Infraschall – Schallwellen mit extrem weiter Ausbreitung
Was haben eine Windkraftanlage, Rechenzentren, Meeresbrandung und ein Vulkanausbruch gemeinsam? Alle drei senden Infraschall aus, also Schall mit einer Frequenz unter 20 Hertz. Diese Schallwellen, die fälschlicherweise als unhörbar gelten, können die Erde mehrfach umrunden und sind sowohl für Physiker als auch für Ärzte von Interesse. Ein genauerer Blick.
Indonesien, 26. August 1883. Krakatau erwachte mit einer gewaltigen Explosion. Die vom Vulkan erzeugte Schallwelle war so intensiv, dass sie von Barometern der Wetterstation in London, über 10.000 Kilometer entfernt, registriert wurde. „Es war die erste Infraschallmessung, die jemals durchgeführt wurde“, berichtet François Coulouvrat, Physiker mit Spezialisierung auf Akustik am Institut Jean le Rond d’Alembert. „In London wurde die Welle sogar zweimal registriert, was bedeutet, dass sie mindestens zweimal die Erde umrundete.“ Zwanzig Jahre später, im Jahr 1908, wurden der Eintritt des großen Tunguska-Asteroiden in die Atmosphäre und seine gewaltige Explosion – 1.000 Mal stärker als die Atombombe, die auf Hiroshima abgeworfen wurde – erneut in Tausenden von Kilometern Entfernung registriert. Dies weckte das Interesse der Wissenschaftler an Infraschallwellen, also sehr niederfrequenten Schallwellen unter 20 Hertz (Hz), die sich über große Entfernungen ausbreiten können.
Der durch Vulkanausbrüche erzeugte Infraschall kann die Erde mehrfach umrunden, wie beim Ausbruch auf Bali im Juni 2018.
Je niedriger die Frequenz einer Schallwelle ist, desto größer ist ihre Wellenlänge und desto weiter breitet sie sich aus. Sie neigt zudem dazu, für Hindernisse, die kleiner sind als ihre Wellenlänge, „blind“ zu sein. Umgekehrt gilt: Je höher die Frequenz (hohe Töne), desto kleiner die Wellenlänge, und desto schneller wird sie von der Atmosphäre absorbiert und von Hindernissen beeinflusst.
Die Dämpfung ist eine Funktion des Quadrats der Frequenz. Also eine Welle mit 10.000 Hz in der Mitte des hörbaren Bereiches hat eine um 1 Million mal stärkere Dämpfung als eine Welle mit 10 Hz in der Mitte des Infraschall Bereichs.
Natürliche und industrielle Quellen
Alle geophysikalischen Phänomene senden Infraschall aus: Vulkanausbrüche, Erdbeben, fallende Meteoriten, Tornados, Blitze, Nordlichter usw. Eine Vulkanexplosion, die am unteren Ende ihres Schallspektrums Wellen mit einer Frequenz von 1 Millihertz (0,001 Hz) erzeugt, hat eine Wellenlänge von 34 km, was in etwa der Größe des emittierenden Objekts entspricht. Meereswellen, eine permanente Infraschallquelle, erzeugen Wellen um 0,5 Hz, was einer Wellenlänge in der Größenordnung von einem Kilometer entspricht. Es ist zu beachten, dass zwar Frequenz und Wellenlänge miteinander zusammenhängen, die Intensität der erzeugten Schallwellen jedoch von der Art und Stärke der Quelle abhängt.
Die Emission von Infraschall beschränkt sich jedoch nicht nur auf geophysikalische Phänomene. Auch zahlreiche künstliche Quellen erzeugen Infraschallwellen, darunter nukleare und chemische Explosionen, Pumpen und Lüftungsanlagen in Rechenzentren, Generatoren und Windturbinen senden Infraschall in Frequenzbändern aus, die tendenziell näher an der 20-Hz-Schwelle liegen.
Die Ausbreitung von Infraschall
Eine Schallwelle kann an der Quelle gehört werden, dann scheinbar verschwinden, um mit zunehmender Entfernung wieder hörbar zu sein. Es gibt ein Phänomen, das entscheidend ist, um zu verstehen, warum solche Wellen über große Entfernungen hinweg in ihrer Intensität zu variieren scheinen: die Brechung in der Höhe.
Dank der großen Menge an gesammelten Beobachtungen von Infraschallstationen zur Registrierung von Atomtests haben Forscher die Rolle der verschiedenen Schichten der Atmosphäre bei der Ausbreitung von Infraschall ausgewertet. Wenn eine Quelle am Boden eine Schallwelle aussendet, breitet sich diese in alle Richtungen aus, nahe am Boden, aber auch nach oben in den Himmel, wo sie bei sehr niedrigen Frequenzen eine Höhe von bis zu hundert Kilometern erreichen kann.
Auf ihrem Weg durch die Atmosphäre treffen Infraschallwellen auf eine Umgebung, die nicht homogen ist und in der Temperatur und Windverhältnisse ständig variieren. So sinkt die Temperatur beispielsweise bis zu einer Höhe von 11 km (Troposphäre), steigt dann zwischen 11 und 50 km Höhe (Stratosphäre) an, bevor sie in der Mesosphäre wieder abfällt und oberhalb von 90 km (Thermosphäre) stark ansteigt.
In 250 km Entfernung von der Quelle – einer für den in die Atmosphäre abgegebenen Infraschall charakteristischen Entfernung – empfängt man zunächst eine direkte Schallwelle, dann ein Wellenpaket aus der Stratosphäre (50 km), gefolgt von einem aus der Thermosphäre (100 km) zurückkehrenden Wellenpaket. Daher das stärkere Auftreten von Schall in bestimmten Schlüsselentfernungen.
Während Infraschall für Physiker, die sich auf die Atmosphäre spezialisiert haben, ein vielversprechendes Forschungsinstrument ist, gibt er vor Ort Anlass zur Sorge: Die Zunahme potenziell emittierender industrieller Quellen – insbesondere der deutliche Anstieg der Windenergie und jüngst der massive Ausbau von Rechenzentren – wirft die Frage nach der menschlichen Wahrnehmung von Infraschallwellen sowie deren möglichen gesundheitlichen Auswirkungen auf.
Ein Begriff taucht seit zwanzig Jahren regelmäßig in den weltweiten Medien auf: „Hum“, ein mysteriöses Geräusch, das nur ein Bruchteil der Bevölkerung wahrnimmt. Das menschliche Ohr nimmt sehr tieffrequente Geräusche nicht besonders gut wahr. So ist Infraschall beispielsweise nur bei sehr hoher Lautstärke, über 80–90 Dezibel (dB), hörbar.
Nach Moller et al. / Noise & Health 2004 – Hören bei niedrigen und infraschallartigen Frequenzen.
Verbesserte Vorhersage für Lärm von Industrieanlagen
Doch es gibt ein Problem, denn Infraschall bleibt in den Lärmschutzvorschriften zahlreicher Länder wie berichtet ein blinder Fleck. Umgebungslärm wird im Wesentlichen in A-bewerteten Dezibel (dB A) gemessen. Dieses Bewertungssystem kann die große Empfindlichkeit des Ohrs gegenüber bestimmten Frequenzen berücksichtigen, indem es diesen mehr Gewicht beimisst, um die tatsächliche Belästigung durch Lärm wie Straßenverkehr, vorbeifahrende Züge oder ein Konzert zu bewerten.
Die A-Bewertung ist jedoch für Frequenzen unter 125 Hz nicht geeignet, da sie einen Filter anwendet, der diese stark dämpft.
Eine weitere Schwachstelle ist, dass bei Vorabprüfungen für neue Industrieanlagen, insbesondere Windparks, Schwankungen nicht ausreichend berücksichtigt werden. Die Topografie des Standorts sowie lokale atmosphärische Bedingungen wie Wind, Temperaturgradienten und die Beschaffenheit des Bodens (hart oder weich, nass oder trocken) beeinflussen den von den Anwohnern wahrgenommenen Lärmpegel erheblich. Gegenwind lenkt Schallwellen tendenziell in Richtung Himmel ab, während Rückenwind sie zum Boden drückt und den Lärmpegel erhöht.
Wer in der Nähe einer Lärmquelle wie einer Autobahn wohnt, weiß, dass abhängig von der Windrichtung der Lärm davon entweder gar nicht oder sehr laut hörbar sein kann.
Auch der Temperaturgradient, also der Temperaturunterschied zwischen Boden und Luft, lenkt die Schallwelle ab oder drückt sie im Gegenteil nach unten. Nachts beispielsweise, wenn es zu thermischen Inversionen zwischen Boden und Luft kommt, wird der Schall im Allgemeinen eher in Richtung Boden gedrückt, wodurch sich der Lärmpegel um die Schallquelle erhöht.
Schallmessungen
Wissenschaftler des PIBE-Projekts haben den von diesem Windpark im Departement Eure-et-Loir erzeugten Lärm über einen Zeitraum von 410 Tagen gemessen.
Mit ihren 50 bis mittlerweile über 100 m langen Rotorblättern stellen Windkraftanlagen einen Sonderfall dar. Aufgrund ihrer Abmessungen können solche Anlagen gleichzeitig unterschiedlichen Wind- und Temperaturbedingungen ausgesetzt sein. Dies erschwert Lärmprognosemodelle besonders, erinnert Ecotière, der seit 2018 das umfangreiche Projekt „Predicting the Impact of Wind Turbine Noise“ (PIBE) koordiniert – siehe Bild oben.
„Wir haben 410 Tage lang kontinuierlich ein Feld von acht Windkraftanlagen in unterschiedlichen Entfernungen und unter allen möglichen atmosphärischen Bedingungen aufgezeichnet.“ Eine einzigartige Datenbank, die eine bessere Vorhersage des Lärms von Windparks ermöglicht – insbesondere durch die Einbeziehung des Begriffs der Variabilität (+ oder – eine bestimmte Anzahl von Dezibel für einen bestimmten Schallpegel9) – wird der wissenschaftlichen Gemeinschaft zur Verfügung gestellt.
Infraschall regt oft die Fantasie an. Wir können ihn nicht sehen, meistens können wir ihn nicht hören, und seine Ausbreitung über große Entfernungen macht es manchmal schwierig, seine Quelle zu identifiziere. Aber er hat Auswirkungen auf die Gesundheit, und die Gesetzgebung zu Lärm sowie die geltenden Normen sollten sich daher erheblich ändern.
In diesem TKP-Buch findet sich alles Wissenswerte über die Schäden durch Windparks:
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Nicht zu vergessen: SOSUS
Sehr interessanter Artikel, bleiben Sie dran. Vielleicht hört der ein oder andere Entscheider zu..