Излучение солнца. Осторожно, солнце: чем опасен загар

11.10.2019

Что, если собрать все видимое излучение Солнца в луч типа лазерного диаметром в метр и направить его на Землю?
Макс Шефер

Вот что описал Макс:

Оказавшись на пути луча, вы, разумеется, быстро умрете. И даже не «от чего-то», как обычно бывает, - вы просто превратитесь из биологического явления в физическое.

Когда луч света достигнет атмосферы, он за доли секунды нагреет воздух в точке попадания до миллионов градусов[ 1 ] . ↲ По Фаренгейту, Цельсию, Ранкину или Кельвину - совершенно не важно. ↳ Этот воздух превратится в плазму и станет рассеивать тепло во всех направлениях в виде рентгеновских лучей. Они будут нагревать окружающий воздух, превращая и его в плазму, которая будет излучать инфракрасный свет. Это как взрыв водородной бомбы, но куда интенсивнее.

Это излучение испарит все вокруг, превратит ближайшую область атмосферы в плазму и примется пожирать поверхность Земли.

Что, если вы окажетесь на другой стороне планеты? Вам все равно не выжить - при таком раскладе Земля обречена. Но от чего именно вы умрете?

Размера Земли хватит, чтобы защитить людей на обратной стороне от луча Макса, хоть и ненадолго. Сейсмические волны от разрушений тоже не сразу пройдут планету насквозь. Но вас все равно убьют не они. Земля - не идеальный щит.

Вас погубят сумерки.

Ночью темно [ ] , потому что Солнце светит на другую сторону планеты [ ] . Но темнота ночного неба не всегда абсолютна . Перед рассветом и после заката видно свечение, потому что атмосфера искривляет свет скрывшегося Солнца.

Если наш луч поразит Землю, в атмосферу вырвется спектр излучений от рентгеновского до теплового, так что стоит разобраться в том, как разные виды света взаимодействуют с воздухом.

Говоря об обычном свете, вы, возможно, слышали о рэлеевском рассеянии как ответе на вопрос «почему небо голубое?». Объяснение в целом верное, но ответ «потому что воздух голубой», пожалуй, даже лучше. Конечно, он голубой по множеству физических причин, но все обладает цветом по множеству физических причин[ 2 ] . ↲ На вопрос «почему Статуя Свободы зеленая?» мы ответим что-то вроде «статуя покрыта медью и когда-то была медного цвета, но со временем из-за окисления образовался слой карбоната меди, а он зеленый». Мы не станем говорить «статую делает зеленой рассеивание и поглощение света определенных частот молекулами поверхности».

Когда воздух нагревается, электроны теряют связь с ядрами атомов - получается плазма. Сквозь нее проходит поток радиации от луча, так что надо узнать, насколько эта плазма прозрачна для различных видов излучений. Здесь я хочу вспомнить статью Харриса Л. Мейера от 1964 года Расчеты прозрачности. Прошлое и будущее , ее вводный абзац - лучший среди всех работ по физике, что я видел:

Предпосылки к этой работе появились несколько миллиардов лет назад. Как только звезды начали формироваться, прозрачность стала одним из базовых параметров, определяющих структуру физического мира, в котором мы живем. А в последнее время, с развитием ядерного оружия, работающего при внутризвездных температурах, прозрачность становится также одним из базовых параметров, определяющих процессы, от которых мы все можем умереть.

Плазма лучше воздуха пропускает рентгеновские лучи. Они пройдут ее насквозь и нагреют благодаря эффекту Комптона и рождению пар . Но лучи быстро остановятся, как только соприкоснутся с неплазменным воздухом снаружи. Вот только плазменная сфера будет постоянно расширяться благодаря рентгеновским лучам от сверхнагретого воздуха вокруг луча. Новая плазма по краям добавит инфракрасного излучения в раскаляющий все на своем пути поток.

Кольцо тепла и света разнесется по планете, нагревая воздух и землю. С разогревом воздуха плазма и излучение будут все дальше распространяться за горизонт. Кроме того, часть атмосферы будет выбита лучом в космос и оттуда станет отражать свет обратно на планету.

Точная скорость, с которой радиация обогнет Землю, зависит от различных характеристик атмосферного рассеяния, но она неважна, если все это время Луна будет в четверти.

Когда устройство Макса включится, Луны не станет видно - освещающий ее солнечный свет будет собран в луче. После того как он коснется атмосферы, выглянет четверть Луны.

Когда луч из устройства Макса коснется атмосферы Земли, свет от точки контакта осветит Луну. В зависимости от позиции спутника и вашего расположения на поверхности планеты, один только отраженный лунный свет может запросто испепелить вас…

…а сумерки, окутав планету, принесут с собой последний закат[ 3 ] . ↲ Этой картинкой удобно досаждать определенным группам людей:

От полного уничтожения Землю могла бы спасти одна тонкость. Способен ли механизм Макса держать на мушке движущуюся цель? Если нет, планета уберется из-под удара всего за три минуты. Люди, правда, все равно изжарятся, атмосферы и поверхности станет заметно меньше, но основная масса Земли обугленной глыбой продолжит свой путь по орбите.

Нашему солнечному лучу смерти откроется дальний космос. Если годы спустя он достигнет другой планетной системы, то будет уже слишком рассеянным и не сможет ничего испепелить, но его яркости наверняка хватит, чтобы разогреть поверхности местных планет.

Может, сценарий Макса и обрек Землю на уничтожение, но - если это кого-то утешит - мы не обязательно умрем в одиночестве.

Говоря о влиянии солнца на человеческий организм, невозможно точно определить вред или пользу оно приносит. Солнечные лучи – это как килокалории, получаемые из пищи . Их недостаток приводит к истощению, а в избыточном количестве они вызывают ожирение. Так и в данной ситуации. В умеренном количестве солнечное излучение благоприятно воздействует на организм, в то время как избыток ультрафиолета провоцирует появление ожогов и развитие многочисленных заболеваний. Давайте разберемся подробнее.

Солнечное излучение: общее воздействие на организм

Солнечное излучение – это совокупность ультрафиолетовых и инфракрасных волн . Каждая из этих составных частей по-своему воздействует на организм.

Влияние инфракрасного излучения:

Главная особенность инфракрасных лучей – создаваемый ими тепловой эффект. Прогревание тела способствует расширению кровеносных сосудов и нормализации кровообращения.
Прогревание оказывает расслабляющее действие на мышцы, оказывая легкий противовоспалительный и болеутоляющий эффект.
Под воздействием тепла повышается метаболизм, нормализуются процессы усвоения биологически активных компонентов.
Инфракрасное излучение солнца стимулирует работу головного мозга и зрительного аппарата.
Благодаря солнечной радиации происходит синхронизация биологических ритмов организма, запускаются режимы сна и бодрствования .
Лечение солнечным теплом улучшает состояние кожи, избавляя от угревых высыпаний.
Теплый свет поднимает настроение и улучшает эмоциональный фон человека.
А по последним исследованиям еще и улучшает качество спермы у мужчин.

Несмотря на все прения по поводу негативного влияния ультрафиолетового излучения на организм, его нехватка может привести к серьезным проблемам со здоровьем. Это один из жизненно важных факторов существования. И в условиях дефицита ультрафиолета в организме начинают происходить такие изменения:

В первую очередь ослабевает иммунитет. Это вызвано нарушением усвояемости витаминов и минералов, сбоем в обмене веществ на клеточном уровне.
Появляется склонность к развитию новых или обострению хронических заболеваний, чаще всего протекающих с осложнениями.
Отмечается вялость, синдром хронической усталости, снижается уровень работоспособности.
Нехватка ультрафиолет для детей мешает выработке витамина D и провоцирует снижение темпов роста.

Однако нужно понимать, что чрезмерная солнечная активность не пойдет на благо организму!

Противопоказания к солнечным ваннам

Несмотря на всю пользу солнечного света для организма, не все могу себе позволить наслаждаться теплыми лучами. К противопоказаниям относятся:

острые воспалительные процессы;
опухоли, независимо от места их локализации ;
прогрессирующий туберкулез;
стенокардия, ишемическая болезнь;
эндокринные патологии;
поражение нервной системы;
нарушение функций щитовидки и надпочечников;
сахарный диабет;
мастопатия;
миома матки;
беременность;
восстановительный период после оперативного вмешательства.

Во всех случаях активное излучение будет усугублять течение болезни, провоцируя развитие новых осложнений .

Не стоит увлекаться солнцем и пожилым людям, грудным деткам. Для этих категорий населения показано лечение солнечным светом в тени. Необходимой дозы безопасного тепла там будет достаточно.

Истории наших читателей

Владимир
61 год

Негативное влияние солнца

Время воздействия инфракрасных и ультрафиолетовых волн должно быть строго ограничено. В избыточном количестве солнечное излучение:

может спровоцировать ухудшение общего состояния организма (так называемый тепловой удар вследствие перегревания);
отрицательно влияет на кожу, становясь причиной развития стойких изменений ;
ухудшает зрение;
провоцирует гормональные сбои в организме;
могут спровоцировать развитие аллергических реакций.

Так что часовые лежания на пляже в периоды максимальной солнечной активности наносят огромный урон организму .

Для получения необходимой порции света достаточно двадцатиминутной прогулки в солнечный день.

Влияние солнца на кожу

Избыточное количество солнечной радиации приводит к серьезным проблемам с кожей. В краткосрочной перспективе вы рискуете заработать ожог или дерматит. Это самая малая проблема, с которой вы можете столкнуться, увлекшись загаром в жаркий день. Если подобная ситуация повторяется с завидной регулярностью, излучение солнца станет толчком к формированию злокачественных образований на коже, меланом .

Помимо этого, воздействие ультрафиолета иссушает кожу, делая ее более тонкой и чувствительной. А постоянное пребывание под прямыми лучами ускоряет процесс старения, провоцируя появление ранних морщин.

Дабы обезопасить себя от негативного влияния солнечной радиации, достаточно соблюдать простые меры безопасности:

В летнее время года обязательно используйте солнцезащитный крем ? Нанося его на все открытые участки тела, включая лицо, руки, ноги и зону декольте. Значок SPF на упаковке – это и есть та самая защита от ультрафиолета. И степень ее будет зависеть от цифры, указанной возле аббревиатуры. Для похода в магазин подойдет косметика с уровнем SPF 15 или SPF 20. Если планируете провести время на пляже, используйте специальные средства с более высокими показателями. Для детской кожи подходит крем с максимальной защитой SPF 50.
При необходимости длительного пребывания на улице при максимальной интенсивности солнечного излучения надевайте одежду из легких тканей с длинным рукавом. Обязательно носите шляпу с широкими полями, чтобы скрыть нежную кожу лица.
Контролируйте продолжительность солнечных ванн. Рекомендуемое время – 15-20 минут. В случае более продолжительного пребывания на улице, постарайтесь укрыться от прямых солнечных лучей в тени деревьев.

И помните, что в летнее время года солнечное излучение воздействует на кожу в любое время суток, за исключением ночных часов. Вы можете не ощущать явного тепла от инфракрасных волн, но вот ультрафиолет сохраняет высокий уровень активности, как утром, так и после полудня.

Негативное влияние на зрение

Влияние солнечного света на зрительный аппарат огромно. Ведь благодаря световым лучам мы получаем информацию об окружающем нас мире. Искусственное освещение в какой-то мере может стать альтернативой естественному свету, но в условиях чтения и письма при лампе увеличивается нагрузка на глаза.

Говоря о негативном влиянии на человека и зрение солнечного света, подразумевается повреждение глаз при длительном пребывании на солнце без солнцезащитных очков.

Из неприятных ощущений, с которыми вы можете столкнуться, можно выделить режущие боли в глазах, их покраснение, светобоязнь. Наиболее серьезное поражение – ожог сетчатки . Также возможна сухость кожи век, формирование мелких морщинок.

Носите солнцезащитные очки . Во время покупки в первую очередь обращайте внимание на степень защиты. Имиджевые модели зачастую слегка затеняют свет, но не препятствуют проникновению ультрафиолета. Поэтому рекомендуется отложить яркую оправу и сделать выбор в пользу качественных линз.
Следите, чтобы на лицо не попадало прямых лучей. Находитесь в тени, носите шляпу, кепку или другой головной убор с козырьком.
Не смотрите на солнце. Если вы не испытываете дискомфорта, это не говорит о безопасности данной затеи. Даже у зимнего солнца достаточно активности, чтобы обеспечить проблемы со зрением.

Существует ли безопасное время года

Использование солнечной радиации в качестве оздоровительной процедуры – распространенная практика. Что ультрафиолет, что тепло относится к разряду сильных раздражителей . И злоупотребление этими благами можно заработать серьезные проблемы.

Загар – это выработка меланина. А если быть точнее, то защитная реакция кожи на раздражитель.

А так ли опасно излучение солнца в любое время года? На этот вопрос сложно дать однозначный ответ. Все будет зависеть не столько от поры года, сколько от географического положения. Так, в средних широтах активность солнечной радиации повышается на 25-35% именно в летнее время. Поэтому и рекомендации относительно пребывания на улице в ясный день касаются только жаркой поры. Зимой жителям этих регионов ультрафиолет не угрожает.

А вот жители экватора с прямыми солнечными лучами сталкиваются круглый год. Поэтому вероятность негативного воздействия на организм присутствует как летом, так и зимой. Обитателям северных широт в этом плане повезло больше. Ведь при удаленности от экватора меняется угол падения солнечных лучей на землю, а вместе с ним и активность излучения . Длина тепловой волны увеличивается, и одновременно с этим уменьшается количество тепла (энергетические потери). Отсюда и зима круглый год, так как поверхности земли не хватает тепла для прогревания.

Солнечное излучение – друг нашего организма. Но не стоит злоупотреблять этой дружбой. Иначе последствия могут быть самыми серьезными. Просто наслаждайтесь теплом, не забывая о мерах предосторожности.

Солнечные лучи: про пользу знаем, а про вред?

Еще в древности ученые знали о пользе солнечного света и солнечных ванн. В Древнем Риме и Элладе считалось, что нахождение на солнце укрепляет дух и закаляет здоровье. Однако потом об этом надолго забыли, а вспомнили лишь в начале ХХ столетия.

Сто лет назад солнечные ванны и длительные прогулки вновь стали прописывать врачи больным и выздоравливающим людям. И это неудивительно, так как люди, особенно живущие в умеренном климате, отмечали, что настроение и самочувствие улучшается в солнечные дни и ухудшается в пасмурную осень.

В середине прошлого века загорать даже стало модно - вот тогда и появились бикини. Однако последние десятилетия только и говорят о вреде солнечных лучей - якобы они вызывают рак кожи.

Как же на самом деле? Полезно или вредно солнечное излучение для нашего здоровья?

Влияние солнечных лучей на все живое трудно переоценить. И дело в том, что солнце излучает целый спектр волн, начиная от цветных и заканчивая невидимыми. К невидимым относятся ультрафиолетовые и инфракрасные лучи. Видеть мы их не можем, но зато ощущаем в виде тепла. Невидимые лучи оказывают на живой большое влияние.

Именно инфракрасные лучи улучшают циркуляцию крови в теле. А, следовательно. и способствуют активизации всех жизненных процессов, улучшению настроения, приливу бодрости и появлению энергии. Они помогают избавиться от апатии, депрессии, упадка жизненных сил. К тому же инфракрасный спектр обладает легким болеутоляющим эффектом.

Но не все ультафиолетовые лучи, а их солнце вырабатывает несколько видов, полезны для организма. Самые смертельно опасные из них - лучи С (УФС), но их задерживает озоновый слой. Очень полезны для человека лучи А и В, Именно они отвечают за выработку витамина D. Лучи А теоретически могут вызывать ожоги и поражения кожи. Лучи В стимулируют выработку меланина, который и обуславливает загорелый цвет кожи, который призван защитить от перегрева кожи и ее повреждения. А также утолщают слой кожи, делая ее менее восприимчивой к ожогам. То есть солнце само же и защищает от себя - этот механизм выработался у человека в процессе эволюции для безопасной жизни под лучами светила.

Какая от солнца польза?

Солнце укрепляет кости и участвует в кальциевом обмене . Без солнечных лучей выработка витамина D (кальциферола) невозможна.

Солнце продлевает жизнь: Ученые из Медицинского колледжа им.Энштейна (США) недавно обнаружили еще одно уникальное свойство витамина D. Он продлевает жизнь. Оказалось, что люди с низким содержанием этого витамина имеют большие шансы умереть раньше срока - на 26% выше по оценкам ученых.

Солнце улучшает настроение и повышает тонус: лучи солнца стимулируют выработку в организме серотонина и эндорфина. Эндорфины называют гормоном радости и счастья - они улучшают настроение и повышают тонус. Исследования показали, что жители северных стран чаще страдают от депрессивных состояний, чем южане. Это связано с недостатком солнечных лучей.

Солнце снижает давление: всем известны рекомендации гипертоникам не находиться в жару на солнце из-за того, что может резко подскочить давление. А вот ученые из Эдинбурга утверждают обратное - по их мнению, солнце, напротив, снижает давление и уменьшает риск образование тромбов. А все потому, что под действием солнечного света в человеческом организме начинается высвобождение оксида азота и превращение его в окись азота и нитрат. А эти вещества и снижают давление и препятствуют тромбообразованию.

Солнце спасет от склероза: Ученые доказали благотворное влияние солнечных лучей, а особенно ультрафиолета и в этой области. Выяснено, что если человек в детстве не был обделен солнечными ваннами, то в зрелом возрасте у него риск развития рассеянного ниже, чем у детей, выросших в условиях дефицита солнца.

Солнце на страже мужского здоровья: частое нахождение на солнце снижает риск развития рака простаты. И опять-таки этот эффект достигается благодаря выработке под действием лучей светила витамина D. Он блокирует распространение раковых клеток и помогает росту клеток здоровых.

Солнце помогает худеть: если находиться на солнце в утренние часы, то легче бороться с лишним весом и проще поддерживать вес в норме постоянно без особых усилий.

Солнце против диабета: англичане выяснили, что солнечный свет снижает уровень сахара в крови, тем самым защищая от риска диабета.

Однако любителям позагорать стоит знать и другой стороне солнецных лучей. Да-да, в больших дозах они могут быть действительно вредны. К примеру, долго находясь на солнце, можно получить солнечный ожог . И серьезнее всего от этого могут пострадать люди со светлой кожей. И они же находятся в зоне риска развития рака кожи под действием солнечных лучей. А все потому, что у людей со светлой кожей хуже вырабатывается меланин.

Избыток солнечных лучей сильно высушивает кожу , а это ведет к преждевременным морщинам и нарушению вырботки коллагена в клетках кожи. Именно поэтому северяне выглядят моложе, чем южане в одном и том же возрасте и имеют меньше морщин, особенно мелких.

Инфракрасные лучи солнца вызывают в большом количестве перегрев организма ив сочетании с ультрафиолетом всем известный солнечный удар . Проявления его разнообразны - от дурноты, головокружения и повышения температуры до потери сознания. Длительный перегрев может вызвать смерть.

Солнце - главный источник энергии на Земле. Без него невозможным было бы существование жизни. И хотя все буквально вертится вокруг Солнца, мы очень редко задумываемся над тем, как работает наша звезда.

Структура Солнца

Чтобы понять, как работает Солнце, сначала нужно разобраться в его структуре.

Ядро.
Зона лучистого переноса.
Конвективная зона.
Атмосфера: фотосфера, хромосфера, корона, солнечный ветер.

Диаметр солнечного ядра составляет 150-175 000 км, около 20-25% солнечного радиуса. Температура ядра достигает 14 млн градусов по Кельвину. Внутри постоянно происходят термоядерные реакции с образованием гелия. Именно в ядре в результате данной реакции выделяется энергия, а так же тепло. Остальная часть Солнца нагрета этой энергией, она проходит сквозь все слои до фотосферы.

Зона лучистого переноса находится над ядром. Энергия переносится с помощью излучения фотонов и их поглощения.

Над зоной лучистого переноса находится конвективная зона. Здесь перенос энергии осуществляется не переизлучением, а переносом вещества. С высокой скоростью более холодное вещество фотосферы проникает в конвективную зону, а излучение из зоны лучистого переноса поднимается на поверхность - это и есть конвекция.

Фотосфера - это видимая поверхность Солнца. Из этого слоя исходит большая часть видимого излучения. В фотосферу уже не проникает излучение более глубоких слоев. Средняя температура слоя достигает 5778 К.

Хромосфера окружает фотосферу, она имеет красноватый оттенок. Из поверхности хромосферы постоянно происходят выбросы - спикулы.

Последняя внешняя оболочка нашей звезды - корона, состоящая из энергетических извержений и протуберанцев, образующих солнечный ветер, распространяющийся к самым дальним уголкам солнечной системы. Средняя температура короны - 1-2 млн К, но есть участки с 20 млн К.

Солнечный ветер - это поток ионизированных частиц, распространяющийся до границ гелиосферы со скоростью около 400 км/с. Многие явления на Земле связаны с солнечным ветром, например, полярное сияние и магнитные бури.

Солнечное излучение

Плазма Солнца обладает высокой электропроводностью, что способствует появлению электрических токов и магнитных полей.

Солнце - самый сильный излучатель электромагнитных волн в мире, который дает нам:

ультрафиолетовые лучи;
видимый свет - 44% солнечной энергии (преимущественно желто-зеленый спектр);
инфракрасные лучи - 48%;
рентгеновское излучение;
радиационное излучение.

Лишь 8% энергии отводится на ультрафиолетовое, рентгеновское и радиационное излучение. Видимый свет расположен между лучами инфракрасного и ультрафиолетового спектра.

Также Солнце является мощным источником радиоволн нетепловой природы. Помимо всевозможных электромагнитных лучей излучается постоянный поток частиц: электронов, протонов, нейтрино и так далее.

Все виды излучения оказывают свое влияние Землю. Именно это влияние мы ощущаем.

Воздействие УФ лучей

Ультрафиолетовые лучи воздействуют на Землю и все живые существа. Благодаря им существует озоновый слой, так как УФ-лучи разрушают кислород, который модифицируется в озон. Магнитное поле Земли в свою очередь формирует озоновый слой, который, как ни парадоксально, ослабляет силу воздействия УФ.

На живые организмы и окружающую среду ультрафиолет влияет многогранно:

способствует выработке витамина D;
обладает антисептическими свойствами;
вызывает появление загара;
усиливает работу кроветворных органов;
повышает свертываемость крови;
увеличивается щелочной резерв;
дезинфицирует поверхности предметов и жидкости;
стимулирует обменные процессы.

Именно ультрафиолетовое излучение способствует самоочищению атмосферы, устраняет смог, частицы дыма и пыли.

В зависимости от широты сила воздействия УФ излучения сильно изменяется.

Воздействие ИК лучей: почему и как Солнце греет

Все тепло на Земле - это инфракрасные лучи, которые появляются благодаря термоядерному синтезу водорода с образованием гелия. Эта реакция сопровождается огромным выбросом лучистой энергии. До земли доходит порядка 1000 Ватт на квадратный метр. Именно за это ИК излучение очень часто называют тепловым.

Удивительно, но Земля выступает в роли инфракрасного излучателя. Планета, а также облака поглощают ИК лучи, а затем переизлучают эту энергию обратно в атмосферу. Такие вещества как водяной пар, капли воды, метан, диоксид углерода, азот, некоторые соединения фтора и серы излучают ИК лучи во всех направлениях. Именно благодаря этому имеет место парниковый эффект, который поддерживает поверхность Земли в постоянно подогретом состоянии.

Инфракрасные лучи не только нагревают поверхности предметов и живых существ, но и оказывают другое влияние:

обеззараживают;
улучшают метаболизм;
стимулируют кровообращение;
снимают болевые ощущения;
нормализуют водно-солевой баланс;
укрепляют иммунитет.

Почему зимой Солнце греет слабо

Так как Земля вращается вокруг Солнца с некоторым наклоном оси, в разное время года происходит отклонение полюсов. В первой половине года Северный полюс повернут к Солнцу, в во второй - Южный. Соответственно, меняется угол воздействия солнечной энергии, а также мощность.

Кандидат физико-математических наук Е. ЛОЗОВСКАЯ.

С наступлением теплых летних дней нас так и тянет погреться на солнышке. Солнечный свет улучшает настроение, стимулирует образование в коже жизненно необходимого витамина D, но в то же время, к сожалению, способствует появлению морщин и увеличивает риск развития рака кожи. Значительная часть как полезных, так и вредных эффектов связана с той частью солнечного излучения, которая невидима для человеческого глаза, - ультрафиолетом.

Спектр электромагнитного излучения и спектр солнца. Граница между ультрафиолетом В и С соответствует пропусканию земной атмосферы.

Ультрафиолет вызывает различные повреждения молекул ДНК в живых организмах.

Интенсивность ультрафиолета B зависит от широты и времени года.

Одежда из хлопка служит хорошей защитой от ультрафиолета.

Солнце служит главным источником энергии для нашей планеты, а поступает эта энергия в виде излучения - инфракрасного, видимого и ультрафиолетового. Ультрафиолетовая область расположена за коротковолновой границей видимого спектра. Когда речь идет о влиянии на живые организмы, в ультрафиолетовом спектре солнца обычно выделяют три области: ультрафиолет А (УФ-А; 320-400 нанометров), ультрафиолет В (УФ-В; 290-320 нм) и ультрафиолет С (УФ-С; 200-290 нм). Деление это достаточно произвольно: граница между УФ-В и УФ-С выбрана из тех соображений, что свет с длиной волны менее 290 нм не достигает поверхности Земли, поскольку земная атмосфера, благодаря кислороду и озону, выполняет роль эффективного природного светофильтра. Граница между УФ-В и УФ-А основана на том, что излучение короче 320 нм вызывает гораздо более сильную эритему (покраснение кожи), чем свет в диапазоне 320-400 нм.

Спектральный состав солнечного света во многом зависит от времени года, погоды, географической широты и высоты над уровнем моря. Например, чем дальше от экватора, тем сильнее коротковолновая граница сдвигается в сторону длинных волн, поскольку в этом случае свет падает на поверхность под косым углом и проходит большее расстояние в атмосфере, а значит, сильнее поглощается. На положение коротковолновой границы влияет и толщина озонового слоя, поэтому под "озоновыми дырами" на поверхность Земли попадает больше ультрафиолета.

В полдень интенсивность излучения на длине волны 300 нм в 10 раз выше, чем за три часа до этого или три часа спустя. Облака рассеивают ультрафиолет, но только темные тучи способны блокировать его полностью. Ультрафиолетовые лучи хорошо отражаются от песка (до 25%) и снега (до 80%), хуже от воды (менее 7%). Поток ультрафиолета возрастает с высотой, приблизительно на 6% с каждым километром. Соответственно в местах, расположенных ниже уровня моря (например, у берегов Мертвого моря), интенсивность излучения меньше.

ЖИЗНЬ ПОД СОЛНЦЕМ

Без света жизнь на Земле не могла бы существовать. Растения используют солнечную энергию, запасают ее с помощью фотосинтеза и обеспечивают энергией через пищу всех остальные живые существа. Человеку и другим животным свет обеспечивает возможность видеть окружающий мир, регулирует биологические ритмы организма.

Эту жизнерадостную картину немного осложняет ультрафиолет, поскольку его энергии достаточно, чтобы вызвать серьезные повреждения ДНК. Ученые насчитывают более двух десятков различных болезней, которые возникают или усугубляются под действием солнечного света, среди них пигментная ксеродерма, плоскоклеточный рак кожи, базалиома, меланома, катаракта.

Конечно, в процессе эволюции наш организм выработал механизмы защиты от ультрафиолета. Первый барьер, который преграждает потенциально опасному излучению доступ в организм, - кожа. Практически весь ультрафиолет поглощается в эпидермисе, наружном слое кожи толщиной 0,07-0,12 мм. Чувствительность к свету во многом определяется наследственной способностью организма производить меланин, темный пигмент, который поглощает свет в эпидермисе и тем самым защищает более глубокие слои кожи от фотоповреждений. Меланин вырабатывают особые клетки кожи - меланоциты. Ультрафиолетовое облучение стимулирует выработку меланина. Наиболее интенсивно этот биологический пигмент образуется при облучении светом УФ-В диапазона. Правда, эффект проявляется не сразу, а спустя 2-3 дня после пребывания на солнце, зато сохраняется в течение 2-3 недель. При этом ускоряется деление меланоцитов, возрастает число меланосом (гранул, содержащих меланин), увеличивается их размер. Свет УФ-А диапазона тоже способен вызывать загар, но более слабый и менее стойкий, поскольку число меланосом не увеличивается, а происходит лишь фотохимическое окисление предшественника меланина в меланин.

По восприимчивости к солнечным лучам выделяют шесть типов кожи. Кожа типа I очень светлая, она легко обгорает и совсем не покрывается загаром. Кожа типа II легко обгорает и покрывается слабым загаром. Кожа типа III быстро покрывается загаром и обгорает в меньшей степени. Кожа типа IV еще более устойчива к солнечным лучам. Кожа типов V и VI темная от природы (например, у коренных жителей Австралии и Африки) и почти не подвержена повреждающему действию солнца. У представителей негроидной расы риск развития немеланомного рака кожи ниже в 100 раз, а меланомы - в 10 раз по сравнению с европейцами.

Наиболее уязвимы к действию ультрафиолета люди с очень светлой кожей. У них даже кратковременное пребывание на ярком солнце вызывает эритему - покраснение кожи. За возникновение эритемы отвечает в основном УФ-В излучение. В качестве меры действия ультрафиолета на организм часто используют такое понятие, как минимальная эритемная доза (МЭД), то есть такая, при которой глазом заметно слабое покраснение. На самом деле величина МЭД различна не только у разных людей, но и у одного человека на разных участках тела. Например, для кожи живота белого незагорелого человека величина МЭД составляет около 200 Дж/м 2 , а на ногах - в три с лишним раза выше. Эритема обычно возникает через несколько часов после облучения. В тяжелых случаях развивается настоящий солнечный ожог с волдырями.

Какие вещества в эпидермисе кроме меланина поглощают ультрафиолет? Нуклеиновые кислоты, аминокислоты триптофан и тирозин, уроканиновая кислота. Наиболее опасны для организма повреждения нуклеиновых кислот. Под действием света в диапазоне УФ-В образуются димеры за счет ковалентных связей между соседними пиримидиновыми (цитозином или тимином) основаниями. Поскольку пиримидиновые димеры не вписываются в двойную спираль, эта часть ДНК теряет способность к выполнению своих функций. Если повреждения небольшие, специальные ферменты вырезают дефектный участок (и это еще один довольно эффективный механизм защиты). Однако, если ущерб больше, чем способность клетки к ремонту, клетка гибнет. Внешне это проявляется в том, что обожженная кожа "слезает". Повреждение ДНК может приводить к мутациям и как следствие - к раковым заболеваниям. Происходят и другие повреждения молекул, например образуются сшивки ДНК с белками. Кстати, видимый свет способствует залечиванию повреждений нуклеиновых кислот (это явление называется фотореактивацией). Предотвращать опасные последствия фотохимических реакций помогают антиоксиданты, содержащиеся в организме.

Еще одно следствие ультрафиолетового облучения - подавление иммунитета. Возможно, такая реакция организма призвана ослабить воспаление, вызванное солнечным ожогом, однако при этом снижается устойчивость к инфекциям. Сигналом для подавления иммунитета служат фотохимические реакции уроканиновой кислоты и ДНК.

МОДА НА ЗАГАР - СИМВОЛ ИНДУСТРИАЛЬНОГО ОБЩЕСТВА

Долгое время белая кожа считалась отличительной чертой знатных и богатых: сразу было видно, что ее обладателям не приходится с утра до ночи работать в поле. Но в ХХ веке все изменилось, бедные слои населения теперь проводили целые дни на заводах и фабриках, а богатые могли позволить себе отдыхать на свежем воздухе, у моря, демонстрируя красивый золотистый загар. После Второй мировой войны мода на загар приобрела массовый характер; загорелая кожа стала считаться признаком не только достатка, но и отменного здоровья. Разрослась туристическая индустрия, предлагающая отдых у моря в любое время года. Но прошло некоторое время, и врачи забили тревогу: оказалось, у любителей загара частота рака кожи возросла в несколько раз. И в качестве спасительного средства было предложено всем без исключения пользоваться солнцезащитными кремами и лосьонами, в состав которых входят вещества, отражающие или поглощающие ультрафиолет.

Известно, что еще во времена Колумба индейцы имели обыкновение раскрашивать себя красной краской, чтобы защититься от солнца. Возможно, древние греки и римляне использовали для этих целей смесь песка с растительным маслом, поскольку песок отражал солнечные лучи. Применение химических солнцезащитных средств началось в 1920-х годах, когда в качестве солнцезащитного средства была запатентована парааминобензойная кислота (ПАБК). Однако она растворялась в воде, так что защитный эффект исчезал после купания, и к тому же раздражала кожу. В 1970-е годы на смену ПАБК пришли ее эфиры, почти нерастворимые в воде и не вызывающие сильного раздражения. Настоящий бум в области солнцезащитной косметики начался в 1980-е годы. Поглощающие ультрафиолет вещества (в косметологии за ними закрепилось название "УФ-фильтры") стали добавлять не только в специальные "пляжные" кремы, но и почти во все косметические продукты, предназначенные для использования в дневное время: крем, жидкую пудру, губную помаду.

По принципу действия УФ-фильтры можно разделить на две группы: отражающие свет ("физические") и поглощающие ("химические"). К отражающим средствам относятся разного рода минеральные пигменты, прежде всего диоксид титана, оксид цинка, силикат магния. Принцип их действия прост: они рассеивают ультрафиолет, не давая ему проникнуть в кожу. Окись цинка захватывает область длин волн от 290 до 380 нм, остальные - несколько меньше. Основной недостаток отражающих средств тот, что они представляют собой порошок, непрозрачны и придают коже белый цвет.

Естественно, что производителей косметики больше привлекали прозрачные и хорошо растворимые "химические" УФ-фильтры (известные в фотохимии как УФ-абсорберы). К ним относятся уже упоминавшаяся ПАБК и ее эфиры (сейчас их почти не используют, так как появились сведения, что они разлагаются с образованием мутагенов), салицилаты, производные коричной кислоты (циннаматы), антраниловые эфиры, оксибензофеноны. Принцип действия УФ-абсорбера заключается в том, что, поглотив квант ультрафиолета, его молекула изменяет свою внутреннюю структуру и преобразует энергию света в тепло. Наиболее эффективные и светостойкие УФ-абсорберы работают по внутримолекулярному циклу переноса протона.

Большинство УФ-абсорберов поглощают свет только в УФ-В области. Обычно солнцезащитные средства содержат не один УФ-фильтр, а несколько, как физических, так и химических. Общее содержание УФ-фильтров может превышать 15 процентов.

Для характеристики защитной эффективности кремов, лосьонов и прочей косметической продукции стали использовать так называемый солнцезащитный фактор (по-английски "sun protection factor", или SPF). Идея солнцезащитного фактора была впервые предложена в 1962 году австрийским ученым Францем Грайтером и принята представителями косметической и фармацевтической промышленности. Солнцезащитный фактор определяется как отношение минимальной дозы ультрафиолета, необходимой для возникновения эритемы при действии на защищенную кожу, к дозе, вызывающей такой же эффект при незащищенной коже. Получила широкое распространение популярная интерпретация: если без защиты вы обгораете за 20 минут, то, намазав кожу кремом с защитным фактором, скажем, 15, получите солнечный ожог только пробыв на солнце в 15 раз дольше, то есть через 5 часов.

ОБМАНЧИВОЕ ЧУВСТВО ЗАЩИТЫ

Казалось бы, решение проблемы ультрафиолета найдено. Но на деле все не так просто. В научной литературе стали появляться сообщения, что у людей, которые постоянно пользуются солнцезащитными препаратами, частота возникновения таких разновидностей рака кожи, как меланома и базалиома, не только не снизилась, но и возросла. Было предложено несколько объяснений этого обескураживающего факта.

Первым делом ученые предположили, что потребители неправильно пользуются солнцезащитными средствами. При тестировании кремов принято наносить на кожу 2 мг крема на 1 см 2 . Но, как показали исследования, люди часто наносят более тонкий слой, в 2-4 раза меньше, соответственно уменьшается и фактор защиты. Кроме того, кремы и лосьоны частично смываются водой, например во время купания.

Нашлось и другое объяснение. Как уже отмечалось, большинство химических УФ-абсорберов (а именно они наиболее широко используются в косметике) поглощают свет только в УФ-В области, предотвращая развитие солнечного ожога. Но, по некоторым данным, меланома возникает под действием УФ-А излучения. Не пропуская УФ-В излучение, солнцезащитные средства блокируют природный предупреждающий сигнал - покраснение кожи, замедляют образование защитного загара, и в результате человек получает избыточную дозу в области УФ-А, которая как раз и может спровоцировать рак.

Результаты опросов показывают, что те, кто пользуется кремами с более высоким фактором защиты, проводят на солнце больше времени, а значит, неосознанно подвергают себя большему риску.

Нельзя забывать и о том, что смесь химических веществ, которые входят в состав защитных кремов, при длительном воздействии ультрафиолета может стать источником свободных радикалов - инициаторов окисления биомолекул. Некоторые из УФ-фильтров потенциально токсичны либо вызывают аллергию.

"СОЛНЕЧНЫЙ" ВИТАМИН

Настало время вспомнить о том, что поми-мо многочисленных негативных эффектов ультрафиолета есть и позитивные. И самый яркий пример - фотосинтез витамина D 3 .

В эпидермисе содержится довольно много 7-дигидрохолестерола, предшественника витамина D 3 . Облучение светом УФ-В диапазона запускает цепочку реакций, в результате которых и получается холекальциферол (витамин D 3), пока еще не активный. Это вещество связывается с одним из белков крови и переносится в почки. Там оно превращается в активную форму витамина D 3 - 1, 25-дигидроксихолекальциферол. Витамин D 3 необходим для всасывания кальция в тонком кишечнике, нормального фосфорно-кальциевого обмена и образования костей, при его недостатке у детей развивается тяжелое заболевание - рахит.

После облучения всего тела в дозе 1 МЭД концентрация витамина D 3 в крови возрастает в 10 раз и возвращается к прежнему уровню через неделю. Применение солнцезащитных средств подавляет синтез витамина D 3 в коже. Дозы, необходимые для его синтеза, невелики. Считается достаточным ежедневно проводить на солнце примерно по 15 минут, подставляя солнечным лучам лицо и руки. Суммарная годовая доза, необходимая для поддержания уровня витамина D 3 , составляет 55 МЭД.

Хронический дефицит витамина D 3 приводит к ослаблению костной ткани. К группе риска относятся темнокожие дети, живущие в северных странах, и пожилые люди, которые мало бывают на свежем воздухе. Некоторые исследователи считают, что увеличение частоты заболеваемости раком при использовании солнцезащитных средств связано именно с блокировкой синтеза витамина D 3 . Не исключено, что его дефицит приводит к возрастанию риска рака толстой кишки и молочной железы.

Другие полезные эффекты ультрафиолета связаны в основном с медициной. Ультрафиолетом лечат такие заболевания, как псориаз, экзема, розовый лишай. Датский врач Нильс Финсен в 1903 году получил Нобелевскую премию за применение ультрафиолета в лечении волчаночного туберкулеза кожи. Метод облучения крови ультрафиолетом сейчас успешно применяют для лечения воспалительных и других заболеваний.

СОЛОМЕННАЯ ШЛЯПКА ОТ ЗАГАРА

Вопрос о том, полезен или вреден ультрафиолет, не имеет однозначного ответа: и да, и нет. Многое зависит от дозы, спектрального состава и особенностей организма. Избыток ультрафиолета безусловно опасен, но на защитные кремы полностью полагаться нельзя. Требуются дополнительные исследования, чтобы установить, в какой степени употребление солнцезащитных средств может способствовать развитию раковых заболеваний.

Лучшее средство уберечь кожу от солнечного ожога, преждевременного старения, а заодно и снизить риск развития рака - одежда. Для обычной летней одежды характерны защитные факторы выше 10. Хорошими защитными свойствами обладает хлопок, правда в сухом виде (при намокании он пропускает больше ультрафиолета). Не забудьте про шляпу с широкими полями и солнцезащитные очки.

Рекомендации достаточно просты. Избегайте бывать на солнце в самые жаркие часы. Будьте особенно осторожны с солнцем, если принимаете лекарства, обладающие свойствами фотосенсибилизаторов: сульфаниламиды, тетрациклины, фенотиазины, фторхинолоны, нестероидные противовоспалительные препараты и некоторые другие. Фотосенсибилизаторы входят и в состав некоторых растений, например зверобоя (см. "Наука и жизнь" № 3, 2002 г.). Усиливать действие света могут ароматические вещества, входящие в состав косметики и духов.

Учитывая, что у ученых есть сомнения в эффективности и безопасности солнцезащитных кремов и лосьонов, не пользуйтесь ими (а также дневной косметикой с высоким содержанием УФ-фильтров) без особой необходимости. Если такая необходимость возникла, отдавайте предпочтение тем средствам, что обеспечивают защиту в широком спектре - от 280 до 400 нм. Как правило, такие кремы и лосьоны содержат окись цинка или другие минеральные пигменты, поэтому имеет смысл внимательно прочесть состав на этикетке.

Защита от солнца должна быть индивидуальной, в зависимости от места жительства, сезона и типа кожи.