Содержание озона в атмосфере - важный фактор в формировании интенсив ности и спектрального распределения УФ - солнечной радиации

Энергетическая светимость Солнца, в зависимости от длины волны испускаемого электромагнитного излучения, близка к светимости абсолютно черного тела, нагретого до температуры 6000 К.
Она описывается уравнением Планка. Для коротковолновой (ультрафиолетовой) ее части справедлива формула Вина:
2    c 2  h
 h  c 
r (, T) =5
exp 
k    T  ,
90106529210000где h - постоянная Планка, h = 6,63 ∙ 10-34 Дж ∙ с;
 - длина волны электромагнитного излучения, м;
k - постоянная Больцмана, k = 1,38 ∙ 10-23 Дж/К;
T - температура, по абсолютной шкале температур, К;
с - скорость света, c = 3 ∙ 108 м/с;
 - 3,14.
r(280, T) = 2∙3,14∙3∙108∙6,63∙10-34/2805 ∙ exp^(-6.63∙10-34 ∙ 3 ∙ 108/1,38 ∙ 10-23 ∙ 280 ∙ 6000) = 7,26 ∙ 10-38
r(290, T) = 6,09 ∙ 10-38
r(300, T) = 5,14 ∙ 10-38
r(310, T) = 4,36 ∙ 10-38
r(320, T) = 3,76 ∙ 10-38.
Умножая r(, T) на площадь поверхности солнца, получим полную спектральную светимость Солнца:
4648835182245С
00С
R(, T) = r(, T) 4  R 2 ,
где Rс – радиус Солнца, Rс = 6,96 ∙ 108 м.
R(280,T) = 7,26 ∙ 10-38 ∙ 4 ∙ 3,14 ∙ 6,96 ∙ 108 = 6,35 ∙ 10-30
R(290,T) = 5,32 ∙ 10-30
R(300,T) = 4,46 ∙ 10-30
R(310,T) = 3,81 ∙ 10-30
R(320,T) = 3,29 ∙ 10-30
Разделив R(, T) на площадь сферы с радиусом, равным расстоянию от Солнца до Земли ( R0-3 = 150 ∙ 109 м), получим Q(,Т) спектральную плотность потока лу- чистой энергии Солнца в ультрафиолетовой области, достигающей верхних слое атмосферы Земли:
Q(280,Т) = 2 ∙ 3,14 ∙ 6,63 ∙ 10-34 ∙ 3 ∙ 108/2805 ∙ exp^(-6,63 ∙ 10-34 ∙ 3 ∙ 108/1,38 ∙ 10-23 ∙ 280 ∙ 6000) ∙ (6,96 ∙ 108)2/(150 ∙ 109)2 = 1,56 ∙ 10-42 Вт/м3
Q(290,Т) = 1,31 ∙ 10-42 Вт/м3
Q(300,Т) = 1,11 ∙ 10-42 Вт/м3
Q(310,Т) = 0,94 ∙ 10-42 Вт/м3

Q(320,Т) = 0,15 ∙ 10-42 Вт/м3
Излучение с длиной волны 280-320 нм (по медицинской терминологии - область В) - наиболее важное для изучения повреждающего действия солнечной ра- диации, полностью определяется содержанием озона в атмосфере Земли, без учета влияния молекулярного и аэрозольного рассеивания. С учетом же этих факторов солнечную радиацию на поверхности Земли (ультрафиолетовая область) будем определять как соотношение:
Yλ = 1,56 ∙ 10-42 exp^(-87,5 ∙ 1,103 ∙ 0,3 – 1,6 ∙ 1,103 – 0,4 ∙ 1,103) = 4,57 ∙10-55 Вт/м2
Yλ = 1,44 ∙10-47 Вт/м2
Yλ = 1,54 ∙10-45 Вт/м2
Yλ = 7,96 ∙10-44 Вт/м2
Yλ = 2,74 ∙10-44 Вт/м2
Чтобы определить эффективную энергетическую освещенность, создаваемую широкополосным источником излучения, по сравнению с действием источника излучения с длиной волны 270 нм, обладающим максимальной эффективностью воспользуемся формулой:
Yэфф. = (4,57 ∙10-55 ∙ 0,88 ∙ 10-8) + (1,44 ∙10-47 ∙ 0,64 ∙ 10-8) + (1,54 ∙10-45 ∙ 0,30 ∙ 10-8) (7,96 ∙10-44 ∙ 0,015 ∙ 10-8) + (2,74 ∙10-44 ∙ 0,003 ∙ 10-8) = 1,75∙10-53 Вт/м2
tдоп. = 30/1,75∙10-53 = 17,14 ∙ 1053
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
Каково биологическое воздействие УФ радиации на человека?
Какова роль озонового слоя атмосферы в защите от УФР?
Пороговые дозы облучения УФИ?
Источники разрушения озонового слоя?
Какие факторы влияют на плотность потока солнечной УФ радиации на уровне Земли?
ОТВЕТЫ
1. Биологическое действие ультрафиолетового излучения
По характеру преимущественного биологического воздействия УФ-излучение делят на 3 области:
1. область А - 400 - 320 нм
2. область В - 320 - 290 нм
3. область С - 290 - 100 нм - в солнечном спектре на поверхности земли нет и присущ искусственным источникам излучения.
Механизм действия УФ-излучения на организм человека сложный и разнообразный. Поглощение энергии ультрафиолетовых лучей приводит к возбуждению атомов, молекул клеток и переходу электронов с одной орбиты на другую, отрыв электрона от атома или молекулы обуславливает фотоэлектрический эффект . Атомы и молекулы тканей организма приходят в новое, физически измененное состояние, при котором увеличивается запас энергии и в тканях образуется большое количество ионов. Фотобиологические процессы обусловлены разрушением белка и нуклеиновых кислот. С другой стороны, образуются специфические химические вещества, которые способствуют восстановлению структуры нуклеиновых кислот.
область А
Биологическое действие:
1. загарное или пигментообразующее (защитное) - проявляется образованием пигмента меланина из некоторых аминокислот (тирозина) в базальных клетках эпидермиса кожи. Пигментация кожи является приспособительной реакцией организма на избыточное поступление ультрафиолетовых лучей. Чистый пигмент оказывает сосудосуживающее действие. Меланин защищает кожу от избыточного поступления УФ-лучей, поглощая продукты распада белка.
2. флюоресцентный - лучи способны вызывать свечение некоторых веществ (люмиформов в люминесцентных лампах).
3. слабое общестимулирующее действие.
область В
Биологически наиболее ценная область УФ-излучения.
Биологическое действие:
1. сильное общестимулирующее действие.
Механизм действия - поглощение энергии УФ-излучения приводит к активации атомов, молекул клеток и возникновению фотохимического эффекта в тканях. УФ-излучение активирует входящие в состав молекул белков и нуклеиновых соединений остатки аминокислот (тирозина, триптофана, фенилаланина), пиримидиновых и пуриновых оснований (тимина, цитозина). В результате происходит распад белковых молекул с образованием биологически активных веществ - холина, ацетилхолина, гистамина, серотонина и т.д., которые активизируют обменные, трофические процессы в организме.
а) проявляется это в виде улучшения обмена веществ (минерального, белкового, липидного и т.д.). Так, например, наблюдается нормализация холестеринового обмена, что необходимо использовать для лечения и профилактики атеросклероза. Улучшается обмен Са и Р, в результате нормализуются процессы костеобразования.
б) изменяется фагоцитарная активность лейкоцитов, повышаются бактерицидные свойства крови, что благоприятно влияет на иммунитет.
в) повышается активность гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы - повышается потребление кислорода тканями - изменяется тканевое дыхание, повышается основной обмен, активизируется анаэробный гликолиз (усиливается окислительное фосфорилирование).
г) активизируется симпато - адреналовая система - повышается приспособляемость организма к условиям внешней среды.
д) ацетилхолин изменяет передачу нервного импульса, в результате активизируются процессы в коре головного мозга, повышается умственная, физическая работоспособность, мышечный тонус.
е) гистидин, входящий в состав белка, превращается в гистамин, который вызывает расширение кожных капилляров и изменяет сосудистую проницаемость.
ё) ускоряется рост и развитие.
2. витаминообразующее антирахитическое действие - под влиянием УФ-лучей в коже из 7,8 - дегидрохолестерина синтезируется холекальциферол.
область С
Биологическое действие:
1. бактерицидное и бактериостатическое действие - под влиянием лучей происходит фотохимическое расщепление белка до стадий аминокислот, в результате чего бактериальная клетка погибает или прекращает жизнедеятельность.
Наибольший бактериостатический эффект достигается в помещениях, ориентированных на южные румбы (ю/в, ю/з) - до 99,6% при удалении от окна на 0,5 м. В помещения, ориентированные на север, поступают рассеянные лучи, поэтому бактериостатический эффект составляет 14,9%.
Границы бактерицидного действия определяются в пределах длины волны от 313 нм до 200 нм