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Strahlung

Alles Leben auf oder nahe der Erdoberfläche ist von Strahlungen umgeben, und zwar einerseits von der Sonnenstrahlung und andererseits von der langwelligen Wärmestrahlung von in der Nähe befindlichen Oberflächen. Strahlung und Energiehaushalt bestimmen das Klima direkt oder indirekt über Wasserverdunstung, Wolkenbildung und Niederschlag und den lokalen und globalen Einfluss auf das Temperaturgeschehen. Die Gesamteinstrahlung an Sonnenenergie auf die Erdoberfläche (Globalstrahlung) hat direkte und diffuse Anteile und ist wegen Reflexion und Absorption in der Atmosphäre in mittleren geographischen Breiten im Durchschnitt nur etwa halb so intensiv wie die Strahlung, die außerhalb der Atmosphäre in Richtung Sonne gemessen werden (Solarkonstante). Etwa die Hälfte der Globalstrahlung entfällt auf den Bereich der sichtbaren Strahlung (Licht), wobei die kurzwellige Strahlung immer energiereicher ist. Die Strahlung aus dem Weltraum wird als Höhenstrahlung bezeichnet und besteht im Wesentlichen aus Gammastrahlung aber auch anderen schweren Teilchen (Neutronen, Mesonen). Die Intensität der Strahlung kann bei intensiver Sonnentätigkeit sehr stark zunehmen.

Direkte und diffuse Sonneneinstrahlung

Die elektromagnetische Strahlung der Sonne stammt aus der Fusion von Wasserstoffionen zu Heliumatomen, wobei Energie frei wird in Form von elektromagnetischer Strahlung. Das Spektrum der elektromagnetischen Strahlung ist im Wellenbereich von 100 - 1000 nm biologisch wirksam. Gase und Staub verringern die durch die Atmosphäre dringende Strahlung je nach Frequenz bzw. Wellenlänge verschieden stark.
Direkte Sonneneinstrahlung - Das Sonnenlicht wird bei der Durchdringung durch die Atmosphäre wesentlich (bis 67%) abgeschwächt. Die Durchdringung von Wolkendecken, Wasser und Vegetation führt zu einer weiteren Schwächung der Einstrahlung und auch zu einer Änderung der spektralen Zusammensetzung. Die Strahlenenergie, die an klaren Tagen auf die Erdoberfläche fällt besteht aus 10% UV-Licht, zu 45% aus sichtbaren und zu 45% aus infrarotem Licht (Wärmestrahlung). Die sichtbare Strahlung wird bei der Durchdringung der Wolkendecke am wenigsten vermindert und bleibt für die Photosynthese erhalten. Die Vegetation absorbiert die blauen und roten sichtbaren Wellenlängen kräftig, der grünen Wellenlängen hingegen weniger.
Diffuse Strahlung - Die diffuse Komponente der Globalstrahlung dringt wesentlich besser (tiefer) in Pflanzenbestände ein als die direkte Strahlung. Pflanzen erhöhen je nach Form und Größe der Blätter den Anteil diffuser Strahlung im Bestand (Nadeln erzeugen viel Streulicht). Ein Teil der Globalstrahlung wird von den getroffenen Oberflächen reflektiert, worauf die Pflanzendecke einen wesentlichen Einfluss hat. Ein Fichtenwald reflektiert nur etwa 10%, kahler Boden kann bis zu 30%, frisch gefallener Schnee bis zu 80% reflektieren.
Strahlungsbilanz - Nach Ausnutzung der photochemischen Energie (Sonnenlicht) durch die Pflanze muss der große Rest der einfallenden Globalstrahlung wieder abgegeben werden. Ein Blatt hat prinzipiell 4 Wege um die aus der Strahlungsbilanz resultierende und vom Blatt absorbierte Energie zu entsorgen: die thermische Abstrahlung, die photochemische Energiebindung (Photosynthese), die Transpiration von Wasser und die Energieabgabe durch Wärmekonvektion.
Über die Wärmeleitfähigkeit der Blattgrenzschicht zur Luft und der Diffusionsleitfähigkeit der Blattepidermis für Wasserdampf nehmen die Pflanzen mit ihren Blättern physiologisch und morphologisch Einfluss auf ihr eigenes Klima, aber auch auf das Klima ihrer Umgebung, wobei sie ganz von der Wasserversorgung abhängig sind. Bei Wassermangel kann nicht gekühlt werden und die Wärmeabfuhr erfolgt lediglich durch Konvektion (Luftbewegung, bei insuffizienter Kühlung tritt der Hitzetod ein. Deshalb haben Pflanzen in heißen, trockenen Gegenden steilgestellte und stark reflektierende Blätter (geringe Strahlungsabsorption und gute thermische Koppelung zur Luftbewegung). Pflanzenbestände haben im Gegensatz zu Einzelpflanzen noch den Nachteil der aerodynamischen Behinderung für den Wärme- und Gasaustausch. Je dichter und niederwüchsiger ein Bestand, desto stärker ist die Entkoppelung von den atmosphärischen Bedingungen und desto größer ist daher der Wärme- und Feuchterückhalt. In flachwüchsige Gebirgspflanzen (sog. Polsterpflanzen), herrschen so in deren Blattschicht bei Sonneneinstrahlung feucht-tropische Bedingungen (Mikroklima).
Die Wärmestrahlung wird von jeder Oberfläche mit einer Temperatur oberhalb des absoluten Nullpunktes abgegeben. Aber nicht nur der Boden, Wasser und Vegetation, sondern auch die Wolken strahlen ganz wesentliche Beiträge an Wärmeenergie in die Ökosysteme ab. Die langwellige Strahlung ist dabei ständig vorhanden, wohingegen die gerichtete Sonnenstrahlung nur bei Tag einfällt.

UV-Strahlung

UV-Strahlung - Der Bereich 250-280 nm wird UV-C, von 280-320 UV-B und von 320-390 UV-A-Strahlung genannt. Der Sonnenbrand wird im Wesentlichen durch den UV-B-Anteil ausgelöst, die UV-A-Strahlung hingegen löst in der Regel eine Hyperpigmentierung ohne Rötung der Haut aus. Die kurzwelligen UV-Strahlung (UV-C) unter 290 nm, die für Protoplasma tödlich ist, wird von der Ozonschicht in 25 km Höhe absorbiert und ist somit von entscheidender Bedeutung für das Leben auf der Erde, denn diese Strahlung ist photochemisch aktiv und wirkt zerstörend auf Nukleinsäuren und Proteine.
Somit sind wir im Gasteinertal, insbesondere im Gebirge besonders der für unsere Haut schädlichen UV-B-Strahlung ausgesetzt, die einerseits Sonnenbrand verursacht und andererseits das Hautkrebsrisiko stark erhöht. Im Hochgebirge ist dabei die "Aktinische Keratose" besonders häufig.
Auch in den Gasteiner Bergen sind entsprechende Schutzmaßnahmen zu beachten, wie sie generell für Hochgebirgstouren gelten. Dabei hilft der UV-Index, welcher im Internet aktuell abgerufen werden kann. Der UV-Index beschreibt den am Boden erwarteten Tagesspitzenwert der sonnenbrandwirksamen UV-Strahlung, deren Anteil mit der Höhe zunimmt, wobei Schnee im Gebirge die Strahlenbelastung noch zusätzlich wesentlich erhöht.

Höhenstrahlung

Die Strahlung aus dem Weltraum wird als Höhenstrahlung (heute: kosmische Strahlung) bezeichnet, wobei die wesentliche Strahlungskomponente eine Gammastrahlung ist. Die Höhe der Strahlung ist von der Sonnenaktivität abhängig. Die Wirkung der Höhenstrahlung auf den Menschen wird wie die der Röntgenstrahlung in Sievert angegeben. Auf Meeresniveau werden die niedrigsten Werte gemessen (etwa 0,2 mSv/a), da die aus dem Weltall eindringende bzw. in der obersten Stratosphärenschichte gebildete Strahlung durch die dazwischen liegenden Luftschichten erheblich abgeschwächt wird. und deren atomaren Teilchen (Protonen, alpha-Teilchen u.a.) in der Atmosphäre oberhalb von 20 km vollständig zersetzt und in andere Teilchen umgewandelt werden. In Österreich liegt der Durchschnittswert der Strahlenbelastung durch Höhenstrahlung bei 0,36 mSv pro Jahr.
Mit zunehmender Höhe nimmt also auch die Höhenstrahlung stark zu. Sie liegt in den Gasteiner Bergen bei etwa 0,6 mSv, ab 2000m bei max. 1 mSv und ab 3.000m bei etwa 1,5 mSv pro Jahr. Ein ständiger Aufenthalt auf 1.900m Höhe ergibt eine zusätzliche Höhenstrahlungsbelastung von etwa 0,68 mSv pro Jahr. Insbesondere im Raum Bad Gastein muss noch die terrestrische Strahlung hinzugerechnet werden. Die maximal erlaubte effektive Jahresdosis für beruflich exponierte Personen in Deutschland wird mit 20 mSv angegeben (Organ-Äquivalentdosis für die Augenlinse als das empfindlichste Gewebe).

Radionuklide in der Atmosphäre

Die natürliche radioaktive Strahlung setzt sich aus der terrestrischen und der kosmischen Strahlung (Höhenstrahlung) zusammen. Die durchschnittliche Strahlenexposition der österreichischen Bevölkerung (Effektivdosis pro Jahr) beträgt 4,6 mSv. Davon fallen 1 mSv auf die kosmische und terrestrische Strahlung, ca. 2 mSv auf die Inhalation von Radon und Folgeprodukten, der Rest auf künstliche Radioaktivität. Im 6. Umweltkontrollbericht 2001 ist zu lesen, das der größte Beitrag der natürlichen Dosis, die im Mittel in Österreich etwa 3.2 mSv pro Jahr und EinwohnerIn beträgt und im Durchschnitt etwas mehr als die Hälfte auf das radioaktive Edelgas Radon und seine Folgeprodukte zurückgehen.

Untersuchungen haben gezeigt, daß nach dem Reaktorunfall von Tschernobyl alpine Höhenstufen besonders stark radioaktiv kontaminiert wurden. Im alpinen Bereichen werden Radionuklide von der Vegetation aufgenommen. Die Flachgründigkeit der Böden sowie langsamer Abbau der organischen Substanz bewirken eine hohe Persistenz künstlicher Radionuklide innerhalb alpiner Ökosysteme, besonders die langlebigen Isotope 90Sr und 137Cs. Der radioaktive Fallout wurde im Gasteinertal anhand von - Flechten am Stubnerkogel - studiert und deren Ergebnis veröffentlicht.
Der Unfall im Kernkraftwerk von Tschernobyl am 26. April 1986 verursachte mehr als 10 Tage lang hohe Aktivitäten in die Atmosphäre (UMWELTBUNDESAMT 1986). Die erste radioaktive Wolke erreichte Österreich am 30. April. Heftiger Regenfall machte das Bundesland Salzburg zu den am stärksten belasteten Gebieten in Westeuropa (WHO 1986, STEINHÄUSLER et al. 1988). Nach Schätzungen russischer Experten wurden bei dieser Katastrophe 1 bis 2 × 10E18 Bq (10E18 = Trillion) frei. Strontium-90 entwich zu 4 %, Caesium-137 zu 13 % und Jod-131 zu 20 %. Die leichtflüchtigen Edelgase entwichen fast zu 100 % (UMWELTBUNDESAMT 1986). Der Aktivitätsanteil der beiden relativ langlebigen Cäsiumisotope 137Cs und 134Cs stieg innerhalb von drei Jahren von 10% auf 90% (NIEMANN et al. 1989). Radiocäsium ist somit die wichtigste Größe bei der Beurteilung der längerfristigen Folgen des Reaktorunglücks von Tschernobyl.
Strontium (90Sr) hat eine physikalische HWZ von 28 Jahren und eine sehr lange Verweildauer im Knochen (wird wie Calcium in den Knochen eingebaut), wodurch eine langdauernde Strahlenbelastung gegeben ist. Die aktuelle Strahlenbelastung von 137Cs ist deutlich höher. Das in der Umwelt gefundene Plutonium entstammt zu über 99% dem "fall out" überirdischer Atombombenversuche der 50er und 60er Jahre. Plutoniumisotope (entstehen bei Kernwaffenexplosionen und in Kernkraftwerken) haben beim Zerfall durch die energiereiche alpha-Strahlung krebserzeugende Wirkung.

Radonbelastung der Umgebungsluft durch Thermalwasser

Die etwa 4,6 Millionen Liter Wasser, welche alle genützten Quellen pro Tag liefern, enthalten insgesamt 183 mCi Radon. Schon bei der Fassung der Quellen tritt Radon in die Atmosphäre über und weiter in den Kurhäusern, doe das Thermalwasser als Bäder anbieten. So weist der Radongehalt des Sammelwassers der Gemeinde um 13,5 nCi/Liter auf, die Grabenbäckerquelle gar knapp 47 nCi/l. Im Gebiet der Thermalwasserquellen in Bad Gastein entweichen somit mehr als die Hälfte des vorhandenen Radons, was eine hohe Radonkonzentration in diesem Gebiet hervorruft.
Zahlreiche Einzelmessungen im Gebiet haben höchst unterschiedliche Radonkonzentrationen in der Luft ergeben. In Vorräumen und Badekabinen der Kurhäuser in Bad Gastein wurden in der Raumluft 40 bis 90 pCi/l gemessen mit Maxima bis 150 pCi/l. In Aufenthalts- und Schlafräumen hingegen meist unter 10 pCi/l. Freiluftmessungen im Bereich der Thermalursprungsquellen ergaben 2,6 bzw. in Badbruck immer noch 0,8 pCi/l. (Durchschnitt liegt bei 0,1-0,2 pCi/l über dem Festland).
Der Gehalt der Luft an Zerfallsprodukten des Radon (Rn → RaA → RaB → RaC → RaC') geht nicht konform mit dem Radongehalt. Das Verhältnis Radon : Zerfallsprodukte schwankt außerordentlich. Die Zerfallsprodukte des Radons (Rn) stehen in Badezimmer und Vorräumen in einem Verhältnis von Rn : RaA : RaB : RaC von 1 : 0,8 : 0,6 : 0,3 bzw. in Aufenthaltsräumen von 1 : 0,6 : 0,3 : 0,15.
Freiluft-Messungen 1,5 m über Gras ergaben ein Verhältnis Rn : RaB von 1 : 0,6.
Der mittlere Thorongehalt im Freien betrug 0,56 pCi/l bei einem ThB-Gehalt von 0,0024 pCi/l. In der Halle der Unterwasser-Therapiestation wurde in der Luft im Mittel 15 pCi/l Thoron und 0,018 pCi/l ThB gemessen. Dieser relativ hohe Tn-Gehalt stammt aus dem Thermalwasser, welches dem Therapiebecken ständig zugeführt wird. Der Gehalt des Trinkwassers an Ra226 beträgt im Mittel lediglich um 6 pCi/l, das sind nur 6% der maximal zulässigen Ra-Konzentration (100 pCi/l).
Quelle: Festschrift, F. Scheminzky, Dez. 1969 - Die Strahlenbelastung der Bevölkerung von Badgastein von Egon Pohl und Johanna Pohl-Roling
Anm.: Radon (Rn), Thoron (Tn, Rn-220), Radium A (RaA, Po-218), Radium-B (RaB, Pb-214), Radium-C (RaC, Bi-214), Radium-C' (RaC', Po-214), Thorium-B (ThB, Pb-212).

Weiterführende und verwandte Themen :
• Umwelt - Boden - Schwermetalle
• Umwelt - Radioaktivität - Radionuklide
• Umwelt - Klima - im 20. Jh.

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Anmerkung: Die Textstelle des Kernkraftwerkunfalles von Tschernobyl wurde dem Umweltbericht des Austrian Research Centers Seibersdorf 2001 - die Daten der Radonbelastung in Bad Gastein der Festschrift, F. Scheminzky: "Die Strahlenbelastung der Bevölkerung von Badgastein" von Egon Pohl und Johanna Pohl-Roling, Dez. 1969 - entnommen. Beschreibung und Interpretation ohne Gewähr.

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