Schumann-Strahlung

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Frequenzspektrum der magnetischen Feldstärke mit deutlich sichtbaren Schumann-Resonanzen
Einordnung der Schumann-Strahlung – hier als "Cavity Resonances" gekennzeichnet – in das Frequenzspektrum des natürlichen Magnetfeldes. Die angegebenen Feldstärken sind als typische Werte zu Zeiten mäßiger geomagnetischer Aktivität zu verstehen.[1] Die Einheit 1 Gamma ist gleich 1 nT.

Die Schumann-Strahlung (auch: Schumann-Resonanzen) ist eine schwache elektromagnetische Strahlung natürlichen Ursprungs. Der Frequenzbereich, in dem diese Strahlung nachgewiesen werden kann, liegt zwischen 7 und 30 Hz. Dieser Frequenzbereich wird auch ELF-Bereich genannt (extremely low frequency).

Physik

Die Ursache der Strahlung sind die weltweit permanent auftretenden Blitze bei Gewittern, die jeweils ein örtliches, starkes elektromagnetisches Signal über einen breiten Frequenzbereich abgeben, das Sferics genannt wird und – bei einem Gewitter in nicht zu großer Entfernung – in einem Mittelwellenradio als Krachen oder Prasseln wahrnehmbar ist.

Erdoberfläche und Ionosphäre bilden einen flachen Resonator, bei dessen Resonanzfrequenzen die Strahlung maximal ist. Diese Frequenzen sind durch geometrische Faktoren bestimmt, in erster Linie durch den Erdumfang. Das Phänomen wurde ab 1952 von Winfried Otto Schumann und Herbert L. König untersucht. Deren experimentelle Daten waren jedoch zunächst umstritten; ein zuverlässiger Nachweis gelang erst zu Beginn der 1960er Jahre.[2]

Um die Frequenzen abzuschätzen, bei denen die Feldstärke maximal ist, kann man zur ersten Orientierung die Lichtgeschwindigkeit durch den Erdumfang teilen und kommt so auf eine Grundfrequenz von etwa 7,5 Hz (dann "passt" genau eine Wellenlänge in den Erdumfang). Mit etwas verfeinerten Überlegungen zur Größe des Resonators wurde von Schumann und König die Frequenzreihe fn = (c/2πa) (n(n + 1))1/2 Hz vorhergesagt (in dieser Gleichung ist a der Radius der Erde und c die Lichtgeschwindigkeit). Tatsächlich sind die Resonanzfrequenzen geringfügig niedriger und liegen im Mittel bei 7,8, 14,2, 19,6, 25,9 und 32 Hz. Die frequenzabhängige Intensität der Strahlung am Beobachtungsort hängt auch in komplizierter Weise von der Entfernung zu den Quellen, also zu verschiedenen über den Erdball verstreuten Gewitterzellen, ab.[3] Dadurch ist das Spektrum der Schumann-Strahlung zeitlich etwas variabel.

Gemessenes Spektrogramm der elektrischen Feldstärke mit Schumann-Resonanzen und technischen Störsignalen, zu erkennen in der linken Bildhälfte als schwaches senkrechtes Streifenmuster. Die dominierenden waagerechten Streifen (Pfeile) sind Störungen durch kleinste Bewegungen der Antenne.[4]

Die Feldstärke ist gering. Bei 7,8 Hz beträgt sie wenige pT, bei den höherfrequenten Schumann-Resonanzen ist sie noch schwächer. Die Schumann-Strahlung wird deshalb lokal leicht durch künstlich erzeugte Wechselfelder (z.B. 50 Hz und Subharmonische davon) verdeckt. Dies gilt nicht nur für die magnetische, sondern auch für die elektrische Feldkomponente der Schumann-Strahlung. Innerhalb von Gebäuden ist ein Nachweis deshalb in der Regel unmöglich.

Schumann-Strahlung in Esoterik und Pseudomedizin

In esoterischen Kreisen wird die Schumann-Strahlung oft fälschlich mit Anteilen des Spektrums des menschlichen EEGs in Verbindung gebracht. Behauptet wird auch ein direkter Einfluss der Schumann-Strahlung auf das menschliche Befinden. Aufgrund der geringen Intensität der Strahlung und deren Überdeckung durch technische Wechselfelder sind solche Effekte jedoch nicht plausibel. Durch das statische Erdmagnetfeld werden in einer Antenne (also z.B. dem menschlichen Körper) zudem bereits bei geringfügigen Bewegungen Wechselfelder im Hz-Bereich induziert, deren Stärke die der Schumann-Strahlung bei weitem übertrifft. Wegen des stets vorhandenen statischen elektrischen Feldes gilt dies auch für die elektrische Komponente der Schumannstrahlung (Bild unten rechts).

Angeboten werden auch Geräte, die Magnetfelder im Frequenzbereich der Schumann-Strahlung erzeugen. Häufig wird dabei ein nicht vorhandener Zusammenhang zwischen der gewitterinduzierten Schumann-Strahlung und dem "normalen" Geomagnetismus konstruiert: Argumentiert wird damit, dass das Erdmagnetfeld abnehme, was angeblich nachteilige Folgen für die Gesundheit habe (Beispiel: "Lebensfeldstabilisator"). Die Feldstärke nimmt derzeit tatsächlich um etwa 0,08% pro Jahr ab. Warum das gesundheitlich bedenklich sein soll und weshalb ein schwaches magnetisches Wechselfeld diese Nachteile ausgleichen könne, wird nicht erklärt. Behauptet wird von Esoterikern auch, dass die Schumann-Frequenz mit der Zeit ansteige, was aber nicht der Fall und physikalisch absurd ist, da sich die Abmessungen der Erde nicht ändern.

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Quellennachweise

  1. W.H. Campbell: Introduction to Geomagnetic Fields. Cambridge University Press, 1997 (Figure 3.45)
  2. R. Barra, D. Llanwyn Jones, C.J. Rodger (2000): ELF and VLF radio waves. Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics 62, 1689-1718
  3. Nickolaenko AP, Hayakawa M, Hobara Y (2010): Q-Bursts: Natural ELF Radio Transients. Surv Geophys 31:409–425
  4. Andrea Dell’Immagine (2008): Notes on dimensioning a minimal eletrical field receiver for ELF/ULF bands. http://www.vlf.it/immagine/minimal_E.html