Czym jest jonizacja powietrza?

Jonizacją nazywamy proces w którym atom nabywa lub traci ładunek elektryczny. Tym ładunkiem jest elektron. 
Efektem jonizacji w aspekcie klimatycznym jest posiadanie ładunku przez cząsteczki tworzące powietrze, takie jak np. tlen czy cząsteczki pary wodnej. Cząsteczki wykazujące dowolny ładunek nazywamy jonami. W odniesieniu do powietrza bardziej precyzyjnym określeniem jest termin aerojony, występujący w literaturze przedmiotu i rozpowszechniony w literaturze angielskiej (air ions, airborne ions). Sam elektron posiada ładunek ujemny, wobec czego cząsteczki pozbawione jednego lub więcej elektronów wykazują przewagę ładunku dodatniego. Analogicznie, cząsteczki posiadające nadmiarowy elektron są nośnikami ładunku ujemnego. Odpowiednia koncentracja aerojonów, a więc naładowanych cząstek powietrza (zarówno o dodatnim, jak i ujemnym ładunku), decyduje m.in. o właściwościach elektrycznych powietrza, wpływa na koagulację pary wodnej i szereg naturalnych zjawisk w otaczającej nas atmosferze. Do tych zjawisk należą wyładowania atmosferyczne, kataliza samooczyszczania, i wiele innych. Liczne badania prowadzone z użyciem właściwych technik, a których szczytowy rozwój przypadał na lata 1960-80, doprowadziły do wniosku, że powietrze z wysoką koncentracją aerojonów jest charakterystycznym elementem bioklimatu terenów nieuprzemysłowionych, takich jak obszary lasów i, przede wszystkim, gór, a zatem miejsc, w których ludzie na ogół czują się lepiej. 

Ważnym faktem, na ogół nie wspominanym w powielanych opracowaniach paranaukowych, jest zawężenie wspomnianych badań do tzw. lekkich jonów. Działo się tak przede wszystkim z powodu stosunkowo prostych, nie sprawiających wielkich trudności technik pomiarowych, wystarczających do pomiarów tej grupy jonów, czego nie można powiedzieć o miernictwie dużych, ciężkich jonów. Aerojony te charakteryzuje nikła ruchliwość elektryczna, która w przypadku bardzo dużych jonów o niewielkim ładunku kształtuje się poniżej tzw. ruchliwości krytycznej przyjmowanej w najbardziej czułych miernikach jonów. Również wytwarzanie aerojonów lekkich jest procesem łatwiejszym.

Lekkie oraz ciężkie jony powietrza - aerojony

W przyrodzie istnieje wiele rodzajów aerojonów. Różnią się nie tylko polaryzacją (dodatnie i ujemne), ale również - w zależności od tego z jakiego rodzaju cząsteczek się składają - budową. Istnieje również klasyfikacja według wielkości - lekkie, średnie, ciężkie; niektóre źródła klasyfikują dodatkowo bardzo ciężkie aerojony. Jony są w ciągłym ruchu - zderzają się ze sobą i z neutralnymi cząstkami powietrza, przekazują sobie pęd i ładunek, mogą wymieniać swój skład chemiczny. Pod wpływem pewnych czynników jony ciężkie (duże) mogą rozpadać się na szereg mniejszych, a jony lekkie (małe) grupować się, przekształcając tym samym w cięższe, większe aerojony. W tworzeniu się ciężkich jonów bardzo dużą rolę odgrywa woda zawarta w powietrzu, którym oddychamy. Niewidoczne dla oka kropelki pary wodnej składają się z cząsteczek H2O, które ze względu na to, że są dipolami elektrycznymi (cząsteczkami dwubiegunowymi), mają silne właściwości polarne i chętnie tworzą wiązania zwłaszcza w obecności aerojonów, grupując się wokół nich. Powstają w ten sposób bardzo trwałe klastery molekularne, które można określić mianem hydrojonów. Hydrojony występują w ogromnej większości przy wodospadach i terenach nadmorskich, zatem w miejscach rozbijania, spieniania wody. Powstają też podczas kąpieli z użyciem prysznica. Duże jony powstają też na skutek asocjacji mniejszych jonów wokół zanieczyszczeń istniejących w powietrzu, co ma pewne znaczenie w samooczyszczaniu powietrza.

W szczytowym okresie badań nad wpływem aerojonizacji na otoczenie przeważał pogląd, że wyłącznie aerojony lekkie mogą oddziaływać na organizm. Jednakże krytyka optymistycznych wyników tych badań ujawniła, że wpływ aerojonów tej grupy jest znikomy. Duża ruchliwość lekkich aerojonów powoduje, że ich zdolność przenikania do dolnych dróg oddechowych jest nikła, a właśnie stamtąd należałoby oczekiwać ich potencjalnego wpływu. Jak pokazują niektóre raporty, choć jeszcze w nosie i gardle retencja tych naładowanych cząsteczek powietrza może wynosić około 30 procent, to już w pęcherzykach płucnych zaledwie 0,04 procenta (Bailey, cytowany przez I. Martinac, 1993a). We współczesnym, dostępnym w języku polskim naukowym opracowaniu tej tematyki zauważono zatem, że "należy oczekiwać przesuwania się zainteresowania w stronę badań nad jonami średnimi i ciężkimi, które są zdolne do wnikania do dolnych dróg oddechowych człowieka" ("Jonizacja Powietrza W Środowisku Życia I Pracy" Z. J. Grabarczyk, wyd. Centralny Instytut Ochrony Pracy).

Parę faktów o jonizacji powietrza

Obecność jonów ujemnych jest przyjazną człowiekowi częścią jonizacji. Trzeba jednak uczciwie zwrócić uwagę, że przekonanie takie u większości propagatorów jest bardziej wynikiem powielania opinii, niż wyrażania autorytatywnego poglądu. Podobnie jest z przekonaniem, że proste jonizatory powietrza przywracają naturalny i korzystny bilans jonów. Wynika to być może z faktu, że z punktu widzenia komercyjnej sprzedaży wspomnianych urządzeń, głębsze informacje nie są na ogół potrzebne potencjalnemu nabywcy. Ciekawe, że efektem pracy firm wnikliwie podchodzących do tematu zdrowego powietrza były nieraz urządzenia wytwarzające aerojony obu znaków, choć nie były pozbawione wad takich jak uboczna produkcja ozonu i tlenków azotu. Rzetelna wiedza w temacie, którego problematykę pragniemy przybliżyć, zachęcając tym samym do poznania naszego produktu, prowadzi do przekonania iż wpływ aerojonizacji na zdrowie wciąż jest kwestią otwartą. Przykładowo, większość reklamówek dotyczących jonizacji powietrza, prezentowanych chociażby w internecie, nie wspomina o raportach z których od początku jasno wynikało, że zmniejszenie różnych dolegliwości i związana z tym poprawa samopoczucia u niektórych ludzi nie następowały, a większość optymistycznych wyników badań wysuwanych przez takie autorytety jak Krueger i Sulman zostało zanegowanych przez pozostałych znanych badaczy, takich jak Kröling, Reiter i Martinac* 

Warto wspomnieć o tym z dwóch powodów. 
Po pierwsze, nabywcy prostych urządzeń jonizujących spotykają się często z rozczarowaniem, co przekłada się na brak skutecznej rekomendacji nie tylko samych urządzeń, ale - co gorsza - dezinformację co do wartości ujemnych jonów w otoczeniu. 
Po drugie, wszelkie badania przeprowadzano pod kątem tzw. lekkich jonów powietrza, które były wytwarzane za pomocą wyładowania koronowego. Na tej zasadzie działają niemal wszystkie jonizatory powietrza dostępne dziś na rynku (jonizator ostrzowy). Tymczasem niektórzy badacze, już w początkach badań nad jonizacją powietrza sugerowali, że należałoby poświęcić uwagę dużym, ciężkim jonom, występującym w przyrodzie (fachową publikacją szeroko i obiektywnie omawiającą w języku polskim dorobek światowych badań nad wpływem jonizacji jest "Jonizacja Powietrza W Środowisku Życia I Pracy" wydana przez Centralny Instytut Ochrony Pracy, Z.J. Grabarczyk). 

Część sugestii wysuwanych w temacie zawiera informację, że jony cięższe mogą znacznie głębiej wniknąć do dróg oddechowych i z łatwością wywołać wszelkie pożądane reakcje, przypisywane, poniekąd na wyrost jonom lekkim. 

Zasadność tych uwag może potwierdzać lepsze samopoczucie ludzi w okolicach, gdzie tworzą się duże, ciężkie jony, przede wszystkim w procesie rozbijania wody. Wielu ludzi odczuwa orzeźwienie wdychając powietrze blisko wybrzeża lub fontanny. Nie jest to związane jedynie z odczuwaniem wilgoci, bowiem uczucie takie następuje nawet w okolicach wzmożonej wilgotności względnej powietrza. 

Aerojony w takich miejscach tworzą się głównie wskutek rozrywania cząsteczek wody. Zachodzi tu proces określany jako efekt Lenarda, zgodnie z którym podczas rozrywania kropelek wody mniejsza z rozerwanych części ładuje się ujemnie. Mniejsze kropelki dyfundują na większą odległość, tworząc przestrzenną przewagę ładunku ujemnego. Ze względu na duże rozmiary i niewielki ładunek, te naturalne hydrojony nie posiadają dużych energii. W efekcie Lenarda powstają również duże krople ze sporym ładunkiem, ale statystycznie największe szanse na długi czas życia mają niewidzialne krople o optymalnym stosunku wielkości do ładunku. W obecności pola elektrycznego są prawie zupełnie obojętne. Oznacza to, że pole elektryczne nie nadaje im kierunku (nie na poziomie znaczącym). Aerojony lekkie, również te wytwarzane sztucznie na drodze wyładowania elektrycznego, mają dokładnie odwrotne parametry. Ze względu na swoją ruchliwość nie docierają do płuc, lecz są deaktywowane w kontakcie ze ściankami górnych dróg oddechowych.

Jony o niskiej energii, a więc jony o dużej masie i małym ładunku, tzw. jony ciężkie, mają w powietrzu nieporównywalnie mniejsze prędkości niż jony powstające w popularnych jonizatorach. Ich ruch wynika w zasadzie wyłącznie z zawirowań powietrza, nie zaś z oddziaływania elektrostatycznego. Oznacza to, że naprawdę duży jon ujemny, jeśli jego ładunek jest niewielki, może utrzymywać się bardzo długo w powietrzu. Transport takiego aerojonu głęboko do pęcherzyków płucnych, gdzie następuje zdeponowanie ładunku, nie stanowi żadnego problemu. 

Ten rodzaj jonów bezpośrednio można wytworzyć wprowadzając do powietrza elektrony, których energia kinetyczna znajduje się poniżej progu jonizacji. Nie jest to możliwe przy zastosowaniu wyładowania koronowego, jak to ma miejsce w popularnych jonizatorach, gdyż warunkiem istnienia tego wyładowania jest przekroczenie tej wielkości. 
Potrzebne jest urządzenie zdolne uwolnić do powietrza elektrony o możliwie najniższej energii tak, aby nie następował proces jonizacji zderzeniowej, natomiast same elektrony poprzez odpowiednio ukształtowane pole elektryczne mogły zostać odchylone w stronę cząsteczek powietrza, przez które zostaną wychwycone. Zaletą braku jonizacji zderzeniowej są wciąż niskie energie kinetyczne jonów pierwotnych, do których szybko dołączają kolejne dipole H2O, formując duże klastery. 
Ponieważ w powietrzu zawsze istnieje pewna koncentracja pary wodnej, uwolnienie elektronów o niskiej energii sprzyja tworzeniu czystych jonów ujemnych, podobnych do tych, jakie tworzą się w obfitości przy naturalnych spadach wody i morskich wybrzeżach.