Dr hab. Henryka Czyż, prof. WSIiZ

Profesor Uczelni w Katedrze Kognitywistki i Modelowania Matematycznego. Jej zainteresowania naukowe koncentrują się wokół: mechaniki teoretycznej i akustyki fizycznej oraz zastosowań ultradźwięków w inżynierii medycznej. Jest autorką prac w znaczących czasopismach naukowych: Archives of Acoustics, Acustica, Acta Acustica, Acta Physica Polonica, J.A.S.A. (The Journal of the Acoustical Society of America) oraz monografii, kilku rozdziałów w monografiach polsko- i angielskojęzycznych.

W ciągu ostatniego stulecia akustyka zmieniła charakter i znaczenie, od wąskiego działu fizyki obejmującego dźwięki słyszalne przez ucho ludzkie do nauki interdyscyplinarnej, związanej z bardzo odległymi od siebie dyscyplinami, które mają kluczowe znaczenie dla wielu dziedzin współczesnej techniki. Akustyka okazuje się istotna również w rozwiązywaniu problemów związanych z zanieczyszczeniami środowiska.

Otaczają nas aerozole, a smog również do nich należy

Prawie wszystkie gazy, z którymi spotyka się człowiek w swojej praktycznej działalności, zawierają pewną ilość zawieszonych drobnych pyłów ciała stałego lub kropelek cieczy, czyli stanowią aerozole. W obecnej dobie do atmosfery przenikają różne cząstki fazy rozproszonej. W przyrodzie istnieją naturalne źródła zanieczyszczeń (wybuchy wulkanów, pożary lasów), ale główną ich przyczyną są wypuszczane do atmosfery przez zakłady przemysłowe trujące gazy i pyły.

Przemysł – siła napędowa rozwoju cywilizacji – przyczynia się do zniszczenia środowiska i zagrożenia zdrowia, życia człowieka. Wdychane przez nas powietrze atmosferyczne zawiera zwykle niewielkie (biorąc pod uwagę ciężar) ilości pyłów, drobnych cząstek ciała stałego. Jednakże w gęstych dymach fabryk i kopalń zawartość pyłów sięga kilku gramów na 1 [m3] i więcej. W dużych miastach tworzy się z tego powodu nad ziemią smog. Jego nazwa powstała z połączenia angielskich wyrazów: smoke – dym i fog – mgła. Jest to mieszanina mgły, spalin samochodowych, oraz pyłów i gazów wydobywających się z kominów fabrycznych. Smog występuje często na obszarach Polski.

Naturalne aerozole oraz duża ilość aerozoli przemysłowych unoszące się w atmosferze, stanowią zagrożenie dla przyrody i zdrowia człowieka, są one przyczyną wielu chorób. Szkodliwemu działaniu aerozoli podlegają zarówno mikroorganizmy i rośliny, jak i wszystkie organizmy żywe, które przez układ oddechowy wprowadzają aerozole do wewnątrz.

Kolejne wyzwanie: czysta woda

Stopień cywilizacji i rozwój kultury ma ścisły związek ze stanem przyrody i środowiska naturalnego. Poważnym niebezpieczeństwem jest wyczerpywanie się naturalnych zasobów, w tym również czystej wody. Jej brak, uderza w podstawy gospodarki, a także przekreśla możliwość przebiegu wszelkich procesów życiowych, dlatego uważany jest słusznie za jeden z najpoważniejszych problemów w obecnej dobie. Problem czystości wody wiąże się także bezpośrednio ze stanem i utrzymaniem gleby. Racjonalny sposób rozwiązania tych trudności polega na ochronie istniejących naturalnych zbiorników wodnych, źródeł wody pitnej, przy równoczesnym usuwaniu istniejących zanieczyszczeń.

Co z ochroną środowiska ma wspólnego akustyka?

Akustyczny monitoring środowiska naturalnego polega na stosowaniu i wykorzystywaniu akustycznych urządzeń i rozwiązań do likwidacji zanieczyszczeń powietrza i wód. Obejmuje działania zmniejszające koncentrację szkodliwych aerozoli w powietrzu, ale również zapewnienie czystości wody w środowisku naturalnym. Tu warto zaznaczyć, że to, o czym piszę, dotyczy płynów, czyli gazów i wody. W fizyce gazy i ciecze obejmuje się wspólną nazwą „płynów”.

W polu akustycznym czyli w ośrodku, w którym rozchodzi się fala akustyczna, ruch cząstek rozproszonych (np. pyły, zanieczyszczenia w powietrzu lub w wodzie) zostaje przyśpieszony. Powoduje to wzrost szybkości koagulacji. Koagulacja jest to proces polegający na łączeniu się drobnych cząstek rozproszonych w powietrzu lub w wodzie w większe agregaty. Agregacja zaś jest to łączenie się mniejszych cząstek w większe, które można innymi już metodami odseparować z ośrodka.

W życiu codziennym wielu z nas ostatnio korzysta lub zastanawia się nad zakupem różnego rodzaju „oczyszczaczy powietrza” czy „jonizatorów powietrza” powietrza. Urządzenia te działają na różnych zasadach fizycznych, a dobiera się je w zależności od rodzaju i rozmiaru zanieczyszczeń. Te, o których mowa w tym artykule, działają wykorzystując energię pola akustycznego, czyli energię fal akustycznych. Są one wykorzystywane do usuwania zanieczyszczeń o bardzo małych rozmiarach, rzędu mikrometrów. Dla takich właśnie rozmiarów zanieczyszczeń metody akustyczne oczyszczania są najbardziej skuteczne.

Organizacje międzynarodowe zajmujące się ochroną środowiska naturalnego zwracają uwagę na fakt, że szczególnie groźne dla przyrody i zdrowia człowieka są aerozole i zawiesiny pyłów drobnych, czyli o średnicach mniejszych od kilku mikrometrów. Metody akustyczne okazują się w tym przypadku bardzo przydatne, są najbardziej efektywne dla takich właśnie rozmiarów cząstek. W procesie akustycznej koagulacji zwiększeniu ulega średnia wielkość cząstek, co zmniejsza toksyczność aerozolu i ułatwia dalsze oczyszczanie innymi metodami. Z tego względu metody akustyczne odpylania gazu, ale również oczyszczania wody są bardzo ważne, a w wielu przypadkach niezastąpione.

Akustyczny monitoring środowiska wiąże się z problemami niezwykle złożonymi, których rozwiązanie wymaga zarówno nakładów finansowych jak i wysiłków badawczych, które są ciągle podejmowane. Wyniki badań akustyki fazy rozproszonej można wykorzystać i zastosować w projektowaniu i wykonaniu urządzeń technicznych umożliwiających zachowanie lub przywrócenie równowagi przyrodniczej i przeciwdziałanie zanieczyszczeniu środowiska. Można optymistycznie prognozować, że akustyka będzie użyteczna w rozwiązywaniu problemów ochrony środowiska naturalnego.