iPhone und Co.: Keine Gefahr durch Strahlung

Unser ausführlicher Ausflug in Physik und Physiologie versucht, das zu erklären, was manche Menschen bald wieder als die größere Gefahr betrachten werden, wenn das Virus dereinst eingedämmt sein wird.

Widersprüchliche Messungen

Zugegeben, wir können die Messung in unserem kleinen Labor nicht nachstellen, dazu fehlen uns die Messgeräte und die Versuchsaufbauten. So müssen wir glauben, was die Labore der FCC (Federal Communications Commission) gemessen haben: Apples iPhones geben aus 5 mm Entfernung zu Gewebe, das dem menschlichen nachgestellt ist, eine Strahlung ab, die zu einer spezifischen Absorptionsrate (SAR) von unter 1,6 Watt pro Kilogramm führt und damit im von Gesundheitsexperten in den USA festgelegtem Rahmen bleibt. 

RF Exposure Labs wollen Anfang 2020 im Auftrag von Penumbra Brands, das unter anderem „Strahlenschutzhüllen“ für das iPhone herstellt, einen Wert von 3,8 Watt pro Kilogramm ermittelt haben, mehr als doppelt so hoch als der Grenzwert. Die Erklärung: Bei der FCC seien Vorserienmodelle zum Einsatz gekommen, RF Exposure Labs habe iPhones aus dem Handel herangezogen. So weit nichts  Ungewöhnliches, dass die Behörde vorab ein Modell bekommt, sie soll ja über dessen Zulassung entscheiden. Was da aber mitschwingt: Dieselskandal. Hat man da nicht auch mit zweierlei Maß gemessen? Welch Unterstellung!

Die – soviel sei zur Verteidigung von Penumbra und RF Exposure gesagt – gar nicht in dieser Form vorgetragen wurde. An einem anderen Messwert der FCC, der bei der Reproduktion des Experiments 28mal höher ausfiel, aber dennoch unter den Grenzwerten blieb, wollen die Auftraggeber aber gewissermaßen ein Exempel statuieren: Die FCC solle doch mal ihre Verfahren überprüfen.

Was wir gerne mit einer unabhängigen Messung versuchen wollten, aber leider nicht können, siehe oben: Es fehlt uns hier an den Kapazitäten.

Stattdessen versuchen wir uns an einer Erklärung: Was sind elektromagnetische Wellen, was ist Strahlung? Wie wirkt sie sich auf Organismen aus? Ab wann wird es gefährlich? Und nicht zuletzt: Wirken Antistrahlungshüllen?

Absorption und Emission von Wechselfeldern

Fangen wir doch gleich einmal mit der offensichtlichen Antwort auf die letzte Frage an: Ja, sie wirken. Packt man ein iPhone oder ein anderes Smartphone in ein metallisches Gehäuse, schirmt dieses Strahlung ab.

Wenn ein elektromagnetisches Wechselfeld oder eben „Strahlung“ auf Metall trifft, wird es von diesem zu einem gewissen Teil reflektiert – so arbeitet ein Spiegel. Nur ein geringerer Teil durchdringt die Hülle, was vom Material und der Wellenlänge der Strahlung abhängt. Je kurzwelliger die Strahlung, desto weniger wird reflektiert oder absorbiert: So können Sie im Auto mit Ihrem Smartphone telefonieren, dass die Antenne des Autoradios aber außen angebracht ist, hat seinen guten Grund: Mobilfunkwellen sind in der Regel einige Zentimeter lang (LTE je nach Standard – ab 11 cm Wellenlänge), Radiowellen können je nach Frequenz mehrere Meter erreichen . Rundfunkempfang gelingt im Auto hörbar besser mit Außenantenne – selbst die Glasscheiben “schlucken” ein wenig von der Welle. Moderne Fahrzeugen haben außen auch Antennen für Mobilfunk- und GPS-Frequenzen angebracht, auf die Informations- und Unterhaltungssysteme des Autos zugreifen: Außen ist der Empfang einfach besser – im Auto sitzt man im Funkschatten. Selten völlig dunkel, aber eben auch nicht gleißend hell.

Ein iPhone, das von einer dichten Metallhülle umschlossen wird, bekommt ebenfalls Empfangsprobleme, egal, ob über Bluetooth, WiFi oder LTE. Ganz ohne Anschluss nach draußen würde das iPhone aufhören, ein iPhone zu sein. Und wäre nur noch ein mickriger Musikplayer mit Kamera.

Natürlich umschließen solche „Strahlenschutzhüllen“ das Telefon nicht komplett und hindern es daran zu senden und zu empfangen, so dämlich sind deren Hersteller und ihre Kunden auch wieder nicht. Schließlich bleibt ja die Vorderfront frei, elektromagnetische Wellen der fraglichen Frequenzen können das Glas ganz gut durchdringen. Der Empfang ist noch möglich, aber eben schlechter als sonst. Das kann zudem einen Nebeneffekt erzeugen: Bemerkt das Smartphone, dass die Verbindung zur nächsten Funkzelle schlechter wird, erhöht es seine Sendeleistung. Mit der “Strahlenschutzhülle” ist nichts gewonnen. Außer für den Hersteller, der dutzende Euro für ein Stück Blech einsackt.

Es hatte seinen Grund, dass die iPhones der ersten Generationen Rückseiten aus Kunststoff und Glas hatten, die innen verbauten Antennen sollten ihrer Aufgabe so gut wie möglich nachgehen können. Schon Glas schwächt elektromagnetische Strahlung ein wenig ab, sichtbares Licht etwa um vier Prozent pro üblicher Fensterscheibendicke (weshalb es in Räumen hinter Mehrfachverglasung merklich dunkler ist als draußen). Seit dem iPhone 4 nutzt Apple daher Außenantennen, die entweder die beiden Glashälften zusammen hielten und halten (iPhone 4 und wieder ab iPhone 8 und X) oder wie in die Rückseite der Hüllen eingraviert erschienen: iPhone 5 bis 7 hatten mit ihren Aluminiumrücken ein entsprechendes Design.

Eine Abschirmung, die funktioniert und gewollt ist, kann man sich in sein Portemonnaie stecken: Die Sorge, dass Dritte per NFC kleinere Beträge von Ihren Bankkarten quasi im Vorbeigehen abbuchen können, ist ja nicht unbegründet. Hier schützt Metall, kann in Form einer kleinen Platte in der Geldbörse passieren, hinter der die NFC-Chips abgeschirmt sind – iPhone und Apple Watch muss man zum Bezahlen erst triggern.

Exkurs: Strahl und Welle – der Unterschied ist ein feiner

Wir haben bis hierher von Strahlung, elektromagnetischen Wellen und auch Funk gesprochen, als seien sie synonym. Sind sie auch, aber eher in physikalischer Hinsicht als in semantischer. Versuchen wir, die Begrifflichkeiten so zu erklären, dass sie physikalisch korrekt sind, aber auch dem allgemeinen Sprachgebrauch entsprechen.

Dazu müssen wir ein wenig ausgreifen: Phänomene von Elektrizität und Magnetismus sind seit dem Altertum bekannt, „Elektron“ hieß im Altgriechischen so viel wie „Bernstein“, an dem man schon vor über 2000 Jahren Elektrostatik erkannte. Dass Elektro und Magnet zusammen gehören, entdeckten Forscher wie André-Marie Ampère im 19. Jahrhundert : Ein stromdurchflossener Leiter erzeugt ein Magnetfeld, umgekehrt kann man mit Magneten einen Strom erzeugen – das nennt man Induktion und es hat seinen Grund, dass iPhones seit 2017 wieder Glasrücken haben: Die blockieren weniger als Aluminium die Wechselfelder, die im iPhone einen Stromfluss in einer Spule erzeugen sollen. Generell erzeugen also bewegte Ladungen (Strom) ein Magnetfeld, während Bewegungen des (oder im) Magnetfeld(s) einen Strom induzieren. Es musste also nur noch zusammen kommen, was zusammen gehört.

Mitte des 19. Jahrhunderts fasste der schottische Physiker James Clerk Maxwell die bis dahin bekannten elektrischen und magnetischen Phänome in nur vier dynamische Gleichungen zusammen, die zweierlei zeigten: Elektrizität und Magnetismus sind nur zwei Aspekte ein und derselben Naturkraft (es gibt auch nur noch drei weitere) und die Gleichungen, ineinander eingesetzt, ergeben eine Wellenlösung. Überraschung: Die Ausbreitungsgeschwindigkeit dieser Wellen entspricht der Lichtgeschwindigkeit, die sich aus den bekannten Konstanten aus Elektrizität und Magnetismus zusammensetzt.

Was wir also seit Maxwell wissen: Licht ist auch nur eine elektromagnetische Welle, eine ziemlich kurze, im sichtbaren Bereich etwa von 400 bis 700 Nanometer lang. In einer elektromagnetische Welle wechseln das elektrische wie magnetische Feld mit einer bestimmten Häufigkeit (Frequenz) ihre Amplitude und ihre Ausrichtung. Wie eine solche elektromagnetische Welle ungefähr funktioniert, zeigt diese von Wikipedia entlehnte Grafik:

Aber auch ein Wechselstrom von 50 Hertz, also fünfzig Änderungen der Fließrichtung pro Sekunde, erzeugt ein elektromagnetisches Feld, mit einer Wellenlänge von rund 6000 Kilometern. Frequenz und Wellenlänge hängen über die Lichtgeschwindigkeit reziprok zusammen , also je höher die Frequenz, desto kürzer die Wellenlänge, die genaue Berechnungsformel lautet: Die Wellenlänge ergibt sich aus die Lichtgeschwindigkeit geteilt durch die Frequenz (der Welle) . Die Energie einer elektromagnetischen Welle hängt von der Frequenz dieses Wechselfeldes ab. Die genaue Berechnungsformel lautet: Die Energie der Welle ergibt sich aus dem Produkt ihrer Frequenz mit dem Plankschen Wirkungsquantum . Veranschaulichen kann man sich das etwa so: Je mehr Wellenzüge pro Zeiteinheit eintreffen, desto mehr Energie überträgt die Welle.

Wir sprechen hier aber erst von der Energie eines einzelnen Photons, also dem Feldquant des Elektomagnetismus. Wie intensiv und energiereich nun eine “Strahlung” ist, hängt also von der Anzahl der anwesenden Photonen ab. Vereinfacht gesagt: Von hochenergetischen Photonen wie jenen der Gamma-Strahlung braucht es nur wenige, um Schäden anzurichten, von langwelligen Radiowellen und nicht mehr ganz so langwelligen “Handystrahlen” dafür schon viel mehr.

Ab höheren Energien passt das Bild einer Strahlung (man denke sich die Photonen als Teilchenstrahl) ohnehin besser als das der Welle. Wir haben bei der Welle mit einer gewissen Berechtigung das Beispiel des Teiches vor Augen, in den wir einen Stein werfen. Kreisförmig um die Einschlagstelle herum verbreiten sich Wellen. Elektromagnetische Wellen benötigen aber kein Trägermedium wie die Wellen des Wassers. Bis Michelson und Morley in den 1880ern mit ihrem Versuch die Existenz eines Äthers, des Trägermediums des Elektromagnetismus zu beweisen versuchten und diese dabei zweifelsfrei widerlegten, war der Äther aber eine allgemein akzeptierte Erklärung. Fun Fact: Der Physiker Bob Metcalfe, der immer einen Schalk im Nacken hatte, benannte seine Erfindung des Ethernet nach genau diesem nicht vorhandenem Medium, und das nicht einmal ohne Grund. Denn sein Kommunikationsstandard benötigte noch ein Trägermedium, das Kupferkabel. WiFi, oder wie Apple es nannte, Airport, braucht nicht einmal Luft, sondern funkt, strahlt und wellt auch durch Vakuum.

Funky, funky!

In den Achtzigern war mal eine Band aus den USA bass erstaunt, als sie mit Unterstützung von öffentlich-rechtlichen Anstalten ein paar Konzerte in Deutschland gab. „Tonight we are supported by (radebrechend) By-air-rish-air Rund-Funk. Yesterday it was hay-see-share Rund-Funk. So, Funk seems to have a big revival in Germany, ’cause all radiostations are funk-stations.“ Witze funktionieren kulturübergreifend anhand von Missverständnissen. Mit Funk ist eine in den Sechzigern entstandene stark rhythmisierte Musikrichtung gemeint, die auf Soul und Rhythm&Blues fußt und vor allem auf die „Eins“ wert legt. Das Wort „funky“ ist afroamerikanischer Slang, bedeutet so viel wie „erdig“, „bodenständig“, „schmutzig“ und hat mit dem Funkhaus in München oder Wiesbaden natürlich nichts zu tun. Radiostationen spielen auch heute für unseren Geschmack viel zu wenig Funk. Und streng genommen funken sie nicht einmal mehr.

Weiter oben hatten wir bereits vom Faraday’schen Käfig gesprochen, der vor Blitzen schützt. Ohne einen solchen Schutz in ein Gewitter geraten: Nicht gut. Das gefährliche ist das elektrostatische Feld, das sich zwischen den negativ aufgeladenen Wolken und dem positiv geladenen Boden bildet. Überschreitet dieses Spannungsfeld einen bestimmten Wert (der von der weiter oben bereits erwähnten Dieelektrizitätskonstante abhängt und von weiteren Faktoren wie der Luftfeuchtigkeit und dem Abstand von Wolke zum Boden), ist die sogenannte Durchschlagsfeldstärke erreicht: Ein Ladungsausgleich erfolgt. Man nennt das Phänomen “Blitz”: Die Stromstärke darin kann bis zu 200.000 Ampère betragen. Unsere Smartphones laden wir mit einem einem oder zwei Ampère auf. Um diesen gigantischen Strom herum bildet sich eine elektromagnetische Welle, mit Anteilen sichtbaren und ultraviolettem Lichts und vor allem im Spektrum der Radiowellen.

Der Funken, der da überspringt, kann aber auch im wesentlich kleineren Rahmen erzeugt werden, mit geringen Spannungen und Strömen. Und das ist die Basis der weltumspannenden Kommunikation mittels elektromagnetischer Felder.  Wenn sich zwei gegensätzlich geladene Metallkugeln so weit annähern, dass die Ladung von der einen auf die andere Kugel überspringen kann, entsteht in dem engen Raum zwischen den Kugeln, die sich nicht berühren, ein Funke. Ein winziger Blitz eben.

Auch dieser Funke erzeugt ein elektromagnetisches Wechselfeld , das sich mit Lichtgeschwindigkeit fortsetzt und von auch weit entfernten Antennen registriert werden kann, im sichtbaren Bereich nur auf kurze Strecke, aber die dabei ebenso erzeugten Radiowellen sind recht langwellig und haben daher eine hohe Reichweite.

Den Funken und seine Wellen kann man kurz oder lang entstehen und wieder verschwinden lassen oder dreimal kurz, dreimal lang, dreimal kurz: Sie haben das Prinzip des Morsens erkannt. Guglielmo Marconi war es Ende 1902 erstmals gelungen, ein Signal über den Atlantik zu schicken: Zunächst nur die drei kurzen Pulse, die für das Zeichen “S” stehen.

Die weitere Entwicklung ermöglichte es bald, Funkwellen nicht nur als Morsesignale über lange Strecken zu schicken, sondern kontinuierlich  in unterschiedlichen Frequenzen von einigen Metern (UKW) bis wenigen Kilometern (LW) Länge. Auf der Mittel-  und Langwelle erhöht und senkt man dabei die Amplitude, also die Feldstärke, um ein Signal zu kodieren, man spricht von „Amplitude Modulation“: AM. Bei der Ultrakurzwelle wird die schon sehr hohe Frequenz (Bayern 3 Süd: 98,5 MHz, 3 Meter Wellenlänge) moduliert. Vorteil: Mehr Information ist übertragbar, das Signal wird klarer. Nachteil: Geringere Reichweite, da hohe Absorption in der Atmosphäre und noch mehr in Wasser. Weswegen U-Boote über Langwelle kommunizieren, mit weit größeren Wellenlängen, die auch einige Kilometer betragen können. UKW hat nach wie vor seine Berechtigung, aber im digitalen Zeitalter werden weder Amplitude noch Frequenz moduliert, um ein Signal zu kodieren, Funkwellen (der Name ist noch geblieben) sind nur noch Trägermedium für digitale Informationen: Nullen und Einsen.

Und was ist jetzt Strahlung?

Wie bereits weiter oben erwähnt: Strahlung und Wellen sind an sich das Gleiche. Von Strahlung darf man gerne bei hohen Energien sprechen und auch dann, wenn die Wellen gerichtet sind. Werfen wir etwa den Stein in eine Ecke eines künstlichen Teiches, reflektieren die Wellen an den Einfassungen. Es sieht so aus, als würde die Einschlagsstelle Wellen wie einen immer breiter werdenden Strahl in das halbwegs offene Wasser senden.

Die Funker der ersten Generation, die ihre Wellen über den großen Teich schicken wollten, machten es sich zu Nutze, dass Metall elektromagnetische Wellen nicht nur absorbiert, sondern auch reflektiert: Man denke an einen Spiegel (Licht ist ja auch nur elektromagnetisch, wir erinnern uns). Sprich: Die Apparate an der US-Ostküste hätten natürlich auch nach Westen wellen, funken, strahlen können, sie waren aber so konstruiert, dass sie nach Osten, in Richtung Irland, gerichtet waren – den Norden und Süden, oben und unten ignorieren wir in dieser Betrachtung. Wollen wir hier eine eher semantische Definition setzen: Strahlung ist gerichtete Welle.

Sonderfall Ionisierende Strahlung

Recherchiert man ein wenig über tatsächliche oder vermeintliche Gesundheitsgefahren von Strahlung auf der Website des Bundesamts für Strahlenschutz (BfS) , trifft man dort auf eine sinnvolle Unterscheidung. Erstens: Elektromagnetische Strahlung – mit der wir es bei Smartphones zu tun haben. Zweitens: Ionisierende Strahlung – zu der kommen wir gleich. Und drittens: Radioaktive Strahlung. Auch hier ist unsere erste Definition von Strahlung als gerichtete Wellen nicht verkehrt, stößt aber an ihre Grenzen. Im quantenmechanischen Zusammenhang von Wellen, Teilchen und Feldern wollen wir uns hier nicht verlieren, nur so viel: Alphastrahlen sind Heliumkerne, die aus schweren Kernen ausbrechen, also ganz klar Teilchen, Betastrahlen sind Elektronen, die aus dem Atomkern kommen, wenn ein Neutron zu einem Proton zerfallen ist, also schon auch Teilchen und Gammastrahlen sind hochenergetische Photonen aus dem Kern, der von einem höheren Energiezustand in einen niedrigeren gefallen ist – kann man durchaus als Teilchen betrachten. Lichtteilchen. Moment: Wie war das mit der Welle und ihrer Richtung? Wir ergänzen unsere Definition: Bei hohen Energien elektromagnetischer Wellen ergibt es durchaus Sinn, sie als Strahlung zu bezeichnen. Das kann man auch von dem Licht sagen, das uns acht Minuten nach dem Verlassen ihrer Atmosphäre von der Sonne erreicht. Denn da ist noch jede Menge andere Frequenz dabei, die wir buchstäblich nicht sehen. Uns aber ziemlich verstrahlen kann – dazu mehr im nächsten Kapitel.

Die drei Radioaktivitäten sind alle ionisierend. In der Luft, in Gewebe, in sonstiger Materie sind sie in der Lage, Elektronen aus den Hüllen der Atome, aus denen diese besteht, zu schlagen. Übrig bleibt eben ein geladenes Teilchen, ein Ion. Beziehungsweise ein „Gehendes“, wie das Wort aus dem Altgriechischen nahelegt, denn Ionen haben die Eigenschaft, zum Pol einer angelegten Spannung zu wandern. Kationen zur Kathode, Anionen zur Anode. Aber über Chemie reden wir jetzt nicht mehr.

Sondern lieber über Physik. Die bekannteste ionisierende, nicht radioaktive, Strahlung ist eine, die man aus der Arztpraxis kennt. Wilhelm Conrad Röntgen nannte die unbekannte Strahlung noch ganz bescheiden X-Strahlung, seit er den ersten Nobelpreis für Physik überhaupt im Jahr 1901 verliehen bekam, heißt das zumindest im Deutschen natürlich Röntgenstrahlung. Interessant: Erst zwanzig, dreißig Jahre später kannte man den Ursprung der Röntgenstrahlung: Es handelt sich hier um Licht, das Elektronen aus inneren Schalen von Atomhüllen emittieren, wenn sie wieder auf eine energetisch günstigere Bahn zurückspringen, Heisenberg und Bohr konnten das aber erst später erklären. Zugegeben, es ist ein einfaches Bild: Aber wenn man aus den inneren Schalen der Atomhülle ein Lichtteilchen auf die Reise schicken kann, dann wird dieses doch woanders von inneren Schalen wieder aufgenommen? Genau das ist der Effekt des Röntgenbildes: Das Licht wird vom Gewebe aufgenommen, mal stärker, mal weniger stark. Und wo es hinter den Knochen auf die Fotoplatte trifft, absorbiert es dort die Phosphorschicht und löst die chemische Reaktion aus, die wir „Belichtung“ nennen. Es hat seinen Grund, sich nicht allzu oft röntgen zu lassen. Und eine Schürze vor bestimmte Weichteile zu hängen, dessen Inhalt sehr empfindlich auf Ionisierung reagiert. So eine DNA ist ja auch nur ein Molekül, das es gar nicht mag, wenn man es durcheinander bringt. Eine Strahlendosis von etwas 2 Millisievert bekommt man beim Röntgen der Lendenwirbelsäule ab, bei Bildern des Kopfes ist es eine geringere Dosis.

Radioaktivität ist natürlich – und gefährlich

Eine kaputte DNA ist wie Bauplan, dem an einigen Stellen Maße oder andere Anweisungen fehlen. Der Bau ist danach ein anderer – das muss nicht einmal schlecht sein, ganz im Gegenteil: Ohne zufällige Fehler keine Mutation lebender Organismen und keine Evolution. Dass wir uns hier überhaupt über Radioaktivität Gedanken machen können, haben wir ihr also auch zu verdanken. Was zu viel ist, ist zu viel, das gilt auch für andere Substanzen: Die Dosis macht das Gift. Wir sind hier ständig von natürlicher Radioaktivität umgeben, von Radionukliden im Boden, die dort seit Entstehung der Erde schlummern und langsam zerfallen, aber auch durch von kosmischer Strahlung in der Erdatmosphäre erzeugte Radionuklide. In Deutschland beträgt die Dosis, die man im Schnitt aus dieser natürlichen Radioaktivität aufnimmt 2,1 mSV/a (Millisievert pro Jahr), je nach Aufenthaltsorten kann sie bis zu 10 mSV/a betragen. Alles halb so wild.

Bei der Reaktorkatastrophe von Tschernobyl im Jahr 1986 hatten die Leute, die den Müll wegräumen mussten, binnen weniger Minuten die tausendfache Dosis abbekommen. 28 Feuerwehrleute und Kraftwerksangestellte starben in den nächsten Tagen, Wochen und Monaten an der Strahlenkrankheit, 19 weitere sollten noch bis 2004 folgen. Vor allem Beta- und Gammstrahlen hatten die Zellen des Körpers so beschädigt, dass diese Schäden mit dem Leben nicht mehr vereinbar waren. Die strahlenden Relikte der Wasserstoffexplosion, die das Reaktorgebäude zerfetze, zu beseitigen, gelang nur, indem man die dazu Befohlenen immer nur für kurze Zeit der extremen radioaktiven Strahlung aussetzte, 90 Sekunden reichten für eine Dosis, die man sonst in einem Jahr abbekommt.

Nicht nur unmittelbar auf dem Gelände des Kraftwerks kam es zu Strahlenexposition: Die Langzeitfolgen mit Krebs auch bei den Nachkommen der Verunglückten und der vom Fallout Betroffenen  lassen sich allenfalls abschätzen. Während das damals frei gewordene Iod-Isotop, das sich in Schilddrüsen anreicherte und die Strahlung daher nicht einmal mehr von der Haut gebremst wurde, aufgrund seiner kurzen Halbwertszeit längst quasi komplett zerfallen ist, liegt noch knapp die Hälfte des in die Biosphäre gelangte ¹³⁷ Cs in den Böden. Noch heute muss etwa jedes in Bayern geschossene Wildschwein erst einmal unter den Geigerzähler, bevor es unter das Fleischermesser kommt.

Vielleicht ist das ja das Kernproblem der Handy-Strahlung: Ängstliche Naturen setzen sie mit radioaktiver Strahlung gleich. Doch davon kann überhaupt nicht die Rede sein. Es gibt aber noch andere Strahlen, mit denen nicht zu spaßen ist.

Die Sonne – gefährlicher als das Smartphone

Sonnenstrahlen kann man eigentlich nicht genug bekommen, gerade gegen Ende des trüben Winters möchten wir das unterschreiben. Bis man eben zu viel davon bekommt – und es bereut. Hier verlassen wir allmählich aber den sicheren Boden der Physik und wenden uns Biologie und Medizin zu. Während die Physik recht gut die Beziehungen von Körpern und der zwischen ihnen waltenden Kräfte in Bewegungs- und Wellengleichungen umzusetzen vermag, haben wir es nun mit Menschen zu tun und damit viel mehr mit Wahrscheinlichkeiten und Empirik. Es ist eben nicht so leicht in eine Formel zu packen, wie lange eine Person welche Hautstellen welchem Sonnenlicht exponieren kann, ohne einen Sonnenbrand zu erleiden, eine Verbrennung ersten oder gar zweiten Grades.

Doch man hat ausreichend wissenschaftliche Erkenntnisse gesammelt, um Einiges mit Sicherheit sagen zu können: Je mehr Pigmente man in der Haut hat, desto länger hält diese es in der Sonne aus. Desto schwerer fällt es auch dem Körper, bei auf Dauer geringer Sonneneinstrahlung ausreichend Vitamin D zu produzieren – weshalb die Individuen der Art Homo sapiens sapiens über Generationen immer mehr ausbleichten, je näher sie sich zu den Polen des Planeten hin ausbreiteten. Und was die Langzeitfolgen betrifft: Je öfter man – vor allem in der Kindheit – Sonnenbrände erlitt, desto höher ist das Hautkrebsrisiko.

Geschichten wie “Ich war als Kind jedes Jahr in Italien und dort erst bleich, dann knallrot und schließlich braun, heute bin ich Rentner und völlig gesund” mögen für das Individuum schön sein, widerlegen aber nicht die Erkenntnis, dass Sonnenbrände das Risiko erhöhen, an Hautkrebs zu erkranken. Wie gesagt: Wir haben es mit Medizin zu tun, mit Statistik, mit Streuungen, Erwartungswerten und vielen verborgenen Parametern wie Erbgut, Ernährung und weitere Gesundheitsrisiken und nicht mit Mathematik oder mathematischer Physik, bei der ein einziges Gegenbeispiel eine gesamte Theorie ins Wanken bringen kann oder gar falsifiziert.

Mit unserer Sonne haben wir es aber noch gut getroffen, anders wären wir auch gar nicht hier. Sie strahlt seit etwa vier Milliarden Jahren recht kontinuierlich und da es sich bei unserem System nicht um eines um einen Doppelstern handelt, verläuft die Erdbahn nicht chaotisch, sondern recht konstant. Seit Milliarden von Jahren liegt unser Planet daher in der sogenannten habitablen Zone, also nicht zu nah an der Sonne, wo die Strahlung unerträglich stark wäre und nicht zu weit vom Zentralgestirn entfernt, wo dann keine ausreichende Wärme mehr hinkommt, um Wasser konstant flüssig zu halten – Grundlage unserer Biologie. Die Intensität der Strahlung verringert sich mit dem quadratischen Abstand, also in doppelter Entfernung kommt nur noch ein Viertel an, da unser Raum dreidimensional ist. Das wird später auch noch wichtig bei der Betrachtung der möglichen Gesundheitsrisiken durch “Handystrahlung” und “Elektrosmog”.

Noch ein glücklicher Umstand hat die Entwicklung hoch entwickelten Lebens auf der Erde begünstigt, respektive überhaupt erst möglich gemacht: Das Erdmagnetfeld. Dieses speist sich den gängigen Theorien nach aus den Bewegungen geladenen Eisens im Erdmantel, also aus einem elektrischen Strom. Die Sonne, dieser gigantische Fusionsreaktor, der Wasserstoff zu Helium verbrennt (was man auch erst seit gut 100 Jahren weiß) emittiert nicht nur Licht der unterschiedlichsten Frequenzen, sondern auch jede Menge an geladenen, hochenergetischen Elementarteilchen. Und wenn ein solcher Strom von Ladungen auf ein Magnetfeld trifft, lenkt dieses ihn zu seinen Polen an. Treffen diese Geschoße des Sonnenwindes auf die Atmosphäre, ionisieren sie die Luft – bei der Rekombination wird Licht emittiert: Polarlicht. Bei besonders heftigen Sonnenstürmen sogar noch weit in südlichen Breiten zu sehen, etwa in Norddeutschland.

Überhaupt, noch ein Wort zur Atmosphäre aus Stickstoff (sehr viel), Sauerstoff (viel), Wasserdampf, Edelgasen, Kohlenstoffdioxid: Vom Sonnenlicht lässt diese vor allem die Wellenlängen zwischen etwa 380 und 780 Nanometern durch, sichtbares Licht. Welch ein Glück! Nein, genau umgekehrt: Das Leben hat sich an die stabilen äußeren Bedingungen angepasst und sich nicht die Physik nach dem Leben gerichtet. Es ist vor allem der ultraviolette Teil der Sonnenstrahlung, der uns die Haut verbrennt, weil er weit genug in die oberste Schicht eindringen kann. Noch kürzere Wellen haben wir bereits kennen gelernt: Röntgenstrahlung und Gammastrahlung. Und auch ihre verheerende Wirkung auf den Organismus.

Funktionsweise von Infrarot und Mikrowelle

So weit, so beruhigend: Unsere Mobilfunkgeräte strahlen nicht radioaktiv, nicht mit Röntgenstrahlung und nicht einmal mit ultravioletter Strahlung, sondern mit Frequenzen so um die 2,4 bis 5 GHz, auf denen die Bänder von LTE, Bluetooth und WiFi zuhause sind. Auch Mikrowellenherde bedienen sich derartiger Frequenzen – und niemand behauptet, dass es nicht gesundheitsschädlich wäre, sich für ein paar Minuten in den Garraum zu setzen und den Ofen auf fünf Minuten bei 1000 Watt einzustellen.

Was physikalisch im Gewebe von toten Tieren oder gekochten Pflanzen passiert, wenn wir sie in der Mikrowelle aufwärmen, ist schnell erklärt: Wassermoleküle haben ein Sauerstoffatom in der Mitte sitzen und an den Enden zweier angewinkelten Armen jeweils ein Wasserstoffatom – so eine “klassische” Vorstellung ohne quantenmechanische Überlegungen. Der Sauerstoff zieht die Ladungen des Wasserstoffes an sich, es entsteht ein Dipol: In der Mitte hat das Molekül einen leicht negativen Ladungsüberschuss, außen einen leicht positiven. Jetzt kommt da die Mikrowelle daher, von der wir wissen, dass sie ein elektromagnetisches Wechselfeld ist, packt diesen Dipol und rotiert ihn um seine vertikale Achse. Das Wasser wird in Bewegung gesetzt, es wird warm und erwärmt auch seine Umgebung durch Reibung. Mikrowellen haben genau die passende Wellenlänge, um das Wasser derart in Bewegung zu setzen.

Infrarotlicht von einer Wellenlänge um die 800 bis 1000 Nanometer zeitigt einen ähnlichen Effekt, auch an einem anderen Molekül: Kohlenstoffdioxid. Dieses bringt das Warmlicht zwar nicht zum Rotieren, wohl aber zum Schwingen: Kohlenstoff (in der Mitte) und die beiden Sauerstoffe sind mehr oder minder in einer Linie angeordnet, mit der richtigen Frequenz angeregt, wackeln die drei wie eine Ziehharmonika hin und her. Das Kohlenstoffdioxid wird bewegt und damit warm und erwärmt auch noch seine Umgebung. Dafür braucht es nicht einmal viel davon, um einen merklichen Effekt zu erzielen, in der Mikrowelle werden ja auch “trockene” Speisen heiß, ein bisschen Wasser ist ja immer drin. Dieser Treibhauseffekt, zu dem auch Methan und Wasserdampf beitragen, ist ein Segen. Ohne ihn wäre die Oberfläche des Planeten rund 30 Grad kälter und er somit von einer dicken Eisschicht überzogen. Man sollte aber tunlichst aufpassen, das Treibhaus nicht zu sehr mit CO ₂ , CH ₄ (Methan) und H ₂ O (in Dampfform) zu fluten, sonst gibt es bald gar kein Eis mehr. Was aus vielen Gründen fatal wäre.

Die Wirkung von Mobilfunk auf Organismen

Aber da war er doch, der Beweis: Strahlen sind schädlich! Nein, gezeigt haben wir nur, dass Strahlung einer Frequenz der Größenordnung einiger Gigahertz in der Lage ist, Gewebe zu erwärmen, weil sie darin enthaltene Wassermoleküle in Rotation versetzt. Nochmal auf die Anzeige der Mikrowelle geschaut: 1000 Watt. Sagen wir mal, in den fünf Minuten haben wir ein großes Fleischstück von 250 Gramm plus 250 Gramm Gemüse von Kühlschranktemperatur auf 50 Grad Celsius oder mehr aufgeheizt. Sprich: Wir haben auf das Gewebe eine Strahlungsleistung von 2000 Watt pro Kilogramm wirken lassen. Mikrowellenherde sind so konstruiert, dass die Strahlung von dessen Wänden reflektiert und gewissermaßen auf den rotierenden Teller fokussiert wird. Jetzt schauen wir uns einmal den Grenzwert an, auf den sich die EU-Gesundheitsbehörden nach Empfehlung der ICNIRP festgelegt haben: Hält man ein Mobilfunkgerät 5 Millimeter von menschlichem Gewebe entfernt, darf dieses eine Strahlung emittieren, die zu maximal zu einer spezifischen Absorbtionsrate (SAR) von 2 Watt pro Kilogramm führt.

Wir erinnern uns: Die Mikrowelle, der das Fleisch auf dem Teller nicht auskommen kann, leistet das tausendfache. Wir erinnern uns weiter: Verdoppeln wir den Abstand von Strahlungsquelle und Absorber, kommt dort nur noch ein Viertel der Energie an. Wer also Bedenken hat, die “Handystrahlung” würde das Gewebe so stark erwärmen, dass es dieses schädigen könnte, hat also schon mal zwei einfache Möglichkeiten: Nicht mehr so lange telefonieren und das vielleicht nicht immer direkt am Ohr.

Aber würden 5000 Minuten andauernde Dauertelefonate – wer telefoniert schon dreieinhalb Tage ohne Unterbrechung? – denn auch dazu führen, dass man aufgewärmt wird wie das Schnitzel in der Mikrowelle? Ganz so einfach ist es nicht – wir vergleichen hier nicht einmal Äpfel mit Birnen, sondern zwei völlig verschiedene Dinge. Das Smartphone kommuniziert drahtlos mit dem nächsten Sendemasten oder dem WiFi-Hotspot und ist nicht dafür gebaut, seine Strahlung in einem Garraum zu fokussieren. Dass Gewebe in der Nähe dem hochfrequenten Wechselfeld ausgesetzt ist, ist ein Nebeneffekt.

Die Frage ist eher: Wer legt die Grenzwerte fest und sind diese spezifischen Leistungsaufnahmen wirklich gesundheitlich unbedenklich? Die Internationale Kommission zum Schutz vor nichtionisierenden Strahlen (ICNIRP) empfiehlt einen Wert von 2 Watt pro Kilogramm Körpergewebe, in der EU verkaufte Smartphones müssen darunter bleiben. Mobilfunkstationen dürfen einen gemittelten Ganzkörpergrenzwert von 0,08 W/kg nicht überschreiten, diese Werte sollen sicherstellen, dass sich der Körper nicht um mehr als 0,02 Grad Celsius erwärmt – das ist nicht mal ein Anflug von Fieber.

Nach wie vor kein Nachweis der Schädlichkeit

Weiter oben haben wir bereits beklagt, dass in der Medizin die Formeln ein wenig komplizierter sind und die Physiologie des Menschen nie vollständig verstanden werden kann. Mobilfunkskeptiker – egal ob sie jetzt was verkaufen wollen oder nicht – führen gerne an, dass ja nicht nur Erwärmung schädlich sein könnte, sondern auch Ströme, die von Handy- und anderer Strahlung tief im Körper induziert werden. In den Verdacht der Gesundheitsgefährdung rücken diese Thesen also auch Überlandleitungen, DECT-Telefone, Radio- und Fernsehapparate, also im Prinzip alles, was elektromagnetisch wellt, funkt und strahlt. Anders als im Fall der Homöopathie hat man hier auch kein leichtes Gegenargument, von wegen fehlender Wirkstoff. Denn die Wellen existieren sehr wohl, selbst wenn man sie nicht sehen, hören und riechen kann. Und sie sind in der Lage Ströme zu induzieren, tief im Körper, wo man sie noch unmöglicher nachweisen kann. Eine gewisse Ähnlichkeit zu den Argumenten der Homöpathen kann man aber schon erkennen: Hier kein Wirkstoff, dort keine nennenswerte Erwärmung, hier aber mysteriöse Quantenwirkungen, dort dann Tiefenströme.

So wie Homöopathie nicht über den Placebo-Effekt hinaus wirkt, wirkt “Elektrosmog” als Nocebo. Das ist gewissermaßen der umgekehrte Effekt, eine nicht vorhandene Substanz – oder Welle – schadet. Nocebo konmt aus dem Latienischen und bedeutet so viel wie “ich schade”.  Es gibt Leute, die angesichts eines Mobilfunkmastens Kopfschmerzen bekommen, obwohl dieser gar nicht eingeschaltet ist. Der Masten, nicht der Kopf.

Dagegen hilft im wahrsten Sinne des Wortes eben nur “Kopf einschalten”, wobei wir hier seit geraumer Textlänge zu helfen versuchen. Wenn man nicht genau weiß, ob eine Substanz (oder Welle) hilft oder schadet, muss man die Sache untersuchen. Bei neuen Medikamenten helfen sogenannte Doppeltblindstudien: Weder Arzt noch Patient wissen, ob sie ein Placebo verabreichen respektive bekommen oder den echten Wirkstoff. Erst wenn dieser über einen Placeboeffekt hinaus wirkt und keine Nebenwirkungen zeigt, hat er eine wichtige Hürde zur Zulassung als Arzneimittel bekommen. Bei Homöopathika reicht die bloße Behauptung der Wirkung.

Nun kann man gewissermaßen sagen, dass seit beinahe 13 Jahren ein weltweiter Großversuch läuft, der die Frage klären soll, ob denn das iPhone gesundheitsschädlich ist. Mit freiwilligen Probanden. Ohne doppelte Verblindung, nicht mal einer einfachen. Mit nicht reproduzierbaren Bedingungen, denn jeder der knapp eine Milliarde der weltweiten iPhone-Telefonisten nutzt es anders, was Entfernung zum Kopf oder Dauer der Exposition betrifft. Schwierig, daraus abzuleiten, ob und wie krank das iPhone machen kann. Denn mit Sicherheit sind bereits iPhone-Nutzer an einem Gehirntumor verstorben. Dessen Ursachen mögen aber andere gewesen sein als übertrieben langes Telefonieren bei zu hohen Feldstärken.

Die Wissenschaft bestreitet ja nicht, dass eine zu lange Strahlungsexposition von Radiowellen zu deutlicher Erwärmung des Gewebes führen kann. Obwohl der menschliche Körper sehr gut in der Lage ist, Erwärmungen selbst zu regulieren – man denke an seine sportlichen Aktivitäten – kann zuviel Wärme im Körper zu ernsthaften Schäden führen, kurzfristig zu Hitzschlägen und Verbrennungen, langfristig eventuell zu Krebs. Die Behauptung der Skeptiker ist ja, dass auch unter Einhaltung der Grenzwerte Gesundheitsgefahren bestehen. Und das kann man nur in Studien und Tierversuchen verifizieren oder widerlegen. Bisher gibt es keinerlei Beweise einer solchen Gefahr, erklärt etwa das Bundesamt für Strahlenschutz (BfS) .

Für Aufsehen sorgte aber Forschung an Ratten, die starken elektromagnetischen Wechselfeldern ausgesetzt waren und in signifikanter Weise Tumor entwickelten. Interessanter Weise nur die männlichen Ratten. Zwei Arbeiten beschreiben das, im Jahr 2018 vom US National Toxicology Program (NTP) und dem Ramazzini-Institut in Italien veröffentlicht. Die International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection (ICNIRP) hat sich diese Publikationen näher angesehen und kommt zu folgendem Schluss :

Although NTP (2018a) and Falcioni et al. (2018) both reported significantly elevated rates of carcinogenic outcomes in male rats, their results are not consistent with each other, nor with the NTP (2018b) mouse or female rat results, nor with the RF cancer literature generally (SCENIHR 2015; HCN 2016; SSM 2018). The NTP’s outlying finding is further complicated by important methodological limitations including the effect of the greater lifespans of the exposed rats on the statistical analyses, lack of blinding in the pathological analyses, and a failure to account sufficiently for chance in the statistical analyses. Collectively these two studies’ limitations preclude drawing conclusions about carcinogenicity in relation to RF EMFs.

Also: Die Studien waren beide nicht sauber, stecken voller Fehler und widersprechen sich auch noch. Und warum sollten nur männliche Ratten iPhone-Krebs bekommen? Der Hauptpunkt der Kritik lautet aber: Die Versuchstiere wurden viel höheren Feldstärken als den von den Grenzwerten geregelten ausgesetzt und das über lange Zeiträume – bis zu neun Stunden täglich. Kein realistisches Szenario.

Unstrittig ist aber, dass hochfrequente (HF) elektromagnetische Felder in den Körper eindringen können, je länger die Wellen sind, umso weiter. Deshalb sind Menschen auch nicht durchsichtig: Das kurzwellige Licht wird reflektiert oder von den äußeren Hautschichten absorbiert. Beziehungsweise von der Netzhaut aufgenommen.

Eine Frage bleibt aber: Wie sicher sind die Grenzwerte? Und ab wann müsste man befürchten, Körpergewebe um mehr als ein Grad zu erwärmen? Also bei welcher SAR-Grenzwertverletzung oder ab welchen Zeiträumen des Dauertelefonierens. Denn je länger man sich einem schwachen und normal nicht störenden Feld aussetzt, umso mehr Schaden kann das ausrichten. Eine Viertelstunde in der Sonne ist ja auch meist harmlos, ein Sonnenbad von mehreren Stunden kann schwere Folgen haben. Das rät auch das BfS: Im Zweifelsfall lieber nicht so lange mit dem Handy telefonieren oder gar nicht. Textnachrichten und Festnetz tun es ja auch, Headsets helfen weiter, wenn man das Telefon etwas weiter von sich weg hält, kann es das empfindliche Gewebe zwischen den Ohren nicht mehr so erwärmen.

Jetzt kommt auch noch 5G

Traut das BfS seinen eigenen Erkenntnissen nicht, wenn es solche Tipps gibt? Doch: Es lässt sich mit hoher Gewissheit behaupten, dass “Handystrahlung”, so sie die Grenzwerte einhält, keine Gesundheitsgefahren birgt. Aber schon erkenntnistheoretisch lässt sich eine Nichtexistenz nicht beweisen – es sei denn in der Mathematik. So ist etwa bewiesen, dass die Gleichung a ⁿ +b ⁿ =c ⁿ keine ganzzahligen Lösungen für n>2 hat. Den Satz von Fermat zu belegen, hat aber rund 350 Jahre gedauert und erschließt sich nur nach ausgiebiger Beschäftigung mit Mathematik. Anderweitig Nichtexistenzen zu beweisen – schwierig. Es wäre der Humanmedizin wesentlich leichter, eine Schädlichkeit des Mobilfunks (bei aktuellen Grenzwerten) zu beweisen, das ist aber nicht geschehen. Nicht einmal über Langzeitstudien, die Ära des Mobilfunks währt aber nun schon seit über 20 Jahren: Es gibt keine Hinweise auf gestiegene Gesundheitsrisiken.

Aus der Zeit um die Jahrtausendwende stammen die Grenzwerte, die Technik hat sich seither stark verändert und der nächste Schritt steht nun an: 5G. Die gute Nachricht für Mobilfunkskeptiker müsste sein: Die Leistungen der Sender reduziert sich. Die Wellenlänge wird noch kürzer. Die Reichweite der Sender geringer. 3G verschwindet zudem im Zuge des 5G-Aufbaus. Was die Gegner aber besorgt: Die Anzahl der Sender wird – wegen der geringeren Reichweite – deutlich größer. Sie stehen nicht mehr auf hohen Türmen, sondern am Straßenrand. Und dann ist dann da auch noch das Beamforming. Beides löst die Sorge aus, länger und intensiver als bisher bestrahlt zu werden.

Unter Beamforming, also Formung des Strahls, versteht man die 5G-Technik, die zu besserem Empfang und damit stabileren wie schnelleren Datenübertrag führen soll. Die Funkstation verfolgt gewissermaßen die Empfänger mit ihrem Richtstrahl, bis sie außer Reichweite geraten und die nächste Funkzelle übernimmt. Erwartet man ja auch für autonome Fahrzeuge in Fabriken, Landwirtschaft und einst im Straßenverkehr, dass die für sie relevanten Datenströme nie abreißen.

Nun forderte etwa der Bund Naturschutz in Deutschland (BUND), den 5G-Ausbau zu stoppen , bis zweifelsfrei erwiesen ist, dass die neue Infrastruktur nicht gesundheitsschädlich ist. Henne-Ei-Problem: Um das erforschen zu können, müsste man die Infrastruktur eben erst aufbauen, da hängt Deutschland noch so weit hinterher, dass vermutlich die neuen iPhones des Herbst 2020 hierzulande noch gar nicht 5G funken können.

Fazit

Ist “Handystrahlung” also wirklich ungefährlich? Man kann nur den aktuellen Stand der Forschung zusammenfassen: Solange die Grenzwerte eingehalten werden, besteht keine Gesundheitsgefährdung. Alle relevanten Studie zu dem Thema fasst das EMF-Portal der RWTH Aachen zusammen, die Zahl der Publikationen hat die Marke von 30.000 längst überschritten. Darin finden sich auch Kenntnisstände zum Zusammenhang von Mobilfunk und Insektensterben, eben den Kenntnisstand, dass es keinen Zusammenhang gibt. Insekten reagieren als wechselwarme Tiere anders auf Erwärmung als Säugetiere und Vögel, unsere bisherigen Betrachtungen finden also keine Anwendung. Bisher gibt es in der Forschung keinerlei Hinweise , dass Mobilfunk Insekten anderweitig beeinträchtigt, etwa den famosen Orientierungssinn von Bienen. Gleichwohl bleibt noch viel Forschungsarbeit zu erledigen und die von Wissenschaftlern empfohlenen Grenzwerte sollten unbedingt eingehalten werden. Diese sind jedoch so ausgelegt, dass in ihrem Rahmen Gewebe nur um Zehntelgrad erwärmt werden kann, jenseits aller denkbaren thermischen Gefahren.