Спектр солнечного излучения: описание, особенности и интересные факты
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 ультрафиолетовое излучение 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.
- Радиация (излучение) — 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 тепловые волны 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:
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.
Источник
Что важно знать о солнечном излучении: УФ А и УФ В
Всем известно, что Солнце — центр нашей системы планет и стареющая звезда — испускает лучи. Солнечное излучение состоит из ультрафиолетовых лучей (УФ / UV) типа А, или UVA — длинноволновых, типа В, или UVB — коротковолновых. Наше понимание того, какие виды повреждений они могут причинять коже и как лучше всего защититься от УФ, похоже, меняется каждый год — по мере появления новых исследований. Например, когда-то считалось, что только UVB вредны для кожи, но мы все больше и больше узнаем из исследований о повреждениях, вызванных UVA. Как следствие, появляются и улучшенные формы защиты от UVA, которые способны при правильном применении предотвратить повреждения от воздействия солнца.
Что такое УФ-излучение?
УФ-излучение является частью электромагнитного (светового) спектра, который достигает Земли от Солнца. Длина волн УФ-излучения меньше спектра видимого света, что делает его невидимым для невооруженного глаза. Излучение по длине волн делится на UVA, UVB и UVC, причем UVA — наиболее длинноволновое (320–400 нм, где нм — миллиардная часть метра). UVA подразделяется еще на два диапазона волн: UVA I (340–400 нм) и UVA II (320–340 нм). Диапазон UVB — от 290 до 320 нм. Более короткие лучи UVC поглощаются озоновым слоем и не достигают поверхности земли.
Однако два типа лучей — UVA и UVB — проникают в атмосферу и являются причиной многих болезней — преждевременного старения кожи, повреждения глаз (включая катаракту) и рака кожи. Они также подавляют работу иммунной системы, уменьшая способность организма бороться с этими и другими заболеваниями.
УФ-излучение и рак кожи
Повреждая клеточную ДНК кожи, чрезмерное УФ-излучение вызывает генетические мутации, которые могут привести к раку кожи. Поэтому и Департамент здравоохранения и социальных служб США, и Всемирная организация здравоохранения признали УФ доказанным канцерогеном для человека. Ультрафиолетовое излучение считается основной причиной рака кожи немеланомы (NMSC), включая карциному базальной клетки (BCC) и плоскоклеточную карциному (SCC). Эти виды рака поражают ежегодно более миллиона людей в мире, из которых более 250 000 — граждане США. Многие эксперты считают, что, особенно для людей с бледной кожей, УФ-излучение часто играет ключевую роль в развитии меланомы — самой опасной формы рака кожи, которая ежегодно убивает более 8 000 американцев.
УФ А-излучение
Большинство из нас подвергается воздействию большого количества ультрафиолета на протяжении жизни. Лучи UVA составляют до 95 % УФ-излучения, достигающего поверхности Земли. Хотя они менее интенсивны, чем UVB, лучи UVA в 30–50 раз более распространены. Они присутствуют с относительно равной интенсивностью в течение всего светового дня в течение года и могут проникать сквозь облака и стекло.
Именно UVA, которое проникает в кожу более глубоко, чем UVB, виновато в старении кожи и возникновении морщин (так называемая солнечная геродермия), но до недавнего времени ученые полагали, что UVА не наносило значительного ущерба эпидермису (самый внешний слой кожи), где локализуется большинство случаев рака кожи. Однако исследования последних двух десятилетий показывают, что именно UVA повреждает клетки кожи, называемые кератиноцитами, в базальном слое эпидермиса, где развивается большинство случаев рака кожи. Базальные и плоскоклеточные клетки — это разновидности кератиноцитов.
Также именно UVA вызывает в основном загар, и теперь мы знаем, что загар (безразлично, где он получен — на открытом воздухе или в солярии) наносит коже ущерб, который усугубляется с течением времени, поскольку повреждаются ДНК кожи. Оказывается, кожа темнеет именно потому, что таким образом организм пытается предотвратить дальнейшее повреждение ДНК. Данные мутации могут привести к раку кожи.
Вертикальный солярий в основном излучает UVA. Лампы, используемые в салонах для загара, излучают дозы UVA в 12 раз больше, чем солнце. Неудивительно, что у людей, которые используют салон для загара, в 2,5 раза чаще развивается плоскоклеточный рак и в 1,5 раза чаще — базально-клеточный рак. Согласно недавним исследованиям, первое воздействие солярия в молодом возрасте повышает риск меланомы на 75%.
УФ В-излучение
UVB, которые являются главной причиной покраснения кожи и солнечных ожогов, наносят в основном ущерб более поверхностным эпидермальным слоям кожи. UVB играет ключевую роль в развитии рака кожи, старении и потемнении кожи. Интенсивность излучения зависит от сезона, местоположения и времени суток. Самое значительное количество UVB поражает США в период с 10:00 до 16:00 с апреля по октябрь. Однако лучи UVB могут повреждать кожу круглый год, особенно на больших высотах и на отражающих поверхностях, таких как снег или лед, которые отдают назад до 80% лучей, так что они попадают на кожу дважды. Радует только то, что UVB практически не проникают через стекло.
Защитные меры
Помните, что защищаться от УФ-излучения следует как внутри помещений, так и снаружи. Всегда ищите тень на улице, особенно между 10:00 и 16:00. А поскольку UVA проникает через стекло, подумайте над укреплением тонированной UV-защитной пленки на верхних частях боковых и задних стекол вашего автомобиля, а также на окнах дома и офиса. Такая пленка блокирует до 99,9% УФ-излучения и пропускает до 80% видимого света.
На открытом воздухе одевайте, чтобы ограничить воздействие УФ-излучения, специальную солнцезащитную одежду с UPF (коэффициент защиты от ультрафиолетового излучения). Чем выше значения UPF, тем лучше. Например, рубашка с UPF 30 означает, что только 1/30-я ультрафиолетового излучения Солнца может достичь кожи. Существуют и специальные добавки в средства для стирки, которые в обычных тканях обеспечивают более высокие значения UPF. Не игнорируйте возможность защититься — выбирайте те ткани, у которых лучшая защита от солнечных лучей. Например, яркая или темная блестящая одежда отражает больше УФ-излучения, чем светлые и отбеленные хлопчатобумажные ткани; правда, свободная одежда обеспечивает больший барьер между вашей кожей и солнечными лучами. Наконец, широкополые шляпы и солнцезащитные очки с УФ-защитой помогают защитить чувствительную кожу на лбу, шее и вокруг глаз — именно в этих областях обычно бывают наиболее тяжелые повреждения.
Защитный фактор (SPF) и УФ В-излучение
С появлением современных солнцезащитных кремов появилась традиция измерять их эффективность фактором защиты от солнца, или SPF. Как ни странно, SPF — это не фактор и не мера защиты как таковой.
Эти числа просто указывают, сколько времени потребуется, чтобы UVB-лучи вызвали покраснение кожи при использовании солнцезащитного крема по сравнению с тем, как кожа будет краснеть без применения данного продукта. Например, пользуясь солнцезащитным кремом с SPF 15, человек продлит время безопасного нахождения на солнце в 15 раз по сравнению с пребыванием в аналогичных условиях без солнцезащитного крема. Солнцезащитный крем SPF 15 экранирует 93% солнечных лучей UVB; SPF 30 — 97%; и SPF 50 — до 98%. Крем с SPF 15 или даже выше необходимы для адекватной повседневной защиты кожи в солнечное время года. Для более длительного или интенсивного воздействия солнца, например нахождения на пляже, рекомендуется SPF 30 или выше.
Солнцезащитный компонент
Поскольку UVA и UVB вредны для кожи, то нужна защита от обоих видов лучей. Эффективная защита начинается с SPF от 15 или выше, также важны следующие ингредиенты: stabilized a avobenzone, ecamsule (также известный как Mexoryl TM ), oxybenzone, titanium dioxide, и zinc oxide. На этикетках солнцезащитных средств можно прочесть фразы типа «защищает от нескольких спектров лучей», «с широким спектром защиты» или «защита от UVA/UVB — все это указывает на то, что предусмотрена защита от UVA. Однако такие фразы могут не совсем соответствовать действительности.
В настоящее время 17 активных ингредиентов одобрены FDA (Управлением по контролю за качеством пищевых продуктов и лекарственных препаратов) для использования в солнцезащитных кремах. Эти фильтры делятся на две широкие категории: химические и физические. Большинство УФ-фильтров — химические, то есть они образуют тонкую защитную пленку на поверхности кожи и поглощают УФ-излучение, прежде чем лучи проникнут в кожу. Физические солнцезащитные средства чаще всего состоят из нерастворимых частиц, отражающих УФ-лучи от кожи. Большинство солнцезащитных кремов содержат смесь химических и физических фильтров.
Солнцезащитные средства, одобренные FDA
Название активного ингредиента / УФ-фильтра
Источник