Hintergrund

Elektromagnetische Strahlung, Umwelt und Gesundheit

Mädchen mit Tablet-Computer
Grundschule, Sekundarstufe

Die Strahlung von Funk-Anwendungen wie WLAN und Mobilfunk löst immer wieder Besorgnis aus: Wie gefährlich sind die elektromagnetischen Felder, denen die Menschen durch diese Technologien im Alltag ausgesetzt sind? Nach dem heutigen Stand von Wissenschaft und Technik gibt es keine Gefahren. Dennoch raten Gesundheits- und Strahlenschutzbehörden zur Vorsorge – und sehen noch Forschungsbedarf, vor allem bei möglichen Langzeitfolgen intensiver Handynutzung. Auch Wirkungen auf Kinder können noch nicht abschließend bewertet werden.

Die drahtlose Datenübertragung ist innerhalb weniger Jahre selbstverständlicher Teil des Alltags geworden: Mehr als 25 Millionen Menschen sind in Deutschland täglich mit Smartphones oder Tablets online, so der Bundesverband Digitale Wirtschaft (Stand Mai 2014). Immer mehr Geräte lassen sich drahtlos miteinander vernetzen, sei es per WLAN oder per  Bluetooth. Umso größer sind die Sorgen in der Bevölkerung, die von Berichten über mögliche Gefahren der davon ausgehenden Strahlung ausgelöst werden.

Ende 2014 sorgte die Diskussion über ein Schulprojekt in Hamburg bundesweit für Aufsehen: Unter anderem wegen gesundheitlicher Bedenken hatten Kritiker versucht, die Ausstattung von sechs Schulen mit WLAN zu stoppen. WLAN steht für "Wireless Local Area Network". Manchmal wird auch die Kurzbezeichnung "Wi-Fi" verwendet. Die Funktechnologie wird genutzt, um lokale Computernetzwerke einzurichten und zum Beispiel den Internetzugang mit Tablets oder Laptops zu ermöglichen. Die Reichweite beträgt üblicherweise bis zu 100 Meter, hängt aber stark von der Umgebung ab. Die Hamburger Schulbehörde verweist darauf, dass es keine Belege für Gesundheitsgefahren gebe und will das Projekt umsetzen. Ähnliche Diskussionen gibt es auch andernorts an Schulen. So stimmte Ende Januar 2015 der Kreistag Weilheim-Schongau in Bayern nach einer Debatte über mögliche gesundheitliche Gefahren gegen ein WLAN an einem Gymnasium in Weilheim. 

Dagegen sehen Gesundheits- und Strahlenschutzbehörden keine gesundheitlichen Gefahren, sofern die bestehenden Grenzwerte eingehalten werden. Die Grundlage für diese Einschätzungen sind umfangreiche Untersuchungen wie die im Rahmen des Deutschen Mobilfunk-Forschungsprogramms zu gesundheitlichen Wirkungen elektromagnetischer Felder. Demnach gibt es allerdings noch offene Fragen und weiteren Forschungsbedarf bezüglich möglicher Langzeitwirkung intensiver Handynutzung sowie der Wirkung auf möglicherweise sensiblere Personen, vor allem Kinder.

"Elektrosmog": Was ist das?

Eine Orientierung in der Diskussion fällt nicht leicht. Datenübertragungstechnologien wie WLAN und Bluetooth nutzen elektromagnetische Felder. Doch während es verschiedenste Signalformen elektromagnetischer Felder in unterschiedlichen Frequenzbereichen gibt, werden sie in Medienberichten und Veröffentlichungen von kritischen und besorgten Initiativen oft unter dem Begriff „Strahlung“ zusammengefasst. Auch der Begriff „Elektrosmog“ wird häufig verwendet. Beide Begriffe suggerieren eine negative Wertung, da "Strahlung" meist mit „ionisierender Strahlung“ gleichgesetzt wird, wie sie unter anderem von radioaktiven Stoffen ausgeht. Der Begriff "Smog" wird üblicherweise für hohe Schadstoffbelastungen der Luft verwendet.

Zudem werden in der Diskussion von allen Seiten wissenschaftliche Erkenntnisse oder die Aussagen von renommierten Institutionen angeführt. Für Laien ist es auf den ersten Blick kaum erkennbar, welche Erkenntnisse einer kritischen Überprüfung standhalten 

Was sind elektromagnetische Felder?

Elektromagnetische Felder sind im Alltag allgegenwärtig. Noch vor wenigen Jahren waren vor allem leistungsstarke Fernseh- und Radiosender die Hauptquellen hochfrequenter Felder. Heutzutage sind die Feldquellen zahlreicher, wenn auch nicht so leistungsstark. Sie finden sich häufig im privaten Bereich in Form von Schnurlostelefonen, Mobiltelefonen, WLAN und Bluetooth. 

Diese Felder werden technisch erzeugt. Sie ändern in einem festgelegten Rhythmus ihre Stärke und Richtung und breiten sich im Umfeld der Quelle im Raum aus. Diese Ausbreitung wird mit dem Begriff "Welle" beschrieben. Der Begriff "Strahlung" beschreibt den Energietransport, der im Raum stattfindet. Er findet in Form von Elementarteilchen statt, den Photonen. 

Elektromagnetische Felder werden anhand der Geschwindigkeit ihrer Veränderung unterschieden. Dabei geht es darum, wie oft das Feld seine Stärke und Richtung ändert. Die Anzahl dieser Schwingungen pro Sekunde wird als Frequenz bezeichnet und in der Einheit Hertz (Hz) angegeben. Ein Hertz bedeutet eine Schwingung pro Sekunde. Fest mit der Frequenz verbunden ist die Wellenlänge, die in Meter (m) angegeben wird. Sie bezeichnet den Abstand zwischen zwei benachbarten Wellenbergen, das heißt, den Punkten, an denen das Feld die maximale Stärke erreicht . Bei hohen Frequenzen ist die Wellenlänge klein, bei niedrigen Frequenzen groß. Der Frequenzbereich zwischen 100 Kilohertz (kHz) und 300 Gigahertz (GHz) wird als hochfrequente Felder bezeichnet.  

Welche Bereiche gibt es im elektromagnetischen Spektrum?

WLAN und Bluetooth nutzen mehrere Frequenzbereiche, die bei 2,4 GHz, zwischen 5,150 und 5,35 GHz sowie zwischen 5,470 bis 5,725 GHz liegen. Demnach zählen sie zu den hochfrequenten Feldern.

Von niederfrequenten elektromagnetischen Feldern spricht man bei einer Frequenz über 0 Hertz bis zu 100.000 Hertz beziehungsweise 100 Kilohertz (kHz). Sie entstehen unter anderem bei der Energieübertragung für die Stromversorgung der Haushalte, zum Beispiel an Stromleitungen oder Haushaltsgeräten. Das Stromnetz in Deutschland hat eine Wechselfrequenz um 50 Hertz. Das Stromnetz der Bahn arbeitet mit 16 2/3 Hz.

Bei noch höheren Frequenzen jenseits der hochfrequenten elektrischen Felder schließen sich Bereiche an, bei denen man üblicherweise von Strahlung spricht. Sie umfassen die optische Strahlung – das heißt unter anderem: sichtbares Licht – sowie ionisierende Strahlung wie zum Beispiel Röntgen- und Gammastrahlung.

Grafik: Bundesamt für Strahlenschutz, entnommen aus: Unterrichtsmaterial Mobilfunk ab Klasse 5 – für eine vergrößerte Darstellung bitte hier klicken

Wie wirken elektromagnetische Felder auf den Körper?

Wie elektromagnetische Felder auf Lebewesen wirken, hängt von den physikalischen Eigenschaften der Felder ab. Eine wesentliche Rolle spielen dabei die Frequenz und die Stärke der Felder. Entscheidend für die Auswirkung auf Lebewesen ist die Energie, die dabei transportiert wird. Die Energie nimmt mit der Frequenz kontinuierlich zu. Das heißt: Je höher die Frequenz, desto stärker ist die mögliche Wirkung auf die Organismen. 

Grundsätzlich können elektromagnetische Felder auf folgende Weisen auf den Körper wirken: 

  • Niederfrequente Felder können elektrische Felder und Ströme im Körper erzeugen.
  • Hochfrequente Felder können den Körper – beziehungsweise allgemein: biologisches Gewebe – erwärmen.  

Ob diese Wirkungen gesundheitliche Schäden auslösen können, hängt von der Stärke der Felder ab.

Elektromagnetische Felder sind nicht gleichzusetzen mit ionisierender Strahlung wie der Röntgenstrahlung. Ionisierende Strahlung hat eine weit höhere Energie. Sie kann Atome und Moleküle ionisieren, das heißt: Die Strahlung kann aus den Hüllen dieser Elementarteilchen Elektronen "herausschlagen". Ionisierende Strahlung kann auf diese Weise Zellen von Lebewesen direkt schädigen und unter anderem Krebs auslösen. Im Gegensatz zu Röntgenstrahlen haben elektromagnetische Felder nicht genügend Energie, um Körpergewebe auf diese Weise direkt zu schädigen.

Warum wird der Körper durch hochfrequente Felder erwärmt?

Elektromagnetische Felder können Körper von Lebewesen erwärmen, indem sie elektrisch geladene Teilchen oder sogenannte polare Moleküle im Körper in Bewegung bringen. Die Bewegung folgt der Frequenz des Feldes, das heißt, bei einem hochfrequenten Feld ändern die Teilchen sehr schnell die Richtung. Dabei reiben sie aneinander, und es entsteht Wärme.

Ob die Erwärmung der Gesundheit schaden kann, hängt vom Ausmaß der Erwärmung ab. Der Mensch verfügt normalerweise über wirkungsvolle Möglichkeiten, die Temperatur zu regulieren. Wenn der Körper nur begrenzt an bestimmten Stellen erwärmt wird, kann meist das Blut die Wärme abführen. Wird der ganze Körper erwärmt, kann die Wärme durch Schwitzen verringert werden.

Auswirkungen auf die Gesundheit sind aus medizinischer Sicht vor allem dann zu erwarten, wenn die Erwärmung ein bestimmtes Maß übersteigt und die Wärmeregulierung des Körpers überfordert ist. Mit ernsten Gesundheitsschäden ist zu rechnen, wenn die Körpertemperatur über einen längeren Zeitraum um deutlich mehr als 1 Grad Celsius erhöht wird.

Wie lässt sich die Wirkung abschätzen?

Um die mögliche Wirkung hochfrequenter Felder auf den Körper abzuschätzen, wird bestimmt, wie viel Energie vom Körper aufgenommen wird. Dies wird mittels der sogenannten "spezifischen Absorptionsrate" (SAR) angegeben. Sie gibt die Leistung an, die pro Kilogramm Körpergewebe absorbiert wird. Der Begriff Leistung steht in der Physik für Energie pro Zeit und wird in der Maßeinheit Watt [W] angegeben. Die Einheit für die spezifischen Absorptionsrate SAR ist Watt pro Kilogramm (W/kg). Um die Körpertemperatur eines Menschen um etwa 1 Grad Celsius zu erhöhen, sind SAR-Werte von etwa 4 Watt pro Kilogramm in einem Zeitraum von etwa 30 Minuten nötig.

Um eine gesundheitsschädliche Erwärmung des Körpers zu verhindern, muss die Energieaufnahme durch hochfrequente Felder begrenzt werden. Die Weltgesundheitsorganisation WHO und die EU-Kommission empfehlen, dass der SAR-Wert für den ganzen Körper nicht höher sein darf als 0,08 W/kg und für Teile des Körpers, wie zum Beispiel den Kopf oder den Rumpf, nicht höher als 2 W/kg.

Wichtig für die mögliche Wirkung auf Lebewesen ist auch die sogenannte Eindringtiefe hochfrequenter Felder. Bei Frequenzen um 1 Gigahertz (GHz) dringt die Strahlung nur wenige Zentimeter unter die Hautoberfläche. Bei höheren Frequenzen wird die Eindringtiefe kontinuierlich niedriger. 

Ein weiterer Einflussfaktor für die aufgenommene Energie ist die Resonanz. Hat der Körper die Größe von etwa der halben Wellenlänge, befindet er sich im Resonanzbereich.  Das heißt, er wirkt wie eine Empfangsantenne und nimmt mehr Energie auf.  Bei Erwachsenen liegt der Resonanzbereich bei etwa 70 Megahertz. Bei Kindern beziehungsweise kleineren Personen liegt er entsprechend höher, bei etwa 100 Megahertz. Dieser Bereich entspricht dem Frequenzbereich von UKW-Radiosendern. 

Wegen der möglichen Gesundheitsgefahren gibt es Grenzwerte für sogenannte ortsfeste Hochfrequenzanlagen, das heißt zum Beispiel für Mobilfunksendeanlagen. Diese Grenzwerte sind abhängig von der Sendefrequenz der jeweiligen Anlage. Sie sind im Bundes-Immissionsschutzgesetz gesetzlich festgelegt (siehe Tabelle). 

Quellen hochfrequenter Felder

Rundfunksender

Quelle Frequenz Typische Sendeleistung
Messabstand von der Sendeantenne/ typische Höhe der ExpositionGrenzwerte
für
momentane
Effektivwerte 
Grenzwerte
für quadratisch
über 6-Minuten-
Intervalle
gemittelte Immis-sionen
(26. BImSchV) 
UKW 88 MHz - 108 MHz <= 100 kW  ca. 1,5 km / < 0,05 W/m2 entfällt
28 V/m, 0,073
A/m 
Grenzwert wird ab zirka 250 Metern  in Hauptstrahlrichtung eingehalten

Fernsehsender

VHF 174 MHz - 223 MHz <= 300 kW ca. 1,5 km/ < 0,02 W/m2  28 V/m bzw. 2 W/m228 V/m, 0,073
A/m
(entspricht etwa
2 W/m2)

Grenzwert wird ab ca. 150 m in Hauptstrahlrichtung eingehalten
UHF 470 MHz - 838 MHz <= 5 MW  ca. 1,5 km < 0,005 W/m230 - 40 V/m
bzw.
2,3 - 4,2 W/m2
30 - 40 V/m,
0,08 – 0,11
A/m
(entspricht etwa
2,3 - 4,2
W/m2
Grenzwert wird ab zirka 75 Metern in Hauptstrahlrichtung eingehalten

Mobilfunk 

UMTS
Basisstation 2110 MHz -
2170 MHz

2 Kanäle,
je 20 W **
 50 m / 0,04 W/m261 V/m bzw. 10 W/m261 V/m, 0,16 A/m (entspricht etwa
10 W/m2)
Grenzwert wird nach wenigen Metern in Hauptstrahlrichtung eingehalten
Handy 1920 MHz - 1980 MHz

max. 1 W als Spitzenwert


DECT-Telefone

Basisstation
1880 MHz - 1900 MHz max. 250 mW als Spitzenwert  
 
Mobilteil1880  MHz - 1900 MHz max. 250 mW als Spitzenwert  
 

WLAN und Bluetooth

WLAN2400 MHz -
2484 MHz
max. 100 mW

 

5100 MHz -
5800 MHz
max. 1 W

 
Bluetooth 2400 MHz -
2480 MHz
max. 100 mW


Quelle: Bundesamt für Strahlenschutz

Für alle ortsveränderlichen Geräte wie  Handys, Smartphones, Tablets sowie WLAN-und Bluetooth-Geräte gelten die Grenzwerte des des Bundes-Immissionsschutzgesetzes nicht. Der Schutz der Gesundheit der Nutzerinnen und Nutzer dieser Geräte wird im Rahmen der Produktsicherheit geregelt .

Das Produktsicherheitsgesetz regelt, dass nur Produkte auf den Markt kommen dürfen, welche die Gesundheit bei üblicher Verwendung nicht gefährden. Daher soll die Leistungsaufnahme im Körper begrenzt werden. Die deutsche Strahlenschutzkommission (SSK) und die EU-Kommission empfehlen einen Höchstwert für die SAR von 2 Watt pro Kilogramm, wenn die hochfrequenten Felder der Geräte lokal auf den Kopf oder den Rumpf einwirken.

Bei Handys, Smartphones und Tablets wird der maximale SAR-Wert von den Herstellern ermittelt und in der Gebrauchsanweisung angegeben. Laut Herstellerangaben unterschreiten alle im Handel befindlichen Handys den empfohlenen Wert. Das Bundesamt für Strahlenschutz weist allerdings daraufhin, dass die SAR-Werte mit unterschiedlichen Abständen zum Körper gemessen werden können. Der Abstand sollte beim Vergleich von Werten berücksichtigt werden.

Das Bundesamt für Strahlenschutz stellt aus den Angaben der Hersteller eine Übersicht mit SAR-Werten marktüblicher Handys zusammen und veröffentlicht sie in einer Tabelle

WLAN-Geräte haben meist eine relativ niedrige Sendeleistung und werden zudem meist fern vom Körper betrieben. Daher bleiben ihre SAR-Werte in der Regel deutlich unter dem empfohlenen Höchstwert.

Wie ist der Stand der Forschung bei WLAN und anderen Funkanwendungen?

Es gibt weltweit eine große Vielzahl von Untersuchungen zu gesundheitlichen Wirkungen von hochfrequenten elektromagnetischen Feldern. Eine zentrale Rolle für die Einschätzung der Gefahren durch die Behörden in Deutschland spielen die Ergebnisse des Deutschen Mobilfunk-Forschungsprogramms (DMF). Dabei wurden keine Belege dafür gefunden, dass es neben den Risiken durch eine Erwärmung weitere gesundheitsschädliche Wirkungen durch hochfrequente elektromagnetische Felder gibt. Um Gesundheitsschäden durch die Wärmewirkung zu vermeiden, sind die bestehenden Grenzwerte ausreichend.

Unter anderem wurden folgende mögliche Wirkungen untersucht: 

  • Beeinflussung von Zellen, die für das Immunsystem relevant sind
  • Beeinträchtigung von Gehör und visuellem System
  • Absenken des Melatoninspiegels
  • Schlafstörungen, Kopfschmerzen, Beeinträchtigung der kognitiven Leistungsfähigkeit
  • Erhöhtes Krebsrisiko
  • akute Wirkungen auf Kinder
  • mögliche Langzeitwirkungen im Tiermodell (kontinuierliche Exposition über mehrere Generationen)

Dabei konnten unterhalb der bestehenden Grenzwerte weder in experimentellen Studien noch in bevölkerungsbezogenen Beobachtungsstudien gesundheitsrelevante Wirkungen festgestellt werden. Da die untersuchten Technologien noch relativ neu sind, blieb allerdings offen, ob es möglicherweise Langzeitwirkungen über einen Zeitraum von zehn Jahren hinaus gibt. Außerdem ist nicht abschließend geklärt, ob es besondere Risiken für Kinder gibt. Dies wird weiter verfolgt, da es Hinweise gibt, dass bei der Handynutzung bestimmte Bereiche des Kopfes bei Kindern stärker exponiert sind.

Demnach gibt es nach derzeitigem Stand auch keine gesundheitsschädlichen Wirkungen durch die drahtlose Datenübertragung per WLAN oder Bluetooth, solange die empfohlenen Höchstwerte eingehalten werden. Die im menschlichen Körper erreichten SAR-Werte bei Nutzung der Geräte bleiben in der Regel unterhalb der Höchstwerte, so das Bundesamt für Strahlenschutz. Demnach haben Bluetooth-USB-Sticks und WLAN-Sender in einem auf dem Schreibtisch platzierten Notebook höchstens lokale SAR-Werte von 0,1 bis 0,2 W/kg ergeben.

Das BfS weist aber darauf hin, dass bei einer ungünstigen Platzierung Werte in der Größenordnung der zulässigen Höchstwerte erreicht werden können. Das kann zum Beispiel der Fall sein, wenn ein Laptop auf dem Schoß und dessen Sender direkt über dem Oberschenkel liegt.

Vorsorge empfohlen!

Das Bundesamt für Strahlenschutz empfiehlt generell, die Strahlenbelastung so gering wie möglich zu halten. Es ist prinzipiell immer möglich, dass es bisher nicht bekannte gesundheitliche Risiken gibt. Zudem ist das Minimierungsgebot ein Grundprinzip im Strahlenschutz. Die Behörde gibt eine Reihe von konkreten Empfehlungen für den Alltag.

Nutzer/-innen sollten bei WLAN- und Bluetooth-Geräten der Klasse 1 die von den Herstellern angegebenen Mindestabstände beachten. Falls auf Drahtlostechnik verzichtet werden kann, sollten Kabelverbindungen bevorzugt werden. WLAN-Zugangspunkte ("Hotspots") sollten nicht in der Nähe von Orten eingerichtet werden, an denen sich Personen auf Dauer aufhalten – zum Beispiel direkt am oder neben dem Arbeitsplatz. Falls eine Einstellungsmöglichkeit vorhanden ist, sollte die Reichweite von WLAN-Hotspots auf das nötige Maß begrenzt werden, um die maximale Strahlungsleistung zu reduzieren.

Weiterführende Informationen:

Bundesamt für Strahlenschutz: Bluetooth und WLAN – Sprach- und Datenübertragung per Funk
http://www.bfs.de/DE/themen/emf/hff/anwendung/kabellos/kabellos_node.html

Bundesamt für Strahlenschutz: Smartphones und Tablets – Tipps zur Reduzierung der Strahlenbelastung
http://www.bfs.de/DE/themen/emf/mobilfunk/schutz/vorsorge/smartphone-tablet.html

Bundesamt für Strahlenschutz: Umweltzeichen "Blauer Engel" für Mobiltelefone
http://www.bfs.de/DE/themen/emf/mobilfunk/schutz/vorsorge/blauer-engel.html

Deutsches Mobilfunk-Forschungsprogramm
http://www.emf-forschungsprogramm.de

Creative Commons LizenzvertragDieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung - Weitergabe unter gleichen Bedingungen 4.0 International Lizenz.

Sie dürfen diesen Text unter anderem ohne besondere Genehmigung verwenden und bearbeiten, z.B. kürzen oder umformulieren, sowie weiterverbreiten und vervielfältigen. Dabei müssen www.umwelt-im-unterricht.de als Quelle genannt sowie die oben genannte Creative Commons-Lizenz verwendet werden. Details zu den Bedingungen finden Sie auf der Creative Commons-Website.

Open Educational Resources Logo Umwelt im Unterricht unterstützt die Erstellung von Bildungsmaterialien unter offenen Lizenzen im Sinne der UNESCO.