Лекция 3 q Солнечная радиация и причины ее

Лекция 3 q Солнечная радиация и причины ее изменений q Биологическое действие солнечной радиации q Применение УФ-излучения для профилактических целей Для просмотра фильма нажмите на картинку

Солнце q Солнце – центральное тело нашей звездной системы q Раскаленный плазменный шар с эффективной поверхности ~ 6000 °К температурой q Солнце – основной источник энергии для всех процессов на Земле q Солнце излучает в пространство энергию в виде волнового (электромагнитного) и корпускулярного излучения мощностью 4· 1026 Вт. q Расстояние от Солнца до Земли 150 млн. км, и поэтому только 400 000 доля всей энергии достигает внешней границы атмосферы, где создает облученность ~2 кал/см 2/мин или 1396 Вт/м 2. q Эта величина носит название солнечная постоянная.

Солнечная энергия При прохождении сквозь атмосферу часть излучения отражается облаками и поверхностью Земли и рассеивается атмосферой (до 30%), поглощается атмосферой (до 20%) и достигает поверхности суши или океана и поглощается в форме тепла (свыше 50%). Интенсивность солнечного излучения зависит от: высоты Солнца над горизонтом, которая, в свою очередь, зависит от географической широты, времени года и времени суток. прозрачности атмосферы Общий поток тепла от Солнца к земной поверхности зависит от суммы прямой и рассеянной радиации (суммарная радиация). Чем ниже высота Солнца над горизонтом, тем выше доля рассеянной радиации.

Солнечная энергия Флорида, США Пенза Петербург Мурманск Суммарная радиация растет в направлении от полюсов к экватору: на 69 -й параллели (Мурманск) – 60 ккал/см 2/год; на 60 -й параллели (Санкт-Петербург) – 80 ккал/см 2/год; на 53 -й параллели (Пенза) – 100 ккал/см 2/год; на 25 -й параллели (Флорида, США) – 160 ккал/см 2/год.

Солнечная энергия В общем балансе облученности организма довольно существенное значение имеет отраженная радиация. Всякая поверхность имеет характеристику, называемую альбедо. Альбедо показывает долю отраженной энергии от всего потока падающей энергии. Альбедо свежего снега – 80%, воды – 20%, влажного чернозема – 3%. Солнечная электростанция Solar Mill ennium AG в Калифорнии

Солнечный спектр Почти вся солнечная энергия переносится электромагнитным излучением с длиной волны ( ) в диапазоне от 0, 1 до 4 мкм (100 -4000 нм). 1 нанометр = 10 -9 м. Энергетический спектр солнечной радиации неравномерен. Доля в энергии излучения на границе атмосферы: ультрафиолетовое излучение (100 -400 нм) – 5% энергии видимое излучение (400 -760 нм) – 52%, инфракрасное излучение (760 -4000 нм) – 43%. У земной поверхности доля УФ-излучения – 1%, видимого излучения – 40%, ИК-излучения – 59%.

ИК-излучение Инфракрасное излучение ( лат. infra – ниже, под) открыл в 1800 году английский астроном У. Гершель. Помещая термометр в в различные части солнечного спектра, он обнаружил, что на некотором расстоянии за красным (видимым) концом спектра температура была выше, чем в любой другой части спектра. ИК-излучение иначе называется тепловым. ИК-излучение по биологическому действию разделяют на: q ближнее (короткое) с длиной волны менее 1, 5 мкм q дальнее (длинное) – более 1, 5 мкм. Длинные ИК лучи поглощаются, главным образом, эпидермисом и вызывают нагревание кожи, где за счет расширения капилляров образуется разлитая эритема (без четких границ). Короткие ИК лучи проникают на глубину 2, 5 -4 см, вызывая глубокое прогревание, но субъективные ощущения нагрева значительно меньше.

ИК-излучение Физиологическое действие ИК лучей: • расширение капилляров • перераспределение крови в сосудах • выделение физиологически активных веществ (напр. , ацетилхолин) • снижение тонуса симпатической нервной системы; • повышение температуры тела; • усиление потоотделения • ускорение регенеративных процессов ИК лучи также оказывают фотохимическое воздействие. В частности, поглощаются белками крови и вызывают активацию ферментных процессов. Интенсивное длительное воздействие ИК излучения на глаз может приводить к возникновению катаракты (стеклодувы, металлурги).

ИК-излучение Любое тело с температурой выше абсолютного нуля (– 273 °С) является источником ИК излучения. Организм человека теряет за счет ИК излучения до 45% всего количества тепла (главным образом, через поверхность головы). Переохлаждение организма, особенно частей не прикрытых достаточно теплой одеждой, может приводить к заболеваниям: q простудные заболевания; q фурункулёзы; q ревматизм и т. п. Интенсивное ИК излучение может вызвать перегревание, тепловой удар, ожоги. В лечебных и профилактических целях применяются искусственные источники ИК излучения: для общего облучения – ИК-ванны; для местного – лампы со спектром, сдвинутым в ИК область.

Видимое излучение Видимая часть спектра солнечного излучения является адекватным раздражителем для глаза человека. Фоторецепторы глаза поглощают и преобразуют энергию света, в результате чего организм получает информацию об окружающей среде. Основные функции зрения: острота • способность глаза различать две точки как изолированные при максимально малом расстоянии между ними контрастная чувствительность • способность различать степень яркости. Общебиологическое действие света проявляется в определенном влиянии на состояние ЦНС и через нее на остальные органы и системы организма. Суточная смена освещенности синхронизирует биологические ритмы ( «внутренние часы» ) организма.

Видимое излучение Фоторецепторы глаза обладают избирательной спектральной чувствительностью. Глаз наиболее чувствителен к излучению с длиной волны 555 нм (зеленая часть спектра). Для получения зрительного ощущения одинаковой интенсивности световой поток с длиной волны 480 нм (V = 0, 2) должен быть в 5 раз выше, чем световой поток с длиной волны 555 нм (V = 1). Кривая спектральной чувствительности глаза

Видимое излучение Свет, падающий на некоторую поверхность, создает освещенность где I – сила света, - угол падения светового потока (отсчитывается от вертикали), r – расстояние до источника света. = 0° E = 100 % = 60° E = 50 %

Видимое излучение Расстояние до источника света имеет существенное значение. Например, при увеличении расстояния от источника света в два раза освещенность падает в четыре раза (обратная квадратичная зависимость). 2 r r E = 100 % E = 25 %

Видимое излучение Единица освещенности – люкс (лк). Дневная освещенность на открытой площадке зависит от погоды, поверхности почвы, высоты стояния Солнца над горизонтом. Глаз человека адаптирован к широкому диапазону освещенности. Важное значение имеет освещенность рабочего места. Величина этой освещенности зависит от характера работы: q чтение текста качественной печати размером 10 пунктов – 10 лк; q шитье черной ниткой темной ткани – 540 лк. В средней полосе России средняя дневная освещенность колеблется от 65000 лк в июле до 1000 лк и менее в январе. Для измерения освещенности используется люксметр, где фотоэлемент соединен с гальванометром.

УФ-излучение Ультрафиолетовые лучи (лат. ultra – сверх, за пределами) – невоспринимаемое глазом электромагнитное излучение с длинами волн от 10 до 400 нм. Весь УФ спектр делят на: Ø ближний – 200 -400 нм; Ø дальний (вакуумный) – 10 -200 нм. Ультрафиолетовые лучи были обнаружены в 1801 году за фиолетовым концом спектра И. Риттером и У. Волланстоном по их химическому действию на хлорид серебра. В естественном спектре ультрафиолета до поверхности Земли доходит только длинноволновая часть (290 -400 нм), более короткая часть полностью поглощается озоновым слоем атмосферы.

УФ-излучение Условно УФ-спектр, получаемый от искусственных и естественных источников делят на три области по их преимущественному воздействию на живые организмы: А – 400 -320 нм – эритемная B – 320 -280 нм – антирахитическая С – 280 -200 нм – бактерицидная Механизмы воздействия УФ-излучения на организм: Непосредственное Гуморальное Рефлекторное Витаминизиру ющее

УФ-излучение Непосредственное действие связано с фотохимическими процессами (повреждение клеток и денатурация белков). При этом происходит: разрыв связей в белковых молекулах и появление осколков молекул ликвидация ферментами поврежденных белковых веществ накопление продуктов распада с последующим выходом гистамина и гистаминоподобных развивается местная реакция – УФ эритема – асептическое воспаление Гуморальное действие связано с появлением гистамина и гистаминоподобных веществ, которые являются физиологическими антагонистами адреналина и норадреналина.

УФ-излучение Рефлекторное действие связано с вегетативными защитными реакциями. УФ излучение: стимулирует симпатическую нервную систему изменяет прямую и непрямую возбудимость мускулатуры усиливает моторики кишечника сужение сосудов увеличивает скорость мышечных реакций Возникающая при УФ облучении эритема, имеет резко очерченные границы, так как защитная реакция симпато-адреналиновой системы приводит к сужению капилляров, тем самым препятствуя распространению гистаминоподобных продуктов.

УФ-излучение Витаминизирующее действие связано с образованием в тканях организма под действием УФ лучей витамина D, который регулирует фосфорно-кальциевый обмен. Проявления гиповитаминоза D: q рахит, остеопороз, остеомаляция; q снижение резистентности к простудным и инфекционным заболеваниям; q замедление заживления ран и переломов; q нарушение тормозных процессов нервной системы, снижение умственной и физической работоспособности; q остеомаляция и тяжелый токсикоз у беременных; q кариес зубов; q обострение туберкулеза, вследствие нарушения обызвествления очагов.

УФ-излучение Применение УФ облучения имеет ряд преимуществ перед приемом препаратов витамина D: q исключается токсическое воздействие больших доз витамина; q вырабатывается эндогенный витамин; q общестимулирующее воздействие УФ облучения на организм. УФ излучение также может наносить существенный вред здоровью q При бесконтрольном загорании возникают ожоги. q Длительные экспозиции УФ облучения могут приводить к раку кожи. q Даже кратковременное воздействие интенсивного УФ облучения (электросварка) вызывает ожог роговой и слизистой оболочек глаза, что приводит к кератиту и конъюнктивиту. Такой же эффект может возникать у полярников и альпинистов ( «снежная слепота» ).

УФ-излучение На основе исследований УФ излучения и его особой гигиенической значимости территория России разделена на ряд зон: q зона УФ оптимума – 52, 5 – 57, 5° с. ш. (Пенза – 53. 12° с. ш. ) q зона УФ дефицита I степени – 57, 5 – 62, 5° с. ш. q зона УФ дефицита II степени – севернее 62, 5° с. ш. Ситуацию усугубляет пылевое и аэрозольное загрязнение атмосферы. Таблица. Потери УФ излучения (%) при различных концентрациях взвешенных примесей в атмосфере и высоте стояния Солнца. Высота Солнца, град 0, 5 1, 0 1, 5 2, 0 50 4 9 13 17 30 13 26 40 52 10 14 29 43 57 Уровень загрязнения (доли ПДК)

УФ-излучение Для ликвидации УФ дефицита искусственное УФ излучение. применяют естественное и Количество УФ радиации, вызывающее через 6 -10 часов легкое покраснение кожи незагорелого человека называется эритемной (пороговой) дозой. 2 -3 дозы – яркая эритема; 5 доз – болезненный ожог; 10 доз – ожог с образованием волдырей. В ясный летний полдень эритемная доза может быть получена: в Крыму за 10 -12 мин. в Москве за 40 мин. на Крайнем Севере за 60 мин. За год человек должен получать 45 эритемных доз.

УФ-излучение Фоточувствительность к УФ излучению зависит от: q возраста; q повторяемости; q цвета кожи, пола; q некоторых заболеваний печени; q применения лекарственных средств (сульфаниламиды); Неравномерное распределение УФ радиации по месяцам года вынуждает применять дополнительное искусственное УФ излучение (осенне-зимний период) даже в местностях недефицитных по этому параметру. Оптимальное количество УФ облучения – 1/3 -1/6 эритемной дозы в сутки. В качестве искусственных источников УФ излучения для восполнения дефицита используются ртутно-кварцевые лампы (ПРК); эритемноувиолевые (ЭУВ). Для обеззараживания помещений, воздуха и воды применяют лампы БУВ (бактерицидно-увиолевые).