ohne Luftverschmutzung,<br />
rechts bei Luftverschmutzung. Ohne Immissionen sind Tal- und Gebirgslagen gleichermaßen<br />
am luftelektrischen Ausgleich beteiligt, bei starken Immissionsbelastungen müssen diesen Ausgleich<br />
allein die Hochlagen tragen; erweiterte und veränderte Darstellung nach (26, Bd. 2).<br />
Die Auswirkungen von Luftverschmutzung auf die Luftleitfähigkeit zeigen die Daten <strong>für</strong> folgende Orte:<br />
Kew bei London 0,3 Potsdam 1,1 Davos 3,1 Spitzbergen 4,95 Grönland (73°N) 6,1<br />
gemessen in X * 10 -16 Ω -1 cm –1 = Mittelwerte der dortigen Luftleitfähigkeit, (28, 25)<br />
Abb. 2: Luftelektrische Größen im globalen Stromkreis zwischen negativ geladener Erde und positiv geladener<br />
Ionosphäre. Einerseits wird die vorhandene Spannung über Kleinionen der Luft ständig abgebaut, andererseits<br />
muss sie aber auf anderem Wege auch ständig neu erzeugt werden. Abb. erstellt nach Daten aus (38).<br />
Der Artikel in „Allgemeine-Forst-Zeitschrift― Heft 13/1993 wurde im folgenden Text erweitert und neu<br />
überarbeitet, da seit Oktober 1993 wichtige Erkenntnisse aufgrund von Satellitenaufnahmen oberhalb<br />
von Gewitterwolken hinzugekommen sind, die von der Erde aus bis dahin nicht sichtbar waren. Es handelt<br />
sich um gewaltige und zuvor nicht <strong>für</strong> möglich gehaltene gewaltige Entladungen von Gewitterwolken in<br />
Richtung Ionosphäre, welche die bisher allgemein angenommene These einer Entstehung der luftelektrischen<br />
Spannung zwischen Erde und Ionosphäre durch eine negativen Aufladung der Erde aufgrund einer Übertragung<br />
von Elektronen durch Wolken-Erd-Blitze gleich aus mehreren Gründen nicht mehr als richtig<br />
erscheinen lassen. Blitze sind Entladungen und bewirken im Gesamtzusammenhang betrachtet keine<br />
wesentliche Aufladung der Erde. Bei den Größenordnungen der jetzt erst beobachteten gewaltigen<br />
Entladungen nach oben müssen Erdblitze in einem ganz anderen Licht betrachtet werden.
Luftelektrizität – ein bis heute unverstandenes Grundphänomen irdischen Lebens<br />
Das Institut <strong>für</strong> Pflanzenphysiologie der sowjetischen Akademie der Wissenschaften hat bis 1976 in<br />
langen Versuchsreihen nachgewiesen, dass die Photosynthese neben der bekannten Abhängigkeit von<br />
Licht, Temperatur, Feuchtigkeit und Nährstoffen auch durch den Faktor Luftelektrizität deutlich beeinflusst<br />
wird. Bei Ladungsinversion während eines Gewitters wird die Photosynthese entsprechend der<br />
Ladungsstärke reduziert. Daraus wurde der Schluss gezogen, dass die Pflanzendecke den Stoffumsatz<br />
vor Gewittern mit Ladungsinversion weitgehend einstellt. Dagegen konnte eine Steigerung der Photosynthese<br />
durch Erhöhung der negativen Ladung der Erde und der Pflanzen erzielt werden (59). Allerdings<br />
kann diese Photosynthesesteigerung nur so lange als Vorteil angesehen werden, wie es aufgrund<br />
von anderen luftelektrischen Verhältnissen, wie sie z.B. in den Hochlagen der Gebirge vorzufinden<br />
sind, nicht zu <strong>Spitzenentladungen</strong> kommt. Bei derartigen Entladungen wird der natürliche molekulare<br />
Sauerstoff atomar aufgespaltet und zwar direkt an Baumspitzen sowie an der Oberseite von Nadeln und<br />
Blättern. Das ist eine oxidative Schädigung der Pflanzen, wie sie extremer nicht sein könnte.<br />
Das normale luftelektrische Feld in Tallagen beträgt 100 bis 120 V/m. Nach CHALMERS (8) treten <strong>Spitzenentladungen</strong><br />
bei baumhohen Spitzen ab 600 V/m auf, wobei es zu Stromstößen in der Größenordnung<br />
von 10 -6 A kommt. Die Höhe und Freistellung einer Spitze begünstigt stille Entladungen erheblich. So<br />
kann es bei 30 bis 40 m hohen Bäumen sogar schon in Tallagen bei gewöhnlichen Schönwetterwerten<br />
des Potentialgradienten zu <strong>Spitzenentladungen</strong> kommen. MÜHLEISEN (38) stellt darüber hinaus fest:<br />
"Bei kräftigen schauerartigen Niederschlägen in Form von Regen oder Schnee können die Feldstärken<br />
sehr hohe Werte bis 10.000 V/m annehmen, wobei es wie beim Gewitter zu Corona-Entladungen an Spitzen<br />
kommt, ohne dass wir aber (wegen der fehlenden Blitze) von einem Gewitter sprechen können." Im<br />
Gebirge können solche Entladungen selbst von Grasspitzen ausgehen, da die bekannten Grenz- und<br />
Richtwerte <strong>für</strong> Dunkelentladungen bei entsprechender Ionisierung und Leitfähigkeit der Luft nicht<br />
mehr gelten. Den Zusammenhang zwischen Spitzenstrom, elektrischer Feldstärke und Höhe der Spitze<br />
haben bereits WHIPPLE UND SCRASE (64), SIMPSON UND SCRASE (60) sowie CHALMERS (7) untersucht.<br />
Entladungen erfolgen vorzugsweise im Bereich der Baumspitzen, sowie an den Oberseiten von Nadeln<br />
und Blättern aller exponierten Äste. Die zuerst eintretende Oberseitenvergilbung unbeschatteter Nadeln<br />
lässt sich also leicht durch Entladungen erklären, während eine künstliche Säureberegnung der Nadeln<br />
mit verdünnter Schwefelsäure wie im Höglwald keine Schäden auslösen konnte. <strong>Spitzenentladungen</strong><br />
an Bäumen sind genau da zu erwarten, wo die Schäden in aller Regel auftreten: an Bäumen in Einzelstellung,<br />
an Waldrändern, in Kamm- und steilen Hanglagen, in Mischwäldern mit unterschiedlichen Baumhöhen,<br />
an alten Bäumen, die andere überragen. Überall dort, wo konvexe Krümmungen des Geländes<br />
auftreten oder die Bäume selbst Geländeüberhöhungen darstellen, ist der luftelektrische Potentialgradient<br />
stark erhöht und sind Dunkelentladungen begünstigt. Am günstigsten Entladungspunkt, der<br />
Baumspitze, erweisen sich die Reparaturmechanismen der Bäume am wenigsten wirksam, Dies ist am<br />
Schadbild der Hochlagenbäume nicht zu übersehen. Dies gilt auch und gerade <strong>für</strong> die Fichten, obwohl<br />
sie aufgrund ihrer Tracheïdenzellen, die den Saftstrom noch oben begünstigen und bei jeder Verzweigung<br />
erschweren, die beste direkte Nährstoff- und Wasserversorgung in der Spitze haben, was Jungbäume<br />
oft mit extremen Längen ihrer Spitzentriebe sehr klar zeigen können.<br />
Da der Luftelektrizität daher mit hoher Wahrscheinlichkeit eine erhebliche Bedeutung beim Waldsterben<br />
zukommt, aber sich in Deutschland niemand mehr mit diesem Thema befasst, seien hier zunächst<br />
noch einmal ihre wichtigsten Merkmale zusammengefasst. Danach soll belegt werden, dass die Entstehung<br />
der luftelektrischen Spannung wohl das letzte grundlegende Naturphänomen ist, das unverstanden<br />
geblieben ist und bis heute in allen Physikbüchern falsch dargestellt wird. Dies liegt daran, dass man sich<br />
1956 in Ermangelung der Kenntnis anderer möglicher Entstehungsursachen auf die Gewitterhypothese<br />
als Ursache geeinigt hatte, da das Vorhandensein der Magnetosphäre überhaupt noch nicht bekannt und<br />
der Einfluss der Neutronen und die Bedingungen ihres Zerfalls in der unteren Atmosphäre noch nicht<br />
hinreichend durchleuchtet war. Man sah daher damals in der Blitzdichte die einzige – aber leider völlig<br />
falsche – Korrelation mit dem auf allen Weltmeeren gleichen Tagesgang der luftelektrischen Spannung.<br />
Weitere bekannte Merkmale der Luftelektrizität:<br />
Nach MÜHLEISEN (41) unterteilt sich der gesamte Säulenwiderstand zwischen Erde und Ionosphäre<br />
äußerst ungleichmäßig:<br />
Bodennahe Luftschicht<br />
0 bis 100 m<br />
10%<br />
Austauschschicht 100<br />
bis 2000 m<br />
60%<br />
Untere Troposphäre 2<br />
bis 10km<br />
20%<br />
Stratosphäre 10 km bis<br />
∞<br />
10%
Die luftelektrische Feldstärke, auch Potentialgradient<br />
genannt, nimmt mit der Höhe zunächst nur langsam, ab<br />
etwa 600 m jedoch exponentiell ab (Abb. 3). Dies hat<br />
seinen Grund in der mit der Höhe zunehmenden elektrischen<br />
Leitfähigkeit der Luft. Die <strong>für</strong> das Pflanzenwachstum<br />
eigentlich förderliche Spannung wird zunehmend<br />
durch Entladungsvorgänge und Elektronenverluste<br />
ersetzt. Die Luftleitfähigkeit wiederum wird<br />
durch eine mit der Höhe zunehmende Ionisierung<br />
bewirkt. Bereits am unteren Rand der ionosphärischen<br />
D-Schicht ist die Luft elektrisch so gut leitend, dass sie<br />
als Elektrosphäre bezeichnet wird (23, 27). Dabei ist<br />
zu beachten, dass bereits in nur 13 km Höhe - wie schon<br />
HESS 1933 ermittelte (21) - ein durch kosmische<br />
Strahlung bedingtes Ionisationsmaximum<br />
(Abb.4) beginnt, dessen Bedeutung aber erst<br />
1990 in vollem Umfang erfasst worden ist,<br />
worauf später noch näher eingegangen wird.<br />
Die mit der Höhe schnell zunehmende Luftleitfähigkeit<br />
begünstigt nicht nur gewöhnliche<br />
Ladungsübertragungen durch Kleinionen,<br />
sondern besonders auch solche in Form von<br />
<strong>Spitzenentladungen</strong>. Dies ist auch der Grund,<br />
weshalb man die Führung von Hochspannungstrassen<br />
über hohe Berge vermeidet: Die<br />
allein schon durch den niedrigen Luftdruck<br />
begünstigten Verluste durch Corona-<br />
Entladungen nehmen bei bestimmten Witterungsbedingungen<br />
wie Schneefall oder Raureif<br />
sehr hohe Ausmaße an. Dieses Ionisationsmaximum<br />
in der unteren Atmosphäre bewirkt<br />
jedenfalls schon in relativ geringen Höhen<br />
über dem Erdboden eine sich nach oben<br />
schnell steigernde Luftleitfähigkeit und einen<br />
sinkenden elektrischen Widerstand der Luft.<br />
Abb. 3: Der mittlere Verlauf der luftelektrischen<br />
Potentialgradienten wird bestimmt von<br />
der Zunahme der Luftleitfähigkeit mit der Höhe.<br />
Text und Beschriftung verändert, nach (25).<br />
Konzentration geladener Partikel (cm -3 )<br />
Abb. 4: Schematische Darstellung der atmosphärischen<br />
Ionisationsschichten und der Konzentration geladener<br />
Partikel. Die Atmosphäre der Erde besitzt zwei Strahlungsschichten<br />
mit hohem Ionisationsgrad der Luft: Die<br />
Ionosphäre - erzeugt durch solare elektromagnetische<br />
Strahlung – sowie die Kosmische Strahlungsschicht.<br />
Bildtext übersetzt, Text verändert, nach (2)<br />
Der luftelektrische Ausgleich zwischen negativ geladener Erde und positiv<br />
geladener Ionosphäre erfolgt im Schönwetterfeld - wie schon erwähnt - vor<br />
allem über Kleinionen der Luft, die im Gegensatz zu Mittel- und Großionen<br />
genügend Beweglichkeit aufweisen, um vorhandene Spannungen schnell<br />
abzubauen. Da die Luft eigentlich ein hervorragender elektrischer Isolator ist,<br />
wären Blitzentladungen eigentlich gar nicht möglich, wenn es nicht sogenannte<br />
stille oder Dunkel-Entladungen gäbe, die in der Lage sind, eine Vielzahl<br />
von Ionisationsschläuchen in der Luft zu erzeugen, durch die sich dann<br />
ein Blitz im Zickzack seinen Weg zur Erde suchen muss. Zu den Zeiten, als<br />
es auf den Weltmeeren nur Segelschiffe gab und die Luft dort sehr rein war,<br />
gab es während Gewittern sogar sichtbare, aber ebenso lautlose Entladungen<br />
an allen Masten und Spitzen von Segelschiffen, die große Schrecken bei Seeleuten<br />
auslösten, die sogenannten Elmsfeuer.<br />
Abb. 5: Elmsfeuer<br />
Seit Oktober 1993 ist bekannt geworden, dass ein luftelektrischer Ausgleich in Richtung Ionosphäre<br />
beim Vorhandensein von Gewittern nicht nur über die Kleinionen der Luft verläuft, sondern auch durch<br />
direkte gewaltige Entladungen in Form von sogenannten Elves und Sprites erfolgen kann (Abb. 6).<br />
Genau dies bestätigt meine Aussagen über bisher falsch verstandene Zusammenhänge des luftelektrischen<br />
Feldes: Blitze und Gewitter sind nichts anderes als Entladungen bei hohen Spannungsunterschieden,<br />
wie sie auch zwischen der negativ geladenen Erde und noch stärker negativ geladenen Unterseite einer<br />
Gewitterwolke bestehen können. Sie bewirken aber keine eigentliche Aufladung. Blitze in Richtung<br />
Ionosphäre sind umso erstaunlicher, da Gewitterwolken an ihrer Oberseite eine sehr hohe positive
Ladung aufweisen. Trotzdem kommt es offensichtlich zu Durchschlägen von negativen Ladungen zur<br />
positiv geladenen Ionosphäre. Die bisherige Vorstellung, dass die positive Ladung der Ionosphäre durch<br />
eine Verlagerung der stark positiven Ladung der Oberseite von Gewitterwolken zur ohnehin schon positiv<br />
geladenen Ionosphäre entstehen würde, - Abb. 16 - ist ohnehin schon physikalisch unsinnig und hiermit<br />
endgültig widerlegt. Nur Elektronen können blitzartige Ladungsübertragungen auslösen. Die stark positive<br />
Ladung der Ionosphäre stammt vielmehr von den Protonen der Sonne und des Kosmischen Strahlung.<br />
Hier die entsprechende dpa-Meldung über Elves und Sprites im Wortlaut:<br />
US-Forscher entdecken Lichtblitze in der Atmosphäre Frankfurter Rundschau, 02.10.1993<br />
Bisher unbekannte riesige Lichtblitze haben Forscher der US-Raumfahrtbehörde NASA in der Atmosphäre<br />
in einer Höhe von rund 12.000 Metern oberhalb von Gewitterwolken entdeckt. Die Blitze seien<br />
erstmals in diesem Sommer während eines schweren Gewitters im mittleren Westen der USA mit einer<br />
Spezialkamera aus einer DC-8 aufgenommen worden, berichtete die NASA. Nach Ansicht von Experten<br />
könnten die Blitze durch chemische Reaktionen möglicherweise die Ozonschicht beeinträchtigen.<br />
Außerdem seien sie eine eventuelle Gefahrenquelle <strong>für</strong> Flugzeuge in solchen Höhen.<br />
Die Lichtblitze können den Angaben zufolge bis zu 40 Kilometer hoch und knapp zehn Kilometer breit<br />
sein und ein Volumen von 1000 Kubikkilometern haben. Die Professoren Davis Sentman und Eugene<br />
Wescott von der Universität von Alaska, die das Phänomen untersuchten, vermuten, dass die Blitze<br />
eine Form von elektrischer Entladung sind, da sie im Zusammenhang mit Gewittern auftreten.<br />
Berichte über derartige Blitze in dieser Höhe gab es bereits Ende des vergangenen Jahrhunderts. Sie seien<br />
jedoch von Wissenschaftlern aber immer als Hirngespinste abgetan worden. „Jahrelang wurde geglaubt,<br />
dass die Höhen, in denen diese Blitze passieren, ruhig, zahm, fast langweilig sind―, sagte Sentman. dpa<br />
Abb.6: Gewaltige Entladungen oberhalb von Gewitterwolken in Form von diskusförmigen Elves und in<br />
die Ionosphäre aufschießenden Sprites. Die zeitliche Abfolge, bei der die Elves stets kurz vor den Sprites<br />
aufleuchten, belegt eine Entladung in Richtung Ionosphäre, also nach oben. Somit ist die obige Bildüberschrift<br />
„Gewitter von oben― von den Bild-der-Wissenschaft-Redakteuren 2/96 in Ahnlehnung an die<br />
noch bestehenden unrichtigen Vorstellungen über Luftelektrizität falsch gewählt worden.<br />
Die Luftelektrizität wird durch starke solare Flares auffallend beeinflusst. (Flares sind Eruptionen über<br />
sich auflösenden Sonnenflecken) So fand REITER (48) eine hochsignifikante Synchronisation von starken
Sonneneruptionen mit charakteristischen zeitlichen Minimum-Maximum-Reaktionen des luftelektrischen<br />
Schönwetter-Potentialgradienten und der Leitungsstromdichte Erde/Ionosphäre vom Eruptionstag bis<br />
zum 4. Tag danach (B = 0,99). Gleichzeitig wies REITER eine ebenso signifikante Korrelation zwischen<br />
H -Flares einerseits und einer vor allem am 2. Tag darauf folgenden deutlichen Zunahme der Zahl von<br />
Blitzentladungen auf der Erde andererseits nach. (Abb. 7) Reiter fand außerdem im Hochgebirge in einer<br />
3 Jahre übergreifenden Analyse, dass das luftelektrische Potential dort nicht nur – wie zuvor bei der<br />
Gewitteraktivität ersichtlich – am 2. Tag, sondern bereits am 1. Tag auf starke Flares reagiert. Gewitter<br />
können demnach also nicht die Ursache sondern nur die Folge einer durch Protoneneinfall ausgelösten<br />
erhöhten luftelektrischen Spannung sein. Außerdem fällt auf, dass der Zeitpunkt des starken Anstiegs des<br />
luftelektrischen Potentials im Gebirge genau der Laufzeit solarer Protonen zur Lufthülle der Erde und zusätzlich<br />
ihrem Eindringen in die polaren Trichter der Magnetosphäre entspricht, (Abb. 8 und 9) wo dieser<br />
Strahlungseinbruch in die Atmosphäre dann auch in Form von Polarlichtern weithin sichtbar wird (2).<br />
Abb. 7: Synchronisation der Atmospherics-Impulshäufigkeit am Tage mit Sonneneruptionen verschiedener<br />
Intensität und heliographischer Breite. In allen 3 Fällen steigert sich die Impulshäufigkeit am 2. Tag nach<br />
einer Sonneneruption überzufällig und zwar um so mehr, je stärker die Eruption war. Starke Flares<br />
bewirken auch einen Rückgang der Impulshäufigkeit am Eruptionstag selbst, was nur durch eine<br />
verstärkte Ionisation der Atmosphäre durch elektromagnetische Strahlung der Sonne und eine dadurch<br />
bedingte stärkere Abschirmung erklärt werden kann. Abb. und Text verändert, nach (48).<br />
Abb. 8 (links): Laufzeiten solarer Strahlungsarten<br />
zur Erde. Text verändert, nach (12)<br />
Abb. 9 (rechts): Anstieg des Potentialgradienten<br />
(E) nach solaren Eruptionen im<br />
Hochgebirge. Text verändert, nach (41).<br />
Polarlichterscheinungen dürften somit nicht nur ein Merkmal des solaren Partikelstromes, sondern auch<br />
ein Merkmal der solaren Beeinflussung der Luftelektrizität sein. Die stärkste Polarlichthäufigkeit tritt<br />
2 bis 3 Jahre verschoben zur höchsten Intensität der Sonnenfleckenaktivität auf, also erst an deren Ende (1).<br />
Dies liegt wohl daran, dass die Flares erst am Ende des Sonnenfleckenmaximums in der Äquatorebene<br />
der Sonne erscheinen und damit auch in der Ebene der Planeten. Dadurch erhöht sich die Wahrscheinlichkeit,<br />
dass die Erde von energiereichen solaren Partikelströmen getroffen wird (Abb. 10).
Abb. 10: Unterschiedliche Emissionsrichtungen der Partikelstrahlung solarer Flares zu Beginn und am<br />
Ende eines Sonnenfleckenzyklus. Die Sonnenflecken wandern im Laufe des Zyklus allmählich von 30°<br />
bis 40° solarer Breite auf den Sonnenäquator zu. Abb. erstellt nach Daten von (16).<br />
MÜHLEISEN (41) untersuchte auch die globalen und zeitlichen Parameter der Luftelektrizität und fand<br />
eine eindeutige antizyklische Korrelation der Sonnenaktivität zum Rhythmus der Luftelektrizität. Daneben<br />
stellte er ein kurzes, aber sehr hohes Maximum der Luftelektrizität am Ende des Sonnenfleckenmaximums<br />
fest (Abb. 12).<br />
Abb. 11: Änderung der Häufigkeit von Sonnenflecken,<br />
von erdmagnetischen Störungen und von<br />
Polarlichtern bei geomagnetisch 53° N über einen<br />
Zeitraum von vier Sonnenfleckenzyklen von 1901<br />
bis 1944 nach MEINEL, NEGAARD UND CHAMBER-<br />
LAIN (34). Alle drei Faktoren weisen einen 11 jährigen<br />
Rhythmus und ein Minimum zum gleichen<br />
Zeitpunkt auf. Das Maximum der erdmagnetischen<br />
Aktivität und der Polarlichter tritt dagegen um zwei<br />
Jahre verschoben zum Höhepunkt der Sonnenfleckenaktivität<br />
an dessen Ende auf. Bei den durch<br />
Partikelstrahlungseinbrüchen in die Atmosphäre<br />
ausgelösten Polarlichtern erscheint dieses Maximum<br />
besonders stark ausgeprägt. Text und Beschriftung<br />
verändert, nach (1).<br />
Abb. 12: Das in 356 Ballonaufstiegen gemessene<br />
elektrische Potential zwischen Erde und Ionosphäre<br />
wies Schwankungen zwischen 145 und 608<br />
kV auf. Die durchschnittlichen Werte dieses Potentials<br />
schwankten im 11 jährigen Sonnenfleckenzyklus<br />
im wesentlichen antizyklisch zu<br />
den Sonnenfleckenrelativzahlen, wobei allerdings<br />
am Ende eines Sonnenfleckenmaximums eine<br />
auffallende Umkehrung dieses Verlaufs zu beobachten<br />
war. Dies entspricht dem vermehrten Eintreffen<br />
von energiereichen Protonen aufgrund der<br />
Ausbrüche starker Flares in der Äquatorebene der<br />
Sonne und damit in der Planetenebene zu diesem<br />
Zeitpunkt. Text und Abb. verändert, nach (41).<br />
Vergleiche Daten der Sonnenfleckenaktivität 1959/60<br />
in Abb. 7 der Datei „Erdmagnetfeld―
Antizyklisch zur Sonnenaktivität verhalten sich aber die energiereichen Protonen der galaktischen<br />
Kosmischen Strahlung, da sie an den Feldlinien des interplanetaren Magnetfeldes des Sonnensystems,<br />
das durch den ständigen Stroms energiearmer Protonen des sogenannten Sonnenwindes gebildet wird, in<br />
dieser Zeit verstärkt abgelenkt werden (Forbush-Effekt). Der Sonnenwind wird zur Zeit des Sonnenfleckenmaximums<br />
ebenfalls vermehrt ausgestoßen, ist aber nicht in der Lage in die Atmosphäre einzudringen,<br />
da er von der Magnetosphäre abgelenkt wird, überstreicht aber das gesamte Planetensystem<br />
und dämpft so die Kosmische Strahlung recht effektiv. Am Ende eines Sonnenflecken-Maximums erscheinen<br />
die Flares der Sonne auf der Äquatorebene der Sonne, wobei diese sogar selbst extrem energiereiche<br />
Protonen ausstoßen können, die sogenannte „solare Kosmische Strahlung―. Damit erfolgt der<br />
Ausstoß sehr energiereicher solarer Protonen nun verstärkt in die direkte Richtung der Planeten, (Abb.10)<br />
weshalb diese die Erde erst zwei Jahre nach dem Maximum wesentlich häufiger treffen, wie dies die<br />
Aufzeichnungen der erdmagnetischen Störungen klar belegen. (Abb. 11)<br />
Abb. 13: Die Magnetosphäre der Erde im Einfluss von solaren und galaktischen Einflüssen. Sie schützt<br />
die Erde zum großen Teil vor kosmischer und solarer Partikelstrahlung, nicht jedoch in polaren Breiten.<br />
Auch aus dem Schweif gelangen Protonen von hinten in die Polartrichter. Darstellung erstellt nach (13)<br />
Da die Entstehung der luftelektrischen Spannung eng korreliert ist mit dem Einfall von Protonenstrahlung<br />
in die Atmosphäre, sind hier auch Forschungsergebnisse sowjetischer Wissenschaftler von Bedeutung,<br />
die dies auch <strong>für</strong> die Vergangenheit klar belegen. Hier ihr Bericht, der 1976 in der Wissenschaftszeitschrift<br />
„Exakt― veröffentlicht wurde wurde:
Exakt 5/76 – Exklusivinformationen aus Wirtschaft, Wissenschaft, Forschung und Technik in der Sowjetunion:<br />
Supernovae und Baumwachstum<br />
Die Strahlungen von Supernovae, die in unserer Galaxis aufleuchten, haben offensichtlich einen Einfluss<br />
auf das Baumwachstum auf unserer Erde. Allerdings zeigt sich dies vermutlich nur in Hochgebirgsregionen,<br />
wo die Organismen gegen die Weltraumstrahlung infolge dünnerer Atmosphärenschichten<br />
nicht so gut geschützt sind wie in geringen Erhebungen über der Meeresoberfläche. Ein Mitarbeiter<br />
des Botanischen Instituts der sowjetischen Akademie der Wissenschaften analysierte die Jahresringe<br />
eines 807 Jahre alten Wacholderbaumes (Juniperus turkistanicus), der auf dem Gebirgskamm<br />
Serawaschan im mittelasiatischen Wirtschaftsbezirk der UdSSR an der oberen Waldgrenze in 3500 m<br />
Höhe unter dem Einfluss erhöhter Weltraumreststrahlung gewachsen ist. Jeweils nach den Jahren 1604,<br />
1770 und 1952, den Beobachtungsdaten von Supernovae in unserer Galaxis, zeigten die Jahresringe ein<br />
deutlich verlangsamtes Wachstum, teilweise fast bis zum Wachstumsstillstand über etwa 15 Jahre.<br />
Zu ähnlich interessanten Ergebnissen kamen auch Dendrochronologen bei Untersuchungen der Jahresringdicke<br />
von Bäumen im Vergleich zum 14 C-Gehalt der Ringe, welcher ebenfalls abhängig ist vom Einfall<br />
energiereicher Protonen in die Atmosphäre und daraus sekundär entstehenden Neutronen. Die Pflanzen<br />
nahmen bei hohen Strahlungseinbrüchen mehr Radiokarbon ( 14 C) in Form von Kohlensäure auf. (Abb. 14.)<br />
Abb. 14: Zusammenhang der langfristigen<br />
Schwankung des Eichenwuchses in Mitteleuropa<br />
und der globalen Schwankung des<br />
Radiokarbongehaltes in der Biosphäre zwischen<br />
700 v.Chr. und der Gegenwart. Einer<br />
Zunahme des Radiokarbongehaltes um 1 %<br />
entspricht langfristig ein Rückgang des<br />
Baumwuchses um rund 18 %. Text verändert,<br />
nach (22)<br />
Welche Faktoren könnten vermehrte Entladungen in den letzten Jahrzehnten begünstigt haben?<br />
Mit der Annahme, dass eine luftelektrische Schädigung von Bäumen insbesondere in Reinluftgebieten<br />
und Höhenlagen ein durchaus ernstzunehmender Faktor sein könnte, muss überlegt werden, welche<br />
Faktoren vermehrte Entladungen in Hochlagen in den letzten 15 Jahren ausgelöst haben könnten. Eine<br />
monokausale Erklärung hier<strong>für</strong> erscheint ziemlich unwahrscheinlich. Vielmehr muss sich eine ganze<br />
Reihe von Faktoren gleichzeitig verändert haben, wenn von einer so schnellen Veränderung luftelektrischer<br />
Verhältnisse ausgegangen werden soll. Alle Faktoren müssen jedoch etwas mit einer Veränderung der<br />
elektrischen Leitfähigkeit der Luft und einer erhöhten Ionisierung zu tun haben. Hier lassen sich sowohl<br />
anthropogene Einflüsse als auch veränderte solar-terrestrische Faktoren entdecken.<br />
Es stellt sich nämlich die Frage, ob die im Zusammenhang mit dem Waldsterben die so viel zitierten,<br />
aber in Reinluftgebieten kaum vorhandenen Immissionen den Bäumen nicht vielmehr indirekt geschadet<br />
haben könnten, indem sie massiv in den natürlichen luftelektrischen Ladungsausgleich zwischen negativ<br />
geladener Erde und positiv geladener Ionosphäre eingreifen. Immissionen bewirken eine luftelektrische<br />
Isolation, die insbesondere die Tallagen erfasst und damit deren Wälder vor Dunkelentladungen schützt.<br />
Die Erde als guter elektrischer Leiter ragt mit ihren Bergen und den darauf stehenden Bäumen ab einer<br />
gewissen Höhe aus der durch Immissionen bedingten Isolationsschicht heraus (Abb. 1). Der gesamte<br />
luftelektrische Ladungsausgleich wird also durch starke Immissionen in den Tallagen auf die höheren<br />
Lagen der Gebirge und die Reinluftgebiete konzentriert. Für die physiologische Leistungsfähigkeit der<br />
dort stehenden „guten elektrischen Leiter― Bäume dürfte ein deutlich erhöhter Elektronenverlust durch<br />
Dunkelentladungen eine erhebliche Überlastung darstellen.<br />
Ein derart schädigender Einfluss auf die Bäume durch Förderung elektrischer Entladungen sollte nicht<br />
als unbedeutend abgetan werden. Dies belegen die eingangs erwähnten Auswirkungen von luftelektrischen<br />
und strahlungsbedingten Faktoren auf das Pflanzen- und Baumwachstum. Während die Schutzwirkung<br />
der irdischen Magnetosphäre vor Partikelstrahlung (Abb. 13) einerseits schwindet, ist andererseits<br />
nach 1979 eine verstärkte solare Aktivität und Partikelstrahlung beobachtet worden. Wie sich dies
in Kombination mit anthropogenen Einflüssen auf die luftelektrischen Verhältnisse ausgewirkt haben<br />
könnte, muss gleichzeitig bedacht werden.<br />
Erst 1990 ist aufgrund einer Veröffentlichung des US-<br />
Transport-Ministeriums bekannt geworden, dass die Strahlenbelastung<br />
durch Neutronen in 10 km Höhe 17 mal stärker ist<br />
als früher angenommen. Auch bezüglich der Hochlagen-<br />
Strahlenbelastung dürfte eine ähnliche Fehleinschätzung vorliegen.<br />
Was nun aber eine tatsächliche Belastungszunahme<br />
anbetrifft, so hat die globale Abschwächung der erdmagnetischen<br />
Totalintensität eine verminderte Abschneidesteifigkeit<br />
der Magnetosphäre gegenüber Partikelstrahlung zur Folge.<br />
Verschiedene Veröffentlichungen gehen von einem Rückgang<br />
des Erdmagnetfeldes von 1838 bis heute um 10 % aus. Die<br />
Totalintensität an den Polen nahm von 1980 bis 1985 um jährlich<br />
0,07 % ab, was einer Abnahme von 7 % in 100 Jahren<br />
entspricht (24). Nach MIROSCHNITSCHENKO (35) erhöht sich<br />
aber bei einem Rückgang des Erdmagnetfeldes um 1 % die<br />
Neutronenstrahlung in Meereshöhe um 2 % und in Hochlagen<br />
um 4 %; dies konnte experimentell bestätigt werden. Da das<br />
Erdmagnetfeld aber gegenwärtig um 10% in hundert Jahren<br />
abnimmt, bedeutet dies eine Zunahme der Neutronen in den<br />
Hochlagen um 40% in 100 Jahren. Bei Einzelereignissen - wie<br />
mächtigen Eruptionen auf der Sonne mit starker Intensitäts-<br />
Abb. 15: Abnahme des Dipolmoments<br />
der Erde in 10 22 Am 2 seit dem frühen<br />
19. Jahrhundert (aus Voppel 1985)<br />
zunahme der solaren Kosmischen Strahlung konnte auf der Erde schon 1956 eine kurzzeitige Zunahme der<br />
Neutronen um 5000 % gemessen werden Amplitude <strong>für</strong> den 23.02.1956. (35)<br />
Dass sich derartige Strahlungsschwankungen auch schon in der Vergangenheit auf das Baumwachstum<br />
ausgewirkt haben könnten, kann aufgrund der bereits erwähnten dendrochronologischen Untersuchungsergebnissen<br />
vermutet werden. Stieg der 14 C-Gehalt der Jahresringe um nur 1 % an, so ging das<br />
Baumwachstum langfristig um 18 % zurück (16). Radiokarbon wird aber ausschließlich durch Neutronen<br />
gebildet, die wiederum durch in die Atmosphäre einfallende Protonenstrahlung verursacht sind.<br />
Das 1983 endende Sonnenfleckenmaximum war das bis dahin zweitstärkste in 300 Jahren. Es wurde<br />
jedoch von dem 1992 zu Ende gegangenen Maximum nochmals an Intensität übertroffen. Entscheidend<br />
<strong>für</strong> die Auswirkungen auf der Erde ist aber nicht, wie viele und wie große Flecken auf der Sonne ausgemacht<br />
werden können, sondern wie viele dabei ausgeschleuderte energiereiche Protonen letztlich in<br />
die Atmosphäre eindringen. Der solare Beschuß der Erde im Sonnenfleckenmaximum von 1979-1983<br />
war so dramatisch, dass reihenweise die Meßgeräte der Satelliten ausfielen. So konnten die "Solar-<br />
Geophysical-Data-Reports" in diesem Zeitabschnitt nur noch bruchstückhafte Daten liefern. Dies ist<br />
Abb. 16: Abbau der Ozonschicht durch energiereiche<br />
Protonen und Gammastrahlen, wobei die Sekundärstrahlung<br />
(vor allem Neutronen) den Erdboden erreichen<br />
kann. Abb. nach 4), Text leicht verändert<br />
auch der Grund da<strong>für</strong>, dass eine seit 1986 angekündigte<br />
Veröffentlichung mit dem Titel "Ground Level<br />
Events of the Sun" bis heute nicht erschienen ist.<br />
Nicht zufällig setzte die Zerstörung der Ozonschicht<br />
ziemlich gleichzeitig mit dem Auftreten neuartiger<br />
Waldschäden ein. Bekannt ist zwar, dass bei starken<br />
Sonnenflares zeitgleich mit dem Eintreffen energiereicher<br />
solarer Protonen jedes mal stark die Ozonschicht<br />
geschädigt wurde. Dies konnte der Sampex-Satellit<br />
eindeutig belegen. Nun ging man aber davon aus,<br />
dass es sich dabei nur um einige wenige vereinzelte<br />
Ereignisse handele, die nur etwa 7 mal in einem Sonnenfleckenzyklus<br />
stattfinden. Die Ozonschicht könne<br />
also nicht durch einen ständigen solaren Einfluss geschädigt<br />
worden sein. Bekannt ist, dass Protonen einer<br />
Energie von > 30 MeV (Millionen Elektronenvolt)<br />
die Ozonschicht erreichen und Ozon abbauen und<br />
von > 200 MeV die Sekundärstrahlung bis zum Erd-
oden durchkommt. Schaut man sich aber einmal die Daten aus Boulder / USA an, (siehe Datei „Proton-<br />
Boulder― im Anhang) welche die Menge der in die Atmosphäre eindringenden Protonen aufgrund von<br />
Satellitendaten liefern, so stellt man mit Erschrecken fest, dass seit 1981 ständig derart energiereiche<br />
Protonen in großer Zahl in die Atmosphäre eindringen und ganz zwangsläufig die Ozonschicht zerstören<br />
müssen. Gleichzeitig sind diese Protonen auch die Ursache einer erhöhten luftelektrischen Spannung<br />
zwischen Erde und Ionosphäre. An manchen Tagen können die Werte um mehrere Zehnerpotenzen<br />
höher liegen als gewöhnlich, wie etwa am 24. März 1991. Der heftigste Protoneneinbruch mit um 5 Zehnerpotenzen<br />
erhöhten Werten wurde am 15. Juli 2000 registriert. An diesem Tag wurden 1.000.000.000<br />
Protonen einer Energie von mehr als 10 MeV pro cm 2 *day * sr gemessen (sr = Einfallswinkel). Einen<br />
Tag zuvor erreichten die energiereichen Protonen von > 100 MeV um 4 Zehnerpotenzen erhöhte Werte von<br />
110.000 Protonen pro cm 2 * day * sr. Noch wichtiger aber ist, dass die gemessenen Protoneneinträge ständig<br />
überhöhte Werte aufgewiesen haben. Solche Protoneneinbrüche dürften auch die Ursache einer erhöhten<br />
luftelektrischen Spannung zwischen Erde und Ionosphäre sein, wie noch später gezeigt werden wird.<br />
Während der luftelektrische Einfluss durch Immissionen in Tallagen abgeschwächt oder gar aufgehoben<br />
wird, gilt dies <strong>für</strong> Reinluftgebiete und Hochlagen nicht. Ob das Absterben der Wälder in der Umgebung<br />
von Tschernobyl eher indirekt aufgrund einer starken Ionisierung der Luft und einem dadurch bedingten<br />
radikalen Elektronenverlust verursacht wurde oder eher aus Gründen einer direkten Strahlenbelastung<br />
erfolgte, blieb lange Zeit fraglich. Es ist inzwischen jedoch bekannt, dass extrem radioaktiv verseuchte<br />
Böden in Weißrussland, die von Menschen großflächig nicht mehr betreten werden können, sich zumindest<br />
<strong>für</strong> Pflanzen bis jetzt als völlig unschädlich erwiesen haben. Es scheint sich also klar abzuzeichnen,<br />
dass eine starke Ionisierung der Luft durch radioaktive Partikel <strong>für</strong> Pflanzen weitaus gefährlicher ist als<br />
die Einlagerung derselben Partikel im Boden oder der dortige direkte Kontakt mit ihnen.<br />
Was verursacht die ständige Neuaufladung des luftelektrischen Feldes ?<br />
Eine Frage, die von der Wissenschaft auch heute noch falsch beantwortet wird !<br />
Wenn man stille Entladungen als einen Mitverursacher<br />
neuartiger Waldschäden betrachtet, muß man sich natürlich<br />
Klarheit darüber verschaffen, wodurch Luftelektrizität erzeugt<br />
wird, um die weitere Entwicklung der Waldschäden<br />
diesbezüglich abschätzen zu können. Dabei taucht aber das<br />
Problem auf, dass die bisher gültige Gewitterhypothese<br />
besagt, die Weltgewittertätigkeit würde <strong>für</strong> die ständige<br />
Neuaufladung der luftelektrischen Spannung zwischen Erde<br />
und Ionosphäre sorgen. (Abb. 17) Dass dies nicht stimmen<br />
kann, belegen – wie schon gesagt – die blitzartigen Entladungen<br />
der Elves und Sprites in Richtung Ionosphäre.<br />
Abb.17: Bisher gültige Theorie der Entstehung<br />
des luftelektrischen Potentials zwischen Erde und<br />
Ionosphäre durch Gewitter. Text verändert, nach (50).<br />
Mitte des 20. Jahrhunderts, als die Magnetosphäre noch nicht bekannt und der Neutronenfluss in der<br />
Atmosphäre noch kaum erforscht war, hat man sich auf die Gewitterhypothese als Erklärung <strong>für</strong> die<br />
ständige Neuaufladung des luftelektrischen Feldes geeinigt. Es galt nämlich den ungewöhnlichen<br />
Tagesgang des luftelektrischen Potentials zu erklären, das über allen Weltmeeren gleichzeitig um 19 Uhr<br />
GMT seine höchsten Werte erreicht und um 3 Uhr GMT seine tiefsten. (Abb. 18)<br />
In Ermangelung irgendeiner anderen vernünftigen Erklärung hielt man sich an einer deutlich erkennbaren<br />
und klaren Übereinstimmung zwischen der Häufigkeit der Gesamtzahl von Blitzen auf der Erde mit<br />
dem Tagesgang des Potentialgradienten fest (Abb. 21). Überlebt hat diese Vorstellung bis heute wohl<br />
auch deswegen, weil man eine Verknüpfung des luftelektrischen Geschehens mit Strahlungseinflüssen<br />
von der Sonne oder des Kosmos <strong>für</strong> ausgeschlossen hielt. Da bereits noch weit unterhalb der Ionosphäre<br />
in 50 - 65 km Höhe die Luft so leitfähig ist, dass sie als Elektrosphäre bezeichnet wird, ist sie in der<br />
Lage, örtlich von der Ionosphäre ausgehende Spannungsunterschiede in kürzester Zeit weltweit auszugleichen.<br />
Außerdem wirkt auf die Ionosphäre in 100 km Höhe vor allem die solare UV-Strahlung im<br />
Tagesgang völlig gleichmäßig auf sie ein und kann daher keinen so ungewöhnlichen luftelektrischen<br />
Tagesrhythmus von 16 zu 8 Stunden zwischen höchstem und niedrigstem Potential erzeugen. Man hat<br />
aber übersehen, dass die Elektrosphäre zwar nicht durch gewöhnliche Ladungsträger, wohl aber durch<br />
ladungstrennend wirkende Partikelstrahlung überwunden werden kann, nämlich durch Neutronen.<br />
Der Vorgang ist im Prinzip sehr einfach, wenn man sich nicht von den vielfältigen Sekundärstrahlungsreaktionen<br />
des gewaltigen Kernstrahlungstrommelfeuers am Atmosphärenrand ablenken lässt und sich<br />
nur auf den Weg der primär einfallenden Protonen konzentriert: Energiereiche solare und kosmische
Abb. 18 (oben): Tagesgang des luftelektrischen Potentialgradienten nach Weltzeit über den Ozeanen,<br />
ermittelt durch Carnegie-Messungen sowie dem damit korrelierenden Tagesgang des Ionosphärenpotentials,<br />
Text und Beschriftung verändert, nach (33)<br />
Abb. 19 (unten): Linien gleicher magnetischer Grenzsteifigkeit <strong>für</strong> das Jahr 1955 nach (63). Die angegebenen<br />
Zahlenwerte gelten <strong>für</strong> -Teilchen, <strong>für</strong> Protonen sind sie zu verdoppeln. Lage der Magnetpole<br />
ist mit gekennzeichnet.<br />
Auffallend ist, dass die beiden elektrischen Potentiale genau dann ihren tiefsten Punkt erreichen, wenn<br />
die Sonne im Zenit über dem Bereich der höchsten magnetischen Grenzsteifigkeit <strong>für</strong> Partikelstrahlung<br />
steht, auch wenn dabei etwa gleichzeitig der antarktische Magnetpol überquert wird. Mit dem Absinken<br />
der Grenzsteifigkeit steigen beide Potentiale an und erreichen ihr Maximum in etwa dann, wenn der<br />
polare Einfallstrichter <strong>für</strong> Partikelstrahlung auf der Nordhalbkugel der Erde von der Sonne mittags um<br />
12 Uhr Ortszeit überquert wird. Es erscheint wahrscheinlicher, dass die Schwankungen des Ionosphärenpotentials<br />
von Partikelstrahlung bedingt sind, als dass man da<strong>für</strong> die Weltgewittertätigkeit als Ursache<br />
ansehen könnte, Text und Beschriftung verändert, nach (11).
Abb. 20 Mittlere jährliche Häufigkeit der Tage mit Gewitter nach einer Statistik der World Meteorological<br />
Organisation von 1956. Meeresdarstellung des Bildes neu bearbeitet nach (38).<br />
Abb. 21 : Die Verteilung der Weltgewittertätigkeit<br />
steht zwar in klarer Korrelation zum Tagesgang der<br />
Luftelektrizität über den Weltmeeren. Der Grund<br />
da<strong>für</strong> ist allerdings nicht die globale Erzeugung<br />
luftelektrischer Spannung, sondern ein von der<br />
jeweiligen Spannung abhängender Abbau dieser<br />
Spannung durch eine hohe Zahl von<br />
Blitzentladungen.
Protonen erreichen ab dem 50° geomagnetischer Breite<br />
weitgehend ungehindert und in großer Zahl die Lufthülle.<br />
Als geladene Partikel kommen sie nicht weit und verursachen<br />
Kernzusammenstöße mit Luftmolekülen. Dabei entsteht<br />
eine vielfältige Sekundärstrahlung, die aber hier unbe-<br />
Abb. 21: Schema des virtuellen<br />
Zustands des Neutrons, bei dem<br />
ein π - - Meson ein magnetisches<br />
Moment verursacht.<br />
Text verändert nach (21)<br />
achtet bleiben soll, da sie insgesamt ladungsneutral ist und sich bis zur unteren Atmosphäre nicht<br />
auswirkt. Die schnellen Protonen selbst aber fangen negativ geladene Pi-Mesonen ein, die eigentlich<br />
extrem kurzlebig aber da<strong>für</strong> hochgradig kernreaktiv sind. Dadurch werden sie zu schnellen Neutronen,<br />
die nun ihren Weg weitestgehend ungehindert in die Tiefe fortsetzen können. Dabei entsteht in<br />
der oberen Atmosphäre ein Mangel an Elektronen oder umgekehrt gesehen ein Überschuss an positiven<br />
Ladungen. Die Elektrosphäre, die immer wieder als absolutes Hindernis <strong>für</strong> Ladungseinflüsse von oben<br />
dargestellt wurde, kann aber die Neutronen in keiner Weise beeinflussen. Eine deutliche Bremsung der<br />
schnellen Neutronen erfolgt erst, wenn sie in der unteren Atmosphäre auf den "Moderator" Wasser<br />
bzw. Luftfeuchtigkeit stoßen, was ihre Kernreaktionen oder ihren Zerfall erst ermöglicht. Wie effektiv die<br />
Bremsung durch Wasser ist, konnte bei Messungen mit Flugzeugen dicht unter Wolken belegt werden. Die<br />
Menge der thermischen Neutronen ist dort stark erhöht. Nun sind Kernreaktionen möglich, die sich aber<br />
weitestgehend auf Stickstoff beschränken. Dabei entsteht radioaktiver Kohlenstoff und H + wird freigesetzt:<br />
N 14 + n C 14 + H +<br />
Dieser Vorgang trägt also dort zur Erhöhung positiver Ladungen in der Höhe bei, was wohl auch erklärt,<br />
warum alle Wolken an ihrer Oberseite positiv geladen sind. Daneben können thermische Neutronen aber<br />
auch ohne Kernreaktionen zerfallen, dann nämlich, wenn das beim Zerfall wieder freigesetzte, extrem kurzlebige<br />
Pi-Meson keine Gelegenheit gefunden hat, mit einem Atomkern zu reagieren. In diesem Fall wird<br />
daraus ein Myon freigesetzt, das nicht ionisierend wirkt, obwohl es ein Elektron enthält. Daher können<br />
Myonen noch in tiefsten Bergwerken und mehrere tausend Meter unter dem Meeresspiegel nachgewiesen<br />
werden, bevor sie beim Zerfall ihre Elektronen freisetzen, welche die Erde ebenso negativ aufladen, wie die<br />
Myonen, die bereits am Atmosphärenrand entstehen.<br />
Abb. 22: Durch Neutronen-Zerfall verursachte Ladungstrennung in der Gewitterwolke und im Schönwetterfeld,<br />
die positive Überladung durch H + im oberen Teil der Gewitterwolke zieht negative Kleinionen aus der Luft an.<br />
P P = Primäres Proton, e - = Elektron, n s = schnelles Neutron, n t = thermisches Neutron, H + = Proton,<br />
π = Pi-Meson, μ = Myon, n a = Albedo-Neutronen, = Kernzusammenstöße, sogenannte Sterne
Gewitterwolken sind als besonders hohe und sehr effektive Bremstürme <strong>für</strong> Neutronen zu betrachten. Die<br />
extreme Anreicherung von H + oder positiver Ladung in ihrem oberen Bereich wirkt stark anziehend auf<br />
negativ geladene Kleinionen der Luft, die sich im<br />
unteren Bereich der Gewitterwolke stark anreichern.<br />
Dies kann als Starthilfe <strong>für</strong> eine weitere Aufladung<br />
und Ladungstrennung innerhalb der Gewitterwolke<br />
angesehen werden, wenn es durch wolkeninterne<br />
Vorgänge wie etwa starke Auf- und Abwinde<br />
sowie zur Abspaltung von Elektronen an schnell<br />
bewegten Wassertropfen und Hagelkörnern<br />
kommt, was schließlich zu extremen Spannungsunterschieden<br />
führt, die sich erst in Form von<br />
Blitzen wieder entladen.<br />
Gebremste „thermische― Neutronen― kommen im<br />
Gegensatz zu schnellen Neutronen in der gesamten<br />
unteren Atmosphäre und selbst am Erdboden<br />
noch in großer Zahl vor. Sie haben vom Augenblick<br />
ihrer Entstehung bis zu ihren Kernreaktionen<br />
oder ihrem Zerfall eine entscheidende<br />
ladungstrennende Wirkung zwischen Erde und<br />
Atmosphärenrand.<br />
Abb.23: Neutronenspektrum der kosmischen Strahlung<br />
in der Atmosphäre <strong>für</strong> 1030 g/cm 2 (Boden), 700 g/cm 2<br />
(ca. 3 km Höhe) und 200 g/cm 2 (ca. 12 km Höhe) nach<br />
Hess u.a<br />
Vergleicht man Gewitter- und Neutronenhypothese, so lassen sich folgende Feststellungen machen:<br />
1. Wichtigstes Argument <strong>für</strong> die Gewitterhypothese war bisher, dass es eine zeitlich relativ gute Übereinstimmung<br />
zwischen der Weltgewittertätigkeit und dem Tagesgang der Luftelektrizität gibt. Diese<br />
Übereinstimmung ist allerdings auch dann zu erwarten, wenn man Gewitter als bloße "Entladungen"<br />
betrachtet, da selbst eine polar erzeugte Ladung über die Elektrosphäre innerhalb weniger Minuten den<br />
Äquator erreicht.<br />
2. Die meisten Gewitter finden sich in Äquatornähe. Dort aber ist das Potential zwischen Erde und<br />
Ionosphäre am geringsten. Nach der Gewitterhypothese müsste es gerade umgekehrt sein, was Abb. 24<br />
zeigt (33) und was Abb. 34 belegt.<br />
3. An den Polen ist die Luftionisation und damit<br />
eine spannungsabbauende Luftleitfähigkeit am<br />
höchsten. Trotzdem ist gerade hier das Potential<br />
zwischen Erde und Ionosphäre am höchsten. Eine<br />
wesentliche Ursache dieses Potentials muss also<br />
an den Polen gesucht werden. Im Handbuch <strong>für</strong><br />
Physik, Band 46, S. 472 heißt es bezüglich der<br />
Neutronenproduktionsrate: „Beim Sonnenfleckenminimum<br />
dringen erheblich mehr niederenergetische<br />
Protonen oberhalb des geomagnetischen<br />
Knies (Λ> 60-70°, Abb. 29) in die Erdatmoshäre<br />
ein und bewirken eine höhere Neutronenproduktion.<br />
Eine Messung der starken Schwankung der Neutronenproduktionsrate<br />
innerhalb des solaren Zyklus<br />
wird also zweckmäßig in der näheren Umgebung<br />
Abb. 24: Das unterschiedliche Potential zwischen<br />
Erde und Ionosphäre am 28. 3. 1969 am Äquator<br />
und in Weissenau (Ravensburg), ermittelt durch<br />
gleichzeitige Ballonaufstiege. Text und Beschriftung<br />
verändert, nach (41).<br />
der geomagnetischen Pole durchgeführt.― Auf S. 532 des Handbuches wird aber auch auf eine starke<br />
aperiodische Zunahme der Neutronenproduktion mit dreifach erhöhten Werten durch solare Flares<br />
verwiesen. (58)<br />
4. Einzelne Flares können die Thermik am Boden nicht verändern, lösen aber durch eine hohe Dichte<br />
energiereicher Protonen nicht nur Magnetstürme aus, sondern synchron mit dem Eintreffen der Protonen<br />
steigt die Zahl der Blitze sprunghaft an, wie bereits in Abb. 7 gezeigt.<br />
5. Der starke Anstieg des luftelektrischen Potentialgradienten im Hochgebirge nach großen Flares<br />
erfolgt einen Tag früher als die erst danach folgende erhöhte Gewitteraktivität, wie dies Abb. 9 belegt.
Dies zeigt, dass nicht die Gewitter die Ursache dieser erhöhten luftelektrischen Spannung sein können.<br />
Eine hohe luftelektrische Spannung ist die Ursache der Gewitter und nicht ihre Folge.<br />
6. Ionosphärenpotential und Luftelektrizität stehen in guter Korrelation zueinander und weisen einen<br />
ungewöhnlichen Tagesrhythmus auf, wie dies die Abb. 18 zeigt. Beide sind täglich genau dann am<br />
schwächsten, wenn die Sonne senkrecht die größte Abschneidesteifigkeit des Erdmagnetfeldes gegenüber<br />
Partikelstrahlung bei 100° westlicher Länge überstreicht und somit der Einfall solarer Protonenstrahlung<br />
auf der Erde sein Minimum erreicht. Umgekehrt sind beide Potentiale am stärksten, wenn die Einfallsbedingungen<br />
<strong>für</strong> Protonenstrahlung am günstigsten sind. (Abb. 19)<br />
7. Das luftelektrische Potential weist auch eine jahreszeitliche Schwankung auf, wobei das Maximum<br />
mit 350 kV auf den Winter und das Minimum auf den Sommer der Nordhalbkugel fällt. (Abb. 25)<br />
Da<strong>für</strong> konnte man bisher – gründend auf der Gewitterhypothese – keine einleuchtende Erklärung finden.<br />
Im Gegenteil! Da die Thermik über erhitzten Böden Gewitter begünstigt und der weitaus größte Teil<br />
der Landmassen der Erde auf der Nordhalbkugel zu finden ist, müsste nach der Gewitterhypothese die<br />
höchste luftelektrische Spannung dann vorhanden sein, wenn es auf der Nordhalbkugel mit ihren großen<br />
Landmassen Sommer ist. Genau das Gegenteil ist aber der Fall.<br />
Abb. 25 (rechts): Isoliniendarstellung <strong>für</strong> die tagesund<br />
jahreszeitliche Schwankung des luftelektrischen<br />
Potentials in kV zwischen der luftelektrischen Ausgleichsschicht<br />
und dem Erdboden. Bild bearbeitet nach<br />
(9)<br />
Abb. 26 (unten): Die Bahn der Erde um die Sonne verläuft<br />
nicht gleichmäßig. Im Nordwinter erreicht die<br />
Erde ihre größte Sonnennähe und ist daher einem heftigeren<br />
Protonenbeschuss ausgesetzt.<br />
Wenn man jedoch die Neutronenhypothese heranzieht, zeigt sich, dass da<strong>für</strong> sehr wohl eine ganz vernünftige<br />
Erklärung gefunden werden kann, denn im Nordwinter hat die Erde die geringste Entfernung<br />
zur Sonne. Sie wird daher zu diesem Zeitpunkt viel leichter von energiereichen Protonen der Sonne<br />
getroffen, was zu einer erhöhten Neutronenbildung führt (Abb. 26).<br />
Abb. 27 (links): Die vom OGO-Satelliten 1967 erstmals<br />
festgestellten stabilen Bögen eines Luftleuchtens<br />
bei 6.300 Å finden sich zwischen 45° und 55° geomagnetischer<br />
Breite. Text und Beschriftung verändert,<br />
nach (6).<br />
Abb. 28 (rechts): Protonen einer Energie von 40-110 MeV<br />
im inneren Strahlungsgürtel zu verschiedenen Zeiten:<br />
Oben: bei leichter solarer Anregung (magnetisch leicht<br />
gestört) am 1.1.1963. Unten: in Ruhestellung am 1. 1.<br />
1965. Das Fehlen der Protonen oberhalb 40° geomagnetischer<br />
Breite ist deutlich zu erkennen. Hierher stammen<br />
die Verlustflussprotonen, welche die Luftleuchtbögen<br />
auslösen. Text und Beschriftung verändert, nach (10).
8. In der Heaviside-Schicht in 100 km Höhe finden sich die meisten Polarlichter, die durch Protonen<br />
verursacht werden (3). Diese Schicht gilt aber auch als Zentrum ionosphärischer positiver Überladung (38).<br />
Bei starken Magnetstürmen, Kp größer als 5 (Werte von 0 bis 9 als Kp-Kennziffer magnetosphärischer<br />
Störungen), finden sich zwischen 45° bis 55° geomagnetischer Breite in 300 bis 600 km Höhe in der<br />
Ionosphäre zwei stabile Luftleuchtbögen, kurz SAR genannt (Stabile-Aurora-Rot-Emissionsbögen (Abb. 27).<br />
Sie kommen durch einen Beschuss der Ionosphäre mit niederenergetischen Protonen zustande (4), die<br />
nicht direkt von der Sonne stammen können, da diese Bögen Tag und Nacht durchgehend und nicht in<br />
Übereinstimmung mit Polarlichtern leuchten. Abb. 28 zeigt recht deutlich, dass diese Protonen vermutlich<br />
aus dem inneren Strahlungsgürtel der Magnetosphäre stammen, bedingt wohl durch eine nicht ausreichende<br />
magnetische Haltefähigkeit <strong>für</strong> Protonen bei fehlender solarer Anregung, denn die Dipolfeldstärke<br />
des Erdmagnetfeldes und damit auch Abwehrkraft der Magnetosphäre hat stetig abgenommen. Immerhin<br />
wurden in Göttingen schon vor mehr als 50 Jahren Protonen geringer Energie als Zusatzstrahlung<br />
gemessen, die sich niemand erklären konnte und die nach den bekannten Gesetzen der geomagnetischen<br />
Abschneidesteifigkeit dort eigentlich gar nicht hätten ankommen dürfen (42). Es fällt auf,<br />
dass alle Waldschäden der Erde genau unter diesen Luftleuchtbögen zu finden sind. Dies ist sicher<br />
kein Zufall, denn die elektrischen und elektromagnetischen Verhältnisse darunter sind so stark<br />
verändert, dass sich ihr Einfluss sogar noch sicher im äußeren Erdkern nachweisen lässt. (6)<br />
Die Abb. 29 und 30 zeigen zudem auch sehr deutlich, dass das „Knie― eines ungehinderten Einfalls<br />
primärer Protonenstrahlung erst bei 60° geomagnetischer Breite beginnt, während das Knie der sekundär<br />
aus Protonen entstehenden Neutronenstrahlung bereits bei 53 ° beginnt. Als Ursache der Neutronen in<br />
diesem vorgezogenen Bereich kommen also nur die Verlustprotonen der Magnetosphäre in Betracht.<br />
Auch die Hörbarkeit der sogenannten „Whistler― in Abb. 31 deutet in diese Richtung.<br />
Abb.29: Die Breitenabhängigkeit<br />
der Neutronen, die sekundär aus<br />
den in die Atmosphäre eindringenden<br />
Protonen entstehen. Die<br />
hohe Zahl von Neutronen schon<br />
ab ca. 53° lässt sich kaum anders<br />
als durch Verlustprotonen der<br />
Magnetosphäre erklären, die<br />
auch das Luftleuchten bewirken.<br />
Abb. ergänzt nach (65)<br />
Abb. 32: Jährliche und 10-Jahresschnitt-<br />
Änderung der jährlichen Anzahl der Gewittertage<br />
im subtropischen Brisbane/ Australien<br />
von 1911 bis 1968. Die Zahl der Gewittertage<br />
ging dort trotz der bekannten<br />
Erwärmung der Erde von 1920 bis 1970<br />
etwa um die Hälfte zurück. Text und Beschriftung<br />
verändert, nach (32).<br />
Abb. 30: Die Breitenabhängigkeit der<br />
primär in die Atmosphäre eindringenden<br />
energiereichen Protonen der Sonne und<br />
der galaktischen Kosmischen Strahlung.<br />
Das Knie des ungehinderten Einfalls<br />
dieser Protonen beginnt erst bei ca. 63° gm<br />
Breite, kann also nicht den hohen<br />
Neutroneneinfall bis ca. 53°gm Breite<br />
erklären. Abb. Ergänzt und verändert<br />
nach (65)<br />
Abb. 31: Whistler sind in<br />
Funkgeräten hörbare Pfeiftöne,<br />
die durch magnetosphärisch<br />
gebildete Pa-kete<br />
elektromagnetischer Wellen<br />
verursacht werden.<br />
Interessant darin ist, dass<br />
sie nur in einem schmalen<br />
Band um 50° gm Breite<br />
gehört werden können und<br />
dass die Hörbarkeit nur<br />
dadurch zu erklären ist,<br />
dass Ionisationsschläuche<br />
von der Magnetosphäre<br />
bis zum Erdboden reichen.<br />
(65)
9. Es gibt Anzeichen da<strong>für</strong>, dass die Zahl der Gewitter im Laufe dieses Jahrhunderts eher ab- als zugenommen<br />
hat. So ist nach MACKERRAS (32) die Zahl der Gewittertage im subtropischen Brisbane/Australien<br />
von 1920 bis 1970 etwa auf die Hälfte zurückgegangen (Abb. 31). Dem steht eine Erwärmung<br />
der Erde im selben Zeitraum gegenüber, wie sie am Rückgang der Gletscher und der polaren<br />
Eiskappen erkennbar ist. Danach dürfte sich die Thermik auf der Erde in den letzten Jahrzehnten erhöht<br />
haben. Bisher aber galt die Thermik als eine fast ausschließliche Ursache der Gewitter, die wiederum<br />
eine luftelektrische "Aufladung" bewirken sollten. Der Rückgang der Gewitteraktivität ist nun keineswegs<br />
ein Zeichen <strong>für</strong> einen verminderten Stromfluss zwischen Erde und Ionosphäre, sondern eher<br />
da<strong>für</strong>, dass sich dort die Leitfähigkeit der Luft durch verstärkte Strahlungseinflüsse offenbar erhöht hat.<br />
Sollte sich die seit 1980 beobachtete Zerstörung der Ozonschicht gerade über Australien, die sich ja auch<br />
auf erhöhte Strahlungseinbrüche zurückführen lässt, hier bereits langsam angekündigt haben? Ebenso<br />
deuten die stabilen Luftleuchtbögen, welche auch über Australien hinwegziehen (Abb. 27) in diese<br />
Richtung, denn sie sind verursacht durch Protoneneinbrüche in die Atmosphäre.<br />
10.) Der Potentialgradient über den Weltmeeren weist einen auffallenden Breiteneffekt auf, der in<br />
offener Antikorrelation zur Weltgewittertätigkeit steht, die am Äquator am höchsten ist, aber eng mit<br />
den Einfallsbedingungen von Protonenstrahlung in die Atmosphäre korreliert, wie Abb. 33 und 34 zeigen.<br />
Abb. 33: Das Bild oben zeigt die zur Erreichung des<br />
Atmosphärenrandes nötige Mindestenergie senkrecht<br />
einfallender solarer oder kosmischer Protonen<br />
in Abhängigkeit von der geomagnetischen Breite.<br />
Die Beeinflussung der Atmosphäre durch Kernstrahlung<br />
weist daher einen typischen Breiteneffekt auf.<br />
Oberhalb 60° ist die Abschneidesteifigkeit der Magnetosphäre<br />
so gering, dass bis zu den Polen kaum<br />
geomagnetische Breite φ<br />
noch eine Zunahme des Protoneneinfalls zu erwarten<br />
ist. Abb. erweitert, nach (54).<br />
Abb. 34: Das Bild unten zeigt die Breitenabhängigkeit<br />
des luftelektrischen Potentialgradienten über<br />
den Weltmeeren nach den Mittelwerten der Carnegie-<br />
Messungen. Es ist eine enge Korrelation zum Breiteneffekt<br />
bei der Kernstrahlung, jedoch eine negative<br />
Korrelation zur Weltgewittertätigkeit erkennbar.<br />
Text und Abb. verändert, nach (25).<br />
Luftelektrische und technische Einflüsse im erdnahen Bereich<br />
Luftelektrische Schirmwirkung von Bäumen<br />
Abb.35: Abnahme der elektrischen Feldstärke durch<br />
die Schirmwirkung eines 8 m hohen Baumes unter<br />
einer 380-kV-2-Systemleitung; in 16m Systemhöhe<br />
über dem Baum. Beachtlich ist die Schirmwirkung<br />
von Bewuchs. Ein zusammenhängender Wald kann<br />
<strong>für</strong> Feldberechnungen wie eine Kontur der Erdoberfläche<br />
angesetzt werden. Interessant ist, dass die<br />
Messwerte im Sommer und Winter praktisch gleich<br />
waren, der Baum also auch ohne Blätter seine Umgebung am Erdboden abschirmt. (72) Der spannungsabbauende<br />
Effekt von Bäumen ist bekannt und muss sich auch auf den Boden entsprechend auswirken.<br />
Dass Bäume natürlich auch hervorragende Blitzableiter sind, ist schon jedem Kind bekannt.
Schöpfer vermutete schädigende Einflüsse<br />
von Hochspannungsleitungen (73) im<br />
Südschwarzwald auf Bäume und Wälder<br />
durch erhöhte Ozonbildung in der Hauptwindrichtung.<br />
Es zeigte sich jedoch, dass<br />
sich die Erwartung höherer Baumschäden<br />
als falsch erwies, wohl weil alle luftgetragenen<br />
Faktoren, die Entladungen begünstigen,<br />
sich an den Leitungen ungleich<br />
stärker auswirkten als an den Bäumen.<br />
Der Schadanstieg direkt vor der Schneise<br />
erklärt sich laut Institut <strong>für</strong> Hydromechanik<br />
in Karlsruhe durch Luftverwirbelung.<br />
Abb. 36: Unbereinigte mittlere Schadstufenwerte im Trassenquerschnitt<br />
Lange stand die fast sicher geglaubte Vermutung zur Debatte, gibt es Waldschäden durch Blei?<br />
Zu Beginn der Waldschäden wurde vermutet, die dem Benzin beigefügten Antiklopfmittel Bleioxid<br />
bzw. Tetraäthylblei könnten die Ursache des Waldsterbens sein. Daher nutzte man die <strong>San</strong>asilva-<br />
Untersuchung, welche die gesamte Schweiz als Versuchsgebiet einbezog, um dies zu verifizieren. Das<br />
Ergebnis war niederschmetternd: je höher der Bleistaub auf den Nadeln, desto geringer waren die Schäden.<br />
Aus diesem Grund blieb das Untersuchungsergebnis unter Verschluss und wurde auch interessierten<br />
Wissenschaftlern erst 7 Jahre danach überlassen (74), die dieses Ergebnis aber auch wieder nur an<br />
bestimmte Personen weitergaben. An die Presse kam es nie. Wenn man ein derartiges Ergebnis schon<br />
nicht in die herkömmlichen Waldschadens-Theorien einordnen konnte, so hätte man darüber doch<br />
intensiv darüber nachdenken müssen, ob es nicht einen vernünftigen Grund da<strong>für</strong> geben könnte, wie ein<br />
solcher Schutzeffekt durch Blei zustande gekommen sein konnte. Vor Immissionen und Säureeinträgen,<br />
den zentralen Waldschadensargumenten fast aller Forscher, konnte Blei jedenfalls nicht schützen.<br />
Bleioxid wird erstens von den Wurzeln der Bäume nur schwer aufgenommen und zweitens kann es<br />
nicht direkt schaden, solange es sich nur auf und nicht in den Nadeln befindet. Aufgabe der Bleiverbindungen<br />
im Benzin war es, bei der Verbrennung von Benzin im Motor freie Radikale abzufangen und so<br />
das Klopfen zu verhindern. Genau dies aber machte Bleioxid auch dann noch, als es auf den Nadeln<br />
lag. Es schützte die Nadeln vor freien Radikalen, wie sie bei Dunkelentladungen entstehen.<br />
Abb. 38: Anteil der geschädigten Bäume in der topographischen Region über<br />
Nadelanalysen SANASILVA 1983, Element: Blei mg /kg<br />
900 m oder mit einer Geländeneigung über 40 % (Berggebiet waagrecht<br />
Abb. 37: Bleiniederschläge auf Fichtennadeln, Gesamtschweiz, 840 Stand-schraffierorte, unveröffentlichte Ergebnisse der 1. <strong>San</strong>asilva-Untersuchung Herbst 1983, nach den Inventurergebnissen der <strong>San</strong>asilva-Waldschadensinventur 1985 <strong>für</strong><br />
und dem übrigen Gebiet (Nicht-Berggebiet, senkrecht schraffiert)<br />
Bucher et al. (1984)<br />
den gesamten Wald (Schätzfehler in Klammern)<br />
Es wurden auch scheinbar unerklärbare Schadensmerkmale in ganzen Waldsystemen festgestellt:<br />
Die Landesanstalt <strong>für</strong> Immissionschutz in Essen stellte bei der Untersuchung ganzer Wälder im Eggegebirge/Velmerstot<br />
fest, dass zwar erwartungsgemäß die Depositionen von Säurebildnern am Waldrand<br />
durch den Auskämmeffekt der Äste und Nadeln am höchsten war, jedoch die Versauerung im Waldesinnern<br />
die Werte am Waldrand deutlich übertraf. Trotzdem aber waren wiederum die Waldschäden am<br />
Waldesrand am stärksten. Auch dieses Ergebnis widersprach allen herkömmlichen Vorstellungen. Aber<br />
Prinz et al. waren bereit, die offenen Widersprüche auszusprechen (75) und damit die Möglichkeit zu<br />
wahren, über dieses Phänomen nachzudenken. Es gibt auch hier da<strong>für</strong> eine Erklärung durch den Faktor<br />
Luftelektrizität: Alle Bäume sind elektrische Leiter, die vom Strom durchflossen werden. Jeder von<br />
Strom durchflossene elektrische Leiter bildet ein elektromagnetisches Feld.
Werden parallele elektrische Leiter in gleicher Richtung von<br />
Strom durchflossen, so verstärken sie sich gegenseitig. Dies ist<br />
im Waldesinnern der Fall. Elektrische Entladungen sind am<br />
Waldrand bei halb freistehenden Bäumen am stärksten, entsprechend<br />
verhalten sich auch die Schäden dort. Das stärkste<br />
elektromagnetische Feld und damit die höchste H + -<br />
Anreicherung dagegen findet sich jedoch im Waldesinnern.<br />
Eine ausführlichere Darstellung der Bedeutung der elektromagnetischen<br />
Felder von Bäumen aufgrund des ständigen<br />
Abbaus der luftelektrischen Spannung wird in meinem Artikel<br />
„Die Abhängigkeit des Erdmagnetfeldes von der Luftelektrizität<br />
und dem Bewuchs der Kontinente― ausgeführt, siehe Datei:<br />
Erdmagnetfeld.<br />
Bäume passen sich den luftelektrischen Äquipotentiallinien<br />
an: Auf dem Altvater (1492 m) im Jeseniky-Gebirge in<br />
Tschechien reichen die Bäume bis in 1400 m Höhe. Knapp<br />
unterhalb der Baumgrenze haben sich in einem schmalen<br />
Streifen von nur 100 bis 200 m Breite am Berghang Fichten<br />
erhalten, die mehrere hundert Jahre alt sind, eine ungewöhnliche<br />
Höhe erreichen und teilweise noch bis zu 16 gut erhaltene<br />
Nadeljahrgänge haben. Aber auch hier aber fallen Schäden an<br />
den Baumspitzen auf. Da die Nadeln so viele Jahre überstanden<br />
haben, kommen Immissionen und Säureeinträge als Ursache<br />
dieser Schäden nicht in Frage. Es ist vielmehr deutlich erkennbar,<br />
dass sich die Fichten bis an die Äquipotential-Linien des<br />
luftelektrischen Feldes herantasten, die <strong>für</strong> sie selbst und <strong>für</strong><br />
die Latschen an der obersten Grenze des noch bewachsenen<br />
Hangs erträglich erscheinen.<br />
Abb. 41: Eines der auffallendsten<br />
Merkmale bei Waldschäden ist das<br />
Spitzensterben der Bäume der<br />
Bäume in den Hochlagen, hier auf<br />
der Hornisgrinde im Nordschwarzwald.<br />
Alle Baumpitzen, die über die<br />
allgemeine Höhe des Waldes hinausragen<br />
und somit die Äquipotentiallinien<br />
des luftelektrischen Feldes<br />
durchbrechen, sterben ab. Luftschadstoffe<br />
kommen <strong>für</strong> diese Art<br />
Schäden nicht in Frage, denn die<br />
unteren Äste müssten durch den<br />
Abtropfeffekt stärker belastet sein.<br />
Abb. 42: Die Höhenabhängigkeit von Nadelverlusten<br />
und der Zahl abgestorbener Bäume bei<br />
Rotfichten auf dem Mt. Mitchell in den Appalachen<br />
steht in Antikorrelation zu den jeweiligen<br />
Immissionskonzentrationen, die in allen Gebirgen<br />
mit der Höhe stark abnehmen. Mit der Höhe nimmt<br />
dagegen die elektrische Leitfähigkeit der Luft<br />
und damit die Gefahr von Dunkelentladungen<br />
stark zu. Erstaunlich ist, bis in welche Höhe hier<br />
Bäume überhaupt noch wachsen konnten.<br />
Abb. 39: Von Strom durchflossen elektrische<br />
Leiter entwickeln ein elektromagnetisches Feld<br />
Abb. 40: Anpassung von Bäumen an die Äquipotentiallinien<br />
des luftelektrischen Feldes auf<br />
dem Altvater: oben am Berg angekommen,<br />
sieht es fast so aus, als ob die Latschen und die<br />
unteren hohen Bäume fast eine Waagrechte<br />
bilden. Ähnliche, nicht ganz so ausgeprägte<br />
Erscheinungen finden sich auch in deutschen<br />
Gebirgslagen.
Abb. 43: Auf dem Mount Mitchell in den<br />
Appalachen/USA starben - angeblich bedingt<br />
durch Immissionen - ganze Wälder ab. Wieso<br />
konnte aber der Jungwuchs danach völlig<br />
gesund und ohne jegliche Schadsymptome<br />
aufwachsen? Dass es sich hier eindeutig um<br />
luftelektrische Effekte handeln muss, zeigt sich<br />
daran dass man im völligen Gegensatz zu<br />
europäischen Gewohnheiten die toten Bäume<br />
einfach stehen ließ. Damit aber hielten sie<br />
ihren Blitzableiter- und Entladungseinfluss weiterhin<br />
aufrecht, der den Jungwuchs vorbildlich<br />
schützte, so dass er üppigst gedeihen konnte,<br />
obwohl er danach doch noch den gleichen<br />
Immissionseinflüssen ausgesetzt blieb, wie der<br />
abgestorbene Hochwald zuvor. (77) Selbst abgestorbene<br />
21 m hohe Bäume leiten laut Rajda<br />
immer noch 3 l Wasser pro Tag nach oben.<br />
Es haben sich in der Vergangenheit nur wenige Forscher intensiver mit elektrischen Einflüssen<br />
bei und mit Bäumen und Pflanzen befasst. Hier noch einige wenige Beispiele. Vor allem waren es<br />
WHIPPLE UND SCRASE (64), SIMPSON UND SCRASE (60) sowie CHALMERS (7), die schon bereits 1936-<br />
1955 den Zusammenhang zwischen Spitzenstrom, elektrischer Feldstärke und Höhe der Spitze untersucht<br />
haben. Burr (76) setzte sich sehr intensiv 1972 mit elektrischen Potentialunterschieden der Luft,<br />
der Erde und Bäumen auseinander, siehe Abb. 44<br />
Abb. 44: Eine typische Tagesaufzeichnung des elektrischen Potentialunterschiedes der Luft, der Erde,<br />
eines Ahorn-Baumes und einer Ulme nach Burr (76). Die Korrelation ist eindeutig.<br />
Rajda (46) befasste sich intensiv mit<br />
Geo-Phyto-Elektroströmen (GPES<br />
1992/95) und wies eine enge Übereinstimmung<br />
zwischen dem Stromfluss<br />
– in Abhängigkeit von der<br />
jeweiligen Größe oder Umfang des<br />
Baumes – und der Vitalität des untersuchten<br />
Baumes nach. Der gesamte<br />
Energiegehalt der Geo-Phyto-<br />
Ströme im Umfang der Kambiumschicht<br />
und in den vitalen äußeren<br />
Jahresringen des Holzes bei einem<br />
Eichenbaum von 40 cm Durchmesser<br />
befähigt ihn nach seinen Berechnungen,<br />
täglich 84 l Wasser von<br />
der Erde bis in eine Höhe von 21 m<br />
über die Leitbahnen zu transportieren.<br />
Bei einer Baumschädigung<br />
sinkt diese Tagesleistung exakt entsprechend<br />
der Schäden ab:<br />
Abb. 45: Abhängigkeit der im Sommer 1989 an der Stammbasis gemessenen<br />
GPES von 220 Eichen vom Stammdurchmesser und vom Gesundheitszustand der<br />
Bäume, ermittelt in Zusammenarbeit mit der Hessischen Versuchsanstalt Hann.<br />
Münden 1993 (89). Die erkannten Schadstufen finden ihre Entsprechung in der<br />
Stärke des jeweils ermittelten GPES.
I A = 84 l, I B = 74 l, II = 55 l, III = 36 l, IV = 20 l und V = 3 l. Es leiten also auch tote Bäume ein<br />
wenig Wasser, was sie immerhin noch als Blitzableiter tauglich macht.<br />
Umgekehrt kam Rajda auf die Idee, bei<br />
Pflanzen die Geo-Phyto-Elektroströme<br />
mit Hilfe einer Autobatterie künstlich<br />
anzuheben. Beim Einschalten eines<br />
Gleichstroms von etwa 5 V in das Bodensubstrat<br />
im Bereich der Wurzeln – mit<br />
2 Elektroden 3,5 m voneinander entfernt<br />
– erzielt man nach 87 Tagen dieser<br />
Elektroaktivation:<br />
- eine Erhöhung eigener Elektroströme<br />
- eine Optimierung der Nährstoffversorgung,<br />
Defizite und Überschüsse<br />
wurden beseitigt, die Bor- und Zinkwerte<br />
wurden mehr als verdoppelt,<br />
(Bor und Stromfluss, siehe Anm.1)<br />
- die Durchmesser der Leitbahnen <strong>für</strong><br />
den Saft- und Stromfluss vergrößerten<br />
sich um 40 %<br />
- die Vitalität stieg so stark an, dass die<br />
Setzlinge 6,3 mal mehr aufgingen u.a.<br />
Folgerungen:<br />
Es lohnt sich, sowohl die Einflüsse der Luftelektrizität<br />
als auch ihre Entstehung neu zu durchdenken.<br />
Dieser Beitrag sollte als Anregung dazu<br />
verstanden werden, das Waldsterben auch einmal<br />
aus diesem Blickwinkel zu betrachten und die<br />
Möglichkeit von Baumschäden durch stille Entladungen<br />
theoretisch und vor allem experimentell<br />
zu überprüfen. Erste unveröffentlichte Versuche<br />
mit Dunkelentladungen an Bäumen haben<br />
bereits gezeigt, dass es damit tatsächlich möglich<br />
ist, die in der Natur überall vorkommenden Schäden<br />
an Bäumen erstmals im Versuch experimentell<br />
nachzuvollziehen. J. Matschke (69), siehe Datei M.<br />
Elektroaktivation<br />
Kontrollpflanzen<br />
Abb. 46: Einfluss der aktivierten Geo-Phyto-Elektroströme bei<br />
Weinrebensetzlingen (78)<br />
Abb. 47: Fichtenaltbestand im Höglwald bei künstlicher<br />
Beregnung mit verdünnter Schwefelsäure. (66)<br />
Mit realistischen Konzentrationen bekannter Schadstoffe war es bei Begasungsversuchen bisher nicht<br />
möglich, die bekannten Schäden an Bäumen auszulösen. (70) Bei überhöhten Konzentrationen wurden<br />
primär Schäden an den Mesophyllzellen der Nadeln ausgelöst. In der freien Natur dagegen sind<br />
primäre Schäden im Leitbündelbereich zu finden, in denen der Saft- und Stromfluss verläuft. (14)<br />
Rothe verwies darauf, dass im Höglwald außerhalb der Beregnungsfläche durch immissionsbedingten<br />
Säureeintrag nur 0.3 kmol Protonen/ha und Jahr mit dem Bestandsniederschlag eingetragen wurden.<br />
Das Zehnfache davon, nämlich 3kmol Protonen/ha und Jahr wurden dagegen bodenintern erzeugt. (71)<br />
Mit Hilfe der Neutronenhypothese lassen sich auch erstmals ohne Widersprüche die extrem versauerten<br />
Böden der Hochlagenwälder erklären, während es im Höglwald bei Augsburg selbst mit einem vorgezogenen<br />
künstlichen Säureeintrag von 120 Jahren nicht möglich war, die Boden-pH-Werte auch nur<br />
leicht abzusenken. (67) Durch die über mehr als 6 Jahre andauernde Beregnung mit verdünnter<br />
Schwefelsäure (pH 2,7) konnte lediglich die aufliegende Nadelstreuschicht versauert und der darin<br />
fußende Sauerklee und die Krautschicht geschädigt werden. Selbst die mit Sprenkleranlagen beregneten<br />
Nadeln konnten alle Säureeinflüsse unbeschadet überstehen. Wie aber soll dann die allgemein bekannte<br />
Bodenversauerung in den Hochlagen erklärt werden, wo noch dazu vom Umweltbundesamt auf dem<br />
Schauinsland im Schwarzwald die höchsten Regen-pH-Werte und die geringsten Immisionseinträge in<br />
ganz Deutschland gemessen wurden, (67) aber dort gleichzeitig extrem versauerte Böden zu finden<br />
sind?
Damit aber wird die einzig mögliche Erklärung <strong>für</strong> die eigentliche Ursache der Bodenversauerung und<br />
der Waldschäden in den Hochlagen erkennbar, eine entladungs- und strahlungsbedingte Spaltung von<br />
Wasser. Eine Spaltung von H 2 O in H + und OH - wäre an sich noch ohne Bedeutung, da sich aus beiden<br />
Teilen sofort wieder Wasser rekombinieren würde. Da die Bäume in den Hochlagen aber einer erhöhten<br />
Spannung zwischen negativ geladener Erde und positiv geladener Ionosphäre ausgesetzt sind und keine<br />
durch Immissionen bedingte luftelektrische Isolierung erfolgt, wird H + zu den Wurzeln gezogen und<br />
OH - zum Wipfel: Der Boden wird stark sauer – insbesondere bei den flach wurzelnden Fichten im oberen<br />
Bodenbereich – die Wipfel werden basisch und geben ihre Ladung über Kleinionen an die Luft ab. Ist<br />
es denn so schwer, die elektrisch gesteuerte Entstehung von Säure im Boden zu verstehen, wo doch<br />
jeder Autofahrer mit Hilfe von Strom sehr effektiv in seiner Autobatterie Säure erzeugt.<br />
Dunkelentladungen, spalten aber nicht nur Wasser, sondern erzeugen auch Ozon (Sie sind bekanntlich<br />
das technisch effektivste Mittel zur Erzeugung von Ozon.). So ist es nicht verwunderlich, dass die<br />
höchsten Ozonbelastungen nicht etwa in den Tallagen sondern in den Hochlagen zu finden sind. Die<br />
größte Gefahr <strong>für</strong> die Bäume ist aber nicht so sehr Ozon selbst, sondern die Art und Weise, wie es entsteht.<br />
Dunkelentladungen spalten nämlich molekularen Sauerstoff atomar auf, wodurch überhaupt erst O 3<br />
entstehen kann. Ein stärkeres Oxydationsmittel als atomaren Sauerstoff gibt es aber nicht und der entsteht<br />
direkt auf und an den Nadeln, Blättern und vor allem an Baumspitzen, deren Schäden in Hochlagen<br />
das wohl auffallendste Merkmal aller geschädigter Bäume ist.<br />
Anmerkung 1:<br />
Bor hat eine besondere Bedeutung <strong>für</strong> den Stromfluss, sowohl <strong>für</strong> Pflanzen, aber auch <strong>für</strong> Mensch und<br />
Tier. Letztere Bedeutung ist so gut wie nicht bekannt und da Bor keine festen Verbindungen mit lebenden<br />
Zellen, Vitaminen, Enzymen etc. eingeht und seine Bedeutung <strong>für</strong> den Stromfluss im Elektronenmikroskop<br />
nicht erkennbar ist, weil dabei nur totes, abgetrenntes Zellmaterial beobachtet und untersucht<br />
wird, bei dem der Stromfluss beendet ist. Bor hat diese stromleitende Fähigkeit, weil es in besonderem<br />
Maße in der Lage ist, OH — Gruppen zu binden und zu transportieren:<br />
Abb. 49: Natürliche biologische Wirkungen des Spurenelements<br />
„Bor― gehen stets eigentlich nur von<br />
Borsäure und Boraten aus. Die wichtigste Reaktion<br />
von Bor ist die Bindung von OH-Gruppen, sowie die<br />
Fähigkeit der Borsäure zur Komplexbildung, d.h. zum<br />
Austausch von Hydroxid gegen andere Liganden und<br />
zur Auffüllung des unbesetzten p 2 -Orbitals durch freie<br />
Elektronen eines vierten Liganden.<br />
Abb. 48: Die chemische Struktur von Borsäure<br />
zeigt die auffällige Bindung von OH-Gruppen<br />
durch Bor.<br />
Weiterführende Artikel des Verfassers:<br />
Der starke luftelektrische Einfluss auf das Wachstum der Bäume wird besonders an der Küste<br />
und auf hohen Bergen sichtbar. Hier kann der Einfluss luftelektrischer Entladungen mit<br />
höchster Beweiskraft bildhaft dargestellt werden – eine Bild- und Erklärungsdokumentation,<br />
siehe Datei „Entladungsschäden―<br />
Die Abhängigkeit des Erdmagnetfeldes von der Luftelektrizität und dem Bewuchs der Kontinente,<br />
sowie solare Einflüsse, siehe Datei „Erdmagnetfeld―<br />
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Monatsberichte aus dem Meßnetz 3/93, sowie Mitteilungen des Umweltbundesamtes an das Badische Tagblatt vom<br />
15.02.86 mit dem Titel „Auf dem Schauinsland gibt es die beste Luft in der ganzen Bundesrepublik― 69) Einfluß von elektromagnetischen<br />
Feldstärken (Dunkelentladungen) auf den Vitalitätszustand der Abies nordmanniana, Münster, Artikel<br />
1995 unveröffentlicht 70) <strong>San</strong>dermann H., Payer H.D. (1987): Baumschäden aus biochemischer Sicht; Mögliche Wege zur<br />
Früherkennung in: Mensch und Umwelt 9, gsf München 71) Rothe A. (1994): Saure Beregnung und Kalkung, Auswirkungen<br />
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Inventurergebnisse, in: Der Forst- und Holzwirt Nr. 21 74) Schenck G.O., (1988): Zur Beteiligung photochemischer Prozesse<br />
beim Waldsterben, Rheinisch Westfälische Akademie der Wissenschaften, Düsseldorf, N 360, Opladen: Westdeutscher<br />
Verlag, vom Verfasser überreicht, im Buchhandel nicht zu beziehen 75) Prinz B., Köth I., Krause G.H.M, Thiele V.<br />
(1991): Ergebnisse der Waldschadensforschung im Land Nordrhein-Westfalen am regionalen Forschungsstandort Eggegebirge<br />
/ Velmerstot, Landesanstalt <strong>für</strong> Immissionsschutz, Essen 76) Burr H. S., (1972): Blueprint of immortality – The electric<br />
patterns of live, London 1972 77) Bruck, R.I., McLaughlin, S.B., Lindberg, S.E., Schroeder, F.G., (o.J.): Südappalachen,<br />
in: Ursachenforschung zu Waldschäden, Sonderdruck, herausgegeben vom Kernforschungszentrum Jülich im Auftrag<br />
des Bundesministeriums <strong>für</strong> Forschung 78) V. (1982): Activace GEO-FYTO elektrických proudú celistvých rostlin,<br />
Versuch <strong>für</strong> die Forschungsanstalt <strong>für</strong> Weinwirtschaft in Bratislava/Slowakei 79) Dimitri I., Rajda V., (1995): Die Elektrodiagnostik<br />
bei Bäumen als ein neues Verfahren zur Ermittlung ihrer Vitalität, in: Forstwissenschaftliches Centralblatt<br />
114, S. 348-361