Promieniowanie UV – czym jest i jak wpływa na ludzi

Autor: Monika Lużyńska

Światło, czyli promieniowanie elektromagnetyczne jest energią wielu fal emitowanych przez Słońce. Pełni ono kluczową rolę w ewolucji: podtrzymuje życie na Ziemi, dostarcza ciepła, bierze udział w fotosyntezie roślin, umożliwia proces widzenia.

W skład światła słonecznego wchodzi światło widzialne, promieniowanie podczerwone, promieniowanie kosmiczne, promieniowanie gamma, promieniowanie rentgenowskie X, fale radiowe oraz promieniowanie UV.
Ze względu na działanie biologiczne promieniowanie UV dzieli się na 3 główne zakresy:

- UV A (380-315 nm)

- UV B (315-280 nm)

- UV C (280-200 nm) 

Do promieniowania UV zalicza się także tzw. promieniowanie próżniowe (Schumanna, vacuum) o długości fali 200-100 nm. Promieniowanie to pochłaniane jest przez powietrze oraz parę wodną i nie wywołuje żadnych skutków biologicznych. Kolejny podział promieniowania to UV daleki 200-100 nm i UV bliski 380-200 nm .

Czy tylko Słońce emituje promieniowanie? 

Naturalnym źródłem nadfioletu jest Słońce. Promieniowanie to może być także emitowane sztucznie przez lampy wyładowcze (rtęciowe, ksenonowe, kadmowe); lasery; łuki spawalnicze, plazmowe, elektryczne i gazowe; piece łukowe; niektóre rodzaje lamp oświetleniowych i lamp stosowanych w medycynie; diody typu LED 370-410 nm; lampy w solariach. 
Promieniowanie ultrafioletowe charakteryzuje się dużą aktywnością biologiczną. Działa mutagennie i bakteriobójczo, powoduje fotoluminescencję niektórych substancji, wyzwala wydzielanie pigmentu, wywołuje reakcje fotochemiczne takie jak utlenianie, redukcję, rozkład i polimeryzację.

Poszczególne rodzaje ultrafioletu różnią się między sobą właściwościami fizycznymi i biologicznymi w zależności od długości fali. Im krótsza fala, tym jej działanie jest większe. Najbardziej szkodliwe jest promieniowanie z zakresu ok. 300 nm. UVA ma taka samą intensywność niezależnie od pogody czy pory roku. UVA przechodzi przez ubrania, szyby i wodę, UVB przenika przez wodę i szkło kwarcowe. UVC jest całkowicie blokowane przez warstwę ozonową.

Promieniowanie UV ma dobre i złe  działanie 

Pozytywnym aspektem promieniowania UVB jest zapoczątkowanie syntezy witaminy D3. Witamina ta jest niezbędna w metabolizmie wapnia, umożliwia mineralizacje kości, chroni przed podziałami komórkowymi ograniczając rozwój nowotworów. Niedobór powoduje osteoporozę u dorosłych i krzywicę u dzieci. 

UVB powoduje także wzrost odporności skóry na kolejne dawki UV poprzez uaktywnienie produkcji melaniny w skórze. Zaczerwienienie jest wynikiem dostosowania się komórek do bodźców świetlnych. Powstanie rumienia powoduje zwiększenie przepuszczalności naczyń i dopływu białych krwinek do skóry, które odpowiadają za procesy odpornościowe. 

Promienie UV maja także działanie bakteriobójcze - hamują procesy życiowe mikroorganizmów, np. pałeczek okrężnicy czy prątków gruźlicy. Działanie to wykorzystywane jest w lampach do uzdatniania wody, wyjaławiania pomieszczeń i sterylizacji mleka. 

Promienie UVA i UVB wykorzystuje się w leczeniu schorzeń skórnych, takich jak łojotok twarzy, trudno gojące się rany, łysienie plackowate, łuszczyca czy odmrożenia. Naświetlanie UV pobudza gruczoły wewnątrzwydzielnicze do zwiększenia metabolizmu, powodując podwyższenie poziomu hemoglobiny, skrócenie czasu krzepnięcia krwi, obniżenie ciśnienia. Wywiera wpływ na zakończenia nerwowe w skórze, dzięki czemu staje się ona lepiej unaczyniona i odżywiona, nabiera elastyczności i sprężystości. 

Promieniowanie UV ma zostawia negatywne skutki w ludzkim organizmie.  Wnikając w głąb skóry UVA zaburza działanie systemu immunologicznego, uszkadza włókna kolagenowe i przyczynia się do wzrostu wolnych rodników tlenowych. Powoduje przedwczesne starzenie się skory i powstawanie zmarszczek. Ponieważ nie wywołuje zaczerwień skóry firmy nie musza uwzględniać tego promieniowania w testach SPF w kremach ochronnych.

UVB powoduje zaczerwienienie i poparzenia skóry. Przyczynia się do rozwoju raka skóry i schorzeń  narządu wzroku, w szczególności zaćmy. Oddziałuje silnie na materiał genetyczny DNA powodując zerwanie wiązań wodorowych. Przy zbyt dużej intensywności promieniowania system naprawczy może nie nadążyć z naprawą, co może powodować mutację lub śmierć komórki.

Ile promieniowania dociera do Ziemi?

Ilość promieniowania UV docierającego do powierzchni Ziemi nie jest stała. Zależy ona od wielu czynników środowiskowych takich jak: odbicie ultrafioletu od danej powierzchni, zachmurzenie, pora dnia i pora roku, wysokość nad poziomem morza, położenie Słońca na niebie, szerokość i długość geograficzna, ukształtowanie terenu oraz koncentracja ozonu w atmosferze.

Promieniowanie UV jest falą elektromagnetyczną i jak każda fala ulga odbiciu i załamaniu od powierzchni. Odbicie promieni zwiększa natężenie rozproszonego UV w środowisku w zależności od rodzaju powierzchni, od której ulega odbiciu. Świeży śnieg odbija 80% padających promieni, woda 95% a suchy piasek 25. Od trawy odbija się 3% UV, od powierzchni ziemi 5-8% a od fal morskich 10-30%. W zimie, kiedy UV odbija się od śniegu, ilość promieniowania jest 100% wyższa niż latem w słoneczny dzień, gdy zostaje ono odbite od trawy. Bez względu zatem na porę roku okulary przeciwsłoneczne aktualne są przez cały rok. Pamiętajmy o ochronie wzroku!

Atmosfera ziemska pochłania UV, ale tworzące ją gazy powodują dodatkowo rozproszenie tego promieniowania. Połowa ilości UV, która dociera do skóry człowieka w bezchmurne letnie południe ma formę rozproszoną. Znikomą ochroną przed UV jest więc chowanie się w cień. Odzież z cienkich materiałów także daje niewielką osłonę. 

Chmury niwelują działanie UV 

Zachmurzenie obniża intensywność UV, ale go całkowicie nie eliminuje. Niewielka lub umiarkowana ilość chmur na niebie na dużej wysokości pozwala przejść aż do 90% promieni UV. Chmury pierzaste przepuszczają 89% promieniowania, warstwowe 73% a kłębiaste 31%. Poparzeniu można więc ulec także w pochmurny, chłodny dzień. Bezchmurne niebo w lecie umożliwia bezpośrednie dotarcie promieni do powierzchni Ziemi. Światło słoneczne ma wtedy najmniejszą drogę do przebycia bez przeszkód w postaci powierzchni, od której mogłoby się odbić. W godzinach 12.00 -14.00 do powierzchni Ziemi dociera wtedy aż 1/3 promieni UV a ¾ między 10.00 - 16.00 godziną. 

Natężenie promieni UV zmienia się w zależności od pory dnia i pory roku. Intensywność UVB latem jest ok. 25 razy większa niż zimą – w Paryżu lipcowym porankiem przy bezchmurnym niebie dociera do Ziemi 55% promieniowania słonecznego, a styczniowym porankiem już tylko 29%.  Największa intensywność UVB występuje w lecie w południe, gdy słońce znajduje się w zenicie. Największa absorbcja UV przez atmosferę ziemską występuje wczesnym rankiem i późnym popołudniem. Jest to pora dnia, kiedy poziom UV jest stosunkowo bezpieczny dla skóry. Najwyższe natężenie UV dla Polski występuje między kwietniem a wrześniem, jego poziom jest wtedy porównywalny z poziomem UV nad Morzem Śródziemnym. 

Im wyżej, tym wyższe promieniowanie
Na poziom UV ma wpływ także wysokość nad poziomem morza. Wraz ze wzrostem wysokości ilość pochłanianego UV zmniejsza się i wzrasta ryzyko jego szkodliwego działania. Co 1000 m natężenie UV zwiększa się o 10-12%.  Na każde 300 m n.p.m. ryzyko wystąpienia poparzeń skóry wzrasta o 4% Latem na Kasprowym Wierchu natężenie promieniowania jest o 60% większe niż na plaży nad Morzem Bałtyckim. W okularach przeciwsłonecznych natężenie promieniowania zostaje zneutralizowane zapewniając bezpieczeństwo przez określony czas. 

Wysokość Słońca na niebie jest bardzo istotnym czynnikiem wpływającym na natężenie nadfioletu, gdyż Słońce jest naturalnym i największym źródłem UV. Ze względu na to, że Słońce zmienia swoje położenie na horyzoncie w ciągu dnia, zmienia się także intensywność UV. Największa ekspozycja na UV występuje, gdy Słońce znajduje się w zenicie bez względu na ilość zachmurzenia. Do powierzchni Ziemi w godzinach 10.00 - 14.00 dociera aż 80% promieniowania. W Polsce najwyższy poziom UV występuje w godzinach 11.00 – 15.00, czyli 2 godziny przed i 3 godziny po wejściu Słońca w zenit . 

Intensywność UV jest zależna od szerokości i długości geograficznej. Im mniejsza jest szerokość geograficzna, tym natężenie UV jest wyższe. Na biegunach ilość UV jest najmniejsza i zwiększa się w stronę równika. Nad równikiem promieniowanie jest 1000 razy większe niż na biegunach. Na półkuli północnej w górnych warstwach atmosfery produkowana jest większa ilość ozonu niż na półkuli południowej. Przyczynia się to do asymetrii natężenia UV między obiema półkulami. Np. wg obliczeń w lecie, gdy półkula południowa znajduje się bliżej Słońca, na średnich szerokościach geograficznych natężenie UV powinno być o ok. 15% silniejsze niż na półkuli północnej a w rzeczywistości jest o 50-80% silniejsze. 

Na intensywność UV ma także wpływ droga jaką przebywa ono z atmosfery do powierzchni Ziemi. Bardziej pochłaniane jest promieniowanie o krótszej długości fali, jego ilość zmniejsza się o 15% na każdy 1 km drogi przebytej w atmosferze. Jeśli ultrafiolet nie napotka na tej drodze żadnej przeszkody np. w postaci chmur, to intensywność tego promieniowania padającego bezpośrednio będzie większa. 

Koncentracja ozonu w atmosferze i zjawisko dziury ozonowej.
Ilość ozonu w atmosferze nie jest stała, zmienia się w zależności od pory roku, szerokości geograficznej i temperatury. Największa produkcja ozonu występuje latem, ale jest on najmniej trwały, gdyż jest bardzo wrażliwy na wysokie temperatury. Na przełomie zimy i wiosny warstwa ozonu jest cieńsza. Najwięcej ozonu występuje na biegunach, najmniej nad równikiem, pomimo iż nasłonecznienie nad równikiem jest większe. Dzieje się tak gdyż powietrze cały czas krąży i przemieszcza się ku biegunom, gdzie temperatura jest niska, a ozon jest trwalszy przy niższych temperaturach. 
Zjawisko dziury ozonowej występuje szczególnie w rejonach okołobiegunowych. W 2013 r. sroga zima spowodowała nad Arktyką zmniejszenie warstwy ozonu o 70%. Najbardziej narażone są kraje skandynawskie, ponieważ na półkuli północnej występuje największa emisja gazów szkodzących ozonowi.  

Im więcej ubytków występuje w warstwie ozonowej tym więcej UV dociera do powierzchni ziemi i wzrasta jego szkodliwość. Zmniejszenie ozonu o 1% powoduje wzrost intensywności ultrafioletu o ok. 2%. Od 1969 roku nastąpił wzrost UV docierającego do Ziemi o 4 - 9%. Najnowsze szacunkowe badania pokazują, że zmniejszenie warstwy o 58% spowoduje zwiększenie ilości UVB o 300% a UVA o 31%. 

Oceniono, że mieszkańcy Ameryki Południowej do ukończenia 18 roku życia kumulują ok. 50% promieniowania UV zawartego w promieniowaniu słonecznym jakiemu podlegają całe życie, a napromieniowanie UV w południowych stanach USA przekracza minimalna dawkę potrzebną do wystąpienia rumienia przez 9 - 10 dni. 

Od 1995 roku obowiązuje zakaz produkcji freonów, ale związki te mogą przetrwać nawet 100 lat w atmosferze, gdzie wg szacunków znajduje się ich około 20 mln ton.  Wg najnowszych badań nie możliwe będzie odbudowanie warstwy ozonowej do 2050 roku.

Warstwa ozonowa pełni rolę ochronną dla kuli ziemskiej, gdyż blokuje całkowicie vaccum i promieniowanie UVC (z wyjątkiem rejonu wysokich gór) i przepuszcza tylko 10% promieniowania UV B. UVA w 98% dociera do powierzchni Ziemi, gdyż w niewielkim stopniu jest pochłaniane przez ozon.

Pogłębiające się w ciągu ostatnich kilkunastu lat zjawisko dziury ozonowej powoduje zwiększenie ilości UV docierającego do Ziemi i równocześnie wzrost zagrożeń związanych z działaniem ultrafioletu. Wg obserwacji zjawisko to będzie zwiększać się w przyszłości i wraz z nim ryzyko wystąpienia schorzeń oczu. Dlatego tym bardziej ważna staje się kwestia całorocznej ochrony narządu wzroku za pomocą okularów przeciwsłonecznych.