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Physik – Felder im Alltag

Natürliche elektromagnetische Wechselfelder

Solare und terrestrische Strahlung

Die bedeutendste natürliche Quelle elektromagnetischer Wechselfelder ist die Sonne. Die relevanten Felder befinden sich fast ausschliesslich im Bereich der optischen Strahlung (Wärmestrahlung, Licht, UV-Strahlung). Vergleichsweise geringe natürliche Felder existieren im ionisierenden Bereich des Spektrums. Hierzu zählt u.a. die kosmische Strahlung. Eine zweite Quelle von elektromagnetischen Wechselfeldern ist die terrestrische Strahlung. Die wichtigste ist dabei die Wärmestrahlung (Erdwärme). In geringen Mengen gibt es auch Gammastrahlung (eine sehr energiereiche elektromagnetische Strahlung, die die Röntgenstrahlung an Intensität meist übertrifft). Sie entsteht aus dem radioaktiven Zerfall von instabilen Elementen der Erdkruste. Die vom Radon ausgehende ionisierende Wirkung beruht nicht auf der Gammastrahlung des Radonzerfalls, sondern auf den durch den Zerfall entstehenden Heliumkernen (sog. Alphateilchen oder Alphastrahlung).

Schumann-Resonanz

Schumannfrequenzen. Quelle: wikimedia commons

Es handelt sich um ein natürliches niederfrequentes elektromagnetisches Feld. Es bildet sich, weil die Erde ein Kugelhohlleiter ist: die Ionosphäre und die Erdoberfläche sind beides leitende Oberflächen zwischen denen sich stehende Wellen bilden können. Die Grundfrequenz (7.8 Hz) ergibt sich aus der Ausbreitungsgeschwindigkeit elektromagnetischer Felder (= Lichtgeschwindigkeit) und dem Erdumfang. Es gibt auch stehende Wellen zweiter und dritter Ordnung (sog. Harmonische, siehe Figur oben). Die Figur unten links zeigt das entsprechende Frequenzspektrum, wobei f1 – f7 die Messwerte für die Schumann-Resonanzen angeben (f1 ist die Grundfrequenz, f2 – f7 sind die Frequenzen der Harmonischen). Wie schwach das Signal ist, zeigt der Vergleich mit dem Signal der deutschen Bahn, die sich 30 km vom Messort entfernt befindet (Figur unten links). Angeregt werden diese stehenden Wellen durch Blitze. Blitze geben ein sehr breitbandiges elektromagnetisches Signal ab, wobei der Signalanteil im Bereich der Resonanzfrequenz der Erde messtechnisch nachgewiesen werden kann. Da sich pro Sekunde weltweit um 100 Blitze ereignen, ist sozusagen ununterbrochen ein Summensignal mit der Schumann-Resonanz detektierbar. Seine Amplitude variiert laufend, insbesondere im Tages- und im Jahresverlauf. Umgekehrt ist es möglich, mit Hilfe von Messungen des Schumann-Signals an drei weit auseinander liegenden Orten auf der Erde durch Triangulation Blitze zu lokalisieren (siehe Figur unten rechts).

Feldstärke der Schumann-Resonanz. Quelle: Schlegel, K., Füllekrug, M. „50 Jahre Schumann-Resonanzen“, Physik in unserer Zeit, 33(6), 256-261, 2002.
Triangulation von Blitzen. ; Quelle: Schlegel, K., Füllekrug, M. „50 Jahre Schumann-Resonanzen“, Physik in unserer Zeit, 33(6), 256-261, 2002.
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