Ganz oben

Forschen mit Aussicht

Schönheit und Zerfall begegnen den Forschern am höchstgelegenen Arbeitsort Deutschlands: der Zugspitze. Mithilfe von Schnee in Plastikeimern und ein paar Kugeln erforschen sie hier die kosmische Strahlung. Eine Reportage

Der Weg zur Arbeit führt Kerstin Hürkamp und Werner Rühm heute heraus aus der überhitzten Stadt: Schon bald tauchen hinter der Autobahn Richtung Süden die Alpen auf, als graue, nach hinten gestaffelte Silhouette. Das helle Grün des jungen Sommers säumt den Wegrand, an Wiesen und Heuschobern vorbei geht es bis zum Eibsee. Dort gibt ein Hinweisschild auf Japanisch und Deutsch die Richtung an: Zugspitze. In der Seilbahn knipsen Touristen das Azurblau des Eibsees, die Schneereste, die in den Felsritzen noch dem Sommer trotzen, und sich selbst. „Top of Germany“ steht auf einem Hinweisschild, und das ist nicht der einzige Superlativ hier oben: Schließlich beherbergt die Zugspitze auch Deutschlands höchstgelegenen Biergarten, Deutschlands höchstgelegene Kapelle, Deutschlands größten Gletscher. Und „den schönsten Arbeitsplatz Deutschlands“, wie Kerstin Hürkamp findet, wenn sie von der Aussichtsplattform aus nach unten schaut. „Wie Urlaub“ sei das, hat sie ihrem Chef mal gesagt, „aber das mochte der gar nicht so gerne hören.“



Das Wort „zeitlos“ fällt einem ein beim Blick aufs Wettersteingebirge, aber es ist hier oben vollkommen fehl am Platz. Denn vielleicht nirgendwo sonst in Deutschland hinterlässt die Zeit so tiefe Spuren. Da liegt der Südliche Schneeferner: ein ehemaliger Gletscher, der längst sein Nährgebiet verloren hat, ein „Toteis“. Daneben der Nördliche Schneeferner, der bis vor zwei Jahren mit reflektierenden Folien bedeckt wurde, um sein Abschmelzen zu verlangsamen. Auch damit ist jetzt Schluss; in 30 Jahren wird er vermutlich ganz verschwunden sein. Ein paar Schneeraupen betreiben gerade „Snow Farming“, sie schieben Schnee auf engen Raum zusammen, um dessen Abschmelzen zu verlangsamen und ihn im Winter, wenn die Skifahrer anrücken, wieder ausbringen zu können.

Zoom Kerstin Hürkamp vor dem Gipfelkreuz der Zugspitze. Bild: A. Unger

Irgendwie passend, dass sich die promovierte Geologin Kerstin Hürkamp und der Physikprofessor Werner Rühm hier oben, wo sich Schönheit und Zerfall begegnen, ebenfalls mit Zerfall beschäftigen - wenn auch mit einer ganz anderen Art davon. Ihnen geht es um die Auswirkungen der etwa beim Zerfall radioaktiver Atomkerne entstehenden ionisierenden Strahlung auf Mensch und Natur. Wir fahren mit einer kleinen Seilbahn vom Zugspitzplatt hoch zur Umweltforschungsstation Schneefernerhaus. Es ist ein ehemaliges Hotel aus den 30er Jahren, dessen acht Stockwerke sich an den Fels schmiegen. Viele Male ist es um- und ausgebaut worden, jede Zeit hat ihre Spuren hinterlassen: den holzvertäfelten kleinen Aufzug, den Jungendherbergscharme der neu eingerichteten Übernachtungszimmer, die blauen, zweckmäßigen Linoleumböden in den Laboren, die neu verlegten Eichböden im Konferenzsaal. Im zweiten Stock liegt das Labor des Helmholtz Zentrums München, große Plastikeimer stehen dort in einer Ecke. Immer wenn es frisch geschneit hat, holt Kerstin Hürkamp mit ihnen den Neuschnee von der Messterrasse herein. Anschließend schmilzt er und kommt in den Rotationsverdampfer. Was Hürkamp vor allem interessiert, sind die radioaktiven Stoffe, die er enthält.

Denn wenn sich radioaktives Material in der Luft befindet, wäscht der Regen es zu Boden - die so genannte Deposition. Mithilfe von Modellen lässt sich präzise berechnen, wie schnell eine wie große Menge niedergeht. Das ist wichtig, wenn zum Beispiel nach der Freisetzung radioaktiver Stoffe in kurzer Zeit verlässliche Aussagen über die Kontamination gemacht werden müssen. Was aber, wenn es nicht regnet, sondern schneit? "Das war bisher ein unbearbeiteter Pfad der Radioökologie", sagt Kerstin Hürkamp. Dabei holt Schnee noch mehr radioaktives Material auf den Boden als Regen.

Um den Prozess zu verstehen, muss Hürkamp genau hinschauen: Wie viel Schnee fällt in wie kurzer Zeit? Was ist seine Temperatur? Woher weht der Wind? Wie ist der Schnee beschaffen? Vor allem die Form der einzelnen Flocken ist wichtig. Denn je größer deren Oberfläche, umso mehr Radionuklide nehmen sie auf. Deshalb unterscheidet Hürkamp die Kristallformen: Um ein "dendritisches Ereignis" handelt es sich, wenn sechsarmige Kristalle fallen. Um ein "Mischereignis", wenn mehr als die Hälfte der Flocken anders aussehen, etwa wie nadelige Kristalle.

Dabei hilft ihr ein 2D-Video-Distrometer, das auf der Messterrasse des Schneefernerhauses steht. Es handelt sich um einen metallenen, oben offenen Zylinder, in den die Schneeflocken fallen. Sie werden von zwei versetzt angebrachten Laserkameras gescannt, so dass für jede einzelne Flocke zwei zweidimensionale Bilder entstehen. Eine vom Helmholtz Zentrum München neu entwickelte Software analysiert diese und bestimmt die Art des Schnees. Aus Bildern und Messwerten berechnet Hürkamp, welche Kontamination auf die Erde schneit.

Zoom Neutronenfalle: Im Innern der „Kugelalm“ misst Werner Rühm mit kugeligen Neutronenspektrometern einfallende Neutronen. Bild: A. Unger

Wichtig ist all das auch in Hinblick auf den Klimawandel. Denn erstens entstehen Extremereignisse wie Schneestürme häufiger als früher, und sie sind, nun ja: extremer. Und zweitens können auch spät im Jahr noch Schneefälle auftreten. "Hier auf der Zugspitze haben wir 2013 erst Anfang Juni die höchste Schneehöhe erreicht", sagt Hürkamp. Also zu einer Zeit, in der unten im Tal längst Kühe grasten und das Korn auf den Feldern wuchs. Wenn zu dieser Zeit nach einer radioaktiven Frei­setzung der Schnee die Radionuklide zu Boden wäscht, kann er größeren Schaden anrichten. Auch Gebirgsbäche und Trinkwasser können kontaminiert werden, wenn das erste Schmelzwasser unfiltriert ins Tal rinnt.

Dies führt zur zweiten Frage der Forscher auf der Zugspitze: Wie wirkt Strahlung auf den Menschen? Kerstin Hürkamp und Werner Rühm interessieren sich dabei vor allem für die so genannte sekundäre Strahlung. Sie entsteht, wenn kosmische Teilchen, etwa ein Proton aus dem Weltall, auf andere treffen, etwa einen Sauerstoffkern. Dieser zerplatzt und setzt Ionen und Neutronen frei - die sekundäre Strahlung.

Etwa die Hälfte der auf der Erde ankommenden Strahlendosis geht auf die Rechnung von Neutronen. Auf dem Schneefernerhaus können sekundäre Neutronen der kosmischen Strahlung gemessen werden - und zwar nicht nur ihre Zahl, sondern auch ihre Energie, also die Geschwindigkeit, mit der sie unterwegs sind.

Rühm steht auf der Messterrasse in einem winzigen Holzhaus. Es sieht aus wie ein extrem hohes, steiles Dreieckszelt. Warum die Wissenschaftler das Gebäude "Kugelalm" nennen, zeigt sich in seinem Inneren: Dort sind auf halber Höhe 15 weiße, kugelförmige Neutronendetektoren verschiedener Größe angebracht. Jede Kugel registriert Neutronen, die mit unterschiedlich viel Energie auf die Detektoren einprasseln.

Jeder Mensch nimmt pro Jahr durch kosmische Strahlung eine Dosis von etwa 300 Mikrosievert auf - das ist rund sechsmal weniger als durch medizinische Anwendungen wie Röntgen. Es gibt aber große Schwankungen: Flugpersonal ist deutlich höheren Strahlungsdosen ausgesetzt. Das Helmholtz Zentrum München hat ein Programm entwickelt, mit dem sich die Dosis von Flugpersonal errechnen lässt - sie variiert je nach Flughöhe, -dauer und -route. Unter anderem nutzen die Lufthansa und Air France dieses Programm. Hier oben lassen sich die damit errechneten Werte überprüfen.

Zoom Blick von oben auf den Eibsee. Bild: Andreas Unger

In Zukunft sollen aber auch Krebspatienten von den Erkenntnissen der Zugspitzen-Forscher profitieren. Um das zu erklären, spannt Werner Rühm einen großen Bogen von der Messung sekundärer kosmischer Strahlung zu sekundärer Strahlung bei Krebstherapien: Protonen strahlen nicht nur ungerichtet aus dem Weltall, sondern können sich in einem Beschleuniger bündeln und dann gezielt auf Tumore richten lassen, deren Zellen dadurch zerstört werden. Das wird zum Beispiel in München an der Rinecker Klinik praktiziert. Allerdings fällt bei dieser Behandlung auch unerwünschte sekundäre Strahlung an: Die Protonen treffen auf Gewebe und lösen dabei Neutronen heraus - so wie es auch passiert, wenn kosmische Strahlung auf die Atmosphäre trifft. Diese Neutronen wandern durch den Körper, treffen dabei auf DNA und beschädigen sie. Das kann Krebs verursachen - vielleicht erst zehn oder zwanzig Jahre nach der ersten Therapie. Mittlerweile treten bei immer mehr Langzeitüberlebenden Spätschäden wie zum Beispiel Sekundärtumore auf. "Wie groß das Risiko dafür ist, wird erst seit Kurzem diskutiert", sagt Werner Rühm. "Wir aber können die Dosis der sekundä-ren Strahlung mit den Methoden, die wir auf dem Schneefernerhaus entwickeln und anwenden, tatsächlich messen." Irgendwann, so das Ziel, werden die möglichen Auswirkungen simulierbar und damit prognostizierbar sein: "Wir werden das Risiko, dass sekundäre Tumoren entstehen, quantifizieren können."

Zoom Schnee erwünscht. Die Messterasse mit der "Kughelalm". Bild: M.Neumann / Schneefernerhaus

Draußen auf der Messterrasse, wo Rühms „Kugelalm“ und Hürkamps Distrometer stehen, geht der Blick hinaus auf das Wettersteingebirge. Manchmal, erzählt Hürkamp, steht sie um fünf Uhr morgens aus ihrem Bett im Schneefernerhaus auf, macht sich einen Kaffee, schnappt sich einen Stuhl und wartet auf die eine Minute, in der die Sonne kurz davor ist, über die Gipfel zu klettern.

In der sie nur ihre roten Strahlen vorausschickt aufs Bergmassiv. Alpenglühen heißt das, aber das ist untertrieben. Eigentlich sieht es aus, als stünde alles in Flammen. Es ist ein Ereignis, das anders ist als alle Ereignisse, die sie und Rühm in ihrem Forscherleben verfolgen, anders als Störfälle, Mischereignisse, Bestrahlungen. Es ist vorhersehbar, aber nicht reproduzierbar, längst erklärt, im Grunde vollkommen trivial, geradezu banal. Aber einzigartig. Jedes Mal wieder.





Das Schneefernerhaus

Auf Deutschlands höchstgelegener Forschungsstation sind drei Helmholtz-Zentren vertreten: Vom Helmholtz Zentrum München arbeiten Forscher des Instituts für Strahlenschutz und des Departments für Umweltwissenschaften auf der Zugspitze. Wissenschaftler vom Institut für Meteorologie und Klimaforschung des Karlsruher Instituts für Technologie erkunden die Verteilung von Wasserdampf in der Atmosphäre. Dazu schießen die Wissenschaftler kurze Lichtpulse aus einem Laser senkrecht nach oben und messen, in welcher zeitlichen Abfolge das Licht aus der Atmosphäre zurückgestreut wird. Wasserdampf ist einer­seits das wichtigste Treibhausgas und deshalb mit verantwortlich für die Klimaerwärmung, andererseits trägt er zur Bildung von Wolken und Niederschlag bei, was auch kühlende Effekte haben kann. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt ist ebenfalls auf der Zug­spitze vertreten, und zwar mit dem Deutschen Fernerkundungsdatenzentrum, dem Institut für Methodik der Fernerkundung und dem Institut für Physik der Atmosphäre. Darüber hinaus forschen der Deutsche Wetterdienst, die LMU München, die Max-Planck-Gesellschaft, die TU München, das Umweltbundesamt, die Uni Augsburg, der Freistaat Bayern und wechselnde Forschungspartner im Schneefernerhaus.



www.schneefernerhaus.de/forschung





07.07.2014 , Andreas Unger