Солнечная радиация и её влияние на организм человека и климат

Что называют солнечной радиацией

Природа солнечного излучения оставалась неясной до тех пор, пока в начале ХХ века выдающийся астроном Артур Эддингтон не предположил, что источником колоссальной солнечной энергии являются реакции термоядерного синтеза, которые происходят в его недрах. Температура вблизи его ядра (около 15 млн градусов) является достаточной для того, чтобы протоны преодолевали силу взаимного отталкивания и в результате столкновения образовывали ядра Гелия.

Впоследствии ученые (в частности – Альберт Эйнштейн) обнаружили, что масса ядра Гелия несколько меньше суммарной массы четырех протонов, из которых оно образуется. Этот феномен получил название дефекта масс. Проследив взаимосвязь массы и энергии, ученые обнаружили, что этот излишек выделяется в виде гамма-квантов.

При прохождении пути от ядра к поверхности Солнца через слои составляющих его газов, гамма-кванты дробятся и превращаются в электромагнитные волны, среди которых находится и видимый человеческому глазу свет. Этот процесс занимает около 10 млн лет. А для достижения солнечного излучения земной поверхности требуется всего 8 минут.

Солнечная радиация включает в себя электромагнитные волны с широким диапазоном и солнечный ветер, который представляет собою поток лёгких частиц и электронов.

Лхоцзе

Высота: 8516 м

Горная система: Гималаи

Местоположение: Китай, Непал

Первое восхождение: 18 мая 1956 года, швейцарцы Эрнст Райсс и Фриц Лухзингер

Дополнительные вершины: Западная промежуточная вершина (8426 м), Лхоцзе Средняя (8376 м) и Лхоцзе Шар (8398 м).

«Лхоцзе» на тибетском означает «южный пик». Гора расположена южнее Эвереста на три километра, отделена Южным седлом от него. Особенность маршрута на Лхоцзе — он частично совпадает с маршрутом на Эверест. Близостью к самой высокой вершине в мире объясняется непопулярность восхождения на Лхоцзе.

Классический и самый легкий маршрут на Лхоцзе — по северо-западной стене. Маршрут по Южной стене — самый сложный. Здесь, во время второй попытки, в 1989 году погиб Ежи Кукучка — второй на Земле покоритель всех восьмитысячников. Впервые этот маршрут был пройден сборной командой альпинистов из СССР в 1990 году. Сергей Бершов и Владимир Каратаев достигли Главной вершины Лхоцзе, благодаря слаженной работе всей команды. Рейнхольд Меснер — первый завоеватель всех восьмитысячников, пытавшийся несколько раз пройти этим маршрутом назвал его «Маршрут ХХI века».

Распределение солнечной радиации по земной поверхности

Солнечная радиация распределяется по земле неравномерно. Это зависит:

1. от плотности и влажности воздуха — чем они выше, тем меньше радиации получает земная поверхность;

2. от географической широты местности — количество радиации увеличивается от полюсов к экватору. Количество прямой солнечной радиации зависит от длины пути, который проходят солнечные лучи в атмосфере. Когда Солнце находится в зените (угол падения лучей 90°), его лучи попадают на Землю кратчайшим путем и интенсивно отдают свою энергию малой площади. На Земле это происходит в полосе между от 23° с. ш. и 23° ю. ш., т. е. между тропиками. По мере удаления от этой зоны на юг или на север длина пути солнечных лучей увеличивается, т. е. уменьшается угол их падения на земную поверхность. Лучи начинают падать на Землю под меньшим углом, как бы скользя, приближаясь в районе полюсов к касательной линии. В результате тот же поток энергии распределяется на большую площадь, поэтому увеличивается количество отраженной энергии. Таким образом, в районе экватора, где солнечные лучи падают на земную поверхность под углом 90°, количество получаемой земной поверхностью прямой солнечной радиации выше, а по мере передвижения к полюсам это количество резко сокращается. Кроме того, от широты местности зависит и продолжительность дня в разные времена года, что также определяет величину солнечной радиации, поступающей на земную поверхность;

3. от годового и суточного движения Земли — в средних и высоких широтах поступление солнечной радиации сильно изменяется по временам года, что связано с изменением полуденной высоты Солнца и продолжительности дня;

4. от характера земной поверхности — чем светлее поверхность, тем больше солнечных лучей она отражает. Способность поверхности отражать радиацию называется альбедо (от лат. белизна). Особенно сильно отражает радиацию снег (90 %), слабее песок (35 %), еше слабее чернозем (4 %).

Земная поверхность, поглощая солнечную радиацию (поглощенная радиация), нагревается и сама излучает тепло в атмосферу (отраженная радиация). Нижние слои атмосферы в значительной мерс задерживают земное излучение. Поглощенная земной поверхностью радиация расходуется на нагрев почвы, воздуха, воды.

Та часть суммарной радиации, которая остается после отражения и теплового излучения земной поверхности, называется радиационным балансом. Радиационный баланс земной поверхности меняется в течение суток и по сезонам года, однако в среднем за год имеет положительное значение всюду, за исключением ледяных пустынь Гренландии и Антарктиды. Максимальных значений радиационный баланс достигает в низких широтах (между 20° с. ш. и 20° ю. ш.) — свыше 42*102 Дж/м2, на широте около 60° обоих полушарий он снижается до 8*102-13*102 Дж/м2.

Солнечные лучи отдают атмосфере до 20 % своей энергии, которая распределяется по всей толще воздуха, и потому вызываемое ими нагревание воздуха относительно невелико. Солнце нагревает поверхность Земли, которая передает тепло атмосферному воздуху за счет конвекции (от лат. convectio — доставка), т. е. вертикального перемещения нагретого у земной поверхности воздуха, на место которого опускается более холодный воздух. Именно так атмосфера получает большую часть тепла — в среднем в три раза больше, чем непосредственно от Солнца.

Присутствие в составе атмосферы углекислого газа и водяного пара не позволяет теплу, отраженному от земной поверхности, беспрепятственно уходить в космическое пространство. Они создают парниковый эффект, благодаря которому перепад температуры на Земле в течение суток не превышает 15 °С. При отсутствии в атмосфере углекислого газа земная поверхность остывала бы за ночь на 40-50 °С.

В результате роста масштабов хозяйственной деятельности человека — сжигания угля и нефти на ТЭС, выбросов промышленными предприятиями, увеличения автомобильных выбросов — содержание углекислого газа в атмосфере повышается, что ведет к усилению парникового эффекта и грозит глобальным изменением климата.

Солнечные лучи, пройдя атмосферу, попадают на поверхность Земли и нагревают ее, а та, в свою очередь, отдает тепло атмосфере. Этим объясняется характерная особенность тропосферы: понижение температуры воздуха с высотой. Но бывают случаи, когда высшие слои атмосферы оказываются более теплыми, чем низшие. Такое явление носит название температурной инверсии (от лат. inversio — переворачивание).

Виды ионизирующего излучения

Чтобы понять, в чем измеряется уровень радиации, нужно прежде всего выяснить, о каком виде излучения идет речь. Дело в том, что ионизирующее излучение бывает нескольких видов:

• альфа-лучи — практически безопасны на расстоянии двух-трех метров, в этом случае радиация не может проникнуть через кожные покровы;
• бета-лучи — от них можно защититься расстоянием и несколькими слоями одежды, но при близком контакте радиация имеет высокую проникающую способность;
• гамма- и рентгеновское излучение — оно отличается высокой проникаемостью, при близком контакте полностью просвечивает тело человека (защититься от него можно расстоянием и предметами, содержащими нефтепродукты);
• нейтронное — является одним из самых опасных для человека, так как имеет высокую проникающую способность.

Каждое из видов излучения при большой дозировке приносит вред организму. Но ученые до сих пор не могут точно сказать, какие лучи безопасны для организма, хотя общие показатели допустимых норм все-таки выведены. Немного позже мы вернемся к вопросу допустимой дозировки и выясним, в чем измеряется доза радиации.

Состав и мощность

Спектр солнечного излучения над атмосферой и у поверхности. Выделяются экстремальные ультрафиолетовые и рентгеновские лучи (слева от показанного диапазона длин волн), но они составляют очень небольшую часть общей выходной мощности Солнца.

Спектр солнечного излучения Солнца близок к спектру черного тела с температурой около 5.800  K . Солнце испускает электромагнитное излучение в большей части электромагнитного спектра . Хотя Солнце производит гамма-лучи в результате процесса ядерного синтеза , внутреннее поглощение и термализация преобразуют эти фотоны сверхвысокой энергии в фотоны более низкой энергии, прежде чем они достигнут поверхности Солнца и испускаются в космос. В результате Солнце не испускает гамма-лучи в результате этого процесса, но оно испускает гамма-лучи от солнечных вспышек . Солнце также излучает рентгеновские лучи , ультрафиолет , видимый свет , инфракрасный свет и даже радиоволны ; единственная прямая подпись ядерного процесса — испускание нейтрино .

Хотя солнечная корона является источником экстремального ультрафиолетового и рентгеновского излучения, эти лучи составляют лишь очень небольшую часть выходной мощности Солнца (см. Спектр справа). Спектр почти всего солнечного электромагнитного излучения, падающего на атмосферу Земли, составляет от 100  нм до примерно 1  мм (1000000 нм). Эту полосу значительной мощности излучения можно разделить на пять областей в порядке возрастания длин волн :

• Ультрафиолетовый C или (UVC) диапазон, который охватывает диапазон от 100 до 280 нм. Термин ультрафиолетовое излучение относится к тому факту, что излучение имеет более высокую частоту, чем фиолетовый свет (и, следовательно, также невидимо для человеческого глаза ). Из-за поглощения атмосферой очень мало достигает поверхности Земли. Этот спектр излучения обладает бактерицидными свойствами , как и в бактерицидных лампах .
• Ультрафиолетовый диапазон B или (UVB) составляет от 280 до 315 нм. Он также сильно поглощается атмосферой Земли и вместе с ультрафиолетовым излучением вызывает фотохимическую реакцию, приводящую к образованию озонового слоя . Он напрямую повреждает ДНК и вызывает солнечный ожог . В дополнение к этому краткосрочному эффекту он ускоряет старение кожи и значительно способствует развитию рака кожи, но также необходим для синтеза витамина D в коже млекопитающих.
• Ультрафиолетовый диапазон A или (UVA) составляет от 315 до 400 нм. Когда-то считалось , что эта повязка менее повреждает ДНК , и поэтому она используется в косметическом искусственном солярии ( солярии и солярии ) и ПУВА- терапии псориаза . Однако теперь известно, что УФА вызывает значительные повреждения ДНК косвенными путями (образование свободных радикалов и активных форм кислорода ) и может вызывать рак.
• Видимый диапазон или световой диапазон от 380 до 700 нм. Как следует из названия, этот диапазон виден невооруженным глазом. Это также самый сильный выходной диапазон из полного спектра излучения Солнца.
• Инфракрасный диапазон от 700 до 1 000 000 нм (1  мм ). Он составляет важную часть электромагнитного излучения, достигающего Земли. Ученые делят инфракрасный диапазон на три типа в зависимости от длины волны:
  • Инфракрасный-A: от 700 до 1400 нм
  • Инфракрасный-B: от 1400 до 3000 нм
  • Инфракрасный-C: от 3000 нм до 1 мм.

Опубликованные таблицы

Таблицы прямого солнечного излучения на различных склонах от 0 до 60 градусов северной широты, в калориях на квадратный сантиметр, выпущенные в 1972 году и опубликованные Тихоокеанской Северо-западной экспериментальной станцией по лесам и диапазонам лесной службы Министерства сельского хозяйства США, Портленд, Орегон, США. появляются в сети.

Солнечная радиация: определение

Ту радиацию, которая идет к поверхности нашей планеты непосредственно от солнечного диска, принято именовать прямой солнечной радиацией. Солнце распространяет ее во всех направлениях. С учетом огромного расстояния от Земли до Солнца, прямая солнечная радиация в любой точке земной поверхности может быть представлена как пучок параллельных лучей, источник которых — практически в бесконечности. Площадь, расположенная перпендикулярно лучам солнечного света, получает, таким образом, ее наибольшее количество.

Плотность потока радиации (или энергетическая освещенность) служит мерой ее количества, падающего на определенную поверхность. Это объем лучистой энергии, попадающей в единицу времени на единицу площади. Измеряется данная величина — энергетическая освещенность — в Вт/м2. Наша Земля, как всем известно, обращается вокруг Солнца по эллипсоидной орбите. Солнце находится в одном из фокусов данного эллипса. Поэтому ежегодно в определенное время (в начале января) Земля занимает положение ближе всего к Солнцу и в другое (в начале июля) — дальше всего от него. При этом величина энергетической освещенности меняется в обратной пропорции относительно квадрата расстояния до светила.

Куда девается дошедшая до Земли солнечная радиация? Виды ее определяются множеством факторов. В зависимости от географической широты, влажности, облачности, часть ее рассеивается в атмосфере, часть поглощается, но большинство все же достигает поверхности планеты. При этом незначительное количество отражается, а основное — поглощается земной поверхностью, под действием чего та подвергается нагреванию. Рассеянная же солнечная радиация частично также попадает на земную поверхность, частично ею поглощается и частично отражается. Остаток ее уходит в космическое пространство.

Спектральный состав солнечной радиации

На интервал длин волн между 0,1 и 4 мк приходится 99% всей энергии солнечной радиации. Всего 1% остается на радиацию с меньшими и большими длинами волн, вплоть до рентгеновых лучей и радиоволн.
Видимый свет занимает узкий интервал длин волн, всего от 0,40 до 0,75 мк. Однако в этом интервале заключается почти половина всей солнечной лучистой энергии (46%). Почти столько же (47%) приходится на инфракрасные лучи, а остальные 7% — на ультрафиолетовые.
В метеорологии принято выделять коротковолновую и длинноволновую радиацию. Коротковолновой называют радиацию в диапазоне длин волн от 0,1 до 4 мк. Она включает, кроме видимого света, еще ближайшую к нему по длинам волн ультрафиолетовую и инфракрасную радиацию. Солнечная радиация на 99% является такой коротковолновой радиацией. К длинноволновой радиации относят радиацию земной поверхности и атмосферы с длинами волн от 4 до 100-120 мк.
Интенсивность прямой солнечной радиации

Радиацию, приходящую к земной поверхности непосредственно от солнечного диска, называют прямой солнечной радиацией, в отличие от радиации, рассеянной в атмосфере. Солнечная радиация распространяется от Солнца по всем направлениям. Но расстояние от Земли до Солнца так велико, что прямая радиация падает на любую поверхность на Земле в виде пучка параллельных лучей, исходящего как бы из бесконечности. Даже Земной шар в целом так мал в сравнении с расстоянием от Солнца, что всю солнечную радиацию, падающую на него, без заметной погрешности можно считать пучком параллельных лучей.

Приток прямой солнечной радиации на земную поверхность или на любой вышележащий уровень в атмосфере характеризуется интенсивностью радиации I, т. е. количеством лучистой энергии, поступающим за единицу времени (одну минуту) на единицу площади (один квадратный сантиметр), перпендикулярной к солнечным лучам.

Рис. 1. Приток солнечной радиации на поверхность, перпендикулярную к лучам (АВ), и на горизонтальную поверхность (АС).

Легко понять, что единица площади, расположенной перпендикулярно к солнечным лучам, получит максимально возможное в данных условиях количество радиации. На единицу горизонтальной площади придется меньшее количество лучистой энергии:

I’ = I sinh

где h — высота солнца (рис. 1).

Все виды энергии взаимно эквивалентны. Поэтому лучистую энергию можно выразить в единицах любого вида энергии, например в тепловых или механических. Естественно выражать ее в тепловых единицах, потому что измерительные приборы основаны на тепловом действии радиации: лучистая энергия, почти полностью поглощаемая в приборе, переходит в тепло, которое и измеряется. Таким образом, интенсивность прямой солнечной радиации будет выражаться в калориях на квадратный сантиметр в минуту (кал/см2мин).

Опасные дозы облучения

При 1 зиверте человек испытывает негативные симптомы. При трех – уже лысеет и получает различные расстройства, вплоть до полового бессилия. На фоне в 3,5–5 Зв умирает половина больных, причем за короткий срок – 25–30 дней. Более 500 Зв – неминуемая смерть за 2 недели, почти со 100 % вероятностью. Сколько максимально нужно для летального исхода – значение индивидуальное. СанПиН считает нормой 0,25–0,4 мкЗв/час в жилом помещении.

Нормативы радиационной безопасности

Норма радиации участка под застройку – не более 0,3 мкЗв/час. Иначе в квартирах, построенных на нем, можно будет за несколько месяцев выбрать годовую норму.

На какой высоте встречается

Вообще, космическая радиация распространяется повсеместно, но благодаря наличию у Земли магнитного поля она рассеивается. Магнитное поле служит своеобразным щитом, который не позволяет Солнцу — источнику этой радиации — уничтожить всё живое.

Так, на поверхности Земли естественный радиационный фон колеблется в пределах отметки 0,1–0,20 мкЗв/час (10–20 мкР/час), что является безопасной мощностью дозы для человека.

Однако чем выше мы поднимаемся, тем больше растет уровень радиации. Особенно наглядно это иллюстрируется на примере авиационных полетов. Специалисты из «Интерсофт Евразия» провели исследование на основе своих гаджетов DO-RA и замерили показатели космического излучения на разной высоте. Вот что у них получилось.

На земле при старте самолета в Шамбери (Франция) радиационный фон составил всего 0,10 мкЗв/ч. На высоте в 3 000 метров радиационный фон колебался в пределах 0,15–0,18 мкЗв/ч. На высоте в 6 000 метров уровень радиационного фона находился в пределах 0,30–0,34 мкЗв/ч. На высоте в 8 800 метров уровень радиационного фона составил уже 0,72-0,76 мкЗв/ч. На высоте в 10 100 метров уровень радиационного фона поднялся до 1,02–1,12 мкЗв/ч. И наконец, на предельной высоте нашего маршрута, а именно на высоте в 10 700 метров, радиационный фон был 1,22–1,35 мкЗв/ч. На высотах в 11,5–12 км уровень радиации на борту авиалайнера обычно составляет в пределах 2,25 –3,5 мкЗв/ч в зависимости от времени суток. А в случае солнечных бурь радиационный фон в салоне может быть и того выше.

Как видишь, при наборе высоты показатели на дозиметре пропорционально увеличивались. С чем это связано — попробуй догадаться самостоятельно.

Как защититься от солнечной радиации

Инфракрасная составляющая солнечного излучения — это вожделенное тепло, которого жители средних и северных широт с нетерпением ожидают все остальные сезоны года. Солнечной радиацией как оздоровительным фактором, пользуются как здоровые, так и больные.

Однако, нельзя забывать, что тепло так же, как и ультрафиолет, относится к очень сильным раздражителям. Злоупотребление их действием может привести к ожогу, общему перегреву организма, и даже к обострению хронических заболеваний. Принимая солнечные ванны, следует придерживаться проверенных жизнью правил

Особенно осторожно следует загорать в ясные солнечные дни. Грудным детям и пожилым людям, больным с хронической формой туберкулёза и проблемами с сердечно-сосудистой системой, следует довольствоваться рассеянным солнечным излучением в тени

Этого ультрафиолета, вполне достаточно для удовлетворения нужд организма.

Даже молодым людям, не имеющих особых проблем со здоровьем, следует предусмотреть защиту от солнечной радиации.

Сейчас появилось движение, активисты которого выступают против загара. И не напрасно. Загорелая кожа, несомненно, красива. Но меланин, вырабатываемый организмом (то что мы называем загаром) — это его защитная реакция на воздействие солнечного излучения. Пользы от загара нет! Есть даже сведения, что загар укорачивает жизнь, так как радиация имеет кумулятивное свойство — она накапливается в течении всей жизни.

Если дело обстоит так серьёзно, следует скрупулёзно соблюдать правила, предписывающие как защититься от солнечной радиации:

• строго ограничивать время для загара и делать это лишь в безопасные часы;
• находясь на активном солнце, следует носить широкополую шляпу, закрытую одежду, солнцезащитные очки и зонт;
• использовать только качественный солнцезащитный крем.

Во все ли времена года солнечная радиация опасна для человека? Количество поступающего на землю солнечного излучения связано со сменой времён года. На средних широтах летом оно на 25% больше чем зимой. На экваторе этой разницы нет, но по мере роста широты места наблюдения — это различие возрастает. Это происходит из-за того, что наша планета по отношению к солнцу наклонена под углом в 23,3 градуса. Зимой оно находится низко над горизонтом и освещает землю лишь скользящими лучами, которые меньше прогревают освещаемую поверхность. Такое положение лучей вызывает их распределение по большей поверхности, что снижает их интенсивность по сравнению с летним отвесным падением. Кроме того, наличие острого угла при прохождении лучей через атмосферу, «удлиняет» их путь, заставляя терять большее количество тепла. Это обстоятельство снижает воздействие солнечной радиации зимой.

Солнце — звезда, являющаяся для нашей планеты источником тепла и света. Она «управляет» климатом, сменой времён года и состоянием всей биосферы Земли. И только знание законов этого могучего воздействия, позволит использовать этот живительный дар на благо здоровья людей.

П.2 Защита от солнца для лица бывает разной:

Защита лица от ультрафиолета состоит из так называемых экранов и фильтров. Фильтры подходят для здоровой кожи. Проникая в эпидермис, они поглощают внутри него энергию солнечных лучей.Для чувствительной кожи, склонной к различного рода реакциям, больше подойдут средства с экранами – крупными частицами минералов

Они не впитываются внутрь кожи, оставаясь на ее поверхности и отражая лучи.
Как ухаживать за лицом летом, знать не менее важно. Это должны быть легкие текстуры, имеющие в составе фильтры и экраны (SPF 10-25) Они рекомендованы к применению с апреля по сентябрь

При проблемной коже используйте средства, контролирующие работу сальных желез
На коже лица летом сильнее оседает пыль, что обращает на себя внимание со стороны привлечения очищающих и противовоспалительных средств.
Как ухаживать за кожей лица после лета зависит от задач на осень. Если кожа после лета оказалась пересушенная, интенсивно восполняем запас влаги в ней
Если случились воспаления, лечим их. Глобальная задача – привести кожу в норму после жары и подготовить ее к холодной зиме питательными средствами.

Фототип кожи и рекомендуемая УФ-защита

Кельтский тип (европейцы)

Глаза — голубые

Волосы — белые

Кожа — очень светлая, много веснушек

Загорать не рекомендуется, но если отдых у моря неизбежен, то лучше выбирать
максимальную защиту, например SPF-30 c минеральным фильтром

Светлокожий европейский

Глаза — голубые, зеленые, серые

Волосы — от блондина до каштановых

Кожа — светлая (европейцы)

Риск сгореть есть, но если в первые несколько дней использовать солнцезащитный
крем с защитой SPF-20 с минеральным фильтром, то после появления загара
защиту можно ослабить до SPF 6-9

Темнокожий европейский

Глаза — от серого до светло-карего

Волосы — темно-русые, каштановые

Кожа — немного смуглая (европейцы)

Люди этого типа свободно загорают.Но для защиты от ожога в первые дни лучше
пользоваться кремом с защитой SPF-15, а после появления загара перейти на индекс
SPF-6

Среднеземноморский тип

Глаза — темные

Волосы — темнокаштановые

Кожа — смуглая оливковая (азиаты, индийцы, кавказцы)

Загарают равномерно. Но использование солнцезащитного крема для профилактики
фотостарения и дополнительного увлажнения кожи не будет лишним. Рекомендуемый уровень
защиты SPF-6

Средневосточный тип

Глаза — темные

Волосы — темные

Кожа — очень смуглая (креолы, мулаты)

Можно воспользоваться кремом от загара с уровнем минимальной защиты

Африканский тип

Глаза — черные

Волосы — черные

Кожа — очень темная

Кожа этих людей уже сама по себе защищена и поэтому никогда не обгарает