Ультрафиолетовые лучи солнечного света: факты и рекомендации. Солнечная радиация

Солнце играет важную роль для нас на Земле. Оно обеспечивает планету и все, что на ней находится важными факторами, такими как свет и тепло. Но что такое солнечное излучение, спектр солнечного света, как все это влияет на нас и на глобальный климат в целом?

Что такое солнечная радиация?

Плохие мысли обычно приходят на ум, когда вы думаете о слове "радиация". Но солнечная радиация на самом деле очень хорошая вещь - это солнечный свет! Каждое живое существо на Земле зависит от него. Он необходим для выживания, согревает планету, обеспечивает питание для растений.

Солнечное излучение - это весь свет и энергия, которые исходят от солнца, и есть много различных его форм. В электромагнитном спектре различают различные типы световых волн, излучаемых солнцем. Они похожи на волны, которые вы видите в океане: они перемещаются вверх и вниз и из одного места в другое. Спектр солнечного изучения может иметь разную интенсивность. Различают ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное излучение.

Свет - движущаяся энергия

Спектр солнечного излучения образно напоминает клавиатуру пианино. Один ее конец имеет низкие ноты, в то время как другой - высокие. То же самое относится и к электромагнитному спектру. Один конец имеет низкие частоты, а другой - высокие. Низкочастотные волны являются длинными в течение заданного периода времени. Это такие вещи, как радар, телевизор и радиоволны. Высокочастотные излучения - это высокоэнергетические волны с короткой длиной. Это означает, что длина самой волны очень коротка для данного периода времени. Это, например, гамма-лучи, рентгеновские и ультрафиолетовые лучи.

Вы можете думать об этом так: низкочастотные волны похожи на подъем на холм с постепенным поднятием, в то время как высокочастотные волны похожи на быстрый подъем на крутой, почти вертикальный холм. При этом высота каждого холма одинакова. Частота электромагнитной волны определяет, сколько энергии она несет. Электромагнитные волны, которые имеют большую длину и, следовательно, более низкие частоты, несут гораздо меньше энергии, чем с более короткими длинами и более высокими частотами.

Вот почему рентгеновские лучи и могут быть опасными. Они несут так много энергии, что, если попадают в ваше тело, могут повредить клетки и вызвать проблемы, такие как рак и изменение в ДНК. Такие вещи, как радио и инфракрасные волны, которые несут гораздо меньше энергии, на самом деле не оказывают на нас никакого влияния. Это хорошо, потому что вы, конечно, не хотите подвергать себя риску, просто включив стерео.

Видимый свет, который мы и другие животные можем видеть нашими глазами, расположен почти в середине спектра. Мы не видим никаких других волн, но это не значит, что их там нет. На самом деле, насекомые видят ультрафиолетовый свет, но не наш видимый. Цветы выглядят для них совсем по-другому, чем для нас, и это помогает им знать, какие растения посетить и от каких из них держаться подальше.

Источник всей энергии

Мы принимаем солнечный свет как должное, но так не обязано быть, потому что, по сути, вся энергия на Земле зависит от этой большой, яркой звезды в центре нашей Солнечной системы. И пока мы находимся в ней, мы должны также сказать спасибо нашей атмосфере, потому что она поглощает часть излучения, прежде чем оно достигнет нас. Это важный баланс: слишком много солнечного света, и на Земле становится жарко, слишком мало - и она начинает замерзать.

Проходя через атмосферу, спектр солнечного излучения у поверхности Земли дает энергию в разных формах. Для начала рассмотрим различные способы ее передачи:

Проводимость (кондукция) - это когда энергия передается от прямого контакта. Когда вы обжигаете руку горячей сковородой, потому что забыли надеть прихватку, это проводимость. Посуда передает тепло вашей руке через прямой контакт. Кроме того, когда ваши ноги касаются холодной плитки в ванной утром, они переносят тепло на пол через прямой контакт - проводимость в действии.
Рассеивание - это, когда энергия передается через токи в жидкости. Это также может быть и газ, но процесс в любом случае будет такой же. Когда жидкость нагрета, молекулы возбуждены, разрозненны и менее плотные, поэтому они стремятся вверх. Когда они остывают, снова падают вниз, создавая клеточный текущий путь.
- это, когда энергия передается в виде электромагнитных волн. Подумайте о том, как хорошо сидеть рядом с костром и чувствовать, как приветственное тепло излучается от него к вам - это радиация. Радиоволны, световые и могут путешествовать, перемещаясь из одного места в другое без помощи каких-либо материалов.

Основные спектры солнечного излучения

Солнце обладает разным излучением: от рентгеновских лучей до радиоволн. Солнечная энергия - это свет и тепло. Его состав:

6-7 % ультрафиолетового света,
около 42 % видимого света,
51 % ближнего инфракрасного.

Мы получаем солнечной энергии при интенсивности 1 киловатт на квадратный метр на уровне моря в течение многих часов в день. Около половины излучения находится в видимой коротковолновой части электромагнитного спектра. Другая половина - в ближней инфракрасной, и немного в ультрафиолетовом отделе спектра.

Ультрафиолетовое излучение

Именно ультрафиолетовое излучение в солнечном спектре имеет интенсивность большую, чем другие: до 300-400 нм. Часть этого излучения, которое не поглощается атмосферой, производит загар или солнечный ожог для людей, которые были в солнечном свете в течение длительных периодов времени. Ультрафиолетовое излучение в солнечном свете имеет как положительные, так и отрицательные последствия для здоровья. Он является основным источником витамина D.

Видимое излучение

Видимое излучение в солнечном спектре имеет интенсивность среднего уровня. Количественные оценки потока и вариации его спектрального распределения в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах электромагнитного спектра представляют большой интерес при изучении солнечно-наземных воздействий. Диапазон от 380 до 780 нм виден невооруженным взглядом.

Причина в том, что основная часть энергии солнечной радиации сосредоточена в этом диапазоне и она определяет тепловое равновесие атмосферы Земли. Солнечный свет является ключевым фактором в процессе фотосинтеза, используемого растениями и другими автотрофными организмами для преобразования световой энергии в химическую, которая может быть использована в качестве топлива для организма.

Инфракрасное излучение

Инфракрасный спектр, который охватывает от 700 нм до 1 000 000 нм (1мм), содержит важную часть электромагнитного излучения, которое достигает Земли. Инфракрасное излучение в солнечном спектре имеет интенсивность трех видов. Ученые делят этот диапазон на 3 типа на основе длины волны:

A: 700-1400 нм.
B: 1400-3000 нм.
C: 3000-1 мм.

Заключение

Многие животные (включая человека) имеют чувствительность в диапазоне от приблизительно 400-700 нм, и полезный спектр цветового зрения у человека, например, составляет примерно 450-650 нм. Помимо эффектов, которые возникают на закате и восходе солнца, спектральный состав изменяется, в первую очередь, по отношению к тому, как непосредственно солнечный свет попадает на землю.

Каждые две недели Солнце снабжает нашу планету таким количеством энергии, что ее хватает всем жителям на целый год. В связи с этим все чаще солнечное излучение рассматривают, как альтернативный источник энергии.

Что, если собрать все видимое излучение Солнца в луч типа лазерного диаметром в метр и направить его на Землю?
Макс Шефер

Вот что описал Макс:

Оказавшись на пути луча, вы, разумеется, быстро умрете. И даже не «от чего-то», как обычно бывает, - вы просто превратитесь из биологического явления в физическое.

Когда луч света достигнет атмосферы, он за доли секунды нагреет воздух в точке попадания до миллионов градусов[ 1 ] . ↲ По Фаренгейту, Цельсию, Ранкину или Кельвину - совершенно не важно. ↳ Этот воздух превратится в плазму и станет рассеивать тепло во всех направлениях в виде рентгеновских лучей. Они будут нагревать окружающий воздух, превращая и его в плазму, которая будет излучать инфракрасный свет. Это как взрыв водородной бомбы, но куда интенсивнее.

Это излучение испарит все вокруг, превратит ближайшую область атмосферы в плазму и примется пожирать поверхность Земли.

Что, если вы окажетесь на другой стороне планеты? Вам все равно не выжить - при таком раскладе Земля обречена. Но от чего именно вы умрете?

Размера Земли хватит, чтобы защитить людей на обратной стороне от луча Макса, хоть и ненадолго. Сейсмические волны от разрушений тоже не сразу пройдут планету насквозь. Но вас все равно убьют не они. Земля - не идеальный щит.

Вас погубят сумерки.

Ночью темно [ ] , потому что Солнце светит на другую сторону планеты [ ] . Но темнота ночного неба не всегда абсолютна . Перед рассветом и после заката видно свечение, потому что атмосфера искривляет свет скрывшегося Солнца.

Если наш луч поразит Землю, в атмосферу вырвется спектр излучений от рентгеновского до теплового, так что стоит разобраться в том, как разные виды света взаимодействуют с воздухом.

Говоря об обычном свете, вы, возможно, слышали о рэлеевском рассеянии как ответе на вопрос «почему небо голубое?». Объяснение в целом верное, но ответ «потому что воздух голубой», пожалуй, даже лучше. Конечно, он голубой по множеству физических причин, но все обладает цветом по множеству физических причин[ 2 ] . ↲ На вопрос «почему Статуя Свободы зеленая?» мы ответим что-то вроде «статуя покрыта медью и когда-то была медного цвета, но со временем из-за окисления образовался слой карбоната меди, а он зеленый». Мы не станем говорить «статую делает зеленой рассеивание и поглощение света определенных частот молекулами поверхности».

Когда воздух нагревается, электроны теряют связь с ядрами атомов - получается плазма. Сквозь нее проходит поток радиации от луча, так что надо узнать, насколько эта плазма прозрачна для различных видов излучений. Здесь я хочу вспомнить статью Харриса Л. Мейера от 1964 года Расчеты прозрачности. Прошлое и будущее , ее вводный абзац - лучший среди всех работ по физике, что я видел:

Предпосылки к этой работе появились несколько миллиардов лет назад. Как только звезды начали формироваться, прозрачность стала одним из базовых параметров, определяющих структуру физического мира, в котором мы живем. А в последнее время, с развитием ядерного оружия, работающего при внутризвездных температурах, прозрачность становится также одним из базовых параметров, определяющих процессы, от которых мы все можем умереть.

Плазма лучше воздуха пропускает рентгеновские лучи. Они пройдут ее насквозь и нагреют благодаря эффекту Комптона и рождению пар . Но лучи быстро остановятся, как только соприкоснутся с неплазменным воздухом снаружи. Вот только плазменная сфера будет постоянно расширяться благодаря рентгеновским лучам от сверхнагретого воздуха вокруг луча. Новая плазма по краям добавит инфракрасного излучения в раскаляющий все на своем пути поток.

Кольцо тепла и света разнесется по планете, нагревая воздух и землю. С разогревом воздуха плазма и излучение будут все дальше распространяться за горизонт. Кроме того, часть атмосферы будет выбита лучом в космос и оттуда станет отражать свет обратно на планету.

Точная скорость, с которой радиация обогнет Землю, зависит от различных характеристик атмосферного рассеяния, но она неважна, если все это время Луна будет в четверти.

Когда устройство Макса включится, Луны не станет видно - освещающий ее солнечный свет будет собран в луче. После того как он коснется атмосферы, выглянет четверть Луны.

Когда луч из устройства Макса коснется атмосферы Земли, свет от точки контакта осветит Луну. В зависимости от позиции спутника и вашего расположения на поверхности планеты, один только отраженный лунный свет может запросто испепелить вас…

…а сумерки, окутав планету, принесут с собой последний закат[ 3 ] . ↲ Этой картинкой удобно досаждать определенным группам людей:

От полного уничтожения Землю могла бы спасти одна тонкость. Способен ли механизм Макса держать на мушке движущуюся цель? Если нет, планета уберется из-под удара всего за три минуты. Люди, правда, все равно изжарятся, атмосферы и поверхности станет заметно меньше, но основная масса Земли обугленной глыбой продолжит свой путь по орбите.

Нашему солнечному лучу смерти откроется дальний космос. Если годы спустя он достигнет другой планетной системы, то будет уже слишком рассеянным и не сможет ничего испепелить, но его яркости наверняка хватит, чтобы разогреть поверхности местных планет.

Может, сценарий Макса и обрек Землю на уничтожение, но - если это кого-то утешит - мы не обязательно умрем в одиночестве.

Солнце - главный источник энергии на Земле. Без него невозможным было бы существование жизни. И хотя все буквально вертится вокруг Солнца, мы очень редко задумываемся над тем, как работает наша звезда.

Структура Солнца

Чтобы понять, как работает Солнце, сначала нужно разобраться в его структуре.

Ядро.
Зона лучистого переноса.
Конвективная зона.
Атмосфера: фотосфера, хромосфера, корона, солнечный ветер.

Диаметр солнечного ядра составляет 150-175 000 км, около 20-25% солнечного радиуса. Температура ядра достигает 14 млн градусов по Кельвину. Внутри постоянно происходят термоядерные реакции с образованием гелия. Именно в ядре в результате данной реакции выделяется энергия, а так же тепло. Остальная часть Солнца нагрета этой энергией, она проходит сквозь все слои до фотосферы.

Зона лучистого переноса находится над ядром. Энергия переносится с помощью излучения фотонов и их поглощения.

Над зоной лучистого переноса находится конвективная зона. Здесь перенос энергии осуществляется не переизлучением, а переносом вещества. С высокой скоростью более холодное вещество фотосферы проникает в конвективную зону, а излучение из зоны лучистого переноса поднимается на поверхность - это и есть конвекция.

Фотосфера - это видимая поверхность Солнца. Из этого слоя исходит большая часть видимого излучения. В фотосферу уже не проникает излучение более глубоких слоев. Средняя температура слоя достигает 5778 К.

Хромосфера окружает фотосферу, она имеет красноватый оттенок. Из поверхности хромосферы постоянно происходят выбросы - спикулы.

Последняя внешняя оболочка нашей звезды - корона, состоящая из энергетических извержений и протуберанцев, образующих солнечный ветер, распространяющийся к самым дальним уголкам солнечной системы. Средняя температура короны - 1-2 млн К, но есть участки с 20 млн К.

Солнечный ветер - это поток ионизированных частиц, распространяющийся до границ гелиосферы со скоростью около 400 км/с. Многие явления на Земле связаны с солнечным ветром, например, полярное сияние и магнитные бури.

Солнечное излучение

Плазма Солнца обладает высокой электропроводностью, что способствует появлению электрических токов и магнитных полей.

Солнце - самый сильный излучатель электромагнитных волн в мире, который дает нам:

ультрафиолетовые лучи;
видимый свет - 44% солнечной энергии (преимущественно желто-зеленый спектр);
инфракрасные лучи - 48%;
рентгеновское излучение;
радиационное излучение.

Лишь 8% энергии отводится на ультрафиолетовое, рентгеновское и радиационное излучение. Видимый свет расположен между лучами инфракрасного и ультрафиолетового спектра.

Также Солнце является мощным источником радиоволн нетепловой природы. Помимо всевозможных электромагнитных лучей излучается постоянный поток частиц: электронов, протонов, нейтрино и так далее.

Все виды излучения оказывают свое влияние Землю. Именно это влияние мы ощущаем.

Воздействие УФ лучей

Ультрафиолетовые лучи воздействуют на Землю и все живые существа. Благодаря им существует озоновый слой, так как УФ-лучи разрушают кислород, который модифицируется в озон. Магнитное поле Земли в свою очередь формирует озоновый слой, который, как ни парадоксально, ослабляет силу воздействия УФ.

На живые организмы и окружающую среду ультрафиолет влияет многогранно:

способствует выработке витамина D;
обладает антисептическими свойствами;
вызывает появление загара;
усиливает работу кроветворных органов;
повышает свертываемость крови;
увеличивается щелочной резерв;
дезинфицирует поверхности предметов и жидкости;
стимулирует обменные процессы.

Именно ультрафиолетовое излучение способствует самоочищению атмосферы, устраняет смог, частицы дыма и пыли.

В зависимости от широты сила воздействия УФ излучения сильно изменяется.

Воздействие ИК лучей: почему и как Солнце греет

Все тепло на Земле - это инфракрасные лучи, которые появляются благодаря термоядерному синтезу водорода с образованием гелия. Эта реакция сопровождается огромным выбросом лучистой энергии. До земли доходит порядка 1000 Ватт на квадратный метр. Именно за это ИК излучение очень часто называют тепловым.

Удивительно, но Земля выступает в роли инфракрасного излучателя. Планета, а также облака поглощают ИК лучи, а затем переизлучают эту энергию обратно в атмосферу. Такие вещества как водяной пар, капли воды, метан, диоксид углерода, азот, некоторые соединения фтора и серы излучают ИК лучи во всех направлениях. Именно благодаря этому имеет место парниковый эффект, который поддерживает поверхность Земли в постоянно подогретом состоянии.

Инфракрасные лучи не только нагревают поверхности предметов и живых существ, но и оказывают другое влияние:

обеззараживают;
улучшают метаболизм;
стимулируют кровообращение;
снимают болевые ощущения;
нормализуют водно-солевой баланс;
укрепляют иммунитет.

Почему зимой Солнце греет слабо

Так как Земля вращается вокруг Солнца с некоторым наклоном оси, в разное время года происходит отклонение полюсов. В первой половине года Северный полюс повернут к Солнцу, в во второй - Южный. Соответственно, меняется угол воздействия солнечной энергии, а также мощность.

Солнечные лучи: про пользу знаем, а про вред?

Еще в древности ученые знали о пользе солнечного света и солнечных ванн. В Древнем Риме и Элладе считалось, что нахождение на солнце укрепляет дух и закаляет здоровье. Однако потом об этом надолго забыли, а вспомнили лишь в начале ХХ столетия.

Сто лет назад солнечные ванны и длительные прогулки вновь стали прописывать врачи больным и выздоравливающим людям. И это неудивительно, так как люди, особенно живущие в умеренном климате, отмечали, что настроение и самочувствие улучшается в солнечные дни и ухудшается в пасмурную осень.

В середине прошлого века загорать даже стало модно - вот тогда и появились бикини. Однако последние десятилетия только и говорят о вреде солнечных лучей - якобы они вызывают рак кожи.

Как же на самом деле? Полезно или вредно солнечное излучение для нашего здоровья?

Влияние солнечных лучей на все живое трудно переоценить. И дело в том, что солнце излучает целый спектр волн, начиная от цветных и заканчивая невидимыми. К невидимым относятся ультрафиолетовые и инфракрасные лучи. Видеть мы их не можем, но зато ощущаем в виде тепла. Невидимые лучи оказывают на живой большое влияние.

Именно инфракрасные лучи улучшают циркуляцию крови в теле. А, следовательно. и способствуют активизации всех жизненных процессов, улучшению настроения, приливу бодрости и появлению энергии. Они помогают избавиться от апатии, депрессии, упадка жизненных сил. К тому же инфракрасный спектр обладает легким болеутоляющим эффектом.

Но не все ультафиолетовые лучи, а их солнце вырабатывает несколько видов, полезны для организма. Самые смертельно опасные из них - лучи С (УФС), но их задерживает озоновый слой. Очень полезны для человека лучи А и В, Именно они отвечают за выработку витамина D. Лучи А теоретически могут вызывать ожоги и поражения кожи. Лучи В стимулируют выработку меланина, который и обуславливает загорелый цвет кожи, который призван защитить от перегрева кожи и ее повреждения. А также утолщают слой кожи, делая ее менее восприимчивой к ожогам. То есть солнце само же и защищает от себя - этот механизм выработался у человека в процессе эволюции для безопасной жизни под лучами светила.

Какая от солнца польза?

Солнце укрепляет кости и участвует в кальциевом обмене . Без солнечных лучей выработка витамина D (кальциферола) невозможна.

Солнце продлевает жизнь: Ученые из Медицинского колледжа им.Энштейна (США) недавно обнаружили еще одно уникальное свойство витамина D. Он продлевает жизнь. Оказалось, что люди с низким содержанием этого витамина имеют большие шансы умереть раньше срока - на 26% выше по оценкам ученых.

Солнце улучшает настроение и повышает тонус: лучи солнца стимулируют выработку в организме серотонина и эндорфина. Эндорфины называют гормоном радости и счастья - они улучшают настроение и повышают тонус. Исследования показали, что жители северных стран чаще страдают от депрессивных состояний, чем южане. Это связано с недостатком солнечных лучей.

Солнце снижает давление: всем известны рекомендации гипертоникам не находиться в жару на солнце из-за того, что может резко подскочить давление. А вот ученые из Эдинбурга утверждают обратное - по их мнению, солнце, напротив, снижает давление и уменьшает риск образование тромбов. А все потому, что под действием солнечного света в человеческом организме начинается высвобождение оксида азота и превращение его в окись азота и нитрат. А эти вещества и снижают давление и препятствуют тромбообразованию.

Солнце спасет от склероза: Ученые доказали благотворное влияние солнечных лучей, а особенно ультрафиолета и в этой области. Выяснено, что если человек в детстве не был обделен солнечными ваннами, то в зрелом возрасте у него риск развития рассеянного ниже, чем у детей, выросших в условиях дефицита солнца.

Солнце на страже мужского здоровья: частое нахождение на солнце снижает риск развития рака простаты. И опять-таки этот эффект достигается благодаря выработке под действием лучей светила витамина D. Он блокирует распространение раковых клеток и помогает росту клеток здоровых.

Солнце помогает худеть: если находиться на солнце в утренние часы, то легче бороться с лишним весом и проще поддерживать вес в норме постоянно без особых усилий.

Солнце против диабета: англичане выяснили, что солнечный свет снижает уровень сахара в крови, тем самым защищая от риска диабета.

Однако любителям позагорать стоит знать и другой стороне солнецных лучей. Да-да, в больших дозах они могут быть действительно вредны. К примеру, долго находясь на солнце, можно получить солнечный ожог . И серьезнее всего от этого могут пострадать люди со светлой кожей. И они же находятся в зоне риска развития рака кожи под действием солнечных лучей. А все потому, что у людей со светлой кожей хуже вырабатывается меланин.

Избыток солнечных лучей сильно высушивает кожу , а это ведет к преждевременным морщинам и нарушению вырботки коллагена в клетках кожи. Именно поэтому северяне выглядят моложе, чем южане в одном и том же возрасте и имеют меньше морщин, особенно мелких.

Инфракрасные лучи солнца вызывают в большом количестве перегрев организма ив сочетании с ультрафиолетом всем известный солнечный удар . Проявления его разнообразны - от дурноты, головокружения и повышения температуры до потери сознания. Длительный перегрев может вызвать смерть.

Кандидат физико-математических наук Е. ЛОЗОВСКАЯ.

С наступлением теплых летних дней нас так и тянет погреться на солнышке. Солнечный свет улучшает настроение, стимулирует образование в коже жизненно необходимого витамина D, но в то же время, к сожалению, способствует появлению морщин и увеличивает риск развития рака кожи. Значительная часть как полезных, так и вредных эффектов связана с той частью солнечного излучения, которая невидима для человеческого глаза, - ультрафиолетом.

Спектр электромагнитного излучения и спектр солнца. Граница между ультрафиолетом В и С соответствует пропусканию земной атмосферы.

Ультрафиолет вызывает различные повреждения молекул ДНК в живых организмах.

Интенсивность ультрафиолета B зависит от широты и времени года.

Одежда из хлопка служит хорошей защитой от ультрафиолета.

Солнце служит главным источником энергии для нашей планеты, а поступает эта энергия в виде излучения - инфракрасного, видимого и ультрафиолетового. Ультрафиолетовая область расположена за коротковолновой границей видимого спектра. Когда речь идет о влиянии на живые организмы, в ультрафиолетовом спектре солнца обычно выделяют три области: ультрафиолет А (УФ-А; 320-400 нанометров), ультрафиолет В (УФ-В; 290-320 нм) и ультрафиолет С (УФ-С; 200-290 нм). Деление это достаточно произвольно: граница между УФ-В и УФ-С выбрана из тех соображений, что свет с длиной волны менее 290 нм не достигает поверхности Земли, поскольку земная атмосфера, благодаря кислороду и озону, выполняет роль эффективного природного светофильтра. Граница между УФ-В и УФ-А основана на том, что излучение короче 320 нм вызывает гораздо более сильную эритему (покраснение кожи), чем свет в диапазоне 320-400 нм.

Спектральный состав солнечного света во многом зависит от времени года, погоды, географической широты и высоты над уровнем моря. Например, чем дальше от экватора, тем сильнее коротковолновая граница сдвигается в сторону длинных волн, поскольку в этом случае свет падает на поверхность под косым углом и проходит большее расстояние в атмосфере, а значит, сильнее поглощается. На положение коротковолновой границы влияет и толщина озонового слоя, поэтому под "озоновыми дырами" на поверхность Земли попадает больше ультрафиолета.

В полдень интенсивность излучения на длине волны 300 нм в 10 раз выше, чем за три часа до этого или три часа спустя. Облака рассеивают ультрафиолет, но только темные тучи способны блокировать его полностью. Ультрафиолетовые лучи хорошо отражаются от песка (до 25%) и снега (до 80%), хуже от воды (менее 7%). Поток ультрафиолета возрастает с высотой, приблизительно на 6% с каждым километром. Соответственно в местах, расположенных ниже уровня моря (например, у берегов Мертвого моря), интенсивность излучения меньше.

ЖИЗНЬ ПОД СОЛНЦЕМ

Без света жизнь на Земле не могла бы существовать. Растения используют солнечную энергию, запасают ее с помощью фотосинтеза и обеспечивают энергией через пищу всех остальные живые существа. Человеку и другим животным свет обеспечивает возможность видеть окружающий мир, регулирует биологические ритмы организма.

Эту жизнерадостную картину немного осложняет ультрафиолет, поскольку его энергии достаточно, чтобы вызвать серьезные повреждения ДНК. Ученые насчитывают более двух десятков различных болезней, которые возникают или усугубляются под действием солнечного света, среди них пигментная ксеродерма, плоскоклеточный рак кожи, базалиома, меланома, катаракта.

Конечно, в процессе эволюции наш организм выработал механизмы защиты от ультрафиолета. Первый барьер, который преграждает потенциально опасному излучению доступ в организм, - кожа. Практически весь ультрафиолет поглощается в эпидермисе, наружном слое кожи толщиной 0,07-0,12 мм. Чувствительность к свету во многом определяется наследственной способностью организма производить меланин, темный пигмент, который поглощает свет в эпидермисе и тем самым защищает более глубокие слои кожи от фотоповреждений. Меланин вырабатывают особые клетки кожи - меланоциты. Ультрафиолетовое облучение стимулирует выработку меланина. Наиболее интенсивно этот биологический пигмент образуется при облучении светом УФ-В диапазона. Правда, эффект проявляется не сразу, а спустя 2-3 дня после пребывания на солнце, зато сохраняется в течение 2-3 недель. При этом ускоряется деление меланоцитов, возрастает число меланосом (гранул, содержащих меланин), увеличивается их размер. Свет УФ-А диапазона тоже способен вызывать загар, но более слабый и менее стойкий, поскольку число меланосом не увеличивается, а происходит лишь фотохимическое окисление предшественника меланина в меланин.

По восприимчивости к солнечным лучам выделяют шесть типов кожи. Кожа типа I очень светлая, она легко обгорает и совсем не покрывается загаром. Кожа типа II легко обгорает и покрывается слабым загаром. Кожа типа III быстро покрывается загаром и обгорает в меньшей степени. Кожа типа IV еще более устойчива к солнечным лучам. Кожа типов V и VI темная от природы (например, у коренных жителей Австралии и Африки) и почти не подвержена повреждающему действию солнца. У представителей негроидной расы риск развития немеланомного рака кожи ниже в 100 раз, а меланомы - в 10 раз по сравнению с европейцами.

Наиболее уязвимы к действию ультрафиолета люди с очень светлой кожей. У них даже кратковременное пребывание на ярком солнце вызывает эритему - покраснение кожи. За возникновение эритемы отвечает в основном УФ-В излучение. В качестве меры действия ультрафиолета на организм часто используют такое понятие, как минимальная эритемная доза (МЭД), то есть такая, при которой глазом заметно слабое покраснение. На самом деле величина МЭД различна не только у разных людей, но и у одного человека на разных участках тела. Например, для кожи живота белого незагорелого человека величина МЭД составляет около 200 Дж/м 2 , а на ногах - в три с лишним раза выше. Эритема обычно возникает через несколько часов после облучения. В тяжелых случаях развивается настоящий солнечный ожог с волдырями.

Какие вещества в эпидермисе кроме меланина поглощают ультрафиолет? Нуклеиновые кислоты, аминокислоты триптофан и тирозин, уроканиновая кислота. Наиболее опасны для организма повреждения нуклеиновых кислот. Под действием света в диапазоне УФ-В образуются димеры за счет ковалентных связей между соседними пиримидиновыми (цитозином или тимином) основаниями. Поскольку пиримидиновые димеры не вписываются в двойную спираль, эта часть ДНК теряет способность к выполнению своих функций. Если повреждения небольшие, специальные ферменты вырезают дефектный участок (и это еще один довольно эффективный механизм защиты). Однако, если ущерб больше, чем способность клетки к ремонту, клетка гибнет. Внешне это проявляется в том, что обожженная кожа "слезает". Повреждение ДНК может приводить к мутациям и как следствие - к раковым заболеваниям. Происходят и другие повреждения молекул, например образуются сшивки ДНК с белками. Кстати, видимый свет способствует залечиванию повреждений нуклеиновых кислот (это явление называется фотореактивацией). Предотвращать опасные последствия фотохимических реакций помогают антиоксиданты, содержащиеся в организме.

Еще одно следствие ультрафиолетового облучения - подавление иммунитета. Возможно, такая реакция организма призвана ослабить воспаление, вызванное солнечным ожогом, однако при этом снижается устойчивость к инфекциям. Сигналом для подавления иммунитета служат фотохимические реакции уроканиновой кислоты и ДНК.

МОДА НА ЗАГАР - СИМВОЛ ИНДУСТРИАЛЬНОГО ОБЩЕСТВА

Долгое время белая кожа считалась отличительной чертой знатных и богатых: сразу было видно, что ее обладателям не приходится с утра до ночи работать в поле. Но в ХХ веке все изменилось, бедные слои населения теперь проводили целые дни на заводах и фабриках, а богатые могли позволить себе отдыхать на свежем воздухе, у моря, демонстрируя красивый золотистый загар. После Второй мировой войны мода на загар приобрела массовый характер; загорелая кожа стала считаться признаком не только достатка, но и отменного здоровья. Разрослась туристическая индустрия, предлагающая отдых у моря в любое время года. Но прошло некоторое время, и врачи забили тревогу: оказалось, у любителей загара частота рака кожи возросла в несколько раз. И в качестве спасительного средства было предложено всем без исключения пользоваться солнцезащитными кремами и лосьонами, в состав которых входят вещества, отражающие или поглощающие ультрафиолет.

Известно, что еще во времена Колумба индейцы имели обыкновение раскрашивать себя красной краской, чтобы защититься от солнца. Возможно, древние греки и римляне использовали для этих целей смесь песка с растительным маслом, поскольку песок отражал солнечные лучи. Применение химических солнцезащитных средств началось в 1920-х годах, когда в качестве солнцезащитного средства была запатентована парааминобензойная кислота (ПАБК). Однако она растворялась в воде, так что защитный эффект исчезал после купания, и к тому же раздражала кожу. В 1970-е годы на смену ПАБК пришли ее эфиры, почти нерастворимые в воде и не вызывающие сильного раздражения. Настоящий бум в области солнцезащитной косметики начался в 1980-е годы. Поглощающие ультрафиолет вещества (в косметологии за ними закрепилось название "УФ-фильтры") стали добавлять не только в специальные "пляжные" кремы, но и почти во все косметические продукты, предназначенные для использования в дневное время: крем, жидкую пудру, губную помаду.

По принципу действия УФ-фильтры можно разделить на две группы: отражающие свет ("физические") и поглощающие ("химические"). К отражающим средствам относятся разного рода минеральные пигменты, прежде всего диоксид титана, оксид цинка, силикат магния. Принцип их действия прост: они рассеивают ультрафиолет, не давая ему проникнуть в кожу. Окись цинка захватывает область длин волн от 290 до 380 нм, остальные - несколько меньше. Основной недостаток отражающих средств тот, что они представляют собой порошок, непрозрачны и придают коже белый цвет.

Естественно, что производителей косметики больше привлекали прозрачные и хорошо растворимые "химические" УФ-фильтры (известные в фотохимии как УФ-абсорберы). К ним относятся уже упоминавшаяся ПАБК и ее эфиры (сейчас их почти не используют, так как появились сведения, что они разлагаются с образованием мутагенов), салицилаты, производные коричной кислоты (циннаматы), антраниловые эфиры, оксибензофеноны. Принцип действия УФ-абсорбера заключается в том, что, поглотив квант ультрафиолета, его молекула изменяет свою внутреннюю структуру и преобразует энергию света в тепло. Наиболее эффективные и светостойкие УФ-абсорберы работают по внутримолекулярному циклу переноса протона.

Большинство УФ-абсорберов поглощают свет только в УФ-В области. Обычно солнцезащитные средства содержат не один УФ-фильтр, а несколько, как физических, так и химических. Общее содержание УФ-фильтров может превышать 15 процентов.

Для характеристики защитной эффективности кремов, лосьонов и прочей косметической продукции стали использовать так называемый солнцезащитный фактор (по-английски "sun protection factor", или SPF). Идея солнцезащитного фактора была впервые предложена в 1962 году австрийским ученым Францем Грайтером и принята представителями косметической и фармацевтической промышленности. Солнцезащитный фактор определяется как отношение минимальной дозы ультрафиолета, необходимой для возникновения эритемы при действии на защищенную кожу, к дозе, вызывающей такой же эффект при незащищенной коже. Получила широкое распространение популярная интерпретация: если без защиты вы обгораете за 20 минут, то, намазав кожу кремом с защитным фактором, скажем, 15, получите солнечный ожог только пробыв на солнце в 15 раз дольше, то есть через 5 часов.

ОБМАНЧИВОЕ ЧУВСТВО ЗАЩИТЫ

Казалось бы, решение проблемы ультрафиолета найдено. Но на деле все не так просто. В научной литературе стали появляться сообщения, что у людей, которые постоянно пользуются солнцезащитными препаратами, частота возникновения таких разновидностей рака кожи, как меланома и базалиома, не только не снизилась, но и возросла. Было предложено несколько объяснений этого обескураживающего факта.

Первым делом ученые предположили, что потребители неправильно пользуются солнцезащитными средствами. При тестировании кремов принято наносить на кожу 2 мг крема на 1 см 2 . Но, как показали исследования, люди часто наносят более тонкий слой, в 2-4 раза меньше, соответственно уменьшается и фактор защиты. Кроме того, кремы и лосьоны частично смываются водой, например во время купания.

Нашлось и другое объяснение. Как уже отмечалось, большинство химических УФ-абсорберов (а именно они наиболее широко используются в косметике) поглощают свет только в УФ-В области, предотвращая развитие солнечного ожога. Но, по некоторым данным, меланома возникает под действием УФ-А излучения. Не пропуская УФ-В излучение, солнцезащитные средства блокируют природный предупреждающий сигнал - покраснение кожи, замедляют образование защитного загара, и в результате человек получает избыточную дозу в области УФ-А, которая как раз и может спровоцировать рак.

Результаты опросов показывают, что те, кто пользуется кремами с более высоким фактором защиты, проводят на солнце больше времени, а значит, неосознанно подвергают себя большему риску.

Нельзя забывать и о том, что смесь химических веществ, которые входят в состав защитных кремов, при длительном воздействии ультрафиолета может стать источником свободных радикалов - инициаторов окисления биомолекул. Некоторые из УФ-фильтров потенциально токсичны либо вызывают аллергию.

"СОЛНЕЧНЫЙ" ВИТАМИН

Настало время вспомнить о том, что поми-мо многочисленных негативных эффектов ультрафиолета есть и позитивные. И самый яркий пример - фотосинтез витамина D 3 .

В эпидермисе содержится довольно много 7-дигидрохолестерола, предшественника витамина D 3 . Облучение светом УФ-В диапазона запускает цепочку реакций, в результате которых и получается холекальциферол (витамин D 3), пока еще не активный. Это вещество связывается с одним из белков крови и переносится в почки. Там оно превращается в активную форму витамина D 3 - 1, 25-дигидроксихолекальциферол. Витамин D 3 необходим для всасывания кальция в тонком кишечнике, нормального фосфорно-кальциевого обмена и образования костей, при его недостатке у детей развивается тяжелое заболевание - рахит.

После облучения всего тела в дозе 1 МЭД концентрация витамина D 3 в крови возрастает в 10 раз и возвращается к прежнему уровню через неделю. Применение солнцезащитных средств подавляет синтез витамина D 3 в коже. Дозы, необходимые для его синтеза, невелики. Считается достаточным ежедневно проводить на солнце примерно по 15 минут, подставляя солнечным лучам лицо и руки. Суммарная годовая доза, необходимая для поддержания уровня витамина D 3 , составляет 55 МЭД.

Хронический дефицит витамина D 3 приводит к ослаблению костной ткани. К группе риска относятся темнокожие дети, живущие в северных странах, и пожилые люди, которые мало бывают на свежем воздухе. Некоторые исследователи считают, что увеличение частоты заболеваемости раком при использовании солнцезащитных средств связано именно с блокировкой синтеза витамина D 3 . Не исключено, что его дефицит приводит к возрастанию риска рака толстой кишки и молочной железы.

Другие полезные эффекты ультрафиолета связаны в основном с медициной. Ультрафиолетом лечат такие заболевания, как псориаз, экзема, розовый лишай. Датский врач Нильс Финсен в 1903 году получил Нобелевскую премию за применение ультрафиолета в лечении волчаночного туберкулеза кожи. Метод облучения крови ультрафиолетом сейчас успешно применяют для лечения воспалительных и других заболеваний.

СОЛОМЕННАЯ ШЛЯПКА ОТ ЗАГАРА

Вопрос о том, полезен или вреден ультрафиолет, не имеет однозначного ответа: и да, и нет. Многое зависит от дозы, спектрального состава и особенностей организма. Избыток ультрафиолета безусловно опасен, но на защитные кремы полностью полагаться нельзя. Требуются дополнительные исследования, чтобы установить, в какой степени употребление солнцезащитных средств может способствовать развитию раковых заболеваний.

Лучшее средство уберечь кожу от солнечного ожога, преждевременного старения, а заодно и снизить риск развития рака - одежда. Для обычной летней одежды характерны защитные факторы выше 10. Хорошими защитными свойствами обладает хлопок, правда в сухом виде (при намокании он пропускает больше ультрафиолета). Не забудьте про шляпу с широкими полями и солнцезащитные очки.

Рекомендации достаточно просты. Избегайте бывать на солнце в самые жаркие часы. Будьте особенно осторожны с солнцем, если принимаете лекарства, обладающие свойствами фотосенсибилизаторов: сульфаниламиды, тетрациклины, фенотиазины, фторхинолоны, нестероидные противовоспалительные препараты и некоторые другие. Фотосенсибилизаторы входят и в состав некоторых растений, например зверобоя (см. "Наука и жизнь" № 3, 2002 г.). Усиливать действие света могут ароматические вещества, входящие в состав косметики и духов.

Учитывая, что у ученых есть сомнения в эффективности и безопасности солнцезащитных кремов и лосьонов, не пользуйтесь ими (а также дневной косметикой с высоким содержанием УФ-фильтров) без особой необходимости. Если такая необходимость возникла, отдавайте предпочтение тем средствам, что обеспечивают защиту в широком спектре - от 280 до 400 нм. Как правило, такие кремы и лосьоны содержат окись цинка или другие минеральные пигменты, поэтому имеет смысл внимательно прочесть состав на этикетке.

Защита от солнца должна быть индивидуальной, в зависимости от места жительства, сезона и типа кожи.

Главная » Методики обучения » Ультрафиолетовые лучи солнечного света: факты и рекомендации. Солнечная радиация