Promieniowanie słoneczne

Promieniowanie Słoneczne
Słońce dostarcza na powierzchnię Ziemi najwięcej energii. Dzieje się tak z powodu niewielkiej odległości, jaka dzieli oba te ciała niebieskie. Wynosi ona bowiem średnio 149,6 miliona kilometrów, podczas gdy dystans do najbliższego innego źródła energii, gwiazdy Proxima Centauri, jest przeszło 282 tysiące razy większy, równy w przybliżeniu 4,3 roku świetlnego, czyli prawie 40,5 biliona kilometrów.
Jeśli przyjąć założenie, że w czasie Wielkiego Wybuchu Układ Słoneczny stanowił jedną z drobin rodzącego się wszechświata, to Ziemia siłą rzeczy jest genetycznie związana ze Słońcem. Jej ewolucja jako planety oraz rozwój życia odbywają się więc w ścisłej zależności od przemian na Słońcu.
Około 3,8 do 3,5 miliarda lat temu temperatura na powierzchni Ziemi obniżyła się poniżej 100C, co zapoczątkowało proces skraplania pary wodnej i formowanie się ciepłego oceanu. Woda pokrywająca powierzchnię kuli ziemskiej stanowiła czynnik niezbędny do wykształcenia się pierwszych organizmów żywych, które mogły wykorzystywać energię słoneczną do pewnej - przypuszczalnie beztlenowej - formy fotosyntezy. Na potwierdzenie tego faktu uczonym udało się wykazać podobieństwo chloroplastów (organelli odpowiedzialnych za fotosyntezę) współczesnych roślin do prymitywnych sinic, jakie żyły w prekambryjskim morzu. W następnym etapie ewolucji pojawiły się glony zdolne do fotosyntezy uwalniającej tlen. Był on również produkowany bezpośrednio z wody przez energię słoneczną powodującą jej rozpad (fotolizę) na cząsteczki wodoru i tlenu. Wprawdzie molekuły te bardzo prędko łączyły się z powrotem w cząsteczki wody, ale część wodoru jako najlżejszego z gazów ulatywała w przestrzeń kosmiczną, pozostawiając wolne cząsteczki tlenu. W ten sposób pod wpływem Słońca powstała atmosfera zawierająca tlen oraz rezerwa tego gazu w oceanie, umożliwiająca dalszą ekspansję oddychających nim organizmów. Gdy pierwsze stawonogi wyruszyły na podbój lądów, w atmosferze istniała warstwa ozonowa, która skutecznie pochłaniała najbardziej szkodliwe składniki słonecznego ultrafioletu.
Rola Słońca jako życiodajnej siły dla Ziemi nie zmieniła się przez 4,5 miliarda lat ewolucji naszej planety, chociaż samo Słońce podlegało w tym okresie przemianom. W ich wyniku wzrosło o około 25 procent natężenie promieniowania słonecznego docierającego do górnych warstw atmosfery, czyli tak zwana stała słoneczna. Obecnie jej wartość wynosi około 1368 watów na metr kwadratowy (W/m2), choć w ciągu roku może ulegać niewielkim, na ogół nieprzekraczającym paru procent wahaniom w związku ze zmianą odległości Ziemi od Słońca. Również Ziemia nie jest taka sama, jak przed kilkoma miliardami lat. Wprawdzie skład atmosfery wydaje się ustalony od dość dawna, jednak warunki klimatyczne, a co za tym idzie - biogeneza, przechodziły różne koleje losu. Jedynie to, że tlenowce są podstawowymi formami życia już od końcowej fazy prekambru, nie budzi większych wątpliwości.
Podjęte w ciągu ostatniego stulecia badania Słońca ujawniły wiele nowych faktów dotyczących natury emitowanej przez nie energii. Po pierwsze udało się dokładnie rozpracować skład docierających do naszej planety wiązek promieniowania. W 99 procentach składa się na nie krótkofalowe promieniowanie elektromagnetyczne o długości fali od 0,1 do 4 mikrometrów (urn), z czego 45 procent przypada na promieniowanie widzialne, czyli światło, którego barwy zdolne jest zarejestrować ludzkie oko (0,38-0,76 urn). 46 procent stanowią promienie podczerwone, czyli fale dłuższe, od około 0,76 do około 2000 urn, odczuwane w postaci ciepła, a 8 procent to promieniowanie nadfioletowe (ultrafioletowe), o długości fali mniejszej od 0,38 urn. Pozostały l procent promieniowania słonecznego to promieniowanie elektromagnetyczne o większych i mniejszych długościach fal oraz emisja korpuskularna, w skład której wchodzą głównie protony i cząsteczki a. Nie odgrywa ono jednak większej roli w procesach biologicznych zachodzących na Ziemi.W trakcie przechodzenia przez atmosferę ziemską promieniowanie słoneczne ulega osłabieniu na skutek pochłaniania, odbicia i rozproszenia w atmosferze. Tylko niespełna 50 procent emisji słonecznej dociera od górnej granicy atmosfery na powierzchnię kuli ziemskiej. Na owe 50 procent składa się zarówno promieniowanie docierające do Ziemi bez zakłóceń (tzw. promieniowanie bezpośrednie), jak i znaczna część promieniowania rozproszonego. Promieniowanie. które osiąga powierzchnię Ziemi, ma nieco inny skład widmowy od pierwotnej wiązki słonecznej. Ultrafiolet zajmuje w nim jedynie około l procenta, gdyż jego resztę pochłania warstwa ozonowa, promieniowanie widzialne około 40 procent, a podczerwone aż 59 procent, co najlepiej tłumaczy przygruntowy wzrost temperatury. Najważniejsze dla organizmów jest promieniowanie bezpośrednie, którego wielkość zależy nie tylko od natężenia promieniowania słonecznego, ale i od wysokości Słońca na niebie, a więc szerokości geograficznej punktu obserwacji, a także jego wysokości nad poziomem morza. Stąd najbardziej nasłonecznione są okolice międzyzwrotnikowe i dlatego przy odpowiedniej wilgotności w nich właśnie żyje najwięcej gatunków roślin wiecznie zielonych. Istotne znaczenie ma również ukształtowanie terenu, a zwłaszcza ekspozycja stoków na promieniowanie. W wielu rejonach świata rośliny światłolubne, sady czy winnice można uprawiać jedynie na południowych, a więc najbardziej nasłonecznionych pochyłościach terenu. Promieniowanie rozproszone natomiast, to znaczy takie, którego promienie zmieniły swój kierunek z uporządkowanego na chaotyczny, co jest częstym efektem zetknięcia się wiązki promieni z przeszkodami w atmosferze (np. z chmurami i aerozolami atmosferycznymi, czyli rozproszonymi w powietrzu stałymi i ciekłymi cząsteczkami różnych związków stanowiącymi zanieczyszczenia atmosferyczne pochodzenia naturalnego, a także powstałe na skutek działalności człowieka), odgrywa bardzo istotną rolę, gdy niebo jest mocno zachmurzone i nie przepuszcza promieniowania bezpośredniego. Za jego pośrednictwem dociera wówczas do Ziemi światło słoneczne, choć tarcza Słońca pozostaje niewidoczna. W sytuacji długotrwałych zachmurzeń umożliwia ono prawidłowy przebieg procesów fotosyntezy i wzrost większości roślin. Zsumowana wartość promieniowania bezpośredniego i rozproszonego daje wielkość zwaną promieniowaniem całkowitym. Średnio w 43 procentach jest ono pochłaniane przez powierzchnię Ziemi. Pozostała jego część zostaje odbita od naszej planety i od cząsteczek powietrza. Najwięcej energii słonecznej pochłaniają wody oceaniczne, bo aż 95 procent. Dzięki temu woda kumuluje znaczne ilości ciepła, co pozwala przeżyć zamieszkującym w niej organizmom zarówno dobowe skoki temperatury, jak i zimowe ochłodzenie atmosfery. Śnieg natomiast odbija aż 85 procent promieniowania słonecznego, a tylko 15 procentom pozwala wniknąć pod swą powierzchnię. Zapewne dlatego podczas zimy wiele organizmów obniża swój metabolizm i zapada w sen zimowy, aby nie tracić zbyt wiele energii na utrzymanie temperatury ciała. Również piasek pustyni potrafi skumulować aż 70 procent ciepła, co chroni żyjące w nim organizmy przed znacznym obniżeniem temperatury każdej nocy. Wszystkie rodzaje ziemskiej nawierzchni charakteryzuje im tylko właściwa zdolność odbijania i pochłaniania światła. Określa ją wielkość zwana albedo, czyli stosunek promieniowania odbitego we wszystkich kierunkach do ilości promieniowania padającego na dane ciało, w tym wypadku jednostkę powierzchni. Energia słoneczna umożliwiła powstanie świata roślinnego, a co za tym idzie - stworzyła podstawy łańcucha pokarmowego dla innych organizmów, pozbawionych zdolności bezpośredniego jej wykorzystywania. Ale nie tylko do tego ogranicza się wpływ Słońca na biosferę. Obrót Ziemi dookoła własnej osi, nachylonej pod stałym kątem do płaszczyzny ziemskiej orbity okołosłonecznej, powoduje, że poszczególne punkty jej powierzchni otrzymują różną ilość światła słonecznego. To z kolei jest przyczyną różnej długości dnia i nocy w różnych częściach świata. Podobnie rzecz ma się z porami roku, które są wynikiem obiegu naszej planety wokół Słońca. W rezultacie zarówno strefy klimatyczne, jak i krainy fitogeograficzne (czyli rozmieszczenia roślin na kuli ziemskiej) są wynikiem działania określonej ilości energii słonecznej i z tego względu układają się równoleżnikowo. Pośrednio dotyczy to także zwierząt, zwłaszcza zmienno cieplnych. Jedynie człowiek, zasiedlając różne obszary Ziemi, nie ugiął się przed tym swoistym słonecznym reżimem, choć w skrajnie niekorzystnych warunkach, na przykład na Grenlandii czy w północnej Rosji, tylko niektóre grupy etniczne są w stanie mieszkać na stałe.
Dla przeciętnego mieszkańca Ziemi, żyjącego w umiarkowanych warunkach klimatycznych, promieniowanie słoneczne ma również istotne znaczenie. Umożliwia bowiem przemianę ergosterolu (prowitaminy witaminy D2), zawartego w tkankach roślinnych, drożdżach oraz skórze, w witaminę D. Bez niej organizm ludzki nie jest w stanie rozwijać się prawidłowo. Brak słońca może także wpływać na obniżenie nastroju, stąd odnotowuje się częstsze depresje u ludzi późną jesienią i zimą.


Promieniowanie UV
filtry ochronne stosowane w kosmetyce.


Promieniowanie ultrafioletowe UV - jest najistotniejszym czynnikiem zewnętrznym wpływającym na proces starzenia skóry, którego głównym i naturalnym źródłem jest słońce.
Promieniowanie ultrafiloetowe to promieniowanie elektromagnetyczne o długości fali od 10 do 400 nm. . zostało podzielone na trzy główne zakresy wywołujące różne efekty biologiczne: UVC, UVB, UVA.
• Promieniowanie UVC charakteryzuje się najkrótszą długością fali ( do 290 nm), ma najwyższą energię - ale na nasze szczęście jest prawie całkowicie pochłaniane przez warstwę ozonową atmosfery otaczającej ziemię. Lampy stosowane w solariach nie emitują tego zakresu promieniowania.
• Promienienie UVB ma długość fali 290-320 nm i w skórze penetruje: naskórek i skórę właściwą. Ten zakres promieniowania jest głównie odpowiedzialny za odczyny rumieniowe pojawiające się po 12-24 godzinach od ekspozycji oraz pigmentację skóry rozwijającą się od 48 do 72 godzin od ekspozycji na światło. Przez długi czas uważanie była za główną przyczynę uszkodzenia skóry wywołanego światłem słonecznym. W wyniku jego działania dochodzi do powstawania wciąż pożądanej przez nas opalenizny. Niestety charakteryzuje się ono silnym działaniem rumieniotwórczym, powoduje tzw. oparzenia słoneczne, przyspiesza starzenie się skóry i sprzyja rozwojowi jej nowotworów. Z tych powodów do niedawna, chcąc uniknąć negatywnych skutków opalania używano kosmetyków zawierających związki chroniące wybiórczo - tylko promieniowanie UVB
• Promieniowanie UVA ma największą długość fali 320-400 nm. Zakres ten w ograniczonych dawkach nie wywołuje zaczerwienienia i zmiany zabarwienia skóry, Większe dawki natomiast (zwłaszcza w połączeniu z promieniowaniem UVB) mogą być przyczyną natychmiastowych odczynów rumieniowych oraz długo utrzymującej się hiperpigmentacji. Ze względu na długość fali UVA penetruje skórę znacznie głębiej niż UVB - dochodzi do tkanki podskórnej. Jest odpowiedzialne za główną przyczynę uszkodzeń skóry wywołanych promieniowaniem UV: fotostarzenie (photoageing), odczyny fotoksyczne i fotoalergiczne, nowotwory skóry. Jego natężenie jest takie samo przez cały dzień, od rana do wieczora, niezależnie od pogody oraz pory roku. Zimą jest równie intensywne jak latem. Przenika przez chmury, szyby okienne, samochodowe. Przyczynia się do zmian nowotworowych.
Zmiany w przebigu fotostarzenia skóry (photoageing)
ZMIANY KLINICZNE ZMIANY HISTOPATOLOGICZNE
Wysuszenie/nierówność powierzchni Różna grubość warstwy rogowej
Rogowacenie słoneczne Atypia, przyspieszenie dojrzewanie kreatynocytów, przerost naskórka, nacieki zapalne
Zaburzenia barwnikowe
Piegi
Plamy soczewicowate
Punktowe odbarwienia
Trwałe przebarwienia
Nadmierna ilość przerosłych dopa-dodatnich melanocytów
Zwiększona liczba melanocytów i ich wysycenie melaniną
Zmniejszona liczba zmienionych melanocytów
Zwiększona liczba dopa-dodatnich melanocytów
Zmarszczki Brak zmian histologicznych
Elastoza Nagromadzenie się bezpostaciowych mas w skórze właściwej
Telangiektazje Rozdęte naczynia z zanikowymi ścianami
Purpura Wynaczynione erytrocyty
Zaskórniki Rozdęte aparaty mieszkowo-łojowe, przerost gruczołów łojowych

Filtry przeciwsłoneczne. - są to związki chemiczne wykorzystywane w kosmetykach, których podstawowym zadaniem jest ochrona skóry przed szkodliwym działaniem światła słonecznego. We współczesnych kosmetykach możemy spotkać dwie grupy filtrów. Pierwsza grupa stanowi związki chemiczne absorbujące (pochłaniające) energię niesioną przez promieniowanie słoneczne, drugą natomiast, przeżywającą obecnie swój renesans, tworzą filtry fizyczne, związki nieprzepuszczające promieniowania ultrafiloetowego, działają jak mikrolustra.
W kosmetykach nowej generacji stosowanych jest jednocześnie kilka związków, filtrów absorbujących i fizycznych, ponieważ tylko w ten sposób można zapewnić skórze skuteczną ochronę przed promieniowaniem ultrafiolefowym emitowanym przez słońce.

Z filtrów fizycznych wykorzystuje się obecnie przede wszystkim:
• dwutlenek tytanu (TiO2),
• tlenek cynku.
Związki te chronią przed UVB oraz przed częścią widma UVA.
Z filtrów chemicznych (absorbujących) należy wymienić takie związki jak:
• oktokrylen - ochrona przed UVB.
• trisiloxan drometrizolu i jego pochodne - chroni przed UVB i UVA, spotykany pod handlowymi nazwami silatrisol.
• butyl methoxydibenzoylomethane (Parsol 1789 ) - czyli avobenzon, który jest obecnie jednym z nielicznych związków chroniących przed promieniowaniem UVA .
Tinosorb M - jest najnowszej generacji filtrem . Chroni zarówno przed UVB jak i UVA. Posiada właściwość chemicznych i mineralnych, a to dzięki temu, że ma on postać mikronizowanego filtru chemicznego. Chroni przed promieniowaniem słonecznym działając w podwójny sposób. Z jednej strony dzięki mikronizowanej strukturze podobnie jak filtry mineralne rozprasza i odbija promienie słoneczne, z drugiej tak jak wszystkie filtry chemiczne pochłaniania energię światła słonecznego.

Dopiero użycie kilku filtrów w jednym kosmetyku (zarówno ficzycznych jaki i chemicznych) daje skórze odpowiednią ochronę. Najczęściej stosuje się kilka filtrów chemicznych i jeden filtr fizyczny.
Elementem nie poruszanym do chwili obecnej przez większość firm produkowanych kosmetyki jest ilość użytego preparatu, np. zastosowanie kosmetyku słonecznego z SPF 15 w zbyt małej ilości (jak to się w większości przypadków dzieje) powoduje iż współczynnik ochrony spada z 15 do np. 6 !. Nie wolno "żałować" kosmetyku. Kosmetyki słoneczne zawierać powinny związki o aktywności antyoksydacyjnej, np. witaminę E.
Po upalnym dniu, nie wolno zapomnieć o odpowiednim nawilżaniu skóry, kosmetykiem nawilżającym lub mleczkiem po opalaniu.

Co oznaczają skróty: SPF, PPD, IPD ?

SPF - ang. Sun protecitive factor lub IP - fr. Indie de protection. Tak zwany faktor ochrony przed promieniowaniem słonecznym. Oznacza stosunek ilości promieniowania ultrafioletowego powodującego oparzenie podczas stosowania filtra do ilości promieniowania powodującego taki sam stopień oparzenia bez jego zastosowania. W dużym uproszczeniu oznacza to, że np. jeżeli bez filtra u danej osoby rumień pojawi się po 20 minutach, to po zastosowaniu filtra z SPF = 15 czas ten wydłuży się do 15 x 20 minut i rumień rozwinie się wskutek przebywania na słońcu przez 5 godzin. Nie oznacza to jednak, że można przebywać bezpiecznie na słońcu zamiast 20 minut 5 godzin.
Produkt s SPF 2 blokuje 50% promieniowania , SPF 15 (93,3%), SPF 30 (96,7%) a SPF 50 (98%). Ponieważ różnice pomiędzy skutecznością filtrów o SPF 15 i SPF 30 jest niewielka, uważa się. że te pierwsze mogą być podstawowymi preparatami stosowanymi w zapobieganiu słonecznego starzenia się skóry i jego konsekwencji. Zadaniem kosmetyków ochronnych jest ochrona a nie wydłużenie czasu przebywania na słońcu. SPF określa zdolność kosmetyku do ochrony tylko przed rumieniotwórczym promieniowaniem UVB.

Uwaga ! kosmetyki o faktorze nawet powyżej 15 nie zawierające informacji o zdolności ochrony przed promieniowaniem UVA nie zapewnia odpowiedniej ochrony skórze. Powinno się używać wyłącznie kosmetyków wyraźnym nadrukiem na opakowaniu, że chronią przed promieniowaniem UVA i UVB.
Do tej pory nie powstała jednolicie używana skala określająca zdolność ochrony przez kosmetyki z filtrami, przed promieniowaniem UVA. Wynika to również z trudności znalezienia odpowiedniego klinicznego wykładnika UVA na organizm człowieka, który dałby się obiektywnie zmierzyć.
Ostatnio wiele firm stosuje IPD lub PPD ( ang. Immediate Pigmentation Darkening, Persistant Pigmentation Darkening). Wskaźniki te określają zdolność do ochrony przed promieniowaniem UVA ( im wyższe tym lepsza ochrona) . IPD i PPD kosmetyku określa się za pomocą pomiaru wywołanej przez promieniowanie UVA opalenizny natychmiastowej (IPD) lub trwałej (PPD) uzyskanej po ekspozycji skóry ochotników bez i z zastosowaniem różnych kosmetyków ochronnych. Niestety, np. wskaźnik PPD 10 spotykany na opakowaniu jednego producenta, nie musi odpowiadać wskaźnikowi PPD 10 innego producenta.

Pewnym rozwiązaniem jest tzw. standard australijski, mówiący, że kosmetyk zatrzymuje minimum 90% promieniowania UVA. W Stanach Zjednoczonych używa się również sformułowania, "broad spektrum".

Podstawowe zasady ochrony skóry przed promieniowaniem ultrafioletowym.
1. Unikaj nasłonecznienia skóry i w czasie kiedy promieniowanie słoneczne jest najintensywniejsze - od godziny 11,00 do godziny 15,00 po południu. Zwracaj uwagę by dzieci zawsze w tym czasie były ubrane i bawiły się wyłącznie w cieniu.
2. Zawsze noś kapelusz z szerokim rondem, chłopcy mogą ewentualnie zakładać czapkę "bejzbolówkę", suche, przewiewne ubranie z długim rękawem. Pamiętajmy, że promieniowanie UVA, przenika również przez ubranie, szczególnie przez cienkie materiały. Również mokre kostiumy kąpielowe nie zatrzymują w 100% promieniowania UV.
3. Stosuj bezwzględnie kosmetyki z filtrami ochronnymi. Używaj kosmetyków ze współczynnikiem ochrony SPF 15 - minimum, wyłącznie takich, które na opakowaniu zawierają informację, że chronią zarówno przed promieniowaniem UVB jak i UVA (preparaty chroniące wyłącznie przed rumieniotwórczym efektem promieniowania UVB znacznie wydłużają czas przebywania na słońcu, powodując jednocześnie większe narażanie skóry na równie szkodliwe promieniowanie UVA, nakładaj filtry ochronne na większe partie skóry narażonej na promieniowanie słoneczne, również na usta, nos, uszy.
4. Nie żałuj kosmetyku, aby ochrona była skuteczna musisz zastosować odpowiednią dawkę.
5. Chroń oczy. Noś okulary przeciwsłoneczne, najlepiej kupione u optyka.
6. Nie zapominaj o ustach - zabezpiecz je pomadką ochronną (SPF 17) - czerwień wargowa to również częste miejsce powstawania raka skóry.
7. Nakładaj kosmetyki z filtrami ochronnymi nie później niż 15-20 minut przed wyjściem z domu. Jeżeli zapomnisz o tym, to pamiętaj, że na ich założenie nie jest za późno, możesz to zrobić również na plaży, ale wówczas skuteczność ochrony może być mniejsza.
8. Ryzyko uszkodzenia skóry przez słońce jest większe na dużych wysokościach - np. podczas wspinaczki kosmetyków górach, wówczas gdy jest dużo śniegu, nad wodą, nie zapomnij, również, że słońce niszczy skórę również w pochmurne dni. Wówczas, szczególnie latem należy również stosować kosmetyki ochronne.
9. Większość kosmetyków z filtrami przeciwsłonecznymi powinna być nakładana na skórę co 3-4 godziny (najlepiej co 2 godziny) również po każdej kąpieli i spoceniu się.
- kosmetyk wodoodporny to taki, który zachowuje aktywność przez 40 minut przebywania w wodzie.
- kosmetyk extrawodoodporny przez 80 minut.
10. Ucz swoje dzieci używania kosmetyków kosmetyków filtrami przeciwsłonecznymi. Fotostarzenia skóry rozpoczyna się już we wczesnym dzieciństwie. Nie narażaj dzieci na przebywanie na słońcu bez potrzeby w okresie najintensywniejszego nasłonecznienia.
11. Pamiętaj nie ma bezpiecznego opalania. Nie ma zdrowej opalenizny. Również ta nabyta w solariach powoduje starzenie się skóry i zwiększa ryzyko rozwoju jej nowotworów.
12. Obserwuj swoją skórę dziecku, szczególnie znamiona. Jeżeli zauważysz zmianę zabarwienia, powiększanie się, krwawienie, czerwoną obwódkę wokół znamienia - zgłoś się do lekarza.
13. Jeżeli zażywasz jakieś leki spytaj się swojego lekarza, czy nie są to związki fotouczulające.
14. Nie stosuj na skórę przed opalaniem żadnych kosmetyków, leków które nie są przeznaczone do opalania (również perfum, wód toaletowych).