Das geophysikalische Standortproblem der Solitärbäume
Teil 3: Ein Testbaum, der einen Neutronen-Teilstrahl abbildet


H.-D. Langer, Niederwiesa

zur Veröffentlichung eingereicht bei der Zeitschrift Veröffentlichungen des Museums für Naturkunde Chemnitz

Kurzfassung

In den Teilen 1 und 2 wurde der Begriff Neutronotropie eingeführt und anhand der sternförmigen Kreuzung von Neutronen-Flächenstrahlen der eigentliche Standort des Solitärbaumes hergeleitet. Bei gestörter Oberfläche der Erdkruste und infolge ihrer kristallinen und vorkristallinen Gebirgsbestandteile kommt es gemäß der Wellenoptik auch zur Ausbildung von Neutronen-Teilstrahlen. Ein anschauliches Beispiel soll im vorliegenden Beitrag die heftigen Reaktionen eines Solitärs (Testbaum) auf dieses scheinbar unbedeutende Phänomen aufzeigen. Der Autor hofft, sein fundamentales Anliegen damit besonders verständlich darzulegen.

1 Einleitung

Sir James Chadwick (1891-1974) hat seine Originalveröffentlichung zum erstmaligen Nachweis des Neutrons in der Zeitschrift „nature“ des Jahres 1932 mit einem Fragezeichen versehen, sinngemäß: Habe ich wirklich? Inzwischen ist gut bekannt, dass freie Neutronen aufgrund natürlicher Kernprozesse auch aus der Erde in unseren Lebensraum eintreten. Allerdings ging man bisher von einer eher räumlich gleichmäßigen Neutronenverteilung in der Biosphäre aus. Der Autor glaubt hingegen, die Feinstruktur (Strahlen) des natürlichen terrestrischen Neutronenfeldes entdeckt zu haben (und nimmt dafür gern viele Fragezeichen in Kauf). Insbesondere wurden an Bäumen, auch per Neutronen-Messung, u.a. dramatische Flucht-, Abwehr- und Untergangsreaktionen (Neutronotropie) genau dort beobachtet, wo irdische Neutronenstrahlen auf das ansonsten robuste, aber eben ortsgebundene Lebewesen treffen, H.-D. Langer (1997) und (1998). Die heftige neutronotrope Reaktion ist nicht unerwartet, denn z.B. gerade die die Lebewesen ausmachenden Atomkerne des Wasserstoffs, Stickstoffs und Kohlenstoffs weisen besonders hohe Wirkungsquerschnitte auf, und zwar um so mehr, je langsamer (energieärmer) die Neutronen sind, und die terrestrische Neutronen-Hintergrundstrahlung besteht immerhin zu mindestens 70% aus langsamen Neutronen, B. M. Kuzhevskij (2001).

Aus Veröffentlichungen der biophysikalischen Forschung und medizinischen Praxis (Neutronen-Tumortherapie) seien ergänzend folgende Sätze zitiert:

Schon eine einzige Einfangreaktion (beschädigt die Desoxyribonukleinsäure im Zellkern so stark, dass die Zelle abstirbt.“ M. Lindinger (1998),

Ein Photon (Röntgenstrahl) führt in der Zelle zu einer sehr lockeren Ionisation. Ein Neutron verursacht dagegen im Zellkern sehr viele, dichte Ionisationspunkte und damit auch mehr Schäden.“ Ch. Streffer (2002),

Im Vergleich zu konvetionellen Strahlen - gemeint ist Röntgen- und Gammastrahlung - erzeugen Neutronen wesentlich mehr nicht oder schwer reparierbare DNS-Veränderungen (Doppelstrangbrüche).“ M. Molls (2002).

Zudem ist der sogenannte effektive Qualitätsfaktor des Neutrons (heute 10 bis 20 im Vergleich zu 1 für Röntgen- und γ-Quanten), der gemäß internationalen Strahlenschutzverordnungen das biologische Schädigungspotential wichtet, in der Forschung umstritten. Wahrscheinlich wird man ihn noch wesentlich heraufsetzen müssen.


2 Strukturmodell der Neutronenstrahlen

Der Autor geht davon aus, dass die Neutronenstrahlen durch die Realstruktur der Erdkruste formiert werden. Insbesondere greift die Modellvorstellung von geführten Neutronenwellen zwischen je zwei (in diesem Sinne aktiven) planparallelen Rissen, H.-D. Langer (1998). Die entsprechenden Moden des ungestörten Neutronenwellenleiters stellen sich somit in der Biosphäre als parallele, meist annähernd senkrecht stehende Flächenstrahlen dar. Die felsige Erdkruste weist jedoch in ihrem oberen Bereich eine mehr oder weniger stark zerrüttete Oberflächenschicht auf, die z.B. im sächsischen Erzgebirge zwischen 0 bis 50 m dick und mit der sogenannten Oxydationszone identisch ist. Somit können durch Streuung, Brechung und Reflexion, die sogar vielfach sein kann, auch sehr unterschiedlich geformte Teilstrahlen mit beliebiger Ausrichtung auftreten, s. Bild 1.
Da gemäß Modellvorstellung im Untergrund grundsätzlich kohärente Neutronenstrahlung ansteht, sind auch Teilstrahlen kohärent. Man hat daher insgesamt in Verbindung mit dem kristallinen bzw. vorkristallinen Charakter der Gebirgsmineralien zudem mit Beugungseffekten zu rechnen, so dass sich gemäß der Streutheorie, B. K. Weinstein (1956), die entsprechenden Interferenzfiguren in der Biosphäre als sehr feine Punkt-, Strich- und Ringreflexe (bzw. Bogenteile davon) mit wiederum beliebiger Neigung gegen die Erdoberfläche einstellen können. Auf weitere speziellere Effekte wird hier nicht eingegangen.

Kohärente Wellen sind in der Atmosphäre relativ stabil, doch wirkt u.a. die Neutronenstreuung am Stickstoff und am Wasserdampf der Luft, so dass man so manche biologische Reaktion infolge der Neutronenbelastung auffälliger in den untersten Schichten der Atmosphäre (z.T. sogar sehr bodennahe) beobachtet.


3 Der Testbaum

Die Neutronotropie der Bäume ist wie die Geo- und die Fototropie ein artenübergreifendes Phänomen, H.-D. Langer (1997). Um dies besonders zu unterstreichen, wird der hier diskutierte Baum als Testbaum bezeichnet. Aus der Sicht der biologischen Wirkung der an seinem Standort anstehenden Neutronenstrahlen ist es in erster Näherung also völlig gleichgültig, ob es sich um eine Eiche, Buche, Linde oder einen anderen Baum handelt.

Der Testbaum, s. Bild 2 a bis c, steht am Lehrpfad im Sabaurwald (Teil des Reinhardswaldes) nordöstlich von Hofgeismar in der Entfernung von einigen Hundert Metern von der Info-Tafel, die man leicht vom zuständigen Parkplatz an der Strasse zwischen der Sababurg und Beberbeck findet.

Im klassischen Sinne, z.B. H. J. Fröhlich (2000) und S. Kühn u.a. (2002), würde man den absterbenden Baum als hohlen Hochzwiesel mit starken Borkenverlusten sowie hohem Stammspalt und einigen weiteren kleinen Stammlöchern bezeichnen. Im Hohlraum fällt eine große nach innen gewachsene Beule (auch Knolle bzw. Baumkrebs genannt) auf.

Der Testbaum wurde bisher in keiner Veröffentlichung als irgendwie auffällig erwähnt, zumal er im Team vieler markanter Bäume des ehemaligen Hutewaldes förmlich unter geht. Und doch ist er mit dem kapitalen Stammdurchmesser von 2,3 bis 2,5 m einer der Baumriesen, die den Sabaurwald prägen.

4 Meßtechnik und -verfahren

Für die Messungen wurde das batteriebetriebene Gerät Szintomat 6134 (Firmenlogo automess) eingesetzt, das eigentlich für Gamma-Messungen optimiert ist. Obgleich es sich um eine ältere, von der Wismut GmbH nur bis 1997 geeichte Bauart handelt, ist es für Relativmessungen sehr gut geeignet, und es besteht der große Vorteil in Form der Analoganzeige. Dadurch kann man kurzfristige Gamma-Schwankungen beobachten und trotzdem visuell einen mittleren Ablesewert angeben. Außerdem sind dem kontinuierlichen Verlauf abrupte Spitzen des Zeigerausschlags überlagert, die nicht nur Gammaschauer, sondern auch einzelne bzw. gruppierte Neutronen zur Anzeige bringen, die in den Messraum gelangen. Dies ist eine bekannte Eigenschaft von Szintillationsmeßgeräten.

Der Zeiger folgt der Stärke der Messimpulse aufgrund seiner Trägheit nur bedingt. Man muss also auch sein kurzes Zucken zählen. Allerdings lassen sich Impulse mit mehreren überlagerten Spitzen (höhere Teilchenenergie oder Teilchen-Schauer) relativ gut visuell von Einzelereignissen unterscheiden, so dass man entsprechend verfälschte Zählungen wiederholen kann.

Es ist ein weiterer Vorteil der Konstruktion, dass man zwar Gammaimpulse und Neutronen trotz innerer Abschirmung bei fest stehendem Gerät von überall her registrieren kann, doch zeichnet sich die Messkopfachse eben wegen in dieser fehlender Abschirmung als die Richtung höchster Empfindlichkeit aus (z.B. Faktor 6 mit einer 2g-Pechblende-Probe). Dadurch können selbst ohne Schienenstativ Strahlrichtungen grob abgetastet werden.

Zur Unterscheidung Gamma-/Neutronensignal beim Zählen der Spitzenausschläge wird sich einfach der Tatsache bedient, dass Gammastrahlung in der Natur mit derart feiner Strahlform, wie sie im gegebenen Zusammenhang vorkommt, nicht vereinbar ist.

Ungeachtet dessen hat der Autor Vergleichsuntersuchungen mit der Neutronensonde LB 6411 (Äquivalentdosisleistung) der Firma EG&E Berthold durchgeführt. So wurden Neutronen-Äquivalentdosisleistungen von ca. 250 bis 550 nSv/h in Neutral- und 1700 bis 2250 nSv/h in Strahlbereichen gemessen, H.-D. Langer (1998).

Die natürliche Gamma-Dosis ist bei Ausschluss von zivilisatorischen Kontaminationen bekanntlich regional sehr unterschiedlich. Der Autor stellte nicht nur im bekannten deutschen Nord-Süd-Gefälle z.T. große Unterschiede fest (mit dem Szintomat 6134: 1 bis 30 μSv/h), was z.B. mit der Granitart und -verteilung des Untergrundes zusammenhängt.


5 Der Standort aus kernphysikalischer Sicht

Wohl noch nie wurde die lokale Verteilung der natürlichen Gamma- und Neutronenstrahlung unter dem Aspekt vermessen, dass ein darin stehender Baum gewissermaßen ihre Abbildung darstellt. Für das geübte Auge zeichnet sich der o.g. Baum jedoch gerade dahingehend als außerordentlich charakteristisch aus. Deshalb wurde er ja auch als Testbaum ausgewählt.

Die Gammaverteilung ist gemäß Bild 3 im Umkreis einiger Meter starken örtlichen und zeitlichen Schwankungen unterworfen, doch zeichnete sich in beliebiger radialer Richtung ein deutliches Minimum am Baumstandort ab. Die γ-Dosis im Inneren der Baumhöhle lag über Minutenzeiträume unterhalb der Nachweisgrenze (Dmin < 1 μSv/h). Man stellte nur gelegentlich eine ablesbare Anzeige fest. In einem Abstand von ca. 5 m waren dagegen Messwerte von 2 bis 6 μSv/h zu beobachten.

Zählte man die überlagerten Anzeigespitzen (als Neutronenereignisse), so standen 10 bis 25 pro Minute im Außenbereich etwa 5 bis 12 pro Minute im Inneren der Baumhöhle gegenüber. Die Zählung der Anzeigespitzen im Inneren der Baumhöhle war wesentlich erleichtert aufgrund des kaum störenden niedrigen γ-Pegels. Es ist anzumerken, dass bei diesen Messungen der Bereich der Stammöffnungen (Spalt, Löcher) absichtlich gemieden wurde.

Ordnete man dagegen das Gerät gemäß der schematischen Zeichnung im Bild 5 zwischen Stammloch und Beule axial ausgerichtet an, so konnte man gut reproduzierbar „starke Einzelimpulse“ in zeitlicher Folge von mehr als 20 pro Minute entlang der strichpunktierten Linie (und nur entlang dieser) feststellen. Man hatte somit einen Neutronenstrahl entdeckt.


6 Reaktionen des Testbaumes auf den Neutronenstrahl

Der Strahl trifft mit einer Neigung von ca. 55o den Stamm im unteren Bereich ziemlich genau mittig. An der Eintrittsstelle in etwa 50 cm Höhe hat der Baum ein beidseitig spitz zulaufendes ovales Stammloch, s. Bild 2 b und Bild 4.

Bei diesem Spätstadium im Lebensalter des Baumes kann man sicherlich nicht entscheiden wie dieses Loch im Detail entstanden ist (z.B. durch adaptive Reaktion oder nachträgliche Neutronenerosion). Hilfreich sind hier jedoch Vergleiche mit ebenso betroffenen jüngeren Bäumen. Es spricht jedenfalls vieles für eine sehr frühe adaptive Reaktion bzw. sogar eine solche „von Anfang an“. Im gegenwärtigen Zustand ist der Lochrand wulstartig sauber umwallt.

Das zweite Stammloch, s. Bild 2 c, befindet sich exakt in Strahlrichtung auf der Gegenseite des Hohlstammes. Es wird aus der Sicht des Neutronenstrahls jedoch genau durch die Beule verdeckt. Das Stammloch befindet sich am Ansatz eines Astes, dessen Stumpfreste man in Bild 2 a noch erkennt.

Beulen findet man an der Peripherie von Bäumen einzeln bzw. in Gruppen recht oft, was auch bekanntlich deren sagenhafte Knorrigkeit ausmacht. Seltener sind sie - wie im gegebenen Fall entsprechend Bild 2 c - im Inneren von Hohlstämmen bekannt, zumal in diesen großen Abmessungen. Der Radius des halbkugelförmigen Gebildes beträgt immerhin ca. 25 cm. Auf die interessanten Details der strahlseitigen Beulenoberfläche wird hier nicht weiter eingegangen, obgleich sie im allgemeinen wichtige „Abbildungen“ der Intensitätsverteilung innerhalb des Strahlquerschnittes sind. Nur eines sei angemerkt: Im Querschliff von Beulen findet man an Jahresringe erinnernde Vielschichtstrukturen. Die Schichtdicke (z.B. 0,5 mm) ist jedoch in der Regel sehr viel kleiner als die mittlere Jahresringbreite des betreffenden Baumes. Ähnliches trifft übrigens für die geschilderten Randwülste zu, wie sie sich in den Bildern 2 a und 4 gut sichtbar abzeichnen.

Der gemäß Bild 2 etwa 3 m hohe und bis 30 cm breite Stammspalt, dank dessen man sich in die Stammhöhle zwängen kann, endet nach oben im Ansatz des Hochzwiesels. Der Stamm hat an dieser Stelle eine tiefe Furche entwickelt. Neben leichtem Drehwuchs zeichnet sich zudem einseitig neben dem Spalt eine breite Fläche (ca. 20 % der Gesamtoberfläche) ab, von der sich die „Lebenszone“ des Baumes mitsamt der Borke bis zu einer Wulstbegrenzung zurückgezogen hat. Deutlich erkennbar sind dem im Kronenbereich Totäste zuzuordnen.

Der Hohlstamm mit einem Durchmesser von etwa 2,4 m hat nur noch Wanddicken von 10 bis 20 cm. Dafür liegt am Boden der Baumhöhle und außen im Umfeld des Stammspaltes eine große Menge von braunem Mulm, s. Bild 2 b.


7 Schlußfolgerungen

Es ist in Anbetracht der gemäß Abschnitt 1 verheerenden Wirkung von Neutronen auf Zellen bzw. deren Bestandteile müßig, die Reaktionen des Testbaumes im Bereich des entdeckten Neutronenstrahls nicht auf diesen zurück zu führen. Eine Erklärung im Sinne klassischer Fachargumente schlägt ohnehin fehl, da sie - zumindest in der offensichtlichen Wirkungskette - ohnehin in der Fachliteratur fehlen.

Deshalb fasst der Autor die Beobachtungen im Strahlbereich noch einmal, jetzt allerdings mit neutronotroper Bewertung, zusammen:

1. Der Baum „flüchtete“ am Auftreffpunkt durch Ausbildung eines Stammloches (Fluchtreaktion). Man muss also davon ausgehen, dass die Öffnungsform den Strahlquerschnitt mit einem umlaufenden Sicherheitsabstand (neutronotrop) nachbildet.

2. Am Austrittspunkt befand sich ein Ast, der den Neutronenbeschuss offensichtlich nicht überlebt hat (Untergangsreaktion).

3. Vermutlich nachträglich hat sich an dieser Stelle eine große merkwürdig strukturierte Beule gebildet.

Zum Pkt. 3 ist eine bereits in der älteren Fachliteratur anzutreffende Anmerkung wichtig: Bäume mit Beulen (bzw. „Baumkrebs“) könnten demnach deutlich älter werden als gleichzeitig in Nachbarschaft aufgewachsene. Logisch folgt schon einmal daraus eine Schutzfunktion der Beule für den Baum.

Aus der Sicht der Neutronenphysik wäre Absorption von Neutronen sicher nicht die optimale Dauerlösung für Lebewesen. Sehr viel günstiger erscheinen z.B. Reflexion bzw. Streuung, wodurch zwar nicht die freien Neutronen, jedoch der Strahl und damit die hohe lokale Neutronendichte beseitigt wären. Es ist wahrscheinlicher, dass die Natur diesem Schutzphänomen den Vorrang gab. Dafür spricht übrigens die Schichtstruktur in der Baum-Beule. In der technischen Neutronenphysik sind Dünnschicht-Stapelanordnungen zur Neutronen-Streuung und -Reflexion klar favorisiert, worüber z.B. die TU Wien (2003) im Internet berichtet. Zudem scheinen zahlreiche kleine Beulenstrukturen oberhalb des Stammloches 2 (und oberhalb der wachsenden großen Beule) auf die seitlich nach oben gestreuten bzw. reflektierten Neutronen hinzuweisen.

Noch deutlicher mag diesen Sachverhalt einer der mit ca. 12 m Stammumfang mächtigsten Bäume von Deutschland zum Ausdruck bringen, die Wolframslinde zu Ried im Bayerischen Wald. Bei der Betrachtung des Fotos in Bild 6 gewinnt man nämlich den Eindruck, dass nur noch Beulen übrig geblieben sind. Im Umkehrschluss folgt somit wieder ein ziemlich effektives Schutzkonzept der Beulen. Aufgrund der auch an diesem interessanten Objekt durchgeführten Neutronen-Messungen ist sich der Autor sicher, jede Beule liegt im Fokus von mindestens einem Teilstrahl. Ohne (Neutronen streuenden) Beulenschutz wäre auch dieses gewaltige Lebewesen schon längst Geschichte.

Der Autor möchte an dieser Stelle noch bemerken, dass er viele der anderen Merkmale des Testbaumes bis hin zur Einstufung als Solitärbaum im Sinne von H.-D. Langer (1997) und (1998) - es sei z.B. an das örtliche Gammaminimum erinnert - auf Neutronotropie zurückführt, genau so übrigens wie das Phänomen Wolframslinde.

Aufgrund der Vielfalt von Flächen- und Teilstrahlen, die die Feinstruktur des Neutronen-Feldes der natürlichen terrestrischen Kernstrahlung in der Biosphäre ausmachen, sind mit den bisherigen Veröffentlichungen des Autors die beobachteten neutronotropen Effekte bei Bäumen nur im Ansatz verarbeitet.
Dieser dritte Teil der Abhandlung über Neutronotropie sollte jedoch in möglichst einfacher Weise ein sehr einprägsames, möglichst überzeugendes Beispiel zeigen.

Für den Autor sind Bäume das anschaulichste lebende Referenzsystem, welches durch seine Reaktionen das terrestrische Neutronenfeld „abbildet“. Dadurch sollte jedoch nicht der Eindruck entstehen, dass es sich nur um ein Problem der Bäume handelt. Alle anderen Lebewesen, insbesondere auch die mobilen sind betroffen, denn das Neutron „kennt“ im wesentlichen nur Atomkerne, worin im biologischen Material kaum Unterschiede bestehen. Schließlich hat der Mensch z.B. im Baby-Laufgitter, am Computerarbeitsplatz und im Bett ebenfalls lang anhaltende Ruhephasen. Unter Neutronenbeschuss kann es früher oder später zu Ausfällen oder Schäden im körpereigenen Reparatursystem kommen, und Krankheit bzw. Untergang nehmen ihren Lauf.

Bildanhang

Bild 1:
In der Zeichnung wird aus einem Flächenstrahl (Neutronenmode zwischen zwei planparallelen Erdkrustenrissen als Wellenleiter) an zwei Rissflächen in der zerklüfteten Oberflächenzone ein Teilstrahl durch Zweifachreflexion separiert, um dann schräg in die Biosphäre zu treten. Der Teilstrahl im Ganzen ist oval und enthält fächerförmig ein Büschel von Einzelstrahlen. Die dargestellten Flucht- und Untergangsreaktionen der Bäume sind u.a. im Neutronengarten zu Niederwiesa in der Natur zu beobachten.



Bild 2 a:
Der Stamm des Testbaumes zeigt insgesamt leichten Drehwuchs und auf der linken Seite einen Aststumpf mit der (hier nicht sichtbaren) Beule auf der Innenseite. Man erkennt auch die Wulstbegrenzung der borkenfreien Oberfläche als Zeichen eines längerfristigen adaptiven Arrangements.



Bild 2 b:
Die tiefe Stammfurche (linke Fläche ohne Borke) endet in einem Spalt, durch den man in die große Baumhöhle gelangt. Oberhalb des Messgerätes erkennt man ein ovales Stammloch und am Boden feuchten bzw. trockenen Mulm.



Bild 2 c:
Gegenüber vom Spalt befindet sich das Astloch 2, das von einer Beule zur Hälfte überwuchert worden ist. Bemerkenswert sind die reale Ausformung der Beulenoberfläche und kleine Beulenstrukturen oberhalb des Stammloches.



Bild 3:
Die Skizze zeigt qualitativ die Verteilung der γ-Dosis am Standort des Baumes.



Bild 4:
Das Stammloch 1 ist umlaufend mit einem Wulst umgrenzt.



Bild 5:
Schematische Messanordnung zum Nachweis eines Neutronen-Teilstrahls in der Baumhöhle.

Messanordnung zum Neutronennachweis

Bild 6:
Die Wolframslinde in Ried im Bayerischen Wald besteht eigentlich nur noch aus Beulen. Die Messungen bestätigen es, der Baum wird von sehr vielen Neutronen-Strahlen getroffen, die ihn förmlich „zersiebt“ haben.







Literatur

Langer, H.-D. (1997): Das geophysikalische Standortproblem der Solitärbäume
Teil 1: Ergebnisse systematischer Naturbeobachtungen - Veröff. Mus. Naturk. Chemnitz, 20: 115-132; Chemnitz


Langer, H.-D. (1998): Das geophysikalische Standortproblem der Solitärbäume

Teil 2: Neutronotropie - Meßergebnisse und Modellvorstellungen - Veröff. Mus. Naturk. Chemnitz, 21: 84-96; Chemnitz

Kuzhevskij, B. M. (2001): Nucleonics-based monitoring of the ecological environment balance of the earth crust and lower atmosphere - Sonderdruck aus dem Moskauer Institut für Kernphysik: 1-11; Moskau

Lindinger, M. (1998): Neutronentherapie auch in Europa - Frankfurter Allgemeine Zeitung v. 28.1.98, 23: N1

Streffer, Ch. (2002): Tumortherapie mit Neutronen: Experimentelle Grundlagen - in Sonderdruck „Forschung mit Neutronen“ der TU München: 11-18

Molls, M. (2002): Neutronen in der Tumortherapie - in Sonderdruck „Neue Forschungs-Neutronenquelle Garching“ der TU München: 72-80

Weinstein, B. K. (1956): Strukturnaja Elektronografia. Moskwa (Akademia Nauk SSSR)

Fröhlich, H. J. (2000): Alte liebenswerte Bäume in Deutschland. Buchholz (Cornelia Ahlering Verl.)

Kühn, S. u.a. (2002): Deutschlands alte Bäume. München (BLV Verl.)

TU Wien (2003):
www.ustem.tuwien.ac.at/angebot/duenne/index_de.html











F.M.

19.01.2003