Защита от ультрафиолетового излучения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание.

1. Введение………………………………………………………………………..3
2. Природа ультрафиолетового излучения……………………………………5
3. Влияние ультрафиолетового излучения на биосферу…………………….9
4. Действие ультрафиолетового излучения на клетку………………………12
5. Действие ультрафиолетового излучения на кожу……………………….14
6. Бактерицидное действие ультрафиолетового излучения………………..18
7. Биологическое действие ультрафиолетового излучения……………….20
8. Положительное действие ультрафиолетового излучения………………23
9. Негативное воздействие ультрафиолетового облучения……………….24
10. Защита от ультрафиолетового излучения……………………………….26
11. Заключение………………………………………………………………….27
12. Список литературы…………………………………………………………29

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

  Понятие об ультрафиолетовых лучах впервые встречается у индийского философа 13-го века Shri Madhvacharya в его труде Anuvyakhyana. Атмосфера описанной им местности Bhootakasha содержала фиолетовые лучи, которые невозможно увидеть обычным глазом.

  Вскоре после того, как было обнаружено инфракрасное излучение, немецкий физик Иоганн Вильгельм Риттер начал поиски излучения и в противоположном конце спектра, с длиной волны короче, чем у фиолетового цвета. В 1801 году он обнаружил, что хлорид серебра, разлагающийся под действием света, быстрее разлагается под действием невидимого излучения за пределами фиолетовой области спектра. Тогда, многие ученые, включая Риттера, пришли к соглашению, что свет состоит из трех отдельных компонентов: окислительного или теплового (инфракрасного) компонента, осветительного компонента (видимого света), и восстановительного (ультрафиолетового) компонента. В то время ультрафиолетовое излучение называли также «актиническим излучением».

  Излучение солнца имеет электромагнитную колебательную природу и носит непрерывный характер. Этот спектр излучений можно разделить на несколько областей- рентгеновское излучение - ниже 2 нм, УФ-излучение - от 2 нм до 400 нм, видимый участок спектра - от 400 нм до 750 нм и инфракрасное излучение - выше 750 нм. Энергия квантов УФ-излучения (70-140 ккал/моль) превосходит энергию активации большинства химических реакций. Поэтому УФ-радиация является весьма фотохимически активной частью спектра. Ультрафиолетовое излучение в области от 180 нм до 2 нм интенсивно поглощается кислородом воздуха. Поэтому оно реально существует лишь в космическом пространстве или в специальных лабораторных условиях.

  УФ-излучение является постоянно действующим фактором внешней среды, оказывающим мощное воздействие на многие физиологические процессы, протекающие в организме. Также оно сыграло важную роль в эволюционных процессах, протекавших на Земле. Прежде всего УФ-излучение наряду с космическими лучами и радиоактивными элементами земной коры, с электрическими разрядами в атмосфере, извержениями вулканов и ударами метеоритов, было важнейшим фактором, способствовавшим абиогенному синтезу органических соединений на Земле. Мутагенное действие УФ-излучения на простейшие формы жизни стимулировало ход биологической эволюции, способствовало увеличению разнообразия жизненных форм. В ходе эволюции земные организмы приобрели способность использовать для своих нужд энергию различных частей солнечного спектра. Хорошо известна роль видимой части солнечного света - фотосинтез, зрение, инфракрасной - тепло. Оказалось, что используются и ультрафиолетовые компоненты солнечного диапазона и, в частности, при фотохимическом синтезе витамина Д, важнейшего регулятора обмена кальция и фосфора в организме.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Природа ультрафиолетового  излучения.

  Спектр лучей, видимых глазом человека, не имеет резкой, четко определенной границы. Верхней границей видимого спектра одни исследователи называют 400 нм, другие 380, третьи сдвигают ее до 350...320 нм. Это объясняется различной световой чувствительностью зрения и указывает на наличие лучей не видимых глазом. В 1801 г. И. Риттер (Германия) и У. Уола-стон (Англия) используя фотопластинку доказали наличие ультрафиолетовых лучей. За фиолетовой границей спектра она чернеет быстрее, чем под влиянием видимых лучей. Поскольку почернение пластинки происходит в результате фотохимической реакции, ученые пришли к выводу, что ультрафиолетовые лучи весьма активны. Ультрафиолетовые лучи охватывают широкий диапазон излучений (таблица 1): 400...20 нм. Область излучения 180... 127 нм называется вакуумной. Посредством искусственных источников (ртутно-кварцевых, водородных и дуговых ламп), дающих как линейчатый, так и непрерывный спектр, получают ультрафиолетовые лучи с длиной волны до 180 нм. В 1914 г. Лайман исследовал диапазон до 50 нм.

Диапазон ультрафиолетового излучения:

Ближний

NUV                                                                     Аббревиатура 

400 нм -- 300 нм                                                   Длина волны в нанометрах 

3.10 -- 4.13 эВ                                                    Количество энергии на фотон

Средний

MUV                                                                   Аббревиатура                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                        

300 нм -- 200 нм                                                Длина волны в нанометрах 

4.13 -- 6.20 эВ                                                Количество энергии на фотон       

Дальний

FUV                                                                   Аббревиатура          

200 нм -- 122 нм                                                Длина волны в нанометрах

6.20 -- 10.2 эВ                                                  Количество энергии на фотон         Экстремальный

EUV, XUV                                                         Аббревиатура          

121 нм -- 10 нм                                                  Длина волны в нанометрах 

10.2 -- 124 эВ                                                  Количество энергии на фотон         Вакуумный

VUV                                                                  Аббревиатура            

200 нм -- 10 нм                                                 Длина волны в нанометрах 

6.20 -- 124 эВ                                               Количество энергии на фотон       

 

Ультрафиолет А, длинноволновой диапазон, Чёрный свет

UVA                                                                 Аббревиатура          

400 нм -- 315 нм                                                Длина волны в нанометрах 

3.10 -- 3.94 эВ                                                   Количество энергии на фотон         Ультрафиолет B (средний диапазон)

UVB                                                                   Аббревиатура

315 нм -- 280 нм                                                Длина волны в нанометрах

3.94 -- 4.43 эВ                                             Количество энергии на фотон       

 

Ультрафиолет С, коротковолновой, гермицидный диапазон

UVC                                                                Аббревиатура

280 нм -- 100 нм                                                Длина волны в нанометрах

4.43 -- 12.4 эВ                                                Количество энергии на фотон         

  Исследователи обнаружили тот факт, что спектр ультрафиолетовых лучей Солнца, достигающих земной поверхности, очень узок - 400...290 нм. Неужели солнце не излучает свет с длиной волны короче 290 нм? Ответ на этот вопрос нашел А. Корню (Франция). Он установил, что озон поглощает ультрафиолетовые лучи короче 295 нм, после чего выдвинул предположение: Солнце излучает коротковолновые ультрафиолетовое излучение, под его действием молекулы кислорода распадаются на отдельные атомы, образуя молекулы озона, поэтому в верхних слоях атмосферы озон должен покрывать землю защитным экраном. Гипотеза Корню получила подтверждение тогда, когда люди поднялись в верхние слои атмосферы. Таким образом, в земных условиях спектр солнца ограничен пропусканием озонового слоя.

  Количество ультрафиолетовых лучей, достигающих земной поверхности, зависит от высоты Солнца над горизонтом. В течение периода нормального освещения освещенность изменяется на 20%, тогда как количество ультрафиолетовых лучей достигающих земной поверхности уменьшается в 20 раз.

  Специальными экспериментами установлено, что при подъеме вверх на каждые 100 м интенсивность ультрафиолетового излучения возрастает на 3...4%. На долю рассеянного ультрафиолета в летний полдень приходится 45...70% излучения, а достигающего земной поверхности - 30...55%. В пасмурные дни, когда диск Солнца закрыт тучами, поверхности Земли достигает главным образом рассеянная радиация. Поэтому можно хорошо загореть не только под прямыми лучами солнца, но и в тени, и в пасмурные дни. Когда Солнце стоит в зените, в экваториальной области поверхности земли достигают лучи длиной 290...289 нм. В средних широтах коротковолновая граница, в летние месяцы, составляет примерно 297 нм. В период эффективного освещения верхняя граница спектра составляет порядка 300 нм. За полярным кругом земной поверхности достигают лучи с длиной волны 350...380 нм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Влияние ультрафиолетового излучения на биосферу.

  Выше диапазона вакуумной радиации ультрафиолетовые лучи легко поглощаются водой, воздухом, стеклом, кварцем и не достигают биосферы Земли. В диапазоне 400... 180 нм влияние на живые организмы лучей различной длины волны не одинакова. Наиболее богатые энергией коротковолновые лучи сыграли существенную роль в образовании первых сложных органических соединений на Земле. Однако эти лучи способствуют не только образованию, но и распаду органических веществ. Поэтому прогресс жизненных форм на Земле наступил лишь после того, когда благодаря деятельности зеленых растений атмосфера обогатилась кислородом и, под действием ультрафиолетовых лучей, образовался защитный озоновый слой.

А 

400...320 нм; 

В 

320...275 нм; 

С 

275...180 нм. 

  Для нас представляют интерес ультрафиолетовое излучение Солнца и искусственных источников ультрафиолетового излучения в диапазоне

400...180 нм. Внутри этого  диапазона выделены три области: В действии каждого из этих  диапазонов на живой организм  есть существенные различия. Ультрафиолетовые  лучи действуют на вещество, в  том числе и живое, по тем  же законам, что и видимый свет. Часть поглощаемой энергии превращается  в тепло, но тепловое действие  ультрафиолетовых лучей не оказывает  на организм заметного влияния.

  Другой способ передачи энергии - люминесценция. Фотохимические реакции под действием ультрафиолетовых лучей проходят наиболее интенсивно. Энергия фотонов ультрафиолетового света очень велика, поэтому при их поглощении молекула ионизируется и распадается на части. Иногда фотон выбивает электрон за пределы атома. Чаще всего происходит возбуждение атомов и молекул. При поглощении одного кванта света с длиной волны 254 нм энергия молекулы возрастает до уровня, соответствующего энергии теплового движения при температуре 38000°С.Основная часть солнечной энергии достигает земли в качестве видимого света и инфракрасного излучения и лишь незначительная часть - в виде ультрафиолета. Максимальных значений поток УФ достигает в середине лета на Южном полушарии (Земля на 5% ближе к Солнцу) и 50% от суточного количества УФ поступает в течение 4-х полуденных часов. Diffey установил, что для географических широт с температурой 20-60° человек, загорающий с 10:30 до 11:30 и затем с 16:30 до заката, получит только 19% от суточной дозы УФ. В полдень, интенсивность УФ (300 нм) в 10 раз выше, чем тремя часами раньше или позже: незагорелому человеку достаточно 25 минут для получения легкого загара в полдень, однако для достижения этого же эффекта после 15:00, ему понадобится лежать на солнце не менее 2-х часов. Ультрафиолетовый спектр в свою очередь разделяют на ультрафиолета (UV-A) с длиной волны 315-400 нм, ультрафиолет-В (UV-B) -280-315 нм и ультрафиолет-С (UV-С)- 100-280 нм, которые отличаются по проникающей способности и биологическому воздействию на организм.

  UV-A не задерживается озоновым слоем, проходит сквозь стекло и роговой слой кожи. Поток UV-A (среднее значение в полдень) в два раза выше на уровне Полярного Круга, чем на экваторе, так что абсолютное его значение больше в высоких широтах. Не отмечается и существенных колебаний в интенсивности UV-A в разные времена года. За счет поглощения, отражения и рассеивания при прохождении через эпидермис, в дерму проникает только 20-30% UV-A и около 1% от общей его энергии достигает подкожной клетчатки.