Czy dźwięk trąbki może być zabójczy? A konkretniej – czy muzyk chory na covid-19 może zainfekować innych muzyków (lub słuchaczy), grając na tym instrumencie? Na jaką odległość można się zbliżyć do puzonu? Te pytania mogą się wydać błahe, ale nie dla Ministerstwa Nauki i Kultury Dolnej Saksonii, który to urząd z prośbą o zbadanie tej sprawy zwrócił się do Eberharda Bodenschatza, szefa Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation w Getyndze.
Są rządy i samorządy, które już myślą o otwieraniu oper i teatrów. Dyrektorzy tych instytucji zastanawiają się, czy próby prowadzić jeszcze zdalnie, czy już fizycznie – a jeśli fizycznie, to w jakich warunkach. Żeby mogli zastanawiać się inteligentnie, muszą znać stopień zagrożenia, jaki niesie ze sobą użycie instrumentów, zwłaszcza dętych, w które, jak sama nazwa wskazuje, muzyk dmie wszystkim, co ma w płucach – także koronawirusem. Chodzi też o transmisję drogą wokalną, czyli o ryzyko złapania wirusa na skutek przebywania obok aktywnych zawodowo śpiewaków i śpiewaczek.
Filtr na flet
Bodenschatz jest fizykiem specjalizującym się w badaniach turbulencji – w biologii, geofizyce, hydrodynamice, medycynie. Teoretykiem i doświadczalnikiem. Jak wielu innych naukowców, tak i on uległ w ubiegłym roku „kowidyzacji”, czyli zdecydował o przestawieniu zwrotnicy swoich badań na te związane z pandemią.
Wykorzystał wiedzę na temat procesów formowania się chmur w wysokich warstwach atmosfery do modelowania i mierzenia dynamiki aerozolu, w którym unoszą się wiriony SARS-CoV-2. Badał zarówno drobiny duże (do jednego milimetra średnicy), które powstają na ustach, jak i naprawdę małe (rzędu setek nanometrów), które wydychamy bezpośrednio z płuc.
Zespół Bodenschatza dął systematycznie w tuby, puzony, klarnety, flety, rogi i saksofony o przeróżnej konstrukcji. Rejestrował strumienie aerozoli opuszczające ich wnętrza. Okazało się, że instrumenty dęte stwarzają zagrożenie realne i porównywalne do tego związanego z przebywaniem w pobliżu osoby śpiewającej – czyli wysokie (o czym za chwilę).
Szczęśliwie można temu problemowi zaradzić. Prosty filtr z materiału znanego z masek FFP2 w niemal stu procentach eliminuje ryzyko rozsiewania wirusów po sali prób czy koncertowej. Filtr taki, założony na instrument, nieznacznie tylko zmienia jego głośność i brzmienie. Ogromnym zaskoczeniem dla Niemców było odkrycie, że nucenie melodii jest równie niebezpieczne, co zwykły śpiew.
Czytaj także: Maseczek lepiej nie zdejmować
Głoska na szminkę
Bodenschatz prowadził i prowadzi nie tylko badania okołomuzyczne – także kompleksowe, związane z generalną dynamiką aerozoli zawierających patogeny. Od marca 2020 r. wzięło w nich udział ponad 140 ochotników. Przy okazji Bodenschatz unowocześnił powszechnie używane stare i nie do końca adekwatne matematyczne modele ryzyka infekcji w zamkniętych pomieszczeniach.
Zespół niemieckiego fizyka – we współpracy z badaczami z dwóch lokalnych instytutów medycznych – opracował opartą na tej nowej metodzie symulacji aplikację, która pozwala możliwie precyzyjnie oszacować ryzyko związane z przebywaniem w jednym pomieszczeniu z osobami zainfekowanymi. Można ją znaleźć w sieci.
Kolejnym zaskoczeniem naukowców z Getyngi było odkrycie, że oddychanie przez usta jest mniej więcej jednakowo groźne, co przez nos. Krzyk okazał się natomiast gorszy niż kaszel, co wynika również z tego, że krzyczy się zwykle dłużej, niż kaszle. Bodenschatz przyglądał się też temu, jak na „infekcyjność” krzyczącego wpływa dobór głosek. Badał np. okrzyki takie jak „Tor” i „Goal”, które, jak się okazało, przenoszą sto razy większy ładunek wirusa niż zwykłe oddychanie. Przy czym spółgłoska „t” jest szczególnie wirusonośna.
Czytaj także: Fonetyka rozsiewania wirusów
Przy okazji: Manouk Abkarian z University of Montpellier i Howard Stone z Princeton University, którzy także badali „właściwości” spółgłosek, udowodnili niedawno, że w ograniczeniu liczby większych cząstek aerozolu wydobywających się z człowieka pomaga tłusta szminka lub pomadka ochronna do ust. Mowa o czynniku 4., a może nawet 5., co oznacza, że pomadka jest realnym środkiem w ograniczaniu pandemii. Większe drobiny śliny zawierają więcej cząstek wirusa. Mają też większy zasięg niż mniejsze.
Walka o wiatrak
Bodenschatz badał też turbulencje kowidowego aerozolu w większych skalach. Maike Pfalz z portalu naukowego pro-physik.de zapytała tego fizyka o jeden z żelaznych punktów każdej konwersacji sezonu 2020/2021, czyli skuteczne metody wentylacji pomieszczeń. Odpowiedzi brzmią może nieco trywialnie, ale są podbudowane solidnym, nowoczesnym modelem matematycznym, wieloma godzinami symulacji i dziesiątkami żmudnych doświadczeń:
- Jeśli chcemy się spotkać z rodziną, wietrzmy porządnie pomieszczenie przez 10 min co każde 20 min. To powinno wystarczyć, mówi Niemiec.
- Jeśli siłownie i centra fitness wyposażone są w wydajne filtry, powinny być otwarte. Bodenschatz sam używa podobnych w swoim laboratorium (oczyszcza 3500 m sześc. na godz.) i to wystarcza.
- Jeśli chcemy otwierać szkoły, wyposażmy je koniecznie w wentylację mechaniczną, np. zastępując jedno okno w klasie panelem z wentylatorem. Poleganie na samych różnicach ciśnień czy wietrze zdaje egzamin tylko w warunkach surowej zimy. Oczyszczacze powietrza to kiepski pomysł, dodaje Bodenschatz, bo konieczna częsta wymiana filtrów jest po prostu bardzo kosztowna.
- Uwagi powyższe dotyczą też wind. Wind należy unikać, mówi niemiecki fizyk. Znaczenie ma nie tyle ich rozmiar, ile zwykle niemal całkowity brak wentylacji. Wystarczyłby mały wiatraczek w drzwiach – ale zwykle go tam nie ma.
Podsumowując: Wiatrak w każdej klasie (i windzie). Maska na każdej twarzy (FFP2 zatrzymują 99,9 proc. cząstek zawierających wirusy, nawet zwykła tkanina jest pięć razy lepsza niż nic). Fizycy mówią, że tyle wystarczy, by jakoś dociągnąć do lata i odporności stadnej.
Czytaj także: Naturalna odporność stadna? Niebezpieczne i nieuzasadnione