Popularna meteorologija
Sunčevo zračenje
Sunce, ta velika užarena plinovita kugla promjera 1,39 milijuna kilometara, uzrok je svih energetskih promjena u atmosferi, bez njega nema života na Zemlji. Pa ipak, dolaskom sunčanih i toplih dana sa svih strana mogu se čuti upozorenja o potrebi zaštite od sunčeva zračenja. Premda premala izloženost Suncu nepovoljno utječe na naše raspoloženje i dobrobit te povećava rizik od nedostatka vitamina D koji pomaže u regulaciji količine kalcija i fosfata u tijelu, minerala koji su potrebni za održavanje zdravlja kostiju i zuba, pretjerana izloženost ugroza je za našu kožu i oči te cjelokupni imunološki sustav. Stručnjaci vjeruju da bi se četiri od pet slučajeva raka kože moglo spriječiti kad bismo se primjereno štitili od sunčevog UV zračenja i time izbjegli štete koje ono čini. Stoga je dobro prisjetiti se što je to sunčevo zračenje i o čemu ono ovisi.
Sunčevo zračenje kratkovalno je zračenje koje Zemlja dobiva od Sunca. Izražava se u W/m2. Ovisno o njegovom upadu na plohe na Zemlji ono može biti:
- Izravno (direktno) - Sunčevo zračenje dolazi izravno iz prividnog smjera Sunca
- Raspršeno (difuzno) - Sunčevo zračenje nastaje raspršenjem Sunčevog zračenja u atmosferi i do tla dopire iz svih smjerova neba
- Ukupno (globalno) - Sunčevo zračenje na vodoravnoj plohi sastoji se od izravnog i raspršenog Sunčevog zračenja. Nagnuta ploha osim izravnog i raspršenog zračenja prima i od tla odbijeno Sunčevo zračenje.
- Odbijeno (reflektirano) Sunčevo zračenje je dio Sunčevog zračenja koji se odbije od tla ili vodenih površina. Ukupno Sunčevo zračenje na nagnutu plohu sastoji se od izravnog, raspršenog i od tla odbijenog zračenja.
Sunčevo je zračenje važan prirodni faktor, jer stvara klimu na Zemlji te utječe na sveukupan okoliš. Spektar Sunčevog zračenja obuhvaća radio-valove, mikrovalove, infracrveno zračenje, vidljivu svjetlost, ultraljubičasto zračenje, X-zrake i Y-zrake. Najveći dio energije pri tome predstavlja IC zračenje (valne duljine > 760 nm), vidljiva svjetlost (valne duljine 400 – 760 nm) te UV zračenje. U spektru je njihov udio sljedeći: 40 % čini IC zračenje, 10 % UV zračenje, a 50 % vidljiva svjetlost.
Sunčevo UV zračenje
Sunčevo zračenje podrazumijeva ultraljubičasto (UV) zračenje, vidljivo zračenje (svjetlost) i infracrveno (IR) zračenje. Zračenje je često karakterizirano valnom duljinom, obično izraženom u nanometrima (1nm = 1,0 x 10-9 m). Kada se opisuju biološki učinci ultraljubičasto zračenje se obično dijeli u tri spektralna područja:
UV-C zračenje (100 - 280 nm),
UV-B zračenje (280 - 315 nm) i
UV-A zračenje (315 - 400 nm).
Najvažniji faktori koji utječu na UV zračenje koje dolazi do tla su:
a) Atmosferski ozon
UV zračenje apsorbira se i raspršuje u atmosferi. UV-C zračenje u potpunosti se apsorbira u gornjoj atmosferi na molekulama kisika i ozona. Većinski dio UV-B zračenja apsorbira se u stratosferi na molekulama ozona, a samo nekoliko postotaka dolazi do površine Zemlje. Zbog toga je na površini Zemlje sunčevo UV zračenje sastavljeno od velikog iznosa UV-A zračenja i vrlo malog iznosa UV-B zračenja. Dobro je znano da je UV-B zračenje biološki vrlo štetno, UV-A zračenje manje je štetno, ali ima mogućnost stvaranja tena na ljudskoj koži. S obzirom da je ozon glavni apsorber UV-B zračenja, intenzitet UV-B zračenja na Zemljinoj površini umnogome ovisi o ukupnom iznosu ozona u atmosferi, te o debljini ozonskog sloja.
b) Visina Sunca
Visina Sunca je kut između horizonta i smjera prema Suncu. Solarni zenitni kut (Solar Zenith Angle – SZA) često se upotrebljava umjesto visine Sunca: to je kut između zenita i smjera Sunca. Za velike visine Sunca UV zračenje je puno intenzivnije jer zrake sa Sunca prolaze kraći put kroz atmosferu i zato prolaze kroz manje područje apsorpcijskih tvari. S obzirom da UV ozračenje uvelike ovisi o visini Sunca, ono se mijenja s geografskom širinom, dobom godine i dobom dana. Zato je UV zračenje najjače u tropskom području, ljeti, u vrijeme podneva.
c) Nadmorska visina
UV iradijancija se povećava s nadmorskom visinom zato jer je manje apsorpcijskih tvari u atmosferi iznad dane visine. Mjerenja pokazuju da UV zračenje poraste za 6-8 % za porast nadmorske visine od 1000 m.
d) Atmosfersko raspršenje
Na Zemljinoj površini se Sunčevo zračenje sastoji od izravne i raspršene (difuzne) komponente. Solarno zračenje je raspršeno na molekulama zraka i ostalim česticama kao što su aerosol i vodene kapljice. Izravna komponenta se sastoji od zraka sa Sunca koje su prošle izravno kroz atmosferu bez raspršenja ili apsorpcije. Difuzna komponenta se sastoji od zraka koje su bile raspršene barem jednom prije nego su stigle do tla. Raspršenje uvelike zavisi o valnoj duljini. Nebo izgleda plavo jer je plava svjetlost puno jače raspršena od ostalih valnih duljina vidljive svjetlosti. UV zračenje se raspršuje još i više, tako da je na Zemljinoj površini UV-B zračenje sačinjeno približno od omjera 1:1 izravnog i difuznog zračenja.
e) Oblaci i atmosferska mutnoća
UV ozračenje je jače kada je nebo vedro, bez oblaka. Oblaci generalno smanjuju UV ozračenje, ali to ovisi i o debljini oblaka, kao i o tipu oblaka (optička debljina oblaka). Tanki ili raskidani oblaci imaju samo mali učinak na UV na tlu. U određenim uvjetima i za kratke vremenske periode mala naoblaka može na nekim mjestima čak i povećati UV iradijanciju u usporedbi sa potpuno vedrim nebom. U uvjetima atmosferske mutnoće UV zračenje je apsorbirano i raspršeno na vodenim česticama i aerosolu i to dovodi do smanjena UV ozračenja.
f) Refleksija na tlu
Dio UV zračenja pristiglog do tla je apsorbiran na Zemljinoj površini, a dio je odbijen (reflektiran) natrag prema svemiru. Iznos reflektiranog zračenja ovisi o svojstvima površine. Većina prirodnih površina kao što su trava, zemlja i voda reflektiraju manje od 10 % pristiglog UV zračenja. Svježi snijeg može reflektirati i do 80 % pristiglog UV zračenja. U proljeće kod vedrog neba refleksija na snijegu može povećati UV iradijaciju na nagnutim površinama čak do ljetnih vrijednosti. To je značajno na višim nadmorskim visinama i u višim geografskim širinama. Pijesak može reflektirati oko 25 % UV zračenja i povećati UV izloženost na plaži. Do 95 % UV zračenja može prodrijeti u vodu, a oko 50 % može prodrijeti čak do 3 m dubine (u čistoj oceanskoj vodi).
Djelovanje i primjena ultraljubičastoga zračenja
Ultraljubičasto zračenje djeluje snažno na kožu i potkožno tkivo; među ostalim ono ubrzava stvaranje pigmenta (koža potamni), a djelujući na ergosterol proizvodi vitamin D. Primjenjuje se u liječenju nekih kožnih bolesti, za sprječavanje rahitisa kod djece itd. Stalna izloženost Sunčevu ultraljubičastomu zračenju (npr. u mornara, poljskih radnika) postupno otvrdnjuje kožu, uzrokuje njezino ubrzano starenje i često različite bolesti, uključujući i rak.
Ultraljubičasto zračenje uništava mikroorganizme pa se rabi za sterilizaciju.
Ultraljubičasto zračenje upotrebljava se i u mikroskopiji. Najmanja čestica koja se može vidjeti mikroskopom ne može biti manja od jedne trećine valne duljine upotrijebljenoga zračenja. Stoga se ultraljubičasto zračenje, koje je kraće valne duljine od vidljive svjetlosti, rabi kada je potrebno detaljnije razlučivanje. Ultraljubičasti mikroskopi akromatizirani su za valnu duljinu od 365 nm (ultraljubičasto područje) i valnu duljinu 546 nm (vidljivo područje) spektra živina luka. Ultraljubičasto zračenje primjenjuje se i u fizikalno-kemijskim istraživanjima i kemijskoj analizi (spektroskopija).
Fotografije: pixabay.com
