www.eprace.edu.pl » ozonosfera » Dziura ozonowa » Szkodliwe promieniowanie

Szkodliwe promieniowanie

W powyższym tekście często używałem określenia: promieniowanie nadfioletowe, ultrafiolet. W tej części mojej pracy chcę wyjaśnić, jakie ma ono znaczenie i związek z problemem przeze mnie poruszanym. Otóż oko ludzkie widzi tylko promieniowanie elektromagnetyczne (światło) o długości fali nie mniejszej, niż około 0,00038mm (ma ono dla ludzkiego oka barwę fioletową) i nie dłuższej, niż 0,00076mm (ma ono barwę czerwoną). Jednakże, jak pisze Andrzej Marks dopiero w XIX w. dowiedzieliśmy się, że oprócz promieniowania widzialnego istnieje jeszcze inne promieniowanie elektromagnetyczne, nie będące dla ludzkiego oka widoczne. Odkrycia tego dokonał wybitny astronom angielski- Friedrich William Herschel (1738-1822). Wykonał on proste, lecz bardzo ważne doświadczenie. Za pomocą pryzmatu rozłożył promienie słoneczne w barwne pasmo (widmo). Następnie Herschel umieścił w obrębie widma termometr. Zgodnie z przypuszczeniem temperatura wzrosła. Herschel przesunął jednak termometr poniżej czerwonego końca widma, i okazało się, że mimo, iż oko nie widziało już żadnego światła, to termometr nadal wykazywał wzrost temperatury i to nawet większy niż w obrębie pasma widzialnego. Nasuwał się więc wniosek, że do miejsca tego dociera jakieś niewidoczne promieniowanie słoneczne. Promieniowanie to nazwano promieniowaniem podczerwonym (bądź infraczerwonym). Uczony przesunął również termometr ponad fioletowy koniec widma. Zgodnie z podejrzeniami, termometr wykazał wzrost temperatury, choć mniejszy niż w poprzednich przypadkach. A więc także ponad fioletowym krańcem widma widzialnego Słońce również wysyłało jakieś promieniowanie. Nazwano je promieniowaniem nadfioletowym (inaczej- ultrafioletowym, bądź pozafiołkowym). W ten sposób Herschel odkrył, że oprócz światła widzialnego istnieją też promieniowania niewidzialne dla ludzkiego oka, ale jak najbardziej realne, bo dające wykryć się za pomocą przyrządów fizycznych. Herschel wykazał również, że te niewidzialne promienie wysyłane są przez Słońce i najprawdopodobnie przez inne ciała niebieskie, i że promienie te docierają do powierzchni Ziemi.

Współczesna astronomia opanowała metody rejestrowania i badania promieniowania podczerwonego ciał niebieskich, jak też promieniowania nadfioletowego. W związku z tym obecność w atmosferze ziemskiej powłoki ozonowej nie jest dla astronomów obojętne, ponieważ ozonosfera uniemożliwia obserwowanie na powierzchni Ziemi promieniowania nadfioletowego z Kosmosu, o długości fali mniejszej niż 0,000289 mm, a choć przepuszcza promieniowanie nadfioletowe o długości większej, to jednak bardzo je osłabia. Problem ten został rozwiązany za pomocą sztucznych satelitów Ziemi. Na jednym z nich naukowcy umieścili wielki teleskop astronomiczny- zwany teleskopem Hubbla. Jednak o wiele ważniejsze jest to, że promieniowanie nadfioletowe wywiera bardzo szkodliwy wpływ na organizmy żywe, a w dużych ilościach jest wręcz zabójcze. W dalszej części mej pracy ukażę właśnie ten szkodliwy wpływ ultrafioletu na organizmy żywe. Należy sobie zdawać sprawę z tego, że gdyby w stratosferze nie było cieniutkiej warstwy ozonowej, to życie na powierzchni naszej planety byłoby niemożliwe. Zresztą, gdy przed miliardem lat nie było w atmosferze ziemskiej tlenu, a więc i ozonu- na powierzchni Ziemi nie było żadnego życia. Życie zaczęło powstawać w głębi oceanów, pod ochronną warstwą wody. W momencie gdy glony zaczęły wytwarzać tlen, który przenikał do atmosfery, życie mogło „wyjść” na powierzchnię lądów. Nie należy więc dziwić się, że zanik ozonu interesuje nie tylko uczonych. Sprawa ta dotyczy nas wszystkich, więcej, sprawa ta dotyczy wszelkiego życia na naszym globie.

Należy wiedzieć, że intensywność promieniowania nadfioletowego docierającego do powierzchni Ziemi zależy od pozycji Słońca na nieboskłonie. Gdy Słońce jest w zenicie (kątowa wysokość ponad horyzontem wynosi 90⁰) to docierające do powierzchni Ziemi jego promienie mają najkrótszą drogę do przebycia, wtedy pochłaniane są najsłabiej. Taką pozycję Słońce może zająć tylko w obszarze międzyzwrotnikowym naszej planety, mieszczącym się pomiędzy północną szerokością geograficzną 23⁰ i południową szerokością geograficzną 23⁰. Dla każdego miejsca tego obszaru Słońce dwukrotnie w ciągu roku osiąga pozycję w zenicie. Jest więc to obszar gdzie intensywność promieniowania słonecznego osiąga największą wartość. Z kolei na biegunach naszej planety przez pół roku Słońce jest w ogóle niewidoczne - noc polarna, bądź przez pół roku świeci - dzień polarny. Poza tym na biegunach Słońce wznosi się zaledwie o 23⁰ ponad horyzont w środku trwania dnia polarnego. Z tego powodu intensywność promieniowania słonecznego jest bardzo mała. Na umiarkowanych szerokościach geograficznych, a więc i w Polsce mamy sytuację pośrednią. Maksymalna wysokość Słońca nad Polską wynosi ok. 61⁰, a minimalna wysokość to zaledwie 15⁰.

Jak więc wpływa to na intensywność słonecznego promieniowania nadfioletowego padającego na powierzchnię Ziemi? Jeżeli określimy ją jako 100%, gdy Słońce jest w zenicie, czyli na wysokości 90⁰ ponad horyzontem, to tam, gdzie mniej się ono wznosi ponad horyzont będziemy mieli odpowiednio mniejsze wartości. Sugestywnie ukazuje to poniższa tabela z książki Andrzeja Marksa.

Wysokość Słońca w stopniach	Intensywność promieniowania nadfioletowego
90 80 70 60 50 40 30 20 15	100%=26 Jedn. SU 73%=19 Jedn. SU 58%=15 Jedn. SU 38%=10 Jedn. SU 27%=7 Jedn. SU 15%=4 Jedn. SU 8%=2 Jedn. SU 4%=1 Jedn. SU 2%=0,5 Jedn. SU

Jak widać jasno wynika z tabeli, że intensywność padającego na powierzchnię Ziemi promieniowania nadfioletowego, zależy od wysokości Słońca ponad horyzontem. W obszarze międzyzwrotnikowym jest ono przez cały rok bardzo silne, natomiast do obszarów podbiegunowych praktycznie wcale nie dociera. W obszarach o umiarkowanej szerokości geograficznej mamy specyficzną sytuację. W zimie, natężenie promieniowania nadfioletowego jest tak małe, że praktycznie można je pomijać, latem zaś wzrasta, ale i tak jest dwa do trzech razy słabsze, niż w okolicach międzyzwrotnikowych naszej planety.

Andrzej Marks w swej książce pisze, że bardzo istotny wpływ na natężenie promieniowania nadfioletowego ma wysokość nad poziom morza. W górach, na dużej wysokości ponad poziom morza, jest ono wyraźnie silniejsze, niż na nizinach niewysoko wzniesionych ponad poziom morza. Okazuje się, że intensywność promieniowania nadfioletowego wzrasta o około 3%/100m. Na przykład na Gubałówce w Tatrach intensywność promieniowania ultrafioletowego jest o około 30% większa, niż na plaży w Sopocie (porównanie dotyczy lata, bowiem zimą ta różnica jest o wiele razy większa). Na wysokości około 2000 metrów, czyli wysokości Kasprowego Wierchu, różnica ta sięga prawie 60%. Dlatego właśnie w bardzo wysokich górach konieczne jest zabezpieczenie oczu okularami przeciwsłonecznymi z filtrem UV, gdyż w przeciwnym razie grozi to poważnym porażeniem wzroku, nazywane „ślepotą śnieżną”. Dlatego również nawet w grudniu i styczniu, słońce w Tatrach opala.

Wydawać by się mogło, że intensywność promieniowania nadfioletowego na wysokościach nawet najwyższych gór nie ma żadnego znaczenia, bo warstwa ozonowa znajduje się dużo wyżej, i pochłonie ona całe to promieniowanie. Jednak tak nie jest. Mała część promieniowania jednak przenika, i zostaje „przechwycona” przez masy powietrza troposferycznego. Poniżej ozonosfery znajduje się ok. 10% ozonu atmosferycznego, ale oprócz tego promienie nadfioletowe pochłaniane są (choć bardzo słabo) przez inne gazy atmosferyczne. Dużą rolę odgrywa tutaj zanieczyszczenie dolnych warstw atmosfery. Jest ono tak duże, że powoduje pochłanianie promieniowania nadfioletowego. Wszystko to razem składa się na to, że w górach- nawet stosunkowo niskich Tatrach- natężenie promieniowania nadfioletowego jest wyraźnie silniejsze, niż na nizinach.

Wyjaśnić należy, że gdy Słońce jest w zenicie, to do Ziemi dociera promieniowanie nadfioletowe o krótszej fali, niż gdy jest ono na mniejszej wysokości. Obrazuje to tabela:

Wysokość Słońca w stopniach	Długość fali promieniowania UV docierającego do powierzchni Ziemi[mm]
90 80 70 60 50 40 30 20 15 10 5 1	0,000289 0,000290 0,000291 0,000293 0,000295 0,000297 0,000300 0,000304 0,000306 0,000312 0,000327 (0,000420)

Choć różnice mogą się wydawać liczbowo niewielkie, to jednak ma to bardzo duże znaczenie. Chodzi o to, że oddziaływanie promieniowań krótkofalowych na materię, zwłaszcza żywą, jest silniejsze, niż promieni o większej długości fali. Skoro na intensywność promieniowania nadfioletowego tak wielki wpływ wywiera wysokość Słońca ponad horyzontem, to zrozumiałą jest rzeczą, że w danym miejscu w południe jest ona największa, a o wschodzie lub zachodzie Słońca (nawet latem i nawet na równiku) promieniowanie nie dociera wcale. Jest tak dlatego, że promienie słoneczne muszą wówczas przeniknąć tak grubą warstwę powietrza, że pochłania ona nawet promieniowanie krótkofalowe Słońca, w związku z czym tarcza słoneczna przybiera barwę czerwoną.

Z tego wynika, że gdy Słońce jest na nieboskłonie poniżej wysokości 20⁰-15⁰, to w dowolnym miejscu powierzchni Ziemi na nizinach, i o dowolnej porze roku, promieniowanie nadfioletowe jakie dociera do Ziemi jest tak słabe, że może nie być brane pod uwagę. Nasuwa się więc pytanie, w jaki sposób zanik ozonu wpływa na wzrost natężenia promieniowania nadfioletowego na Ziemi?

Oszacowano, że każdy 1% obniżenia ogólnej ilości ozonu spowoduje 2% wzrost ilości promieniowania typu UV-B na powierzchni Ziemi i 4% zwiększenie przypadków zachorowalności na raka skóry. (Frior, 1994) Jednakże wszystko zależy od tego gdzie i kiedy ten spadek nastąpi.

W Polsce, pod koniec stycznia, normalne natężenie promieniowania nadfioletowego wynosi zaledwie 0,4 jednostki SU. Choć więc spadek zawartości ozonu aż o 40% spowodował wzrost natężenia promieniowania nadfioletowego aż o 80%, to jednak w liczbach bezwzględnych był on bez znaczenia, gdyż wyraził się wzrostem natężenia z 0,4 jednostki SU, do około 0,7, a więc wartości nie mającej praktycznie żadnego znaczenia, skoro opalanie zaczyna się dopiero przy natężeniu promieniowania powyżej 1 SU. (Marks 1992)

Inaczej byłoby, gdyby zjawisko to wystąpiło latem, w czerwcu, gdy natężenie promieniowania nadfioletowego w Polsce osiąga 10 jednostek SU. Wtedy 40% spadek zawartości ozonu spowodowałby wzrost natężenia do 18 j. SU, czyli takiego jakie występuje w tym czasie w Kalifornii. Wydawać by się mogło, że taki spadek ozonu nie miałby większego wpływu, jednak zjawisko takie nie byłoby zupełnie obojętne dla naszej przyrody, która jest przystosowana do zupełnie innej insolacji niż kalifornijska. Jednakże w rejonie równikowym, gdzie Słońce może być w zenicie, zależność wzrostu intensywności promieniowania nadfioletowego, od spadku ilości ozonu, kształtuje się o wiele gorzej. Obrazuje to tabela.

Spadek ilości ozonu	Wzrost natężenia promieniowania nadfioletowego
10% 45% 70%	25% 500% 1200%

Prawdziwym więc szczęściem dla mieszkańców okolic podzwrotnikowych jest to, że nie obserwuje się tam, jak na razie, drastycznych zmian ilości ozonu, a tylko niewielki jej spadek. (...) Warto tu może dodać, że różnica między intensywnością promieniowania nadfioletowego na Ziemi w rejonie biegunowym i równikowym wyraża się współczynnikiem 1000% - a więc jest ono na równiku 10 razy intensywniejsze niż na biegunie. (Marks, 1992)

Należy sobie również zdawać sprawę z tego, że z promieniowaniem ultrafioletowym stykamy się nie tylko, gdy jesteśmy wystawieni na promienie słoneczne, ale także w cieniu, ponieważ promieniowanie nadfioletowe ulega w atmosferze silnemu rozproszeniu. To rozproszenie może wynosić latem od 45% do 70% całego promieniowania nadfioletowego. A więc schowanie się w cień nie wystarczy.

komentarze

Przeszukaj ePrace

Copyright © 2008-2010 EPrace oraz autorzy prac.