Sind Spitzenentladungen mitverantwortlich für

Sind Spitzenentladungen mitverantwortlich für Waldschäden?
Von Rainer Fischer, Sinzheim
Überarbeitet im Juni 2007
Spitzenentladungen sind elektrische Entladungen, die von Spitzen oder exponierten Krümmungen
elektrischer Leiter ausgehen, also von Punkten, an denen bereits bei relativ kleinen Spannungen die
Feldstärke groß genug ist, um eine sogenannte Gas- oder Dunkelentladung in der umgebenden Luft
hervorzurufen. Derartige Dunkelentladungen werden technisch zur Erzeugung von Ozon und atomarem
Wasserstoff genutzt. Daneben werden auch Stickoxide erzeugt. Spitzenentladungen an Bäumen sind
hinreichend bekannt und beschrieben und nehmen mit der Höhe und in Meeresnähe deutlich zu. Es gibt
nun vielfache Hinweise darauf, dass durch Immissionen einerseits und durch veränderte solar-terrestrische
Verhältnisse andererseits Spitzenentladungen gegenüber früher begünstigt werden, was einen erheblichen
zusätzlichen Stress für Bäume bedeuten würde. Es erscheint auch mehr als wahrscheinlich, dass
besonders in den Hochlagen Bodenversauerungen durch einen erhöhten luftelektrischen Ladungsausgleich ausgelöst werden, da selbst hohe künstliche Säureberegnungen keine Bodenversauerung auslösten.
Es bleiben noch Widersprüche
Das Absterben von Waldbäumen wird durch vielerlei Faktoren beeinflusst, sei es durch anthropogene
Emissionen und deren Umwandlungsprodukte oder sekundär entstehende Photooxidantien, sei es durch
Nährstoffmangelerscheinungen und versauerte Böden oder durch lokale, auf bestimmte Jahre beschränkte
klimatische Faktoren wie etwa Trockenheit. Obwohl viele Zusammenhänge und Ursachen abgestorbener Wurzeln und geschädigter Nadeln und Blätter geklärt werden konnten, gibt es auch Widersprüche,
und das ganze Ausmaß der Schäden ist noch nicht völlig zweifelsfrei begründbar. So ist es bisher nicht
gelungen, mit den als ursächlich vermuteten Stressoren künstlich genau die Schäden zu erzeugen, wie
sie in "Reinluftgebieten" und Hochlagen der Mittelgebirge zu finden sind. Bei Begasungsversuchen
konnten zwar Schäden erzeugt werden, aber nur mit sehr hohen, in den geschädigten Wäldern meist
nicht anzutreffenden Konzentrationen. Zudem lösen Begasungen allein andere Schadsymptome aus (14),
als sie in den Hochlagen anzutreffen sind.
Ebenso werden Widersprüche erkennbar bei der Frage einer direkten Schädigung von Nadeln und Blättern
durch Säureeinwirkung (z. B. Leaching) und bei dem Problem der Bodenversauerung und ihren Folgen.
So gelang es im Höglwald trotz einer über 6 Jahre andauernden Beregnung mit verdünnter Schwefelsäure weder eine Nadelschädigung bei den Fichten zu erreichen (30) noch den Boden-pH-Wert erkennbar
zu beeinflussen (29). In der Haard, am Nordrand des Ruhrgebietes, konnten dagegen 24mal so hohe
Immissionseinträge einschließlich Protonen nachgewiesen werden wie im Schwarzwald, jedoch keinerlei
Schäden wie sie dagegen für die Hochlagen auch ohne große Belastungen typisch sind (18).
Bei der Untersuchung eines erwarteten Zusammenhangs zwischen Immissionseinträgen, Bodenversauerung und Baumschäden stellten PRINZ ET AL. (44) Widersprüche fest, woraus der Schluss gezogen
wurde, dass die Bodenversauerung nicht als alleiniger Ursachenfaktor angenommen werden könne, da
der Grad der Versauerung weder mit den ermittelten Immissionseinträgen noch mit dem Grad der
Baumschäden übereinstimme. Es wurde daher angeregt, klimatische Faktoren stärker zu berücksichtigen.
Gibt es einen bisher unberücksichtigten Faktor für die Bodenversauerung und den oxidativen
Stress an Nadeln und Blättern ?
Großräumig gesehen ist zwar ein Zusammenhang zwischen Immissionsbelastung und Waldschäden
erkennbar. So sind die Schäden im Osten Deutschlands und in der Nähe stark immissionsbelasteter
Gebiete der Tschechei deutlich höher. Allerdings finden sich auch hier die massivsten Schäden nur in
den Hochlagen, die aus den Bereichen mit hohen Immissionsbelastungen herausragen.
Dies wirft die Frage auf, ob Immissionen nicht auch indirekt den Bäumen schaden könnten, indem sie
massiv in den luftelektrischen Ladungsausgleich zwischen negativ geladener Erde und positiv geladener
Ionosphäre eingreifen (Abb. 1). Der Ladungsausgleich erfolgt über Kleinionen der Luft, die in der unteren Atmosphäre durch kosmische Strahlung, Radioaktivität und Wasserverwirbelungen (Meereswellen,
Wasserfälle o.ä. gebildet werden.
Kleinionen sind geladene Komplexe von 3 bis 12 Molekülen mit nur einer elektrischen Elementarladung (z.B. 02-, N2+, CO2-, H2O+). Wegen ihrer großen Beweglichkeit von 1 bis 2 cm/s/Volt/cm und ihrer Membrandurchlässigkeit haben sie große biologische Bedeutung (61).
Großionen sind geladene Kondensationskerne aus 106 Molekülen mit etwa 10 Elementarladungen und
einer Beweglichkeit von 10-3 bis l0-4 cm/Vs. Mittelionen liegen dazwischen.
Diese Kleinionen werden durch Immissionen sofort abgebaut, da sie sich an Aerosole anlagern und
dabei entstehen elektrisch unbewegliche Mittel- und Großionen. An arbeitsfreien, immissionsärmeren
Tagen sinkt daher das luftelektrische Potential in Ballungszentren regelmäßig stark ab, da sich aufgrund der höheren elektrischen Leitfähigkeit der Luft Luftelektrizität besser abgebaut werden kann.
Immissionen bewirken also eine luftelektrische Isolation, die insbesondere die Tallagen erfasst. Die
Erde als guter elektrischer Leiter ragt mit ihren Bergen und den darauf stehenden Bäumen ab e iner
gewissen Höhe aus der immissionsbedingten Isolationsschicht heraus. Der gesamte luftelektrische
Ladungsausgleich wird durch Immissionen also auf die höheren Lagen konzentriert, was eine erhebliche
Überlastung der dortigen Bäume und ihrer physiologischen Leistungsfähigkeit darstellen dürfte.
Abb. 1: Feldverzerrung im luftelektrischen Erdfeld durch Bodenerhebungen: Links ohne Luftverschmutzung, rechts bei Luftverschmutzung. Ohne Immissionen sind Tal- und Gebirgslagen gleichermaßen am luftelektrischen Ausgleich beteiligt, bei starken Immissionsbelastungen müssen diesen Ausgleich allein die Hochlagen tragen; erweiterte und veränderte Darstellung nach (26, Bd. 2).
Die Auswirkungen von Luftverschmutzung auf die Luftleitfähigkeit zeigen die Daten für folgende Orte:
Kew bei London 0,3
Potsdam 1,1
Davos 3,1
Spitzbergen 4,95
Grönland (73°N) 6,1
gemessen in X * 10 -16 Ω -1 cm –1 = Mittelwerte der dortigen Luftleitfähigkeit, (28, 25)
Abb. 2: Luftelektrische Größen im globalen Stromkreis zwischen negativ geladener Erde und positiv geladener
Ionosphäre. Einerseits wird die vorhandene Spannung über Kleinionen der Luft ständig abgebaut, andererseits muss sie aber auf anderem Wege auch ständig neu erzeugt werden. Abb. erstellt nach Daten aus (38).
Der Artikel in „Allgemeine-Forst-Zeitschrift― Heft 13/1993 wurde im folgenden Text erweitert und neu
überarbeitet, da seit Oktober 1993 wichtige Erkenntnisse aufgrund von Satellitenaufnahmen oberhalb
von Gewitterwolken hinzugekommen sind, die von der Erde aus bis dahin nicht sichtbar waren. Es handelt
sich um gewaltige und zuvor nicht für möglich gehaltene gewaltige Entladungen von Gewitterwolken in
Richtung Ionosphäre, welche die bisher allgemein angenommene These einer Entstehung der luftelektrischen
Spannung zwischen Erde und Ionosphäre durch eine negativen Aufladung der Erde aufgrund einer Übertragung von Elektronen durch Wolken-Erd-Blitze gleich aus mehreren Gründen nicht mehr als richtig
erscheinen lassen. Blitze sind Entladungen und bewirken im Gesamtzusammenhang betrachtet keine
wesentliche Aufladung der Erde. Bei den Größenordnungen der jetzt erst beobachteten gewaltigen
Entladungen nach oben müssen Erdblitze in einem ganz anderen Licht betrachtet werden.
Luftelektrizität – ein bis heute unverstandenes Grundphänomen irdischen Lebens
Das Institut für Pflanzenphysiologie der sowjetischen Akademie der Wissenschaften hat bis 1976 in
langen Versuchsreihen nachgewiesen, dass die Photosynthese neben der bekannten Abhängigkeit von
Licht, Temperatur, Feuchtigkeit und Nährstoffen auch durch den Faktor Luftelektrizität deutlich beeinflusst wird. Bei Ladungsinversion während eines Gewitters wird die Photosynthese entsprechend der
Ladungsstärke reduziert. Daraus wurde der Schluss gezogen, dass die Pflanzendecke den Stoffumsatz
vor Gewittern mit Ladungsinversion weitgehend einstellt. Dagegen konnte eine Steigerung der Photosynthese durch Erhöhung der negativen Ladung der Erde und der Pflanzen erzielt werden (59). Allerdings kann diese Photosynthesesteigerung nur so lange als Vorteil angesehen werden, wie es aufgrund
von anderen luftelektrischen Verhältnissen, wie sie z.B. in den Hochlagen der Gebirge vorzufinden
sind, nicht zu Spitzenentladungen kommt. Bei derartigen Entladungen wird der natürliche molekulare
Sauerstoff atomar aufgespaltet und zwar direkt an Baumspitzen sowie an der Oberseite von Nadeln und
Blättern. Das ist eine oxidative Schädigung der Pflanzen, wie sie extremer nicht sein könnte.
Das normale luftelektrische Feld in Tallagen beträgt 100 bis 120 V/m. Nach CHALMERS (8) treten Spitzenentladungen bei baumhohen Spitzen ab 600 V/m auf, wobei es zu Stromstößen in der Größenordnung
von 10-6 A kommt. Die Höhe und Freistellung einer Spitze begünstigt stille Entladungen erheblich. So
kann es bei 30 bis 40 m hohen Bäumen sogar schon in Tallagen bei gewöhnlichen Schönwetterwerten
des Potentialgradienten zu Spitzenentladungen kommen. MÜHLEISEN (38) stellt darüber hinaus fest:
"Bei kräftigen schauerartigen Niederschlägen in Form von Regen oder Schnee können die Feldstärken
sehr hohe Werte bis 10.000 V/m annehmen, wobei es wie beim Gewitter zu Corona-Entladungen an Spitzen
kommt, ohne dass wir aber (wegen der fehlenden Blitze) von einem Gewitter sprechen können." Im
Gebirge können solche Entladungen selbst von Grasspitzen ausgehen, da die bekannten Grenz- und
Richtwerte für Dunkelentladungen bei entsprechender Ionisierung und Leitfähigkeit der Luft nicht
mehr gelten. Den Zusammenhang zwischen Spitzenstrom, elektrischer Feldstärke und Höhe der Spitze
haben bereits WHIPPLE UND SCRASE (64), SIMPSON UND SCRASE (60) sowie CHALMERS (7) untersucht.
Entladungen erfolgen vorzugsweise im Bereich der Baumspitzen, sowie an den Oberseiten von Nadeln
und Blättern aller exponierten Äste. Die zuerst eintretende Oberseitenvergilbung unbeschatteter Nadeln
lässt sich also leicht durch Entladungen erklären, während eine künstliche Säureberegnung der Nadeln
mit verdünnter Schwefelsäure wie im Höglwald keine Schäden auslösen konnte. Spitzenentladu ngen
an Bäumen sind genau da zu erwarten, wo die Schäden in aller Regel auftreten: an Bäumen in Einzelstellung, an Waldrändern, in Kamm- und steilen Hanglagen, in Mischwäldern mit unterschiedlichen Baumhöhen, an alten Bäumen, die andere überragen. Überall dort, wo konvexe Krümmungen des Geländes
auftreten oder die Bäume selbst Geländeüberhöhungen darstellen, ist der luftelektrische Potentialgradient stark erhöht und sind Dunkelentladungen begünstigt. Am günstigsten Entladungspunkt, der
Baumspitze, erweisen sich die Reparaturmechanismen der Bäume am wenigsten wirksam, Dies ist am
Schadbild der Hochlagenbäume nicht zu übersehen. Dies gilt auch und gerade für die Fichten, obwohl
sie aufgrund ihrer Tracheïdenzellen, die den Saftstrom noch oben begünstigen und bei jeder Verzweigung erschweren, die beste direkte Nährstoff- und Wasserversorgung in der Spitze haben, was Jungbäume oft mit extremen Längen ihrer Spitzentriebe sehr klar zeigen können.
Da der Luftelektrizität daher mit hoher Wahrscheinlichkeit eine erhebliche Bedeutung beim Waldsterben zukommt, aber sich in Deutschland niemand mehr mit diesem Thema befasst, seien hier zunächst
noch einmal ihre wichtigsten Merkmale zusammengefasst. Danach soll belegt werden, dass die Entstehung der luftelektrischen Spannung wohl das letzte grundlegende Naturphänomen ist, das unverstanden
geblieben ist und bis heute in allen Physikbüchern falsch dargestellt wird. Dies liegt daran, dass man sich
1956 in Ermangelung der Kenntnis anderer möglicher Entstehungsursachen auf die Gewitterhypothese
als Ursache geeinigt hatte, da das Vorhandensein der Magnetosphäre überhaupt noch nicht bekannt und
der Einfluss der Neutronen und die Bedingungen ihres Zerfalls in der unteren Atmosphäre noch nicht
hinreichend durchleuchtet war. Man sah daher damals in der Blitzdichte die einzige – aber leider völlig
falsche – Korrelation mit dem auf allen Weltmeeren gleichen Tagesgang der luftelektrischen Spannung.
Weitere bekannte Merkmale der Luftelektrizität:
Nach MÜHLEISEN (41) unterteilt sich der gesamte Säulenwiderstand zwischen Erde und Ionosphäre
äußerst ungleichmäßig:
Austauschschicht 100
Bodennahe Luftschicht
Untere Troposphäre 2
Stratosphäre 10 km bis
bis 2000 m
0 bis 100 m
bis 10km
∞
60%
10%
20%
10%
Die luftelektrische Feldstärke, auch Potentialgradient
genannt, nimmt mit der Höhe zunächst nur langsam, ab
etwa 600 m jedoch exponentiell ab (Abb. 3). Dies hat
seinen Grund in der mit der Höhe zunehmenden elektrischen Leitfähigkeit der Luft. Die für das Pflanzenwachstum eigentlich förderliche Spannung wird zunehmend durch Entladungsvorgänge und Elektronenverluste ersetzt. Die Luftleitfähigkeit wiederum wird
durch eine mit der Höhe zunehmende Ionisierung
bewirkt. Bereits am unteren Rand der ionosphärischen Abb. 3: Der mittlere Verlauf der luftelektriD-Schicht ist die Luft elektrisch so gut leitend, dass sie schen Potentialgradienten wird bestimmt von
als Elektrosphäre bezeichnet wird (23, 27). Dabei ist der Zunahme der Luftleitfähigkeit mit der Höhe.
zu beachten, dass bereits in nur 13 km Höhe - wie schon Text und Beschriftung verändert, nach (25).
HESS 1933 ermittelte (21) - ein durch kosmische Strahlung bedingtes Ionisationsmaximum
(Abb.4) beginnt, dessen Bedeutung aber erst
1990 in vollem Umfang erfasst worden ist,
worauf später noch näher eingegangen wird.
Die mit der Höhe schnell zunehmende Luftleitfähigkeit begünstigt nicht nur gewöhnliche Ladungsübertragungen durch Kleinionen,
sondern besonders auch solche in Form von
Spitzenentladungen. Dies ist auch der Grund,
weshalb man die Führung von Hochspannungstrassen über hohe Berge vermeidet: Die
allein schon durch den niedrigen Luftdruck
begünstigten
Verluste
durch
CoronaEntladungen nehmen bei bestimmten WitteKonzentration geladener Partikel (cm-3)
rungsbedingungen wie Schneefall oder Raureif Abb. 4: Schematische Darstellung der atmosphärischen
sehr hohe Ausmaße an. Dieses Ionisationsma- Ionisationsschichten und der Konzentration geladener
ximum in der unteren Atmosphäre bewirkt Partikel. Die Atmosphäre der Erde besitzt zwei Strahjedenfalls schon in relativ geringen Höhen lungsschichten mit hohem Ionisationsgrad der Luft: Die
über dem Erdboden eine sich nach oben Ionosphäre - erzeugt durch solare elektromagnetische
schnell steigernde Luftleitfähigkeit und einen Strahlung – sowie die Kosmische Strahlungsschicht.
Bildtext übersetzt, Text verändert, nach (2)
sinkenden elektrischen Widerstand der Luft.
Der luftelektrische Ausgleich zwischen negativ geladener Erde und positiv
geladener Ionosphäre erfolgt im Schönwetterfeld - wie schon erwähnt - vor
allem über Kleinionen der Luft, die im Gegensatz zu Mittel- und Großionen
genügend Beweglichkeit aufweisen, um vorhandene Spannungen schnell
abzubauen. Da die Luft eigentlich ein hervorragender elektrischer Isolator ist,
wären Blitzentladungen eigentlich gar nicht möglich, wenn es nicht sogenannte stille oder Dunkel-Entladungen gäbe, die in der Lage sind, eine Vielzahl von Ionisationsschläuchen in der Luft zu erzeugen, durch die sich dann
ein Blitz im Zickzack seinen Weg zur Erde suchen muss. Zu den Zeiten, als
es auf den Weltmeeren nur Segelschiffe gab und die Luft dort sehr rein war,
gab es während Gewittern sogar sichtbare, aber ebenso lautlose Entladungen
an allen Masten und Spitzen von Segelschiffen, die große Schrecken bei Seeleuten auslösten, die sogenannten Elmsfeuer.
Abb. 5: Elmsfeuer
Seit Oktober 1993 ist bekannt geworden, dass ein luftelektrischer Ausgleich in Richtung Ionosphäre
beim Vorhandensein von Gewittern nicht nur über die Kleinionen der Luft verläuft, sondern auch durch
direkte gewaltige Entladungen in Form von sogenannten Elves und Sprites erfolgen kann (Abb. 6).
Genau dies bestätigt meine Aussagen über bisher falsch verstandene Zusammenhänge des luftelektrischen Feldes: Blitze und Gewitter sind nichts anderes als Entladungen bei hohen Spannungsunterschieden,
wie sie auch zwischen der negativ geladenen Erde und noch stärker negativ geladenen Unterseite einer
Gewitterwolke bestehen können. Sie bewirken aber keine eigentliche Aufladung. Blitze in Richtung
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
positiv geladenen Ionosphäre. Die bisherige Vorstellung, dass die positive Ladung der Ionosphäre durch
eine Verlagerung der stark positiven Ladung der Oberseite von Gewitterwolken zur ohnehin schon positiv
geladenen Ionosphäre entstehen würde, - Abb. 16 - ist ohnehin schon physikalisch unsinnig und hiermit
endgültig widerlegt. Nur Elektronen können blitzartige Ladungsübertragungen auslösen. Die stark positive Ladung der Ionosphäre stammt vielmehr von den Protonen der Sonne und des Kosmischen Strahlung.
Hier die entsprechende dpa-Meldung über Elves und Sprites im Wortlaut:
US-Forscher entdecken Lichtblitze in der Atmosphäre
Frankfurter Rundschau, 02.10.1993
Bisher unbekannte riesige Lichtblitze haben Forscher der US-Raumfahrtbehörde NASA in der Atmosphäre in einer Höhe von rund 12.000 Metern oberhalb von Gewitterwolken entdeckt. Die Blitze seien
erstmals in diesem Sommer während eines schweren Gewitters im mittleren Westen der USA mit einer
Spezialkamera aus einer DC-8 aufgenommen worden, berichtete die NASA. Nach Ansicht von Experten
könnten die Blitze durch chemische Reaktionen möglicherweise die Ozonschicht beeinträchtigen.
Außerdem seien sie eine eventuelle Gefahrenquelle für Flugzeuge in solchen Höhen.
Die Lichtblitze können den Angaben zufolge bis zu 40 Kilometer hoch und knapp zehn Kilometer breit
sein und ein Volumen von 1000 Kubikkilometern haben. Die Professoren Davis Sentman und Eugene
Wescott von der Universität von Alaska, die das Phänomen untersuchten, vermuten, dass die Blitze
eine Form von elektrischer Entladung sind, da sie im Zusammenhang mit Gewittern auftreten.
Berichte über derartige Blitze in dieser Höhe gab es bereits Ende des vergangenen Jahrhunderts. Sie seien
jedoch von Wissenschaftlern aber immer als Hirngespinste abgetan worden. „Jahrelang wurde geglaubt,
dass die Höhen, in denen diese Blitze passieren, ruhig, zahm, fast langweilig sind―, sagte Sentman. dpa
Abb.6: Gewaltige Entladungen oberhalb von Gewitterwolken in Form von diskusförmigen Elves und in
die Ionosphäre aufschießenden Sprites. Die zeitliche Abfolge, bei der die Elves stets kurz vor den Sprites
aufleuchten, belegt eine Entladung in Richtung Ionosphäre, also nach oben. Somit ist die obige Bildüberschrift „Gewitter von oben― von den Bild-der-Wissenschaft-Redakteuren 2/96 in Ahnlehnung an die
noch bestehenden unrichtigen Vorstellungen über Luftelektrizität falsch gewählt worden.
Die Luftelektrizität wird durch starke solare Flares auffallend beeinflusst. (Flares sind Eruptionen über
sich auflösenden Sonnenflecken) So fand REITER (48) eine hochsignifikante Synchronisation von starken
Sonneneruptionen mit charakteristischen zeitlichen Minimum-Maximum-Reaktionen des luftelektrischen
Schönwetter-Potentialgradienten und der Leitungsstromdichte Erde/Ionosphäre vom Eruptionstag bis
zum 4. Tag danach (B = 0,99). Gleichzeitig wies REITER eine ebenso signifikante Korrelation zwischen
H -Flares einerseits und einer vor allem am 2. Tag darauf folgenden deutlichen Zunahme der Zahl von
Blitzentladungen auf der Erde andererseits nach. (Abb. 7) Reiter fand außerdem im Hochgebirge in einer
3 Jahre übergreifenden Analyse, dass das luftelektrische Potential dort nicht nur – wie zuvor bei der
Gewitteraktivität ersichtlich – am 2. Tag, sondern bereits am 1. Tag auf starke Flares reagiert. Gewitter
können demnach also nicht die Ursache sondern nur die Folge einer durch Protoneneinfall ausgelösten
erhöhten luftelektrischen Spannung sein. Außerdem fällt auf, dass der Zeitpunkt des starken Anstiegs des
luftelektrischen Potentials im Gebirge genau der Laufzeit solarer Protonen zur Lufthülle der Erde und zusätzlich ihrem Eindringen in die polaren Trichter der Magnetosphäre entspricht, (Abb. 8 und 9) wo dieser
Strahlungseinbruch in die Atmosphäre dann auch in Form von Polarlichtern weithin sichtbar wird (2).
Abb. 7: Synchronisation der Atmospherics-Impulshäufigkeit am Tage mit Sonneneruptionen verschiedener
Intensität und heliographischer Breite. In allen 3 Fällen steigert sich die Impulshäufigkeit am 2. Tag nach
einer Sonneneruption überzufällig und zwar um so mehr, je stärker die Eruption war. Starke Flar es
bewirken auch einen Rückgang der Impulshäufigkeit am Eruptionstag selbst, was nur durch eine
verstärkte Ionisation der Atmosphäre durch elektromagnetische Strahlung der Sonne und eine dadurch
bedingte stärkere Abschirmung erklärt werden kann. Abb. und Text verändert, nach (48).
Abb. 8 (links): Laufzeiten solarer Strahlungsarten zur Erde. Text verändert, nach (12)
Abb. 9 (rechts): Anstieg des Potentialgradienten (E) nach solaren Eruptionen im
Hochgebirge. Text verändert, nach (41).
Polarlichterscheinungen dürften somit nicht nur ein Merkmal des solaren Partikelstromes, sondern auch
ein Merkmal der solaren Beeinflussung der Luftelektrizität sein. Die stärkste Polarlichthäufigkeit tritt
2 bis 3 Jahre verschoben zur höchsten Intensität der Sonnenfleckenaktivität auf, also erst an deren Ende (1).
Dies liegt wohl daran, dass die Flares erst am Ende des Sonnenfleckenmaximums in der Äquatorebene
der Sonne erscheinen und damit auch in der Ebene der Planeten. Dadurch erhöht sich die Wahrscheinlichkeit, dass die Erde von energiereichen solaren Partikelströmen getroffen wird (Abb. 10).
Abb. 10: Unterschiedliche Emissionsrichtungen der Partikelstrahlung solarer Flares zu Beginn und am
Ende eines Sonnenfleckenzyklus. Die Sonnenflecken wandern im Laufe des Zyklus allmählich von 30°
bis 40° solarer Breite auf den Sonnenäquator zu. Abb. erstellt nach Daten von (16).
MÜHLEISEN (41) untersuchte auch die globalen und zeitlichen Parameter der Luftelektrizität und fand
eine eindeutige antizyklische Korrelation der Sonnenaktivität zum Rhythmus der Luftelektrizität. Daneben stellte er ein kurzes, aber sehr hohes Maximum der Luftelektrizität am Ende des Sonnenfleckenmaximums fest (Abb. 12).
Abb. 11: Änderung der Häufigkeit von Sonnenflecken, von erdmagnetischen Störungen und von
Polarlichtern bei geomagnetisch 53° N über einen
Zeitraum von vier Sonnenfleckenzyklen von 1901
bis 1944 nach MEINEL, NEGAARD UND CHAMBERLAIN (34). Alle drei Faktoren weisen einen 11 jährigen Rhythmus und ein Minimum zum gleichen
Zeitpunkt auf. Das Maximum der erdmagnetischen
Aktivität und der Polarlichter tritt dagegen um zwei
Jahre verschoben zum Höhepunkt der Sonnenfleckenaktivität an dessen Ende auf. Bei den durch
Partikelstrahlungseinbrüchen in die Atmosphäre
ausgelösten Polarlichtern erscheint dieses Maximum
besonders stark ausgeprägt. Text und Beschriftung
verändert, nach (1).
Abb. 12: Das in 356 Ballonaufstiegen gemessene
elektrische Potential zwischen Erde und Ionosphäre wies Schwankungen zwischen 145 und 608
kV auf. Die durchschnittlichen Werte dieses Potentials schwankten im 11 jährigen Sonnenfleckenzyklus im wesentlichen antizyklisch zu
den Sonnenfleckenrelativzahlen, wobei allerdings
am Ende eines Sonnenfleckenmaximums eine
auffallende Umkehrung dieses Verlaufs zu beobachten war. Dies entspricht dem vermehrten Eintreffen von energiereichen Protonen aufgrund der
Ausbrüche starker Flares in der Äquatorebene der
Sonne und damit in der Planetenebene zu diesem
Zeitpunkt. Text und Abb. verändert, nach (41).
Vergleiche Daten der Sonnenfleckenaktivität 1959/60
in Abb. 7 der Datei „Erdmagnetfeld―
Antizyklisch zur Sonnenaktivität verhalten sich aber die energiereichen Protonen der galaktischen
Kosmischen Strahlung, da sie an den Feldlinien des interplanetaren Magnetfeldes des Sonnensystems,
das durch den ständigen Stroms energiearmer Protonen des sogenannten Sonnenwindes gebildet wird, in
dieser Zeit verstärkt abgelenkt werden (Forbush-Effekt). Der Sonnenwind wird zur Zeit des Sonnenfleckenmaximums ebenfalls vermehrt ausgestoßen, ist aber nicht in der Lage in die Atmosphäre einzudringen, da er von der Magnetosphäre abgelenkt wird, überstreicht aber das gesamte Planetensystem
und dämpft so die Kosmische Strahlung recht effektiv. Am Ende eines Sonnenflecken-Maximums erscheinen die Flares der Sonne auf der Äquatorebene der Sonne, wobei diese sogar selbst extrem energiereiche Protonen ausstoßen können, die sogenannte „solare Kosmische Strahlung―. Damit erfolgt der
Ausstoß sehr energiereicher solarer Protonen nun verstärkt in die direkte Richtung der Planeten, (Abb.10)
weshalb diese die Erde erst zwei Jahre nach dem Maximum wesentlich häufiger treffen, wie dies die
Aufzeichnungen der erdmagnetischen Störungen klar belegen. (Abb. 11)
Abb. 13: Die Magnetosphäre der Erde im Einfluss von solaren und galaktischen Einflüssen. Sie schützt
die Erde zum großen Teil vor kosmischer und solarer Partikelstrahlung, nicht jedoch in polaren Breiten.
Auch aus dem Schweif gelangen Protonen von hinten in die Polartrichter. Darstellung erstellt nach (13)
Da die Entstehung der luftelektrischen Spannung eng korreliert ist mit dem Einfall von Protonenstrahlung
in die Atmosphäre, sind hier auch Forschungsergebnisse sowjetischer Wissenschaftler von Bedeutung,
die dies auch für die Vergangenheit klar belegen. Hier ihr Bericht, der 1976 in der Wissenschaftszeitschrift „Exakt― veröffentlicht wurde wurde:
Exakt 5/76 – Exklusivinformationen aus Wirtschaft, Wissenschaft, Forschung und Technik in der Sowjetunion:
Supernovae und Baumwachstum
Die Strahlungen von Supernovae, die in unserer Galaxis aufleuchten, haben offensichtlich einen Einfluss auf das Baumwachstum auf unserer Erde. Allerdings zeigt sich dies vermutlich nur in Hochgebirgsregionen, wo die Organismen gegen die Weltraumstrahlung infolge dünnerer Atmosphärenschichten nicht so gut geschützt sind wie in geringen Erhebungen über der Meeresoberfläche. Ein Mitarbeiter des Botanischen Instituts der sowjetischen Akademie der Wissenschaften analysierte die Jahresringe eines 807 Jahre alten Wacholderbaumes (Juniperus turkistanicus), der auf dem Gebirgskamm
Serawaschan im mittelasiatischen Wirtschaftsbezirk der UdSSR an der oberen Waldgrenze in 3500 m
Höhe unter dem Einfluss erhöhter Weltraumreststrahlung gewachsen ist. Jeweils nach den Jahren 1604,
1770 und 1952, den Beobachtungsdaten von Supernovae in unserer Galaxis, zeigten die Jahresringe ein
deutlich verlangsamtes Wachstum, teilweise fast bis zum Wachstumsstillstand über etwa 15 Jahre.
Zu ähnlich interessanten Ergebnissen kamen auch Dendrochronologen bei Untersuchungen der Jahresringdicke von Bäumen im Vergleich zum 14C-Gehalt der Ringe, welcher ebenfalls abhängig ist vom Einfall
energiereicher Protonen in die Atmosphäre und daraus sekundär entstehenden Neutronen. Die Pflanzen
nahmen bei hohen Strahlungseinbrüchen mehr Radiokarbon (14C) in Form von Kohlensäure auf. (Abb. 14.)
Abb. 14: Zusammenhang der langfristigen
Schwankung des Eichenwuchses in Mitteleuropa und der globalen Schwankung des
Radiokarbongehaltes in der Biosphäre zwischen 700 v.Chr. und der Gegenwart. Einer
Zunahme des Radiokarbongehaltes um 1 %
entspricht langfristig ein Rückgang des
Baumwuchses um rund 18 %. Text verändert, nach (22)
Welche Faktoren könnten vermehrte Entladungen in den letzten Jahrzehnten begünstigt haben?
Mit der Annahme, dass eine luftelektrische Schädigung von Bäumen insbesondere in Reinluftgebieten
und Höhenlagen ein durchaus ernstzunehmender Faktor sein könnte, muss überlegt werden, welche
Faktoren vermehrte Entladungen in Hochlagen in den letzten 15 Jahren ausgelöst haben könnten. Eine
monokausale Erklärung hierfür erscheint ziemlich unwahrscheinlich. Vielmehr muss sich eine ganze
Reihe von Faktoren gleichzeitig verändert haben, wenn von einer so schnellen Veränderung luftelektrischer
Verhältnisse ausgegangen werden soll. Alle Faktoren müssen jedoch etwas mit einer Veränderung der
elektrischen Leitfähigkeit der Luft und einer erhöhten Ionisierung zu tun haben. Hier lassen sich sowohl
anthropogene Einflüsse als auch veränderte solar-terrestrische Faktoren entdecken.
Es stellt sich nämlich die Frage, ob die im Zusammenhang mit dem Waldsterben die so viel zitierten,
aber in Reinluftgebieten kaum vorhandenen Immissionen den Bäumen nicht vielmehr indirekt geschadet
haben könnten, indem sie massiv in den natürlichen luftelektrischen Ladungsausgleich zwischen negativ
geladener Erde und positiv geladener Ionosphäre eingreifen. Immissionen bewirken eine luftelektrische
Isolation, die insbesondere die Tallagen erfasst und damit deren Wälder vor Dunkelentladungen schützt.
Die Erde als guter elektrischer Leiter ragt mit ihren Bergen und den darauf stehenden Bäumen ab einer
gewissen Höhe aus der durch Immissionen bedingten Isolationsschicht heraus (Abb. 1). Der gesamte
luftelektrische Ladungsausgleich wird also durch starke Immissionen in den Tallagen auf die höheren
Lagen der Gebirge und die Reinluftgebiete konzentriert. Für die physiologische Leistungsfähigkeit der
dort stehenden „guten elektrischen Leiter― Bäume dürfte ein deutlich erhöhter Elektronenverlust durch
Dunkelentladungen eine erhebliche Überlastung darstellen.
Ein derart schädigender Einfluss auf die Bäume durch Förderung elektrischer Entladungen sollte nicht
als unbedeutend abgetan werden. Dies belegen die eingangs erwähnten Auswirkungen von luftelektrischen und strahlungsbedingten Faktoren auf das Pflanzen- und Baumwachstum. Während die Schutzwirkung der irdischen Magnetosphäre vor Partikelstrahlung (Abb. 13) einerseits schwindet, ist andererseits nach 1979 eine verstärkte solare Aktivität und Partikelstrahlung beobachtet worden. Wie sich dies
in Kombination mit anthropogenen Einflüssen auf die luftelektrischen Verhältnisse ausgewirkt haben
könnte, muss gleichzeitig bedacht werden.
Erst 1990 ist aufgrund einer Veröffentlichung des USTransport-Ministeriums bekannt geworden, dass die Strahlenbelastung durch Neutronen in 10 km Höhe 17 mal stärker ist
als früher angenommen. Auch bezüglich der HochlagenStrahlenbelastung dürfte eine ähnliche Fehleinschätzung vorliegen. Was nun aber eine tatsächliche Belastungszunahme
anbetrifft, so hat die globale Abschwächung der erdmagnetischen Totalintensität eine verminderte Abschneidesteifigkeit
der Magnetosphäre gegenüber Partikelstrahlung zur Folge.
Verschiedene Veröffentlichungen gehen von einem Rückgang
des Erdmagnetfeldes von 1838 bis heute um 10 % aus. Die
Totalintensität an den Polen nahm von 1980 bis 1985 um jährlich 0,07 % ab, was einer Abnahme von 7 % in 100 Jahren
entspricht (24). Nach MIROSCHNITSCHENKO (35) erhöht sich
aber bei einem Rückgang des Erdmagnetfeldes um 1 % die
Neutronenstrahlung in Meereshöhe um 2 % und in Hochlagen
um 4 %; dies konnte experimentell bestätigt werden. Da das
Erdmagnetfeld aber gegenwärtig um 10% in hundert Jahren
abnimmt, bedeutet dies eine Zunahme der Neutronen in den Abb. 15: Abnahme des Dipolmoments
Hochlagen um 40% in 100 Jahren. Bei Einzelereignissen - wie der Erde in 1022 Am2 seit dem frühen
mächtigen Eruptionen auf der Sonne mit starker Intensitäts- 19. Jahrhundert (aus Voppel 1985)
zunahme der solaren Kosmischen Strahlung konnte auf der Erde schon 1956 eine kurzzeitige Zunahme der
Neutronen um 5000 % gemessen werden Amplitude für den 23.02.1956. (35)
Dass sich derartige Strahlungsschwankungen auch schon in der Vergangenheit auf das Baumwachstum
ausgewirkt haben könnten, kann aufgrund der bereits erwähnten dendrochronologischen Untersuchungsergebnissen vermutet werden. Stieg der 14C-Gehalt der Jahresringe um nur 1 % an, so ging das
Baumwachstum langfristig um 18 % zurück (16). Radiokarbon wird aber ausschließlich durch Neutronen
gebildet, die wiederum durch in die Atmosphäre einfallende Protonenstrahlung verursacht sind.
Das 1983 endende Sonnenfleckenmaximum war das bis dahin zweitstärkste in 300 Jahren. Es wurde
jedoch von dem 1992 zu Ende gegangenen Maximum nochmals an Intensität übertroffen. Entscheidend
für die Auswirkungen auf der Erde ist aber nicht, wie viele und wie große Flecken auf der Sonne ausgemacht werden können, sondern wie viele dabei ausgeschleuderte energiereiche Protonen letztlich in
die Atmosphäre eindringen. Der solare Beschuß der Erde im Sonnenfleckenmaximum von 1979-1983
war so dramatisch, dass reihenweise die Meßgeräte der Satelliten ausfielen. So konnten die "SolarGeophysical-Data-Reports" in diesem Zeitabschnitt nur noch bruchstückhafte Daten liefern. Dies ist
auch der Grund dafür, dass eine seit 1986 angekündigte Veröffentlichung mit dem Titel "Ground Level
Events of the Sun" bis heute nicht erschienen ist.
Nicht zufällig setzte die Zerstörung der Ozonschicht
ziemlich gleichzeitig mit dem Auftreten neuartiger
Waldschäden ein. Bekannt ist zwar, dass bei starken
Sonnenflares zeitgleich mit dem Eintreffen energiereicher solarer Protonen jedes mal stark die Ozonschicht
geschädigt wurde. Dies konnte der Sampex-Satellit
eindeutig belegen. Nun ging man aber davon aus,
dass es sich dabei nur um einige wenige vereinzelte
Ereignisse handele, die nur etwa 7 mal in einem Sonnenfleckenzyklus stattfinden. Die Ozonschicht könne
also nicht durch einen ständigen solaren Einfluss geschädigt worden sein. Bekannt ist, dass Protonen einer
Abb. 16: Abbau der Ozonschicht durch energiereiche Energie von > 30 MeV (Millionen Elektronenvolt)
Protonen und Gammastrahlen, wobei die Sekundär- die Ozonschicht erreichen und Ozon abbauen und
strahlung (vor allem Neutronen) den Erdboden errei- von > 200 MeV die Sekundärstrahlung bis zum Erdchen kann. Abb. nach 4), Text leicht verändert
boden durchkommt. Schaut man sich aber einmal die Daten aus Boulder / USA an, (siehe Datei „ProtonBoulder― im Anhang) welche die Menge der in die Atmosphäre eindringenden Protonen aufgrund von
Satellitendaten liefern, so stellt man mit Erschrecken fest, dass seit 1981 ständig derart energiereiche
Protonen in großer Zahl in die Atmosphäre eindringen und ganz zwangsläufig die Ozonschicht zerstören
müssen. Gleichzeitig sind diese Protonen auch die Ursache einer erhöhten luftelektrischen Spannung
zwischen Erde und Ionosphäre. An manchen Tagen können die Werte um mehrere Zehnerpotenzen
höher liegen als gewöhnlich, wie etwa am 24. März 1991. Der heftigste Protoneneinbruch mit um 5 Zehnerpotenzen erhöhten Werten wurde am 15. Juli 2000 registriert. An diesem Tag wurden 1.000.000.000
Protonen einer Energie von mehr als 10 MeV pro cm2 *day * sr gemessen (sr = Einfallswinkel). Einen
Tag zuvor erreichten die energiereichen Protonen von > 100 MeV um 4 Zehnerpotenzen erhöhte Werte von
110.000 Protonen pro cm2 * day * sr. Noch wichtiger aber ist, dass die gemessenen Protoneneinträge ständig
überhöhte Werte aufgewiesen haben. Solche Protoneneinbrüche dürften auch die Ursache einer erhöhten
luftelektrischen Spannung zwischen Erde und Ionosphäre sein, wie noch später gezeigt werden wird.
Während der luftelektrische Einfluss durch Immissionen in Tallagen abgeschwächt oder gar aufgehoben
wird, gilt dies für Reinluftgebiete und Hochlagen nicht. Ob das Absterben der Wälder in der Umgebung
von Tschernobyl eher indirekt aufgrund einer starken Ionisierung der Luft und einem dadurch bedingten
radikalen Elektronenverlust verursacht wurde oder eher aus Gründen einer direkten Strahlenbelastung
erfolgte, blieb lange Zeit fraglich. Es ist inzwischen jedoch bekannt, dass extrem radioaktiv verseuchte
Böden in Weißrussland, die von Menschen großflächig nicht mehr betreten werden können, sich zumindest für Pflanzen bis jetzt als völlig unschädlich erwiesen haben. Es scheint sich also klar abzuzeichnen,
dass eine starke Ionisierung der Luft durch radioaktive Partikel für Pflanzen weitaus gefährlicher ist als
die Einlagerung derselben Partikel im Boden oder der dortige direkte Kontakt mit ihnen.
Was verursacht die ständige Neuaufladung des luftelektrischen Feldes ?
Eine Frage, die von der Wissenschaft auch heute noch falsch beantwortet wird !
Wenn man stille Entladungen als einen Mitverursacher
neuartiger Waldschäden betrachtet, muß man sich natürlich
Klarheit darüber verschaffen, wodurch Luftelektrizität erzeugt wird, um die weitere Entwicklung der Waldschäden
diesbezüglich abschätzen zu können. Dabei taucht aber das
Problem auf, dass die bisher gültige Gewitterhypothese
besagt, die Weltgewittertätigkeit würde für die ständige
Neuaufladung der luftelektrischen Spannung zwischen Erde
und Ionosphäre sorgen. (Abb. 17) Dass dies nicht stimmen
Abb.17: Bisher gültige Theorie der Entstehung
des luftelektrischen Potentials zwischen Erde und kann, belegen – wie schon gesagt – die blitzartigen EntIonosphäre durch Gewitter. Text verändert, nach (50). ladungen der Elves und Sprites in Richtung Ionosphäre.
Mitte des 20. Jahrhunderts, als die Magnetosphäre noch nicht bekannt und der Neutronenfluss in der
Atmosphäre noch kaum erforscht war, hat man sich auf die Gewitterhypothese als Erklärung für die
ständige Neuaufladung des luftelektrischen Feldes geeinigt. Es galt nämlich den ungewöhnlichen
Tagesgang des luftelektrischen Potentials zu erklären, das über allen Weltmeeren gleichzeitig um 19 Uhr
GMT seine höchsten Werte erreicht und um 3 Uhr GMT seine tiefsten. (Abb. 18)
In Ermangelung irgendeiner anderen vernünftigen Erklärung hielt man sich an einer deutlich erkennbaren
und klaren Übereinstimmung zwischen der Häufigkeit der Gesamtzahl von Blitzen auf der Erde mit
dem Tagesgang des Potentialgradienten fest (Abb. 21). Überlebt hat diese Vorstellung bis heute wohl
auch deswegen, weil man eine Verknüpfung des luftelektrischen Geschehens mit Strahlungseinflüssen
von der Sonne oder des Kosmos für ausgeschlossen hielt. Da bereits noch weit unterhalb der Ionosphäre
in 50 - 65 km Höhe die Luft so leitfähig ist, dass sie als Elektrosphäre bezeichnet wird, ist sie in der
Lage, örtlich von der Ionosphäre ausgehende Spannungsunterschiede in kürzester Zeit weltweit auszugleichen. Außerdem wirkt auf die Ionosphäre in 100 km Höhe vor allem die solare UV-Strahlung im
Tagesgang völlig gleichmäßig auf sie ein und kann daher keinen so ungewöhnlichen luftelektrischen
Tagesrhythmus von 16 zu 8 Stunden zwischen höchstem und niedrigstem Potential erzeugen. Man hat
aber übersehen, dass die Elektrosphäre zwar nicht durch gewöhnliche Ladungsträger, wohl aber durch
ladungstrennend wirkende Partikelstrahlung überwunden werden kann, nämlich durch Neutronen.
Der Vorgang ist im Prinzip sehr einfach, wenn man sich nicht von den vielfältigen Sekundärstrahlungsreaktionen des gewaltigen Kernstrahlungstrommelfeuers am Atmosphärenrand ablenken lässt und sich
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,
ermittelt durch Carnegie-Messungen sowie dem damit korrelierenden Tagesgang des Ionosphärenpotentials, Text und Beschriftung verändert, nach (33)
Abb. 19 (unten): Linien gleicher magnetischer Grenzsteifigkeit für das Jahr 1955 nach (63). Die angegebenen Zahlenwerte gelten für -Teilchen, für Protonen sind sie zu verdoppeln. Lage der Magnetpole
ist mit gekennzeichnet.
Auffallend ist, dass die beiden elektrischen Potentiale genau dann ihren tiefsten Punkt erreichen, wenn
die Sonne im Zenit über dem Bereich der höchsten magnetischen Grenzsteifigkeit für Partikelstrahlung
steht, auch wenn dabei etwa gleichzeitig der antarktische Magnetpol überquert wird. Mit dem Absinken
der Grenzsteifigkeit steigen beide Potentiale an und erreichen ihr Maximum in etwa dann, wenn der
polare Einfallstrichter für Partikelstrahlung auf der Nordhalbkugel der Erde von der Sonne mittags um
12 Uhr Ortszeit überquert wird. Es erscheint wahrscheinlicher, dass die Schwankungen des Ionosphärenpotentials von Partikelstrahlung bedingt sind, als dass man dafür die Weltgewittertätigkeit als Ursache
ansehen könnte, Text und Beschriftung verändert, nach (11).
Abb. 20 Mittlere jährliche Häufigkeit der Tage mit Gewitter nach einer Statistik der World Meteorological Organisation von 1956. Meeresdarstellung des Bildes neu bearbeitet nach (38).
Abb. 21 : Die Verteilung der Weltgewittertätigkeit
steht zwar in klarer Korrelation zum Tagesgang der
Luftelektrizität über den Weltmeeren. Der Grund
dafür ist allerdings nicht die globale Erzeugung
luftelektrischer Spannung, sondern ein von der
jeweiligen Spannung abhängender Abbau dieser
Spannung
durch
eine
hohe
Zahl
von
Blitzentladungen.
Protonen erreichen ab dem 50° geomagnetischer Breite
Abb. 21: Schema des virtuellen
weitgehend ungehindert und in großer Zahl die Lufthülle.
Zustands des Neutrons, bei dem
Als geladene Partikel kommen sie nicht weit und verurein π -- Meson ein magnetisches
sachen Kernzusammenstöße mit Luftmolekülen. Dabei entMoment verursacht.
steht eine vielfältige Sekundärstrahlung, die aber hier unbeText verändert nach (21)
achtet bleiben soll, da sie insgesamt ladungsneutral ist und sich bis zur unteren Atmosphäre nicht
auswirkt. Die schnellen Protonen selbst aber fangen negativ geladene Pi-Mesonen ein, die eigentlich extrem kurzlebig aber dafür hochgradig kernreaktiv sind. Dadurch werden sie zu schnellen Neutronen, die nun ihren Weg weitestgehend ungehindert in die Tiefe fortsetzen können. Dabei entsteht in
der oberen Atmosphäre ein Mangel an Elektronen oder umgekehrt gesehen ein Überschuss an positiven
Ladungen. Die Elektrosphäre, die immer wieder als absolutes Hindernis für Ladungseinflüsse von oben
dargestellt wurde, kann aber die Neutronen in keiner Weise beeinflussen. Eine deutliche Bremsung der
schnellen Neutronen erfolgt erst, wenn sie in der unteren Atmosphäre auf den "Moderator" Wasser
bzw. Luftfeuchtigkeit stoßen, was ihre Kernreaktionen oder ihren Zerfall erst ermöglicht. Wie effektiv die
Bremsung durch Wasser ist, konnte bei Messungen mit Flugzeugen dicht unter Wolken belegt werden. Die
Menge der thermischen Neutronen ist dort stark erhöht. Nun sind Kernreaktionen möglich, die sich aber
weitestgehend auf Stickstoff beschränken. Dabei entsteht radioaktiver Kohlenstoff und H+ wird freigesetzt:
N14 + n C14 + H+
Dieser Vorgang trägt also dort zur Erhöhung positiver Ladungen in der Höhe bei, was wohl auch erklärt,
warum alle Wolken an ihrer Oberseite positiv geladen sind. Daneben können thermische Neutronen aber
auch ohne Kernreaktionen zerfallen, dann nämlich, wenn das beim Zerfall wieder freigesetzte, extrem kurzlebige Pi-Meson keine Gelegenheit gefunden hat, mit einem Atomkern zu reagieren. In diesem Fall wird
daraus ein Myon freigesetzt, das nicht ionisierend wirkt, obwohl es ein Elektron enthält. Daher können
Myonen noch in tiefsten Bergwerken und mehrere tausend Meter unter dem Meeresspiegel nachgewiesen
werden, bevor sie beim Zerfall ihre Elektronen freisetzen, welche die Erde ebenso negativ aufladen, wie die
Myonen, die bereits am Atmosphärenrand entstehen.
Abb. 22: Durch Neutronen-Zerfall verursachte Ladungstrennung in der Gewitterwolke und im Schönwetterfeld,
die positive Überladung durch H+ im oberen Teil der Gewitterwolke zieht negative Kleinionen aus der Luft an.
PP = Primäres Proton, e- = Elektron, ns = schnelles Neutron, nt = thermisches Neutron, H+ = Proton,
π = Pi-Meson, μ = Myon, na = Albedo-Neutronen,  = Kernzusammenstöße, sogenannte Sterne
Gewitterwolken sind als besonders hohe und sehr effektive Bremstürme für Neutronen zu betrachten. Die
extreme Anreicherung von H+ oder positiver Ladung in ihrem oberen Bereich wirkt stark anziehend auf
negativ geladene Kleinionen der Luft, die sich im
unteren Bereich der Gewitterwolke stark anreichern.
Dies kann als Starthilfe für eine weitere Aufladung
und Ladungstrennung innerhalb der Gewitterwolke
angesehen werden, wenn es durch wolkeninterne
Vorgänge wie etwa starke Auf- und Abwinde
sowie zur Abspaltung von Elektronen an schnell
bewegten Wassertropfen und Hagelkörnern
kommt, was schließlich zu extremen Spannungsunterschieden führt, die sich erst in Form von
Blitzen wieder entladen.
Gebremste „thermische― Neutronen― kommen im
Gegensatz zu schnellen Neutronen in der gesamten unteren Atmosphäre und selbst am Erdboden
noch in großer Zahl vor. Sie haben vom Augenblick ihrer Entstehung bis zu ihren Kernreak- Abb.23: Neutronenspektrum der kosmischen Strahlung
tionen oder ihrem Zerfall eine entscheidende in der Atmosphäre für 1030 g/cm2 (Boden), 700 g/cm2
ladungstrennende Wirkung zwischen Erde und (ca. 3 km Höhe) und 200 g/cm2 (ca. 12 km Höhe) nach
Atmosphärenrand.
Hess u.a
Vergleicht man Gewitter- und Neutronenhypothese, so lassen sich folgende Feststellungen machen:
1. Wichtigstes Argument für die Gewitterhypothese war bisher, dass es eine zeitlich relativ gute Übereinstimmung zwischen der Weltgewittertätigkeit und dem Tagesgang der Luftelektrizität gibt. Diese
Übereinstimmung ist allerdings auch dann zu erwarten, wenn man Gewitter als bloße "Entladungen"
betrachtet, da selbst eine polar erzeugte Ladung über die Elektrosphäre innerhalb weniger Minuten den
Äquator erreicht.
2. Die meisten Gewitter finden sich in Äquatornähe. Dort aber ist das Potential zwischen Erde und
Ionosphäre am geringsten. Nach der Gewitterhypothese müsste es gerade umgekehrt sein, was Abb. 24
zeigt (33) und was Abb. 34 belegt.
3. An den Polen ist die Luftionisation und damit
eine spannungsabbauende Luftleitfähigkeit am
höchsten. Trotzdem ist gerade hier das Potential
zwischen Erde und Ionosphäre am höchsten. Eine
wesentliche Ursache dieses Potentials muss also
an den Polen gesucht werden. Im Handbuch für
Physik, Band 46, S. 472 heißt es bezüglich der
Neutronenproduktionsrate: „Beim Sonnenfleckenminimum dringen erheblich mehr niederenergetische Protonen oberhalb des geomagnetischen
Knies (Λ> 60-70°, Abb. 29) in die Erdatmoshäre Abb. 24: Das unterschiedliche Potential zwischen
ein und bewirken eine höhere Neutronenproduktion. Erde und Ionosphäre am 28. 3. 1969 am Äquator
Eine Messung der starken Schwankung der Neutro- und in Weissenau (Ravensburg), ermittelt durch
nenproduktionsrate innerhalb des solaren Zyklus gleichzeitige Ballonaufstiege. Text und Beschrifwird also zweckmäßig in der näheren Umgebung tung verändert, nach (41).
der geomagnetischen Pole durchgeführt.― Auf S. 532 des Handbuches wird aber auch auf eine starke
aperiodische Zunahme der Neutronenproduktion mit dreifach erhöhten Werten durch solare Flares
verwiesen. (58)
4. Einzelne Flares können die Thermik am Boden nicht verändern, lösen aber durch eine hohe Dichte
energiereicher Protonen nicht nur Magnetstürme aus, sondern synchron mit dem Eintreffen der Protonen
steigt die Zahl der Blitze sprunghaft an, wie bereits in Abb. 7 gezeigt.
5. Der starke Anstieg des luftelektrischen Potentialgradienten im Hochgebirge nach großen Flares
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.
Eine hohe luftelektrische Spannung ist die Ursache der Gewitter und nicht ihre Folge.
6. Ionosphärenpotential und Luftelektrizität stehen in guter Korrelation zueinander und weisen einen
ungewöhnlichen Tagesrhythmus auf, wie dies die Abb. 18 zeigt. Beide sind täglich genau dann am
schwächsten, wenn die Sonne senkrecht die größte Abschneidesteifigkeit des Erdmagnetfeldes gegenüber Partikelstrahlung bei 100° westlicher Länge überstreicht und somit der Einfall solarer Protonenstrahlung auf der Erde sein Minimum erreicht. Umgekehrt sind beide Potentiale am stärksten, wenn die Einfallsbedingungen für Protonenstrahlung am günstigsten sind. (Abb. 19)
7. Das luftelektrische Potential weist auch eine jahreszeitliche Schwankung auf, wobei das Maximum
mit 350 kV auf den Winter und das Minimum auf den Sommer der Nordhalbkugel fällt. (Abb. 25)
Dafür konnte man bisher – gründend auf der Gewitterhypothese – keine einleuchtende Erklärung finden.
Im Gegenteil! Da die Thermik über erhitzten Böden Gewitter begünstigt und der weitaus größte Teil
der Landmassen der Erde auf der Nordhalbkugel zu finden ist, müsste nach der Gewitterhypothese die
höchste luftelektrische Spannung dann vorhanden sein, wenn es auf der Nordhalbkugel mit ihren großen
Landmassen Sommer ist. Genau das Gegenteil ist aber der Fall.
Abb. 25 (rechts): Isoliniendarstellung für die tagesund jahreszeitliche Schwankung des luftelektrischen
Potentials in kV zwischen der luftelektrischen Ausgleichsschicht und dem Erdboden. Bild bearbeitet nach
(9)
Abb. 26 (unten): Die Bahn der Erde um die Sonne verläuft nicht gleichmäßig. Im Nordwinter erreicht die
Erde ihre größte Sonnennähe und ist daher einem heftigeren Protonenbeschuss ausgesetzt.
Wenn man jedoch die Neutronenhypothese heranzieht, zeigt sich, dass dafür sehr wohl eine ganz vernünftige Erklärung gefunden werden kann, denn im Nordwinter hat die Erde die geringste Entfernung
zur Sonne. Sie wird daher zu diesem Zeitpunkt viel leichter von energiereichen Protonen der Sonne
getroffen, was zu einer erhöhten Neutronenbildung führt (Abb. 26).
Abb. 27 (links): Die vom OGO-Satelliten 1967 erstmals festgestellten stabilen Bögen eines Luftleuchtens
bei 6.300 Å finden sich zwischen 45° und 55° geomagnetischer Breite. Text und Beschriftung verändert,
nach (6).
Abb. 28 (rechts): Protonen einer Energie von 40-110 MeV
im inneren Strahlungsgürtel zu verschiedenen Zeiten:
Oben: bei leichter solarer Anregung (magnetisch leicht
gestört) am 1.1.1963. Unten: in Ruhestellung am 1. 1.
1965. Das Fehlen der Protonen oberhalb 40° geomagnetischer Breite ist deutlich zu erkennen. Hierher stammen die Verlustflussprotonen, welche die Luftleuchtbögen auslösen. Text und Beschriftung verändert, nach (10).
8. In der Heaviside-Schicht in 100 km Höhe finden sich die meisten Polarlichter, die durch Protonen
verursacht werden (3). Diese Schicht gilt aber auch als Zentrum ionosphärischer positiver Überladung (38).
Bei starken Magnetstürmen, Kp größer als 5 (Werte von 0 bis 9 als Kp-Kennziffer magnetosphärischer
Störungen), finden sich zwischen 45° bis 55° geomagnetischer Breite in 300 bis 600 km Höhe in der
Ionosphäre zwei stabile Luftleuchtbögen, kurz SAR genannt (Stabile-Aurora-Rot-Emissionsbögen (Abb. 27).
Sie kommen durch einen Beschuss der Ionosphäre mit niederenergetischen Protonen zustande (4), die
nicht direkt von der Sonne stammen können, da diese Bögen Tag und Nacht durchgehend und nicht in
Übereinstimmung mit Polarlichtern leuchten. Abb. 28 zeigt recht deutlich, dass diese Protonen vermutlich
aus dem inneren Strahlungsgürtel der Magnetosphäre stammen, bedingt wohl durch eine nicht ausreichende magnetische Haltefähigkeit für Protonen bei fehlender solarer Anregung, denn die Dipolfeldstärke
des Erdmagnetfeldes und damit auch Abwehrkraft der Magnetosphäre hat stetig abgenommen. Immerhin wurden in Göttingen schon vor mehr als 50 Jahren Protonen geringer Energie als Zusatzstrahlung
gemessen, die sich niemand erklären konnte und die nach den bekannten Gesetzen der geomagnetischen Abschneidesteifigkeit dort eigentlich gar nicht hätten ankommen dürfen (42). Es fällt auf,
dass alle Waldschäden der Erde genau unter diesen Luftleuchtbögen zu finden sind. Dies ist sicher
kein Zufall, denn die elektrischen und elektromagnetischen Verhältnisse darunter sind so stark
verändert, dass sich ihr Einfluss sogar noch sicher im äußeren Erdkern nachweisen lässt. (6)
Die Abb. 29 und 30 zeigen zudem auch sehr deutlich, dass das „Knie― eines ungehinderten Einfalls
primärer Protonenstrahlung erst bei 60° geomagnetischer Breite beginnt, während das Knie der sekundär
aus Protonen entstehenden Neutronenstrahlung bereits bei 53 ° beginnt. Als Ursache der Neutronen in
diesem vorgezogenen Bereich kommen also nur die Verlustprotonen der Magnetosphäre in Betracht.
Auch die Hörbarkeit der sogenannten „Whistler― in Abb. 31 deutet in diese Richtung.
Abb.29: Die Breitenabhängigkeit
der Neutronen, die sekundär aus
den in die Atmosphäre eindringenden Protonen entstehen. Die
hohe Zahl von Neutronen schon
ab ca. 53° lässt sich kaum anders
als durch Verlustprotonen der
Magnetosphäre erklären, die
auch das Luftleuchten bewirken.
Abb. ergänzt nach (65)
Abb. 30: Die Breitenabhängigkeit der
primär in die Atmosphäre eindringenden
energiereichen Protonen der Sonne und
der galaktischen Kosmischen Strahlung.
Das Knie des ungehinderten Einfalls
dieser Protonen beginnt erst bei ca. 63° gm
Breite, kann also nicht den hohen
Neutroneneinfall bis ca. 53°gm Breite
erklären. Abb. Ergänzt und verändert
nach (65)
Abb. 32: Jährliche und 10-JahresschnittÄnderung der jährlichen Anzahl der Gewittertage im subtropischen Brisbane/ Australien von 1911 bis 1968. Die Zahl der Gewittertage ging dort trotz der bekannten
Erwärmung der Erde von 1920 bis 1970
etwa um die Hälfte zurück. Text und Beschriftung verändert, nach (32).
Abb. 31: Whistler sind in
Funkgeräten hörbare Pfeiftöne, die durch magnetosphärisch gebildete Pa-kete
elektromagnetischer Wellen verursacht werden.
Interessant darin ist, dass
sie nur in einem schmalen
Band um 50° gm Breite
gehört werden können und
dass die Hörbarkeit nur
dadurch zu erklären ist,
dass Ionisationsschläuche
von der Magnetosphäre
bis zum Erdboden reichen.
(65)
9. Es gibt Anzeichen dafür, dass die Zahl der Gewitter im Laufe dieses Jahrhunderts eher ab- als zugenommen hat. So ist nach MACKERRAS (32) die Zahl der Gewittertage im subtropischen Brisbane/Australien von 1920 bis 1970 etwa auf die Hälfte zurückgegangen (Abb. 31). Dem steht eine Erwärmung der Erde im selben Zeitraum gegenüber, wie sie am Rückgang der Gletscher und der polaren
Eiskappen erkennbar ist. Danach dürfte sich die Thermik auf der Erde in den letzten Jahrzehnten erhöht haben. Bisher aber galt die Thermik als eine fast ausschließliche Ursache der Gewitter, die wiederum eine luftelektrische "Aufladung" bewirken sollten. Der Rückgang der Gewitteraktivität ist nun keineswegs ein Zeichen für einen verminderten Stromfluss zwischen Erde und Ionosphäre, sondern eher
dafür, dass sich dort die Leitfähigkeit der Luft durch verstärkte Strahlungseinflüsse offenbar erhöht hat.
Sollte sich die seit 1980 beobachtete Zerstörung der Ozonschicht gerade über Australien, die sich ja auch
auf erhöhte Strahlungseinbrüche zurückführen lässt, hier bereits langsam angekündigt haben? Ebenso
deuten die stabilen Luftleuchtbögen, welche auch über Australien hinwegziehen (Abb. 27) in diese
Richtung, denn sie sind verursacht durch Protoneneinbrüche in die Atmosphäre.
10.) Der Potentialgradient über den Weltmeeren weist einen auffallenden Breiteneffekt auf, der in
offener Antikorrelation zur Weltgewittertätigkeit steht, die am Äquator am höchsten ist, aber eng mit
den Einfallsbedingungen von Protonenstrahlung in die Atmosphäre korreliert, wie Abb. 33 und 34 zeigen.
Abb. 33: Das Bild oben zeigt die zur Erreichung des
Atmosphärenrandes nötige Mindestenergie senkrecht einfallender solarer oder kosmischer Protonen
in Abhängigkeit von der geomagnetischen Breite.
Die Beeinflussung der Atmosphäre durch Kernstrahlung weist daher einen typischen Breiteneffekt auf.
Oberhalb 60° ist die Abschneidesteifigkeit der Maggeomagnetische Breite φ
netosphäre so gering, dass bis zu den Polen kaum
noch eine Zunahme des Protoneneinfalls zu erwarten ist. Abb. erweitert, nach (54).
Abb. 34: Das Bild unten zeigt die Breitenabhängigkeit des luftelektrischen Potentialgradienten über
den Weltmeeren nach den Mittelwerten der CarnegieMessungen. Es ist eine enge Korrelation zum Breiteneffekt bei der Kernstrahlung, jedoch eine negative
Korrelation zur Weltgewittertätigkeit erkennbar.
Text und Abb. verändert, nach (25).
Luftelektrische und technische Einflüsse im erdnahen Bereich
Luftelektrische Schirmwirkung von Bäumen
Abb.35: Abnahme der elektrischen Feldstärke durch
die Schirmwirkung eines 8 m hohen Baumes unter
einer 380-kV-2-Systemleitung; in 16m Systemhöhe
über dem Baum. Beachtlich ist die Schirmwirkung
von Bewuchs. Ein zusammenhängender Wald kann
für Feldberechnungen wie eine Kontur der Erdoberfläche angesetzt werden. Interessant ist, dass die
Messwerte im Sommer und Winter praktisch gleich
waren, der Baum also auch ohne Blätter seine Umgebung am Erdboden abschirmt. (72) Der spannungsabbauende Effekt von Bäumen ist bekannt und muss sich auch auf den Boden entsprechend auswirken.
Dass Bäume natürlich auch hervorragende Blitzableiter sind, ist schon jedem Kind bekannt.
Schöpfer vermutete schädigende Einflüsse
von Hochspannungsleitungen (73) im
Südschwarzwald auf Bäume und Wälder
durch erhöhte Ozonbildung in der Hauptwindrichtung. Es zeigte sich jedoch, dass
sich die Erwartung höherer Baumschäden
als falsch erwies, wohl weil alle luftgetragenen Faktoren, die Entladungen begünstigen, sich an den Leitungen ungleich
stärker auswirkten als an den Bäumen.
Der Schadanstieg direkt vor der Schneise
erklärt sich laut Institut für Hydromechanik Abb. 36: Unbereinigte mittlere Schadstufenwerte im Trassenquerschnitt
in Karlsruhe durch Luftverwirbelung.
Lange stand die fast sicher geglaubte Vermutung zur Debatte, gibt es Waldschäden durch Blei?
Zu Beginn der Waldschäden wurde vermutet, die dem Benzin beigefügten Antiklopfmittel Bleioxid
bzw. Tetraäthylblei könnten die Ursache des Waldsterbens sein. Daher nutzte man die SanasilvaUntersuchung, welche die gesamte Schweiz als Versuchsgebiet einbezog, um dies zu verifizieren. Das
Ergebnis war niederschmetternd: je höher der Bleistaub auf den Nadeln, desto geringer waren die Schäden.
Aus diesem Grund blieb das Untersuchungsergebnis unter Verschluss und wurde auch interessierten
Wissenschaftlern erst 7 Jahre danach überlassen (74), die dieses Ergebnis aber auch wieder nur an
bestimmte Personen weitergaben. An die Presse kam es nie. Wenn man ein derartiges Ergebnis schon
nicht in die herkömmlichen Waldschadens-Theorien einordnen konnte, so hätte man darüber doch
intensiv darüber nachdenken müssen, ob es nicht einen vernünftigen Grund dafür geben könnte, wie ein
solcher Schutzeffekt durch Blei zustande gekommen sein konnte. Vor Immissionen und Säureeinträgen,
den zentralen Waldschadensargumenten fast aller Forscher, konnte Blei jedenfalls nicht schützen.
Bleioxid wird erstens von den Wurzeln der Bäume nur schwer aufgenommen und zweitens kann es
nicht direkt schaden, solange es sich nur auf und nicht in den Nadeln befindet. Aufgabe der Bleiverbindungen im Benzin war es, bei der Verbrennung von Benzin im Motor freie Radikale abzufangen und so
das Klopfen zu verhindern. Genau dies aber machte Bleioxid auch dann noch, als es auf den Nadeln
lag. Es schützte die Nadeln vor freien Radikalen, wie sie bei Dunkelentladungen entstehen.
Abb. 38: Anteil der geschädigten Bäume in der topographischen Region über
900 m oder mit einer Geländeneigung über 40 % (Berggebiet waagrecht
Abb. 37: Bleiniederschläge auf Fichtennadeln, Gesamtschweiz, 840 Stand- schraffiert und dem übrigen Gebiet (Nicht-Berggebiet, senkrecht schraffiert)
orte, unveröffentlichte Ergebnisse der 1. Sanasilva-Untersuchung Herbst 1983, nach den Inventurergebnissen der Sanasilva-Waldschadensinventur 1985 für
Bucher et al. (1984)
den gesamten Wald (Schätzfehler in Klammern)
Nadelanalysen SANASILVA 1983, Element: Blei mg /kg
Es wurden auch scheinbar unerklärbare Schadensmerkmale in ganzen Waldsystemen festgestellt:
Die Landesanstalt für Immissionschutz in Essen stellte bei der Untersuchung ganzer Wälder im Eggegebirge/Velmerstot fest, dass zwar erwartungsgemäß die Depositionen von Säurebildnern am Waldrand
durch den Auskämmeffekt der Äste und Nadeln am höchsten war, jedoch die Versauerung im Waldesinnern die Werte am Waldrand deutlich übertraf. Trotzdem aber waren wiederum die Waldschäden am
Waldesrand am stärksten. Auch dieses Ergebnis widersprach allen herkömmlichen Vorstellungen. Aber
Prinz et al. waren bereit, die offenen Widersprüche auszusprechen (75) und damit die Möglichkeit zu
wahren, über dieses Phänomen nachzudenken. Es gibt auch hier dafür eine Erklärung durch den Faktor
Luftelektrizität: Alle Bäume sind elektrische Leiter, die vom Strom durchflossen werden. Jeder von
Strom durchflossene elektrische Leiter bildet ein elektromagnetisches Feld.
Werden parallele elektrische Leiter in gleicher Richtung von
Strom durchflossen, so verstärken sie sich gegenseitig. Dies ist
im Waldesinnern der Fall. Elektrische Entladungen sind am
Waldrand bei halb freistehenden Bäumen am stärksten, entsprechend verhalten sich auch die Schäden dort. Das stärkste elektromagnetische Feld und damit die höchste H+Anreicherung dagegen findet sich jedoch im Waldesinnern.
Eine ausführlichere Darstellung der Bedeutung der elektromagnetischen Felder von Bäumen aufgrund des ständigen
Abbaus der luftelektrischen Spannung wird in meinem Artikel
„Die Abhängigkeit des Erdmagnetfeldes von der Luftelektrizität und dem Bewuchs der Kontinente― ausgeführt, siehe Datei: Abb. 39: Von Strom durchflossen elektrische
Erdmagnetfeld.
Leiter entwickeln ein elektromagnetisches Feld
Bäume passen sich den luftelektrischen Äquipotentiallinien an: Auf dem Altvater (1492 m) im Jeseniky-Gebirge in
Tschechien reichen die Bäume bis in 1400 m Höhe. Knapp
unterhalb der Baumgrenze haben sich in einem schmalen
Streifen von nur 100 bis 200 m Breite am Berghang Fichten
erhalten, die mehrere hundert Jahre alt sind, eine ungewöhnliche Höhe erreichen und teilweise noch bis zu 16 gut erhaltene
Nadeljahrgänge haben. Aber auch hier aber fallen Schäden an
den Baumspitzen auf. Da die Nadeln so viele Jahre überstanden
haben, kommen Immissionen und Säureeinträge als Ursache
dieser Schäden nicht in Frage. Es ist vielmehr deutlich erkennbar, dass sich die Fichten bis an die Äquipotential-Linien des
luftelektrischen Feldes herantasten, die für sie selbst und für
die Latschen an der obersten Grenze des noch bewachsenen
Hangs erträglich erscheinen.
Abb. 41: Eines der auffallendsten
Merkmale bei Waldschäden ist das
Spitzensterben der Bäume der
Bäume in den Hochlagen, hier auf
der Hornisgrinde im Nordschwarzwald. Alle Baumpitzen, die über die
allgemeine Höhe des Waldes hinausragen und somit die Äquipotentiallinien des luftelektrischen Feldes
durchbrechen, sterben ab. Luftschadstoffe kommen für diese Art
Schäden nicht in Frage, denn die
unteren Äste müssten durch den
Abtropfeffekt stärker belastet sein.
Abb. 42: Die Höhenabhängigkeit von Nadelverlusten und der Zahl abgestorbener Bäume bei
Rotfichten auf dem Mt. Mitchell in den Appalachen steht in Antikorrelation zu den jeweiligen
Immissionskonzentrationen, die in allen Gebirgen
mit der Höhe stark abnehmen. Mit der Höhe nimmt
dagegen die elektrische Leitfähigkeit der Luft
und damit die Gefahr von Dunkelentladungen
stark zu. Erstaunlich ist, bis in welche Höhe hier
Bäume überhaupt noch wachsen konnten.
Abb. 40: Anpassung von Bäumen an die Äquipotentiallinien des luftelektrischen Feldes auf
dem Altvater: oben am Berg angekommen,
sieht es fast so aus, als ob die Latschen und die
unteren hohen Bäume fast eine Waagrechte
bilden. Ähnliche, nicht ganz so ausgeprägte
Erscheinungen finden sich auch in deutschen
Gebirgslagen.
Abb. 43: Auf dem Mount Mitchell in den
Appalachen/USA starben - angeblich bedingt
durch Immissionen - ganze Wälder ab. Wieso
konnte aber der Jungwuchs danach völlig
gesund und ohne jegliche Schadsymptome
aufwachsen? Dass es sich hier eindeutig um
luftelektrische Effekte handeln muss, zeigt sich
daran dass man im völligen Gegensatz zu
europäischen Gewohnheiten die toten Bäume
einfach stehen ließ. Damit aber hielten sie
ihren Blitzableiter- und Entladungseinfluss weiterhin aufrecht, der den Jungwuchs vorbildlich
schützte, so dass er üppigst gedeihen konnte,
obwohl er danach doch noch den gleichen
Immissionseinflüssen ausgesetzt blieb, wie der
abgestorbene Hochwald zuvor. (77) Selbst abgestorbene 21 m hohe Bäume leiten laut Rajda
immer noch 3 l Wasser pro Tag nach oben.
Es haben sich in der Vergangenheit nur wenige Forscher intensiver mit elektrischen Einflüssen
bei und mit Bäumen und Pflanzen befasst. Hier noch einige wenige Beispiele. Vor allem waren es
WHIPPLE UND SCRASE (64), SIMPSON UND SCRASE (60) sowie CHALMERS (7), die schon bereits 19361955 den Zusammenhang zwischen Spitzenstrom, elektrischer Feldstärke und Höhe der Spitze untersucht haben. Burr (76) setzte sich sehr intensiv 1972 mit elektrischen Potentialunterschieden der Luft,
der Erde und Bäumen auseinander, siehe Abb. 44
Abb. 44: Eine typische Tagesaufzeichnung des elektrischen Potentialunterschiedes der Luft, der Erde,
eines Ahorn-Baumes und einer Ulme nach Burr (76). Die Korrelation ist eindeutig.
Rajda (46) befasste sich intensiv mit
Geo-Phyto-Elektroströmen (GPES
1992/95) und wies eine enge Übereinstimmung zwischen dem Stromfluss – in Abhängigkeit von der
jeweiligen Größe oder Umfang des
Baumes – und der Vitalität des untersuchten Baumes nach. Der gesamte Energiegehalt der Geo-PhytoStröme im Umfang der Kambiumschicht und in den vitalen äußeren
Jahresringen des Holzes bei einem
Eichenbaum von 40 cm Durchmesser befähigt ihn nach seinen Berechnungen, täglich 84 l Wasser von
der Erde bis in eine Höhe von 21 m
über die Leitbahnen zu transportieren. Bei einer Baumschädigung
sinkt diese Tagesleistung exakt entsprechend der Schäden ab:
Abb. 45: Abhängigkeit der im Sommer 1989 an der Stammbasis gemessenen
GPES von 220 Eichen vom Stammdurchmesser und vom Gesundheitszustand der
Bäume, ermittelt in Zusammenarbeit mit der Hessischen Versuchsanstalt Hann.
Münden 1993 (89). Die erkannten Schadstufen finden ihre Entsprechung in der
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
wenig Wasser, was sie immerhin noch als Blitzableiter tauglich macht.
Umgekehrt kam Rajda auf die Idee, bei
Pflanzen die Geo-Phyto-Elektroströme
mit Hilfe einer Autobatterie künstlich
anzuheben. Beim Einschalten eines
Gleichstroms von etwa 5 V in das Bodensubstrat im Bereich der Wurzeln – mit
2 Elektroden 3,5 m voneinander entfernt – erzielt man nach 87 Tagen dieser
Elektroaktivation:
- eine Erhöhung eigener Elektroströme
- eine Optimierung der Nährstoffversorgung, Defizite und Überschüsse
wurden beseitigt, die Bor- und Zinkwerte wurden mehr als verdoppelt,
(Bor und Stromfluss, siehe Anm.1)
- die Durchmesser der Leitbahnen für
Elektroaktivation
Kontrollpflanzen
den Saft- und Stromfluss vergrößerAbb. 46: Einfluss der aktivierten Geo-Phyto-Elektroströme bei
ten sich um 40 %
Weinrebensetzlingen (78)
- die Vitalität stieg so stark an, dass die
Setzlinge 6,3 mal mehr aufgingen u.a.
Folgerungen:
Es lohnt sich, sowohl die Einflüsse der Luftelektrizität als auch ihre Entstehung neu zu durchdenken. Dieser Beitrag sollte als Anregung dazu
verstanden werden, das Waldsterben auch einmal
aus diesem Blickwinkel zu betrachten und die
Möglichkeit von Baumschäden durch stille Entladungen theoretisch und vor allem experimentell zu überprüfen. Erste unveröffentlichte Versuche mit Dunkelentladungen an Bäumen haben
bereits gezeigt, dass es damit tatsächlich möglich
ist, die in der Natur überall vorkommenden Schäden
Abb. 47: Fichtenaltbestand im Höglwald bei künstan Bäumen erstmals im Versuch experimentell
nachzuvollziehen. J. Matschke (69), siehe Datei M. licher Beregnung mit verdünnter Schwefelsäure. (66)
Mit realistischen Konzentrationen bekannter Schadstoffe war es bei Begasungsversuchen bisher nicht
möglich, die bekannten Schäden an Bäumen auszulösen. (70) Bei überhöhten Konzentrationen wurden
primär Schäden an den Mesophyllzellen der Nadeln ausgelöst. In der freien Natur dagegen sind
primäre Schäden im Leitbündelbereich zu finden, in denen der Saft- und Stromfluss verläuft. (14)
Rothe verwies darauf, dass im Höglwald außerhalb der Beregnungsfläche durch immissionsbedingten
Säureeintrag nur 0.3 kmol Protonen/ha und Jahr mit dem Bestandsniederschlag eingetragen wurden.
Das Zehnfache davon, nämlich 3kmol Protonen/ha und Jahr wurden dagegen bodenintern erzeugt. (71)
Mit Hilfe der Neutronenhypothese lassen sich auch erstmals ohne Widersprüche die extrem versauerten
Böden der Hochlagenwälder erklären, während es im Höglwald bei Augsburg selbst mit einem vorgezogenen künstlichen Säureeintrag von 120 Jahren nicht möglich war, die Boden-pH-Werte auch nur
leicht abzusenken. (67) Durch die über mehr als 6 Jahre andauernde Beregnung mit verdünnter
Schwefelsäure (pH 2,7) konnte lediglich die aufliegende Nadelstreuschicht versauert und der darin
fußende Sauerklee und die Krautschicht geschädigt werden. Selbst die mit Sprenkleranlagen beregneten
Nadeln konnten alle Säureeinflüsse unbeschadet überstehen. Wie aber soll dann die allgemein bekannte
Bodenversauerung in den Hochlagen erklärt werden, wo noch dazu vom Umweltbundesamt auf dem
Schauinsland im Schwarzwald die höchsten Regen-pH-Werte und die geringsten Immisionseinträge in
ganz Deutschland gemessen wurden, (67) aber dort gleichzeitig extrem versauerte Böden zu finden
sind?
Damit aber wird die einzig mögliche Erklärung für die eigentliche Ursache der Bodenversauerung und
der Waldschäden in den Hochlagen erkennbar, eine entladungs- und strahlungsbedingte Spaltung von
Wasser. Eine Spaltung von H2O in H+ und OH- wäre an sich noch ohne Bedeutung, da sich aus beiden
Teilen sofort wieder Wasser rekombinieren würde. Da die Bäume in den Hochlagen aber einer erhöhten
Spannung zwischen negativ geladener Erde und positiv geladener Ionosphäre ausgesetzt sind und keine
durch Immissionen bedingte luftelektrische Isolierung erfolgt, wird H+ zu den Wurzeln gezogen und
OH- zum Wipfel: Der Boden wird stark sauer – insbesondere bei den flach wurzelnden Fichten im oberen Bodenbereich – die Wipfel werden basisch und geben ihre Ladung über Kleinionen an die Luft ab. Ist
es denn so schwer, die elektrisch gesteuerte Entstehung von Säure im Boden zu verstehen, wo doch
jeder Autofahrer mit Hilfe von Strom sehr effektiv in seiner Autobatterie Säure erzeugt.
Dunkelentladungen, spalten aber nicht nur Wasser, sondern erzeugen auch Ozon (Sie sind bekanntlich
das technisch effektivste Mittel zur Erzeugung von Ozon.). So ist es nicht verwunderlich, dass die
höchsten Ozonbelastungen nicht etwa in den Tallagen sondern in den Hochlagen zu finden sind. Die
größte Gefahr für die Bäume ist aber nicht so sehr Ozon selbst, sondern die Art und Weise, wie es entsteht. Dunkelentladungen spalten nämlich molekularen Sauerstoff atomar auf, wodurch überhaupt erst O3
entstehen kann. Ein stärkeres Oxydationsmittel als atomaren Sauerstoff gibt es aber nicht und der entsteht direkt auf und an den Nadeln, Blättern und vor allem an Baumspitzen, deren Schäden in Hochlagen das wohl auffallendste Merkmal aller geschädigter Bäume ist.
Anmerkung 1:
Bor hat eine besondere Bedeutung für den Stromfluss, sowohl für Pflanzen, aber auch für Mensch und
Tier. Letztere Bedeutung ist so gut wie nicht bekannt und da Bor keine festen Verbindungen mit lebenden Zellen, Vitaminen, Enzymen etc. eingeht und seine Bedeutung für den Stromfluss im Elektronenmikroskop nicht erkennbar ist, weil dabei nur totes, abgetrenntes Zellmaterial beobachtet und untersucht wird, bei dem der Stromfluss beendet ist. Bor hat diese stromleitende Fähigkeit, weil es in besonderem Maße in der Lage ist, OH—Gruppen zu binden und zu transportieren:
Abb. 49: Natürliche biologische Wirkungen des Spurenelements „Bor― gehen stets eigentlich nur von
Borsäure und Boraten aus. Die wichtigste Reaktion
von Bor ist die Bindung von OH-Gruppen, sowie die
Fähigkeit der Borsäure zur Komplexbildung, d.h. zum
Austausch von Hydroxid gegen andere Liganden und
zur Auffüllung des unbesetzten p2-Orbitals durch freie
Elektronen eines vierten Liganden.
Abb. 48: Die chemische Struktur von Borsäure
zeigt die auffällige Bindung von OH-Gruppen durch Bor.
Weiterführende Artikel des Verfassers:
Der starke luftelektrische Einfluss auf das Wachstum der Bäume wird besonders an der Küste
und auf hohen Bergen sichtbar. Hier kann der Einfluss luftelektrischer Entladungen mit
höchster Beweiskraft bildhaft dargestellt werden – eine Bild- und Erklärungsdokumentation,
siehe Datei „Entladungsschäden―
Die Abhängigkeit des Erdmagnetfeldes von der Luftelektrizität und dem Bewuchs der Kontinente,
sowie solare Einflüsse, siehe Datei „Erdmagnetfeld―
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