Ilość docierającego do powierzchni ziemi promieniowania ultrafioletowego zależy od:
wysokości Słońca nad horyzontem, tj. szerokości geograficznej, pory roku i pory dnia, najsilniejsze promieniowanie w strefie zwrotnikowej, najsłabsze w obszarach polarnych. W Polsce najsilniejsze promieniowanie występuje latem w godzinach południowych;
wysokości nad poziomem morza: największe wartości Indeksu UV występują w Tatrach;
rozpraszania w atmosferze przez aerozole i parę wodną;
zawartości ozonu w atmosferze; szacunkowo 1% zmiany całkowitego ozonu powoduje zmianę 1.1÷1.3% promieniowania UV;
pochłaniania i odbicia promieniowania przez powierzchnię Ziemi. Stosunek promieniowania odbitego do padającego jest nazywany albedo i wynosi dla lodu i śniegu ok. 0.5 a dla powierzchni roślinnej 0.03. Wpływ albedo *zaznacza się najsilniej wysoko w górach (odbicie od skał i śniegu) i nad morzem (odbicie od piasku i wody);
wielkości i rodzaju zachmurzenia - promieniowanie UV jest silnie pochłaniane przez chmury.
Chmurowy Współczynnik Modyfikujący w zależności od rodzaju chmur i wielkości zachmurzenia w oktantach (0 - niebo bezchmurne, 8 - całkowite zachmurzenie)
- prognoza-indeksu-uv-dla-bezchmurnego-nieba-1.jpg (121.01 KiB) Przejrzano 7360 razy
- prognoza-indeksu-uv-dla-bezchmurnego-nieba-2.JPG (130.59 KiB) Przejrzano 7360 razy
zakres A o dł. fali 315–400 nm,
zakres B 280–315 nm,
zakres C 200–280 nm i
nadfiolet próżniowy 10–200 nm,
lub też dzieli się na nadfiolet bliski (200–400 nm) i nadfiolet daleki, próżniowy (10–200 nm), który swoją nazwę zawdzięcza temu, że można go badać tylko w próżni, gdyż fale o odpowiadających mu długościach są b. silnie pochłaniane przez powietrze.
Do detekcji promieniowania nadfioletowego wykorzystuje się: fotoogniwa, fotopowielacze, przetworniki promieniowania. Dzięki dużej energii fotonów promieniowania nadfioletowego (zwł. z zakresu B i C) pochłaniane przez substancję może wyraźnie wpływać na jej właściwości fizyczne i chemiczne; promieniowanie nadfioletowe może wywoływać fotoluminescencję, zjawisko fotoelektryczne, reakcje fotochemiczne (utlenianie, redukcję, rozkład, polimeryzację); odznacza się dużą aktywnością biologiczną; wpływa na przemianę ergosterolu w wit. D2, wyzwala produkcję pigmentu; szczególnie wyraźne działania mutogenne i bakteriobójcze ma promieniowanie nadfioletowe z zakresu C, które jest silnie absorbowane przez kwasy nukleinowe, stanowiące podstawowy materiał genetyczny w jądrach komórek; zaburza przemianę materii w komórce i może spowodować jej zniszczenie. Najsilniejszym naturalnym źródłem promieniowania nadfioletowego jest Słońce.
Do powierzchni Ziemi dociera jednak nieznaczna jego część w wyniku silnego pochłaniania, jakiemu ulega to promieniowanie w atmosferze ziemskiej, gł. dzięki zawartemu w niej ozonowi (stąd niezmiernie ważnym problemem jest zapobieganie obserwowanemu od pewnego czasu zmniejszaniu się całkowitej zawartości ozonu w atmosferze). Udział promieniowania nadfioletowego w świetle słonecznym zależy od: szerokości geogr. (największy jest między 30° szerokości pd. a 30° szerokości pn.), wysokości położenia Słońca na niebie, wysokości n.p.m. (na każde 1000 m przybywa 15% promieniowania nadfioletowego), stopnia czystości powietrza, ilości promieniowania odbitego (od śniegu, powierzchni wody, piasku, chmur typu cumulus). Promieniowanie nadfioletowe emitują też różne ciała ogrzane co najmniej do temp. ok. 3000 K.
Najbardziej rozpowszechnionymi sztucznymi źródłami promieniowania nadfioletowego są lampy wyładowcze (gł. rtęciowe). Dzięki swoim właściwościom promieniowanie nadfioletowe jest wykorzystywane m.in. w technice oświetleniowej (świetlówki), w analizie luminescencyjnej, w badaniach nieniszczących, do sterylizacji pomieszczeń, w biologii w badaniach mikroskopowych tkanek i komórek, w kryminalistyce, muzealnictwie, w przemyśle do przyspieszania procesów polimeryzacji tworzyw sztucznych. Promieniowanie nadfioletowe odkryli 1801 J. Ritter i W.H. Wollaston.
- porownanie-promeiniowania-uv-1.JPG (253.68 KiB) Przejrzano 7359 razy
Promieniowanie nadfioletowe to promieniowanie elektromagnetyczne o mniejszych długościach fal niż te, które są widziane przez oko jako różnobarwne światła. Ma zdolność wywoływania reakcji fotochemicznych w wielu materiałach i organizmach (promieniowanie widzialne może natomiast wywołać takie reakcje w niewielu substancjach, np. barwnikach siatkówki oka, dzięki czemu widzimy światło i barwy, lub w zielonych częściach roślin - fotosynteza). Jeżeli żywy organizm lub materiał naświetlimy promieniowaniem nadfioletowym w małych dawkach, wywołane reakcje fotochemiczne mogą mieć na nie pozytywny wpływ. Słońce (promieniowanie nadfioletowe) pobudza tworzenie się witaminy D
- promieniowanie-nadfioletowe-1.JPG (159.8 KiB) Przejrzano 7358 razy
Szkodliwe działanie nadfioletu
Szkodliwe działanie nadfioletu występuje przy napromieniowaniu skóry i oczu. Skutki biologiczne oddziaływania nadfioletu zależą od ilości pochłoniętego promieniowania (będącego funkcją czasu ekspozycji, napromienienia, długości fali oraz rodzaju tkanki poddanej ekspozycji). Najczęściej obserwowanym objawem działania promieniowania nadfioletowego na skórę jest rumień. Promieniowanie to może wywołać również złuszczanie się naskórka, wzrost ilości barwników, oparzenia oraz zmiany przednowotworowe i nowotworowe (czerniak).
Promieniowanie nadfioletowe oddziałuje także na oczy, może ono uszkodzić rogówkę i spojówkę oka. Promieniowanie o fali krótszej niż 300 nm jest całkowicie pochłaniane przez warstwy zewnętrzne oka, natomiast o fali dłuższej - przez soczewkę. Najbardziej niebezpieczne są fale o długościach od 260 nm do 270 nm.
Dłuższa ekspozycja na promieniowanie nadfioletowe może doprowadzić do trwałych zmian w oku, a nawet do wystąpienia zaćmy. Poniżej podano typowe źródła promieniowania nadfioletowego, przy których jest wymagane stosowanie środków ochrony indywidualnej, a głównie sprzętu ochrony oczu i twarzy:
niskoprężne lampy rtęciowe np. używane: do dezynfekcji (w medycynie, przemyśle farmaceutycznym, spożywczym
wysokoprężne lampy rtęciowe UV np. używane: w poligrafii (kopiowanie, wykonywania matryc sitodrukowych, utwardzanie fotopolimerów, suszenie farb i lakierów), w solariach (fototerapia), w przemyśle meblarskim (suszenie lakierów);
wysokoprężne lampy metahalogenkowe UV np. używane: w fototerapii (leczeniu łuszczycy), poligrafii, przemyśle chemicznym (do fotopolimeryzacji).
Analizując zagrożenia wywołane promieniowaniem nadfioletowym należy uwzględnić natężenie tego promieniowania na stanowisku pracy. Jeżeli napromienienie koniunktywalne przekracza 30 J/m2, w przypadku narażenia nie powtarzającego się w następnym dniu, a 18 J/m2 w przypadku ekspozycji powtarzającej się w kolejnych dniach należy stosować sprzęt ochrony oczu i twarzy. Jeżeli napromienienie erytemalne przekracza 30 J/m2 należy chronić również skórę pracownika. Najbardziej narażone na promieniowanie nadfioletowe są odkryte części ciała - szczególnie twarz oraz dłonie.
Jak promieniowanie ultrafioletowe zabija komórki?
Promieniowanie ultrafioletowe (UV) zabija komórki niszcząc ich DNA. Ten rodzaj promieniowania inicjuje reakcję chemiczną pomiędzy dwoma cząsteczkami tyminy (jednej z zasad azotowych wchodzących w skład nukleotydów DNA). Powstający w tej reakcji dimer tymidynowy jest bardzo stabilny, jednak komórki dość dobrze radzą sobie z naprawą tego rodzaju uszkodzeń DNA - naprawa najczęściej polega na wycięciu dwóch nieprawidłowo połączonych zasad azotowych i wstawieniu na ich miejsce nowych cząsteczek. Jednak ten system naprawy uszkodzeń DNA może się załamać, kiedy zniszczenia materiału genetycznego są zbyt rozległe Im dłużej komórka jest poddawana działaniu promieniowania UV, tym więcej dimerów tymidynowych powstaje w jej DNA i tym większe jest ryzyko, że enzymy naprawiające uszkodzenia pomylą się albo nie zauważą jakiegoś dimeru. Komórka nie będzie mogła prawidłowo działać, jeżeli jej procesy życiowe zostaną zakłócone przez błędną naprawę uszkodzeń DNA albo przez zniszczenia pozostające w materiale genetycznym. W takiej sytuacji są dwie możliwości. Bardzo rozległe zniszczenia materiału genetycznego spowodują śmierć komórki. Jeśli uszkodzenia DNA nie są zbyt dotkliwe, komórka może zmienić się w komórkę rakową albo w komórkę, której do przemiany w komórkę nowotworową brakuje jeszcze uszkodzeń kilku genów. Mówiąc ogólnie, promieniowanie ultrafioletowe zabija komórki, bo powoduje liczne uszkodzenia ich materiału genetycznego. Białko kodowane przez gen p53 jest odpowiedzialne za sprawdzenie, czy doszło do uszkodzeń DNA i zwolnienie cyklu komórkowego (podobne zadanie mają też białka kodowane przez inne geny). Jeśli wykryte zniszczenia można naprawić, p53 wysyła w ich kierunku specjalne białka naprawcze. Jeśli uszkodzenia są za bardzo rozległe, p53 zmusza komórkę do wejścia na drogę apoptozy - programowanej śmierci komórki.
Dziura ozonowa
Nadfioletowe promieniowanie Słońca padało prawie bez przeszkód na powierzchnie Ziemi, a więc również na powierzchnię praoceanów. Natychmiastowe konsekwencje tego były dwojakie. Obficie występujące w atmosferze i zawierające węgiel, azot oraz tlen cząsteczki metanu, dwutlenku węgla i amoniaku, podobnie jak kilka innych jeszcze prostych związków dawno już były obecne w dosyć dużych stężeniach we wszystkich wodach stojących, to znaczy w oceanach i morzach. Częściowo dostały się tam przez to, że wiatr i fale nieustannie mieszały wyższe warstwy wody z zalegającym nad nim powietrzem. Głównie jednak zostały one zapewne wypłukane z atmosfery w czasie tysięcy lat oberwania chmur w poprzedniej epoce Ziemi. Promieniowanie nadfioletowe Słońca mogło docierać aż na kilka metrów w głąb wzbogaconej o owe cząsteczki wody. W warstwie o takiej grubości dało to wymienionym cząsteczkom bodziec do łączenia się w większe kamyki budulcowe. Jednakże ta sama energia, która to zdziałała, w następnej chwili rozkładała znowu wielkie cząsteczki na ich składniki początkowe. Tak został uruchomiony proces krążenia, nie kończące się budowanie i rozpad, który niewątpliwie rozgrywał się u powierzchni wszystkich wód.
Tego rodzaju zamknięty obieg jest właściwie klasycznym przykładem sytuacji bez wyjścia. Według obecnego stanu wiedzy istnieją dwie przyczyny, dzięki którym w tym szczególnym przypadku rozwój nie stanął w miejscu i wyjść mógł po za stadium. Przede wszystkim krążenie, jak wspominaliśmy, przebiegało tylko w pobliżu powierzchni wody, w warstwie o grubości może dziesięciu, na pewno nie więcej niż piętnastu metrów. Na większych głębokościach promieniowanie nadfioletowe nie mogło już oddziaływać z dostateczną siłą, ponieważ warstwy wody znajdujące się powyżej zaczynają grać role skutecznego filtra! Wobec tego część wielkich cząsteczek powstałych na skutek działania promieni nadfioletowych zawsze mogła się schronić w tych głębszych rejonach wód. Mówiąc ściślej, nie do uniknięcia było aby część z nich,zanim doszło do rozpadu, nie została przez normalne wirowe ruchy wody przepędzona w głębiny, do których promieniowanie nadfioletowe już nie docierało. Niezależnie, więc od krążeniowego charakteru procesu ich powstawania rozgrywającego się na najwyższym piętrze, owe cząsteczki, tak ważne dla dalszego rozwoju prawdopodobnie wciąż dalej nagromadzały się poniżej warstw wody poddanych działaniu promieniowania nadfioletowego. Drugi proces natomiast, inicjowany jednocześnie przez owo promieniowanie również na powierzchni wody był przyczyną, że cząsteczki nie były skazane na pozostanie raz na zawsze w owych głębiach. Energia tych krótkofalowych promieni jest tak wielka, że potrafi rozłożyć nowe cząsteczki wody na ich części składowe.
Stąd prawdopodobnie na powierzchni mórz i oceanów pra-Ziemi musiało nastąpić to co naukowcy nazywają mianem fotodysocjacji / rozpad spowodowany działaniem światła/ wody, związek H2O został rozszczepiony na wolny wodór i wolny tlen. Uwolniony wodór, najlżejszy ze wszystkich znanych nam pierwiastków, unosił się bez przeszkód w górne warstwy atmosfery, aż się w końcu gubił w wolnym Wszechświecie. Tlen pozostał. Jest jednak jak wspomniałem, szczególnie skutecznie działającym filtrem promieni nadfioletowych. Dlatego też proces dysocjacji nie przebiegał w sposób ciągły, ani jako część pewnego cyklu, lecz według zasady sprzężenia zwrotnego: ulegał samorzutnemu zahamowaniu, z chwilą gdy atmosfera osiągała określoną zawartość tlenu, zawartość dostateczną do odparcia promieniowania nadfioletowego w takim stopniu, że dalsze wytwarzanie tlenu droga fotodysocjacji ustawało. Samoregulujący się charakter tego procesu doprowadził ponadto do tego, że wynikający z niego udział tlenu w atmosferze prawdopodobnie ustalił się z dużą dokładnością na pewnej określonej wartości. W pewnym momencie produkcja tlenu wygasała. Skoro tylko stężenie tlenu spadało ponownie poniżej tej wartości/np. przez procesy utleniania się na powierzchni co pozbawiało atmosferę tlenu/było to oznaką, że skuteczność nadfioletowego filtru ustaje. Natychmiast rozpoczynała się w związku z tym fotodysocjacja wody. Utrzymywała się ona tak długo dopóki ponownie nie zostało osiągnięte dokładnie to samo pierwotne stężenie tlenu. I to jest po krótce efekt ureya /na cześć jego odkrywcy chemika amerykańskiego laureata Nobla -Harolda C Ureya.
- Nadfioletowe-promieniowanie-Słońca-1.JPG (105.71 KiB) Przejrzano 7356 razy
- Nadfioletowe-promieniowanie-Słońca-2.JPG (177.6 KiB) Przejrzano 7356 razy
Ultrafioletowe promieniowanie, choć niewidzialne, ma silne działanie fotochemiczne - przy długości fali poniżej 300 nm wywołuje już jonizację i jest zabójcze dla organizmów żywych. Znaczne ilości promieniowania ultrafioletowego emituje Słońce - Ziemię chroni przed nim warstwa ozonowa, pochłaniająca promieniowanie ultrafioletowe o długości fali poniżej 285 nm, a także powietrze, które pochłania całkowicie promieniowanie ultrafioletowe w zakresie ultrafioletu dalekiego.
W Centralnym Obserwatorium Geofizycznym IGF PAN w Belsku od 1963 roku prowadzone są pomiary całkowitej zawartości i rozkładu pionowego ozonu w atmosferze. Całkowita zawartość ozonu jest wielkością, od której w dużym stopniu zależy dopływ do powierzchni Ziemi słonecznego promieniowania nadfioletowego. Jednostką całkowitej zawartości ozonu jest atmocentymetr (atm-cm). Całkowita zawartość ozonu wynosi 1 atm-cm jeśli grubość warstwy ozonu w pionowej kolumnie powietrza w atmosferze po sprowadzeniu go do warunków normalnych ciśnienia i temperatury wynosi 1 cm; tysięczną część atm-cm nazywamy dobsonem [D]. Seria pomiarów całkowitej zawartości ozonu w Belsku jest ceniona nie tylko ze względu na czas trwania (od 1963 roku), lecz także z powodu jej wysokiej jakości. Dane uzyskane w Belsku wykorzystywane są w licznych opracowaniach modelowych i statystycznych dotyczących zmian ozonu w skali globalnej.
Rysunek 1 przedstawia roczny przebieg średnich dziennych całkowitej zawartości ozonu z lat 1963-2002 (linia granatowa) wraz z ich odchyleniem standardowym ±1s (linia granatowa przerywana) oraz przebieg aktualnych wartości średnich dziennych w bieżącym roku. Linia czerwona przedstawia przebieg wieloletnich średnich dziennych wartości całkowitej zawartości ozonu pomniejszonych o 20%. Jeżeli średnia dzienna zawartości ozonu znajduje się poniżej tej linii, wówczas mówimy o wystąpieniu „mini-dziury” ozonowej.
- Nadfioletowe-promieniowanie-Słońca-3.JPG (112.97 KiB) Przejrzano 7356 razy
- Nadfioletowe-promieniowanie-Słońca-4.JPG (86.35 KiB) Przejrzano 7356 razy
Satelita do obserwacji w nadfiolecie, czyli International Ultraviolet Explorer (IUE). Fot. ESA.
- Nadfioletowe-promieniowanie-Słońca-5.JPG (129.86 KiB) Przejrzano 7356 razy
- Nadfioletowe-promieniowanie-Słońca-6.JPG (236.54 KiB) Przejrzano 7356 razy
Wiadomości szczegółowe o promieniowaniu UV
Zależność długości drogi, jaką muszą pokonać promienie słoneczne od ich kąta padania
- Nadfioletowe-promieniowanie-Słońca-7.JPG (124.76 KiB) Przejrzano 7356 razy
Wysokości Słońca nad horyzontem, czyli od szerokości geograficznej, pory roku i pory dnia
Wysokości nad poziomem morza
Pochłaniania i odbicia promieniowania przez powierzchnię Ziemi i otaczające przedmioty
Występującego zachmurzenia
Zawartości ozonu w atmosferze
Obecności w atmosferze aerozoli i pary wodnej
Wysokość słońca nad horyzontem – najwyższe dawki promieniowania UVB występują pomiędzy równikiem a 300 szerokości geograficznej. Promieniowanie UV jest najsłabsze na obszarach polarnych. Pora dnia – kąt padania promieni słonecznych bezpośrednio przekłada się na natężenie promieniowania UV. W zależności od wysokości słońca nad horyzontem promienie słoneczne pokonuje drogę różnej długości do powierzchni Ziemi. Jeśli słońce znajduje się w zenicie (promienie słoneczne padają prostopadle do Ziemi), to droga, jaką promieniowanie słoneczne musi pokonać jest najkrótsza. Tym samym promieniowanie jest docierając najkrótszą drogą do powierzchni Ziemi ma najmniej czasu na to, aby zostać odbite lub pochłonięte. Skutkiem, czego jego największe natężenie występuje w godzinach południowych. W godzinach popołudniowych Słońce świeci pod kątem ok. 60 stopni (godzina 16.00). Droga, jaką pokonują promienie wydłuża się dwa razy. W skutek zwiększonej drogi promieniowania słonecznego następuje ich silniejsze pochłanianie, a więc do Ziemi dociera ich mniej. Przebywanie na słońcu jest wówczas nieco mniej niebezpieczne, można wydłużyć czas opalania do czterech razy.
Pora roku – w szerokościach geograficznych powyżej 50oN zimą dociera do Ziemi nikła część promieniowania UVB. Na przykład w Kopenhadze (55°N) oraz w Moskwie zimą intensywność promieniowania UVA jest 10 razy niższa, niż w lecie a intensywność UVB 100 razy niższa. Ilość promieniowania UVA w mniejszym stopniu zależy od kąta padania promieni słonecznych, ponieważ UVA jest znaczniej słabiej pochłaniane w atmosferze. Dlatego ilość UVA docierającego do Ziemi w mniejszym stopniu zależy od pory roku.
1.Wysokości nad poziomem morza – im większa wysokość nad poziomem morza, tym silniejsze promieniowanie UV. Na przykład na wysokości około 3000 n.p.m. występuje dwa razy większe natężenie promieniowania UVB i około półtora 1,5 razy większe natężenie promieniowania UVA, niż na wysokości poziomu morza. Na poziomie Morza Martwego, które leży na poziomie prawie -400 n.p.m. promieniowanie UVB prawie nie występuje. Innym przykładem jest góra Kilimandżaro gdzie wskaźnik UV osiąga wartość aż 7,34 (tab. 2.). W Polsce najwyższych dawek promieniowania można spodziewać się w Tatrach.
Natężenie promieniowania słonecznego na różnych wysokościach nad poziomem morza i jego zmienność
- Nadfioletowe-promieniowanie-Słońca-8.JPG (109.75 KiB) Przejrzano 7356 razy
- Nadfioletowe-promieniowanie-Słońca-9.JPG (74.99 KiB) Przejrzano 7356 razy
- Nadfioletowe-promieniowanie-Słońca-10.JPG (76.5 KiB) Przejrzano 7356 razy
4.Zawartość ozonu w atmosferze – szacuje się, że 1% zmiany całkowitej ilości ozonu powoduje zmianę 1.1÷1.3% promieniowania UV.
Dym i mgła rozpraszają – osłabiają promieniowanie UV.
Podsumowanie
UVB jest niezbędne i najprawdopodobniej od niego zaczęła się ewolucja.
Tylko około 5% promieniowania UV stanowi promieniowanie UV-B.
Z zebranych danych i informacji wynika iż konopki rosnące w Europie a nawet w Polsce mogą mieć świetne warunki do wytwarzania większych niż przeciętne w naszym klimacie ilości THC. Spowodowane jest to dziurą ozonową. Im bardziej na południe kraju tym mniejszy kąt padania i krótsza droga dla promieni słonecznych niosących z sobą tak niezbędne nam światło UV-B zatem większe dawki UV-B.
Największe natężenie jest w okresie letnim około godzin południowych. Jednakże UV-B występuję nad Polską także w zimie. Zachmurzenie zmniejsza jego ilość. Natomiast istotna jest także hipsometria – im wyżej tym większa dawka UVB.
Na podstawie tej wiedzy należy dobrać odpowiedni kompakt czy świetlówkę. Liczę na userów, iż pomogą znaleźć sposób na obliczenie efektywności żarówki UV-B w jednostkach zunifikowanych UVI. Jak nie to sam za parę dni to obliczę hehe.
Tak na początek obliczeń to kiedyś już próbowałem liczyć – cytuję:
„Bo maksymalnie wg atykułu występuje w ciągu dnia ok 270 microwatów
Skoro żarówki są 13W czyli 2 to 26W
Z tego 10% to UVB czyli 2,6W
Microwat to jedna milionowa wata.
box to 4300 cm2 - tak? (0,43m^2)
Czyli skoro 270 microwatów to 0,000270 Wata to na w/w powierzchnie potrzebowałbym 1,161Wata aby oddać warunki panujące w przyrodzie ale nie naszego klimatu. A skoro będę miał 2,6Wata to może roślinkom zaszkodzić, bo to aż ponad jeden raz więcej.”
To teraz trzeba te zunifikowane jednostki na microwaty przeliczyć i jest gitara i będzie wiadomo jaką żarówę trzeba.
Jeszcze sobie przypomniałem, że te obliczenia wyżej to mają sens przy odległości żarówki 50cm. Czyli to jak promienie rzucają zależy także od kształtu źródła światła i jego wertykalnego bądź horyzontalnego ułożenia. Nie wiem czy tego nie należy jakoś w przestrzeni rozpatrzyć. Ale na razie zostańmy jednak na płaszczyźnie.
