Солнечная радиация в атмосфере

1.3 Видимость

Отдаленные предметы видны хуже, чем расположенныеближе, вследствие мутности атмосферы, через которую мы их рассматриваем. Это тоже эффект рассеивания света в атмосфере. Для многих целей необходимо знать, на каком расстоянии перестают различаться очертания предметов за воздушной завесой. Это расстояние называют дальностью видимости или видимостью. Дальность видимости – расстояние на котором можно видеть темный объект на фоне неба. Наибольшая видимость – в арктическом воздухе (до нескольких сотен км). В воздухе, содержащем много пыли, дальность видимости составляет от нескольких метров до 1 км.

1.4 Встречные излучения

Атмосфера нагревается, поглощая солнечную  радиацию и собственное излучение земной поверхности. Кроме того, от земной поверхности идет тепло и за счет теплопроводности, при испарении и конденсации воды.

Будучи  нагретой атмосфера имеет также собственное излучение, преимущественно – невидимую инфракрасную радиацию. Атмосферную радиацию, приходящую к земной поверхности, называют встречным излучением (Еа).

Земная поверхность поглощает  это Еа на 90–99%, то есть встречное излучение является важным источником тепла для земной поверхности. В умеренных широтах данная радиация составляет 0,3–0,4 кал/см2 мин, в горных странах – 0,1–0,2 кал/см2 мин (из-за уменьшения содержания в атмосфере водяного пара), на экваторе – 0,5–0,6 кал/см.кв.мин (здесь атмосфера и более нагрета и богата водяным паром). Еа возрастает с увеличением облачности, так как облака сами являются довольно сильными источниками встречного излучения.

Ее – эффективное излучение; является разницей между собственным излучением земной поверхности и встречным излучением атмосферы. Еа представляет собой чистую потерю лучистой Е, а следовательно, и тепла земной поверхностью.

Ее = Еs – Еа.

Интенсивность Ее в ясные ночи составляет 0,10–0,15 кал/см2.мин на равнинных станциях в умеренных широтах, 0,2 кал/см2 мин – в горах.

Еа существует и в дневные часы, но перекрывается солнечной поглощенной радиацией.

1.5 Солнечный ветер

Наиболее мощными конкретными  источниками энергии для биосферы – типичной открытой энергозависимой системы – является Солнце с его полями, движение Земли в координатах солнечной системы, разогретое ядро Земли, гравитационное и магнитное поля Земли. Кроме электромагнитного излучения от Солнца к Земле постоянно идет поток ионизированного газа (плазмы), представляющего из себя солнечный ветер. Он служит переносчиком «вмороженных» магнитных полей солнечного происхождения.

Для потока солнечной плазмы магнитное  поле Земли служит некоторым препятствием и перед магнитосферой образуется ударная волна, где плазма замедляется и часть кинетической энергии превращается в тепловую. Уплотненная горячая плазма, обтекая геомагнитное поле, деформирует его: силовые линии сносятся на ночную сторону Земли и образуют сильно вытянутый хвост магнитосферы с нейтральным слоем. Через полярные каспы и нейтральный слой возможны прорывы солнечной плазмы к верхним слоям атмосферы, а в остальных областях магнитосферы идет лишь медленное просачивание плазмы. На высоте около 500 км (силовые магнитные линии здесь замкнуты) происходит захват частиц силовыми полями и образуются протонный и электронный радиационные пояса [1].

2 Солнечная радиация и ее гигиеническое значение

2.1 Количественная и качественная характеристика солнечной радиации

В гигиеническом отношении особый интерес представляет оптическая часть  солнечного света, которая занимает диапазон от 280-2800 нм. Более длинные  волны — радиоволны, более короткие - гамма-лучи, ионизирующее излучение не доходят до поверхности Земли, потому что задерживаются в верхних слоях атмосферы, в озонов слое в частности. Озон распространен в всей атмосфере, но на высоте около 35 км формирует озоновый слой.

Интенсивность солнечной радиации зависит в первую очередь от высоты стояния солнца над горизонтом. Если солнце находится в зените, то путь который проходит солнечные лучи будет значительно короче, чем  их путь если солнце находится у  горизонта. За счет увеличения пути интенсивность солнечной радиации меняется. Интенсивность солнечной радиации зависит также от того под каким углом падают солнечные лучи, от этого зависит и освещаемая территория (при увеличении угла падения площадь освещения увеличивается).

Таким образом, та же солнечная радиация приходится на большую поверхность, поэтому интенсивность уменьшается.

2.2  Гигиеническая характеристика видимой части солнечного спектра

При суточном и годовом годе солнечной  радиации состав и интенсивность отдельных спектров подвергается изменениям. Наибольшим изменениям подвергаются лучи УФ спектра.

Интенсивность солнечной радиации мы оцениваем исходя из так называемой солнечной постоянной. Солнечная  постоянная — это количество солнечной энергии поступающей в единицу времени на единицу площади, расположенную на верхней границе атмосферы под прямым углом к солнечным лучам при среднем расстоянии Земли от Солнца. Эта солнечная постоянная измерена с помощью спутника и равна 1,94 калории\см² в мин. Проходя через атмосферу солнечные лучи значительно ослабевают — рассеиваются, отражаются, поглощаются. В среднем при чистой атмосфере на поверхности Земли интенсивность солнечной радиации составляет 1, 43 — 1,53 калории\см² в мин.

Напряжение солнечных лучей  в полдень в мае в Ялте 1,33, в Москве 1,28, в Иркутске 1,30, В Ташкенте 1,34.

2.3 Солнечная радиация как оздоровительный фактор

2.3.1 Биологическое значение видимого  участка спектра

Видимый участок спектра — специфический раздражитель органа зрения. Свет необходимое условие работы глаза, самого тонкого и чуткого органа чувств. Свет дает примерно 80% информации о внешнем мире. В этом состоит специфическое действие видимого света, но еще общебиологическое действие видимого света: он стимулирует жизнедеятельность организма, усиливает обмен веществ, улучшает общее самочувствие, влияет на психо - эмоциональную сферу, повышает работоспособность.

Свет оздоравливает окружающую среду. При недостатке естественного  освещения возникают изменения  со стороны органа зрения. Быстро наступает утомляемость, снижается работоспособность, увеличивается производственный травматизм. На организм влияет не только освещенность, но и различная цветовая гамма оказывает различное влияние на психо- эмоциональное состояние. Наилучшие показатели выполнения работы были получены препарат желтом и белом освещении. В психофизиологическом отношении цвета действуют противоположно друг другу. Было сформировано 2 группы цветов в связи с этим:

1) теплые тона — желтый, оранжевый, красный;

2) холодные тона — голубой, синий, фиолетовый.

Холодные и теплые тона оказывают  разное физиологическое действие на организм. Теплые тона увеличивают  мускульное напряжение, повышают кровяное давление, учащают ритм дыхания.

Холодные  тона наоборот понижают кровяное давление, замедляют ритм сердца и дыхания. Это часто используют на практике: для пациентов с высокой температурой больше всего подходят палаты окрашенные в лиловый цвет, темная охра улучшает самочувствие больных с пониженным давлением. Красный цвет повышает аппетит.

Более того, эффективность лекарств можно  повысить, изменив цвет таблетки. Больным  страдающим депрессивными расстройствами давали одно и то же лекарство в  таблетках разного цвета: красного, желтого, зеленого. Самые лучшие результаты принесло лечение таблетками желтого цвета.

Цвет  используется как носитель закодированной информации, например, на производстве для обозначения опасности.

Существует  общепринятый стандарт на сигнально-опознавательную  окраску: зеленый — вода, красный — пар, желтый — газ, оранжевый — кислоты, фиолетовый — щелочи, коричневый — горючие жидкости и масла, синий — воздух, серый — прочее.

С гигиенических  позиций оценка видимого участка  спектра проводится по следующим  показателям: отдельно оценивается  естественное и отдельно искусственно освещение. Естественное освещение оценивается по 2 группам показателей: физические и светотехнические. К первой группе относится:

Световой коэффициент — характеризует собой отношение площади застекленной поверхности окон к площади пола.

Угол  падения — характеризует собой под каким углом падают лучи. По норме минимальный угол падения должен быть не менее 27⁰.

Угол  отверстия — характеризует освещенность небесным светом (должен быть не менее 5⁰). На первых этажах ленинградских домов - колодцев этот угол фактически отсутствует.

Глубина заложения помещения — это отношение расстояния от верхнего края окна до пола к глубине помещения (расстояние от наружной до внутренней стены).

2.3.2 Светотехнические показатели

Светотехнические показатели — это показатели определяемые с помощью прибора — люксметра. Измеряется абсолютная и относительная освещаемость.

Абсолютная  освещаемость — это освещаемость на улице. Коэффициент освещаемости (КЕО) определяется как отношение относительной освещаемости (измеряемой как отношение относительной освещенности (измеренной в помещении) к абсолютной, выраженное в %. Освещенность в помещении измеряется на рабочем месте.

Принцип работы люксметра состоит в том, что прибор имеет чувствительный фотоэлемент (селеновый - так как  селен приближен по чувствительности к глазу человека).

Для оценки искусственного освещения помещений  имеет значение яркость, отсутствие пульсаций, цветность и др.

2.3.3 Инфракрасные лучи

Основное биологическое действие этих лучей — тепловое, причем это действие также зависит от длины волны. Короткие лучи несут больше энергии, поэтому они проникают в глубь, оказывают сильный тепловой эффект. Длинноволновый участок оказывает свое тепловое действие на поверхности. Это используется в физиотерапии для прогрева участков лежащих на разной глубине.

Для того чтобы оценить измерить инфракрасные лучи существует прибор — актинометр. Измеряется инфракрасная радиация в калориях на см²\мин. Неблагоприятное действие инфракрасных лучей наблюдается в горячих цехах, где они могут приводить к профессиональным заболеваниям — катаракте (помутнение хрусталика). Причиной катаракты является короткие инфракрасные лучи. Мерой профилактики является использование защитных очков, спецодежды.

Особенности воздействия инфракрасных лучей  на кожу: возникает ожог — эритема. Она возникает за счет теплового расширения сосудов. Особенность ее состоит в том, что она имеет различные границы, возникает сразу.

В связи  с действием инфракрасных лучей  могут возникать 2 состояния организма: тепловой удар и солнечный удар.

Солнечный удар - результат прямого воздействия  солнечных лучей на тело человека в основном с поражением ЦНС. Солнечный  удар поражает тех кто проводит много  часов подряд под палящими лучами солнца с непокрытой головой. Происходит разогревание мозговых оболочек.

Тепловой  удар возникает из-за перегревания организма. Он может случатся с тем  кто выполняет тяжелую физическую работу в жарком помещении или  при жаркой погоде. Особенно характерны были тепловые удары у наших военнослужащих в Афганистане.

Помимо актинометров для измерения  инфракрасной радиации существуют пирометры  различных видов. В основе ох действия — поглощение черным телом лучистой энергии. Воспринимающий слой состоит из зачерненных и белых пластинок, которые в зависимости от инфракрасной радиации нагреваются по разному. Возникает ток на термобатарее и регистрируется интенсивность инфракрасной радиации. Поскольку интенсивность инфракрасной радиации имеет значение в условиях производства то существуют нормы инфракрасной радиации для горячих цехов, для того чтобы избежать неблагоприятного воздействия на организм человека, например, в трубопрокатном цехе норма 1,26 - 7,56, выплавка чугуна 12,25. Уровни излучения превышающие 3,7 считаются значительными и требуют проведения профилактических мероприятий — применение защитных экранов, водяные завесы, спецодежда.

2.3.4 Ультрафиолетовые лучи (УФЛ)

Это наиболее активная в биологическом  плане часть солнечного спектра. Она также неоднородна. В связи  с этим различают длинноволновые и коротковолновые УФ. УФ способствуют загару.

При поступлении УФ на кожу в ней  образуются 2 группы веществ:

1) специфические вещества, к ним  относятся витамин Д,

2) неспецифические вещества  — гистамин, ацетилхолин, аденозин, то есть это продукты расщепления белков.

Загарное или эритемное действие сводится к фотохимическому эффекту — гистамин и другие биологически активные вещества способствуют расширению сосудов. Особенность этой эритемы — она возникает не сразу. Эритема имеет четко ограниченные границы. Ультрафиолетовая эритема всегда приводит к загару более или менее выраженному, в зависимости от количества пигмента в коже. Механизм загарного действия еще недостаточно изучен. Считается что сначала возникает эритема, выделяются неспецифические вещества типа гистамина, продукты тканевого распада организм переводит в меланин, в результате чего кожа приобретает своеобразный оттенок. Загар, таким образом является проверкой защитных свойств организма (больной человек не загорает, загорает медленно).

Самый благоприятный загар возникает под воздействием УФЛ с длиной волны примерно 320 нм, то есть при воздействии длинноволновой части УФ - спектра. На юге в основном преобладают коротковолновые, а на севере — длинноволновые УФЛ. Коротковолновые лучи наиболее подвержены рассеянию. А рассеивание лучше всего происходит в чистой атмосфере и в северном регионе.

Таким образом, наиболее полезный загар  на севере — он более длительный, более темный. УФЛ являются очень мощным фактором профилактики рахита. При недостатке УФЛ у детей развивается рахит, у взрослых — остеопороз или остеомаляция. Обычно с этим сталкиваются на Крайнем Севере или у групп рабочих работающих под землей.

В Ленинградской области с середины ноября до середины февраля практически  отсутствует УФ часть спектра, что  способствует развитию солнечного голодания. Для профилактики солнечного голодания используется искусственный загар. Световое голодание — это длительное отсутствие УФ спектра. При действии УФ в воздухе происходит образование озона, за концентрацией которого необходим контроль.

УФЛ оказывают бактерицидное действие. Оно используется для обеззараживания  больших палат, пищевых продуктов, воды.

Определяется интенсивность УФ радиации фотохимическим методом по количеству разложившийся под действием  УФ щавелевой кислоты в кварцевых пробирках (обыкновенное стекло УФЛ не пропускает). Интенсивность УФ радиации определяется и прибором ультрафиолетметром. В медицинских целях ультрафиолет измеряется в биодозах [2].