Luftionisation
Als Luftionisation wird die technische Anreicherung der Luft durch Ionen bezeichnet.
Ein sehr geringer Teil der in der Luft kursierenden Moleküle – die Anzahl liegt in der Größenordnung von 1.000 je m3 – sind nicht elektrisch neutral, sondern sind Ionen, weisen also eine positive oder negative Ladung auf. Streng genommen entstehen stets Ionenpaare gegensätzlicher elektrischer Ladung. Ionen in der Luft können sich nicht ewig halten, da sie allmählich rekombinieren und somit verschwinden oder an Oberflächen haftenbleiben. Um eine konstante Konzentration von Ionen in der Luft zu halten, müssen diese konstant nachgeliefert werden. Die natürliche Radioaktivität führt auf Meereshöhe zur konstanten Bildung von etwa 5–10 Ionenpaaren pro Kubikzentimeter Luft pro Sekunde.
Typische Luftionen sind Wassercluster von etwa 8 bis 14 Wassermolekülen um ein Sauerstoff- oder ein Stickstoffatom, dem ein Elektron fehlt (+ Ladung). Typische negative Ionen sind Wassermoleküle um ein negativ gelades Sauerstoffatom mit einem zusätzlichen Elektron (- Ladung).
Die Konzentration an Luftionen hängt stark von der Anwesenheit von Aerosolen und Luftschadstoffen ab. In reiner Luft liegen einige hundert Ionen pro Kubikzentimeter vor, in verschmutzter Luft kann dieser Wert auf ein Zehntel des Reinluftwertes absinken. Bei hoher Aerosolkonzentration nimmt zwar die Konzentration an Luftionen ab, allerdings bleibt das Verhältnis von negativen Ionen (Anionen) zu positiven Ionen (Kationen) dabei gleich. Das Verhältnis beträgt etwa 1,2.
Luftionisation und Gesundheit
Den Luftionen wird gelegentlich sowohl eine gesundheitsfördernde als auch eine gesundheitsschädliche Wirkung beigemessen. Bereits kurz nach ihrer Entdeckung begannen sich Spekulationen um ihre gesundheitliche Bedeutung zu verbreiten. Häufig wird behauptet, dass vor allem negativ geladene Moleküle vorteilhaft für die Gesundheit seien. Im englischen Sprachraum bürgerte sich dazu der Begriff des "Negative-Ion Myth" ein[1]. Vereinfacht: negative Ionen sind gut, positive Ionen sind schlecht. Dem widerspricht etwas die Beobachtung, dass Luft im Gebirge etwa 3-4 mal mehr positive Luftionen enthält als negative, und dennoch allgemein als angenehm und heilsam empfunden wird. Auch ist Luft vor einem Gewitter mit mehr negativen Ionen angereichert (durch das elektrische Feld von Gewitterwolken) als nach einem Gewitter. Dennoch wird die Luft vor einem Gewitter häufiger als "stickig" und belastend empfunden als nach einem Gewitter (wobei hier vor allem die Luftfeuchte eine Rolle spielt).
Im Deutschland der dreissiger Jahre des 20. Jahrhunderts waren negative Luftionen populär in der Behandlung von Krankheiten wie Asthma oder Bronchitiden. Die Patienten mussten die Luftionen direkt einatmen. Anekdotisch wurden zu dieser Zeit Wunderheilungen durch negative Luftionen berichtet. Allerdings stellte sich später durch Untersuchungen heraus, dass die gemeinten Luftionisatoren gar nicht in der Lage waren negative Luftionen zu produzieren, da sie keine Hochspannungsquelle zur Ionisation besassen.
Aktuell (2012) werden Ionisatoren genannte Geräte angeboten, die den Anteil an Ionen in der Luft erhöhen, vor allem den Anteil an Sauerstoffionen. Mit den Geräten soll man angeblich
- Wetterfühligkeit bzw. Föhnbeschwerden lindern,
- Reizbarkeit, Schlaflosigkeit, Kopfschmerzen, Müdigkeit und Depressionen lindern,
- die Leistungsfähigkeit steigern und
- Asthma sowie Bronchitis bessern können.
Zum Glauben an positiv zu bewertende negative Luftionen trug ein Wissenschaftler namens Krueger bei, der ab 1957 die Angabe veröffentlichte, dass positive Luftionen die Beweglichkeit von Zilien in den oberen Luftwegen beeinträchtigen würden, was nach der Hypothese dazu führte dass Fremdkörper und Sekrete schlechter aus der Nasenhöhle entfernt würden[2][3]. Negative Luftionen hätten hingegen die gegensätzliche Wirkung. Andere Forscher konnten die Beobachtung nicht reproduzieren, dennoch hält sich der Krueger-Mythos teilweise noch bis heute obwohl spätestens 1971 (Andersen) endgültig gezeigt wurde dass der Effekt nicht existiert.[4]
Behauptete positive Wirkungen von negativ geladenen Luftionen wurden bis heute nicht wissenschaftlich glaubhaft bewiesen. Grund dafür mag sein, dass die geladenen Moleküle kaum über die Atemluft in die Bronchiolen gelangen. Sie werden nämlich in der Regel bereits im Nasen-Rachen-Raum abgeschieden und entladen. Es treffen maximal 5 Ionen pro cm2 Lungenoberfläche auf, die spätestens dort entladen werden. Es wird häufig behauptet, dass bei bestimmten Wetterlagen die Konzentration an Ionen besonders hoch sei. Aber bisher konnte noch keine Studie diese Behauptung untermauern.
Die Beliebtheit der Ionisatoren erklärt sich aus einem banalen Effekt. Nach Einschalten des Ionisators baut sich innerhalb von Sekunden eine Raumladung von einigen kV/m Feldstärke auf. Dadurch wird die Eliminationsgeschwindigkeit von (Rauch-)partikeln etwa verdoppelt. Als Folge bilden sich Schmutzfilme an den Zimmerwänden und an geerdeten Einrichtungsgegenständen. Gleichzeitig wird durch die Geräte Ozon in nicht unerheblicher Menge produziert, nämlich bis zu 1011 Ozonmoleküle pro cm3. Diese Ozonkonzentration, die aber nur in der direkten Umgebung des Ionisators die genannten Werte erreicht, kann vom Menschen wahrgenommen werden und wird als "frische Luft" empfunden.
In letzter Zeit werden Luftionenkonzentrationen auch mit der besonderen Form der Depression, der saisonal abhängigen SAD, in Zusammenhang gebracht. Bei einer Studie des Departments of Psychology der Hollins Universität in Roanoke (Virginia) mit 73 Frauen über einen Zeitraum von fünf Jahren wurde festgestellt, dass eine hohe Dichte negativer Ionen einen positiven Effekt bei der saisonalen Depression ("Winterdepression") haben könnte, die Wirkung war jedoch geringer als bei der Lichttherapie, aber höher als bei der Plazebobehandlung. Der Unterschied zum Plazebo war jedoch nicht signifikant.[5]
Luftionenkonzentrationen schwanken auch natürlicherweise mit den Jahreszeiten.
Technische Anwendungen
Bestimmte Luftionisatoren die sowohl Anionen wie auch Kationen freisetzen, werden zur Herabsetzung statischer Elektrizität eingesetzt und sind als "ESD ioniser" bekannt.
Geschichtliches
Bereits 1796 hatte Coulomb beobachtet, dass völlig isolierte Ladungsträger ihre Ladung allmählich verlieren, wenn sie der Luft ausgesetzt sind. Erst gegen Ende des 19. Jahrhunderts wurden bewegliche Ionen in der Luft nachgeweisen (Elster, Geitel und C.T.R. Wilson). Diese wurden zu Recht als Effekt des spontanen radioaktiven Zerfalls von Isotopen angesehen. Heute ist bekannt, dass auch kosmische Strahlung zur Luftionisation beiträgt.
Auf den Russen Alexander Chizhevsky geht wohl der erste Luftionisator im Jahre 1918 zurück (Chizhevsky Chandelier).
Weblinks
Siehe auch
Quellennachweise
- ↑ http://www.ce-mag.com/archive/02/11/mrstatic.html
- ↑ AP Krueger and RF Smith, Proceedings of the Society of Experimental Biology 96 (1957): 807–809.
- ↑ AP Krueger, PC Andriese, and S Kotaka, International Journal of Biometeorology 7 (1963): 3–16.
- ↑ I Andersen, Mucociliary Function in Trachea Exposed to Ionized and Non-Ionized Air (Aarhus, Denmark: Akademisk Boghandel, 1971)
- ↑ http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20381162
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